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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 조영민
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수31
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2015
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인구증가와 지하철 산업발달로 인해 지하철 공간에서의 생활시간이 늘어나자 대도시의 사람들은 공기질에 민감하게 반응하게 되었다. 지하철환경은 다중이용시설로 분류되어지며 관리가 되며, 지하철 공기질에 영향을 끼치는 요소 중 입자상 오염물질인 미세먼지는 바이러스와 금속성 물질, 특히 철성분을 다량 포함하고 있는 오염물질이다.
지하철의 공조시스템인 HVAC에서 채취한 미세먼지의 특성을 분석하였을 때, 다량의 강자성 물질인 철 산화물(Fe2O3, Fe3O4, FeO) 등이 관찰되었다. 따라서 본 연구에서는 철 성분의 자기적 특성을 이용하여 영구자석을 적용한 자성필터를 이용하여 효과적으로 포집하고자 하였다.
Lab scale 수준의 실험을 진행하였을 때, 각각의 입자들은 자력에 의해 포집되었다. 이들을 재분석하였을 때 입자의 dp50은 실험에 사용한 입자가 25.15 ㎛, 자성필터에 의해 포집된 입자가 6.57 ㎛, 포집되지 않고 투과된 입자가 55.04 ㎛ 로 크기분포의 차이가 나타났으며, 이들을 XRF를 통하여 성상분석을 진행하였을 때에는 25 w/w%, 30 w/w%, 23 w/w%로 입자의 크기가 작을수록 철성분을 다량 포함하는 것으로 나타났다. 또한 XRD 분석을 통해 철산화물의 형태를 확인하였을 때에는 강자성 구조에서 peak를 확인 할 수 있었으며, VSM을 이용한 시료입자의 자력을 측정하였을 때 철성분의 함량과 비례한 결과가 나타났다. 따라서 HVAC에서 채취한 시료는 자성필터를 통해 제어하기에 충분한 특성을 가졌음을 확인하였고, 여과실험 시 포집된 입자들은 자력에 의해 포집되었다는 것을 확인할 수 있었다.
측정비교를 통해 최종선정한 필터유닛을 이용하여 여과실험 진행했을 때 실험변수는 영구자석의 강도와 메쉬눈의 크기, 실험유속으로 선정하였으며, 실험장치는 지하철 공조시스템인 반순환 구조를 반영한 순환형과 연속형으로 제작하여 진행하였다.
실험결과 적용한 영구자석의 강도와 입자포집효율은 선형비례관계를 가지고 있었으며, 메쉬눈의 크기와는 지수 반비례한 관계를, 실험유속과는 음의제곱에 비례하는 형태를 보였다.
이러한 결과를 종합하였을 때, 자화된 금속망을 이용한 본 자성필터는 지하철 환경중의 미세먼지인 본 입자와 유사한 철성분 함유 먼지입자포집에 있어서 확실한 효율증가를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
지하철의 공조시스템인 HVAC에서 채취한 미세먼지의 특성을 분석하였을 때, 다량의 강자성 물질인 철 산화물(Fe2O3, Fe3O4, FeO) 등이 관찰되었다. 따라서 본 연구에서는 철 성분의 자기적 특성을 이용하여 영구자석을 적용한 자성필터를 이용하여 효과적으로 포집하고자 하였다.
Lab scale 수준의 실험을 진행하였을 때, 각각의 입자들은 자력에 의해 포집되었다. 이들을 재분석하였을 때 입자의 dp50은 실험에 사용한 입자가 25.15 ㎛, 자성필터에 의해 포집된 입자가 6.57 ㎛, 포집되지 않고 투과된 입자가 55.04 ㎛ 로 크기분포의 차이가 나타났으며, 이들을 XRF를 통하여 성상분석을 진행하였을 때에는 25 w/w%, 30 w/w%, 23 w/w%로 입자의 크기가 작을수록 철성분을 다량 포함하는 것으로 나타났다. 또한 XRD 분석을 통해 철산화물의 형태를 확인하였을 때에는 강자성 구조에서 peak를 확인 할 수 있었으며, VSM을 이용한 시료입자의 자력을 측정하였을 때 철성분의 함량과 비례한 결과가 나타났다. 따라서 HVAC에서 채취한 시료는 자성필터를 통해 제어하기에 충분한 특성을 가졌음을 확인하였고, 여과실험 시 포집된 입자들은 자력에 의해 포집되었다는 것을 확인할 수 있었다.
측정비교를 통해 최종선정한 필터유닛을 이용하여 여과실험 진행했을 때 실험변수는 영구자석의 강도와 메쉬눈의 크기, 실험유속으로 선정하였으며, 실험장치는 지하철 공조시스템인 반순환 구조를 반영한 순환형과 연속형으로 제작하여 진행하였다.
실험결과 적용한 영구자석의 강도와 입자포집효율은 선형비례관계를 가지고 있었으며, 메쉬눈의 크기와는 지수 반비례한 관계를, 실험유속과는 음의제곱에 비례하는 형태를 보였다.
이러한 결과를 종합하였을 때, 자화된 금속망을 이용한 본 자성필터는 지하철 환경중의 미세먼지인 본 입자와 유사한 철성분 함유 먼지입자포집에 있어서 확실한 효율증가를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
목차
List of Tables ⅷList of Figures ⅸⅠ. 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 필요성 및 목적 3Ⅱ. 이론적 고찰 42.1 지하철 실내공기 중 미세먼지 42.2 철성분 미세먼지 자성포집 112.3 자성여과장치의 자기장 해석 132.3.1 중력, Gravity, 162.3.2 항력, Drag force, 172.3.3 자기력, Magnetic force, 202.3.5. 브라운운동, Brownian force, 21Ⅲ. 연구방법 233.1 입자분석 233.1.1 전자주사현미경법과 원소분석 (SEM/EDX) 243.1.2 X선 형광분석 (XRF) 243.1.3 X선 회절분석 (XRD) 253.1.4 입도분석 (Particle Size Analysis) 253.1.5 시료 진동 자력계 (VSM) 263.2 자성필터 제작 및 특성분석 283.3 전산유체역학 수치해석 293.4 자성필터 포집효율 실험 31Ⅳ. 결과 및 고찰 384.1 입자 특성분석 384.1.1 입자형태 및 크기 384.1.2 먼지입자의 화학적 조성 분석 454.1.3 입자의 자기모멘트 (VSM) 514.2 자성필터 제작 및 특성 534.2.1 자성필터 제작 534.2.2 필터 구조에 따른 자기장 형성 554.3 수치해석 연구 614.3.1 자성필터 구조에 따른 자기장 형성 변화 614.3.2 입자크기에 따른 포집효율 634.4 입자포집영역 관찰 654.5 자성필터 포집효율 고찰 724.5.1 자석강도에 따른 포집효율 변화 724.5.2 메쉬크기에 따른 포집효율 변화 754.5.3 자성필터 총 포집효율 변화 794.5.4 압력강하와 필터질 904.5.5 여과메카니즘 해석 934.6 연속공정에서의 자성포집고찰 102Ⅴ. 결론 및 제언 1095.1 결론 1095.2 제언 111Ⅵ. 참고문헌 112Nomenclature 121
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