KR20060075261A - 나노입자생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노입자생성장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 목적은 장치의 부피를 큰 폭으로 줄여 소형화가 가능하도록 마련된 나노입자생성장치를 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명은 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 재료를 가열하여 기체 상태로 증발시키기 위한 가열유닛과, 내부를 흐르는 소정의 유체를 통해 상기 재료로부터 증발된 기체가 응축되어 형성되는 나노입자를 상기 본체 외부로 배출하기 위해 상기 본체의 일측을 관통하도록 마련된 유로를 구비하는 나노입자생성장치에 있어서, 상기 가열유닛은 상기 재료에 직접 접한 상태에서 상기 재료를 가열할 수 있도록 마련된다.

Description

나노입자생성장치{NANO PARTICLE GENERATOR}

도 1은 본 발명에 따른 나노입자생성장치의 전체적인 구조를 나타낸 측단면도이다.

도 2는 도 1의 평단면도이다.

도 3은 본 발명의 따른 나노입자생성장치에 있어서 가열유닛의 제1실시예를 도시한 사시도이다.

도 4는 도 3의 가열유닛에 있어서 히터의 구조를 분해도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 나노입자생성장치에 있어서 가열유닛의 제2실시예를 도시한 측단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 나노입자생성장치에 있어서 가열유닛의 제3실시예를 도시한 측단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 본체 20: 유로

30: 나노입자 40: 송풍팬

50: 재료 100,200,300: 가열유닛

110, 210, 310: 단열부 120, 220, 320: 히터

121, 221, 321: 가열체 122, 222, 322: 전열선

123, 223, 323: 가열부

본 발명은 나노입자생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장치의 부피를 큰 폭으로 줄여 소형화가 가능하도록 마련된 나노입자생성장치에 관한 것이다.

일반적으로 나노입자는 크기가 1nm에서 100nm 정도의 크기를 가지는 극미세 입자를 말하며, 이러한 나노입자는 미세한 입자크기에 따라 기하급수적으로 증가하게 되는 표면적을 통해 벌크상태와 차별되는 독특한 물리적 화학적 특성을 갖게 된다.

즉, 물질은 입자의 크기가 작아질수록 그 표면적의 확대를 통해 표면 원자가 차지하는 비율이 높아지게 되는데 열역학적인 관점에서 보면 표면을 구성하는 원자들은 내부에 위치한 원자들보다 에너지가 높다. 이를 통해 나노물질들은 소위 양자크기효과(quantum size effect)라 하여 벌크상태의 물질들보다 단위 원자당 높은 에너지를 갖게 되며, 이러한 양자크기효과를 통해 나노입자는 강도나 녹는점이 향상되거나 촉매로 사용될 경우 높은 활성을 보이게 되는 등 독특한 물리적 또는 화학적 특성을 갖게 된다.

한편, 이러한 나노입자는 통상 저압의 불활성기체나 공기 중에서 재료를 가열할 경우 재료로부터 발생하는 기체가 응축되며 나노입자를 형성하게 되는 기체 응축법 등을 통해 생성되는데, 이러한 기체 응축법을 통해 나노입자를 형성하게 되 는 종래 나노입자생성장치를 설명하면 다음과 같다.

이러한 종래 나노입자생성장치는 고온의 분위기를 형성할 수 있도록 전기가열로 형태로 마련되는 본체와, 본체 내부 일측을 관통하도록 설치되는 튜브와, 나노입자를 형성할 재료가 담겨지도록 튜브 내부 중앙부에 마련되는 용기와, 용기와 대응하는 부위의 본체의 내벽과 외벽 사이에 설치되는 가열체를 구비한다.

따라서 상기 튜브를 통해 저압의 불활성기체나 공기와 같은 소정의 유체가 흐르도록 한 상태에서 상기 가열체를 가열하게 되면, 본체 내부공간의 온도가 상승하게 되면서 세라믹튜브가 가열되어 세라믹튜브의 내부 온도도 상승하게 되고, 이를 통해 재료에 가해지는 온도가 소정온도 이상이 되면 재료의 기화에 의해 형성된 기체가 발생하게 되며, 이러한 기체는 튜브 내부를 흐르는 유체에 의해 응축되어 나노입자를 형성하게 되고, 이렇게 형성된 나노입자는 계속되는 유체의 흐름을 통해 본체 외부로 전달된다.

한편, 최근에는 은이나 금과 같이 살균 능력을 갖는 물질이나 카본류나 이산화티탄과 같이 유해가스 흡착성을 갖는 물질을 나노입자로 형성하여 사용함으로써 이러한 물질들의 살균 및 유해가스제거 능력이 큰 폭으로 향상되도록 하고 있으며, 이러한 물질들의 나노입자를 가전제품 등에 적용시키기 위한 노력이 계속되고 있는 실정이다.

따라서 살균이나 유해가스제거 능력을 갖는 물질을 재료로 하는 상기 나노입자생성장치를 가전제품 등의 내부에 설치하고, 이러한 재료를 통해 생성된 나노입자가 실내에 직접 공급되도록 함으로써 가전제품을 통한 실내의 살균 및 유해가스 제거능력을 배가시킬 수도 있을 것으로 예상된다.

그러나 종래의 나노입자생성장치는 본체의 외벽과 내벽 사이에 설치되는 가열체를 통해 재료가 설치되는 튜브 내부공간은 물론 튜브와 본체 내벽 사이의 공간까지 가열시키는 구조로 되어 있어 가열체와 재료 사이에 충분한 공간을 확보해야 하기 때문에, 장치의 크기를 소형화시키기 어렵게 되는 문제점을 가지고 있으므로, 이러한 나노입자생성장치를 가전제품 등의 내부에 장착하게 될 경우 가전제품의 크기가 큰 폭으로 증가되는 등 많은 어려움이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 장치의 부피를 큰 폭으로 줄여 소형화가 가능하도록 마련된 나노입자생성장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 재료를 가열하여 기체 상태로 증발시키기 위한 가열유닛과, 내부를 흐르는 소정의 유체를 통해 상기 재료로부터 증발된 기체가 응축되어 형성되는 나노입자를 상기 본체 외부로 배출하기 위해 상기 본체의 일측을 관통하도록 마련된 유로를 구비하는 나노입자생성장치에 있어서, 상기 가열유닛은 상기 재료에 직접 접한 상태에서 상기 재료를 가열할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 가열유닛은 상기 재료의 수용을 위해 상기 유로와 통하도록 상기 유로 측이 개방되게 형성된 재료수용공간을 구비하는 외측의 단열부와, 상기 재 료수용공간의 적어도 일면을 형성하도록 상기 단열부 내측에 마련되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히터는 판상으로 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히터는 상기 재료수용공간의 적어도 일면을 형성하는 가열부를 포함하고, 상기 가열부와 재료수용공간 중 어느 하나는 나머지 다른 하나를 외측에서 감싸도록 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열부와 재료수용공간 중 내측에 마련되는 어느 하나는 원형의 단면을 갖도록 마련되고, 외측에 마련되는 나머지 다른 하나는 링형상의 단면을 갖도록 마련된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 나노입자생성장치는 통상의 기체응축법 즉, 저압의 불활성기체나 공기와 같은 소정의 유체 중에서 재료를 가열함에 따라 재료로부터 발생되는 기체를 응축시켜 나노입자를 형성하는 방식을 통해 나노입자를 생성하는 장치이다.

이러한 나노입자생성장치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 외관을 이루는 본체(10)와, 상기 유체가 흐르도록 본체(10) 내부 상측에서 본체(10)를 측방으로 관통하도록 마련된 유로(20), 그리고 상기 재료를 가열하기 위해 상기 유로(20)의 하측 본체(10)의 내부에 마련되는 가열유닛(100)을 구비한다.

또 상기 유로(20)의 입구(21) 외측에는 상기 유체를 상기 유로(20) 내부로 공급하고 또 생성된 나노입자(30)를 본체(10) 외부로 전달할 수 있도록 송풍력을 제공하는 송풍팬(40)이 설치되는데, 상기 유로(20)를 통한 유체의 흐름은 상기 유로(20)의 입구(21)와 출구(22)의 압력차를 조절하여도 가능하게 되므로 이러한 경우 상기 송풍팬(40)은 삭제되어도 무방하다.

한편, 상기 가열유닛(100)은 상기 재료(50)에 직접 접한 상태에서 상기 재료(50)를 가열할 수 있도록 마련되는데, 이는 재료(50)에 대한 가열유닛(100)의 가열방식을 직접가열방식이 되도록 하여 가열유닛(100)과 재료(50)와의 사이의 공간이 삭제되도록 함으로써 나노입자생성장치의 부피가 큰 폭으로 줄어들 수 있도록 하기 위한 것이며, 이를 가능하게 하는 본 발명의 제1실시예에 따른 가열유닛(100)의 구조는 다음과 같다.

본 발명의 제1실시예에 따른 가열유닛(100)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 우선 재료(50)의 수용을 위해 상단부 내측 중앙에 직육면체 형상의 재료수용공간(111)이 형성된 외측의 단열부(110)를 구비하며, 상기 재료수용공간(111)은 상기 유로(20)와 통하도록 상부가 개방되도록 형성된다.

또 가열유닛(100)은 재료수용공간(111)의 적어도 일면을 형성할 수 있도록 단열부(110) 내측에 마련되는 히터(120)를 더 구비하고, 가열유닛(100)은 이러한 히터(120)를 통해 상기 재료(50)를 직접방식으로 가열할 수 있게 된다. 여기서 상기 단열부(110)는 히터(120) 측 열이 본체(10) 내벽 쪽으로 전달되며 손실되는 것을 방지하여 가열유닛(100)의 가열효율이 저하되는 것이 방지되도록 한다.

그리고 본 실시예에 있어서, 상기 히터(120)는 판상의 세라믹재질로 마련되는 가열체(121)와, 가열체(121) 내부에 매설되어 전원공급시 발열하도록 텅스텐와 이어로 마련되는 전열선(122)을 포함하여 전체적으로 판상의 형태를 갖도록 마련된다.

여기서 전열선(122)이 가열체(121) 내부에 매설되도록 한 것은 전열선(122)이 유로(20)를 흐르게 되는 유체에 노출되어 부식되는 것을 방지하기 위한 것이며, 상기 가열체(121)는 세라믹재질로 마련되는 한 쌍의 가열체판(121a,121b)이 그 사이에 전열선(122)이 배치된 상태에서 서로 접하여 형성되고, 상기 전열선(122)의 양단은 전원공급을 위해 외부전원선(미도시)과 연결되도록 외부로 연장된다.

또 히터(120)는 상단 중앙부로부터 재료수용공간보다 소정길이 하측으로 더 연장되도록 마련되어 제료수용공간(111)과 대응하게 되는 히터(120)의 상부는 실질적으로 재료수용공간(111)의 일측면을 형성하는 가열부(123)를 형성하게 되는데, 가열부(123)를 통한 재료(50)의 가열작용이 보다 원활하게 이루어지도록 상기 가열체(121) 내부에 매설되는 상기 전열선(122)은 이러한 가열부(123) 측에서 지그재그 형상으로 다수회 굴절되며 집중적으로 배치되게 되고, 이러한 전열선(122)의 배치구조와 가열체(121)를 통해 상기 히터(120)는 상기 가열부(123)에 접하게 되는 재료(50)의 표면온도를 섭씨 20도에서 2000도까지 가열할 수 있게 된다.

따라서 이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 나노입자생성장치는 상기 송풍팬(40)을 작동시켜 상기 유로(20)의 입구(21) 측에서 출구(22) 측으로 유체가 흐르도록 함과 동시에 상기 전열선(122)에 전원을 공급하게 되면, 히터(120)의 가열작용을 통해 상기 유로(20)에 노출되는 재료(50)의 상면으로부터 재료(50)가 증발하게 되고, 증발된 재료(50)의 원자는 유로(20)를 따라 이동하는 유체분자와의 충돌을 통해 냉각되며, 이러한 과정에서 증발된 재료원자 사이의 충돌 확률이 높아지면서 재료원자가 뭉쳐져 핵이 형성되고, 이렇게 생성된 핵의 성장을 통해 재료원자는 나노입자(30)를 형성하게 된다. 그리고 이렇게 형성된 나노입자(30)는 계속되는 유체의 흐름을 따라 상기 유로(20)의 출구(22)를 통해 본체(10) 외부로 공급되게 된다.

그리고 이러한 나노입자생성장치는 나노입자(30)를 형성하기 위한 재료(50)를 직접방식으로 가열할 수 있도록 마련된 상기 가열유닛(100)의 구조를 통해 가열유닛(100)과 재료(50)와의 사이의 공간이 삭제되어 장치의 부피를 큰 폭으로 줄일 수 있게 됨으로써 소용화가 용이하게 되며, 이를 통해 일반 가전제품 등에도 보다 용이하게 장착될 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 나노입자생성장치에 있어서 가열유닛의 제2실시예를 도시한 도 5와 같이, 가열유닛(200)은 상부가 개방되도록 단열부(210)의 상단부 내측 중앙에 마련되는 재료수용공간(211)이 링형상의 수평단면 형상을 갖도록 마련되고, 히터(220)는 봉형상의 가열체(221) 및 가열체(221) 내부에 매설된 전열선(222)을 구비하여, 직접적으로 재료(50)를 가열하게 되는 상부의 가열부(223)가 원형의 수평단면 형상을 갖도록 마련되어 재료수용공간(211) 내측 중앙에 위치하도록 마련될 수도 있다.

따라서 이러한 제2실시예에 있어서, 상기 히터(220)의 가열부(223)는 재료수용공간(221)의 내면을 형성하게 됨으로써 재료수용공간(211) 내부의 재료(50)를 직접가열방식으로 가열할 수 있게 된다.

그리고 이때 상기 전열선(222)은 상기 가열부(223) 측 가열체(221)에 집중적 으로 배치되면서 발생되는 열을 상기 재료(50) 측에 보다 효과적으로 전달할 수 있도록 가열부(223) 측 가열체(221) 외면에 인접한 가열체(221)의 내부에 원통형태로 감겨지도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 이와 반대로 본 발명에 따른 나노입자생성장치의 가열유닛(300)은 제3실시예를 도시한 도 6과 같이, 단열부(310)의 상단부 내측 중앙에 마련되는 재료수용공간(311)이 원형의 수평단면 형상을 갖도록 마련되고, 히터(320)는 상하로 개방된 원통형상의 가열체(321) 및 가열체(321) 내부에 매설된 전열선(322)을 구비하여, 직접적으로 재료를 가열하게 되는 상부의 가열부(323)가 링형상의 수평단면 형상을 갖으며 재료수용공간(311) 외측에 위치하도록 마련될 수도 있다.

따라서 이러한 제3실시예에 있어서, 상기 히터(320)의 가열부(323)는 재료수용공간(311)의 외면을 형성하게 됨으로써 재료수용공간(311) 내부의 재료(50)를 직접가열방식으로 가열할 수 있게 된다.

그리고 이때 상기 전열선(322)은 상기 가열부(323) 측 가열체(321)에 집중적으로 배치될 수 있도록 가열체(321)의 내면과 외면 사이에 원통형태로 감겨지도록 배치된다.

참고로 이러한 제2 및 제3실시예에 따른 가열유닛(200,300)을 구비하는 나노입자생성장치의 경우에도 나노입자(30)의 생성동작은 상기 제1실시예에 따른 가열유닛(100)을 구비할 때와 동일하게 수행되므로 생략하기로 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노입자생성장치는 나 노입자를 형성하기 위한 재료를 직접방식으로 가열할 수 있도록 마련된 상기 가열유닛의 구조를 통해 가열유닛과 재료와의 사이의 공간이 삭제되어 장치의 부피를 큰 폭으로 줄일 수 있게 됨으로써 소용화가 용이하게 되며, 이를 통해 일반 가전제품 등에도 보다 용이하게 장착될 수 있게 되는 이점을 갖는다.

Claims (5)

1. 본체와, 상기 본체 내부에 수용되는 재료를 가열하여 기체 상태로 증발시키기 위한 가열유닛과, 내부를 흐르는 소정의 유체를 통해 상기 재료로부터 증발된 기체가 응축되어 형성되는 나노입자를 상기 본체 외부로 배출하기 위해 상기 본체의 일측을 관통하도록 마련된 유로를 구비하는 나노입자생성장치에 있어서,

   상기 가열유닛은 상기 재료에 직접 접한 상태에서 상기 재료를 가열할 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 나노입자생성장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가열유닛은 상기 재료의 수용을 위해 상기 유로와 통하도록 상기 유로 측이 개방되게 형성된 재료수용공간을 구비하는 외측의 단열부와;

   상기 재료수용공간의 적어도 일면을 형성하도록 상기 단열부 내측에 마련되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노입자생성장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 히터는 판상으로 마련된 것을 특징으로 하는 나노입자생성장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 히터는 상기 재료수용공간의 적어도 일면을 형성하는 가열부를 포함하 고, 상기 가열부와 재료수용공간 중 어느 하나는 나머지 다른 하나를 외측에서 감싸도록 마련된 것을 특징으로 하는 나노입자생성장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가열부와 재료수용공간 중 내측에 마련되는 어느 하나는 원형의 단면을 갖도록 마련되고, 외측에 마련되는 나머지 다른 하나는 링형상의 단면을 갖도록 마련된 것을 특징으로 하는 나노입자생성장치.

Images