KR20140008309A - 미세입자 및 미생물 포집용 휴대 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대기 중의 미세입자 및 미생물 포집용 장치(7)에 관한 것으로, 상기 장치는 공기를 원심 분리하기 위한 원뿔형 또는 원뿔대형의 사이클론 밀봉체(8), 상기 밀봉체(8) 안으로 공기를 유입하기 위한 외부 공기 흡입 수단(16) 및 개별 전동 호흡 보호 기기(A)의 공기 흡입 필터(4, 5)에 연결 수단(19, 20, 21)에 의해 연결된 공기 배출 수단을 포함한다.

Description

미세입자 및 미생물 포집용 휴대 장치{PORTABLE DEVICE FOR COLLECTING PARTICLES AND MICROORGANISMS}
본 발명은 대기 중에 존재하는 미세입자 및 미생물을 식별 및 산출하기 위하여, 이러한 미세입자 및 미생물을 포집하기 위한 휴대 장치에 관한 것이다.
대기 중에 존재하는 미세입자 및 미생물의 식별 및 산출은 의약품 산업, 농식품 산업, 의료 부지, 위생 서비스, 수의료 서비스, 부지 감시 등과 같은 매우 많은 분야에서 중요하며, 포집되는 미세입자 및 미생물은 0.5 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터의 범위이다.
이러한 유형의 장치는 본 출원인의 프랑스특허 FR-A-2 855 831 또는 FR 2 905 379에 개시되어 있는데, 개시된 장치는 포집액(collection liquid)이 들어있는 탈착식 원심분리 밀봉체(removable centrifuging enclosure)를 포함하며, 상기 탈착식 원심분리 밀봉체는 공기 흡입 수단과 연동된다. 상기 밀봉체는 공기 흡입구 및 공기 배출구를 가지며, 포집된 미세입자 및 미생물가 함유된 액체 시료를 수송하기 위한 용기를 형성한다.
이러한 장치들은 자체 내장되어 있으며, 휴대용임에도 불구하고 상대적으로 부피가 크다. 작동하는 동안, 상기 밀봉체를 통과하는 공기 유량은 상대적으로 큰데, 예를 들어 100 L/min 이상이다. 공기 유량은 적용의 함수이며, 일반적으로는 수 분 안에 신뢰할만한 대표 시료를 취득할 수 있도록 결정된다.
오염된 대기 속에서 활동하는 사람들 또는 핵, 생물학적 및/또는 화학적 위험에 직면한 사람들은 공기를 여과하여 정화하기 위한 필터 수단을 장착할 수 있는 호흡 보호 기기를 필요로 한다.
이러한 기기는 자유 통풍 장치로서 사용자의 호흡만으로 공기가 필터를 통과하도록 할 수 있으며, 또는 전동 수단의 도움으로 대기가 필터를 통과하여 흡입되도록 보조된 통풍 장치일 수 있다.
알려진 호흡 기기는 사용자가 활동하고 있는 대기를 분석하는데에는 적합하지 않다. 그러한 분석을 수행하고자 할 때, 사용자는 상기 언급된 프랑스특허 FR-A-2 855 831 또는 FR 2 905 379에 기재된 유형의 전용 포집기를 가지고 다녀야하고, 이 장치를 현장에서(in situ) 작동시켜야 하는데, 이는 항상 가능한 것이 아니다.
따라서, 본 발명의 목적은 단순하고 효과적이며 저렴하게 상기한 문제에 대한 해결 방법을 제시하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명은, 대기 중의 미세입자 및 미생물을 포집하기 위한 휴대용 포집 장치로서, 공기를 원심 분리하기 위한 원뿔형 또는 원뿔대형의 사이클론 밀봉체(cyclone enclosure), 상기 밀봉체로 공기를 유입하기 위한 외부 공기 흡입 수단, 및 상기 밀봉체에서 공기를 방출하기 위한 공기 배출 수단을 포함하고, 상기 밀봉체의 공기 배출 수단을 개별 전동 호흡 보호 기기의 공기 흡입 수단에 연결하기 위한 연결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치를 제공한다.
따라서, 본 발명의 포집 장치는 사용자의 임무 수행 동안 및 호흡 보호 기기가 작동 중에 있는 동안 지속적으로 미세입자 및 미생물이 포집될 수 있도록 호흡 보호 기기와 연동될 수 있다.
바람직하게는, 상기 밀봉체의 공기 배출 수단의 연결 수단은, 상기 호흡 보호 기기의 적어도 하나의 흡입구 필터와 연결을 위한 분기 수단을 포함한다.
상기 분기 수단은 상기 호흡 보호 기기의 흡입구 필터에 맞물리는 적어도 하나의 단부 부품을 포함할 수 있다.
상기 포집 장치는 매우 용이하게 필터에서 탈착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 사이클론 밀봉체의 내부면은 미세입자 또는 미생물을 포집하기 위한 정전 물질 또는 나노섬유 기반 물질로 구성되거나 덮일 수 있다.
예컨대, 이러한 물질은 반영구적 편광 상태(quasi permanent state of polarization)의 유전체(dielectric material)인 "일렉트릿(electret)"일 수 있다.
전통적인 방식으로, 상기 외부 공기 흡입 수단은 상기 밀봉체의 상부에 접선방향으로 연결되고, 상기 공기 배출 수단은 상기 밀봉체의 상부에 축방향으로 연결된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 밀봉체의 상부는 지름이 10 mm 내지 50 mm 범위이고, 상기 밀봉체의 높이 또는 축 방향의 크기는 10 mm 내지 100 mm 범위이다.
본 발명은 또한, 사용자가 착용하는 마스크, 및 외부 공기가 미세입자 또는 미생물을 걸러 내기 위한 하나 이상의 필터를 통과하여 흡입되도록 하는 터빈과 같은 전동 공기 공급 수단을 포함하는 개별 전동 호흡 보호 기기에 있어서, 외부 공기 흡입 방향으로 상기 필터의 상류에, 상기한 유형의 포집 장치가 장착되는 것을 특징으로 하는 개별 전동 호흡 보호 기기를 제공한다.
유리하게는, 상기 전동 공기 공급 수단, 상기 필터 및 상기 포집 장치는 사용자에게 지속적으로 100 L/min 이하의 공기 유량을 공급할 수 있는 크기를 가진다.
바람직하게는, 상기 기기는 약 8시간 내지 10시간의 지속적인 시간 동안 휴대 및 사용되도록 설계되고, 외부 공기로부터 미세입자 및 미생물이 지속적으로 포집되며, 상기 호흡 보호 기기가 사용되는 동안 상기 포집 장치의 사이클론 밀봉체 내부는 건조 상태도록 형성된다.
변형 실시 형태에서, 본 발명의 포집 장치는 배터리에 의해 전력이 공급되는 모터 구동 흡입 터빈의 공기 흡입구에 연결될 수 있고, 조립체는 사람이 착용하여 몇 시간 동안, 예를 들어 반나절 동안 지속적으로 작동할 수 있도록 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 대기 중에 존재하는 미세입자 및 미생물을 포집 및 시험하는 방법으로서, 상기된 호흡 보호 기기를 사용한 후, 상기 사이클론 밀봉체를 해체하는 단계, 상기 밀봉체의 내부면에 포집된 미세입자 및/또는 미생물 수집하기 위하여 적정 액체로 상기 밀봉체의 내부면을 세정하는 단계, 및 이런식으로 수집된 시료의 내용물을 분석 및/또는 시험하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
상기 방법은 또한, 상기 밀봉체의 내부면에서 미세입자 및/또는 미생물을 분리시키기 위하여, 상기 밀봉체의 내부면을 세정하는 동안 또는 그 후에, 상기 밀봉체에 초음파를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 비제한적인 실시예 및 첨부 도면을 통하여, 본 발명의 세부 내용, 특징 및 장점들을 더 상세히 설명한다.
도 1은 사람이 선행 기술에 따른 호흡 보호용 개별 모터 장치를 착용한 모습을 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 호흡 보호 장치의 사시도;
도 3은 본 발명에 따른 포집 장치의 사시도;
도 4는 공기를 원심 분리하기 위한 사이클론 밀봉체의 축방향 단면도;
도 5는 본 발명의 변형 실시예의 사시도이다.
도 1은 등에 호흡 보호용 개별 모터 기기(A)가 장착된 자켓(1)을 착용한 사람을 도시하고 있는데, 이 호흡 보호용 개별 모터 기기(A)는 외부 공기가 대기 중에 존재하는 미세입자 또는 미생물을 걸러낼 수 있는 두 개의 필터(4)를 통과하여 흡입되도록 하는 터빈과 같은 전동 공기 공급 수단(3)과 파이프(2)에 의해서 연결된 마스크(도시되지 않음)를 포함한다.
각각의 필터(4)는 일반적으로 원통형이고, 배면에 위치한 중앙 공기 흡입구(5)를 포함한다.
상기 개별 모터 기기(A)에는 전동 공기 공급 수단(3)의 전원을 온/오프할 수 있고 상기 마스크로 공급되는 공기 유량을 조절할 수 있는 제어 수단(6)이 장착된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 대기 중에 존재하는 미세입자 및 미생물을 포집하기 위한 포집기 또는 포집 장치(7)의 장착을 제시한다.
상기 포집 장치(7)는 공기를 원심 분리하기 위한 사이클론 밀봉체(8)를 포함하는데, 상기 밀봉체(8)는 원뿔형 또는 원뿔대형이고, 상기 밀봉체의 구조는 도 4에 더 명확하게 도시되어 있다.
상기 밀봉체(8)의 하단 부분은 일반적으로 원뿔대형 또는 원뿔형인 제1 부분(9)으로 형성되며, 그 내부면(10)은 미세입자 또는 미생물을 포집하기 위한 정전 물질, 예컨대 "일렉트릿(electret)" 유형 물질, 또는 나노섬유 기반 물질로 덮여 있다. 상기 제1 부분(9)의 상부 지름은 10 mm 내지 50 mm이고, 높이(h)는 10 mm 내지 100 mm이다. 제1 부분(9)의 상단에는 방사상 바깥쪽으로 연장된 환형 림(11)이 구비된다.
상기 밀봉체(8)의 상단 부분은 상기 제1 부분 상부에 있는 제2 부분(12)으로 형성되며, 상기 제2 부분(12)은 원통형 외벽(13) 및 상기 외벽과 연동하여 밀봉체 내부로 연결되는 환형 공기 흡입구 채널(15)을 한정하기 위한 축방향 튜브(14)를 포함한다. 상기 외벽(13)은, 상기 밀봉체(8)의 상부에 공기 흡입구를 형성하기 위하여, 상기 환형 채널(15)에 접선방향으로 이어지는 하나 이상의 개구(16)를 포함한다. 상기 제2 부분(12)의 하단에는 수나사(external thread)가 제공된다.
상기 제1 부분(9) 및 제2 부분(12)은, 권축(crimping) 또는 스냅 고정(snap fastening)으로 제1 부분(9)의 환형 림(11)에 장착된 링(17)이 제2 부분(12)의 수나사로 고정됨으로써 서로 체결된다.
상기 축방향 튜브(14)는 하부에 밀봉체 내부로 이어지는 공기 배출구가 형성되고, 상부에서 도 2 및 도 3에 도시된 커플링(19)과 결합된다. 상기 커플링(19)은 일반적으로 T-형이고, 밀봉체(8)의 공기 배출구(14)에 연결된 하나의 가지(branch) 및 굽은 관(20)과 단부 부품(21)을 통하여 두 개의 필터(4)에 연결된 두 개의 가지를 포함한다. 상기 커플링(19)은, 예를 들어 나사 체결에 의해, 상기 사이클론 밀봉체(8)의 제2 부분(12)에 고정된다.
상기 단부 부품(21)은 원통형이고, 상기 필터(4)에 직접 결합될 수 있는 종형체(bells)를 형성한다. 보다 상세하게는, 각 단부 부품(21)은 앨라스토머 재질(elastomer material)로 형성될 수 있고, 각 필터(4)의 중앙 공기 흡입구(5)의 환기 장치(register)에 위치된 중앙 공기 배출구(22)(도 3 참조)를 포함할 수 있다.
상기 개별 모터 기기(A)의 작동 시, 상기 전동 공기 공급 수단(3)에 의해 흡입된 공기는 사이클론 밀봉체(8)의 흡입구(16)를 통하여 들어가고, 상기 밀봉체(8) 내에서 소용돌이를 일으키며 대기 중의 미세입자 및 미생물은 상기 제1 부분(9)의 내부면(10)을 덮고 있는 정전 물질 또는 나노섬유 기반 물질에 대하여 원심 분리된다.
상기 언급된 선행 기술과 달리, 밀봉체(8)는 건조 상태에서 작동하며, 즉 내부에 함유된 액체 또는 주입되는 액체 없이 작동한다.
변형예로서, 비록 효율성이 좀 떨어지겠지만, 내부면(10)에 정전 물질이 없는 밀봉체(8)에서 포집이 실행될 수도 있다.
그 후, 공기는 배출구(14)를 통하여 밀봉체에서 배출되어 굽은 관(20)을 따라 이동하여 필터(4)를 통과하면서 마스크에 이르기 전에 정화된다. 사용자의 적절한 환기에 필요한 공기 유량은 사용자가 강렬한 신체 활동을 할 때에도 100 L/min 이하이다. 상기 전동 공기 공급 수단(3) 및 사이클론 밀봉체(8)는 상기 유량이 가능하도록 하는 크기를 가진다.
사용자는 임무를 마치면 호흡 보호 기기의 전동 공기 공급 수단(3)을 멈추고, 밀봉체(8)를 해체할 수 있다. 상기 제1 부분(9)은, 내부면(10)에 포집된 미세입자 및/또는 미생물을 종래 기술에 의하여 분석 및/또는 평가될 있는 액체 시료 형태로 수집하기 위하여, 적절한 액체를 사용하여 세정된다. 이러한 방식으로, 시료에 존재있는 미세입자 또는 미생물이 식별 및 산출될 수 있다.
상기 미세입자 또는 미생물의 분리를 더 유리하게 하기 위하여, 세정하는 동안 또는 후에 제1 부분(9)에 초음파를 적용할 수 있다.
본 발명은 10시간 정도의 임무 수행 시간 동안 미세입자 또는 미생물이 지속적이고 효율적으로 포집될 수 있도록 한다.
상기 포집 장치(7), 및 더 상세하게는 사이클론 밀봉체(8)는, 상기 전동 공기 공급 수단(3)이 멈출 때, 단순히 착용자가 숨을 쉬는 것에 의하여 호흡 보호 기기(2)가 작동할 수 있도록 설계될 수 있다. 따라서, 상기 포집 장치(7)에 의해 생성되는 수두손실(head loss)은 그것이 가능하도록 충분히 작아야 한다. 달리, 본 발명의 포집 장치(7)는, 흡입된 대기가 사이클론 밀봉체(8)를 통과하지 않고 직접 필터(4)를 통과하도록 하는 신속 단절 수단(quick disconnection means)이 장착될 수 있다. 상기 필터(4)는 호흡 보호 기기(2)가 전동 공기 공급 수단(3)이 멈출 경우에도 작동할 수 있을 정도로 작은 수두 손실을 발생시키도록 설계된다.
도 5는 미세입자 및 미생물을 포집하기 위한 장치(7)의 변형예를 도시한다. 이 장치(7)에서는, 밀봉체(8)의 공기 배출구가 전기 모터를 가지는 흡입 터빈의 공기 흡입구와 연결되는데, 상기 전기 모터는 하우징(23)에 수용되고 하우징(24)에 수용된 배터리에 의해서 전력이 공급된다. 상기 하우징들(23, 24)은 인접하거나 서로 이격되어 있을 수 있다. 상기 터빈의 공기 배출구는 상기 하우징(24) 상부(25)에서 바깥으로 이어진다.
상기 장치(7)는 사람이 착용하고 몇 시간 동안 지속적으로 작동하도록 설계된다.

Claims (13)

  1. 대기 중의 미세입자 및 미생물을 포집하기 위한 휴대용 포집 장치(7)로서,
    공기를 원심 분리하기 위한 원뿔형 또는 원뿔대형의 사이클론 밀봉체(cyclone enclosure)(8), 상기 밀봉체(8)로 공기를 유입하기 위한 외부 공기 흡입 수단(16), 및 상기 밀봉체(8)에서 공기를 방출하기 위한 공기 배출 수단(14)을 포함하고, 상기 밀봉체의 공기 배출 수단을 개별 전동 호흡 보호 기기(A)의 공기 흡입 수단(4, 5)에 연결하기 위한 연결 수단(19, 20, 21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉체의 공기 배출 수단의 상기 연결 수단은, 상기 호흡 보호 기기(A)의 적어도 하나의 흡입구 필터(4)와 연결을 위한 분기 수단(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분기 수단은 상기 호흡 보호 기기(A)의 흡입구 필터(4)에 맞물리는 적어도 하나의 단부 부품(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사이클론 밀봉체(8)의 내부면(10)이 미세입자 또는 미생물을 포집하기 위한 정전 물질 또는 나노섬유 기반 물질로 구성되거나 덮인 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 공기 흡입 수단(16)은 상기 밀봉체(8)의 상부(12)에 접선방향으로 연결되고, 상기 공기 배출 수단(14)은 상기 밀봉체(8)의 상부(12)에 축방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉체(8)의 상부(12)는 지름이 10 mm 내지 50 mm 범위인 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 밀봉체(8)의 높이 또는 축방향의 크기가 10 mm 내지 100 mm 범위인 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉체의 공기 배출 수단은 배터리에 의해 전력이 공급되는 모터 구동 흡입 터빈의 공기 흡입구에 연결될 수 있고, 조립체는 사람이 착용하여 몇 시간 동안 지속적으로 작동할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 포집 장치(7).
  9. 사용자가 착용하는 마스크, 및 외부 공기가 미세입자 또는 미생물을 걸러 내기 위한 하나 이상의 필터를 통과하여 흡입되도록 하는 터빈과 같은 전동 공기 공급 수단(3)을 포함하는 개별 전동 호흡 보호 기기(A)에 있어서,
    외부 공기 흡입 방향으로 상기 필터(4)의 상류에, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 포집 장치(7)가 장착되는 것을 특징으로 하는 개별 전동 호흡 보호 기기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전동 공기 공급 수단(3), 상기 필터(4) 및 상기 포집 장치(7)는 사용자에게 지속적으로 100 L/min 이하의 공기 유량을 공급할 수 있는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 개별 전동 호흡 보호 기기.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    약 8시간 내지 10시간의 지속적인 시간 동안 휴대 및 사용되도록 설계되고, 외부 공기로부터 미세입자 및 미생물이 지속적으로 포집되며, 상기 호흡 보호 기기가 사용되는 동안 상기 포집 장치(7)의 사이클론 밀봉체(8) 내부는 건조 상태인 것을 특징으로 하는 개별 전동 호흡 보호 기기.
  12. 대기 중에 존재하는 미세입자 및 미생물을 포집 및 시험하는 방법으로서,
    제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 호흡 보호 기기(A)를 사용한 후, 상기 사이클론 밀봉체를 해체하는 단계, 상기 밀봉체의 내부면에 포집된 미세입자 및/또는 미생물 수집하기 위하여 적정 액체로 상기 밀봉체의 내부면(10)을 세정하는 단계, 및 수집된 시료의 내용물을 분석 및/또는 시험하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 밀봉체의 내부면(10)에서 미세입자 및/또는 미생물을 분리시키기 위하여, 상기 밀봉체의 내부면(10)을 세정하는 동안 또는 그 후에, 상기 밀봉체(8)에 초음파를 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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