KR101211672B1 - 재채기 모사장치 및 모사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 유입되는 공기를 일정압력으로 저장하며 저장된 압축공기를 노즐을 통해 토출하기 위한 압축공기 공급수단; 인체 타액과 유사한 액적을 생성하며 상기 압축공기 공급수단의 노즐과 연결되어 압축공기의 토출에 따라 생성된 액적을 상기 압축공기와 혼합시켜 상기 노즐로 공급하기 위한 액적 공급수단; 및 압축공기의 저장 압력을 제어하며 압축공기와 액적의 토출시간을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 재채기 모사장치가 제공된다.
이에 의하면, 시험대상자의 재채기 반복시험에 의한 연구윤리문제를 해결할 수 있으며, 상시 일정한 세기로 재채기 실험을 실시할 수 있어 신뢰성있는 연구결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

재채기 모사장치 및 모사방법 {Sneeze simulator and simulation method}

본 발명은 재채기시의 토출속도를 분석하여 재채기를 모사할 수 있는 재채기 모사장치 및 모사방법에 관한 것이다.

일반적으로 재채기시 토출되는 침방울에는 타인에게 감염을 유발할 수 있는 감기바이러스, 인플루엔자 바이러스, 결핵균 등이 포함되어 있어, 특히 밀폐된 곳에서 감염되지 않은 일반인이 이 오염된 침방울을 흡입할 경우 감염될 가능성이 큰 것이 사실이다.

이에, 재채기시 토출되는 침방울의 물리적 특성을 규명하는 연구가 세계적으로 진행되고 있으나, 실제 피시험자의 재채기 시험을 통해 침방울의 속도, 크기분포, 질량 등 다양한 정보를 획득하는 것에는 한계가 있다.

즉, 신뢰성있는 연구결과를 얻기 위해서는 시험자에 의한 반복적인 시험이 필수적인데, 현실적으로 재채기가 수차례 진행될수록 시험자의 호흡기 계통에 고통이 수반될 수 있으며, 일정한 세기가 확보되기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 상시 일정한 세기로 재채기 실험을 실시할 수 있는 재채기 모사장치 및 모사방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 재채기 모사장치는 유입되는 공기를 일정압력으로 저장하며 저장된 압축공기를 노즐을 통해 토출하기 위한 압축공기 공급수단; 인체 타액과 유사한 액적을 생성하며 상기 압축공기 공급수단의 노즐과 연결되어 압축공기의 토출에 따라 생성된 액적을 상기 압축공기와 혼합시켜 상기 노즐로 공급하기 위한 액적 공급수단; 및 압축공기의 저장 압력을 제어하며 압축공기와 액적의 토출시간을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 압축공기 공급수단은, 일단으로 공기가 유입된 후 압축되어 타단과 연결된 상기 노즐을 통해 공기가 유출되는 유로를 제공하는 압축공기유로와, 유입되는 압축공기를 일정압력으로 조절하는 공기조절장치와, 압력 조절된 압축공기를 저장하기 위한 에어탱크와, 상기 공기조절장치와 상기 에어탱크 사이의 압축공기유로에 설치되며 상기 제어수단에 의해 개폐되어 압축공기를 선택적으로 상기 에어탱크에 공급하기 위한 솔레노이드밸브와, 상기 에어탱크와 노즐 사이의 압축공기유로에 설치되며 상기 제어수단에 의해 개폐되어 압축공기를 선택적으로 상기 노즐로 배출하기 위한 에어엑츄에이터밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액적 공급수단은, 일단으로 압축공기가 유입되며 타단이 상기 압축공기유로의 타단과 연결되는 액적유로와, 유입되는 압축공기로부터 액적을 생성하며 공급하기 위한 액적분무장치와, 상기 액적분무장치와 노즐 사이의 액적유로에 설치되며 상기 제어수단에 의해 개폐되어 액적을 선택적으로 상기 노즐로 배출하기 위한 액적엑츄에이터밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액적분무장치는, 내부에 일정 수위의 액적을 충진시킬 수 있도록 내부공간이 형성되게 이루어지며, 압축공기가 유입되는 유입관의 단부측이 이 내부공간 상에 배치되되 베르누이의 원리로 압축공기의 유속을 빠르게 하여 충진된 액적을 상기 유입관과 액적을 잇는 모세관을 통해 용액을 분무시키게 되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 재채기 모사방법은, 시험대상자가 재채기를 수차례 실시하는 재채기실시단계; 재채기시의 토출속도를 측정하는 속도측정단계; 측정된 재채기 토출속도의 평균값을 계산하는 수치화단계; 재채기의 토출속도의 평균값으로부터 압축공기와 액적의 토출시간을 설정하는 제어값설정단계; 일정한 압력의 압축공기를 설정된 시간 동안 토출시키는 압축공기토출단계; 및 타액과 유사한 물로 이루어진 액적을 설정된 토출시간 동안 토출하여 토출되는 압축공기와 혼합시키는 액적토출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 속도측정단계는, 입자영상유속계를 이용하여 재채기의 토출속도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어값설정단계는, 재채기의 토출속도의 평균값으로부터 유입되는 압축공기의 압력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 재채기 모사장치 및 모사방법에 의하면, 시험대상자의 재채기 반복시험에 의한 연구윤리문제를 해결할 수 있으며, 상시 일정한 세기로 재채기 실험을 실시할 수 있어 신뢰성있는 연구결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재채기 모사장치를 개략적으로 나타내 보인 도면,
도 2는 도 1의 액적분무장치를 상세히 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 재채기 모사방법을 나타내 보인 순서도,
도 4의 (a)는 도 2의 속도측정단계에서의 시험자 재채기 패턴을 촬영한 사진,
도 4의 (b)는 도 2의 액적토출단계에서의 재채기 모사장치 패턴을 촬영한 사진 및
도 5는 시험대상자의 재채기와 재채기 모사장치의 토출속도를 비교한 상태를 보인 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 재채기 모사장치 및 모사방법에 대해 상세하게 살펴본다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 재채기 모사장치는, 유입되는 공기를 일정압력으로 저장하며 저장된 압축공기를 노즐(N)을 통해 토출하기 위한 압축공기 공급수단(110); 인체 타액과 유사한 액적을 생성하며 상기 압축공기 공급수단(110)의 노즐(N)과 연결되어 압축공기의 토출에 따라 생성된 액적을 상기 압축공기와 혼합시켜 상기 노즐(N)로 공급하기 위한 액적 공급수단(120); 및 압축공기의 저장 압력을 제어하며 압축공기와 액적의 토출시간을 제어하기 위한 제어수단(130)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 압축공기 공급수단(110)은 일단으로 공기가 유입된 후 압축되어 타단과 연결된 상기 노즐(N)을 통해 압축공기가 유출되는 유로를 제공하는 압축공기유로(111)와, 유입되는 압축공기를 일정압력으로 조절하는 공기조절장치(112)와, 압력 조절된 압축공기를 저장하기 위한 에어탱크(113)와, 상기 공기조절장치(112)와 상기 에어탱크(113) 사이의 압축공기유로(111)에 설치되며 상기 제어수단(130)에 의해 개폐되어 압축공기를 선택적으로 상기 에어탱크(113)에 공급하기 위한 솔레노이드밸브(114)와, 상기 에어탱크(113)와 노즐(N) 사이의 압축공기유로(111)에 설치되며 상기 제어수단(130)에 의해 개폐되어 압축공기를 선택적으로 상기 노즐(N)로 배출하기 위한 에어엑츄에이터밸브(115)로 이루어진다.

또한, 상기 액적 공급수단(120)은 일단으로 압축공기가 유입되며 타단이 상기 압축공기유로(111)의 타단과 연결되는 액적유로(121)와, 유입되는 압축공기로부터 액적을 생성하며 공급하기 위한 액적분무장치(122)와, 상기 액적분무장치(122)와 노즐(N) 사이의 액적유로(121)에 설치되며 상기 제어수단(130)에 의해 개폐되어 액적을 선택적으로 상기 노즐(N)로 배출하기 위한 액적엑츄에이터밸브(123)로 이루어진다.

이때, 상기 액적분무장치(122)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 일정 수위의 액적을 충진시킬 수 있도록 내부공간(122a)이 형성되게 이루어진다. 따라서, 압축공기가 유입되는 유입관(121a)의 단부측이 이 내부공간(122a) 상에 배치되되 베르누이의 원리로 압축공기의 유속을 빠르게 하여 이때의 기압차를 이용해 충진된 액적을 상기 유입관(121a)과 액적을 잇는 모세관(122b)을 통해 용액을 분무시키게 되며, 분무된 액적중 큰 액적은 내부공간(122a)의 내벽 및 배출관(122c)에 접촉되어 자연 낙하되며 작은 액적이 토출되는 구조이다.

이와 같이, 상기 액적분무장치(122)는 실제 재채기 시의 액적 입경분포를 파악하며, 상기한 유입관(121a), 배출관(122c) 및 내부공간(122a)의 유로 구조를 적절히 설계하여 특정 입경의 액적이 분무할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 재채기 모사방법에 대해 살펴본다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 재채기 모사방법은 시험대상자가 재채기를 수차례 실시하는 재채기실시단계(S1)와, 재채기시의 토출속도를 측정하는 속도측정단계(S2)와, 측정된 재채기 토출속도의 평균값을 계산하는 수치화단계(S3)와, 재채기의 토출속도의 평균값으로부터 압축공기와 액적의 토출시간을 설정하는 제어값설정단계(S4)와, 일정한 압력의 압축 공기를 설정된 시간 동안 토출시키는 압축공기토출단계(S5) 및 타액과 유사한 물로 이루어진 액적을 설정된 시간 동안 토출하여 토출되는 압축공기와 혼합시키는 액적토출단계(S6)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 속도측정단계(S2)는 입자영상유속계(Particle Image Velocimetry; PIV)를 이용하여 상기 재채기실시단계(S1) 간에 재채기의 토출속도를 측정한다.

도 4의 (a)를 참조하면, 레이져 광원을 특수 렌즈를 통해 투과시켜 2차원 레이져평면(laser sheet)을 암실내에서 시험대상자의 구강 전면부에 조사하게 된다.

이때, 빛을 산란시킬 수 있는 수마이크론 이내의 작은 시험입자를 부유시키고, 입자를 통해 산란되는 빛을 CCD카메라를 이용해 촬영하는데, 재채기시 발생되는 공기의 흐름에 따라 입자가 따라 움직이게 되고, 이를 짧은 시간에 연속 2컷 촬영한 후, 각 입자의 위치벡터를 계산하여 재채기의 토출속도를 환산할 수 있다.

또한, 상기 수치화단계(S3)는 측정된 재채기 토출속도의 평균값을 계산하여 재채기 모사장치의 기본데이터 입력값으로 사용된다.

즉, 상기 제어값설정단계(S4)에서 재채기의 토출속도의 평균값으로부터 상기 압축공기 공급수단(110)으로 유입되는 공기의 압력을 적절히 조절하게 된다.

한편, 상기 압축공기토출단계(S5)는 설정된 공기의 압력에 따라 저장된 압축공기를 제어수단(130)의 제어시간동안 토출시키는 단계이며, 상기 액적토출단계(S6)는 상기 압축공기토출단계(S5)와 동시에 실시되어 토출되는 압축공기와 함께 액적분무장치(122)에서 생성된 액적을 제어수단(130)의 제어 시간동안 토출시키게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 재채기 모사장치 및 모사방법에 따르면, 도 5에 도시된 시험대상자의 재채기와 재채기 모사장치의 토출속도를 비교한 그래프에서 알 수 있듯이, 본 발명의 재채기 모사장치 및 모사방법을 통해서 실제 재채기와 유사하게 재채기를 모사할 수 있음을 알 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 재채기 모사장치 및 모사방법에 의하면, 시험대상자의 재채기 반복시험에 의한 연구윤리문제를 해결할 수 있으며, 상시 일정한 세기로 재채기 실험을 실시할 수 있어 신뢰성있는 연구결과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims (7)

1. 유입되는 공기를 일정압력으로 저장하며 저장된 압축공기를 노즐(N)을 통해 토출하기 위한 압축공기 공급수단(110);
   인체 타액과 유사한 액적을 생성하며 상기 압축공기 공급수단(110)의 노즐(N)과 연결되어 압축공기의 토출에 따라 생성된 액적을 상기 압축공기와 혼합시켜 상기 노즐(N)로 공급하기 위한 액적 공급수단(120); 및
   압축공기의 저장 압력을 제어하며 압축공기와 액적의 토출시간을 제어하기 위한 제어수단(130);을 포함하며,
   상기 압축공기 공급수단(110)은,
   일단으로 공기가 유입된 후 압축되어 타단과 연결된 상기 노즐(N)을 통해 공기가 유출되는 유로를 제공하는 압축공기유로(111)와, 유입되는 압축공기를 일정압력으로 조절하는 공기조절장치(112)와, 압력 조절된 압축공기를 저장하기 위한 에어탱크(113)와, 상기 공기조절장치(112)와 상기 에어탱크(113) 사이의 압축공기유로(111)에 설치되며 상기 제어수단(130)에 의해 개폐되어 압축공기를 선택적으로 상기 에어탱크(113)에 공급하기 위한 솔레노이드밸브(114)와, 상기 에어탱크(113)와 노즐(N) 사이의 압축공기유로(111)에 설치되며 상기 제어수단(130)에 의해 개폐되어 압축공기를 선택적으로 상기 노즐(N)로 배출하기 위한 에어엑츄에이터밸브(115)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재채기 모사장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 액적 공급수단(120)은,
   일단으로 압축공기가 유입되며 타단이 상기 압축공기유로(111)의 타단과 연결되는 액적유로(121)와, 유입되는 압축공기로부터 액적을 생성하며 공급하기 위한 액적분무장치(122)와, 상기 액적분무장치(122)와 노즐(N) 사이의 액적유로(121)에 설치되며 상기 제어수단(130)에 의해 개폐되어 액적을 선택적으로 상기 노즐(N)로 배출하기 위한 액적엑츄에이터밸브(123)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재채기 모사장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 액적분무장치(122)는,
   내부에 일정 수위의 액적을 충진시킬 수 있도록 내부공간(122a)이 형성되게 이루어지며, 압축공기가 유입되는 유입관(121a)의 단부측이 이 내부공간(122a) 상에 배치되되 베르누이의 원리로 압축공기의 유속을 빠르게 하여 충진된 액적을 상기 유입관(121a)과 액적을 잇는 모세관(122b)을 통해 용액을 분무시키게 되는 것을 특징으로 하는 재채기 모사장치.
5. 시험대상자가 재채기를 수차례 실시하는 재채기실시단계(S1);
   재채기시의 토출속도를 측정하는 속도측정단계(S2);
   측정된 재채기 토출속도의 평균값을 계산하는 수치화단계(S3);
   재채기의 토출속도의 평균값으로부터 압축공기와 액적의 토출시간을 설정하는 제어값설정단계(S4);
   일정한 압력의 압축공기를 설정된 시간 동안 도출시키는 압축공기토출단계(S5); 및
   타액과 유사한 물로 이루어진 액적을 설정된 시간 동안 토출하여 토출되는 압축공기와 혼합시키는 액적토출단계(S6);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 재채기 모사방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 속도측정단계(S2)는,
   입자영상유속계를 이용하여 재채기의 토출속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 재채기 모사방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 제어값설정단계(S4)는,
   재채기의 토출속도의 평균값으로부터 유입되는 압축공기의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 재채기 모사방법.

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