미세입자 측정용 간이형 전기적 저압 임팩터 개발을 위한 설계 및 성능평가 = Design and performance evaluation to develope portable electrical low pressure impactor(P-ELI) for measurements of submicron aerosol

국문 초록 (Abstract)

미세 입자상 물질이 인체의 미치는 영향에 대한 관심이 증가하면서 공기중에 부유하고 있는 미세입자에 대한 정확한 측정 및 평가는 매우 중요하다. 이런 입자상 물질을 측정할 수 있는 대표적인 계측기로 다단 임팩터가 있다. 다단 임팩터는 에어로졸의 크기분포를 측정하는데 사용되어 왔는데 신뢰성 있는 데이터를 얻기 위해서는 긴 샘플링 시간이 필요하다. 전기적 다단 임팩터는 이러한 단점을 극복하기 위해 최근에 개발된 계측장비이다. 이미 Dekati사에서 ELPI(Electrical Low Pressure Impactor)라는 제품이 상용화 되어 있고 많은 연구가 되어 왔다. 전기적 임팩터는 입자하전장치와 다단 임팩터, 다채널 미세전류계 등으로 구성된다.
본 연구에서는 1 mm 이하의 입자상물질을 실시간으로 크기분포에 대한 농도를 얻기 위해 3단으로 임팩터를 구성하여 포터블하고 저가형인 전기적 임팩터 구성을 목적으로 한다. 이를 위해 미세한 입자상 물질을 실시간으로 측정할 수 있도록 입자하전장치와 저압 임팩터를 설계, 제작하였고 DMA(Differential Mobility Analyzer)를 사용하여 기화응축 방법으로 단분산 형태의 입자를 발생시켜 성능평가를 수행하였다. 또한 SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer) 시스템과 비교 측정을 하여 제작한 간이형 3단 전기적 임팩터의 성능을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The increasing concern of particulate matter effect on human health has created a need to be able to measure, not only the mass concentration of particles but also the size distribution fine particles. The objective of this study is the development of real-time sizing system for measurements of fine particles.
Cascade impactor are widely used to collect size classified aerosol. A major disadvantage of this instrument is the required long sampling time. Electrical low pressure impactor has been developed to overcome this advantage and to achieve real-time measurements on the particle size distribution. The instrument consists primarily of a corona charger, low pressure cascade impactor and multi channel electrometer.
In this study, we designed and performance evaluation a portable 3-stage electrical low pressure impactor(P-ELI) using an electrical method. For the calibration corona charger and impactor, monodispersed aerosol were generated using evaporation-condensation method followed by electrostatic classification using a DMA(Differential Mobility Analyzer). After the calibration of the charger and the impactor, P-ELI can be evaluated by comparing size distribution measurements with both the P-ELI and SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer).
In this work, we guaranteed performance evaluation technic and electrical impactor design for the measurement of particle size distribution and concentration in real-time using electrical method.

목차 (Table of Contents)

• Contents = ⅰ
• List of figures = ⅲ
• List of tables = ⅴ
• Nomenclature = ⅵ
• 국문요약 = ⅷ
• Chap. 1 서론 = 1
• 1. 연구 배경 = 1
• 2. 연구 목적 및 내용 = 3
• 3. 연구현황 = 5
• Chap. 2 이론 = 7
• 2.1 입자 하전기 = 7
• 2.1.1. 코로나 방전 = 7
• 2.1.2 다이오드형 코로나 하전기 = 8
• 2.1.3 다이오드형 코로나 하전기의 작동원리 = 9
• 2.1.4 다이오드형 코로나 하전기 설계 이론 = 10
• 2.1.5 설계값 계산 = 11
• 2.1.6 제작 = 12
• 2. 저압 임팩터 = 14
• 2.2.1. 저압임팩터 이론 = 14
• 2.2.2. 저압임팩터 설계 이론 = 15
• 2.2.3. 저압임팩터 설계 = 19
• Chap. 3 실험장치 = 22
• 1. 입자 발생 및 측정장비 = 22
• 3.1.1. 입자 발생 장비 = 22
• 3.1.2. 입자 측정 장비 = 23
• Chap. 4 실험결과 = 24
• 1. 하전기 = 24
• 4.1.1. 다이오드형 코로나 하전기 = 24
• 4.1.2. 하전기 성능평가 = 24
• 4.1.3. 실험결과 = 28
• 2. 다단 임팩터 = 36
• 4.2.1. 전기적 저압 임팩터 = 36
• 4.2.2. 전기적 저압 3단 임팩터의 설계 = 37
• 4.2.3. 성능평가 = 40
• 4.2.4. 다중하전 입자가 성능평가에 미치는 영향 = 41
• 4.2.5. 성능평가 결과 = 44
• 4.2.6. 하전기와 A/D 컨버터를 이용한 실시간 입자 포집 특성 = 49
• 4.2.7. SMPS와 간이형 전기적 임팩터의 성능비교 = 54
• 4.2.8. 디젤 엔진에서 발생되는 입자상 물질 측정 = 57
• Chap. 5 결론 = 61
• 5.1 하전장치 성능평가 = 61
• 5.2.저압 임팩터 성능평가 = 61
• 5.3.디젤 엔진 입자상 물질 측정 = 62
• Chap. 6 참고문헌 = 63
• ABSTRACT = 66