KR101523658B1 - Particles Transmitting Capacity Evaluation Method and Apparatus for Filter using Fluorescent Aerosol - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 필터류의 입자 투과 성능 평가 시험 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 에어로졸 입자를 여과시키는 필터류들의 구조적 특성이나 운용에 따른 기능변화 등을 부분적으로 파악함과 더불어 단순한 필터류의 검사를 떠나 유로의 미세한 구멍이나 유동이 발생되는 부품들의 평가에도 간단하면서도 효과적으로 사용될 수 있는 형광 에어로졸을 이용한 필터류의 입자 투과 성능 평가 시험 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating the particle penetration performance of a filter, and more particularly, to a method and an apparatus for evaluating the particle penetration performance of a filter stream, The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating the particle penetration performance of a filter fluid using a fluorescent aerosol, which can be simply and effectively used for evaluation of holes or flow generated components.
최근 오염된 외부 환경을 벗어나 실내에서 생활하는 사람들이 늘어나면서 각종 에어컨, 제습기, 청소기, 환풍기 등의 가전제품에도 필터는 필수부품으로 사용되고 있다As the number of people living outside the polluted environment has increased recently, the filter is also used as an essential component in home appliances such as various air conditioners, dehumidifiers, vacuum cleaners, and ventilators
이러한 필터는 특히 미세입자가 다량 발생되는 산업단지 내부나 환기가 잘 되지 않는 공간, 원전사고 지역 등에서는 반드시 필터를 통해 깨끗한 공기를 공급하는 필터가 요구된다. 더구나, 최근 미세먼지 및 방사능 입자, 독성 중금속 입자, 생물학 입자 등 산업 발달과 각종 누출 사고, 환경오염 등으로 인한 공기중의 오염된 에어로졸 입자들이 사람들의 호흡기를 위협하고 있고, 이로 인한 필터 필요성은 더욱 요구되고 있다. Such a filter is required to supply clean air through a filter in an industrial complex where a large amount of fine particles are generated, a space where ventilation is poor, or a nuclear accident area. Moreover, recently, polluted aerosol particles in the air due to industrial development such as fine dust and radioactive particles, toxic heavy metal particles, biological particles, various kinds of leakage accidents and environmental pollution are threatening people's respiratory tract, Is required.
하지만, 사용되는 각종 필터는 외부의 오염된 공기가 흡입될 때 효과적으로 필터링 되는지, 장시간 사용하면서 부분적으로만 필터링되어 비활용 단면적이 발생되는 여부를 파악할 수 있어야 한다. 이를 위한 방안으로서, 레이저산란 방법을 이용하여 입자크기 분포와 입자의 농도를 측정하고, 필터링된 잔류 입자의 크기분포를 통해 평균 입자의 질량을 환산하여 필터류 농도가 분석되고 있으나, 이는 필터의 구조적인 결함이나 부분적인 결함부위를 찾아내기 보단 필터의 전체적인 성능 평가에 치우치는 한계를 갖는 방식이다.However, the various filters used should be effectively filtered when the contaminated air from the outside is sucked in, or filtered out only partially while being used for a long time, so that it is possible to determine whether the unused area is generated. For this purpose, the particle size distribution and the particle concentration are measured using the laser scattering method, and the filter concentration is analyzed by converting the mass of the average particle through the size distribution of the filtered residual particles. However, It is a method that has a limit to the overall performance evaluation of a filter rather than a defect or a partial defect part.
이러한 필터 성능 평가의 한계성은 특히 가스상과 달리 일정 크기와 질량을 가짐으로써 활성탄 등의 흡착제에 흡착이 어렵고 일정 크기의 필터에 증착되는 에어로졸용 필터에서 더욱 심화됨으로써 사용 후 수시로 교환을 해주거나 물리적 화학적 세척 해주어야 한다.The limitation of this filter performance evaluation is that it is difficult to adsorb to the adsorbent such as activated carbon because it has a certain size and mass, unlike the gas phase, and is further deepened in the filter for aerosol which is deposited on a filter of a certain size, You must.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 보호장비나 필터 등을 통해서 오염된 미세먼지나 생물학 포자 등의 에어로졸 입자가 내부를 투과하여 나오는 잔류 입자의 2차원 분포 및 투과량을 평가하고, 특히 군이나 민수분야에서 사용중인 정화통이나 필터류의 보호성능 평가를 통해 최적화 설계안이나 운용가능 조건 등을 결정해 줄 수 있는 형광 에어로졸을 이용한 필터류의 입자 투과 성능 평가 시험 방법 및 장치의 제공에 목적이 있다.In view of the above, the present invention evaluates the two-dimensional distribution and the amount of permeation of the aerosol particles, such as fine dust particles and biological spores, which are contaminated through protective equipment or filters, The present invention provides a method and an apparatus for evaluating the particle penetration performance of a filter using a fluorescent aerosol, which can determine an optimal design or operating condition through evaluation of the protection performance of a purifier or filter used in the field.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형광 에어로졸을 이용한 필터류의 입자 투과 성능 평가 시험 방법은 (A) 형광입자를 포함한 형광 에어로졸을 제조하고; (B) 상기 형광 에어로졸을 생화학무기용 방독면에 적용되는 시험대상 필터가 설치된 상태에서 일정한 정압과 풍속을 유지하는 챔버에 미세 정량으로 공급하며; (C) 상기 시험대상 필터에 대해 2차원 필터 평가 형광 이미징 방식인 필터투과형광입자분포 이미지측정을 수행하거나 또는 상기 시험대상 필터에 대해 투과한 형광입자 농도의 정량적 평가 방식인 필터 통과 형광입자 정량분석을 수행하고, 각각의 결과로부터 상기 시험대상 필터 성능이 분석 및 평가되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for evaluating particle penetration performance of a filter using a fluorescent aerosol, comprising the steps of: (A) preparing a fluorescent aerosol containing fluorescent particles; (B) supplying the fluorescent aerosol in a minute amount to a chamber which maintains a constant positive pressure and a wind speed in a state where a filter to be tested, which is applied to a respiratory mask for biochemical weapons, is installed; (C) A filter-transmission type optical-particle distribution image measurement as a two-dimensional filter evaluation fluorescence imaging method is performed on the filter to be tested or a filter-passed fluorescent particle quantitative analysis, which is a quantitative evaluation method of the fluorescent particle concentration transmitted to the filter to be tested, And the performance of the filter under test is analyzed and evaluated from each result.
상기 형광 에어로졸 제조에는 SiO2, TiO2, ZnO, ZrO2, SnO2의 산화물을 사용하거나 또는 금속나노입자를 사용하거나 또는 다양한 평균 입자 크기를 가진 건조된 입자류인 식용 가루입자, 밀가루, 포자가 사용된다. 또한, 상기 형광 에어로졸 제조에는 자성을 띤 입자가 적용된다.The fluorescent aerosol produced is SiO 2, TiO 2, ZnO, ZrO 2, with or or or the dried particles giant amphipods edible powder grain, flour, spores are used with a variety of average particle size of the metal nano-particles of oxides of SnO 2 do. In addition, magnetic particles are used for the production of the fluorescent aerosol.
상기 필터투과형광입자분포 이미지측정은, 상기 시험대상 필터에 자외선을 조사한 상태에서 상기 시험대상 필터에 묻은 형광입자의 분포를 이미지화하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 색정보를 통해 형광의 분포를 정량화하며, 형광 분포 정량화의 퍼센티지(%)로 상기 시험대상 필터의 투과 성능을 평가한다.Wherein the filter transmission type photoindexed distribution image measurement comprises the steps of imaging the distribution of the fluorescent particles on the filter under test while irradiating ultraviolet rays to the filter under test and quantifying the distribution of fluorescence through the color information of each pixel of the image, The permeability of the filter under test is evaluated by the percentage (%) of fluorescence distribution quantification.
상기 필터 통과 형광입자 정량분석은, 상기 시험대상 필터를 투과한 형광 에어로졸을 NaOH 용액에 통과시켜 형광입자를 용해시키고, 용해액을 샘플링 채취하며, 샘플링 용액에 자외선을 조사하면서 용액의 형광강도를 측정하고, 상기 형광강도로 상기 시험대상 필터를 투과 후 잔류 형광입자 농도가 측정되며, 상기 농도를 정량적으로 형광 농도로 평가해 상기 시험대상 필터의 투과 성능을 평가한다. 상기 농도의 계산은 상기 샘플링 용액의 부피와 형광 강도 곡선으로부터 입자량을 계산하고, 상기 입자량을 유량으로 나누어 계산된다.In the quantitative analysis of the filter-passed fluorescent particles, the fluorescent aerosol that has passed through the filter to be tested is passed through a NaOH solution to dissolve the fluorescent particles, and the solution is sampled. The fluorescence intensity of the solution is measured while irradiating ultraviolet light to the sampling solution The residual fluorescent particle concentration is measured after passing through the filter under test with the fluorescence intensity, and the concentration is quantitatively evaluated as a fluorescence concentration to evaluate the permeability of the filter to be tested. The concentration is calculated by calculating the particle amount from the volume of the sampling solution and the fluorescence intensity curve, and dividing the particle amount by the flow rate.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형광 에어로졸을 이용한 필터류의 입자 투과 성능 평가 시험 장치는 형광입자를 포함한 형광 에어로졸을 미세 정량으로 조절해 공급하는 형광입자 분급기; 내부로 생화학무기용 방독면에 적용되는 시험대상 필터인 시험 필터류가 설치되고, 상기 형광입자 분급기에서 나온 형광입자가 상기 시험 필터류를 통과하도록 일정한 정압과 풍속을 유지하는 필터시험챔버; 상기 시험 필터류의 여과 성능을 2차원 필터 평가 형광 이미징 방식으로 평가하는 형광 이미징 필터 평가기; 상기 시험 필터류의 여과 성능을 투과한 형광입자 농도의 정량적 평가 방식으로 평가하는 농도 정량 필터 평가기; 가 포함된 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, there is provided an apparatus for evaluating the particle penetration performance of a filter using a fluorescent aerosol according to the present invention, comprising: a fluorescent particle classifier for finely adjusting and supplying a fluorescent aerosol containing fluorescent particles; A filter test chamber in which test filters, which are filters to be tested, are applied to a respiratory mask for biochemical weapons, and in which a fluorescent particle from the fluorescent particle classifier maintains a constant positive pressure and a wind speed so as to pass through the test filters; A fluorescence imaging filter evaluator for evaluating the filtering performance of the test filters by a two-dimensional filter evaluation fluorescence imaging method; A concentration quantifying filter evaluator for evaluating the filtering performance of the test filters by a quantitative evaluation method of the fluorescent particle concentration transmitted therethrough; Is included.
이러한 본 발명은 필터류의 성능을 평가하는데 있어 다음과 같은 효과를 제공한다. 첫째, 본 발명은 다양한 크기를 가진 여러 종류의 건조된 입자에 형광을 입히는 값싸고 효과적인 방법을 제시 할 수 있다. 둘째, 각종 필터류의 2차원적 성능 분포를 가시적으로 제시 할 수 있으며, 컴퓨터로 분석하여 보완점을 제시 할 수 있다. 셋째, 필터 성능 평가시 노출량과 필터를 통과된 형광 에어로졸 입자의 수집된 양을 통해 보다 미세한 양의 입자도 정량적으로 측정할 수 있다. 넷째, 본 발명은 단순히 필터뿐만 아니라 형광 에어로졸을 이용하여 유동이 있는 부품의 누출 부분 등을 판별해내서 가시화하는 등 다양한 응용이 가능 하다.The present invention provides the following effects in evaluating the performance of the filter flow. First, the present invention can provide a cheap and effective method of fluorescing various types of dried particles of various sizes. Secondly, it is possible to present the two-dimensional performance distribution of various filters visually, and it is possible to present a supplementary point by computer analysis. Third, a finer amount of particles can be quantitatively measured through the amount of exposure and the collected amount of fluorescent aerosol particles passed through the filter when evaluating the filter performance. Fourth, the present invention can be applied to a variety of applications including not only a filter but also a fluorescent aerosol to identify a leaked part of a flowable component and visualize it.
또한, 본 발명은 형광을 입힌 에어로졸 입자를 이용하여 투과 실험을 수행함으로써 필터를 통과한 잔류 형광입자를 통해 필터류의 구조적 특성과 성능을 보다 정밀하게 분석하고, 이를 활용하여 보다 효과적인 필터의 설계방안을 도출하여 필터를 활용한 보호장비나 제품의 성능을 평가할 수 있는 방법을 제시하고 장치를 제안하고자 한다. 이는 기존의 오염된 입자양에 대한 여과된 잔류입자의 전체 양만 측정하여 성능을 평가하는 방식을 벗어나, 보다 효과적으로 필터의 공간 여과성능 및 농도를 동시에 평가하는 기술개발에 적용할 수 있다.In addition, the present invention is to analyze the structural characteristics and performance of the filter through the residual fluorescent particles passing through the filter by conducting the permeation experiment using the fluorescent aerosol particles, and to utilize the filter to design a more effective filter And to propose a method for evaluating the performance of a protective device or a product using a filter. This can be applied to the development of a technique for simultaneously evaluating the spatial filtration performance and the concentration of the filter more effectively than the method of evaluating the performance by measuring only the total amount of the filtered residual particles to the amount of the existing contaminated particles.
또한, 본 발명은 형광을 입힌 에어로졸 입자를 통해 필터의 성능을 고가의 입자 분석기를 사용하지 않고도 가시적으로 이미징할 수 있는데 효과적이다.Further, the present invention is effective in that the performance of the filter can be visually imaged without using an expensive particle analyzer through the fluorescent aerosol particles.
도 1은 본 발명에 따른 무형광 입자로부터 형광 에어로졸 입자를 만들고 필터류의 투과도를 시험하기 위한 일련의 순서도이고, 도 2,3은 도 1의 순서도에 따른 전체적인 필터류 평가를 위한 과정과 주요 장치의 구성도이며, 도 4는 형광입자의 크기 및 제조 후를 나타내는 예를 나타낸 도식이고, 도 5는 필터류의 여과 전후 필터에 뭍은 형광 측정을 통해 2차원적 분포를 측정하여 가시화한 실시예를 나타내며, 도 6은 필터류를 통과한 형광입자의 양을 NaOH에 녹여 농도에 따른 형광의 세기를 측정한 실시예를 그래프로 나타낸 예이다.FIG. 1 is a series of flowcharts for preparing fluorescence aerosol particles from the non-emissive particles according to the present invention and testing the permeability of the filters, FIGS. 2 and 3 are a process for evaluating the overall filter flow according to the flowchart of FIG. 1, FIG. 4 is a diagram showing an example showing the size of the fluorescent particles and after manufacturing, FIG. 5 shows an embodiment in which a two-dimensional distribution is measured through fluorescence measurement on a filter before and after filtering the filter, 6 is a graph showing an example in which the amount of fluorescent particles passed through the filter was dissolved in NaOH to measure the intensity of fluorescence according to the concentration.
도 1은 본 발명에 따른 무형광 입자로부터 형광 에어로졸 입자를 만들고 필터류의 투과도를 시험하기 위한 일련의 순서를 나타낸다. S10과 같이 형광입자를 포함한 형광 에어로졸을 제조한다. 여기서, 에어로졸은 기체 속에 고체나 액체의 작은 입자 방울이 분산된 상태로서, 먼지나 연기도 오염된 입자가 공기에 섞여있는 에어로졸의 한 상태이다. 이어, S20과 같이 제조된 형광 에어로졸을 시험대상인 필터에 정량/정압으로 공급한다. 여기서, 시험대상 필터는 오염된 미세한 고체입자를 여과시켜 정화된 공기만 투과시키는 여러 종류의 필터를 의미한다. 이후, S30-1과 같이 필터투과형광입자분포 이미지측정을 적용하거나 또는 S30-2와 같이 필터 통과 형광입자 정량분석을 적용하여 시험대상 필터의 형광입자 잔류정도를 파악한다. 그러면, S40과 같이 시험대상 필터에 대한 정화 성능이 평가 완료된다. 여기서, S30-1의 필터투과형광입자분포 이미지측정은 필터류의 여과 성능을 부분적으로 살펴보기 위한 2차원 필터 평가 형광 이미징 방법을 의미한다. S30-2의 필터 통과 형광입자 정량분석은 필터류를 투과한 형광입자의 미세양(농도)을 정량적으로 평가 방법을 의미한다. FIG. 1 shows a sequence of steps for making fluorescent aerosol particles from the non-emissive particles according to the present invention and for examining the permeability of the filter. Fluorescent aerosols containing fluorescent particles are prepared as in S10. Here, an aerosol is a state in which small particles of solid or liquid are dispersed in a gas, and dust or smoke is a state of aerosols in which polluted particles are mixed with air. Then, the fluorescent aerosol prepared as in S20 is supplied to the filter to be tested at a constant amount / constant pressure. Here, the filter to be tested refers to various kinds of filters that filter fine, contaminated solid particles to permeate only the purified air. Then, as in S30-1, the fluorescence particle residual image of the filter to be tested is determined by applying the filter transmission type photo-induced distribution image measurement or by applying the filter-passed fluorescent particle quantitative analysis as in S30-2. Then, the purifying performance of the filter to be tested is evaluated as in S40. Here, the filter transmission type photodiode distribution image measurement in S30-1 means a two-dimensional filter evaluation fluorescence imaging method for partially examining the filtration performance of a filter. S30-2 quantitative analysis of the filter-passed fluorescent particles means a method for quantitatively evaluating the minute amount (concentration) of the fluorescent particles transmitted through the filter.
본 발명에서 상기와 같은 필터류의 투과도 시험에 적용된 장치는 도 2를 통해 예시된다. 도시된 바와 같이, 장치의 주요구성은 형광입자 분급기(10), 필터시험챔버(20), 형광 이미징 필터 평가기(40)와 농도 정량 필터 평가기(50) 및 분석기(60)로 구성된 필터성능평가장치(30)로 구성된다.In the present invention, an apparatus applied to the above-described test for the permeability of filters is illustrated in FIG. As shown, the main configuration of the apparatus includes a filter composed of a
상기 형광입자 분급기(10)는 형광입자(1-1)를 포함한 형광 에어졸을 미세 정량으로 조절해 공급하는 장치이다. 상기 필터시험챔버(20)는 내부로 시험 필터류(1)가 설치되고, 형광입자 분급기(10)에서 나온 형광입자(1-1)가 시험 필터류(1)를 통과하도록 일정한 정압과 풍속을 유지하는 장치이다. 특히, 상기 시험 필터류(1)는 생화학무기에 노출될 수 있는 군사용 방독면에 적용되나, 필터류가 아닌 누수관, 누수 부품 등일 수 있다.The
상기 형광 이미징 필터 평가기(40)는 형광이미지갭처모듈(41)과 자외선 램프(43)로 구성된다. 상기 형광이미지갭처모듈(41)은 형광분포이미지생성부(41-1)를 구비하고, 시험 필터류(1)에 잔존하는 형광입자(1-1)에 대한 형광분포이미지를 생성한다. 상기 자외선 램프(43)는 시험 필터류(1)에 자외선을 조사함으로써 잔존하는 형광입자(1-1)의 밝기를 강하게 한다.The fluorescence
상기 농도 정량 필터 평가기(50)는 필터시험챔버(20)에 연결된 용액 집진기(Scrubber)(51), 용액 집진기(51)에 연결된 형광액 샘플 집진기(Scrubber)(53), 형광센서모듈(55) 및 자외선 램프(57)로 구성된다. 상기 용액 집진기(51)는 계단형 칸막이(cascade)구조로 내부 공간을 구획하는 배플(51A), 내부로 NaOH를 주입하는 희석액주입라인(51-1), 시험 필터류(1)를 통과한 형광입자(1-1)를 기체와 함께 유입하는 형광입자유입라인(51-2), NaOH와 썩인 형광입자(1-1)를 형광샘플로 빼내주는 형광액 샘플채취라인(51-3), 형광입자(1-1)와 함께 유입된 기체를 외부로 배출하는 기체벤트라인(51-4)으로 구성된다. 상기 형광액 샘플 집진기(53)는 형광액 샘플채취라인(51-3)에 연결된다. 상기 형광센서모듈(55)은 형광액 샘플에서 형광입자(1-1)의 온도에 따른 강도변화를 검출한다. 상기 자외선 램프(57)는 형광액 샘플에 자외선을 조사함으로써 잔존하는 형광입자(1-1)의 밝기를 강하게 한다.The concentration
상기 분석기(60)는 형광 이미징 필터 평가기(40) 또는 농도 정량 필터 평가기(50)로부터 결과 정보를 입력받아 탑재된 프로그햄으로 분석 및 평가하는 컴퓨터(61), 컴퓨터(61)의 처리 결과를 화면으로 나타내는 디스플레이(63)로 구성된다.The
이하, 도 1 및 도2,3에 따른 본 발명의 실시예를 첨부된 도 4내지 6을 참조하여 필터류의 에어로졸 입자의 가시적 성능 평가 방법과 장치에 대해 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.Hereinafter, an embodiment of the present invention according to Figs. 1 and 2 and 3 will be described in detail with reference to Figs. 4 to 6, wherein a method and an apparatus for evaluating the visual performance of aerosol particles of a filter stream will be described in detail. However, these embodiments are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the technical idea of the present invention to the accompanying drawings.
[실시예][Example]
본 실시예에서는, 공기중에 포함된 다양한 크기와 특성을 가진 오염된 입자를 깨끗한 공기로 걸러내기 위한 여러 종류의 필터 사용 시 외부로 배출하는 압력손실도 함께 증가하고, 결과적으로 손실된 압력으로 인해 필터는 재기능을 수행하지 못할 수 있고, 특히 이러한 필터 구조를 지속적으로 사용할 경우 필터뿐만 아니라 배기팬에 무리가 가거나 기타 메인 장비가 오염되면서 그 기능이 저하될 수가 있다. 더구나, 현재까지 필터에 입사된 전체 양에 대한 투과되어 나온 입자의 농도와 크기분포만을 측정함에 따라 필터의 효율과 운용조건에 대한 정보를 파악하기 힘들다는 여러 문제들을 해소하기 위함이다.In the present embodiment, when various kinds of filters for filtering polluted particles having various sizes and characteristics included in air with clean air are used, the pressure loss discharged to the outside also increases, and as a result, May not be able to perform the function again. Especially, when the filter structure is continuously used, the function of the filter may be deteriorated due to the unevenness of the exhaust fan or other main equipment. Furthermore, to solve the problems that it is difficult to obtain information on the efficiency and operating conditions of the filter by measuring only the concentration and size distribution of the permeated particles with respect to the total amount incident on the filter so far.
이러한 문제점들은 특히 생화학무기에 노출될 수 있는 군사용 방독면과 같은 필터의 성능 향상을 위해 반드시 해결되어야 할 문제이다.These problems must be solved in order to improve the performance of filters such as military respirators that can be exposed to biochemical weapons.
이를 위해, 필터류에 에어로졸 입자가 투과될 때 잔류 입자로 인한 2차원 평면의 성능을 가시화할 수 있고, 필터를 통과한 입자의 양은 미세한 농도까지도 정확하게 분석할 수 있으며, 특히 최적화된 필터 구조의 설계나 필터의 자체 제작을 위한 간단하면서도 가시적인 시험방법을 제시한다. 그 구체적인 방법은 다음과 같다.For this purpose, it is possible to visualize the performance of the two-dimensional plane due to the residual particles when the aerosol particles are permeated into the filter, and the amount of particles passing through the filter can be analyzed accurately even to the minute concentration. A simple and visible test method for the filter itself is presented. The concrete method is as follows.
①형광입자 제조 및 특성① Fluorescent particle manufacturing and characteristics
형광입자(1-1)는 0.3~10μm(평균입도 2~3μm)를 가진 실리카 입자(Syloid 244FP)에 형광액(Uranine:Tinopal:Tetraethyleneglycol=10:3.3:750 질량비기준)을 1:1로 혼합하여 제조한다. 이때 실리카의 평균 입자크기가 두배(평균입도 6~8μm)가 되면, 실리카의 표면적이 증가함으로써 실제적인 실리카에 대한 형광액의 비율은 2:1로 줄어들 수 있다. 형광입자(1-1)와 형광액의 비율은 형광의 강도를 결정하므로 실험의 목적에 따라 임으로 조절이 가능하지만, 통상 형광액의 비율이 1:1을 넘을 경우 균일한 형광입자(1-1)를 제조하기는 어렵다. 형광액과 형광입자(1-1)는 고속 블랜더를 이용하여 매우 빠른 속도로 섞어줌으로써 도 4와 같이 형광을 입힌 실리카 입자로 제조된다. 형광입자(1-1)를 포함해 제조된 실리카 입자는 기존의 실리카 입자의 크기와 분포를 유지하면서 바깥면에 형광이 뭍은(tagging) 상태가 된다. 이상태의 형광입자는 다른 물체에 손쉽게 형광 흔적을 나타낼 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 형광 에어로졸 제조시 SiO2를 비롯한 TiO2, ZnO, ZrO2, SnO2 등의 다양한 산화물, 금속나노입자, 식용으로 사용되는 가루입자, 밀가루, 포자 등 다양한 평균 입자 크기를 가진 건조된 입자류가 적용될 수 있다. 이에 더하여, 자성을 가진 형광입자는 필터류 등에 사용후 입자의 수집이 용이하기 때문에 형광 입자 제조시 자성을 가진 입자가 포함될 수 있다, Fluorescent particles 1-1 were mixed with 1: 1 fluorescent particles (Uranine: Tinopal: Tetraethyleneglycol = 10: 3.3: 750 mass ratio) to silica particles (Syloid 244FP) having a particle size of 0.3 to 10 μm . At this time, when the average particle size of the silica is doubled (average particle size of 6 to 8 μm), the surface area of the silica increases, so that the ratio of the fluorescence to the actual silica can be reduced to 2: 1. Although the ratio of the fluorescent particles 1-1 to the fluorescent substance determines the intensity of the fluorescent substance, it can be controlled depending on the purpose of the experiment. However, when the ratio of the fluorescent substance is more than 1: 1, ) Is difficult to produce. Fluorescent liquid and fluorescent particles (1-1) are mixed at very high speed using a high-speed blender to produce fluorescent particles as shown in FIG. The silica particles prepared with the fluorescent particles (1-1) are tagged while maintaining the size and distribution of the conventional silica particles. Fluorescent particles in an abnormal state have the advantage of easily showing fluorescent marks on other objects. Particularly, in the production of a fluorescent aerosol, it is possible to produce dried particles having various mean particle sizes such as SiO 2 and various oxides such as TiO 2 , ZnO, ZrO 2 and SnO 2 , metal nanoparticles, powder particles used for food, flour, Can be applied. In addition, since the magnetic particles having magnetic properties are easily collected after being used in filters and the like, particles having magnetism can be included in the production of the fluorescent particles.
② 에어로졸 입자의 필터 투과 실험② Filter penetration experiment of aerosol particles
도 2,3에서는 도 4에서 형광입자(1-1)를 포함해 제조된 실리카 입자를 미세 정량이 공급가능한 형광입자 분급기(10)를 이용하여 일정한 정압과 풍속을 유지한 필터시험챔버(20)의 내부로 흘려보낸다. 이때, 시험 필터류(1)는 챔버 내부에 위치하면서 오염된 입자의 투과도를 시험하게 된다. 여기서 시험의 조건은 각종 필터류에 따라 달라질 수 있다. 특히, 상기 시험 필터류(1)는 생화학무기에 노출될 수 있는 군사용 방독면에 적용되나, 필터류가 아닌 누수관, 누수 부품 등일 수 있다.2 and 3, in the filter test chamber 20 (FIG. 4) in which silica particles produced by including the fluorescent particles 1-1 in FIG. 4 are maintained at a constant positive pressure and a constant air velocity by using a
③ 투과된 형광 에어로졸 이미징 및 정량 분석③ Transmitted fluorescence aerosol imaging and quantitative analysis
최종적으로 필터의 성능을 평가하기 위해 형광 이미징 필터 평가기(40)(S30-1의 필터투과형광입자분포 이미지측정)를 적용해 시험필터류(1)의 여과 성능을 부분적으로 살펴보기 위한 2차원 필터 평가 형광 이미징 방법으로 수행되거나 또는 농도 정량 필터 평가기(50)(S30-2의 필터 통과 형광입자 정량분석)를 적용해 시험필터류(1)를 투과한 형광입자(1-1)의 미세양(농도)을 정량적으로 평가 방법으로 수행한다. 본 실험에서 제조된 형광입자(1-1)는 자외선램프(43,57)에서 나온 자외선(약 320nm)의 빛을 흡수하여 중심파장이 약 514nm에서 빛을 방출하는 특성을 가진다. 특히, 상기 형광 이미징 필터 평가기(40)를 이용한 방법과 상기 농도 정량 필터 평가기(50)를 이용한 방법은 생화학무기에 노출될 수 있는 군사용 방독면의 필터 성능평가에 적용되나, 필터류가 아닌 누수관, 누수 부품 등의 누출 확인에 적용되어져 형광 이미징 방법으로 가시화된 분포나 정량분석법으로 분석 및 평가될 수 있다.To evaluate the performance of the filter finally, a two-dimensional filter evaluation (evaluation of the filtering performance of the test filter 1) was performed by applying the fluorescence imaging filter evaluator 40 (filter transmission type photodetector distribution image measurement of S30-1) Or by using a concentration quantification filter evaluator 50 (S30-2-2 quantitative analysis of the filtered particles) to determine the amount of the fluorescent particles 1-1 that have passed through the test filter 1 ) Is performed quantitatively by the evaluation method. The fluorescent particles 1-1 prepared in this experiment absorb ultraviolet rays (about 320 nm) emitted from the
구체적으로, 형광 이미징 필터 평가기(40)를 이용한 방법은, 우선 시험 필터류(1)를 통과한 형광입자(1-1)가 부분적으로 시험필터류(1)의 단면에 뭍은 경우 자외선램프(43)와 이미징 캡쳐 모듈(41)을 이용하면 형광의 분포를 이미지화할 수 있다. 이 경우 이미지의 각 픽셀의 색정보를 통해 형광의 분포를 정량화 할 수 있다. 그 결과는 도 5로 예시되며, 이는 형광입자(1-1)가 필터링 된 시험 필터류(1)를 자외선이 방출되는 조명 아래에서 이미징을 한 경우이다. 이때 형광입자가 필터류를 투과하면서 통과한 형광입자(1-1)들로 인해 시험필터류(1)의 2차원적인 공간성능 분포가 나타난다. 형광입자(1-1)에 의한 시험필터류(1)의 형광이미지는 자외선 램프(43) 아래에서 해상도가 좋은 카메라를 갖춘 형광이미지갭처모듈(41)을 이용하여 얻는다. 또한 전체적인 투과율 등은 처리 전후의 이미지로부터 투과율을 계산하여 얻을 수 있다. 일례로, 도 5에 제시된 이미지에서 약 5%정도의 형광이미지가 측정된 경우, 시험필터류(1)의 투과 성능 95%로 볼 수 있다.Specifically, in the method using the fluorescent
구체적으로, 농도 정량 필터 평가기(50)를 이용한 방법은, 형광입자용해 리저버(51)에 투입된 NaOH 용액을 이용해 형광입자(1-1)를 효과적으로 용해시킨다. 특히, 용액 집진기(51)에 구비된 배플(51A)이 계단형 칸막이(cascade)구조를 형성함으로써 NaOH 용액과의 접촉시간을 증대시키고 주입된 NaOH 용액에 형광입자(1-1)의 용해도가 증가된다. 이어, 용액 집진기(51)에서 형광액 샘플채취라인(51-3)을 통해 형광액 샘플 집진기(53)로 샘플링 된 형광액은 자외선 램프(57)와 형광을 검출하는 센서인 형광센서모듈(55)로 농도에 따른 형광강도의 세기를 측정한다. 이러한 형광강도 세기는 도 7은 형광입자의 양에 따른 형광 강도의 세기를 예시한다. 그러면, 형광강도의 세기를 이용하면 정량적으로 형광의 농도를 평가할 수 있다. 농도계산의 예로서, 단위시간동안 통과한 에어로졸의 경우 일정 용액의 부피에 용해된 후 형광센서모듈(55)로 부터 형광 강도 곡선을 작성하고 이를 통해 입자량을 계산한다. 다시, 입자량을 유량으로 나누면 시험필터류(1)를 통과한 에어로졸 중에 포함된 형광입자(1-1)의 농도가 계산된다. 이때, 자외선 램프(57)와 방출광을 감지하는 형광센서모듈(55)의 성능이 좋을수록 미세한 양의 형광을 검출 할 수 있으므로 목적에 맞는 필터의 성능을 평가할 수 있는 적당한 자외선 램프(57)와 형광센서모듈(55)의 검출 센서를 이용한다. 이는, 특히 생화학무기에 노출될 수 있는 군사용 방독면과 같은 필터의 정확한 성능 측정 시 특히 중요하다.Specifically, the method using the concentration
이와 같이, 본 실시예에서는 이미징 필터 평가기(40)를 이용한 필터투과형광입자분포 이미지측정(S30-1)이 수행되거나 농도 정량 필터 평가기(50)를 이용한 필터 통과 형광입자 정량분석(S30-2)과 같은 두 가지 방법을 이용하여 형광을 동시에 측정하여 이미지화하면서 또한 정량적으로 입자의 투과양을 측정할 수 있는 장점이 있다.As described above, in the present embodiment, the filter transmission type photoemission distribution image measurement (S30-1) using the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and variations and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. And such modifications are within the scope of the present invention.
1 : 시험 필터류 1-1 : 형광입자
10 : 형광입자 분급기 20 : 필터시험챔버
30 : 필터성능평가장치 40 : 형광 이미징 필터 평가기
41 : 형광이미지갭처모듈 41-1 : 형광분포이미지생성부
43,57 : 자외선 램프 50 : 농도 정량 필터 평가기
51 : 용액 집진기(Scrubber) 51A : 배플
51-1 : 희석액주입라인 51-2 : 형광입자유입라인
51-3 : 형광액 샘플채취라인 51-4 : 기체벤트라인
53 : 형광액 샘플 집진기(Scrubber)
55 : 형광센서모듈
60 : 분석기 61 : 컴퓨터
63 : 디스플레이1: Test filters 1-1: Fluorescent particles
10: Fluorescent particle classifier 20: Filter test chamber
30: Filter performance evaluation device 40: Fluorescence imaging filter evaluator
41: Fluorescence image gap module 41-1: Fluorescence distribution image generator
43,57: Ultraviolet lamp 50: Concentration quantitative filter evaluator
51:
51-1: Diluent injection line 51-2: Fluorescent particle inflow line
51-3: Fluorescent liquid sample sampling line 51-4: Gas vent line
53: Fluorescent liquid sample scrubber
55: Fluorescence sensor module
60: Analyzer 61: Computer
63: Display
Claims (13)
(B) 상기 형광 에어로졸을 생화학무기용 방독면에 적용되는 시험대상 필터가 설치된 상태에서 일정한 정압과 풍속을 유지하는 챔버에 미세 정량으로 공급하며;
(C) 상기 시험대상 필터에 대해 2차원 필터 평가 형광 이미징 방식인 필터투과형광입자분포 이미지측정을 수행하거나 또는 상기 시험대상 필터에 대해 투과한 형광입자 농도의 정량적 평가 방식인 필터 통과 형광입자 정량분석을 수행하고, 각각의 결과로부터 상기 시험대상 필터 성능이 분석 및 평가되고,
상기 필터 통과 형광입자 정량분석은, 상기 시험대상 필터를 투과한 형광 에어로졸을 NaOH 용액에 통과시켜 형광입자를 용해시키고, 용해액을 샘플링 채취하며, 샘플링 용액에 자외선을 조사하면서 용액의 형광강도를 측정하고, 상기 형광강도로 상기 시험대상 필터를 투과 후 잔류 형광입자 농도가 측정되며, 상기 농도를 정량적으로 형광 농도로 평가해 상기 시험대상 필터의 투과 성능을 평가하는
것을 특징으로 하는 형광 에어로졸을 이용한 필터류의 입자 투과 성능 평가 시험 방법.
(A) producing a fluorescent aerosol containing fluorescent particles;
(B) supplying the fluorescent aerosol in a minute amount to a chamber which maintains a constant positive pressure and a wind speed in a state where a filter to be tested, which is applied to a respiratory mask for biochemical weapons, is installed;
(C) A filter-transmission type optical-particle distribution image measurement as a two-dimensional filter evaluation fluorescence imaging method is performed on the filter to be tested or a filter-passed fluorescent particle quantitative analysis, which is a quantitative evaluation method of the fluorescent particle concentration transmitted to the filter to be tested, The filter performance to be tested is analyzed and evaluated from each result,
In the quantitative analysis of the filter-passed fluorescent particles, the fluorescent aerosol that has passed through the filter to be tested is passed through a NaOH solution to dissolve the fluorescent particles, and the solution is sampled. The fluorescence intensity of the solution is measured while irradiating ultraviolet light to the sampling solution The residual fluorescent particle concentration is measured after passing through the filter under test with the fluorescence intensity, and the filtration performance of the filter to be tested is evaluated by quantitatively evaluating the concentration as the fluorescence concentration
Wherein the filter particles have an average particle size of less than 10 nm.
The method according to claim 1, wherein the fluorescent aerosol produced is SiO 2, TiO 2, ZnO, the dried particles giant amphipods using oxides of ZrO 2, SnO 2, or the use of the metal nano-particles, or with a variety of average particle size of food powder particles, Flour and spores are used for the evaluation of the particle penetration performance of the filter fluid using the fluorescent aerosol.
The method according to claim 1, wherein magnetic particles are applied to produce the fluorescent aerosol.
The method according to claim 1, wherein the filter transmission type photoinduced distribution image measurement is performed by imaging the distribution of fluorescent particles on the filter under test while irradiating ultraviolet rays to the filter under test, And evaluating the permeability of said test object filter with a percentage (%) of fluorescence distribution quantification. The test method for evaluating the particle penetration performance of a filter fluid using a fluorescent aerosol.
2. The method according to claim 1, wherein the calculation of the concentration is performed by calculating the amount of particles from the volume of the sampling solution and the fluorescence intensity curve, and dividing the amount of the particles by the flow rate to evaluate the particle penetration performance of the filter using the fluorescent aerosol Way.
The method according to claim 1, wherein the fluorescent aerosol passing through the NaOH solution is passed through a stepped cascade structure to lengthen the contact time between the fluorescent particles and NaOH. .
The method according to claim 1, wherein the chamber is a water leakage pipe or a leakage part where leakage is generated.
내부로 생화학무기용 방독면에 적용되는 시험대상 필터인 시험 필터류가 설치되고, 상기 형광입자 분급기에서 나온 형광입자가 상기 시험 필터류를 통과하도록 일정한 정압과 풍속을 유지하는 필터시험챔버;
상기 시험 필터류의 여과 성능을 2차원 필터 평가 형광 이미징 방식으로 평가하는 형광 이미징 필터 평가기;
상기 시험 필터류의 여과 성능을 투과한 형광입자 농도의 정량적 평가 방식으로 평가하는 농도 정량 필터 평가기;가 포함되고,
상기 농도 정량 필터 평가기는 상기 시험 필터류를 통과한 형광 에어졸이 유입되어져 NaOH와 섞어지는 용액 집진기, 상기 용액 집진기에 연결되어 형광입자가 용해된 형광액 샘플을 채취하는 형광액 샘플 집진기, 상기 형광액 샘플에서 형광입자의 온도에 따른 강도변화를 검출하는 형광센서모듈, 상기 형광액 샘플에 자외선을 조사하는 자외선 램프로 구성된 것을 특징으로 하는 형광 에어로졸을 이용한 필터류의 입자 투과 성능 평가 장치.
Fluorescent particle classifier that regulates and supplies fine quantities of fluorescent aerosols containing fluorescent particles;
A filter test chamber in which test filters, which are filters to be tested, are applied to a respiratory mask for biochemical weapons, and in which a fluorescent particle from the fluorescent particle classifier maintains a constant positive pressure and a wind speed so as to pass through the test filters;
A fluorescence imaging filter evaluator for evaluating the filtering performance of the test filters by a two-dimensional filter evaluation fluorescence imaging method;
And a concentration quantitative filter evaluator for evaluating the filtration performance of the test filters by a quantitative evaluation method of the fluorescence particle concentration transmitted therethrough,
Wherein the concentration quantification filter evaluator comprises: a solution precipitator in which a fluorescent aerosol having passed through the test filters is mixed and mixed with NaOH; a fluorescence fluid sample sampler connected to the solution precipitator for sampling a fluorescent fluid sample in which the fluorescent particles are dissolved; A fluorescence sensor module for detecting a change in intensity of the fluorescent particles with temperature, and an ultraviolet lamp for irradiating the fluorescent substance sample with ultraviolet rays.
[Claim 9] The fluorescence imaging apparatus of claim 9, wherein the fluorescence imaging filter evaluator comprises a fluorescence image gap module for generating a fluorescence distribution image for the fluorescent particles remaining in the test filters, and an ultraviolet lamp for irradiating the test filters with ultraviolet light. For evaluating the particle penetration performance of a filter.
[12] The method of claim 9, wherein the solution precipitator includes a baffle having a stepped partition structure for partitioning an inner space, a diluent injection line for injecting NaOH into the inner space, a fluorescent particle inflow line through which the fluorescent aerosol passed through the test filters flows, And a gas vent line for discharging the gas in the inner space to the outside. The apparatus for evaluating the particle penetration performance of a filter using the fluorescent aerosol, comprising:
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