입자중화방식에 따른 입자개수측정시스템 분석

Abstract

자동차 산업이 발달함에 따라 자동차 배출가스 측정 장비들의 많은 발전을 보이고 있다. 유럽, 미국, 일본 등 주요국가에서는 경유 및 GDI 자동차에 대한 입자상 물질 규제를 강화하고, 특히 유럽에서는 PM 뿐만 아니라 PN까지 동시 규제하고 있다. 자동차에서 배출되는 입자상 물질에는 발암물질이 흡착되어 있으며, 규제 직경의 입자상 물질 이외에도 나노 크기의 극미세 입자가 배출되는 것으로 보고 있다. 이러한 극미세 입자로 인한 인체 유해영향 연구가 진행되면서 자동차의 배출 물질 중 극미세 입자를 규제하고 있다. 자동차에서 배출되는 입자의 개수는 입자개수 측정 장치로 측정된다. 입자개수 측정 장치에 대한 검증은 입자의 전기적인 특성을 이용하여 그 크기를 알아낼 수 있는 장비, DMA(Differential Mobility Analyzer), 입자분류장치(Electrostatic Classifier), 입자중화장치(Kr-85), 전위차계(Aerosol Electrometer), CPC(Condensation Particle Counter)로 구성되어있다. 입자중화장치는 입자분류장치(Electrostatic Classifier)에 설치되어 있으며, 입자발생장치에서 발생된 나노입자들의 정전기를 제거하여 DMA를 거쳐 전위차계와 CPC에서 측정된다. 기존 입자중화장치는 Kr-85가 밀봉선원으로 입자분류장치에 설치되어 있었으나, 현재에는 Soft X-ray라는 입자중화장치가 추가되었다. UN -ECE(United Nations Economic Commission For Europe) Regulation No.83 및 환경측정기기의 성능시험·정도검사 등에 관한 고시에 따르면 입자개수측정시스템을 검증할 때 NaCl 입자발생기 및 soot입자발생기의 입자발생개수는 최소 5000#/cm³이상 배출, Tetracontane 입자발생기는 10,000#/cm³이상 발생하라고 명시되어있다. 하지만 입자발생장치에서 입자를 규정이상으로 발생시켰을 때 입자중화장치에서 입자의 정전기를 제거하지 않으면 정전기로 인한 입자의 손실로 규정된 시험을 할 수 없다. 따라서 입자중화장치는 입자개수 측정 장치를 검증할 때 매우 중요한 역할을 하고 있다. 기존의 연구에서는 방사선 동위원소인 Kr-85를 사용하여 입자발생기별 극미세 입자측정장치의 탐지효율 실험, 단일입자 발생기를 이용한 극미세입자측정장치의 선형적 실험 등 이루어졌으나, Soft X-ray 입자중화장치를 이용하여 입자개수측정시스템에 대한 검증은 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 실험을 통하여 Soft X-ray의 성능을 확인하고자 하였다. Soft X-ray의 성능을 확인하기 위해 입자의 구조가 다른 입자를 발생시키는 입자발생기별(NaCl, CAST, Tetracontane) 입자개수를 측정하였으며, 기존에 사용하던 입자중화장치 Kr-85와 성능을 비교 수행하였다. 본 연구 결과 입자발생기별(NaCl, CAST) 입자를 발생시켜, Soft X-ray 입자중화장치를 통하여 입자개수를 측정하였을 때 5000#/cm³이상, 입자발생기(Tetracontane)는 10,000#/cm³이상의 입자가 발생됨을 확인할 수 있었다. 또한, 기존 사용하던 Kr-85 입자중화장치와 비교하였을 시 약 2000#/cm³의 차이를 보이나 입자발생기에서 발생된 입자개수의 차이, 전도성 튜브에서의 손실로 예측할 수 있으며, 기준에 적합하였음을 확인할 수 있었다.; The measuring devices of car emissions make a great advancement as the automobile industry develops. Major countries such as Europe, the US and Japan have tightened regulations on particle materials for diesel and GDI vehicles and Europe, in particular, has reined in not only PM but also PN at the same time. It is believed that the particle materials emitted by vehicles include adsorbed carcinogens and nano sized ultrafine particles apart from particle materials in regulated diameter. The study of the harmful effects of these ultrafine particles has led to rigid regulations on the ultrafine particles emitted by automobiles. Measure devices of particle count measure the number of particles emitted by vehicles. The verification for the devices consist of the device identifying size by using electrical characteristics of particles, DMA (Differential Mobility Analyzer), Electronic Classifier. Particle neutralizer (kr-85), Aerosol Electrometer and CPC (Condensation Particle Counter). The particle neutralizer, installed in the Electronic Classifier, is measured at Aerosol Electrometer and CPC through DMA by removing static electricity from nanoparticles generated from the particle generator. Existing particle neutralizers used to be equipped with kr-85 as a sealed source, but today a particle neutralizer called Soft X-ray is added. When a measuring system of particle count is verified, the number of particles formed by particle generators of NaCl and CAST is required to be over 10000#/cm3,and over5000#/cm3 incase of Tetracontaneparticle generator according to the announcements of RegulationNo.83 of UN-ECE(United Nations Economic Commission for Europe) and performance and precision tests of the environmental analyzers. However, it is not possible to conduct the prescribed test due to the particle loss arising from static electricity unless the static electricity of particles is removed from the particle neutralizer where particles are generated from the particle generator more than specified ones. Therefore, the particle neutralizer plays a significant role in verifying the measuring device of particle count. In previous studies, there were conducted the experiment of the detection efficiency for ultrafine particle measuring devices by particle generator through using the kr-85 radiation isotope, and linear experiment of the ultrafine particle measuring device, etc. by using single particle generator. However, there has not been any verification of the measuring device of particle count by using the particle neutralizer of Soft X-ray. Therefore, this study was aimed to verify the performance of Soft X-rays through experiment. In this study, the number of particles were measured by particle generators of NaCI, CAST and Tetracontane, which generate particles with different structure in a bid to identify the performance of Soft X-ray, and the performance of the existing particle neutralizer Kr-85 was also compared. This study confirmed that over 5000#/cm3 and over 10000#/cm3 particles were generated in the NaCI and CAST particle generators, and the Tetracontane particle generator respectively when the number of particles was measured by Soft X-ray particle neutralizer. There was a difference of about 2000#/cm3 compared to the existing particle neutralizer kr-85 ,but the disparity could be predicted as the loss in the conductive tube and the difference in the number of particles generated in particle generators and it was confirmed that it meets the criteria.