KR20180132025A - 실내 배기형 생물 안전 작업대 - Google Patents

Abstract

에너지 낭비를 줄이고, 화학적 유해 성분 및 생화학적 유해 성분을 효과적으로 제거하는 안전 작업대에 대해 기술한다. 안전 작업대: 는 본체; 상기 본체에 마련되는 것으로, 처리대상물이 놓이는 작업 챔버; 작업 챔버 상부에 위치하여 상기 작업 챔버로 공기를 공급하는 양압 챔버; 작업 챔버의 하부에 위치하여 작업 챔버를 경유한 오염 공기가 유입되는 음압 챔버; 상기 음압 챔버와 상기 양압 챔버 사이에 마련되는 순환 덕트; 상기 양압 챔버와 상기 작업 챔버 사이에 마련되는 제1필터; 상기 순환 덕트에 마련되는 제2필터;를 구비한다.

Description

실내 배기형 생물 안전 작업대{Biological Safety Cabinet}

본 발명은 생물 안전 작업대에 관한 것으로 상세하게는 바이오-해저드(Bio-hazard)와 함께 화학물질을 조작 또는 처리할 때 사용할 수 있는 실내 배기형 생물 안전 작업대에 관한 것이다.

생물 안전 작업대(Biological Safety Cabinet)는 그 내부에 장착된 필터를 통해 유입된 공기를 처리하여 작업대 내부로 일정한 흐름을 유도함으로써 시료와 사용자, 시료 간의 교차오염을 방지한다.

이러한 작업대에는 내부에 설치된 필터를 통해 내부 공기를 순환시키면서 필터링하는 내부 순환 필터링 구조와 유해한 가스등이 배출되는 시료의 경우 작업대 외부로 공기를 배출하면서 필터링하는 구조가 있다.

처리되는 시료 중에는 바이오-해저드와 함께 화학물질 등이 있는데, 이러한 시료를 위해 외부로의 배기 구조가 마련된 작업대가 사용된다. 이는 실외로 강제 배기하는 구조를 가지고 있어서, 작업대뿐 아니라 화학물질 등의 처리대상물가 위치하는 실내 공간의 조절된 냉기 또는 온기가 외부로 100% 강제 배출된다. 이러한 구조는 일정한 습도와 온도가 유지하도록 조절되는 실험실이나 연구실에서 냉/온기의 지속적인 배출에 따라 내부 습온 조건을 에어컨디셔너 등을 통해 지속적으로 제어해야 하며 따라서 에너지 효율 관리 면에서 매우 불리하다.

신약개발 등에 유해 미생물뿐 아니라 유해 화학물질이 흔하게 사용되는 현실을 고려할 때 에너지 효율이 우수하면서도 유해화학물질의 제거가 가능한 신제품 개발이 절실히 요구된다.

본 발명은 시설이 간단하면서도 에너지 손실이 적은 실내 배기형 생물 안전 작업대를 제공한다.

본 발명은 유해가스로 인한 내부 부품의 손상을 억제할 수 있는 실내 배기형생물 안전 작업대를 제공한다.

설치가 간단하고 유해 물질을 처리하면서도 실외로 오염공기를 배출하기 위한 외부 배기 덕트를 배제할 수 있는 실내 배기형 생물 안전 작업대를 제공한다.

본 발명에 따른 실내 배기형 생물 안전 작업대: 는

본체;

상기 본체에 마련되는 것으로, 처리대상물이 놓이는 작업 챔버;

작업 챔버 상부에 위치하여 상기 작업 챔버로 공기를 공급하는 양압 챔버;

작업 챔버의 하부에 위치하여 작업 챔버를 경유한 공기가 유입되는 음압 챔버;

상기 음압 챔버와 상기 상부 공기 챔버 사이에 마련되는 순환 덕트;

상기 양압 챔버와 상기 작업 챔버 사이에 마련되는 제1필터;

상기 순환 덕트에 마련되는 제2필터;를 구비한다.

본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 상기 본체의 상부에는 상기 양압 챔버에 연결되어 양압 챔버 내의 공기를 상기 본체 외부로 배출하는 배기구가 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배기구에는 제3필터가 마련될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1필터는 생물 필터(Bio filter)이며, 제2필터는 화학필터(Chemical Filter) 이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제1필터는 HEPA 필터, 제2필터는 탄소 필터이며, 그리고 제3필터는 HEPA 필터이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 양압 챔버에는 상기 음압 챔버로 부터의 공기를 순환 덕트를 통해 강제 유동시키는 송풍팬이 마련되어 있다.

본 발명은 작업 챔버를 중심으로 순환하는 공기 유동 구조를 가지는 필터링 시스템에서, 작업 챔버로 1차 유입되는 공기로부터는 바이오 유해 물질을 제거하는 제1필터로 제거하고, 작업 챔버를 경유하면서 화학 물질을 함유하는 순환 덕트상의 오염 공기는 화학 필터를 이용해 제거한다. 이러한 구조는 작업 챔버를 순환하는 공기 유동 구조 내에서 바이오 유해 물질과 화학적 유해 물질을 순차적으로 제거하며, 따라서 작업 챔버 외부로 배출되는 배기량을 줄일 수 있고, 또한 이 배기가 실외가 아닌 실내로 자연 배기될 수 있다. 이러한 구조는 결과적으로 실내의 조절된 공기의 외부 배출을 감소시키고 따라서 실내 에너지 손실을 억제할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 실내 배기형 생물 안전 작업대의 개략적 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 실내 배기형 생물 안전 작업대의 개략적 정면도이다.
도3은 본체 상부의 배기구를 보이는 본 발명에 따른 실내 배기형 생물 안전 작업대의 개략적 평면도이다.
도4는 본 발명에 따른 실내 배기형 생물 안전 작업대에서의 작업 챔버를 중심으로 하는 공기 유동 구조를 보인다.
도5 내지 도7은 위와 같은 구조의 실내 배기형 생물 안전 작업대에 의한 다양한 운용 예를 예시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실내 배기형 생물 안전 작업대의 실시 예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 실내 배기형 안전 작업대의 개략적 사시도이며, 도2는 본 발명에 따른 안전 작업대의 개략적 정면 및 측면도, 그리고 도3은 개략적 평면도이다.

도1 내지 도3을 참조하면, 안전 작업대 본체(100)의 상면에 배기구(102)가 마련되고, 그 하부에는 본체(100)를 지지하는 다리를 다수 갖춘 지지대(103)가 마련되어 있다.

본체(100)를 정면에서 바라보았을 때, 화학 물질등의 처리대상물이 위치하는 작업 챔버(105)의 전방에 전면 커버(104)가 마련되어 있다. 상기 작업 챔버(105)의 윗 부분은 작업 챔버(105)로 정화 공기를 공급하는 양압 챔버(106)가 마련되며, 이들 사이에는 제1필터(109), 예를 들여 HEPA 필터와 같은 바이오 필터가 마련된다. 한편, 상기 작업 챔버(105)의 아래에는 음압 챔버(107)가 마련되는데, 이는 작업 챔버(105)의 바닥면(105a)과 상기 본체(100)의 저면(100a) 사이에 마련되는 공간에 의해 제공하며 이에 대해서는 후에 상세히 설명된다.

한편, 상기 본체(100)의 후 측에, 음압 챔버(107)와 양압 챔버(106)를 연결하는 순환 덕트(108)가 마련되는데, 이는 음압에 의해 작업 챔버(105)로부터 유입된 오염 공기를 상기 양압 챔버(106)로 회귀 시키기 위한 것이다. 여기에서 양압 챔버(106)에는 송풍팬(113)이 마련되어 있으며, 이는 음압 챔버(107)로부터 양압 챔버(106)로 오염 공기를 압송한다.

상기 배기구(102)의 내부에는 헤파 필터 또는 바이오 필터 또는 이들의 모두 포함하는 제3필터(110)가 마련될 수 있으며, 이를 통해 양압 챔버(106) 내의 공기가 배기구(102)를 통해 본체(100)가 마련되는 실험실 또는 연구실 내로 배출될 수 있다.

한편, 본 발명의 특징에 따라, 상기 순환 덕트(108) 내에는 제1필터(109)와는 다른 제2필터(112)가 마련된다. 이 제2필터(112)는 작업 챔버(105)로부터 유입되어 유동하는 오염 공기 중, 화학적 성분을 제거하는 필터이며, 예를 들어 활성탄 또는 카본 필터일 수 있다. 상기 활성탄 또는 카본 필터는 오염 공기로부터 인체에 유해한 화학적 성분을 제거하고 따라서 오염 공기에 의해 화학적 인체 유해성을 제거하며, 배기구(102)에 마련된 제3필터(110)을 통해 바이오 유해성분이 제거된 후 본체(100) 외부로 일부 배출된다.

여기에서, 배기구(102)를 통해 배출되는 공기의 량은 순환 덕트(108)를 유동하는 공기의 30% 정도를 배출하고, 작업 챔버(106)로는 70%의 정화공기를 공급한다. 이때에 모자라는 공기 30%는 작업 챔버(104)의 전방으로부터 유입하는 실내 공기에 의해 채워질 수 있다.

도4는 본 발명에 따른 안전 작업대에서의 작업 챔버를 중심으로 하는 공기 유동 구조를 보인다.

작업 챔버(105)와 그 위의 양압 챔버(106)는 제1필터(109)에 의해 격리되어 있고, 작업 챔버(105)의 하방에는 음압 챔버(107)가 마련되어 있다.

작업 챔버(105)의 후방에는 음압 챔버(107)와 양압 챔버(106)를 잇는 순환 덕트(108)가 마련되어 있다. 한편, 상기 양압 챔버(106)에는 양압 챔버(106) 내의 압력을 증가시키고 이를 통해서 공기의 순환을 유도하는 송풍팬(113)이 마련되어 있다.

전체적으로 공기의 유동(F1~F10)을 보면 송풍팬(113)에 의해 제공되는 양압 챔버(106)의 높은 공기압에 따른 기본적인 흐름은 양압 챔버(106)에서 작업 챔버(105)로의 F1, 작업 챔버(105) 로부터 음압 챔버(107)로의 흐름 F2, 음압 챔버(107)로부터 양압 챔버(106)로의 회귀를 위한 순환 덕트에서의 흐름 F4, F6, F7로 나눌 수 있다. 여기에서 F4의 흐름은 오염 공기의 흐름이며, F6는 제2필터(112)에 의해 1차 정화된 공기의 흐름이며, F7 는 양압 챔버(106)로 유입되는 흐름이다.

한편, 작업 챔버(105) 내에서는 수직하강 흐름 F1과 음압 챔버(107)로의 두 흐름 F2, F5가 존재하는데, 이는 작업 챔버(105)의 앞 부분과 뒤 부분(구석)에서 음압 챔버(107)로의 흐름이다. 한편, 작업 챔버(105)의 전방으로부터는 실내 공기의 유입에 따른 흐름 F3이 있는데, 이는 작업 챔버(105)로 유입된 후 음압 챔버(107)로 유동한다.

도5 내지 도7은 위와 같은 구조의 안전 작업대에 의한 다양한 운용 예를 예시하며, 필요에 따라 약간의 구조 변경이 요구될 수 있다. 도면에서 화살표는 공기의 흐름을 나타내는 것으로 도4의 공기 흐름에서 동일한 참조번호는 동일한 흐름을 나타낸다.

도5의 경우는 순환 덕트(108)에 제2필터가 없는 단순 회수 구조를 가진다. 이구조에서는 작업 챔버(105)를 경우한 오염 공기가 순환 덕트(108)를 통해 양압 챔버로 유입되고 그 일부는 배기구(102)를 통해 배기되고, 그리고 나머지 대부분은 제1필터(109)를 통해 다시 작업 챔버(105)로 유입된다. 이러한 구조에서는 순환 덕트(108)에서 필터링 구조가 없기 때문에 배기구(102)를 통해 배출되는 배기 가스에는 오염 물질이 포함될 수 있다. 이 구조에서 배기구(102)가 실내로 개방이 되어 있는 것이라며, 작업 챔버를 통과한 오염 공기 중 특정 물질, 예를 들어 화학적 유해물이 그대로 포함될 수 있다.

이것은 생물안전작업대 중 가장 보편적으로 사용되고 있는 Class II A2 타입으로 70%의 공기가 재순환하는 반면, 30%의 공기는 실내로 배출하는 형태이며, 내부의 헤파 필터를 통해 유해입자를 거르는 방식으로 시료와 사용자, 시료 간의 교차오염을 방지하는 반면 기체상태의 유해 화학물질은 제거 불가하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 열 에너지 손실을 불러 오는 구조, 즉, 배기구(102)는 실외로 강제 배기되는 구조를 가져야 한다.

도6의 경우는 도5의 구조와 기본적으로 동일하며, 다만 양압 챔버(106)로 직접 실내의 공기가 유입(F11)되는 구조를 가지며, 배기구(102)는 실외로 오염 공기 배출을 위한 덕트에 연결되어야 한다. 이 구조는 안전 작업대에서 인접하여 있는 작업자를 보호하는 면에서 유리하고 실내 공기가 외부로 배출되는 구조이기 때문에 역시 에너지 효율 면에서 매우 불리하다.

실제 신약 개발 등에 이용되는 다수의 화학물질 등이 생물안전작업대에서 사용되고 있으나 이에 대한 사용자 보호를 위해서는 덕트에 연결하여 100% 외부로 배기하는 방식의 생물안전작업대 type B2의 사용이 바람직하나 실내 냉난방 공기를 모두 배출하는 까닭에 에너지효율 면에서 매우 불리하여 type B2 제품은 실제 시장에서 판매되는 비율이 10%대에 불과하다.

안전 작업대의 실내 공기 순환 배출구에 활성탄 필터와 팬를 장착하는 옵션이 있는 제품이 시중에 있으나, 생물안전작업대 내의 팬과 해당 옵션 팬의 동작 조합을 맞추는 것이 쉽지 않다. 또한 유해 화학품이 작업대 내부에서는 그대로 유통이 되기 때문에, 이들 물질의 사용으로 인해 팬모터부와 헤파 필터 미디어, 그리고 밀폐를 위한 개스캣의 사용 수명에 악영향을 줄 수 있다.

도7은 본 발명의 바람직한 실시 예로서, 전술한 바와 같이 순환 덕트(108)에 내에 화학적 필터(112)를 마련함으로써 인체에 유해한 화학 가스를 제거하고 따라서 배기구(102)에 별도의 강제 배기 장치 없이 실내에 개방할 수 있는 구조를 가진다.

도7을 자세히 살펴보면, 송풍팬(미도시, 도4 참조)에 의해 양압 챔버(106), 작업 챔버(105), 음압 챔버(107), 순환 덕트(108)이 연결되는 공기 유동 F1, F2, F4, F5, F6, F7, F8 로 이루어지는 순환 유동 구조가 마련된다. 한편 순환 구조를 벗어나 일부 공기가 배기구(102)를 통해 유동(F8)하는데, 이때에 배출 공기는 제2필터(112)에 의해 화학 성분이 제거(정화)되어 있고, 제3필터(110)에 의해 재차 바이오 유해물질이 제거되기 때문에 유해한 어떠한 성분도 포함하지 않는다. 따라서, 상기 배기구(102)는 안전 작업대가 위치하는 실내 공간에 개방될 수 있다.

즉, 본 발명은 외부 배기를 위한 덕트 연결 없이 유해화학물질의 취급이 가능한 에너지 고효율 생물안전작업대을 제시한다. 본 발명이 제시하는 유해화학물질 취급이 가능한 생물안전작업대는 A2타입의 생물안전작업대로서 활성탄 필터를 작업대 내부에 적용하여 실내 공기의 외부 배기 없이 다양한 유해가스를 제거함으로 에너지 효율성 극대화. 활성탄 필터 옵션의 유무와 관계없이 헤파 필터의 동작을 위한 차압조건이 유지, 활성탄 필터의 교체 용하게 된다.

이러한 본 발명의 안전 작업대는 작업 챔버 내부에서 발생하는 유해가스가 작업대 내부 핵심부품에 도달하기 전 이를 프리(1차) 필터 및 활성탄(2차) 필터를 통해 제거함으로, 팬모터와 헤파필터, 밀폐 가스켓 등의 사용수명 연장할 수 있다.

또한, 한편, 작업 챔버의 전방에 마련되는 도어의 개폐 정도에 따라 풍량 혹은 풍속을 필요한 수준으로 변화시켜 전력소모를 최소화하는 자동 제어 기술 적용함으로써 전력 낭비를 억제할 수 있다.

한편, 정전 발생시에도 유해물질을 다루는 사용자에게 안전을 보장하는 최소한의 비상조치가 가능한 시스템 구축함으로써 정전 이후 최소 10~30분간의 비상동작이 가능한 배터리 동작 및 사용자 알람 시스템을 적용하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100: (안전 작업대) 본체
102: 배기구
103: 지지대
104: 전면 커버(도어)
105: 작업 챔버
106: 양압 챔버
107: 음압 챔버
108: 순환 덕트
109: 1차 필터
110: 3차 필터
111: 송풍장치(팬)
112: 2차 필터

Claims (5)

1. 그 상부에 공기 배출을 위한 배기구가 마련된 본체;
   상기 본체 내에 마련되는 것으로, 처리대상물이 놓이는 작업 챔버;
   상기 작업 챔버 위에 마련되어 상기 작업 챔버로 공기를 공급하는 양압 챔버;
   상기 양압 챔버 위에 위치하여 상기 양압 챔버로 유입된 공기 일부가 배출되는 배기구;
   작업 챔버의 하부에 위치하여 작업 챔버를 경유한 오염 공기가 유입되는 음압 챔버;
   상기 음압 챔버와 상기 양압 챔버 사이에 마련되어 상기 오염 공기가 유동하는 순환 덕트;
   상기 양압 챔버와 상기 작업 챔버 사이에 마련되어 상기 오염 공기 중의 바이오 유해 물질을 제거하는 제1필터;
   상기 순환 덕트에 마련되어 상기 작업 챔버를 거친 오염 공기를 필터링하는 제2필터; 그리고
   상기 양압 챔버의 내부 압력을 증가시켜 순환 덕트를 통한 공기 순환을 유도하는 송풍팬;을 구비하는, 실내 배기형 생물 안전 작업대.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배기구에 제3필터가 마련되고, 상기 배기구는 상기 본체가 마련되는 실내 공간에 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 실내 배기형 생물 안전 작업대.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 배기구에는 실내로 배출되는 공기를 필터링하는 제3필터가 마련되어 있는, 실내 배기형 생물 안전 작업대.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1필터는 헤파 필터이며, 상기 제2필터는 화학 필터이며, 그리고 제3필터는 헤파 필터인 것을 특징으로 하는, 실내 배기형 생물 안전 작업대.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1필터는 헤파 필터이며, 그리고 상기 제2필터는 화학 필터인 것을 특징으로 하는, 실내 배기형 생물 안전 작업대.

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