KR102229252B1 - 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되고, 대상 에어로졸을 발생시키는 대상 물질이 놓여지는 지지판; 상기 챔버 내부에 설치되고, 상기 대상 물질을 연소하게 하도록 레이저 광을 조사하는 레이저 모듈; 및 상기 레이저 모듈에 연결되어 상기 레이저 모듈을 이송시키는 레이저 이송 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치를 제공한다.

Description

에어로졸 발생 장치{Aerosol Generating Apparatus}
본 발명은 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 레이저 모듈을 이용하여 에어로졸을 간편하게 발생시키고, 에어로졸의 크기와 농도를 제어하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
최근 미세먼지로 일컬어지는 대기 중의 에어로졸에 대한 관심이 증가함에 따라, 미세먼지의 발생ㆍ유입, 측정ㆍ예보, 집진ㆍ저감 및 국민생활 보호ㆍ대응 기술에 대한 다양한 연구와 기술개발이 이루어지고 있다. 특히, 에어로졸은 크기 및 농도에 따라 건강에 끼치는 영향 뿐만 아니라 측정 및 저감 장치의 성능에도 크게 영향을 끼친다. 이러한 에어로졸 연구와 기술개발에서는 안정적인 에어로졸 발생과 함께 실험자가 원하는 에어로졸의 크기와 농도를 능동적으로 발생시킬 수 있는 에어로졸 발생 장치가 필수적이다.
종래 에어로졸 발생 장치로는 습식 방법과 건식 방법으로 크게 나뉠 수 있다.
습식 방법으로는 가압 분무 방식, 증발-응축 방식, 오리피스 진동 방식이 있다. 습식 방법은 공통적으로 발생시키고자 하는 용질을 용매에 녹이거나, 분산시킨 후, 용액을 잘게 분해하고 증발시키는 다양한 공정을 이용함으로써 에어로졸을 발생시킨다. 가압 분무 방식은 용액의 농도와 압력을 변화시킴으로써 에어로졸의 크기와 농도를 다르게 할 수 있고, 증발-응축 방식은 용액의 증발량을 조절하기 위한 가열기 및 응축 속도를 조절하기 위한 운반 가스의 유량을 변화시킴으로써 에어로졸의 크기와 농도를 조절한다. 오리피스 진동 방식은 오리피스 크기와 용액에 가하는 진동세기에 따라 에어로졸의 크기와 농도를 다르게 할 수 있다.
건식 방법으로는 스크류-피더 방식, 연소 방식이 대표적이다. 스크류-피더 방식은 에어로졸 대상 모재를 파우더 형태로 만들고 이를 스크류로 농도를 조절한 후, 다양한 종류의 피더를 이용함에 따라 에어로졸의 크기를 조절한다. 연소 방식은 가스, 액체, 고체 등 다양한 종류의 모재를 연소시킴에 따라 에어로졸을 발생시킨다.
종래의 습식 에어로졸 발생 방식은, 발생시키고자 하는 에어로졸 재료를 용매에 녹이거나, 균일하게 분산시켜야 하는 조건이 있고, 수십 마이크론 이상의 액적 크기에 따라 나노 크기의 에어로졸 발생이 어렵다.
또한, 추가적인 액적 증발 과정이 필요하다. 건식 에어로졸 발생 방식 중 스크류-피더 방식은 초기 분말 상태의 입자를 구하거나, 벌크 상태의 에어로졸 재료를 분쇄하여 입자 크기를 조절할 필요가 있다. 일반적으로 공기 중으로 부유시키는 과정 내에서 매우 넓은 범위의 에어로졸 크기 분포를 가지며, 분말입자의 응집으로 인해 나노 크기 입자 발생이 어렵다. 또한, 기계적인 장비 구성이 복잡하며, 단가가 매우 높다.
이에 반해 연소 방식은 나노 입자 발생이 매우 용이한 반면, 안정적인 연소 특성 조절이 어렵고, 경우에 따라 폭발이나 화재의 위험이 있다. 그러나 대기 중 인위적인 미세먼지 및 초미세먼지 발생의 대부분은 플랜트나 자동차 등의 연소 공정이 차지하기 때문에, 연소 방식의 에어로졸 발생 방법에 대한 수요는 계속 증가하고 있는 상황이다.
보다 안전하고, 간편하며, 이동이 용이하고, 실험자 사용이 편리한 연소 방식의 에어로졸 발생 방법으로서, 미세 연소(Micro-combustion) 방식이 대안이 될 수 있다. 이 경우, 미세 연소 수단으로서, 크게 전기적 가열 수단, 초음파 가열 수단, 압전 가열 수단을 사용한다. 그러나 상기 에어로졸 재료를 가열하여 연소-에어로졸을 발생시키는 장치는, 재료의 연소 온도까지 긴 가열 시간이 소요되며, 일정한 온도를 유지하는데 어려움이 있고, 에너지 소비가 높고, 발생된 에어로졸의 일정한 크기 및 농도를 유지하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 모듈을 활용하여 에어로졸 대상 물질의 국부적인 미세 연소가 가능하게 함으로써, 나노 크기의 연소 에어로졸을 발생시킬 수 있으며, 운반 가스 유량, 레이저 세기 및 레이저 조사 시간을 조절함으로써, 발생된 에어로졸의 크기와 농도를 제어 할 수 있는 에어로졸 발생 장치 및 구성 방법을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되고, 대상 에어로졸을 발생시키는 대상 물질이 놓여지는 지지판; 상기 챔버 내부에 설치되고, 상기 대상 물질을 연소하게 하도록 레이저 광을 조사하는 레이저 모듈; 및 상기 레이저 모듈에 연결되어 상기 레이저 모듈을 이송시키는 레이저 이송 장치를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 상기 챔버에 설치되고, 운반가스를 상기 챔버 내부로 유입하는 운반가스 유입부; 및 상기 발생된 에어로졸을 배출하는 에어로졸 배출부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 운반가스 유입부는, 운반 가스를 저장하는 가스 탱크; 상기 가스 탱크에 연결되어, 펌핑력을 발생시켜 상기 운반 가스를 공급 가능하게 하는 펌프; 및 상기 운반 가스를 이동 가능하게 하도록 바람을 제공하는 송풍부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 상기 레이저 모듈, 상기 레이저 이송 장치 및 상기 운반 가스 유입부에 각각 전기적으로 연결되어 상기 레이저 모듈, 상기 레이저 이송 장치 및 상기 운반 가스 유입부를 각각 제어하는 제어 보드를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어 보드는, 상기 레이저 모듈의 레이저 조사 에너지를 조절할 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 레이저 이송 장치는, 구동력을 발생시키는 레이저 이송 모터; 및 상기 레이저 이송 모터에 연결되고, 상기 레이저 이송 모터에 의해 발생된 구동력에 의해 회전되어 상기 레이저 모듈이 이송되도록 상기 레이저 모듈이 설치되는 회전축을 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 상기 지지판에 결합되어 상기 지지판을 이송 가능하게 하는 지지판 이송 장치를 더 포함한다.
상기 지지판 이송 장치는, 구동력을 발생시키는 지지판 이송 모터; 및 상기 지지판 이송 모터에 연결되고, 상기 지지판 이송 모터에 의해 발생된 구동력에 의해 회전되어 상기 지지판이 이송되도록 상기 지지판이 설치되는 이송 회전축을 포함할 수 있다.
본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 에어로졸의 크기 및 농도를 레이저 모듈을 이용하여 에어로졸 대상 물질을 연소함으로써 사용자의 선택에 맞게 에어로졸의 크기 및 농도를 발생시킬 수 있게 하며, 이는 에어로졸 관련 연구에 손쉽게 활용할 수 있다.
본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 레이저 모듈을 통해 다양한 에어로졸 대상 물질을 연소시킴으로써, 대상 물질의 연소 특성에 따른 에어로졸 발생 특성 및 발생 경로를 분석할 수 있다.
본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 미세먼지와 같은 공기 중 에어로졸에 대한 저감 장치와 이들의 측정에 사용되는 탐지 센서의 성능 평가 시, 안정적이고 균일한 에어로졸 발생 및 크기와 농도를 조절할 수 있는 에어로졸 발생 특성을 제공함으로써, 보다 정확하고, 신뢰도 높은 평가를 가능하게 한다.
본 발명의 에어로졸 발생 장치는, 실내 또는 실외에서 미세먼지와 같은 공기 중 에어로졸로부터 인체를 보호하기 위한 개인 보호구의 성능 평가 시, 안정적이고 균일한 에어로졸 발생 및 크기와 농도를 조절할 수 있는 에어로졸 발생 특성을 제공함으로써, 보다 정확하고, 신뢰도 높은 평가를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 에어로졸 발생 장치를 도시하는 사시도.
도 2는 레이저 모듈 및 레이저 이송 장치의 결합을 도시하는 사시도.
도 3은 지지판 및 지지판 이송 장치의 결합을 도시하는 사시도.
도 4는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 성능 평가를 위한 블록도.
도 5a는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 레이저 세기 변화에 대한 실시간 에어로졸 크기 분포를 나타내는 그래프.
도 5b는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 레이저 세기 변화에 대한 총 입자 수 농도, 기하평균입경(GMD) 및 기하표준편차(GSD)를 나타내는 그래프.
도 5c는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 레이저 세기 변화에 대한 에어로졸 발생 안정성을 나타내는 그래프.
도 6a는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 운반 가스 유량 변화에 대한 실시간 에어로졸 크기 분포를 나타내는 그래프.
도 6b는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 운반 가스 유량 변화에 대한 총 입자 수 농도, 기하평균입경(GMD) 및 기하표준편차(GSD)를 나타내는 그래프.
도 6c는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 운반 가스 유량 변화에 대한 에어로졸 발생 안정성을 나타내는 그래프.
도 7a는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 레이저 조사 시간 변화에 대한 실시간 에어로졸 크기 분포를 나타내는 그래프.
도 7b는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 레이저 조사 시간 변화에 대한 총 입자 수 농도, 기하평균입경(GMD) 및 기하표준편차(GSD)를 나타내는 그래프.
도 7c는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 레이저 조사 시간 변화에 대한 에어로졸 발생 안정성을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 에어로졸 발생 응답 특성을 파악하기 위한, 에어로졸 농도 상승 시간 및 하강 시간을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 에어로졸 발생 장치의 실시간 레이저 세기 변화에 대한 에어로졸 농도 변화 제어를 나타내는 그래프.
도 10a는 레이저 모듈과 이송 장치의 결합에 대하여, 복수의 레이저 모듈이 레이저 이송 장치에 결합되는 예를 도시하는 개념도.
도 10b는 레이저 모듈과 이송 장치의 결합에 대하여, 복수의 레이저 모듈이 레이저 이송 장치에 결합되는 다른 예를 도시하는 개념도.
도 11a는 복수의 대상 에어로졸 물질을 고정하기 위한 지지판의 일 예를 도시하는 개념도.
도 11b는 복수의 대상 에어로졸 물질을 고정하기 위한 지지판의 다른 예를 도시하는 개념도.
도 12a는 레이저 모듈과 대상 물질이 고정된 지지판과 지지판 이송 장치의 이송 방향의 예를 도시하는 개념도.
도 12b는 레이저 모듈과 대상 물질이 고정된 지지판과 지지판 이송 장치의 이송 방향의 다른 예를 도시하는 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)를 도시하는 사시도이고, 도 2는 레이저 모듈(30) 및 레이저 이송 장치(40)의 결합을 도시하는 사시도이며, 도 3은 지지판(20) 및 지지판 이송 장치(70)의 결합을 도시하는 사시도이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)에 대해 서술한다.
본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)는, 챔버(10), 지지판(20), 레이저 모듈(30) 및 레이저 이송 장치(40)를 포함한다.
챔버(10)의 내부에는 레이저 모듈(30), 지지판(20) 및 레이저 이송 장치(40)가 설치될 수 있고, 챔버(10)의 외부에는 제어 보드(80)가 설치될 수 있다.
또한, 챔버(10)는 후술하는 다양한 구성을 수용한다.
지지판(20)은 대상 에어로졸을 발생시키는 대상물질이 놓여지도록 구성된다. 지지판(20)에 놓여지는 대상물질은 에어로졸 대상시료(1)일 수 있다. 또한, 대상물질은 원형 또는 사각형의 형태로 지지판(20)에 배치될 수 있으며, 복수 개로 배치될 수도 있다(도 11a 및 11b 참조). 일례로, 지지판(20)은 도 1에서, 챔버(10)의 하부에 설치되는 예가 도시된다. 지지판(20)에는, 지지판(20)을 이송하게 하는 지지판 이송 장치(70)가 결합될 수 있으며, 지지판 이송 장치(70)에 대해서는 후술하기로 한다.
레이저 모듈(30)은, 챔버(10) 내부에 설치되어 대상 물질을 연소하게 하여 에어로졸을 발생시키도록 레이저 광을 조사한다.
레이저 모듈(30)은 대상물질과의 레이저 모듈(30)의 초점 거리가 맞도록 배치되는 것이 바람직한데, 도 1을 참조하면, 레이저 모듈(30)은 챔버(10)의 상부에서 하부의 지지판(20)을 향해서 레이저 광을 조사하도록 설치될 수 있으며, 챔버(10)의 하부에 설치된 지지판(20)의 대상물질과의 레이저 모듈(30)의 초점 거리가 맞도록 배치되는 것이 바람직하다.
레이저 이송 장치(40)는 레이저 모듈(30)에 연결되어 레이저 모듈(30)을 이동시킨다.
일례로, 도 1에 도시되는 바와 같이, 레이저 이송 장치(40)는, 챔버(10) 내부의 상측에, 브라켓(47)에 의해 설치될 수 있다.
레이저 이송 장치(40)는 레이저 이송 모터(41) 및 회전축(44)을 포함할 수 있다.
레이저 이송 모터(41)는, 구동력을 발생시킨다. 일례로, 레이저 이송 모터(41)는, 스텝 모터(step motor)일 수 있다. 레이저 이송 모터(41)가 스텝 모터인 경우에, 스텝 모터는 일 스텝의 간격은 일정하게 하여 회전축(44)의 회전을 일정하게 되어, 레이저 모듈(30)이 에어로졸 대상 시료(40)에 레이저를 조사하는 시간을 균일하도록 제어할 수 있다.
레이저 이송 장치(40)의 회전축(44)은 레이저 이송 모터(41)에 연결되고, 상기 레이저 이송 모터(41)에 의해 발생된 구동력에 의해 회전되어 상기 레이저 모듈(30)이 이송되도록 상기 레이저 모듈(30)이 설치될 수 있다.
일례로, 회전축(44)의 외주에는 나사산이 형성될 수 있다. 또한, 레이저 모듈(30)은 회전축(44)의 외주의 나사산에 나사 결합 가능한 나사산이 내주에 구비되는 나사홀을 구비할 수 있으며, 회전축(44)의 외주에 나사홀이 결합되도록 레이저 모듈(30)은 회전축(44)에 설치될 수 있다.
레이저 모듈(30)은 도 1 및 도 2에서 도시된 회전축(44)의 연장 방향을 따라서, 이송될 수 있다.
한편, 레이저 모듈(30)은 회전축(44)에 복수 개로 배치될 수 있다(도 10a 및 10b 참조).
본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)는, 운반가스 유입부(50) 및 에어로졸 배출부(60)를 더 포함할 수 있다.
운반가스 유입부(50)는, 챔버(10)에 설치되고, 운반가스를 챔버(10) 내부로 유입하게 한다. 이를 위해, 운반가스 유입부(50)는 운반가스를 챔버(10) 내부로 유입시키는 통로를 구비할 수 있다.
또한, 운반가스 유입부(50)는, 가스 탱크, 펌프 및 송풍부(53)를 포함할 수 있다.
가스 탱크는 운반 가스를 저장한다. 가스 탱크는 도 1에 도시되지는 않았지만, 운반가스 유입부(50)를 통해서 가스를 챔버(10) 내부에 공급 가능하도록 챔버(10)에 연결될 수 있으며, 운반 가스를 저장 가능하도록 수용할 수 있는 공간을 구비한다.
펌프는 가스 탱크에 연결되어 펌핑력을 발생시킴으로서 운반 가스를 챔버의 내부로 공급 가능하게 한다.
송풍부(53)는 운반 가스를 챔부 내부로 이동 가능하게 하도록 바람을 제공한다.
운반가스 유입부(50)는, 필터를 더 포함할 수 있으며, 필터에 의해 운반 가스 외의 에어로졸은 걸러내게 된다. 일례로, 운반가스 유입부(50)의 하부에 필터가 내장될 수 있다.
에어로졸 배출부(60)는 발생된 에어로졸을 배출한다. 에어로졸 배출부(60)는 도 1에 도시되는 바와 같이, 발생된 에어로졸이 외부로 배출되는 창인 배출 개구(63) 및 발생된 에어로졸의 외부로 배출을 가이드하는 배출 가이드부(65)를 포함할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)는 운반가스 유입부(50) 및 에어로졸 배출부(60)를 더 포함하여, 운반가스 유입부(50)에서 발생된 에어로졸을 운반 가스와 함께 에어로졸 배출부(60)를 통해서 외부로 배출되도록 한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 운반가스 유입부(50)는 도면에서 좌상측에 있는 챔버(10)의 일 면에 설치될 수 있고, 에어로졸 배출부(60)는 도면에서 우하측에 있는 챔버(10)의 다른 일 면에 설치될 수 있다.
본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)는, 지지판(20)에 결합되어 지지판(20)을 이송 가능하게 하는 지지판 이송 장치(70)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 지지판(20) 및 지지판 이송 장치(70)의 결합을 도시하는 사시도이며, 도 3을 참조하여, 지지판 이송 장치(70)의 세부 구성에 대해서 서술하기로 한다.
지지판 이송 장치(70)는, 지지판(20)을 이송 가능하게 하여, 에어로졸 대상시료(1)가 레이저 모듈(30)에 의해 기 결정된 면적을 연소시킬 수 있게 한다.
지지판 이송 장치(70)는 챔버(10)의 내부에 설치될 수 있는데, 도 1에 도시되는 바와 같이, 챔버(10) 내부의 하부에 설치되는 것이 바람직하다.
지지판 이송 장치(70)는, 레이저 이송 장치(40)가 레이저 모듈(30)을 이송시키는 레이저 모듈(30) 이송 방향과 교차하는 방향으로 지지판(20)을 이송시킬 수 있다(도 12a 참조). 일례로, 레이저 이송 장치(40)의 회전축(44)과 수직인 방향으로 지지판(20)을 이송시키는 것이 바람직하다.
한편, 지지판 이송 장치(70)는, 에어로졸 대상시료(1)가 원형인 경우에 원주 및 반경 방향으로 지지판(20)을 이송시킬 수 있다(도 12b 참조).
지지판 이송 장치(70)는 지지판(20)을 이송하여 에어로졸 대상시료(1)의 연소 면적을 제어 보드(80)에서 평면 좌표값으로 제어할 수 있다.
지지판 이송 장치(70)는, 지지판 이송 모터(71) 및 이송 회전축(73)을 포함할 수 있다.
지지판 이송 모터(71)는 구동력을 발생시킨다. 일례로, 지지판 이송 모터(71)는, 스텝 모터(step motor)일 수 있다. 지지판 이송 모터(71)가 스텝 모터인 경우에, 스텝 모터는 일 스텝의 간격은 일정하게 하여 이송 회전축(73)의 회전을 일정하게 하여, 일정한 속도로 에어로졸 대상 시료가 놓여지는 지지판(20)을 원하는 위치로 이송시킬 수 있게 한다.
이송 회전축(73)은 지지판 이송 모터(71)에 연결되고, 지지판 이송 모터(71)에 의해 발생된 구동력에 의해 회전되어 지지판(20)이 이송되도록, 지지판(20)이 이송 회전축(73)에 설치될 수 있다. 이송 회전축(73)은 레이저 모듈(30) 이송 장치의 회전축(44)과 교차하는 방향으로 배치될 수 있는데, 이송 회전축(73)은 레이저 모듈(30) 이송 장치의 회전축(44)과 수직하는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
일례로, 이송 회전축(73)의 외주에는 나사산이 형성될 수 있다. 또한, 지지판(20)은 회전축(44)의 외주의 나사산에 나사 결합 가능한 나사산이 내주에 구비되는 나사홀을 구비할 수 있으며, 이송 회전축(73)의 외주에 나사홀이 결합되도록 지지판(20)은 이송 회전축(73)에 설치될 수 있다.
지지판(20)은, 대상물질이 직접 맞다도록 놓여지는 제1지지판(21) 및 제1지지판(21)에 연결되고, 나사홀이 구비되는 제2지지판(24)을 포함할 수 있다. 도 3에서 명백히 도시되지는 않았지만, 제2지지판(24)의 일 측에 나사홀에 이송 회전축(73)이 설치되어 있으며, 지지판 이송 모터(71)가 구동되면, 이송 회전축(73)이 회전하며, 제1 및 제2지지판(24)이 이송되게 된다. 또한, 도 3에 도시되는 바와 같이 제1지지판(21) 및 'ㄴ'형상의 제2지지판(24)은 'ㄷ'형상으로 서로 연결될 수 있다.
본 명세서에서, 지지판 이송 장치(70)의 지지판 이송 모터(71) 및 이송 회전축(73)의 구성은, 전술한 레이저 이송장치의 레이저 이송 모터(41) 및 회전축(44)의 구성과 크게 다르지 않음이 이해될 수 있다.
본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)는, 제어 보드(80)를 더 포함할 수 있다.
제어 보드(80)는, 레이저 모듈(30), 상기 레이저 이송 장치(40) 및 상기 운반 가스 유입부에 각각 전기적으로 연결되어 상기 레이저 모듈(30), 상기 레이저 이송 장치(40) 및 상기 운반 가스 유입부를 각각 제어하도록 이루어진다.
제어 보드(80)는, 레이저 모듈(30)의 레이저 조사 에너지를 조절할 수 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 제어 보드(80)는 챔버(10)의 내부의 상측에 설치될 수 있다.
일례로, 제어 보드(80)는 인쇄회로 기판(PCB, Printed Circuit Board) 또는 마이크로 컨트롤러(MCU, Micro Controller Unit)를 탑재한 기판일 수 있다.
도 4는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 성능 평가를 위한 블록도이다. 먼저, 챔버(10) 내에는 레이저를 통해 연소시킬 에어로졸 대상 시료를 시료 지지판(20)에 위치한다. 이때, 유량 제어기에 의해 제어된 운반 가스가 챔버(10) 내부로 유입시킬 때, 이를 필터를 통해 외부 에어로졸을 제거시킨다. 레이저 연소 에어로졸 발생 장치(100)의 외부로 배출시키기 위한 에어로졸은 이러한 외부 에어로졸을 제거한 운반 가스와 에어로졸 대상 시료가 레이저에 의해 연소되어 발생된 에어로졸이 챔버(10)에서 혼합함으로써 만족시키게 된다.
레이저 모듈(30)의 세기, 운반 가스 유입을 위한 송풍부(53), 이송 장치 레이저 이송 모터(41) 및 시료 지지판 이송 모터(71)는 제어 보드(80)를 통해 조절된다. 이때, 챔버(10)의 에어로졸 배출부(60)에는 챔버(10) 내부에서 레이저 모듈(30)에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생한 에어로졸의 크기와 농도를 측정하기 위한 실시간 계측기인 FMPS(Fast Mobility Particle Sizer)가 연결되어, 에어로졸의 크기 및 농도 측정을 위해 사용한다.
도 5a, 5b, 5c는 운반 가스 유량 및 레이저 조사 시간을 고정하고, 레이저 세기를 변화시켰을 때, 에어로졸 대상 시료인 나무가 연소하여 발생된 에어로졸을 분석한 그래프를 나타낸다. 도 5a는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 레이저 세기 변화에 대한 실시간 에어로졸 크기 분포를 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸을 에어로졸 배출부(60)에서 실시간 계측기인 FMPS(Fast Mobility Particle Sizer)에 의해 얻어진 에어로졸의 크기 정보를 정규화하여 보여준다. 도 5b는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 레이저 세기 변화에 대한 에어로졸 총 입자수 농도, 기하평균입경(GMD, Geometric Mean Diameter) 및 기하표준편차(GSD, Geometric Standard Deviation)를 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입 될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸을 에어로졸 배출부(60)에서 실시간 계측기인 FMPS에 의해 얻어진 에어로졸 총 입자수 농도, GMD, GSD의 30분간의 평균치를 보여준다. 운반 가스 유량과 레이저 조사 시간이 일정할 때, 레이저 세기가 증가하면 총 입자수 농도와 에어로졸의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다는 것을 보여준다. 도 5c는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 레이저 세기 변화에 대한 에어로졸 발생 안정성을 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸을 에어로졸 배출구에서 실시간 계측기인 FMPS에 의해 얻어진 분당 에어로졸 크기별 에어로졸 수 농도를 30분간의 데이터를 보여준다.
도 6a, 6b, 6c는 레이저 세기 및 레이저 조사 시간을 고정하고, 운반 가스 유량만을 변화하였을 때, 에어로졸 대상 시료인 나무가 연소하여 발생된 에어로졸을 분석한 그래프를 나타낸다. 도 6a는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 운반 가스 유량 변화에 대한 실시간 에어로졸 크기 분포를 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸을 에어로졸 배출부(60)에서 실시간 계측기인 FMPS(Fast Mobility Particle Sizer)에 의해 얻어진 에어로졸의 크기 정보를 정규화하여 보여준다. 도 6b는 운반 가스 유량 변화에 대한 에어로졸 총 입자수 농도, 기하평균입경(GMD, Geometric Mean Diameter) 및 기하표준편차(GSD, Geometric Standard Deviation)를 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 시료가 연소되어 발생된 에어로졸 배출구에서 실시간 계측기인 FMPS에 의해 얻어진 에어로졸 총 입자수 농도, GMD, GSD의 30분간의 평균치를 보여준다. 레이저 세기와 레이저 조사 시간이 일정할 때, 운반 가스 유량이 증가하면 총 입자수 농도는 증가하지만, 에어로졸의 크기는 줄어드는 것을 알 수 있다는 것을 보여준다. 도 6c는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 운반 가스 유량 변화에 대한 에어로졸 발생 안정성을 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸을 에어로졸 배출구에서 실시간 계측기인 FMPS에 의해 얻어진 분당 에어로졸 크기별 에어로졸 수 농도를 30분간의 데이터를 보여준다.
도 7a, 7b, 7c는 레이저 세기 및 운반 가스 유량을 고정하고, 레이저 조사 시간만을 변화하였을 때, 에어로졸 대상 시료인 나무가 연소하여 발생된 에어로졸을 분석한 그래프를 나타낸다. 도 7a는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 레이저 조사 시간 변화에 대한 실시간 에어로졸 크기 분포를 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸을 에어로졸 배출부(60)에서 실시간 계측기인 FMPS(Fast Mobility Particle Sizer)에 의해 얻어진 에어로졸의 크기 정보를 정규화하여 보여준다. 도 7b는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 레이저 조사 시간 변화에 대한 총 입자 수 농도, 기하평균입경(GMD) 및 기하표준편차(GSD)를 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸 배출구에서 실시간 계측기인 FMPS에 의해 얻어진 에어로졸 총 입자수 농도, GMD, GSD의 30분간의 평균치를 보여준다. 레이저 세기와 운반 가스 유량이 일정할 때, 레이저 조사 시간이 증가하면 총 입자수 농도는 에어로졸의 크기에 따라 다른 경향을 나타낸다. 도 7c는 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 레이저 조사 시간 변화에 대한 에어로졸 발생 안정성을 나타내는 그래프이다. 이는 챔버(10) 내부로 운반 가스가 유입될 때 레이저에 의해 에어로졸 대상 시료가 연소되어 발생된 에어로졸을 에어로졸 배출구에서 실시간 계측기인 FMPS에 의해 얻어진 분당 에어로졸 크기별 에어로졸 수 농도를 30분간의 데이터를 보여준다.
도 8은 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 에어로졸 발생 응답 특성을 파악하기 위한, 에어로졸 농도 상승 시간 및 하강 시간을 나타내는 그래프이다. 이는 실시간 계측기인 FMPS(Fast Mobility Particle Sizer)에 의해 얻어진 에어로졸의 크기와 농도 정보들을 분별로 정규화하여 보여준다.
도 9는 레이저 연소 에어로졸 발생 장치(100)를 이용하여 운반 가스 유량 및 레이저 조사 시간을 고정하였을 때, 본 발명의 에어로졸 발생 장치(100)의 실시간 레이저 세기 변화에 대한 실시간 에어로졸 농도 변화에 대한 실시간 성능 테스트를 실시간 계측기인 FMPS(Fast Mobility Particle Sizer)로 나타낸 그래프이다. 에어로졸 저감 장치의 성능 평가를 위해 특정한 크기의 에어로졸을 사용하고 있지만, 다양한 에어로졸의 크기 분포, 농도를 안정적이고 순간적으로 얻기 어렵다. 이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명의 레이저 연소 에어로졸 발생 장치(100) 및 방법의 경우, 빠른 상승 시간 및 하강 시간의 성능을 가지며, 안정적인 에어로졸의 크기 분포 및 농도를 실시간 계측기인 FMPS로 확인하였다. 이는 실시간 안정적인 에어로졸 크기 분포 및 농도를 발생하기에 있어 우수한 성능을 보여준다.
도 10a는 레이저 모듈(30)과 레이저 이송 장치(40)의 결합에 대하여, 복수의 레이저 모듈(30)이 레이저 이송 장치(40)에 결합되는 예를 도시하는 개념도이고, 도 10b는 레이저 모듈(30)과 레이저 이송 장치(40)의 결합에 대하여, 복수의 레이저 모듈(30)이 레이저 이송 장치(40)에 결합되는 다른 예를 도시하는 개념도이다.
도 10a와 도 10b는 에어로졸 대상 시료를 동시에 연소시킬 수 있게 한다. 따라서 단일 에어로졸 대상 시료를 연소시켰을 때 부족한 에어로졸의 크기 분포를 추가적으로 얻을 수 있게 한다.
도 11a는 복수의 대상 에어로졸 물질을 고정하기 위한 지지판(20)의 일 예를 도시하는 개념도이고, 도 11b는 복수의 대상 에어로졸 물질을 고정하기 위한 지지판(20)의 다른 예를 도시하는 개념도이다.
도 12a는 레이저 모듈(30)과 대상 물질이 고정된 지지판(20)과 지지판 이송 장치(70)의 이송 방향의 예를 도시하는 개념도이고, 도 12b는 레이저 모듈(30)과 대상 물질이 고정된 지지판(20)과 지지판 이송 장치(70)의 이송 방향의 다른 예를 도시하는 개념도이다.
이상에서 설명한 에어로졸 발생 장치(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100:에어로졸 발생 장치
10:챔버
20:지지판 21:제1지지판 24:제2지지판
30:레이저 모듈
40:레이저 이송 장치 41:레이저 이송 모터 44:회전축 47:브라켓
50:운반가스 유입부 53:송풍부
60:에어로졸 배출부 63:배출 개구 65:배출 가이드부
70:지지판 이송 장치 71:지지판 이송 모터 73:이송 회전축
80:제어 보드
1:에어로졸 대상시료

Claims (8)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되고, 대상 에어로졸을 발생시키는 대상 물질이 놓여지는 지지판;
    상기 챔버 내부에 설치되고, 상기 대상 물질을 연소하게 하도록 레이저 광을 조사하는 레이저 모듈; 및
    상기 레이저 모듈에 연결되어 상기 레이저 모듈을 이송시키는 레이저 이송 장치를 포함하고,
    상기 레이저 이송 장치는,
    구동력을 발생시키는 레이저 이송 모터; 및
    상기 레이저 이송 모터에 연결되고, 상기 레이저 이송 모터에 의해 발생된 구동력에 의해 회전되어 상기 레이저 모듈이 이송되도록 상기 레이저 모듈이 설치되는 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에 설치되고, 운반가스를 상기 챔버 내부로 유입하는 운반가스 유입부; 및
    상기 발생된 에어로졸을 배출하는 에어로졸 배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 운반가스 유입부는,
    운반 가스를 저장하는 가스 탱크;
    상기 가스 탱크에 연결되어, 펌핑력을 발생시켜 상기 운반 가스를 공급 가능하게 하는 펌프; 및
    상기 운반 가스를 이동 가능하게 하도록 바람을 제공하는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 모듈, 상기 레이저 이송 장치 및 상기 운반 가스 유입부에 각각 전기적으로 연결되어 상기 레이저 모듈, 상기 레이저 이송 장치 및 상기 운반 가스 유입부를 각각 제어하는 제어 보드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 보드는, 상기 레이저 모듈의 레이저 조사 에너지를 조절하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지판에 결합되어 상기 지지판을 이송 가능하게 하는 지지판 이송 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지판 이송 장치는,
    구동력을 발생시키는 지지판 이송 모터; 및
    상기 지지판 이송 모터에 연결되고, 상기 지지판 이송 모터에 의해 발생된 구동력에 의해 회전되어 상기 지지판이 이송되도록 상기 지지판이 설치되는 이송 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
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