KR102613973B1 - 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치 및 그 장치가 장착된 차량 - Google Patents

스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치 및 그 장치가 장착된 차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치 및 그 장치가 장착된 차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 내에서, 환자의 머리 위로부터 아래로 공기를 쓸어내리는 스위핑 유동을 이용하여 비말의 확산을 차단하는 감염 방지 장치 및, 그러한 감염 방지 장치가 장착된 차량에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 감염병 유행시기에 사회적 거리두기가 불가능한 차량 안에서 호흡으로 인한 감염을 예방하기 위한 장치 및, 그러한 장치가 구비된 차량을 제공한다. 또한 그러한 장치를 차량 뿐 아니라 사무실 또는 식당과 같이 사람들이 고정적으로 착석하는 위치에 설치하여, 그와 같이 많은 인원이 모이는 공간에서의 감염 확산을 방지하도록 한다.

Description

스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치 및 그 장치가 장착된 차량{Apparatus for preventing airborne congestion by using sweeping flow and vehicle equipped with the apparatus}
본 발명은 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치 및 그 장치가 장착된 차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 내에서, 환자의 머리 위로부터 아래로 공기를 쓸어내리는 스위핑 유동을 이용하여 비말의 확산을 차단하는 감염 방지 장치 및, 그러한 감염 방지 장치가 장착된 차량에 관한 것이다.
2019년 발생한 코로나 바이러스는 직접적인 접촉뿐만 아니라 호흡을 통한 강력한 비말에 의한 호흡기 감염이 특징이다. 이러한 코로나 바이러스에 감염된 사람의 이송을 위한 차량에는 동승한 사람의 감염을 방지하기 위한 장치가 필요하다. 실제 예로서, 코로나19 유행 초기에 인천공항에서 귀국자 또는 감염 의심환자 이송을 위하여 비닐 칸막이를 설치한 택시를 운용한 사례가 있다. 이러한 간이 비닐 칸막이의 경우, 설치와 수거가 쉽다는 장점이 있으나, 운전석과 객실 사이의 완벽한 밀봉이 어려워, 이송 과정에서 감염이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
또한 내부 방역 시스템의 부재 및 공조 시스템 등으로 인하여, 소독과 방역이 어렵고 또한 소독과 방역의 효과도 확인할 수 없어, 먼저 탑승한 승객과 다음 승객 사이의 교차 감염도 무시할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 따라 구급차가 부족할 경우에 대비하여, 노약자 또는 코로나 바이러스와 같은 호흡기 질환이 의심되는 환자의 이송이 가능한 항 감염 다인승 차량이 필요한 상황이다.
JP 2019-188864 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 감염병 유행시기에 사회적 거리두기가 불가능한 차량 안에서 호흡으로 인한 감염을 예방하기 위한 장치 및, 그러한 장치가 구비된 차량을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 그러한 장치를 차량 뿐 아니라 사무실 또는 식당과 같이 사람들이 고정적으로 착석하는 위치에 설치하여, 그와 같이 많은 인원이 모이는 공간에서의 감염 확산을 방지하도록 하는데 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실내 공간에 설치되는 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치는, 실내 공간의 상부에 설치되고 하방으로 바람을 송출하는 송풍부; 및, 상기 실내 공간의 하부에 설치되고, 상기 송풍부에서 송출된 바람을 흡수하여 상기 실내 공간의 외부로 배출하는 흡기부를 포함하고, 상기 흡기부는, 송풍부로부터 내려온 공기를 흡입하는 흡입구; 상기 흡입된 공기가 모이는 흡기공간부; 및 상기 흡기공간부의 공기를 배출하는 배기구를 구비하며, 상기 흡기부는, 상기 배기구를 통하여 외부로 배출되는 공기 중의 오염 물질을 배출 직전에 거르기 위한 필터를 상기 배기구에 구비하고, 상기 흡기부는, 상기 흡입구를 통하여 흡입되는 공기 중의 오염 물질을 거르기 위한 필터를 상기 흡입구에 구비한다.
상기 송풍부는, 평행하게 설치되는 한 쌍의 1자형 송풍관을 구비할 수 있다.
상기 송풍부는, 외부로부터 상기 실내 공간으로 유입되는 공기 중의 오염 물질을 거르기 위한 필터를 구비할 수 있다.
상기 흡기부는, 상기 송풍부에서 송출 바람을 효과적으로 흡수하여 외부로 배출하기 위한 흡기팬을 구비할 수 있다.
삭제
상기 흡입구는 상기 흡기부의 측면에 형성되고, 상기 배기구는 상기 흡기부의 후면에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치를 포함하는 감염 방지 차량이 개시된다.
상기 감염 방지 차량은, 탑승한 감염자로부터의 오염 물질을 차단하기 위하여 1열 좌석과 2열 좌석 사이에 차단 격벽을 더 구비할 수 있다.
상기 감염 방지 차량은, 장애인 또는 노약자의 탑승 및 하차를 위하여 전동 방식으로 회전, 리프트 업, 다운이 가능한 승하차 보조 시트를 더 구비할 수 있다.
상기 감염 방지 차량은, 휠체어의 탑승 및 하차를 위해 상기 감염 방지 차량의 후단에 설치되는 휠체어 슬로프(slope)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 감염병 유행시기에 사회적 거리두기가 불가능한 차량 안에서 호흡으로 인한 감염을 예방하기 위한 장치 및, 그러한 장치가 구비된 차량을 제공하는 효과가 있다.
또한 그러한 장치를 차량 뿐 아니라 사무실 또는 식당과 같이 사람들이 고정적으로 착석하는 위치에 설치하여, 그와 같이 많은 인원이 모이는 공간에서의 감염 확산을 방지하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 감염 방지 장치가 장착된 차량의 단면으로서, 공조 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 감염 방지 장치의 송풍부와 흡기부 및 바람의 움직임을 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 감염 방지 장치가 장착된 차량의 단면으로서, 차단 격벽을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 감염 방지 장치가 장착된 차량의 단면으로서, 승하차 보조 시트를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 감염 방지 장치가 장착된 차량의 단면으로서, 차량에 구비된 휠체어 탑승 슬로프를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 감염 방지 장치 중, 공조 장치의 동작에 대한 유동 해석을 위한 모델링 및 설계 변수를 도시한 도면.
도 7은 도 6의 유동 해석을 위하여 선정된 단면을 나타낸 도면.
도 8은 도 7의 단면 중, 단면 1에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면.
도 9는 도 7의 단면 중, 단면 2에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면.
도 10은 도 7의 단면 중, 단면 3에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면.
도 11은 도 7의 단면 중, 단면 4에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 감염 방지 장치의 공조 장치에 의한 차량 내부 전체의 유동을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 감염 방지 장치(100)가 장착된 차량(200)의 단면으로서, 감염 방지 장치(100)의 공조 장치(110)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1(a)는 감염 방지 장치(100)가 장착된 차량(200)을 위에서 바라본 단면도이고, 도 1(b)는 차량(200)의 후단부에서 바라본 도면으로서, 감염 방지 장치(100)의 공조 장치(110)에 의한 송풍, 흡기 및 배출을 화살표로서 나타낸 도면이다.
감염 방지 장치(100)는 실내 공간의 감염 방지를 위해 작동 된다. 여기서 실내 공간이란, 다수의 사람이 모이는 사무실, 식당 등 다양한 공간이 가능하며, 도 1 내지 도 5에서는 일 실시예로서, 차량(200)의 내부 공간을 실내 공간으로 설정하였다.
감염 방지 장치(100)의 공조 장치(110)는 실내 공간의 상부에 설치되고 하방으로 바람을 송출하는 송풍부(111)와 해당 실내 공간의 하부에 설치되고, 송풍부(111)에서 송출된 바람을 흡수하여 해당 실내 공간의 외부로 배출하는 흡기부(112)를 포함한다. 이때 송풍부(111)는, 도 1(a),(b)에 도시된 바와 같이 평행하게 설치되는 한 쌍의 1자형 송풍관(111)을 구비한다. 송풍부(111)는 실내 공간의 천정에 부착될 수도 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 도 1(b)와 같이 좌우 측면부에 부착될 수도 있다.
송풍부(111)는 도 1(b)에 화살표로써 나타낸 바와 같이 거의 수직을 이루도록 하방으로 바람을 송출한다. 이와 같이 송출되는 바람을 효과적으로 흡수하기 위하여, 흡기부(112)에는 흡기팬을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 흡기팬은 하방으로 내려오는 바람을 흡수하여, 실내 공간의 외부로 배출하는 역할을 수행한다.
또한 흡기부(112)는, 실내 공간의 외부로 오염 물질이 배출되는 것을 막기 위하여, 배출되기 직전의 위치에, 공기 중의 오염 물질을 거르기 위한 필터를 구비할 수 있다. 이러한 필터는 고성능 공기 정화 필터인 헤파(High Efficiency Particulate Air, HEPA) 필터로 구성될 수 있다.
또한 송풍부(111) 역시 외부의 공기를 유입하여 송풍하는 경우, 실내 공간으로의 송풍 직전의 위치에 외부 공기 중의 오염 물질을 거르기 위한 필터를 구비할 수 있다. 이러한 필터 역시 고성능 공기 정화 필터인 헤파(High Efficiency Particulate Air, HEPA) 필터로 구성될 수 있다.
흡기부(112) 역시 하부에 송풍부(111)와 유사하게 1쌍 1자형 관으로 설치될 수도 있으나, 차량 내부와 같이 그와 같은 공간이 나기 어려운 곳은 차량 내부의 데드존과 같은 특정 위치에 구비될 수도 있다. 이러한 흡기부(112)의 바람직한 실시예에 대하여 이하 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 감염 방지 장치의 송풍부(111)와 흡기부(112) 및 바람의 움직임을 나타낸 모식도이다.
상단 송풍부(111)에서 내려오는 공기가 튕겨 올라가며 유동이 섞이는 것을 막기 위하여 하단 시트 사이에 콘솔박스 형태의 흡기부(112)를 설치할 수 있다. 흡기부(112)는 좌우 측면의 흡입구에서 공기를 흡입하여, 흡입된 공기는 박스 내부공간(이하 '흡기공간부'라 한다)을 통과하여 후방의 배기구로 배출하며, 후방으로 배출된 공기는 차량의 인렛(inlet)으로 다시 흡입되어 상단으로 이동하는 유동을 생성하고, 송풍부(111)를 통하여 하부로 내려온다.
도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 실내 공간의 외부로 오염 물질이 배출되는 것을 막기 위하여, 흡기부(112)에서 배출되기 직전의 위치, 즉, 배기구에, 공기 중의 오염 물질을 거르기 위한 헤파(High Efficiency Particulate Air, HEPA) 필터를 구비할 수 있다. 이에 더하여 흡기부(112)에서 공기를 흡입하는 흡입구에는 전처리 필터인 PRE 필터가 부착될 수 있다. 이러한 필터에 의해, 상단으로부터 쓸어내린 공기를 흡기부(112)가 정화하여, 깨끗한 실내 공기의 유동을 생성하게 된다.
도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 흡기부(112) 역시, 도 2에 예시된 차량 내부 뿐만 아니라, 다수의 사람이 모이는 사무실, 식당 등 다양한 공간에 설치가 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 감염 방지 장치(100)가 장착된 차량(200)의 단면으로서, 차단 격벽(120)을 설명하기 위한 도면이다.
이러한 차단 격벽(120)은 감염 방지 장치(100)의 일 구성으로서, 차량(200)의 운전석이 있는 1열과의 사이에 이송 중 감염을 막기 위해 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 감염 방지 장치(100)가 장착된 차량(200)의 단면으로서, 승하차 보조 시트(130)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 승하차 보조 시트(130)는 장애인, 노약자 등의 용이한 탑승을 위해, 전동 방식으로 구동되어 회전, 차량 외부에서 리프트 다운(lift down) 및 리프트 업(lift up) 등이 가능하도록 구성된다.
도 5는 본 발명에 따른 감염 방지 장치(100)가 장착된 차량(200)의 단면으로서, 차량(200)에 구비된 휠체어 탑승 슬로프(140)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(b)에 도시된 바와 같이 차량 후단 외부로 휠체어 탑승 슬로프(140)를 설치하여 휠체어의 승하차를 돕는다.
도 6은 본 발명에 따른 감염 방지 장치 중, 공조 장치의 동작에 대한 유동 해석을 위한 모델링 및 설계 변수를 도시한 도면이다.
도 6(b)에는 종래 공조장치 모델(10)과 본 발명의 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치의 유동 모델(20)이 도시되어 있다. 2열에 환자와 보호자가 탑승한 경우를 상정하여 2열과 3열의 내부 구조를 단순화하였고, 메쉬는 Poly-hexacore로 총 596,212개로 구성하였다.
종래 공조장치 모델(10)은 상부 에어벤트 4곳으로부터 실내 공간으로 송풍이 이루어지고, 후측면 하부에 배기로 구성되어 있다. 본 발명의 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치의 유동 모델(20)에서는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 평행하게 설치되는 한 쌍의 1자형 송풍관(111)을 가지는 송풍부(111)와, 송풍부(111)로부터의 공기를 흡기팬에 의해 흡수하는 흡기부(112)의 배출구 부분이 도시되어 있다.
D11, D12, D21 및 D22는 주어지는 조건으로서, D11 및 D12는 종래 공조장치 모델(10)에 적용한 2가지 초기조건을 의미하고, D21, D22는 본 발명의 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치의 유동 모델(20)에 적용한 2가지 초기조건을 의미한다.
D11은 측면 공기 유입(side inflow)이 없고 ACH(mass flow rate)가 57, D12는 측면 공기유입이 있고 ACH가 57, D21은 측면 공기 유입이 있고 ACH가 20인 상태, 마지막으로 D22는 측면 공기유입이 있고 ACH가 57인 상태로 설정하였다. 탑승자의 호흡 과정에서 코에서의 속도는 22m/s로 가정하였다. 이때 해석을 위한 방법론과 경계조건은 아래 표와 같다.
[표 1]
이하, 도 7 내지 도 12를 참조하여서는 이러한 유동 해석 결과를 설명한다.
도 7은 도 6의 유동 해석을 위하여 선정된 단면을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이 단면 1(P1), 단면 2(P2), 단면 3(P3) 및 단면 4(P4)가 선정된 단면이며, 이하 도 8 내지 도 11을 참조하여 각 단면에 대한 유동 해석 결과를 설명한다.
도 8은 도 7의 단면 중, 단면 1에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면이고, 도 9는 단면 2에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면이다.
단면 1은 환자석이고, 단면 2는 보호자석이다.
단면 1에 대한 결과를 살펴보면, D11, D12, D22의 경우 15m/s로 공기가 탑승자의 후면을 향해 역류하는 것을 볼 수 있다. 이 경우 2열 탑승자 또는 후미 휠체어석에 탑승자가 감염자일 경우 역류하는 공기로 인하여 비말이 전파, 보호자도 감염될 가능성이 높다.
그러나 D21의 경우 상부의 유동(붉은색 화살표)을 제외하고 나머지 유동은 후면에서 와류하고 있는 것을 확인할 수 있다. 단면 2(보호자석)의 경우도 단면 1(환자석)과 유사한 유동을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이러한 경향은 초기 조건(ACH 57)일 때 보다 ACH의 질량유량이 적을 경우 공기 분포가 안정적으로 일어난다는 것을 의미한다.
도 10은 도 7의 단면 중, 단면 3(2열 좌석 후면)에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면이다.
D11과 D12의 경우 공기가 상부로 향하는 것을 확인할 수 있다. 이는 단면 1과 단면 2의 해석을 통하여 전술한 바와 같이, 하부 공기가 역류하며 상부에서 생긴 결과로 해석된다.
D21의 경우, 상부로의 유동이 없는 것은 아니나, 매우 낮은 수준이고 그보다 많은 유량이 좌석 뒤 071m/s의 속도로 상부에서 하부로 유동이 생성되고 있다.
도 11은 도 7의 단면 중, 단면 4(2열 탑승자 전면부)에서의 유동 해석 결과를 나타내는 도면이다.
D11과 D12, D22의 경우 좌석 후방에서 역류한 기류가 전면부에도 영향을 미치는 것을 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다. 그러나, D21의 경우 역류 현상이 없음을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 감염 방지 장치의 공조 장치에 의한 차량 내부 전체의 유동을 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 11의 결과 및, 도 12를 참조하면, 결과적으로 본 발명의 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치의 유동 모델(20)의 경우가, 기존의 공조 장치 유동 모델(10)보다 내부 공기 분배 성능이 뛰어나고, 특히, D21과 같은 설계는 ACH를 적절히 사용하므로 배기 기류가 2열 좌석으로 역류하지 않아, 더욱 바람직한 결과를 나타냄을 확인하였다.
10: 종래 공조 장치의 유동 모델
20: 본 발명의 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치의 유동 모델
100: 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치
110: 공조 장치
111: 송풍부
112: 흡기부
120: 격벽
130, 130.1, 130.2: 회전 리프트 시트
140: 휠체어 슬로프(slope)
200: 차량

Claims (12)

  1. 실내 공간에 설치되는 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치로서,
    실내 공간의 상부에 설치되고 하방으로 바람을 송출하는 송풍부; 및,
    상기 실내 공간의 하부에 설치되고, 상기 송풍부에서 송출된 바람을 흡수하여 상기 실내 공간의 외부로 배출하는 흡기부
    를 포함하고,
    상기 흡기부는,
    송풍부로부터 내려온 공기를 흡입하는 흡입구;
    상기 흡입된 공기가 모이는 흡기공간부; 및
    상기 흡기공간부의 공기를 배출하는 배기구
    를 구비하며,
    상기 흡기부는,
    상기 배기구를 통하여 외부로 배출되는 공기 중의 오염 물질을 배출 직전에 거르기 위한 필터를 상기 배기구에 구비하고,
    상기 흡기부는,
    상기 흡입구를 통하여 흡입되는 공기 중의 오염 물질을 거르기 위한 필터를 상기 흡입구에 구비하는,
    스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 송풍부는,
    평행하게 설치되는 한 쌍의 1자형 송풍관을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 송풍부는,
    외부로부터 상기 실내 공간으로 유입되는 공기 중의 오염 물질을 거르기 위한 필터를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기부는,
    상기 송풍부에서 송출 바람을 효과적으로 흡수하여 외부로 배출하기 위한 흡기팬을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입구는 상기 흡기부의 측면에 형성되고,
    상기 배기구는 상기 흡기부의 후면에 형성되는 것
    을 특징으로 하는 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치.
  9. 청구항 1의 스위핑 유동을 이용한 공기중 감염 방지 장치를 포함하는 감염 방지 차량.
  10. 청구항 9에 있어서,
    탑승한 감염자로부터의 오염 물질을 차단하기 위하여 1열 좌석과 2열 좌석 사이에 차단 격벽을 더 구비하는 것
    을 특징으로 하는 감염 방지 차량.
  11. 청구항 9에 있어서,
    장애인 또는 노약자의 탑승 및 하차를 위하여 전동 방식으로 회전, 리프트 업, 다운이 가능한 승하차 보조 시트를 더 구비하는 것
    을 특징으로 하는 감염 방지 차량.
  12. 청구항 9에 있어서,
    휠체어의 탑승 및 하차를 위해 상기 감염 방지 차량의 후단에 설치되는 휠체어 슬로프(slope)를 더 구비하는 것
    을 특징으로 하는 감염 방지 차량.
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