KR102236256B1 - 과학 전시관용 흄후드 체험장치 - Google Patents

Abstract

과학 전시관에 전시되어 관람객들이 흄후드 시스템을 쉽게 이해할 수 있도록 실험실 사고 시물레이션을 제공하는 과학 전시관용 흄후드 체험장치가 제공된다. 과학 전시관용 흄후드 체험장치는 본체와, 상기 본체에 설치되며 내부에 실험기구가 수용되는 실험공간을 형성하고 적어도 일면에 투명창이 형성되며, 상기 실험공간과 외부가 연통된 복수 개의 관통공을 제외하고 외부와 차단된 실험유닛과, 상기 관통공을 통하여 상기 실험공간 내부로 삽입되며 상기 관통공을 밀폐하여 상기 실험공간을 외부와 차단하는 복수 개의 실험장갑과, 상기 실험공간 내부에 각각 기체 발생, 섬광, 불꽃 발생, 액체 튐의 실험실 사고 효과를 발생시키는 기체 발생 모듈, 섬광 모듈, 불꽃 발생 모듈, 액체 튐 모듈을 포함하는 효과발생유닛과, 상기 실험유닛 내부의 상황을 인식하여 상기 효과발생유닛을 제어하는 제어유닛과, 상기 실험공간 내부의 공기를 강제로 배기시키는 환기유닛을 포함한다.

Description

과학 전시관용 흄후드 체험장치{Fume hood experience device for science museum}

본 발명은 과학 전시관용 흄후드 체험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과학 전시관에 전시되어 관람객들이 흄후드 시스템을 쉽게 이해할 수 있도록 실험실 사고 시물레이션을 제공하는 과학 전시관용 흄후드 체험장치에 관한 것이다.

화학은 역사가 깊은 기초과학분야의 학문으로 전 세계적으로 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 우리나라에서도 초등학교때부터 대학교에 이르기 까지 다양한 방식으로 화학실험이 교육되고 있다. 특히, 화학실험에서는 여러 종류의 위험한 물질을 다루는 경우가 많아 뜻하지 않는 상황에서 사고가 발생할 위험이 있다. 예를 들어, 독성물질을 실험할 때 독성물질이 튀거나 유독가스가 발생할 경우 실험자에게 큰 위협이 될 수 있으며, 화학 실험 중 예상치 못한 반응에 의하여 사고가 발생할 수 있다. 이러한 사고의 위험으로부터 연구원을 보호하기 위하여 흄후드를 사용한다.

흄후드는 유해한 독성 가스나 입자로부터 연구원의 안전을 확보하기 위해 사용되는 기본적인 실험 장치로, 흄후드 내부에는 실험공간이 마련되며 연구원은 실험공간에 손을 넣어 실험을 진행한다. 실험공간과 연구원은 차단유리로 가로막혀 실험 중 연구원 측으로 튈 수 있는 유해물질들을 차단한다. 또한, 실험공간 내부의 연기가 외부로 새어 나가는 것을 방지하기 위해 흄후드 시스템은 내부 공기의 흐름을 제어한다. 이러한 흄후드는 아이들에게는 다소 생소한 장치일 수 있어, 과학관이나 전시관 등에 아이들이 체험할 수 있는 장치가 필요하다.

과학관은 아이들이 다양한 체험을 하며 쉽게 몸으로 배울 수 있는 기회를 제공한다. 이는 아이들의 호기심을 자극하고 이론적인 공부가 아닌 체험형 공부를 통해 교육 효과를 증대할 수 있다. 하지만, 단순한 흄후드를 과학관에 설치할 경우, 아이들의 흥미를 유발하기 어렵다는 문제가 있어 전시물로 적합하지 못한 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제 10-1325275호(2013. 10. 29)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과학 전시관에 전시되어 관람객들이 흄후드 시스템을 쉽게 이해할 수 있도록 실험실 사고 시물레이션을 제공하는 과학 전시관용 흄후드 체험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 과학 전시관용 흄후드 체험장치는, 본체와, 상기 본체에 설치되며 내부에 실험기구가 수용되는 실험공간을 형성하고 적어도 일면에 투명창이 형성되며, 상기 실험공간과 외부가 연통된 복수 개의 관통공을 제외하고 외부와 차단된 실험유닛과, 상기 관통공을 통하여 상기 실험공간 내부로 삽입되며 상기 관통공을 밀폐하여 상기 실험공간을 외부와 차단하는 복수 개의 실험장갑과, 상기 실험공간 내부에 각각 기체 발생, 섬광, 불꽃 발생, 액체 튐의 실험실 사고 효과를 발생시키는 기체 발생 모듈, 섬광 모듈, 불꽃 발생 모듈, 액체 튐 모듈을 포함하는 효과발생유닛과, 상기 실험유닛 내부의 상황을 인식하여 상기 효과발생유닛을 제어하는 제어유닛과, 상기 실험공간 내부의 공기를 강제로 배기시키는 환기유닛을 포함한다.

상기 효과발생유닛은, 상기 실험공간 내부의 상기 실험기구의 이동을 감지하여 효과를 발생시킬 수 있다.

상기 실험공간 내부에 설치되어 상기 실험기기를 촬영하는 카메라부를 더 포함하고, 상기 제어유닛은 상기 실험기구의 종류에 따라 위치, 기울어짐, 움직임을 파악하여 상기 효과발생유닛을 제어할 수 있다.

상기 제어유닛은, 상기 기체 발생 모듈이 기체를 발생시키면 상기 환기유닛을 작동시켜 상기 실험공간 내부를 배기할 수 있다.

상기 실험유닛에 설치되어 상기 실험공간 내부의 액체를 배출하는 배수유닛을 더 포함하고, 상기 제어유닛은 상기 액체 튐 모듈이 액체를 분사하면 상기 배수유닛을 작동시켜 상기 실험공간 내부의 액체를 배출할 수 있다.

상기 투명창은 빛의 투과율이 변하는 가변투시창으로 형성되며, 상기 제어유닛은 상기 섬광 모듈이 섬광을 또는 불꽃 발생 모듈이 불꽃을 발생시켜 상기 실험공간 내부를 순간적으로 밝게 만들면 상기 투명창의 빛 투과율을 낮추어 상기 실험공간 내부를 어둡게 제어할 수 있다.

상기 본체에 설치되어 상기 효과발생유닛이 동작함에 따라 효과음을 발생시키는 효과음발생유닛을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 과학 전시관용 흄후드 체험장치는, 과학관과 같은 전시관에 설치되어 흄후드 시스템을 체험할 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 특히 아이들의 눈높이에 맞춰 간단한 조작으로 흄후드 시스템을 체험할 수 있다.

또한, 실험실 사고 상황을 가상으로 제공하여 흄후드의 기능을 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

또한, 흄후드의 내부에서 행해지는 실험 모습들을 카메라로 촬영하고 판단하여 상황에 맞는 효과들을 출력하여 교육효과를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 내부구조를 도시한 종단면도이다.
도 4는 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 실험유닛과 실험장갑의 결합 구조를 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 실험실 사고 시물레이션을 도시한 작동도이다.
도 8은 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 사용상태를 예시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 과학 전시관용 흄후드 체험장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 내부구조를 도시한 종단면도이며, 도 4는 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 실험유닛과 실험장갑의 결합 구조를 도시한 단면도이다.

먼저 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)의 구성에 관하여 설명한다.

과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)는 장치를 이용하여 체험을 하는 실험자가 가상의 화학 실험을 해볼 수 있는 실험기구(A, B, C)와, 실험기구(A, B, C)의 작동에 따라 사고상황을 가정하여 주로 시각적 효과를 발생시키는 효과발생유닛(150)과, 청각적 효과를 발생시키는 효과음발생유닛(400)과, 사고 상황에 따른 대응상황으로 동작하는 환기유닛(200), 배수유닛(300) 및 투명창(30)과, 이들을 제어하는 제어유닛(500)을 포함한다. 과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)는 실험기구(A, B, C)의 움직임을 기계적으로 인지하여 제어유닛(500)이 효과발생유닛(150)과 효과음발생유닛(400)을 동작시킬 수 있으며, 카메라부(100)를 통하여 실험기구(A, B, C)의 움직임을 영상으로 인식하고 제어유닛(500)이 이를 판별하여 적절하게 효과를 제공할 수 있다.

실험기구(A, B, C)는 실험공간(10) 내부에 설치된 일종의 체험 기구로, 일반적인 화학 실험용 실험기구 형태를 지닐 수 있다. 예를 들어, 시험관, 비이커 및 각종 플라스크 형태를 지닐 수 있으며, 각종 시약 등이 들어 있는 형태로 보이도록 제작될 수 있다.

실험기구(A, B, C)는 실험자의 조작 상황을 제어유닛(500)이 인지할 수 있도록 하는 일종의 스위치 역할을 하는 장치로, 단순 터치에 의하여 신호가 전달되거나 와이어나 기구장치가 연결되어 신호가 전달되거나, 내부에 가속도센서 등이 탑재되어 유선 또는 무선으로 신호가 전달되는 장치로 이루어질 수 있다. 또한, 실험기구(A, B, C)는 카메라부(100)와 연동되어 영상을 통하여 자세가 인식될 수 있다. 이와 같은 방법을 통하여 실험기구(A, B, C)의 조작 상황을 인식한 제어유닛(500)은 효과발생유닛(150)과 효과음발생유닛(400)을 적절하게 동작시킨다.

효과발생유닛(150)은 실험공간(10) 내부에서 주로 시각적효과를 나타내는 장치로, 화학실험 과정에서 나타날 수 있는 시각적 사고 상황을 시뮬레이션할 수 있다. 이러한 효과발생유닛(150)은 화학실험 과정에서 나타날 수 있는 대표적인 상황을 시뮬레이션할 수 있도록 기체발생모듈(151), 섬광 모듈(152), 불꽃 발생 모듈(153), 액체 튐 모듈(154)을 포함할 수 있다.

기체발생모듈(151)은 화학 반응 과정에서 기체가 발생하는 경우를 시뮬레이션하는 장치로, 드라이아이스, 수증기, 연기 등을 인위적으로 발생시켜 시각적인 효과를 발생시킬 수 있다. 실제 화학실험 과정에서는 눈에 보이는 기체뿐만 아니라 눈에 보이지 않는 기체가 발생할 수도 있으며, 이러한 기체 발생 효과는 일반적인 실험실의 사고 환경을 효과적으로 시뮬레이션 할 수 잇다.

섬광 모듈(152)은 갑작스러운 반응에 의한 빛이 발생하는 효과를 보여주는 장치로, 주로 빛이 발생하여 실험자의 눈 등이 손상될 수 있는 상황을 시뮬레이션 할 수 있다. 섬광 모듈(152)은 LED나 할로겐 램프 등을 이용하여 순간적인 반응을 시뮬레이션 할 수 있다.

불꽃 발생 모듈(153)은 화학실험 과정에서 화재 등의 사고가 발생할 경우를 시률레이션할 수 있는 장치로, 가스 토치 등을 이용하여 순간적으로 폭발 상황을 만들 수 있다. 이때, 불꽃 발생 모듈(153)은 순간적으로 빛과 열을 동시에 발산할 수 있으며, 잠시 동안 화염이 지속되어 화재 발생 효과를 나타낼 수 있다. 불꽃 발생 모듈(153)은 가스, 알코올, 수소 등의 가연성 물질을 이용하여 순간 폭발 사고를 시뮬레이션 할 수 있다.

액체 튐 모듈(154)은 화학실험 과정에서 과도한 반응에 의한 액체의 튐 현상이나 조작 과정에서 유해 액체가 튀는 상황을 시뮬레이션할 수 있는 장치로, 펌프 등의 구성을 이용하여 순간적으로 물이 튀는 상황을 만들 수 있다. 액체 튐 모듈(154)은 시각적 효과를 높이기 위하여 색소가 포함된 액체를 분출할 수 있다.

제어유닛(500)은 효과발생유닛(150)을 동작시킴과 동시에 효과음발생유닛(400)을 동작시킬 수 있다. 대부분의 과도한 화학반응에는 시각적 반응과 함께 청각적 반응이 함께 일어날 수 있다. 예를 들면, 폭발 반응에서 시각적 효과를 나타내기 위하여 기체 발생 모듈(151), 섬광 모듈(152), 불꽃 발생 모듈(153) 중 어느 하나가 동작할 수 있으며, 동시에 효과음발생유닛(400)을 통하여 효과음을 발생시켜 더욱 극적 효과를 연출할 수 있다.

이후, 제어유닛(500)은 환기유닛(200), 배수유닛(300), 투명창(30) 등을 제어하여 사고상황에서 흄후드가 대응할 수 있는 상황을 연출할 수 있다. 예를 들어, 기체 발생 모듈(151)이 기체를 발생시켜 실험공간(10) 내부에 기체가 가득차면, 환기유닛(200)이 동작하여 기체를 제거할 수 있으며, 액체 튐 모듈(154)이 동작하여 액체가 분출한 상황에서 배수유닛(300)이 동작하여 액체를 배출시킬 수 있다.

또한, 섬광 모듈(152)이나 불꽃 발생 모듈(153)에서 강한 섬광이나 불꽃을 발생시킬 경우, 이와 동시에 투명창(30)은 투명도를 조절하여 실험자의 눈을 보호할 수 있다. 투명창(30)은 예를 들어, LCD 패널 등을 포함하여 필요에 따라 투과도를 조절할 수 있어, 섬광이나 불꽃이 발생할 경우 순간적으로 투과도를 조절하여 강한 섬광이 그대로 외부로 나오지 않도록 할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)의 구체적인 장치 구성에 관하여 설명한다.

과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)는 본체(20)와, 본체(20)에 설치되며 내부에 실험기구(A, B, C)가 수용되는 실험공간(10)을 형성하고 적어도 일면에 투명창(30)이 형성되며, 실험공간(10)과 외부가 연통된 복수 개의 관통공(40)을 제외하고 외부와 차단된 실험유닛(50)과, 관통공(40)을 통하여 실험공간(10) 내부로 삽입되며 관통공(40)을 밀폐하여 실험공간(10)을 외부와 차단하는 복수 개의 실험장갑(41)과, 실험공간(10) 내부에 각각 기체 발생, 섬광, 불꽃 발생, 액체 튐의 실험실 사고 효과를 발생시키는 기체 발생 모듈(151), 섬광 모듈(152), 불꽃 발생 모듈(153), 액체 튐 모듈(154)을 포함하는 효과발생유닛(150)과, 실험유닛(50) 내부의 상황을 인식하여 효과발생유닛(150)을 제어하는 제어유닛(500)과, 실험공간(10) 내부의 공기를 강제로 배기시키는 환기유닛(200)을 포함한다.

실험유닛(50)은 본체(20)의 일부 구간에 형성되어 다양한 실험 시물레이션을 체험할 수 있는 공간을 실험자에게 제공한다. 실험유닛(50)의 내부에는 실험공간(10)이 형성되며 실험자는 실험장갑(41)에 손을 넣어 실험 시물레이션을 체험할 수 있다. 실험유닛(50)은 적어도 하나의 측면이 투명창(30)으로 형성되어 실험자가 실험공간(10)을 들여다 볼 수 있다. 실험유닛(50)은 외부와 차단된 구조로, 적어도 하나의 관통공(40)을 제외한 모든 면이 외부와 차단될 수 있다. 도 4과 같이, 관통공(40)에는 실험장갑(41)이 결합 되어 실험유닛(50)의 내부와 외부를 차단하여 실험공간(10)을 밀폐시킬 수 있다. 실험장갑(41)은 외부(11)에서 관통공(40)을 관통하여 실험유닛(50)의 내측을 향해 삽입될 수 있다. 실험장갑(41)은 관통공(40)에 삽입된 상태에서 장갑고정부(42)가 관통공(40)의 둘레에 맞게 결합되어 고정될 수 있다. 장갑고정부(42)는 관통공(40)과 실험장갑(41)이 밀착되도록 결합시켜 실험유닛(50)의 밀폐된 구조를 형성한다. 실험자는 관통공(40)에 손을 넣어 실험장갑(41)을 착용할 수 있으며 실험장갑(41)이 삽입된 실험공간(10) 내부에서 자유롭게 손을 움직일 수 있다. 실험자의 손과 실험공간(10) 사이에는 실험장갑(41)이 있기 때문에 실험자는 손에 실험기구를 접촉하지 않고 깨끗하게 실험을 할 수 있다. 실험장갑(41)은 오염이 되거나 손상될 경우 장갑고정부(42)로 고정되고 분리될 수 있으므로 손쉽게 교체가 가능하다.

실험공간(10)은 실험자가 손을 넣어 실험을 진행할 수 있는 공간으로, 실험에 사용되는 실험기구(A, B, C)들이 수용된다. 실험기구(A, B, C)들은 비커나 삼각플라스크와 같은 다양한 형상일 수 있으며, 각각 다른 색상의 시약이 담기거나 다른 색상으로 도포되어 서로 다른 종류의 시약이 들어있음을 시각적으로 타나낼 수 있다. 실험자는 실험공간(10)에 놓인 실험기구(A, B, C)들을 흔들거나 섞어보며 모의 실험을 진행할 수 있다.

실험기구(A, B, C)들에는 스위치나 와이어와 같은 장치가 부착될 수 있으며 이를 통해 실험기구(A, B, C)들의 움직임이 인식될 수 있다. 예를 들어, 비커 형상의 실험기구(A, B)의 바닥면에 스위치가 부착되어 실험자가 실험기구(A, B)를 들어올릴 경우 스위치에 의해 동작이 인식될 수 있다. 또한, 실험기구(B)의 단부에 와이어가 연결되어 실험자가 실험기구(B)의 단부를 실험기구(A)측으로 눌러 회전시킬 경우 연결된 와이어가 당겨져 동작이 인식될 수 있다. 인식된 실험기구(A, B, C)들의 움직임은 후술하는 제어유닛(500)과 같은 제어장치를 통해 인식되어 효과발생유닛(150)을 동작시킬 수 있다. 더 나아가 실험공간(10)에는 카메라부(100)가 수용되어 실험기구(A, B, C)들의 움직임을 촬영함과 동시에 동작을 인식할 수 있다.

카메라부(100)는 인공지능(AI) 기술이 접목되어 실험기구(A, B, C)들을 실시간으로 촬영하고 움직임을 인식하여 움직임에 따른 상황을 분석할 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 실험자가 실험기구(A, C)를 들어올릴 경우 실험자의 손동작과 실험기구(A, C)의 위치변화 등을 촬영함과 동시에 분석하여 실험 상황을 판단을 할 수 있다. 또한, 실험기구(B)가 회전될 경우 회전되는 각도와 속도 등을 인식하고 실험기구(C)에 수용되는 시약이 떨어지는 정도를 판단하여 제어유닛(500)에 정보를 전달할 수 있다. 이러한 인공지능(AI) 기술은 반복되는 상황을 저장하고 배우며 실험 데이터가 누적될 수록 더욱 정확하고 빠르게 정보를 인식할 수 있다. 실험기구(A, B, C)들의 동작을 인식하는 방법은 이에 한정되지 않으며 다양한 방법으로 인식될 수 있다. 또한, 실험기구(A, B, C)들의 모양, 개수, 배치는 다양하게 연출이 가능하다.

효과발생유닛(150)은 실험자가 직관적으로 실험 상황을 인지할 수 있도록 실험자가 조작하는 실험기구(A, B, C)의 움직임에 대응하는 시각적 효과를 출력할 수 있다. 실험을 하다보면 연기가 발생되거나 폭발하는 등 다양한 사고가 발생될 수 있다. 효과발생유닛(150)은 이러한 상황을 시각적으로 표현하여 실험자가 직관적으로 사고 상황을 감지할 수 있도록 한다. 앞서 예시한 바와 같이, 실험자가 실험기구(B)의 단부를 실험기구(A)측으로 눌러 회전시킬 경우 서로 다른 시약을 섞는 경우로 인식되어 기체 발생 모듈(151)이 실험공간(10)에 기체를 분출할 수 있다. 기체 발생 모듈(151)에 의해 분출되는 기체는 실험공간(10)의 사방에서 혹은 일측에서 분출될 수 있으며, 기체 분출구의 위치는 다양하게 조절될 수 있다. 또한, 실험 중 실험기구(A, B, C)들이 서로 부딪히거나 충돌되는 상황인 경우 위험 상황으로 감지될 수 있다. 이럴 경우, 섬광 모듈(152)이 작동되어 갑작스럽게 밝은 빛을 발광시키거나 불꽃 발생 모듈(153)이 동작하여 불꽃을 발생시킬 수도 있다. 섬광 모듈(152)은 플래시 장치를 포함하여 섬광을 발생시킬 수 있으며, 불꽃 발생 모듈(153)은 점화 장치를 포함할 수 있다. 또한, 실험기구(A, B, C)들을 쏟는 동작을 하거나 서로 다른 실험기구(A, B, C)에 담긴 시약이 섞이는 동작을 하는 경우 액체 튐 모듈(154)이 동작하여 액체를 뿜을 수 있다. 액체 튐 모듈(154)은 배수유닛(300)과 연동되어 순환호스(340)로 액체를 분출할 수 있다. 이와 같이, 효과발생유닛(150)은 카메라부(100)가 인식한 실험기구(A, B, C)들의 움직임을 제어유닛(500)을 통해 전달받아 각 움직임에 대응하는 효과를 시각적으로 출력할 수 있다. 효과발생유닛(150)은 제어유닛(500)으로부터 정보를 전달받으며 이를 토대로 실험공간(10)에서 시각적 효과를 출력한다. 효과발생유닛(150)에 포함되는 기체 발생 모듈(151), 섬광 모듈(152), 불꽃 발생 모듈(153), 액체 튐 모듈(154)들의 효과는 이에 한정될 것은 아니며 다양하게 변형이 가능하다.

효과음발생유닛(400)은 효과발생유닛(150)에 의해 발생되는 효과에 따라 다른 효과음을 낼 수 있다. 본 명세서에서, 효과음발생유닛(400)은 본체(20)의 상단에 설치되지만 이에 한정될 것은 아니며 다양한 위치에 설치될 수 있다. 효과음발생유닛(400)은 효과음을 발생시킴으로 과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)를 이용하는 실험자에게 좀 더 생생하게 효과를 전달시킬 수 있다. 예를 들면, 효과음발생유닛(400)은 기체 발생 모듈(151)이 동작되면 바람 소리, 환풍기 팬 소리 등을 낼 수 있다. 또한, 효과음발생유닛(400)은 섬광 모듈(152) 및 불꽃 발생 모듈(153)이 실행되면 깨지는 소리, 불 붙는 소리, 폭파하는 소리 등 다양한 소리를 전달할 수 있으며, 액체 튐 모듈(154)이 동작될 경우 액체가 흐르는 소리 및 액체가 부글부글 끓는 소리 등 다양한 소리를 출력할 수 있다. 더 나아가 효과음발생유닛(400)은 필요에 따라서 실험 과정을 안내하는 안내문이나 안전수칙을 전달하는 등 정보를 전달하는 용도로 사용될 수도 있다.

한편, 환기유닛(200)은 본체(20)의 상단에 설치되어 기체 발생 모듈(151)이 동작될 경우 실험공간(10)에 분사되는 기체를 강제로 흡입하여 배출시킬 수 있다. 보통 실험에서 발생되는 기체는 인체에 유해한 종류의 가스일 수 있기 때문에 환기팬(210) 이용해 흡입한 후 외부로 바로 배출하는 것이 아닌, 기체배출부(220)를 타고 안전하게 배출될 수 있는 장소로 이송될 수 있다. 환기팬(210)은 필요한 경우에만 작동되어 평상시에는 동작하지 않을 수도 있다. 환기팬(210)의 상단에는 기체배출부(220)가 연장되며, 기체배출부(220)는 실험공간(10)에서 연장되어 기체가 배출될 수 있는 공간으로 연결된다.

배수유닛(300)은 실험공간(10)의 바닥면에 설치되어 액체 튐 모듈(154)에 의해 실험공간(10)에 분사되는 액체를 배출할 수 있다. 실험공간(10)의 바닥면은 비스듬히 형성되며, 바닥면의 단부에는 배구수(310)가 위치할 수 있다. 배수유닛(300)은 실험공간(10)의 바닥면에 관통되어 형성된 배수구(310)를 통해 액체를 배출하며, 배출된 액체는 배수구(310)의 하단부에 연결된 순환펌프(330)로 흘러가고 순환펌프(330)에 의해 순환호스(340)를 거쳐 다시 실험공간(10)으로 분사될 수 있다.

한편, 투명창(30)은 실험자가 실험공간(10)을 보면서 실험할 수 있도록 투명하게 형성된 창이다. 투명창(30)은 평소 투명한 상태로 유지된다. 하지만, 실제 실험 중 갑작스런 폭파사고나 플래시와 같은 불빛이 발생할 경우 이를 피할 겨를이 없이 바로 눈에 노출되어 각막이 손상될 수 있다. 즉, 실제 실험에서 갑자기 발생하는 불빛은 눈에 직접적으로 노출되면 위험할 수 있기 때문에 투명창(30)을 가변투시창으로 형성하여 이러한 사고를 방지할 수 있다. 가변투시창은 항상 투명한 것이 아닌 상황에 따라 어두운 밝기로 자동 조절되는 특징이 있다. 즉, 투명창(30)은 평소에는 빛의 투과율이 높아 실험공간(10) 내부가 투명하게 보일 수 있지만, 실험 중 강한 빛이 발생할 경우 빛의 투과율을 급격히 낮춰 실험자의 눈을 보호할 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 실험실 사고 상황에 따른 작동모습을 보다 자세히 설명한다.

도 5는 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 기체 발생 모듈 및 환기유닛의 작동도이고, 도 6은 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 액채 튐 모듈 및 배수유닛의 작동도이고, 도 7은 도 2의 과학 전시관용 흄후드 체험장치의 섬광 모듈, 불꽃 발생 모듈 및 투명창의 작동도이다. 도 5 내지 도 7에서는 설명의 이해를 돕기 위해 실험공간(10)의 구성을 간략하게 도시하였다.

도 5를 참조하면, 실제 실험에서 서로 다른 액체가 섞여 유독가스와 같은 기체가 발생될 수 있다. 이를 표현하기 위해 실험자가 실험기구(B)를 실험기구(A) 측으로 기울이면 서로 다른 시약을 섞는 상황으로 인식되어 실험공간(10)으로 기체가 분사된다. 분사된 기체는 밀폐된 실험공간(10) 외부로 유출되지 않고 환기유닛(200)에 의해 배출될 수 있다. 이를 통해 실험자는 실험공간(10)은 밀폐된 공간이며 실험공간(10)의 가스 및 기체들은 환기유닛(200)에 의해 처리되어 안전하게 실험이 가능하다는 것을 직관적으로 알 수 있다.

실험기구(B)는 지지대(16)에 의해 바닥면과 이격되도록 지지대(16)와 횡방향으로 축 연결된다. 실험기구(B)는 외력이 가해지면 축을 중심으로 회전할 수 있으며, 외력이 없는 상태에서는 일정한 각도로 중심을 잡을 수 있다. 실험기구(B)의 무게중심은 뒤쪽으로 쏠려있어, 실험기구(B)의 입구가 상단으로 올라간 상태로 유지된다. 실험자는 실험기구(B)를 동작하기 위해 실험장갑(41)에 손을 삽입한 후 실험기구(B)를 직접 조작할 수 있으며, 실험자에 의한 실험기구(B)의 동작은 카메라부(100)를 통해 감지될 수 있다. 또한, 카메라부(100)로 인식되는 것 외에도 실험기구(B)의 단부에 와이어를 연결해 와이어의 길이 변화에 따른 움직임을 파악할 수도 있다. 더 나아가 실험기구(B)가 실험기구(A)와 접촉하는 것을 인지하는 스위치를 부착하여 동작을 인식할 수도 있다. 실험기구(B)의 움직임을 인식하는 것을 이 외에도 다양한 방법이 사용될 수 있다. 실험기구(B)가 기울어져서 실험기구(A)에 액체를 따르는 동작이 인식되면, 제어유닛(500)을 통해 효과발생유닛(150)으로 정보가 전달 될 수 있다.

효과발생유닛(150)에서 도 5와 같은 상황일 경우에는 기체 발생 모듈(151)이 실행되어 기체 분출 효과가 발생될 수 있다. 효과발생유닛(150)은 동작이 감지되고 바로 실행되거나 일정 시간 이후에 실행될 수도 있으며, 제어유닛(500)을 설정하기에 따라 효과발생유닛(150)의 동작 타이밍을 조절할 수 있다. 기체는 기체 발생 모듈(151)에 의해 실험공간(10)의 적어도 하나의 측면에서 분사될 수 있으며, 경우에 따라 움직임이 감지된 실험기구(A, B, C)의 주변에서 발생될 수도 있다. 발생된 기체는 환기유닛(200)에 의해 실험공간(10)으로부터 배출될 수 있다.

환기유닛(200)은 효과발생유닛(150)에서 기체를 분출한 후 작동되어 분출된 기체를 흡입할 수 있다. 환기유닛(200)이 동작되면 환기팬(210)이 회전하며 기체를 실험공간(10)으로부터 환기팬(210)의 상단으로 흡입할 수 있다. 흡입된 기체는 환기팬(210)의 회전력에 의해 기체배출부(220)를 타고 이송될 수 있다. 환기팬(210)은 동작하며 모터소리 혹은 바람소리가 발생할 수 있지만, 실험자에게 명확하게 작동여부를 전달하기 위해 효과음발생유닛(400)에서 추가로 소리를 출력할 수 있다. 도 5에서는 환기유닛(200)을 도시하기 위해 효과음발생유닛(150)의 도시가 생략되었다.

효과음발생유닛(400)은 환기유닛(200)의 동작을 효과적으로 나타내기 위해 환기팬(210)이 회전되는 소리나 기체가 이동되는 바람소리 등을 출력할 수 있다. 또한, 효과음발생유닛(400)은 기체 발생 모듈(151)에서 기체를 발생시키는 과정에서도 바람소리와 같은 효과음을 출력할 수 있다. 즉, 효과음발생유닛(400)은 기체 발생 모듈(151)이 작동되면, 기체 발생 모듈(151)과 환기유닛(200)의 동작에 맞게 소리를 출력할 수 있다.

도 6을 참조하면, 실험자는 액체가 튀거나 쏟아지는 경우의 과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)의 기능에 대한 시물레이션을 체험할 수 있다. 실제 실험 중 액체가 실험자의 몸쪽으로 튀거나 쏟아지는 경우가 충분히 발생할 수 있다. 만일 실험중인 액체가 독극물과 같이 위험한 물질일 경우 큰 사고로 이어질 수도 있다. 이럴 경우, 과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)는 우선 실험자와 실험공간(10) 사이의 투명창(30) 및 실험장갑(41)으로 직접적인 접촉을 차단해 주고, 쏟아진 액체들은 배수유닛(300)을 통해 안전하게 배출할 수 있다. 실험기구(C)가 쓰러지거나 흔들리고 혹은 서로 다른 액체가 섞여 기포가 발생하며 사방으로 튀어오르는 등의 경우에 액체 튐 모듈(154)은 액체를 실험공간(10)으로 분출할 수 있다. 이 경우, 실험자는 투명창(30)에 의해 액체로부터 보호되며 동시에 분출된 액체는 배수구(310)를 통해 실험공간(10)에서 배출될 수 있다.

실험기구(C)는 반복적인 실험을 위해 한측 단부가 고정될 수 있으며 외력에 의해 흔들리거나 쓰러지는 경우에도 다시 제자리로 돌아올 수 있다. 실험기구(C)는 무게중심을 중앙으로 설정하여 흔들려도 스스로 중심을 잡을 수 있도록 설정 되거나 실험기구(C)의 단부에 와이어를 연결하여 쓰러질 경우 와이어를 동작시켜 다시 제자리로 돌릴 수도 있으며, 스위치를 부착해 쓰러진 상황을 인지할 수도 있다. 실험기구(C)는 앞서 설명한 바와 같이 실험장갑(41)에 손을 넣어 직접 조작될 수 있으며, 움직임을 카메라부(100)에서 감지할 수도 있다.

효과발생유닛(150) 중 액체 튐 모듈(154)은 실험기구(C)가 흔들리거나 쓰러질 경우에 액체를 분출하는 효과를 발생시킬 수 있다. 액체 튐 모듈(154)은 배수유닛(300)의 순환호스(340)로부터 액체를 분출하며, 실험 상황에 따라 액체의 분출 수압을 조절할 수도 있다. 동시에 효과음발생유닛(400)도 함께 동작되어 물이 흐르거나 튀어 오르는 소리 등 사고 상황을 효과적으로 전달할 수 있는 소리를 출력할 수 있다.

도 7을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 실험 중 갑작스런 불꽃이나 불빛이 발생되면 실험자의 눈을 보호하기 위해 투명창(30)이 어둡게 변할 수 있다. 이를 표현하기 위해 예시적으로, 실험기구(A)와 실험기구(C)가 충돌할 경우 섬광 모듈(152) 혹은 불꽃 발생 모듈(153) 에서 빛이나 불꽃을 발생시킬 수 있으며, 이 경우 투명창(30)이 어두워지며 빛 투과율을 낮춰 실험자의 눈을 보호할 수 있다. 실험기구(A) 와 실험기구(C)의 움직임을 인식하는 방법은 앞서 설명한 바와 같이 와이어, 스위치, 카메라부(100) 등 다양한 방식을 통해 인식할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 효과음발생유닛(400)은 폭파하는 소리나 충돌하는 소리 등 해당하는 소리를 출력할 수 있다. 도 4 내지 도 6에서 설명된 실험기구(A, B, C), 효과발생유닛(150), 환기유닛(200), 배수유닛(300), 투명창(30) 및 효과음발생유닛(400) 등의 동작은 예시적인 것으로 이에 한정될 것은 아니며 이와 다른 다양한 실험 사고 상황도 연출이 가능하다.

도 8을 참조하면, 과학관이나 전시관 등에 전시될 수 있는 과학 전시관용 흄후드 체험장치(1)는 주된 체험층인 아이들의 눈높이에 맞춰 제작 될 수 있다. 실험장갑(41)의 높이 역시 아이들이 편하게 손을 넣어볼 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 실험의 안전을 위해 실험유닛(50)의 양측 도어(22)는 잠긴 상태일 수 있으며, 배수유닛(300)이 위치하는 본체(20) 하단은 가림판을 이용해 막힘 상태로 전시될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 과학 전시관용 흄후드 체험장치 10: 실험공간
11: 외부 16: 지지대
20: 본체 21: 바퀴
22: 도어 30: 투명창
40: 관통공 41: 실험장갑
42: 장갑고정부 50: 실험유닛
100: 카메라부 150: 효과발생유닛
151: 기체 발생 모듈 152: 섬광 모듈
153: 불꽃 발생 모듈 154: 액체 튐 모듈
200: 환기유닛 210: 환기팬
220: 기체배출부 300: 배수유닛
310: 배수구 330: 순환펌프
340: 순환호스 400: 효과음발생유닛
500: 제어유닛 A, B, C : 실험기구

Claims (7)

1. 본체;
   상기 본체에 설치되며 내부에 실험기구가 수용되는 실험공간을 형성하고 적어도 일면에 투명창이 형성되며, 상기 실험공간과 외부가 연통된 복수 개의 관통공을 제외하고 외부와 차단된 실험유닛;
   상기 관통공을 통하여 상기 실험공간 내부로 삽입되며 상기 관통공을 밀폐하여 상기 실험공간을 외부와 차단하는 복수 개의 실험장갑;
   드라이아이스, 수증기, 연기 중 어느 하나를 발생시켜 기체를 발생시키는 기체발생모듈과,
   LED 또는 할로겐 램프를 이용하여 섬광을 발생시키는 섬광모듈과,
   가연성 물질을 이용하여 화염을 발생시키는 불꽃 발생 모듈과,
   펌프를 이용하여 액체를 분출시키는 액체 튐 모듈을 포함하여 상기 실험공간 내부에 각각 기체 발생, 섬광, 불꽃 발생, 액체 튐의 실험실 사고 효과를 발생시키는 효과발생유닛;
   상기 실험유닛 내부의 상황을 인식하여 상기 효과발생유닛을 제어하는 제어유닛; 및
   상기 실험공간 내부의 공기를 강제로 배기시키는 환기유닛; 및
   상기 실험공간의 바닥면에 관통 형성된 배수구와,
   상기 배수구의 하단에 연결되어 상기 배수구로부터 배출된 액체를 상기 실험공간으로 분출시키는 순환펌프와,
   상기 순환펌프와 상기 실험공간을 연결하여 상기 순환펌프로부터 분출된 액체를 상기 실험공간으로 전달하는 순환호스를 포함하여, 상기 실험유닛에 설치되어 상기 실험공간 내부의 액체를 배출하는 배수유닛을 포함하고,
   상기 제어유닛은 상기 액체 튐 모듈이 액체를 분사하면 상기 배수유닛을 작동시켜 상기 실험공간 내부의 액체를 배출하고,
   상기 액체 튐 모듈은 상기 순환펌프를 이용하여 액체를 분출시키는 과학 전시관용 흄후드 체험장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 효과발생유닛은, 상기 실험공간 내부의 상기 실험기구의 이동을 감지하여 효과를 발생시키는 과학 전시관용 흄후드 체험장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 실험공간 내부에 설치되어 상기 실험기구를 촬영하는 카메라부를 더 포함하고, 상기 제어유닛은 상기 실험기구의 종류에 따라 위치, 기울어짐, 움직임을 파악하여 상기 효과발생유닛을 제어하는 과학 전시관용 흄후드 체험장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제어유닛은, 상기 기체 발생 모듈이 기체를 발생시키면 상기 환기유닛을 작동시켜 상기 실험공간 내부를 배기하는 과학 전시관용 흄후드 체험장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 투명창은 빛의 투과율이 변하는 가변투시창으로 형성되며, 상기 제어유닛은 상기 섬광 모듈이 섬광을 또는 불꽃 발생 모듈이 불꽃을 발생시켜 상기 실험공간 내부를 순간적으로 밝게 만들면 상기 투명창의 빛 투과율을 낮추어 상기 실험공간 내부를 어둡게 제어하는 과학 전시관용 흄후드 체험장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 본체에 설치되어 상기 효과발생유닛이 동작함에 따라 효과음을 발생시키는 효과음발생유닛을 더 포함하는 과학 전시관용 흄후드 체험장치.

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