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KR101339065B1 - 에어로졸 발생장치 - Google Patents

에어로졸 발생장치 Download PDF

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KR101339065B1
KR101339065B1 KR1020110059280A KR20110059280A KR101339065B1 KR 101339065 B1 KR101339065 B1 KR 101339065B1 KR 1020110059280 A KR1020110059280 A KR 1020110059280A KR 20110059280 A KR20110059280 A KR 20110059280A KR 101339065 B1 KR101339065 B1 KR 101339065B1
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atomizer
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안강호
유일재
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호서대학교 산학협력단
한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

나노물질의 에어로졸 발생장치에 관한 발명이다. 본 발명의 나노물질의 에어로졸 발생장치는, 나노 물질 용액이 내부에 충전되는 분무기; 상기 분무기를 가열하는 가열기; 및 상기 분무기 쪽으로 초음파 진동을 발생시켜 상기 분무기 내의 나노 물질 용액을 에어로졸화하는 초음파 진동자를 포함한다.

Description

에어로졸 발생장치{DEVICE FOR AEROSOLIZATIN}
본 발명은, 에어로졸 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 계면활성제를 사용하지 않고 나노 물질을 에어로졸화 할 수 있는 장치에 관한 것이다.
나노 기술의 발달로 나노 물질을 이용한 제품들이 많이 상용화되고 있지만 나노 물질에 대한 독성이 증명되지 않은 상태에서는 수출이 불가능한 것으로 알려지고 있다.
따라서 나노 물질의 독성 시험은 나노관련 산업에 전반적으로 매우 중요한 이슈가 되고 있다. 특히, 나노 물질의 일종인 탄소나노튜브를 이용한 전자제품 및 기계관련 제품 등 응용분야는 매우 다양하게 전개되고 있으나, 탄소나노튜브의 독성 시험은 탄소나노튜브만을 순수하게 에어로졸화 하지 못하기 때문에 어느 기관에서도 진행하지 못하고 있다.
여기서, 탄소나노튜브는 탄소의 동소체로서 탄소나노튜브의 한 종류이며, 에어로졸이란 대기 중에 부유하는 고체 또는 액체의 미립자를 일컫는다.
지금까지는 기술은 탄소나노튜브를 물(water)과 계면활성제(surfactant)를 혼합하여 물에 분산한 후 에어로졸화 하는 방법을 사용하여 왔다.
하지만, 이 방법은 탄소나노튜브의 에어로졸화 시 탄소나노튜브의 표면에 남아있는 계면활성제가 그대로 시험체의 호흡기 내로 유입되어 탄소나노튜브와 계면활성제의 복합 효과에 의한 독성인지 탄소나노튜브 자체만의 효과에 의한 독성인지를 구별하기 어렵다.
한편, 탄소나노튜브를 에어로졸화하는 방법은 아래와 같이 여러 가지가 있으며, 이들은 논문 등에 개시된 바 있다.
우선, 탄소나노튜브 파우더를 브러시를 사용하여 에어로졸화하는 방법이 있는데 이는 탄소나노튜브와 같은 탄소나노튜브를 완전히 펴지 않고 분산시키므로 탄소나노튜브의 흡입 독성 시험 시 시험결과를 신뢰할 수 없다.
다음으로, 유동층 베드를 이용하여 탄소나노튜브를 분산시키는 방법이나 쉐이커 또는 싸이클론을 이용하여 탄소나노튜브를 분산시키는 방법이 있는데 이들 방법 역시 탄소나노튜브가 완전히 펴지지 않는 문제점이 있다.
따라서 탄소나노튜브의 에어로졸화 시 탄소나노튜브의 분산이 안 되어 흡입 독성 시험을 할 수 없는 문제가 야기된다.
도 6은 분산 전의 탄소나노튜브 전자 현미경 사진이다.
도 6을 참조하면, 분산 전의 탄소나노튜브는 덩어리 형태를 띠고 있다. 이와 같은 상태에서 흡입 독성 시험을 진행할 경우, 시험체(쥐)의 기도가 막혀 질식하여 죽는 사고가 발생될 수도 있다.
따라서 지금까지의 흡입 독성 연구자들은 덩어리 형태의 탄소나노튜브 분말과 계면활성제를 물에 풀어 탄소나노튜브를 펴서 분산시켜 분무한 후 흡입 독성 시험을 하여 왔다.
그러나 이 경우 계면활성제가 탄소나노튜브 섬유의 표면에 남아 시험체에 독성이 나타날 경우 탄소나노튜브 만에 의한 독성인지, 탄소나노튜브와 계면활성제의 복합에 의한 독성인지를 판단할 수 없다.
계면활성제를 사용하지 않고 탄소나노튜브 분말을 알코올에 분산시킨 후 분무하여 시험하는 경우도 있는데, 이 경우는 알코올 증기가 시험체에 흡입이 되어 탄소나노튜브 자체만의 독성 평가에 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 계면활성제를 사용하지 않고 나노 물질을 에어로졸화할 수 있는 에어로졸 발생장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 나노 물질 용액이 내부에 충전되는 분무기; 상기 분무기를 가열하는 가열기; 및 상기 분무기 쪽으로 초음파 진동을 발생시켜 상기 분무기 내의 나노 물질 용액을 에어로졸화하는 초음파 진동자를 포함하는 에어로졸 발생장치에 의해 달성된다.
상기 분무기는 수용되는 수조를 더 포함할 수 있다.
상기 가열기는 상기 수조의 내벽 또는 외벽에 될 수 있다.
상기 초음파 진동자는 상기 수조의 내벽 또는 외벽에 될 수 있다.
상기 수조의 내부에 상기 가열기로부터의 열에너지 또는 상기 초음파 진동자로부터의 진동에너지를 상기 분무기로 전달하는 전달매체가 충전될 수 있다.
상기 전달매체는 액체일 수 있다.
상기 가열기와 상기 초음파 진동자 중 적어도 어느 하나가 상기 분무기에 직결될 수 있다.
상기 분무기가, 상기 나노 물질 용액이 내부에 충전되는 분무기 용기; 및 상기 분무기 용기의 상부 개구를 개폐하는 분무기 커버를 포함할 수 있다.
상기 압축공기가 공급되는 압축공기 공급 포트가 상기 분무기 용기에 형성될 수 있다.
상기 분무기 커버에는 에어로졸화된 고체 또는 액체의 미립자가 상기 분무기 용기의 내부에서 대기 중으로 분산될 수 있도록 상기 미립자가 통과되는 분무구가 형성될 수 있다.
상기 분무기는 분무기 용기 내부로 유입되는 압축공기의 흐름에 의한 압력차에 의해 나노 물질 용액을 빨아올려 분무할 수 있는 콜리슨 타입 분무기일 수 있다.
상기 나노 물질은 탄소나노튜브일 수 있다.
본 발명에 따르면 계면활성제를 사용하지 않고 나노 물질을 에어로졸화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 발명의 에어로졸 발생장치에 의해 분무된 탄소나노튜브가 펼쳐진 사진이다.
도 6은 분산 전의 탄소나노튜브 전자 현미경 사진이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 실시예들의 설명 중 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여한다.
도 1는 본 발명의 제1실시예에 따른 나노 물질 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
본 실시예의 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치(100)는, 분무기(atomizer, 110), 가열기(120), 초음파 진동자(130) 및 수조(140)를 포함한다.
분무기(110)는 탄소나노튜브가 용해된 수용액이 내부에 충전되는 장소이다.
분무기(110)로서 콜리슨 타입(collison type)이 적용될 수 있다.
상기 콜리슨 타입 분무기란 일반적인 살충제 분무기가 유사한 것으로서, 압축공기가 작은 구멍을 통해 용기 내로 빠르게 유입되어 흘러갈 때, 압력이 낮아지면서 관을 통해 액체를 빨아들여 분무하는 장치를 뜻한다. 다시 말해, 베르누이의 원리를 적용한 것이다.
이러한 분무기(110)는 탄소나노튜브 용액이 내부에 충전되는 분무기 용기(111)와, 분무기 용기(111)의 상부 개구를 개폐하는 분무기 커버(112)를 포함한다.
통 형상을 갖는 분무기 용기(111)의 한 쪽에는 압축공기가 공급되는 압축공기 공급 포트(111a)가 형성된다.
압축공기 공급 포트(111a)는 분무기 용기(111)의 내부에 충전되는 탄소나노튜브 용액보다는 높은 위치에서 분무기 용기(111)의 측벽에 형성될 수 있다. 압축공기에 의해 에어로졸화된 고체 또는 액체의 미립자가 분무될 수 있다.
압축공기 공급 포트(111a)는 분무 용기(111)의 내측에서 모세관(114)의 일단과 연결된다. 모세관(114)은 분무기 용기(111) 내부에 충전된 탄소나노튜브에 잠겨 탄소나노튜브가 압력차에 의해 빠져나올 수 있는 통로가 된다.
분무기 커버(112)에는 에어로졸화된 고체 또는 액체의 미립자가 분무기 용기(111)의 내부에서 대기 중으로 분산될 수 있도록 에어로졸화된 고체 또는 액체의 미립자가 분무될 수 있는 분무구(112a)가 형성된다.
가열기(120)는 분무기(110)를 가열하는 역할을 한다. 본 실시예의 경우, 가열기(120)는 수조(140)의 내벽에 마련되는 발열 히터로 적용되고 있다. 가열기(120)의 수 또는 가열 강도 등은 적절한 범위 내에서 선택될 수 있다.
초음파 진동자(130)는 분무기(110) 쪽으로 초음파 진동을 발생시켜 분무기(110) 내의 탄소나노튜브 용액을 에어로졸화한다. 본 실시예에서 초음파 진동자(130)는 수조(140)의 외벽에 결합되어 있다.
수조(140)는 분무기(110)가 수용되는 장소를 형성한다. 이러한 수조(140)의 내부에는 가열기(120)로부터의 열에너지 또는 초음파 진동자(130)로부터의 진동에너지를 분무기(110)로 보다 잘 전달하기 위한 수단으로서 전달매체(150)가 충전될 수 있다.
이때의 전달매체(150)는 액체일 수 있는데, 본 실시예의 경우 물을 사용한다.
이러한 구성을 갖는 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치(100)의 작용에 대해 설명한다.
수조(140) 내에 전달매체(150)로서 물을 충전한다. 분무기(110)의 내부에는 에어로졸화를 위해 탄소나노튜브를 물에 용해시켜 만든 탄소나노튜브 용액을 채운다. 그리고는 분무기(110)를 수조(140)의 내부에 침지시킨다.
준비가 완료되면, 가열기(120)와 초음파 진동자(130)를 가동시킨다. 그러면, 가열기(120)로부터의 열에너지 또는 초음파 진동자(130)로부터의 진동에너지가 수조(140) 내의 물에 의해 분무기(110) 쪽으로 전달되며, 이러한 작용에 의해 분무기(110) 내의 탄소나노튜브 용액은 에어로졸화된다.
물의 온도가 상승되면 표면장력이 떨어져 물질 표면에 잘 퍼지면서 부착되는 성질이 있다. 따라서 본 실시예처럼 탄소나노튜브 분산을 위하여 수조(140) 내의 물을 가열하면 탄소나노튜브가 잘 퍼지고, 여기에 초음파 진동자(130)를 통해 초음파에너지를 가하면 탄소나노튜브의 분산성은 더 좋아지므로 탄소나노튜브 용액은 에어로졸화 되기에 쉽다.
에어로졸화된 고체 또는 액체의 미립자는 분무기(110) 쪽으로 유입되는 압축공기에 흐름에 의한 압력차, 즉, 베르누이의 원리에 의해 모세관을 통해 상승하여 분무구(112a)를 통해 대기 중으로 방출될 수 있다.
이와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 종래처럼 계면활성제를 사용하지 않더라도 탄소나노튜브와 같은 탄소나노튜브를 에어로졸화할 수 있게 된다. 따라서 여러 가지 독성 평가에 정확한 신뢰도를 부여할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
본 실시예의 에어로졸 발생장치(200)는 가열기(220)가 수조(140)의 외벽에 형성되고, 초음파 진동자(230)가 수조(140)의 내벽에 다수 형성되는 것을 제외하고는 전술한 제1실시예와 유사하다. 즉 본 실시예의 에어로졸 발생장치(200)도, 계면활성제를 사용하지 않더라도 탄소나노튜브를 에어로졸화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
본 실시예의 에어로졸 발생장치(300)는 전술한 실시예들에 설명된 수조(140, 도 1 및 도 2 참조)가 없는 점에서 차이가 있다. 즉 본 실시예의 경우, 가열기(320)와 초음파 진동자(330)가 분무기(110)에 직결되어 있어, 좀 더 간단한 구조를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치의 개략적인 구조도이다.
본 실시예의 탄소나노튜브의 에어로졸 발생장치(400) 역시 수조(140)가 적용되지 않는다는 점에서 제3실시예와 유사하다. 다만 본 실시예의 경우 초음파 진동자(330)는 분무기(110)에 직결되고 있고 가열기(420)는 분무기(110)에 직결되어 있지 않다. 즉 본 실시예에서 가열기(420)는 스팀 가열기로 적용된다.
도 5는 본 발명의 에어로졸 발생장치에 의해 분무된 탄소나노튜브가 펼쳐진 사진이다.
도 5에 따르면, 상기 배경기술에서 도 6의 분산되지 않은 탄소나노튜브의 모습과 비교하여 볼 때, 탄소나노튜브가 뭉치지 않고 흩어져 있는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 할 수 있다. 특히, 상기 실시예들에서는 에어로졸화 하는 나노 물질을 탄소나노튜브로 하였으나, 상기 나노 물질은 여기에 한정되지 않으며 본 발명의 범주 내에서 에어로졸화가 가능한 모든 나노 물질에 적용될 수 있다.
110 : 분무기 111 : 분무기 용기
112 : 분무기 커버 114: 모세관
120 : 가열기 130 : 초음파 진동자
140 : 수조 150 : 전달매체

Claims (13)

  1. 용액에 포함된 탄소나노튜브를 에어로졸화하기 위한 에어로졸 발생장치로서,
    계면활성제를 첨가하지 않은 탄소나노튜브를 포함하는 용액이 내부에 충전되며 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 에어로졸화 하는 분무기;
    상기 분무기를 가열하여 상기 분무기 내의 용액에 포함된 탄소나노튜브를 분산시키는 가열기; 및
    초음파 진동을 발생시켜 상기 분무기 내의 용액에 포함된 탄소나노튜브를 분산시키고 탄소나노튜브를 포함하는 용액을 에어로졸화하는 초음파 진동자를 포함하여,
    계면활성제 없이 탄소나노튜브 포함 용액을 에어로졸화 하는 에어로졸 발생장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분무기가 수용되는 수조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열기가 상기 수조의 내벽 또는 외벽에 결합되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 초음파 진동자가 상기 수조의 내벽 또는 외벽에 결합되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 수조의 내부에 상기 가열기로부터의 열에너지 또는 상기 초음파 진동자로부터의 진동에너지를 상기 분무기로 전달하는 전달매체가 충전되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전달매체가 액체인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열기와 상기 초음파 진동자 중 적어도 어느 하나가 상기 분무기에 직결되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 분무기가,
    상기 나노 물질 용액이 내부에 충전되는 분무기 용기; 및
    상기 분무기 용기의 상부 개구를 개폐하는 분무기 커버를 포함하는 에어로졸 발생장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 분무기 용기는 압축공기 공급포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 분무기 커버에는 에어로졸화된 고체 또는 액체의 미립자가 상기 분무기 용기의 내부에서 대기 중으로 분산될 수 있도록 상기 미립자가 통과되는 분무구가 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 분무기는 분무기 용기 내부로 유입되는 압축공기의 흐름에 의한 압력차에 의해 나노 물질 용액을 빨아올려 분무할 수 있는 콜리슨 타입 분무기인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노 물질을 포함하는 용액은 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
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