KR20160083611A - 실험실 흄후드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 실험실 흄후드에 있어서, 전면에 개폐가 가능한 도어와, 상기 도어를 모두 닫았을 때 보충공기가 유입될 수 있게 상기 도어 상부에 형성되는 바이패스형 그릴과, 개구면에서 균일한 배기력을 형성시키기 위해 상기 흄후드 내부에 설치되어 슬롯형태로 내부 유해물질을 배기시키는 배플과, 상기 배플에서 유도된 유해물질을 외부로 배기시키는 배기 덕트와, 상기 도어의 상부측에 형성되어 상기 도어 뒷편의 내부공기를 도어면을 따라 상기 배기 덕트 쪽으로 'ㄱ' 자 형태의 공기 유동 흐름을 가지게 하는 재순환형 배기장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

실험실 흄후드{fume Hood for a laboratory}

본 발명은 흄후드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 도어 일부 개방 상태에서 와류 형성에 의한 외부 비산 가능성을 제거할 수 있는 흄후드에 관한 것이다.

실험실 흄후드(Fume hood)는 실험실에서 각종 유기용제와 분진류, 산 및 알칼리류, 생물학적 위험물질 등을 취급하는 경우에 발생되는 유해물질을 제어하기 위한 국소배기 수단이다.

일반적 실험실 흄후드(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 후드 전면에 개폐가 가능한 수직 개방형 도어(11)가 설치되어 있고, 도어(11)를 모두 닫았을 때 보충공기(supplementary air)가 유입될 수 있도록 도어 상부에 바이패스형 그릴(by-pass type grill)(12)이 설치되어 있고, 후드 상부에는 상방형 배기 덕트(13)가 설치되어 있으며, 개구면에서 균일한 배기력을 형성시키기 위해 흄후드 내부에 배플(14)이 설치되어 슬롯형태로 배기시키고 있다. 이어, 상기 흄후드(10)를 통해 흄 등의 유해물질을 흡입한 다음 국소배기 시스템의 배기 덕트(duct)(13), 공기정화장치(air cleaner)(미도시)를 통해 처리하고 있다. 특히, 후드(10)는 실험실에서 발생되는 흄 등의 오염물질, 유해물질 등(이하, 유해물질 등이라 함)이 연구원, 실험실 주변으로 확산되는 것을 방지하기 위해 영향권역 내의 유해물질 등을 발생원에서 직접 포집하기 위한 국소배기 시스템의 입구라고 할 수 있다.

한편, 실험실 흄후드(10)의 사용시에 연구원은 도어를 일부 개방한 상태에서 팔만 집어넣어 유해물질을 취급하고 있는데, 이는 동일한 풍량에 대해 개구면 유속(제어 유속)을 최대로 유지하기 위함이다. 그러나, 이러한 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 도어 뒷편으로 경계층 분리 현상에 의해 와류가 발생되는 구조가 될 수 있다. 이때, 유해물질 발생원이 와류 구간에 위치하거나 작업자가 와류 구간에서 유해물질을 취급할 경우, 유해물질이 와류 구간에 갇히게 되어 원활하게 배기되지 못하고 재순환하게 되고, 와류에 의해 흄후드 내부 농도가 크게 상승하게 된다(도 2a 참조). 이 상태에서 도어를 개방할 경우에는 와류 구간에 갇혀있던 유해물질이 순간적으로 후드 외부로 확산가능하게 될 수 있다(도 2b 참조). 이에 도어를 최대 개방하면 와류가 형성되지 않고 다시 정상적인 배기흐름이 유지되는 형태이어도도 2c 참조), 이전의 와류 구간에 의한 흄의 외부 확산가능의 문제점이 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 작업 후 작업자가 손을 빼는 과정에서도 작업자의 손과 함께 와류 구간에 갇혀 있던 유해물질이 외부로 확산가능한 문제점이 있다.

1. 한국등록실용신안번호 20-0265549호 2. 한국등록특허번호 10-0623497호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 재순환 배기장치를 통해 기존 흄후드에서 발생하는 와류를 해소하여 외부 확산을 차단할 수 있고, 와류 형성에 의한 외부 비산 가능성이 가장 큰 "도어 일부 개방 상태"에서만 재순환 배기장치가 가동되도록 하여 사용자 편의를 도모할 수 있는 실험실 흄후드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위하여, 실험실 흄후드에 있어서, 전면에 개폐가 가능한 도어와, 상기 도어를 모두 닫았을 때 보충공기가 유입될 수 있게 상기 도어 상부에 형성되는 바이패스형 그릴과, 개구면에서 균일한 배기력을 형성시키기 위해 상기 흄후드 내부에 설치되어 슬롯형태로 내부 유해물질을 배기시키는 배플과, 상기 배플에서 유도된 유해물질을 외부로 배기시키는 배기 덕트와, 상기 도어의 상부측에 형성되어 상기 도어 뒷편의 내부공기를 도어면을 따라 상기 배기 덕트 쪽으로 'ㄱ' 자 형태의 공기 유동 흐름을 가지게 하는 재순환형 배기장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 재순환형 배기장치의 내부에 크로스 플로우 임펠라를 형성하고, 상기 크로스 플로우 임펠라를 통해 상기 도어 뒷편의 형성된 내부공기를 상기 재순환 배기장치로 유도하고, 상기 배기장치의 챔버로 유도된 내부 공기를 수평방향에서 상기 배기 덕트 방향으로 밀어주는 것을 특징으로 한다.

또한, 현재 도어 개방 높이를 감지하는 센서와, 상기 센서를 통해 감지된 현재 도어 개방 높이와 설정 도어 개방 높이를 비교하여,"도어 최대 개방상태", "도어 담힘상태", "도어 일부 개방상태" 중의 어느 하나로 판단하여, 상기 "도어 최대 개방상태"와 상기 "도어 담힘상태"로 판단시에는 상기 재순환형 배기장치를 오프시키고, 상기 "도어 일부 개방상태"로 판단시에는 상기 재순환형 배기장치를 가동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서는 상기 도어의 이동선의 인접 바닥면에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부가 상기 "도어 담힘상태"로 판단할 경우에는, 상기 바이패스 그릴를 통해 보충공기를 유입시키도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 설정 도어 개방 높이를 최대 도어 개방 높이와 동일하게 설정하여, 최대 도어 개방 높이와 일치하면 상기 "도어 최대 개방상태"로 판단하고, 높이가 측정되지 않으면 상기 "도어 담힘상태"로 판단하고, 그 외는 상기 "도어 일부 개방상태"로 판단하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 실험실 흄후드에서는, 재순환 배기장치를 통해 기존 흄후드에서 발생하는 와류를 해소하여 외부 확산을 차단할 수 있고, 와류 형성에 의한 외부 비산 가능성이 가장 큰 "도어 일부 개방상태"에서만 재순환 배기장치가 가동되도록 하여 사용자 편의를 도모하고 시간적 및 경제적으로 비용 절감의 효과가 있다.

또한, 기존 실험실에서 도어 일부 개방시 발생하는 유해물질을 제거하여 실험심 작업자의 작업환경을 개선할 수 있다.

도 1은 일반적인 실험실 흄후드의 구성은 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 흄후드에서 유해물질의 순간적인 확산 및 외부 확산 경로를 나타낸 도면,
도 3은 도 1의 흄후드에서 작업자의 손과 함께 유해물질이 외부로 확산되는 경우를 나타낸 도면,
도 4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흄후드를 나타낸 단면도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흄후드에서 센서 연동 기능을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흄후드에서 유해물질(흄)의 이동경로를 나타낸 도면,
도 7a 및 도 7b는 각각 종래의 실험실 흄후드와 본 발명의 실험실 흄후드의 도어 일부 개방 조건에서 유해물질의 이동경과를 비교하여 나타낸 도면,
도 8a 및 도 8b는 각각 종래의 실험실 흄후드와 본 발명의 실험실 흄후드의 도어 일부 개방 조건에서 전산유동해석 결과를 비교하여 나타낸 도면,
도 9a 및 도 9b는 각각 종래의 실험실 흄후드와 본 발명의 실험실 흄후드의 유해물질의 확산과 차단을 비교하여 나타낸 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실험실 흄후드의 구성을 설명하며, 각 실시예에 따른 흄후드의 구성에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고 기존 흄후드와의 차이점 위주로 설명하고 동일한 구성요소 및 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흄후드(100)를 나타낸 단면도익, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흄후드(100)에서 센서 연동 기능을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 흄후드(100)에서도, 전면에 개폐가 가능한 도어(11)와, 상기 도어를 모두 닫았을 때 보충공기가 유입될 수 있게 상기 도어 상부에 형성되는 바이패스형 그릴(12)과, 개구면에서 균일한 배기력을 형성시키기 위해 상기 흄후드 내부에 설치되어 슬롯형태로 내부 유해물질을 배기시키는 배플(14)과, 상기 배플에서 유도된 유해물질을 외부로 배기시키는 배기 덕트(13)의 구성을 동일하므로, 종래의 실험실 흄후드(10)와의 차이점을 중심으로 도 4 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흄후드(100)는, 상기 도어의 상부에 형성되고, 배기 덕트(13)와 인접한 흄후드의 일측면이 아니라 도어와 인접한 타측면에 형성되어, 타측면의 내부 영역(이하, 도어 뒷편이라 한다)에 발생하는 와류를 와해시키고 해소하는 역할을 하는 재순환형 배기장치(110)를 구성한다. 상기 재순환형 배기장치(110)는 상기 도어의 상부면에 형성되는 그 단면이 직사각형 배기 챔버로서 그 내부에 크로스 플로우 임펠라(111)가 형성되어 도어 뒷편에 형성된 내부 공기를 도어면을 타고 상승하여 상기 직사각형 배기 챔버로 유도하고, 상기 배기 챔버로 유도된 내부 공기를 수평방향에서 배기 덕트(13) 방향쪽으로 밀어주어, 상기 배기덕트(13)를 통해 손쉽게 외부로 유출되게 한다. 이처럼, 도어 뒷편에 발생하는 와류가 상기 재순환형 배기장치(110)의 크로스 플로우 임펠라(111)를 통해 도어면을 따라 상승하고 이어 배기 덕트(13) 쪽으로 'ㄱ' 자 형태의 공기 유동 흐름을 가지게 되므로, 내부공기에 흄을 포함한 유해물질이 포함되어 와류에 의한 유해물질의 도어 밖 외부로 비산할 수 있는 문제를 원천 차단할 수 있게 한다.

또한, 와류 형성에 의한 외부 비산 가능성이 가장 큰 "도어 일부 개방상태"에서만 상기 재순환형 배기장치(11)를 가동시키는 제어부(미도시)를 더 포함하고, 상기 제어부는 설정된 도어 개방 높이에 따라, 센서(120)가 도어의 개방 높이를 감지하는데, 이에 따라 5a의 "도어 최대 개방상태", 도 5b의 "도어 닫음 상태", 도 5c의 "도어 일부 개방 상태"로 설정할 수 있다.

도 5a에 나타낸 바와 같이, 센서(120)는, 도어 이동선의 인접 바닥면에 형성된 되어 현재의 도어 개방 높이를 제어부로 전송하면, 제어부는 설정된 도어 개방 높이와 현재의 도어 개방 높이를 비교하여, 도어 최대 개방상태로 판단한다. 이때는, 제어부는 와류에 의한 영향이 적으므로 재순환 배기장치(110)를 오프시킨다.

도 5b에 나타낸 바와 같이, 센서(120)가 현재의 도어 개방 높이를 제어부로 전송하면, 제어부는 설정된 도어 개방 높이와 현재의 도어 개방 높이를 비교하여, 도어 담힘 상태로 판단한다. 이때는, 제어부는 와류에 의한 영향이 적으므로 재순환 배기장치(110)를 오프시키고, 바이패스 그릴(12)을 통해 보충공기를 유입시키도록 제어한다.

도 5c에 나타낸 바와 같이, 센서(120)가 현재의 도어 개방 높이를 제어부로 전송하면, 제어부는 설정된 도어 개방 높이와 현재의 도어 개방 높이를 비교하여, 도어 일부개방 상태로 판단한다. 여기서, 도어 일부 개방 상태는 도어 최대 개방 상태, 도어 담힘 상태의 3가지 형태 중의 하나로 간편하게 설정할 수 있다. 가령, 제어부는 설정 도어 개방 높이를 최대 도어 개방 높이와 동일하게 설정하여, 최대 도어 개방 높이와 일치하면 "도어 최대 개방상태"로 판단하고, 높이가 측정되지 않으면 "도어 담힘 상태"로 판단하고, 기타 나머지는 "도어 일부 개방상태"로 판단할 수 있다. 또한, 제어부는 "도어 일부 개방상태"로 판단하면, 와류에 의한 영향이 크므로 와류 해소를 위해 재순환 배기장치(110)를 가동시킨다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흄후드(100)에서 유해물질(흄)의 이동경로를 나타낸 도면이고, 도 7a 및 도 7b는 각각 종래의 실험실 흄후드와 본 발명의 실험실 흄후드의 도어 일부 개방 조건에서 유해물질의 이동경과를 비교하여 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7b를 참조하면, 본 발명에 따른 흄후드에서 흄을 포함한 오염물질의 흡인 및 포집 과정을 살펴보면, 함진 공기가 재순환 배기장치(110)에 의해 후드 뒷편 상부로 자연스럽게 유도되게 하고, 상승된 함진 공기가 후드 뒷편 상부 근처의 배기덕트를 통해 자연스럽게 배출될 수 있게 한다. 반면에 기존의 흄후드(10)에서는 도 7a에 도시된 바와 같이, 와류구간을 형성하게 된다.

또한, 재순환 배기장치(110)는 함진 공기를 배기덕트 근처의 후드 뒷편 상부로 유도하여 배기덕트를 통해 외부 유출을 유도하는 역할을 하게 된다. 이처럼 함진 공기가 후드 뒷편 상부로 유도되므로, 도 7a의 기존의 실험실 흄후드에서 발생하는 와류구간을 해소시킬 수 있고, 재순환 공기량이 흄후드 배기량 Q의 1/2 수준으로 형성할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 각각 종래의 실험실 흄후드(10)와 본 발명의 실험실 흄후드(100)의 도어 일부 개방 조건에서 전산유동해석 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.

도 8a를 참조하면, 기존 흄후드에서는 도어 뒷편으로 와류가 형성되고, 와류 구간에서의 재순환 흐름 때문에 체류시간이 크게 증가함을 알 수 있다. 반면에, 도 8b를 참조하면, 본 발명의 흄후드에서는 에어커튼의 급기류에 의해 아류가 후드 뒷편 상부로 이동하고, 에어커튼 급기류에 의해 유해물질의 순간적인 확산 및 폭로가 차단 가능할 것을 예상된다.

도 9a 및 도 9b는 각각 종래의 실험실 흄후드와 본 발명의 실험실 흄후드의 유해물질의 확산과 차단을 비교하여 나타낸 도면이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 종래의 후드에서는 실험실에서 작업 후 작업자가 손을 빼는 과정에서 작업자의 손과 함께 와류 구간에 갇혀 있던 유해물질이 순간적으로 확산되고 외부로 유출가능한 것을 확인할 수 있다. 반면에, 도 9b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 후드는 유해물질이 순간적으로 확산되더라도 흄후드 내부의 재순환형 배기 장치를 통해 도어 뒷편에 발생하는 와류를 깨뜨려 해소시키므로 외부로 확산되는 것을 차단함을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 실험실 흄후드에서는 재순환 배기장치를 통해 기존 흄후드에서 발생하는 와류를 해소하여 외부 확산을 차단할 수 있고, 와류 형성에 의한 외부 비산 가능성이 가장 큰 "도어 일부 개방상태"에서만 재순환 배기장치가 가동되도록 하여 사용자 편의 및 실험심 작업자의 작업환경을 개선할 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10, 100: 실험실 흄후드
11: 수직 개방형 도어
12: 바이패스 형 그릴
13: 배기 덕트
14: 배플
110: 재순환형 배기장치
120: 센서부

Claims (6)

1. 실험실 흄후드에 있어서,
   전면에 개폐가 가능한 도어와,
   상기 도어를 모두 닫았을 때 보충공기가 유입될 수 있게 상기 도어 상부에 형성되는 바이패스형 그릴과,
   개구면에서 균일한 배기력을 형성시키기 위해 상기 흄후드 내부에 설치되어 슬롯형태로 내부 유해물질을 배기시키는 배플과,
   상기 배플에서 유도된 유해물질을 외부로 배기시키는 배기 덕트와,
   상기 도어의 상부측에 형성되어 상기 도어 뒷편의 내부공기를 도어면을 따라 상기 배기 덕트 쪽으로 'ㄱ' 자 형태의 공기 유동 흐름을 가지게 하는 재순환형 배기장치를 포함하는 것을 특징으로 실험심 흄후드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 재순환형 배기장치의 내부에 크로스 플로우 임펠라를 형성하고,
   상기 크로스 플로우 임펠라를 통해 상기 도어 뒷편의 형성된 내부공기를 상기 재순환 배기장치로 유도하고, 상기 배기장치의 챔버로 유도된 내부 공기를 수평방향에서 상기 배기 덕트 방향으로 밀어주는 것을 특징으로 하는 실험실 흄후드.
3. 제1항에 있어서,
   현재 도어 개방 높이를 감지하는 센서와, 상기 센서를 통해 감지된 현재 도어 개방 높이와 설정 도어 개방 높이를 비교하여," 도어 최대 개방상태", "도어 담힘 상태", "도어 일부 개방상태" 중의 어느 하나로 판단하여, 상기 "도어 최대 개방상태"와 상기 "도어 담힘 상태"로 판단시에는 상기 재순환형 배기장치를 오프시키고, 상기 "도어 일부 개방상태"로 판단시에는 상기 재순환형 배기장치를 가동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실험실 흄후드.
4. 제3항에 있어서,
   상기 센서는 상기 도어의 이동선의 인접 바닥면에 형성되는 것을 특징으로 하는 실험실 흄후드.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어부가 상기 "도어 담힘 상태"로 판단할 경우에는, 상기 바이패스 그릴을 통해 보충공기를 유입시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 실험실 흄후드.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는 설정 도어 개방 높이를 최대 도어 개방 높이와 동일하게 설정하여, 최대 도어 개방 높이와 일치하면 상기 "도어 최대 개방 상태"로 판단하고, 높이가 측정되지 않으면 상기 "도어 담힘 상태"로 판단하고, 그 외는 상기 "도어 일부 개방 상태"로 판단하는 것을 특징으로 하는 실험실 흄후드.

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