고분해능을 갖는 실시간 입경별 수농도 분포 측정기의 개발 및 성능평가

Title
고분해능을 갖는 실시간 입경별 수농도 분포 측정기의 개발 및 성능평가
Other Titles
Development and Evaluation of Real-time Nano-Particle Sizer with High Resolution
Author
이홍규
Alternative Author(s)
Lee, Hong-Ku
Advisor(s)
안강호
Issue Date
2018-02
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
에어로졸 (aerosol)의 입경별 수농도 분포 (particle size distribution)를 정확하게 측정하는 것은 대기 환경 및 인간의 건강과 관련한 주된 관심사이다. 이러한 입자의 입경별 수농도 분포를 측정하기 위하여 주로 scanning mobility particle sizer (SMPS)가 이용되어 왔다. 그러나 측정 시 수십 초에서 수 분 정도의 측정시간 (scanning time)이 필요하고 이에 따라 실시간 측정에 한계가 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 다수의 포집간극 (sampling port)을 갖는 다 출구 미분형 이동도 분석기 (multi-port differential mobility : MP-DMA)와 각 포집간극에서 분극된 입자를 동시에 측정할 수 있는 다중 응축핵계수기 (multi condensation particle counter : M-CPC)로 구성된 새로운 실시간 입경별 수농도 측정기 (nano-particle sizer : NPS)를 개발하였다. 개발된 NPS는 단분산입자 (mono-dispersed particle)와 다분산입자 (poly-dispersed particle)를 이용하여 성능평가되었다. 개발된 M-CPC의 응축효율 (activation efficiency)은 10 nm 이상에서 1로 균일한 값을 나타냈으며, 측정효율 (detection efficiency)의 경우 25,000 #/cm3 이하 수농도에서 높은 선형성을 보였다. 주어진 유량조건 하에서 MP-DMA의 각 포집간극은 균일한 전달함수 (transfer fuction)을 나타냈으며, 이 때, 기하학적표준편차 (geometrical standard deviation)는 1.035 ~ 1.066 사이로, 분극된 입자가 충분히 단분산입자임을 나타내었다. 각 포집간극이 갖는 전달표율 (transmission efficiency)은 9 ~ 70 % 로 각 포집간극에 대하여 상이하였으나, 반복 실험에 대하여 높은 재현성을 나타내었다. 이 후, 염화나트륨 (NaCl)과 은 (Ag)으로 발생된 각기 다른 성분의 다분산입자에 대하여 NPS와 기준기의 수농도 분포를 비교하였다. 정상상태 조건 (steady state condition)에서 두 기기는 동일한 분포를 나타냈지만, 천이 조건 (transient condition)의 경우 상이한 결과를 나타내었다. SMPS의 경우 실시간 입경별 수농도 분포 변화에 적응하지 못하고 실제와 다른 측정값을 나타내었으나, NPS의 경우 이를 실시간으로 측정하여 더 신뢰성있는 결과를 나타내었다. 또한 대기 입자, 조리 시 발생입자, 담배연기입자, 내연기관 배기입자 등에 대해 수행된 적용실험에서도 동일한 결과를 나타내었다. NPS는 실시간으로 변화하는 천이 조건에서 기존의 SMPS에 비해 더 신뢰성 있는 측정이 가능하며, 이러한 NPS를 활용하여 실시간 입경별 수농도 분포변화 측정이 중요한 자동차 배기가스 측정이나 대기 중 미세먼지 모니터링 등에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
URI
http://www.dcollection.net/handler/hanyang/000000105775http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/69220
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MECHANICAL ENGINEERING(기계공학과) > Theses (Ph.D.)
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