개인 시료 포집기 적용 저유량 정압 조절기 최적화 연구

초록

본 연구는 0.5-0.1 L/min 저유량에서 안정적인 정압 조절을 목표로 정압 컨트롤러 설계를 진행하였다. 연구 과정에서는 다양한 설계 요소를 적용하여 전산유체해석(CFD)을 통해 유량 분포를 분석하고 12개의 시제품을 제작해 평가하였다. 상부 공기 홀 크기는 외부 공기 유입을 결정짓는 요소로, 큰 홀은 유입량을 증가시켜 유량 조절 범위를 제한하였고, 작은 홀이 내부 정압 형성에 유리한 것으로 확인되었다. 하부 스프링 고정 볼트는 저유량에서 형상 차이에 따른 성능 차이가 거의 없었으나, 고유량에서는 원형 볼트가 가장 적합한 결과를 보였다. 스프링 길이 실험에서는 스프링 탄성이 강할수록 내부 정압이 증가했으나, 실제 최저 유량 조절 성능에는 큰 영향을 미치지 않아 기존 스프링 사용이 권장되었다. 패드 영향성 평가에서 실리콘 패드와 고무 패드 비교에서는 고유량 조건에서 실리콘이 더 우수했으며, 신축성 덕분에 누기 방지에도 유리함을 나타냈다. 실리콘 홀 크기 역시 직경 1.0mm가 유리한 것으로 확인되었으나, 차이는 미비하였다. 결과적으로 작은 공기 유입 홀, 긴 스프링, 작은 실리콘 홀 크기가 최적 성능을 위한 설계 조건으로 제시되었다.