초음파 압전 분사 노즐의 시스템 설계 및 응용

Abstract

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.