1. 서 론
최근 미세입자에 의한 환경오염, 인체 유해성 등에 관한 관심이 증가하고 있으며 자동차, 소각장과 화력 발전소 등에서 나오는 미세입자 관련 규제도 강화되 고 있는 추세이다. 특히 미세입자 중에서 1µm 이하
입경의 입자들은 제거의 어려움과 인체 유해성이 크 기 때문에 이러한 입자들을 규제하기 위한 계측 장비 가 필요하다. 현재 1µm 이하 입경의 입자 측정에 관 한 계측 장비 중 실시간으로 입자의 크기와 수농도를 계측하는 장비로는 ELPI (Electrical Low Pressure Impactor, Dekati), EEPS (Engine Exhaust Particle Sizer, TSI), SMPS++C (Sequential Mobility Particle Sizer and Counter, GRIMM)등이 있다. ELPI는 입자 를 전기적으로 하전 시킨 후, 관성력을 이용하여 입
서브마이크론 입자 평균 크기의 실시간 측정을 위한 고유량 처리용 단극성 확산 하전기의 개발 및 성능평가
박동호∙안민하∙배귀남1)∙황정호*
연세대학교 기계공학과, 1)한국과학기술연구원 유해물질연구센터
Development and performance test of high-f low unipolar diffusion charger for real-time measurement of the
submicron aerosol mean diameter
Dongho Park, Minha An, Gwi-Nam Bae1) and Jungho Hwang*
Dept. of Mechanical Engineering, Yonsei University, Seoul 120-749, Korea,
1)Hazardous Substance Reasearch Center, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 130-650, Korea
Abstract
We designed and evaluated a unipolar diffusion charger which consisted of corona discharge, mixing, and ion trap zones. For the performance evaluation of the diffusion charger, the dioctyl sebacate (DOS) particles with diameters of 0.1~0.8µm, and sodium chloride (NaCl) particles smaller than 0.1µm, were used. The performance parameters of the diffusion charger, wall loss and product of penetration by the number of charges (P∙n), were evaluated. Finally, we measured the submicron aerosol mean diameter by using the diffusion charger, CPC (condensation particle counter, TSI 3025A), and aerosol electrometer (TSI 3068A).
Key words : Diffusion charger, Corona discharge, Monodisperse Aerosol, Ion Trap PAAR Vol. 2, No. 1 (2006) pp. 1~8
(사)한국입자에어로졸학회
*Corresponding author.
Tel : +82-(0)2-2123-2821, E-mail : [email protected]
자를 크기별로 분류하고 기판에 포집된 입자의 전류 값을 측정하여 수농도로 변환하는 장치이다 (Marjamaeki et al., 2000). 그리고 EEPS와 SMPS++C 는 입자의 전기적 이동도에 따라 크기를 분류하고 광학적으로 그 개수를 계측하는 시스템이다. 현재 미 세입자 계측기의 추세는 발생된 입자를 실시간으로 측정하는 것이며, 이를 위해 입자의 전기적 성질을 이용하는 장비가 많이 개발되고 있다.
미세입자의 실시간 측정을 위한 입자 계측기 개발 및 다양한 입자 이용 실험에 있어서 모사 입자를 많 이 사용하고 있으며, 실제 실험에 앞서 입자를 발생 시키고 특정한 입경의 입자를 사용하거나 입경 분포 를 알아야하는 경우가 많이 있다. 원하는 입자의 입 경분포를 만들기 위해 주로 SMPS 등의 장비를 이용 하여 입자의 크기분포를 구하게 된다. 그러나 한 번 측정에 3~5분 정도의 시간이 필요하고 실험 조건에 맞는 입경 분포를 만들기까지 많은 시간이 소요된다.
실시간으로 평균 입경을 파악할 수 있다면, 실험에 있어서 계측에 사용되어야 하는 SMPS 등의 장비를 이용하지 않고 조금 더 빠르고 간편하게 시험 입자 를 만들 수 있을 것이다.
실시간 측정을 위한 미세입자를 하전시키는 방법 으로 코로나 방전이 많이 사용되고 있다. 핀, 평판, 와
이어 등에 전압을 인가하여 강한 전기장을 만들고, 그에 따라 주위에 있는 기체가 전기적 붕괴를 일으 켜 코로나 발광영역(corona region)을 형성하게 된다.
이곳에서 발생된 이온을 이용하여 입자를 하전시키 는 것이다. 이러한 입자 하전 방식은 전계 하전(field charging)과 확산 하전(diffusion charging), 두 가지로 분류할 수 있다. 전계 하전은 강한 전기장을 따라 이 온이 이동 중에 입자와 충돌하여 하전되는 방식이며 확산 하전은 입자와 이온의 불규칙한 충돌에 의해 하전되는 것을 말한다. 그러나 입자의 크기가 약 100
~200 nm 이하의 경우에는 전기장이 존재하더라도 주로 확산 하전에 의해 하전되는 것으로 알려져 있 다(Hinds, 1998).
앞서 설명한 ELPI와 EEPS 같은 장비의 경우 이와 같은 코로나 하전기가 사용되며 입자가 강한 전기장 사이를 지나가는 방식을 따르고 있다. 이들 장비는 전계 하전과 확산 하전이 복합적으로 작용하고 입자 의 하전 효율이 좋은 장점이 있다. 그러나 입자 크기 에 따른 하전 특성이 변하여 그에 따른 보정이 필요 하고 벽 부착으로 인한 입자 손실이 많다는 단점이 있다 (Baron, 2001). Ntziachristos et al. (2004)은 이러 한 방식의 하전기를 이용하여 실시간으로 자동차에 서 배출되는 입자상 물질의 평균 직경 등을 측정하
Figure 1.Operation principle of diffusion charger.
Aerosol
Ion trap
Ion
r1
l r2
Wire
Wire
Sheath air
High voltage
Charged aerosol Trap voltage (VT)
Mixing zone Corona discharge
였다. 그러나 앞서 설명한대로 입자의 크기에 따른 보정 작업이 많이 필요한 문제점이 있다.
이에 반해 전기장의 직접적인 영향을 배제하여 이 온과 입자의 충돌에 의한 확산 하전기의 경우는 크 기에 따른 하전 특성이 일정하며 전기장 내로 입자 가 유입되지 않기 때문에 입자 손실도 적다. 확산 하 전기의 원리를 그림 1에 나타내었다. 우선 중심부의 와이어에 (++)고전압을 인가하고 외부 원통을 접지시 켜 코로나 방전을 일으킨다. 이때 발생된 양이온의 일부는 원통 벽면으로 이동하고 일부는 유동에 의해 혼합부로 이동한다. 혼합부에서 입자와 (++)이온은 서 로 충돌하여 입자는 양 (++)으로 대전된다 (Medved et al., 2000). 혼합부를 지난 (++)하전 입자와 하전에 사 용되지 않은 자유 이온들은 이온 트랩부분을 지나게 된다. 자유 이온은 다른 계측 장비에 영향을 줄 수 있으므로 이온 트랩을 이용하여 제거한다. 이온 트랩 은 이온을 벽면이나 와이어에서 포집할 정도의 전기 장을 만들어 입자는 통과하고 이온만 제거하는 부분 이다. 이러한 확산 하전기의 특성을 이용한 상용 제 품으로 TSI사의 EAD (Electrical Aerosol Detector)가 있다. EAD는 확산 하전에 의한 하전량이 입경에 비 례하는 것을 이용하여 (Lawless, 1996), 입자의 총 수 농도와 평균 직경의 곱인 입자의 총 직경을 측정하 는 장비이다. 미세입자 측정 장비들 중에서 사용하기 쉽고, 가격이 저렴한 장점이 있다. 그러나 총 처리 유 량이 2.5 L/min으로, 입자 연구 및 실험용 목적에는 충분하지만, 실내 환경 측정이나 자동차나 소각로 등 에서 배출되는 물질을 측정하기에 다소 부족하다.
본 연구의 목표는 확산 하전 방식을 이용하여 총 처리 유량 10 L/min인 고유량에서 1µm 이하의 입자 를 크기에 따라 일정한 전하량을 인가하는 장치를 설계, 제작 및 성능평가를 하는 것이다. 그리고 이를 이용하여 미세 입자의 평균 입경 및 크기분포 계측 방법을 제시하고자 한다. 이것은 간단한 구조의 장비 를 이용하여 미세입자의 입경 정보를 제공하는 장치 로 이용 될 수 있을 것이다. 확산 하전기 설계, 제작 및 성능평가를 위하여 우선 양 (++)의 코로나 방전의 유무와 세기 등을 알아보기 위한 이온 전류값을 측 정하였다. 그리고 1µm 이하 영역의 입자를 NaCl과 DOS (dioctyl sebacate) 두 가지 종류의 입자를 발생 시켜 확산 하전기에서 얼마나 입자 손실이 일어나는 지 측정하였고, 입경에 따른 하전량을 측정하기 위한
장치를 구성하고 평가하였다. 끝으로 성능평가가 된 확산 하전기를 사용하여 입자의 평균 입경과 크기분 포를 측정 및 분석하였다.
2. 확산 하전기 설계
코로나 방전부의 설계는 Cho et al. (2004)의 다이 오드형 코로나 방전부 설계 방식을 이용하였다. 재질 은 두랄미늄이며 내부 코로나 전극 와이어는 직경 0.25 mm, 길이 29 mm인 텅스텐 와이어를 사용하였 으며, 와이어와 원통 내벽의 거리는 5 mm이다. 확산 하전기의 유량은 입자 유입부의 5 L/min, 코로나 방 전부의 5 L/min, 총 10 L/min으로 설정하였다. 설계된 코로나 개시 전기장 세기(corona starting electric field) 는 6.63×103kV/m이고, 코로나 개시전압 (corona starting voltage)은 3.06 kV이다. 이온 트랩의 경우, 코 로나 방전부와 형상이 같으며 (++)이온이 원통 내벽 에 포집되도록 인가전압 (VT)을 계산하였다. 이온 트 랩 인가 전압(VT)은 이온 트랩 내부의 유체 체류 시 간 (tf)과 전기장에 의한 이온의 이동 시간 (ti)을 이용 하여 계산할 수 있으며 식은 다음과 같다.
tf== mmmmmmmmmmmmmml (1) 2π r2
mmm U(r) dr A r1
ti== mmmmmmmmmmm1 mm (2) 2π Z(++)VT
mmm mmmmmmm A ln (r2/r1) ln (r2/r1) r2
VT== mmmmmmmm U(r) dr (3) Z(++)∙l r1
(1)식에서 l은 이온 트랩의 와이어 길이(m)이며 A 는 이온 트랩의 단면적(m2)을 나타낸다. 그리고 유동 속도는 Hagen-Poiseuille flow로 가정하여 U (r)==2Q (r22-r2)/(πr2
2)을 사용하였다. 여기서 Q는 이온 트랩
을 통과하는 유량 (m3/s)이며, r1과 r2는 각각 전압이 인가되는 와이어 반경(m)과 원통 내벽의 반경(m)을 나타낸다. (2)식에서 VT는 이온 트랩의 인가전압 (V), Z(++)는 (++)이온의 이동도 1.4 (m2/V∙s)이다. 이온 트 랩의 인가전압을 나타내는 (3)식은 (1)식과 (2)식의 값이 같음을 이용하여 계산되며, 이렇게 계산된 VT는
약 24 V 이다.
3. 실험 방법
확산 하전기의 성능 평가 항목을 입자 손실률 (L), 통과율과 평균 전하수의 곱(P∙n), 두 가지로 정하였 다. 입자 손실률 (L)이란 하전기를 통과하며 벽 부착 등에 의해 발생된 입자 손실 개수를 통과 전의 입자 개수와 비교한 값이며, 통과율과 평균 전하수의 곱 (P∙n)은 입자의 크기 별로 얼마나 하전 되었는지 그 값을 나타낸 것이다. 여기서 P는 1-L을 의미한다.
3. 1 입자 손실률 측정 실험
입자 손실률 측정 실험을 위해 그림 2와 같이 실 험 장치를 구성하였다. 실험 입자를 발생시키는 입자 발생부 (a)에서 분무형 입자발생기 (atomizer)를 통해 0.1µm 이상 영역의 DOS (dioctyl sebacate) 입자를, 전기가열 튜브로 (tube furnace)에서 0.1µm 이하 영 역의 NaCl 입자를 발생시켰다. 이렇게 발생된 입자를 입자 손실 측정부 (b)에서 덕트로 유입, 혼합하여 일 정 양을 샘플링하였다. 샘플링된 입자는 DOS 입자와
NaCl 입자의 이중모드 (bimodal) 입자 분포를 띄게
되며, 1µm 이하의 모든 영역에서 실험을 할 수 있 다(Ji et al., 2003A; Cho et al., 2004).
본 연구에서 입자 손실률을 측정하기 위해 두가지 방법을 이용하였다. 첫 번째는 확산 하전기로 유입되 는 유동에 의한 입자 손실률 (Lflow)을 측정하기 위하 여, 입자의 확산 하전기 유입 전 입경별 수농도
(#/cm3)와 후의 입경별 수농도 차이를 측정하였다.
두 번째로 확산 하전기의 코로나 방전부 인가전압에 따른 입자 손실률 (Lelectric)을 측정하기 위해, 확산 하 전기 후단에서 인가전압이 없는 경우의 입경별 수농 도와 3.5 kV, 4 kV, 5 kV로 고전압이 인가된 경우의 입경별 수농도를 측정하였다. 두 가지 경우 모두 SMPS (Scannig Mobility Particle Sizer, TSI 3936)를 이용하였다. Lflow와 Lelectric은 다음과 같이 정의된다.
αN1(D)-N2(D)
Lflow== mmmmmmmmmmmmmm (4) αN1(D)
N2(D)-N2′(D)
Lelectric== mmmmmmmmmmmmm (5)
N2(D)
위에서 D는 입자의 직경 (nm)이고, N1(D)는 입자 의 확산 하전기 유입 전 입경별 수농도, N2(D)는 유 입 후 입경별 수농도이다. 그리고 N2′(D)는 코로나
Figure 2.Schematic diagram of experimental set-up for performance evaluation.
(a) Aerosol generators
(c) P∙n measurement
(b) Wall loss measurement Tube furnace
Compressed air
210Po
210Po DMA
Clean air
Atomizer
Dilution air Aerosol
electrometer
Aerosol conditioner
Diffusion charger
High voltage power supply
HEPA filter
High voltage power supply Diffusion charger Excess flow
Clean air Duct
Blower
SMPS Clean air supply
system
방전부에 전압이 인가되어 하전된 입자의 수농도이 다. 윗 식에서 N1(D)는 확산 하전기에서 희석되기 전의 수농도 이므로 희석효과를 고려하였다(α==1/희 석비).
확산 하전기로 유입된 입자의 총 손실률 (L)은
Lflow와 Lelectric으로 나타낼 수 있으며, 이 때 Lelectric은
확산 하전기의 후단에서만 측정된 값이므로 Lflow의 영향을 고려하여, 총 손실률은 다음과 같이 정의할 수 있다.
αN1(D)-N2′(D) L==Lflow++Lelectric [1-Lflow] == mmmmmmmmmmmmmmm (6)
αN1(D)
3. 2 P∙n 측정 실험
P∙n 값을 측정하기 위한 Fig. 2의 P∙n 측정부(c) 에서는, 입자 발생부 (a)의 DOS 입자와 NaCl 입자를 각기 분리하여 사용하였다. 이는 입자의 크기별 하전 량을 측정함에 있어서 고농도의 단일 입경 입자가 필요하기 때문이다. 각기 발생된 입자는 중화기
(210Po)를 거쳐 평형하전분포를 띄게 되고, 이를
DMA (Differential Mobility Analyzer, TSI 3081)를 통
하여 (++)1가의 하전량을 지닌 단일 입경으로 분류된
다. 특히, DOS 입자의 경우 다중하전 (multi charging) 된 입자의 영향을 최소화하기 위해 기화 응축장치 (Aerosol Conditioner, TSI 3702)를 통과시켜 크기분 포의 폭이 좁은 입자를 중화기와 DMA로 공급, 분류 하였다(Ji et al., 2003B).
앞서 언급한 바와 같이 DMA로부터 분류된 입자
는 (++)1가의 하전량을 가지게 된다. 이러한 특징을
이용하여 또 다른 중화기 (210Po)를 통과시키지 않고 (점선부분), 확산 하전기의 전압도 인가하지 않았을 때의 전류값 (I1)과, 중화기 (210Po)를 통과시키고 (실선 부분) 확산 하전에 의해 하전된 입자의 전류값 (I2)를 이용하여 P∙n 값을 구할 수 있다. 각각의 전류값은 Aerosol Electrometer (TSI 3068A)를 이용하여 측정하 였다.
I1==αN1eQ (7)
I2==N2′neQ (8)
I2
P∙n ==mm (9)
I1
I1는 식(7)과 같이 확산 하전기 유입 전의 입자 수
농도 (αN1), 단위 전하량 (e==1.6×10-19C) 그리고 하 전기의 흡입유량 (Q)의 곱으로 표현할 수 있다. 그리 고 I2는 확산 하전기 통과 후의 입자 수농도 (N2′)와 입자당 평균 전하수 (n), e, Q의 곱으로 표현된다. 이 때, N2′는 확산 하전기 통과율 (P)과 확산 하전기 유 입 전의 입자 수농도 (αN1)의 곱이므로 P∙n을 식 (9)와 같이 나타낼 수 있다.
3. 3 단일모드 입자 측정
3.1과 3.2절에서 성능평가된 확산 하전기를 이용 하여 단일모드 입자의 기하 평균 직경을 측정하는 실험을 수행하였다. 측정 방법은 앞서 설명한 입자 발생 장치를 통하여 단일모드 입자를 발생시키고 CPC (Condensation Particle Counter, TSI 3022A)를 통해 수농도 값을, Aerosol Electrometer를 이용하여 확산 하전기를 통과한 입자의 전류값을 측정하게 된 다. 그리고 입자의 크기 분포를 가정하여 측정된 수 농도와 전류값을 통해 입자의 기하 평균 직경을 계 산할 수 있다.
P∙n ==c×Dβ (10)
I2==eαN1Q P∙n∙f (D) dD (11)
1 -(lnD-lnDmean)2 f (D)== mmmmmmmmmmm exp · mmmmmmmmmmmmmmm ‚ (12)
D lnσg 2π 2ln2σg
단일모드 입자의 평균 입경을 계산하기 위하여 P∙n 값을 입자 직경인 D의 함수로 나타냈으며, 이 는 상수 c와 지수β로 식(10)와 같은 형태이다(Woo et al., 2001). 그리고 측정된 전류값 (I2)은 단위 전하 량 (e), 유량 (Q), 각 입경에 해당하는 P∙n 값과 수농
도 (αN1) 곱의 총 합으로 나타낼 수 있다. 앞서 설명
한 식 (7)의 경우 DMA를 사용하여 각 입경별로 측 정된 값이고, 이에 반해 식 (11)의 경우 단일모드 입 자를 입경별로 분류하지 않고 입자 전체를 측정하기 때문에 입경별 분율 ( f (D))을 곱하게 된다. 입자의 크기 분포가 log-nomal 분포를 나타낸다고 가정하였 을 때 f (D)는 식(12)와 같다. 즉 입자의 크기 분포가 단일모드에 가깝다고 가정하여 표준편차 (σg)값을 정 하고, 측정된 αN1과 I2 값을 대입하여 Dmean계산 할 수 있는 것이다.
4. 결과 및 고찰
4. 1 입자 손실률 측정 결과
우선, 확산 하전기의 코로나 방전부 특성을 파악하 기 위하여 인가전압에 따른 코로나 전류를 측정하였 다. 측정 결과는 그림 3과 같으며, 코로나 방전이 발 생하는 인가전압은 약 3 k V임을 확인하였다. 인가전 압에 따라 전류가 비례하여 증가하는 경향을 볼 수 있다. 이러한 코로나 방전의 발생 구간 내에서 본 실 험을 수행하였다. 확산 하전기의 입자 손실율 측정을 위한 실험 입자는 이중모드 형태로 발생시켜 사용하 였다. 약 입경 70 nm를 중심으로 2개의 피크점을 지 니는 이중모드 입자이며, 약 70 nm 이하는 NaCl 입 자, 이상은 DOS 입자이다. 이러한 이중모드 입자를 이용하여 입자 손실율을 측정하였다.
그림 4는 입자 손실률 측정 결과를 나타내고 있다.
유동에 의한 입자 손실률과 인가전압에 따른 입자 손실률, 전체 입자 손실률도 함께 표시하였다. 입자 손실률은 전체적으로 약 15%이내의 값이며, 입자 크 기가 약 70 nm 이상에서 이상인가전압이 증가할수록 입자 손실률이 증가하였다. 이는 인가전압이 증가함 에 따라 발생된 이온이 증가하고 입자의 하전량이 증가하여, 확산 하전기 내부 벽면에 부착되는 양이 커진 것으로 판단된다. 그리고 유동에 의한 입자 손 실율의 경우, 입자의 크기가 약 60 nm 이하에서 입경 이 작아질수록 손실률이 커지고 약 200 nm 이상에서 는 입자가 커질수록 손실률이 증가하는 경향을 보였
다. 이는 입자의 크기에 따른 확산력과 관성력의 차 이 때문으로 판단된다. 즉 입자가 작을수록 확산력이 커지며, 입자가 클수록 관성력이 커져 유동에 의한 손실이 증가한 것이다.
4. 2 P∙n 측정 결과
확산 하전기의 입경에 따른 P∙n 값을 그림 5에 나타내었다. 확산하전기 방전부에 인가하는 전압을 달리하여 측정하였으며 이를 추세선으로 연결하여 입경에 따른 식으로 계산하였다. 본 실험에서 측정한 P∙n 값은 인가전압에 따른 변화가 적었으며, 인가전 압이 증가할수록 입자 손실은 많아지지만 그에 따른 0
5 10 15 20 25 30 35 40
0 1 2 3 4 5 6
Applied voltage (kV)
Corona current (µA)
Figure 3.I-V curve of diffusion charger.
0 0.05 0.1 0.15
10 100 1000
Particle diameter (nm)
Wall loss
3.5 kV 5 kV Total (3.5 kV)
4 kV Flow Total (4 kV) Total (5 kV)
Figure 4.Wall loss of diffusion charger.
0.1 1 10 100
10 100 1000
Particle diameter (nm)
P∙n
3.5 kV 4 kV 5 kV
Applied voltage
Figure 5.P∙n values of diffusion charger.
하전량이 높아져 그 값이 일정한 것으로 판단된다.
측정된 P∙n 값을 입경에 따른 식으로 나타내었을 때, 그 값은 0.0067×D1.17이며 이는 단일모드 입자의 평균 입경을 계산할 때 필요한 식(10)에 사용된다.
4. 3 단일모드 입자 측정 결과
이와 같이 성능평가가 된 확산 하전기를 이용하여 단일모드 입자의 평균 직경 측정 실험을 하였다. 우 선 SMPS를 이용하여 입자의 크기분포를 측정하고 이를 본 확산 하전기를 통한 전류값과 CPC를 이용 하여 측정한 총 수농도 값을 이용하여 입자의 평균 직경과 크기분포를 비교하였다. 앞서 3.3절에서 설명 한 식을 이용하여, 표준편차 (σg)는 1.5로 가정하고 평균 직경을 계산할 수 있다.
입경분포가 각기 다른 두가지 경우의 단일 모드 입자를 사용하여 실험을 하였다. 우선 SMPS의 측정 값은 100 nm 이하 입자인 NaCl의 경우에 표준편차 1.3, 평균 입경 60.3 nm이며, 100 nm 이상 입자인 DOS의 경우는 표준편차 1.59, 평균 입경 324 nm이 다. 이때 확산 하전기와 CPC를 이용하여 측정하여 계산된 평균 입경은 NaCl 입자의 경우 80.5 nm, DOS 입자의 경우 427 nm로서 약 32~33% 정도 크게 측 정되었다. 이렇게 측정된 평균 입경을 이용하여 크기 분포를 그림 6과 같이 나타내었다. 표준편차를 가정 했기 때문에 분산도의 차이가 있으며, 두 가지 입자 모두 SMPS 측정값보다 입경이 크게 측정된 것을 알
수 있다. NaCl 입자를 사용한 경우, 가정한 표준 편차 값이 SMPS 측정값보다 크고, 또한 CPC와 SMPS에 서 측정된 총 개수의 차이 때문에 오차가 발생한 것 으로 판단되며, DOS 입자를 사용한 경우엔 SMPS의 측정 범위를 넘는 입자가 포함되었기 때문에 입자의 평균 입경이 더 크게 측정된 것으로 판단된다.
5. 결 론
입자 하전 방식 중 확산 하전을 이용한 하전기를 설계 및 성능평가를 수행하였으며 이를 이용하여 단 일모드 입자의 평균 입경과 크기분포를 측정 및 계 산하였다.
(1) 확산 하전기의 입자 손실률은 약 15% 내이며, 인가전압에 따른 변화를 측정하였다. 입자 손실률의 측정에 있어서 유동에 의한 영향과 인가전압에 의한 영향을 각각 실험하였으며, 이를 통해 확산 하전기의 입자 손실률의 특성을 파악하였다.
(2) 확산 하전기의 입경별 하전수를 입자 통과율과 평균 전하수의 곱인 P∙n 값을 통해 살펴보았다.
DOS와 NaCl 입자를 사용하였을 경우에 P∙n 값은 입경에 따라 0.0067×D1.17의 식으로 표현 할 수 있 었다.
(3) 확산 하전기와 CPC를 이용하여 단일모드 입자 의 평균 직경과 크기분포를 측정하는 방법을 제시하 였으며, 이를 SMPS의 측정값과 비교하였다. SMPS 측정값과 확산 하전기를 이용한 측정값의 차이가 약 32~33% 정도 있지만 이를 보정한다면, 입자 발생에 있어 간단한 방법으로 실시간으로 입자의 평균 직경 을 예측 할 수 있으므로 빠르고 간편하게 사용될 것 으로 생각된다.
감사의 글
이 연구는 “미래형 자동차 배기가스 제로화 기술 개발” 과제의 일부로 수행되었으며, 연구비 지원에 감사드립니다.
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1.E±03 2.E±03 3.E±03 4.E±03 5.E±03 6.E±03
10 100 1000
Particle diameter (nm) Concentration (#/cm3)
DOS-SMPS DOS-Estimated Data NaCl-SMPS NaCl-Estimated Data
Figure 6.Particle size distribution by SMPS and diffusion charger.
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