초음파 압전 분사 노즐의 시스템 설계 및 응용
System Design and Application of Ultrasonic Piezo Spray Nozzle
- 발행기관 亞州大學校 大學院
- 지도교수 崔勝哲
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 공학계열
- 본문언어 한국어
초록/요약
압전체를 이용한 새로운 초음파 약품 분사 노즐시스템을 연구하였다. 초음파 분사 노즐을 제작하기 위해 구성재료, 노즐 디자인, 패키징등을 검토하여 노즐 바디를 최적화하였다. 최적화된 노즐과 압전 세라믹스 조립 조건에 따른 특성을 비교하였다. 초음파 약품 분사 노즐시스템에서 중요한 압전 세라믹스에 기존의 Pb 함유의 PZT 재료와 Pb-free 재료를 이용한 분사 노즐을 각각 적용시켜 노즐의 전기적인 특성을 비교하였으며, 수중분사 시험을 통해 각각의 분산 효과를 연구하였다. Pb-free 재료로 Bi(Na_(0.5)K_(0.5))TiO₃를 중심으로 한 새로운 소재를 개발하였으며 이 환경조화형 Pb-free 재료를 적용하여 초음파 분사노즐 시스템을 제안 하였다. 수처리 응용 면에서 초음파 출력변화에 따른 실험결과 초음파 출력이 증가함에 따라 탁도 제거율에는 큰 차이가 없는 것으로 조사되었으며, TOC와 DOC 모두 초음파 출력이 증가함에 따라 제거효율이 증가하는 경향을 나타내었으며,또한 초음파를 이용한 혼화방식이 기계식 혼화방식(mechanical-mixing)에 비하여 제거효율이 높은 것으로 나타났다. 기계식혼화방식과 비교할 때 초음파를 이용한 혼화방식이 일반세균과 대장균 제거 효율면에서 우수한 것으로 나타났다. 초음파를 이용한 수처리에서 기존의 기계적인 방법보다 초음파를 이용한 방법이 우수하여 초음파용 압전 세라믹스의 재료에 따른 특성을 비교하기 위해 Pb-free와 PZT 압전 세라믹스를 각각 제작하여 응집제 주입량 변화에 따른 초음파 약품분사장치의 처리 효율성 평가하였다. 압전 세라믹스에 따른 제거 효율은 PZT계 압전 세라믹스를 이용한 초음파 노즐이 Pb-free 압전 세라믹스를 이용한 초음파 노즐보다 약간 우수한 탁도 제거 효율이 나타났다. 또한 응집제의 주입량이 증가할수록 기계식 혼화방식보다 초음파 노즐을 이용한 혼화방식이 더 안정적인 탁도 제거율을 보이는 것으로 조사되었다.
more초록/요약
A new type of ultrasonic spray nozzle was fabricated employing a piezoelectric device. The spray nozzle was designed to disperse chemicals in a water treatment mixing tank. The electrical properties of piezoelectrics in ultrasonic spray nozzles were optimized to improve the dispersion of chemicals. Pb-free piezoelectrics such as Bi(Na_(0.5)K_(0.5))TiO₃ based multi-component solid solution system was studied for ecologically conscious materials for piezoelectric materials The piezoelectrics were packaged in an Aluminum case with silicone resin for the aqueous solution proof packaging. Chemicals were dispersed with high efficiency and the chemicals consumption was reduced by the ultrasonic fine particle spraying. The concentration of E. coli in mixing tank was decreased remarkably using ultrasonic spray nozzle dispersion compared to the conventional methods. Treatment efficiencies of contaminants by ultrasonic spray nozzle and conventional chemical mixing methods, such as mechanical-mixing, were evaluated. It was found out that the chemical diffusion rate by ultrasonic spray nozzle was faster than by mechanical-mixing method. Removal efficiencies of various contaminants, such as turbidity, organics and microorganism by ultrasonic spray nozzle were also higher than by mechanical-mixing method. By adapting ultrasonic spray nozzle in coagulant injection process, it can be prevented that the decline of treatment efficiency by coagulant overdoses. The amount of coagulant can be reduced by applying ultrasonic spray nozzle in water treatment. Along with these advantages chemical mixing chamber in not required if ultrasonic spray nozzle is adapted.
more목차
List of Text
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 기술적인 배경 및 개요 = 4
2. 1 압전 세라믹스 = 4
2. 1. 1 서론 = 4
2. 1. 2 Pb-Free계 압전 세라믹스 = 8
2. 1. 3 압전 세라믹스의 설계 = 9
2. 2 초음파 = 15
2. 2. 1 서론 = 15
2. 2. 2 압전 세라믹스의 초음파 응용 = 18
2. 2. 3 노즐 설계 = 20
2. 2. 4 발진기 = 20
2. 3 상수의 고도처리 = 24
2. 3. 1 서론 = 24
2. 3. 2 응집 및 콜로이드 = 25
2. 3. 3 약품혼화 = 28
제 3 장 고효율 약품혼화를 위한 연구 개발 동향 = 29
3. 1 서론 = 29
3. 2 국내ㆍ외의 기술 현황 = 30
3. 2. 1 In-line blender 혼화 장치에 의한 2단 혼화 방식 = 31
3. 2. 2 고효율 순간혼화기(Pump Diffusion) = 32
3. 2. 3 초음파 약품분사노즐을 이용한 약품혼화기술 = 34
제 4 장 압전 세라믹스의 설계와 제조 = 35
4. 1 서론 = 35
4. 2 압전 세라믹스 분말 제조 = 35
4. 2. 1 실험 방법 = 35
4. 2. 2 실험 결과 = 37
4. 2. 2. 1 PZT의 X-선회절 및 SEM 분석 = 37
4. 2. 2. 2 BNKT 전기적인 특성 분석 = 39
4. 2. 2. 3 첨가에 따른 전기적인 특성 분석 = 42
4. 2. 2. 4 고용에 따른 전기적인 특성 분석 = 44
4. 2. 2. 5 BNKT계에서 특성 비교 = 46
4. 3 압전 세라믹스 설계 = 51
4. 3. 1 실험 방법 = 51
4. 3. 2 실험 결과 = 51
4. 3. 2. 1 시편 제작 = 51
4. 3. 2. 2 시편의 임피던스 특성 = 55
4. 3. 2. 3 압전 세라믹스의 온도 특성 비교 = 57
4. 3. 2. 4 전기적인 특성 = 59
제 5 장 초음파 압전 분사 노즐의 설계와 제조 = 60
5. 1 서론 = 60
5. 2 실험 방법 = 60
5. 3 실험 결과 = 62
5. 3. 1 노즐 진동자 시험 및 분석 = 62
5. 3. 2 분사노즐의 임피던스 특성 = 62
5. 3. 3 분사 노즐 패키징 = 65
5. 3. 4 발진 회로 설계 = 67
5. 4 노즐 분사 = 69
5. 4. 1 실험 방법 = 69
5. 4. 2 실험 결과 = 71
5. 4. 2. 1 노즐 팁에 따른 분사효과 = 71
5. 4. 2. 2 Orifice 내경 및 세라믹 두께에 따른 분사시험 = 71
5. 4. 2. 3 초음파 노즐의 수중분사 = 73
5. 4. 2. 4 입자 미세화 = 76
제 6 장 수처리 실험 및 분석 방법 = 78
6. 1 서론 = 78
6. 2 분석 방법 80
6. 3 초음파 출력별 효율 평가 = 82
6. 3. 1 실험 방법 = 82
6. 3. 2 실험 결과 = 83
6. 3. 2. 1 탁도 = 83
6. 3. 2. 2 유기물질(TOC, DOC) = 85
6. 3. 2. 3 미생물(일반세균, 대장균) = 87
6. 4 응집제 주입량 변화에 따른 효율성 평가 = 89
6. 4. 1 실험 방법 = 89
6. 4. 2 실험 결과 = 90
6. 4. 2. 1 탁도 및 particle size = 90
6. 4. 2. 2 유기물(TOC, DOC) = 94
6. 4. 2. 3 미생물(일반세균, 대장균) = 96
제 7 장 실험 결과 = 98
제 8 장 참고문헌 = 103
ABSTRACT = 106
