KR102323229B1 - 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 인구 밀집도가 높은 특정 건물(일 예로, 병원, 수술실, 학교 등) 아파트, 사무실, 공장 등에 존재하는 공기 중에서 다양한 형태의 바이오센서 검출소자로부터 검출된 바이러스 검출 신호를 기반으로 공조장치를 제어하는 것으로, 구체적으로는 공기 중에 설정된 기준치 이상의 바이러스가 감지되면 자동으로 환기시키거나 공조장치를 중단시킬 수 있는 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템을 제시한다.

Description

바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템{The automatic air conditioning system based on virus detection}

본 발명은 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기 중에 설정된 기준치 이상의 바이러스가 감지되면 자동으로 바이러스를 정화하여 환기시키거나 공조장치를 중단시킬 수 있도록 구성한 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 공조 시스템이란 실내의 온도 및 습도 등의 공기 상태를 조건에 알맞게 조절하는 장치를 의미한다. 공조 시스템은 법정 환기량 확보가 필요한 모든 상업 및 산업시설, 냉난방, 환기, 공기 청정을 필요로 하는 장소, 에너지 합리화 사업에 의해 에너지 절감을 필요로 하는 장소 및 중앙열원이 공급되지 않는 독립열원 냉난방을 필요로 하는 장소 등에 설치된다.

한편, 병원, 수술실 및 학교 등과 같은 인구 밀집도가 높은 특정 건물에는 인체에 해를 끼치는 세균, 바이러스와 같은 병원균들이 많은데, 호흡을 통하여 이들을 흡입하거나 신체접촉을 하게 되면 여러 가지 질병이 유발될 수 있다. 또한, 면역력이 약한 노약자나 환자들은 이러한 병원균과의 접촉으로 인하여 질병이 유발될 가능성이 있다. 최근에는 코로나 바이러스와 같은 예방약이나 치료약이 미처 개발되지 않은 질병 바이러스들이 공기 중이나 외부와의 접촉으로 인해 급속도로 전파되어 사회적으로 큰 문제를 야기하고 있다. 특히, 공조 시스템을 통한 공기 전파의 경우 훨씬 더 많은 환자가 발생하게 되는데, 일 예로 중증급성호흡기 증후군(SARS)의 경우 2003년 홍콩에서 화장실 공조 시스템을 타고 300명에게 감염이 발생한 사례가 있다.

종래에는 이러한 병원균에 대한 대응을 위해, 백신기술, 진단기술, 치료기술 등 감염병 예방, 진단 및 치료를 위한 기술개발이 중심이 되었으나, 예방 및 치료 목적의 백신기술 및 치료기술이 미처 개발되지 않은 기간에도 이러한 병원균에 대한 신속하고 혁신적인 대응 방안이 요구되고 있다.

이와 같은 대응 방안으로는 공조 시스템이 요구되거나 이미 설치된 특정 건물에 공간살균 기능이 부가된 공조 시스템을 대체하여 제공함으로써 병원균의 인체 침투 전에 생활환경 속의 공간들을 선제적으로 살균함으로써 의료 환경 개선을 도모할 수 있는 공간살균 기술에 대한 개발이 시급히 요구되고 있다.

이와 관련하여, UV LED를 이용한 안티바이러스(antivirus) 환기 시스템에 대한 기술이 있다. 이는 UV LED 광촉매 모듈을 탑재해 부유 바이러스 및 세균을 99%까지 제거하는 것으로 환기 시스템뿐만 아니라 공기정청기 및 에어컨 등 다양한 전자제품에 활용되고 있다. 하지만, UV LED 소자는 가격이 비싸고 특히 살균시 발생하는 비린내로 인해 공조 시스템에 사용하기에는 부적합한 단점이 있다.

한편, 바이러스(virus)는 박테리아보다는 작고 항체와 같은 단백질보다는 조금 큰 약 10㎚ 내지 100㎚ 크기의 물질로서 동물, 식물, 세균 등 살아있는 세포에 기생하며, 세포 내에서만 증식할 수 있는 감염성 입자이고 자신과 같은 바이러스를 복제하는 특성이 있다. 이러한 바이러스 검출은 위와 같이 작은 사이즈에 소량으로 바이러스를 증폭시켜 농도를 높이는 이른바 실시간 역전사 중합효소 연쇄반응이라는 잘 알려진 검사법을 이용한다. 이는 최소 6시간이 소요되어 최근 다양한 바이러스 검출 방으로 제안되고 있다. 대표적인 나노 바이오 센서의 경우 아래의 특허문헌 2 및 기존 실시간 유전자 증폭 대비 5~6배 빠른 검출 키트들이 대거 개발되고 있는 실정이다.

등록특허공보 제10-2177840호(공고일자: 2020년 11월 13일, 감염병 확산 방지를 위한 방역 기능의 항바이러스 공조 모듈 및 시스템) 공개특허공보 제10-2016-0083167호(공개일자: 2016년 07월 12일, 나노 갭 전극 및 금속 나노구조물을 이용한 표적물질 검출용 바이오센서 및 이의 제조방법) 등록특허공보 제10-2149671호(공고일자: 2020년 09월 01일, 공기정화 및 바이러스 살균 시스템) 등록특허공보 제10-2155718호(공개일자: 2020년 03월 10일, 공기정화기능을 갖는 버스 천정 환기유니트)

본 발명은 다양한 바이오센서 검출소자로부터 검출된 바이러스 검출 신호를 기반으로 한 자동 공조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 공기 중에 설정된 기준치 이상의 바이러스가 감지되면 자동으로 환기시키거나 공조장치를 중단시킬 수 있는 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템은, 통상의 건물 내에 설치되고 외부로부터 유입되는 실외 공기를 흡입하여 실내로 공급하되, 회전팬으로 구성되어 상기 회전팬을 통해 기체의 속도를 증가시켜 기압을 진공상태까지 낮게 유지하여 바이러스 입자까지 상기 실내로 유입되도록 하는 흡입구와; 상기 흡입구를 통해 내부로 유입되는 실외 공기에 존재하는 바이러스를 검출하되, 상기 실외 공기에 존재하는 바이러스에 특정한 파장대의 빛을 산란시켜 이에 반사된 빛을 검출하여 바이러스 유무를 검출하는 센서부와; 상기 센서부에 대한 정보를 바탕으로 상기 실내 공간에 대한 공조 제어를 수행하되, 상기 흡입부를 통해 유입되는 실외 공기에서 바이러스가 검출될 때 상기 바이러스가 검출된 실내 공간에 설치된 공조시스템을 차단시키는 제어부와; 상기 실내 공간에 설치된 공조시스템의 내부에 설치되고, MB(meltblown) 필터와 카본 필터로 구성되어 상기 흡입부를 통해 유입되는 실외 공기에 존재하는 바이러스를 제거하는 바이러스 제거부와; 상기 제어부로부터의 피드백 데이터가 저장되는 복수의 데이터 저장/통신부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템은 최근 코로나 시대에 달라진 스마트 홈 기술 중 하나로서, 병원, 수술실 및 학교 등과 같은 인구 밀집도가 높은 특정 건물뿐만 아니라 아파트, 사무실, 공장 등 다양하게 확대 적용이 가능하다.

또한, 본 발명은 바이오센서 검출소자로부터 검출된 바이러스 검출 신호를 기반으로 한 자동 공조 시스템으로서, 병원, 학교, 사무실, 공장 등에 존재하는 공기 중에 설정된 기준치 이상의 바이러스가 감지되었을 때 자동으로 환기시키거나 공조장치를 중단시킴으로써 소비자들을 바이러스 감염으로부터 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템의 구성을 보여주고 있는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 인구 밀집도가 높은 특정 건물(일 예로, 병원, 수술실, 학교 등) 아파트, 사무실, 공장 등에 존재하는 공기 중에서 다양한 형태의 바이오센서 검출소자로부터 검출된 바이러스 검출 신호를 기반으로 공조장치를 제어할 수 있는 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템을 구현하고자 한다.

본 발명은 특정 기준치 이상으로 공기 중에 바이러스가 감지되면 자동으로 공조장치의 작동을 중단시킬 수 있는 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템을 제시한다.

본 발명은 병원, 학교, 아파트, 사무실, 빌딩, 공장 등에 존재하는 공기 중에서 바이러스가 검출될 때 자동으로 검출 유무를 알리고 바이러스 제거부(예를 들어, 바이러스 제거용 MB 필터)를 통과시키도록 하거나 또는 공조장치를 중지시켜 다른 공간으로 바이러스가 유입되는 것을 차단시킬 수 있는 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템을 제시한다.

본 발명은 공기 중에 존재하는 바이러스뿐만 아니라 바이러스보다 입자가 크고 검출이 용이한 박테리아, 곰팡이 등에서 적용 가능한 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템을 제시한다.

아래에서는 상기와 같은 특징을 가지는 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템에 관한 바람직한 실시 예를 제시한다,

{실시 예 1}

도 1은 본 발명에 따른 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템의 기술구성을 보여주고 있는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 통상 건물 내(예를 들면, 병원, 학교, 아파트, 빌딩, 사무실, 공장 등)에 매립되도록 설치되고, 그 내부는 실외 공기를 흡입하여 실내로 공급하기 위한 흡입구(10)와, 상기 흡입구(10)를 통해 내부로 유입되는 실외 공기에 존재하는 바이러스 등 각종 오염 공기를 검출하는 센서부(20)와, 상기 센서부(20)에 대한 정보를 바탕으로 특정 공간(즉, 실내 공간)에 대한 공조 제어를 수행하는 제어부(30)와, 상기 제어부(30)로부터의 피드백 데이터가 저장되는 복수의 데이터 저장/통신부(60)를 포함한다. 이때, 상기 제어부(30)는 흡입부(10)를 통해 유입되는 실외 공기에서 바이러스가 검출될 때 특정 공간에 해당되는 공조시스템(50)을 차단하고 이와 동시에 바이러스 제거부(40b)로 공조 변환시키는 변환기(40a)를 포함한다.

본 발명의 흡입부(10)와 센서부(20) 및 제어부(30)는 별도의 모듈로 구성되며, 공조시스템(50)의 내부 또는 외부에 설치 및 부착이 가능하다. 상기 흡입부(10)는 통상 회전팬으로 구성되고, 이 회전팬을 통해 기체의 속도를 증가시켜 기압을 진공상태까지 낮게 유지시킴으로써 바이러스 입자까지 내부로 빨아들이는 원리를 이용한다. 상기 데이터 저장/통신부(60)는 통상 메모리 및 콘트롤러로 구성되고, 상기 모듈 내 인터넷 망과 연결되어 원격으로 제어된다.

본 발명의 제어부(30)는 공조시스템(50)의 냉온수 유지, 에러 시 자동으로 알림 기능 및 원격 제어 기능을 포함하며, 기상청 정보를 활용하여 외부 공기의 질(質, Quality)에 따라 상기 모듈의 자동 동작 유무를 제어한다. 상기 공조시스템(50)은 통상 스마트홈용 아파트, 공장, 병원, 학교, 빌딩, 사무실 등의 실내외 설치가 가능하며, 자동차 환기 시스템에도 적용 가능하다.

본 발명의 센서부(30)는 발광부와 수광부로 구성되고, 공기 중의 극소량의 바이러스 등 바이오 물질을 검출하는 센서로서 검출 대상인 바이오 물질에 특정한 파장대의 빛을 산란시켜 이에 반사된 빛을 검출하여 바이러스 유무를 검출하는 광학 기반의 바이오 센서이다. 또한, 상기 센서부(30)는 전극부에 선택적으로 부착된 표적 물질의 전기적 신호를 측정함으로써 바이러스 유무를 검출하는 화학 기반의 바이오 센서일 수 있다.

본 발명의 바이러스 제거부(40b)는 공조시스템(50)의 내부에 설치되고, 바이러스 제거용 전용 필터로서 멜트브로운(meltblown: MB) 필터와 카본 필터로 구성된다. 상기 바이러스 제거용 MB 필터는 전하를 띤 정전 필터이며, 필터 섬유에 물을 고압으로 방사하여 물속에 있는 수소이온(H-) 내부에 강한 전하를 띈 구조로(hydro charging) 3년 정도 안정된 품질을 갖도록 제조된 것이다. 이는 식약청에 고시한 KF94 마스크 성능을 만족하는 것과 동일한 제품이지만, 본 발명에서 사용되는 MB 필터는 2mm 내지 10mm 사이즈로 세절하고 2mm 이하의 매쉬망에 넣어 가루가 세지 않은 구조로 하고 필터 두께를 50mm 이상으로 구성하여 수명을 길게 함은 물론 통기성 또한 좋게 하였다.

또한, 상기 바이러스 제거부(40b)에 사용되는 카본 필터는 방독면 등에 널리 사용되는 보편화 된 필터의 구조를 갖는다. 하지만, 수분에 매우 취약하여 사용시간이 짧지만 폴리프로필렌(polypropylene)이 주성분인 MB 필터를 전처리 필터로 사용하면 폴리프로필렌 고유의 성질인 발수 기능을 살리면 이를 한층더 수명을 길게 유지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 바이러스 제거부(40b)로 MB 필터와 카본 필터를 나란히 겹쳐 사용함으로써 실외로부터 유입되는 공기 중에 있는 바이러스를 제거할 수 있다.

10: 흡입부 20: 센서부
30: 제어부 40b: 바이러스 제거부
50: 공조시스템 50: 데이터 저장/통신부

Claims (1)

1. 공기 중에 설정된 기준치 이상의 바이러스가 감지되면 자동으로 바이러스를 정화하여 환기시키거나 공조장치를 중단시킬 수 있도록 구성한 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템에 있어서,
   통상의 건물 내에 설치되고 외부로부터 유입되는 실외 공기를 흡입하여 실내로 공급하되, 회전팬으로 구성되어 상기 회전팬을 통해 기체의 속도를 증가시켜 기압을 진공상태까지 낮게 유지하여 바이러스 입자까지 상기 실내로 유입되도록 하는 흡입부(10)와;
   상기 흡입부(10)를 통해 내부로 유입되는 실외 공기에 존재하는 바이러스를 검출하되, 상기 실외 공기에 존재하는 바이러스에 특정한 파장대의 빛을 산란시켜 이에 반사된 빛을 검출하여 바이러스 유무를 검출하는 센서부(20)와;
   상기 센서부(20)에 대한 정보를 바탕으로 실내 공간에 대한 공조 제어를 수행하되, 상기 흡입부(10)를 통해 유입되는 실외 공기에서 바이러스가 검출될 때 상기 바이러스가 검출된 실내 공간에 설치된 공조시스템(50)을 차단시키는 제어부(30)와;
   상기 실내 공간에 설치된 공조시스템(50)의 내부에 설치되고, 2mm 내지 10mm 사이즈로 세절하고 2mm 이하의 매쉬망에 넣어 가루가 세지 않은 구조로 하고 필터 두께를 50mm 이상으로 구성한 멜트브로운 필터와 카본 필터를 이중으로 나란히 겹쳐진 상태로 구성하여 상기 흡입부(10)를 통해 유입되는 실외 공기에 존재하는 바이러스를 제거하는 바이러스 제거부(40b)와;
   상기 제어부(30)로부터의 피드백 데이터가 저장되는 복수의 데이터 저장/통신부(60)를 포함하며;
   상기 제어부(30)와 상기 공조시스템(50)은 변환기(40a)로 연결되며, 상기 변환기(40a)는 상기 흡입부(10)를 통해 유입되는 실외공기에 바이러스가 검출되었을 때, 상기 제어부(30)의 신호에 따라 상기 공조시스템(50)을 차단함과 동시에 상기 바이러스 제거부(40b)로 공조 변환시키도록 함을 특징으로 하는 바이러스 검출 기반의 자동 공조 시스템.
   
   

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