KR20230032546A - Collecting device for harmful material in air - Google Patents
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Abstract
Description
공기 중에 존재하는 물질을 포집하는 장치에 관한 것이다. It relates to a device for collecting substances present in the air.
호흡기 바이러스 감염은 사람에게 발생하는 가장 흔한 질환 중의 하나로 영아, 노인, 심폐기능이나 면역기능이 저하된 환자에서 후유증을 유발하여 심한 경우 사망에 이르게 한다. 호흡기 바이러스로 인플루엔자 바이러스 외에 흔히 감기를 일으키는 병원체인 아데노바이러스(adenovirus), 파라인플루엔자 바이러스(parainfluenzavirus, PIV), RS 바이러스(respiratory syncytial virus, RSV), 라이노바이러스(rhinovirus), 중증급성호흡기증후군(SARS) 바이러스, 조류 인플루엔자 바이러스, 중동호흡기증후군 코로나바이러스(MERS-CoV) 등의 신종 바이러스로 인한 감염이 전 세계적으로 유행하기도 하였으며, COVID-19 바이러스가 전 세계적으로 확산됨으로 인해 많은 사람들의 건강과 생명을 위협할 뿐만 아니라 사회적·경제적 위험을 증폭시키고 있다. Respiratory viral infection is one of the most common diseases that occur in humans, causing sequelae in infants, the elderly, and patients with reduced cardiopulmonary function or immune function, leading to death in severe cases. In addition to the influenza virus, respiratory viruses include adenovirus, parainfluenzavirus (PIV), respiratory syncytial virus (RSV), rhinovirus, and severe acute respiratory syndrome (SARS). Viruses, avian influenza virus, and infections caused by new viruses such as Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) have become prevalent worldwide, and the COVID-19 virus spreads worldwide, threatening the health and lives of many people. Not only that, but it also amplifies social and economic risks.
이러한 신변종 감염병은 유행 초기에는 예방밖에는 뚜렷한 해결책이 없으므로 공기 중의 각종 병원체들을 실시간으로 모니터링하여 조기에 검출하고 방역하여 확산을 방지하는 것이 필요하다. In the early stage of the epidemic, there is no clear solution other than prevention, so it is necessary to monitor various pathogens in the air in real time, detect them early, and prevent their spread.
그러나 공기 중의 병원체들은 아주 극미량의 농도로 존재하기 때문에 검출하기가 매우 어렵다. 이에 오랜 시간 많은 양의 공기를 포집해야 하며, 채취한 시료의 양이 충분하지 않을 시에는 실제 존재함에도 검출되지 않는 분석의 오류가 발생하게 된다. However, airborne pathogens are very difficult to detect because they exist in very minute concentrations. Therefore, a large amount of air must be collected for a long time, and if the amount of the collected sample is not sufficient, an error in analysis that is not detected even though it actually exists will occur.
공기 포집 기술은 대표적으로 사이클론, 전기집진 등이 있으며 대부분 단위 시간당 처리 가능한 공기량이 수십 LPM (liter per minute) 이하이고 소음이 크며 포집기 구동을 위한 장비의 대형 및 고가인 단점이 있었다. Air collection technologies include cyclones and electric precipitators, and most of them have disadvantages in that the amount of air that can be processed per unit time is less than several tens of liters per minute (LPM), the noise is large, and the equipment for driving the collector is large and expensive.
본 발명은 공기 중 미량의 농도로 존재하는 바이러스, 박테리아, 곰팡이, 미세먼지와 같은 유해물질을 고농도로 포잡 가능한 포집장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a collection device capable of catching harmful substances such as viruses, bacteria, molds, and fine dust existing in the air at a small concentration at a high concentration.
본 발명은 공기를 흡입하기 위한 팬이 장착된 챔버; 및 상기 챔버에 수용되고, 챔버 내부로 흡입된 공기와 액상의 포집매체를 충돌시켜 공기 내 유해물질을 포집하도록 구성된 액상 포집조를 포함하는 유해물질 포집장치를 제공한다. The present invention is a chamber equipped with a fan for sucking air; and a liquid collection tank accommodated in the chamber and configured to collide air sucked into the chamber with the liquid collection medium to collect harmful substances in the air.
일 실시예로서 상기 액상 포집조는, 액상의 포집매체를 수용할 수 있는 용기; 및 용기에 수용되는 포집체를 포함할 수 있다. 포집체는, 복수의 필라를 구비하고, 작동시 상기 용기 내에서 상하이동 또는 회전하면서 상기 복수의 필라가 적어도 부분적으로 상기 포집매체 외부로 노출되도록 구성될 수 있다. As an embodiment, the liquid collecting tank includes a container capable of accommodating a liquid collecting medium; And it may include a collection body accommodated in the container. The collecting body may include a plurality of pillars, and may be configured such that the plurality of pillars are at least partially exposed to the outside of the collecting medium while moving or rotating in the container during operation.
일 실시예로서 상기 포집체는, 포집매체의 표면에 대해 기결정된 각도를 갖도록 배치되는 원형의 디스크; 및 상기 디스크를 상기 용기에 회전 가능하게 연결하는 회전축을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 복수의 필라는 상기 디스크의 상면에 구비되며, 작동시, 상기 복수의 필라 중 포집매체 외부로 노출되는 필라에는 포집매체의 막이 형성되어 챔버 내부로 흡입된 공기와 충돌할 수 있다.As an embodiment, the collecting body includes a circular disk arranged to have a predetermined angle with respect to the surface of the collecting medium; and a rotating shaft rotatably connecting the disk to the container. In addition, the plurality of pillars are provided on the upper surface of the disk, and during operation, a film of the collecting medium is formed on a pillar exposed to the outside of the collecting medium among the plurality of pillars to collide with air sucked into the chamber.
일 실시예로서, 상기 용기의 바닥면은 상기 디스크와 동일하게 기결정된 각도로 경사질 수 있다. As an example, the bottom surface of the container may be inclined at a predetermined angle identical to that of the disk.
일 실시예로서 유해물질 포집장치는, 상기 포집체를 회전시키기 위한 구동모터; 및 상기 챔버 밖에 장착되는 제어패널을 더 포함할 수 있다. 그리고 제어패널은 상기 구동모터를 제어하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 챔버 주변 환경의 온도 및 습도 중 적어도 하나에 기초하여 기결정된 회전 속도로 상기 포집체가 회전하도록 제어할 수 있다.Harmful substance collection device as an embodiment, a drive motor for rotating the collection body; And it may further include a control panel mounted outside the chamber. The control panel may include a processor for controlling the driving motor, and the processor may control the collector to rotate at a predetermined rotation speed based on at least one of temperature and humidity of an environment surrounding the chamber.
일 실시예로서 상기 프로세서는, 상기 포집체의 회전방향을 추가로 제어할 수 있다.As an embodiment, the processor may further control the rotation direction of the collection body.
일 실시예로서 유해물질 포집장치는 상기 포집체를 상하이동시키기 위한 구동모터; 및 상기 챔버 밖에 장착되는 제어패널을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어패널은 상기 구동모터를 제어하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 포집체가 기결정된 주기로 상하이동하도록 상기 구동모터를 제어할 수 있다.Harmful substance collection device as an embodiment includes a drive motor for moving the collecting body up and down; And it may further include a control panel mounted outside the chamber. And the control panel may include a processor for controlling the driving motor, and the processor may control the driving motor so that the collecting body moves up and down at a predetermined cycle.
일 실시예로서 상기 프로세서는, 상기 포집체가 기결정된 시간 동안 포집매체 외부로 노출된 후 포집매체 내부로 이동하도록 상기 구동모터를 더 제어할 수 있다. As an embodiment, the processor may further control the driving motor to move to the inside of the collecting medium after the collecting body is exposed to the outside of the collecting medium for a predetermined time.
일 실시예로서 상기 복수의 필라는, 0.2㎜ 내지 10㎜ 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. As an embodiment, the plurality of pillars may be spaced apart from each other at intervals of 0.2 mm to 10 mm.
일 실시예로서 상기 복수의 필라는, 지름이 0.1㎜ 내지 5㎜인 원기둥 형상일 수 있다.As an embodiment, the plurality of pillars may have a cylindrical shape having a diameter of 0.1 mm to 5 mm.
일 실시예로서 높이가 0.5㎝ 내지 5㎝일 수 있다. As an example, the height may be 0.5 cm to 5 cm.
본 발명에 따르면, 공기 중에 미량으로 존재하는 유해물질을 단시간에 고농도로 채취할 수 있으며, 이에 따라 유해물질의 진단 및 분석을 위한 시간을 단축할 수 있고 충분한 시료를 확보할 수 있다.According to the present invention, harmful substances present in a small amount in the air can be collected in a high concentration in a short time, and accordingly, the time for diagnosis and analysis of harmful substances can be shortened and sufficient samples can be secured.
또한 본 발명에 따르면 종래의 관성 충돌식인 사이클론 액상 포집기와 달리 펌프를 사용하지 않으므로 저소음, 저비용의 포집장치를 제공할 수 있으며 연속 동작이 가능하고, 소형화도 가능한 효과가 있다. 또한 본 발명에 따르면 종래의 관성 충돌식 사이클론 액상 포집기에서 거의 포집이 되지 않는 1㎛ 미만의 미세물질도 고농도로 포집이 가능하다. In addition, according to the present invention, unlike the conventional inertial collision type cyclone liquid collector, since a pump is not used, a low-noise and low-cost collection device can be provided, continuous operation is possible, and miniaturization is possible. In addition, according to the present invention, it is possible to collect fine substances of less than 1 μm in high concentration, which are hardly collected in the conventional inertial collision type cyclone liquid collector.
또한 본 발명에 따르면 종래의 고가의 고전하를 이용하는 전기 집진식 포집기에 비하여 저비용으로 보다 안전하게 미세물질을 포집하는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, there is an effect of collecting fine substances more safely at a lower cost than conventional electrostatic precipitators using expensive high charges.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 포집장치의 개략적인 구성을 도시한 측면도이고,
도 2는 도 1의 유해물질 포집장치의 구성 중 액상 포집조를 도시한 사시도이고,
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면 사시도이고,
도 4는 도 2의 액상 포집조의 구성 중 포집체을 도시한 사시도이고,
도 5는 도 4의 A 부분의 확대 평면도이고,
도 6은 도 2의 액상 포집조의 구성 중 용기의 사시도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해물질 포집장치의 개략적인 구성을 나타낸 측면도이고,
도 8은 도 7의 유해물질 포집장치에서 액상 포집조가 구동모터에 연결된 모습을 도시한 사시도이고,
도 9는 도 7의 유해물질 포집장치의 구성 중 액상 포집조의 분해 사시도이고,
도 10은 본 발명에 따른 유해물질 포집장치의 포집 성능 시험을 위한 분사 및 포집 시스템이고,
도 11은 형광 실리카 나노입자를 이용한 포집성능 비교실험 그래프이고,
도 12는 건조 필름배지에 박테리아 포집액을 배양하여 얻은 성능 평가 결과이다.1 is a side view showing a schematic configuration of a hazardous substance collecting device according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a perspective view showing a liquid collection tank of the configuration of the harmful substance collecting device of Figure 1,
3 is a sectional perspective view in the direction I-I of FIG. 2;
Figure 4 is a perspective view showing a collection body of the configuration of the liquid collection tank of Figure 2,
5 is an enlarged plan view of part A of FIG. 4;
6 is a perspective view of a container of the configuration of the liquid collection tank of FIG. 2;
7 is a side view showing a schematic configuration of a harmful substance collecting device according to another embodiment of the present invention;
8 is a perspective view showing a state in which a liquid collection tank is connected to a driving motor in the toxic substance collecting device of FIG. 7;
9 is an exploded perspective view of a liquid collection tank among the components of the toxic substance collecting device of FIG. 7;
10 is a spray and collection system for the collection performance test of the hazardous substance collection device according to the present invention,
11 is a graph of a collection performance comparison experiment using fluorescent silica nanoparticles,
12 is a performance evaluation result obtained by culturing a bacterial trap in a dry film medium.
이하, 본 발명의 여러 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, if it is determined that the subject matter of the present invention may be obscured, the detailed description thereof will be omitted. In addition, embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto and can be practiced by those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 포집장치의 측면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 포집장치(100)는 챔버(110), 팬(120), 제어패널(130), 구동 모터(140), 액상 포집조(200)를 포함한다. 도 2는 액상 포집조(200)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면도이다.1 is a side view of a harmful substance collecting device according to an embodiment of the present invention. Harmful substance collecting
챔버(110)는 공기를 챔버 내로 흡입하고, 흡입한 공기를 액상 포집조(200)에 공기를 관성충돌시켜 공기 중의 유해물질을 포집하기 위한 공간을 형성한다. 챔버(110)는 상부에 공기흡입구(111)가 형성되고, 공기흡입구(111)에는 팬(120)이 장착된다. 또한 챔버(110)에는 통풍구(미도시)가 더 형성될 수 있다. 챔버(110)는 PLA(Poly Lactic Acid)로 제조될 수 있다. 챔버(110)는 3D 프린터로 제작될 수 있다. The
팬(120)은 단시간에 고농도로 유해물질을 포집할 수 있도록 외부로부터 다량의 공기를 유입시키기 충분한 유량을 갖는다. 일 실시예로서, 팬(120)은 지름이 5㎝ 내지 30㎝이고, 유량이 100 LPM 내지 5,000 LPM (L/min)일 수 있다. 예를 들어, 팬(120)은 지름이 15㎝이고, 유량이 2,650 LPM일 수 있다. 팬(120)의 크기에 대응하여 챔버(110)의 공기흡입구(111)의 크기가 결정된다. The
제어패널(130)은 팬(120)과 전기적으로 연결되며 팬(120)의 회전속도를 제어하기 위한 프로세서(미도시)를 포함한다. 또한 제어패널(130)에는 팬(120)의 회전속도를 표시하는 디스플레이(미도시) 및 팬(120)의 전원 제어, 회전속도 제어를 위한 버튼(미도시)이 더 구비될 수 있다. 또한, 제어패널(130)의 프로세서는 포집체(230)와 전기적으로 연결되어 포집체(230)의 작동을 제어한다. 이는 후술한다. The
본 실시예에서는 제어패널(130)이 챔버(110) 외부에 장착되는 구성으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예로서, 제어패널은 포집장치 제어를 위한 프로그램 또는 앱이 설치된 퍼스널 컴퓨터, 랩탑, 스마트폰과 같은 단말기 형태로 구현될 수도 있으며, 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 팬(120)과 구동 모터(140)에 전기적으로 연결되어 각 구성의 동작을 제어 가능하다. In this embodiment, the
구동모터(140)는 구동기어(220)와 연결되어 구동기어(220)를 회전시키고, 이에 따라 구동기어(220)에 맞물리는 포집체(230)가 회전한다. 구동모터(140)는 모터축이 구동기어(220)의 축(221)과 연결된다. 구동모터(140)는 제어패널(130)의 제어신호를 수신하여 기결정된 회전속도로 구동기어(220)를 회전시킨다. The
액상 포집조(200)는 상기 챔버(110)에 수납되며, 용기(210), 구동기어(220), 포집체(230)를 포함한다. 용기(210)는 유해물질을 포집하기 위한 액상의 포집매체(예를 들어, 3차 증류수)를 수용하며, 포집매체에 포집체(230)가 적어도 부분적으로 잠길 수 있도록 배치된 포집체(230)를 수용한다. 또한, 포집체(230)와 맞물리는 구동기어(220)가 용기 본체(212)의 내부 측벽에 설치되며, 구동기어(220)의 축(221)은 용기 본체(212)의 측벽에 형성된 홈(211)을 통해 구동모터(140)와 연결되다. The
구동기어(220)는 외주에 복수의 톱니(225)가 형성된 원형판(223)을 포함한다. 또한, 구동기어(220)는 원형판(223)의 중심에서 구동모터(140)로 연장하는 축(221)을 포함한다. 원형판(223)은 용기 본체(212)의 측벽과 평행하게 배치될 수 있다. The
액상 포집조(200)는, 용기 본체(212)의 상부가 상기 공기흡입구(111)를 향해 개방되도록 상기 챔버(110) 내에 위치한다. 상기 공기흡입구(111)를 통해 챔버(110)로 흡입된 공기는 액상 포집조(200)의 용기(210)에 수용된 포집매체의 표면에 관성충돌할 수 있다. 또한 흡입된 공기는 액상 포집조(200)에 구비된 포집체(230)가 회전할 때 포집체(230) 표면에 형성되는 포집매체의 막에 추가로 관성충돌함으로써, 단시간에 고농도로 공기 내 유해물질을 포집매체로 포집 가능하다. 이하에서 보다 상세하게 설명한다. The
도 4는 포집체(230)의 사시도이고, 도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 평면도이다. 포집체(230)는 외주에 복수의 톱니(235)가 형성된 원형의 디스크(233)를 포함한다. 포집체(230)의 복수의 톱니(235)는 상기 구동기어(220)의 복수의 톱니(225)와 맞물리며, 이에 따라 구동기어(220)가 회전하면 구동기어(220)에 맞물린 포집체(230)가 기결정된 회전속도로 회전하게 된다. 도 1과 같이 용기(210)에 담긴 포집매체의 표면에 대해 포집체(230)가 기울어져 배치된 경우, 구동기어(220)는 포집체(230)의 회전시 가장 높게 위치한 톱니와 맞물리도록 배치된다. 4 is a perspective view of the
또한 포집체(230)는 흡입된 공기가 포집매체와 관성충돌하는 표면적을 넓히기 위해 디스크(233) 상면에 구비된 복수의 필라(231)를 포함한다. 필라(231)는 원기둥 형상일 수 있으며, 필라(231)의 지름(d)은 0.1㎜ 내지 5㎜일 수 있고 높이는 0.5㎝ 내지 5㎝일 수 있다. 예를 들어 필라(231)는 지름이 1㎜ 내지 3㎜일 수 있다. 복수의 필라(231)는 서로 간격(G)을 두고 배치되며, 0.2㎜ 내지 10㎜의 간격(G)으로 배치될 수 있다. In addition, the collecting
복수의 필라(231)는 디스크(233)의 중심(C)에서 반경방향 외측으로 가상선(L)을 그었을 때 가상선(L)을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 동일 평면의 디스크(233) 상에서 필라(231)가 가장 많은 수로 배치될 수 있는 어떠한 배열이어도 좋다. 또한 복수의 필라(231)는 포집체(230)가 회전할 때 흡입공기와 관성충돌하는 포집매체의 표면적을 최대화할 수 있는 규칙적 또는 불규칙적 패턴으로 배치될 수 있다. The plurality of
포집체(230)의 디스크(233)는 용기(210)에 담긴 포집매체의 표면에 대해서 기결정된 각도로 기울어져 배치될 수 있다. 예를 들어, 포집체(230)는 1°내지 90°의 각도로 포집매체의 표면에 대해서 기울어질 수 있다. 이렇게 포집매체의 표면에 대해서 디스크(233)가 기울어져 있으므로, 용기(210)에 담기는 포집매체의 양을 조절하여 포집체(230)의 적어도 일부분이 포집매체 밖으로 드러난 상태에서 포집체(230)를 회전시킬 수 있다. 포집체(230)의 회전시에 포집매체 밖으로 드러난 복수의 필라(231)에는 포집매체의 막이 형성되어 챔버(110) 내로 흡입된 공기와 관성충돌할 수 있다. The
도 6은 용기(210)의 사시도이다. 도 1, 도 3 및 도 6을 참조하면, 용기(210)는 용기 본체(212)의 바닥면(214)이 포집체(230)의 디스크(233)와 동일한 각도로 기울어져 있다. 이렇게 용기(210)의 바닥면(214)이 기울어져 있으므로, 용기의 바닥면이 기울어지지 않은 경우에 비해서, 기울어진 포집체(230)를 적어도 일부 잠기게 하기 위해 필요한 포집매체의 양이 더 적다. 예를 들어, 포집체(230)를 적어도 중심(C)까지는 포집매체에 잠기도록 하는 경우, 용기의 바닥면이 기울어진 경우가 기울어지지 않은 경우보다 더 적은 양의 포집매체가 필요하다. 따라서, 동일한 시간 동안 보다 고농도로 공기 중의 유해물질을 포집할 수 있다. 6 is a perspective view of
포집매체의 양을 더 줄이기 위한 추가적인 그리고 선택적인 실시예로서, 용기 본체(212)의 내벽에는 복수의 단차부(217A, 217B)가 더 구비될 수 있다. 복수의 단차부(217A, 217B)는, 용기 본체(212)의 내벽에서 반경방향 내측으로 연장하고, 길이방향으로는 바닥면(214)까지 연장하여 바닥면(214)의 면적을 더 좁힘으로써 용기 전체의 용적이 감소한다. As an additional and optional embodiment for further reducing the amount of the collecting medium, a plurality of stepped
포집체(230)는 디스크(233)의 상면 중심(C)에 구비된 회전축 고정부(232)를 더 포함한다. 회전축 고정부(232)는 회전축(219)을 통해 용기의 바닥면(214)에 회전 가능하게 결합된다. 용기의 바닥면(214)에는 회전축(219)이 결합되는 결합구멍(216)이 형성된다. 용기(210)는, 결합구멍(216) 내에 고정된 베어링(218)을 더 포함한다. Collecting
용기(210)는, 용기를 제작하기 위해 필요한 재료를 최소화하기 위해서, 바닥면(214) 아래가 챔버(100)의 바닥면과 이격되어 그 사이에 빈 공간을 가질 수 있다. 이 경우, 용기(210)에 회전축(219)을 회전 가능하게 연결하기 위한 회전축 연결부(215)가 바닥면(214)에서 하방으로 돌출 형성될 수 있다. 회전축 연결부(215)의 돌출 길이 및 폭방향 두께는 회전축(219)을 회전 가능하게 지지할 수 있을 정도의 강성에 필요한 치수로 결정된다. 도 3을 참조하면, 회전축(219)은 기결정된 각도로 기울어진 포집체(230)의 회전축으로 기능하므로, 챔버(110)의 바닥면에 대해서 기울어지도록 배치된다. 용기(210)의 회전축 연결부(215)는, 기울어진 회전축(219) 및 회전축(219)에 고정된 포집체(230) 모두를 포집체의 회전시 견고하게 지지할 수 있도록 구성된다. 결합구멍(216)은, 바닥면(214)에서 회전축 연결부(215)까지 연장 형성된다. 용기(210)의 회전축 연결부(215)는 하부가 챔버(110)의 바닥면과 이격되어, 포집체(230)의 회전시 회전축 연결부(215)로 전달되는 진동이 챔버(110)로 전달되는 것을 방지할 수 있다.The
본 실시예에서는 구동모터(140)가 구동기어(220)에 연결되고, 구동기어(220)의 복수의 톱니(225)와 포집체(230)의 복수의 톱니(235)가 맞물리면서 포집체(230)가 회전하도록 구성되지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 회전축(219)에 구동모터의 구동축이 직접 연결되도록 구성될 수도 있다. In this embodiment, the
상기 용기(210), 구동기어(220) 및 포집체(230) 각각은 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) 또는 PLA(Poly Lactic Acid)로 제조될 수 있으며, 3D 프린터로 제작 가능하다. 용기(210)는 원형으로, 200㎖ 내지 1,000㎖의 액상 포집매체를 수용할 수 있는 크기로 제조될 수 있다.Each of the
제어패널(130)의 프로세서는, 포집체(230)가 기결정된 회전속도로 회전하도록 구동모터(130)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 챔버(110)가 놓인 주변환경의 습도 및 온도 중 적어도 하나에 기초하여 기결정된 회전속도로 포집체(230)가 회전하도록 제어할 수 있다. 주변환경의 습도가 낮은 경우, 포집체(230)에서 포집매체 외부로 노출된 필라(231)에서 포집매체가 빨리 증발하게 되므로 습도가 높은 경우보다 더 빠른 속도로 포집체(230)를 회전시킬 필요가 있다. 다만, 너무 빠른 회전속도로 포집체(230)가 회전하게 되면 필라(231)에 형성된 포집매체의 막이 파괴되고 포집매체가 포집체(230)를 이탈하여 비산하게 되므로. 포집매체의 물리적 특성을 고려하여 허용되는 포집체(230)의 최대 회전속도가 기결정될 수 있다.The processor of the
또한 제어패널(130)의 프로세서는, 구동모터(130)의 제어를 통해 포집체(230)의 회전방향을 제어한다. 예를 들어, 프로세서는 기결정된 시간 동안 포집체(230)가 시계방향으로 회전한 후 기결정된 시간 동안 포집체(230)가 반시계방향으로 회전하도록 제어할 수 있다. 포집체(230)가 시계방향으로 회전하는 시간과 반시계방향으로 회전하는 시간은 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. Also, the processor of the
추가의 실시예로서, 액상 포집조(200)는 포집매체의 표면에 대한 원형의 디스크(233)의 각도를 조절 가능하도록 구성될 수 있다. 포집하고자 하는 미생물, 박테리아나 바이러스의 특성상 포집매체의 표면과 직접 충돌시키는 것이 포집효율이 더 좋은 경우 원형의 디스크(233)가 기울어진 각도를 작게 조절하고, 포집하고자 하는 미생물, 박테리아나 바이러스의 특성상 포집매체의 막이 형성된 필라와 충돌시키는 것이 포집효율이 더 좋은 경우 원형의 디스크(233)가 기울어진 각도를 더 크게 조절함으로써, 각 미생물의 특성에 맞추어 포집효율을 향상시킬 수 있다.As an additional embodiment, the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 다른 유해물질 포집장치의 개략적인 구성을 도시한 측면도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 유해물질 포집장치(100')는, 챔버(110), 팬(120), 제어패널(160), 구동 모터(170), 모터 받침대(180), 액상 포집조(300)를 포함한다. 챔버(110), 팬(120)은 전술한 실시예와 구성이 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 제어패널(160)은 전술한 제어패널(140)과 마찬가지로 챔버(110) 외부에 장착되거나 단말기 형태로 구현될 수 있으며, 유선 연결 또는 무선 연결을 통해 팬(120)과 구동 모터(170)에 전기적으로 연결되어 각 구성의 동작을 제어 가능하다. 7 is a side view showing a schematic configuration of a hazardous substance collecting device according to another embodiment of the present invention. Harmful substance collection device 100 'according to another embodiment of the present invention, the
구동모터(170)는 2 개의 모터(171, 177)가 각각 대응하는 2개의 피니언 기어(326, 327)의 회전축(321, 325)에 연결되어 피니언 기어(326, 327)를 회전시킨다. 구동모터(170)는 제어패널(160)의 제어신호를 수신하여 기결정된 회전속도로 그리고 기결정된 주기마다 피니언 기어(326, 327)를 회전시킬 수 있다. The
도 8은 유해물질 포집장치(100')에서 액상 포집조(300)가 구동모터(170)에 연결된 모습을 도시한 사시도이고, 도 9는 액상 포집조(300)의 분해 사시도이다. 액상 포집조(300)는 상기 챔버(110)에 수납되며, 포집체(330)가 용기(310)에서 상하이동 가능하도록 구성된다. 용기(310)는 유해물질을 포집하기 위한 액상의 포집매체(예를 들어, 3차 증류수)를 수용하며, 포집체(330)가 필요한 만큼 상하이동할 수 있도록 충분한 높이를 갖는다. 8 is a perspective view showing a state in which the
포집체(330)의 상하이동을 위해서, 포집체(330)의 원형 디스크(333) 테두리에는 두 개의 랙 기어(336, 337)가 구비되며, 랙 기어는 대응하는 두 개의 피니언 기어(326, 327)과 맞물린다. 전술한 바와 같이 피니언 기어(326, 327)는 구동 모터(170)에 의해 회전하므로, 이에 따라 포집체(330)가 상하로 선형이동 가능하다. For vertical movement of the
포집체(330)의 디스크 상면에는 복수의 필라(331)가 구비되며, 필라(331)의 상세 구성은 전술한 포집체(230)의 필라(231)와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. A plurality of
다만, 포집체(330)의 형상은 원형에 한정되는 것은 아니고, 원형 디스크 대신 사각 판 또는 다각 판 형상이어도 좋다. 이 경우 용기(310)의 형상 역시 도시된 바와 달리 바닥면(314)이 사각형 또는 다각형일 수 있다. 또한 액상 포집조의 용기(310)는 도 1의 실시예와는 달리 용기 본체(312)의 바닥면(314)이 수평하다. 그 외에는 전술한 용기(210)와 유사하므로 상세한 설명을 생략한다. However, the shape of the collecting
제어패널(160)의 프로세서(미도시)는 구동모터(170)에 전기적으로 연결되어 포집체(330)의 상하방향 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어 포집장치(100')의 작동시 포집체(330)가 기결정된 주기로 포집매체의 표면 위로 상승했다가 하강(도 7의 화살표 참조)하는 동작을 반복하도록 프로세서가 구동 모터(170)를 제어할 수 있다. 포집체(330)의 상하이동 동작을 반복하는 주기, 포집매체 밖으로 노출되는 시간 및 포집매체에 잠기는 시간 각각은 포집하고자 하는 미생물, 박테리아 또는 바이러스의 특성에 기초하여 결정될 수 있다.A processor (not shown) of the
구동모터(170)는 모터 받침대(180)에 의해 지지될 수 있으며, 모터 받침대(180)를 통해 챔버(110) 내에 고정될 수 있다. The driving
추가의 실시예로서 본 발명에 따른 유해물질 수집장치는, 포집체가 상하운동 및 회전운동 모두 가능하게 구성될 수도 있다. As a further embodiment, the harmful substance collection device according to the present invention may be configured such that the collecting body is capable of both up-and-down movement and rotational movement.
실험예 1: 바이오 에어로졸(박테리아/바이러스)의 포집 및 PCR 분석Experimental Example 1: Collection and PCR analysis of bio-aerosol (bacteria/virus)
도 10의 분사 및 포집 시스템을 사용하여 본 발명에 따른 유해물질 포집장치의 포집 성능 시험을 수행하였다. A collection performance test of the hazardous substance collection device according to the present invention was performed using the injection and collection system of FIG. 10 .
본 발명에 따른 포집장치(H-Guard)에서 챔버는 가로길이와 세로길이가 각각 30㎝이고, 높이가 20㎝인 직사각형 형태로 제작하였다. 팬은 지름이 15㎝이고 유량이 2,650 LPM인 팬을 사용하였다. 팬에 의해 챔버 내부로 흡입된 공기를 포집매체의 막이 형성된 포집체의 필라에 흡착된 바이오 에어로졸이 포집매체에 포집되도록 하였다. 용기의 크기는 지름이 25㎝이고 높이가 5㎝인 원형으로 제작하였고, 400㎖의 3차 증류수를 액상 포집매체로 사용하였다. 포집체의 필라는 지름이 1㎜이고 길이가 1㎜인 원기둥 형상으로 제작하였으며, 복수의 필라는 모두 동일한 형상으로 제작하였다. 포집체는 기울어진 상태로 포집매체에 일부분이 담지되었으며, 적어도 중심(C)까지는 담지된 상태로 일정한 회전속도로 회전시켜 공기흡입구를 통해 유입된 바이오 에어로졸과 포집체를 관성충돌시켰다. In the collecting device (H-Guard) according to the present invention, the chamber was manufactured in a rectangular shape with a horizontal length and a vertical length of 30 cm, respectively, and a height of 20 cm. A fan with a diameter of 15 cm and a flow rate of 2,650 LPM was used. The air sucked into the chamber by the fan was adsorbed on the pillars of the collector on which the film of the trapping medium was formed, and the bioaerosol was collected in the trapping medium. The size of the vessel was made in a circular shape with a diameter of 25 cm and a height of 5 cm, and 400 ml of tertiary distilled water was used as a liquid collection medium. The pillars of the collection body were manufactured in a cylindrical shape with a diameter of 1 mm and a length of 1 mm, and a plurality of pillars were all manufactured in the same shape. The collecting body was partially supported on the collecting medium in an inclined state, and rotated at a constant rotational speed while being supported at least to the center (C) to cause inertial collision between the bio-aerosol and the collecting body introduced through the air inlet.
도 10의 시스템에서 일정한 분사를 위한 장치로는 압축공기의 분사력에 의해 에어로졸을 생성하는 입자발생기(atomizer, TSI 9302) 그리고 에어로졸에 포함된 물입자를 건조시키기 위해 확산건조기(diffusion dryer(silica gel))까지 순차적으로 연결하여 장치를 구성하였다.In the system of FIG. 10, devices for constant injection include an atomizer (TSI 9302) that generates aerosol by the spray force of compressed air and a diffusion dryer (silica gel) to dry water particles included in the aerosol. ) were sequentially connected to configure the device.
입자 발생기의 압력은 100psi로 고정하였으며, 확산건조기(Diffusion dryer)의 습도는 50% 미만을 유지하였다. 일정한 분사 환경을 위해 제작한 아크릴 포집 부스에서 본 발명에 따른 유해물질 포집장치와 대조군의 포집기인 바이오-샘플러(SKC)를 각각 단독으로 설치하여 포집 성능 비교 실험을 하였다. The pressure of the particle generator was fixed at 100 psi, and the humidity of the diffusion dryer was maintained at less than 50%. In an acrylic collection booth designed for a constant spraying environment, a collection performance comparison experiment was conducted by installing the harmful substance collection device according to the present invention and the bio-sampler (SKC), which is a control group, separately.
포집실험에는 바이러스와 박테리아를 바이오 입자로 사용하였다. 바이러스는 H1N1 인플루엔자 바이러스(1.66x107 TCID/㎖)를 자외선 램프(UV lamp)의 365㎚ 파장에서 3시간 동안 조사하여 감염력을 없앤 뒤 PD-10 컬럼(column)을 사용하여 초순수 증류수로 완충액 교환한 후 증류수에 50배 희석하여 분사 용액양을 30ml로 하여 최종 농도를 3.3x105 TCID/㎖로 사용하였다. 박테리아 분사액은 액체 배지에 있는 E.coli를 자외선 램프의 365㎚ 파장에서 3시간 동안 조사하여 활성을 없앤 후 증류수에 희석한 뒤, UV/Vis 분광기를 이용하여 600㎚ 파장에서 흡광도(Absorbance) 값을 0.2~0.5로 맞추어 사용하였다.In the capture experiment, viruses and bacteria were used as bioparticles. The virus was irradiated with H1N1 influenza virus (1.66x10 7 TCID / ml) at a wavelength of 365 nm of a UV lamp for 3 hours to remove infectivity, and then buffer exchanged with ultrapure distilled water using a PD-10 column. After diluting it 50 times with distilled water, the amount of the spray solution was 30 ml, and the final concentration was 3.3x10 5 TCID/ml. Bacterial spray solution was irradiated with E.coli in the liquid medium at a wavelength of 365 nm of a UV lamp for 3 hours to remove the activity, diluted in distilled water, and measured by UV/Vis spectrometer at a wavelength of 600 nm. 0.2 ~ 0.5 was used.
바이오-샘플러(SKC)는 15 LPM (L/min)의 유량으로 주변 공기를 흡입하여 공기 중에 부유하고 있는 에어로졸 및 생물학적 입자를 포집하는데 사용되는 장비로 포집 매체로 3차 증류수 20 ㎖을 넣고 1시간 동안 펌프 작동시켜 포집하였다. The Bio-Sampler (SKC) is a device used to collect aerosols and biological particles suspended in the air by inhaling ambient air at a flow rate of 15 LPM (L/min). The pump was collected during operation.
본 발명에 따른 유해물질 포집장치 역시 3차 증류수를 포집 매체로 400㎖를 용기에 넣은 뒤 팬과 포집체를 작동시켜 1시간 동안 분사와 포집을 진행한 뒤 박테리아 분사액을 포집한 증류수 중 1㎖만 취해 DNA 추출키트를 이용하여 박테리아와 바이러스의 핵산을 추출한 뒤 특이적 프라이머를 사용하여 RT-PCR 기기로 측정하였다.Harmful substance collection device according to the present invention also puts 400 ml of tertiary distilled water as a collection medium into a container, operates the fan and collector to spray and collect for 1 hour, Bacterial and viral nucleic acids were extracted using a DNA extraction kit, and then measured with an RT-PCR machine using specific primers.
각각의 표준곡선(standard curve)을 구하고 해당 프라이머에 의해 증폭된 (Cq)값을 분석함으로써 포집량을 정량적으로 구한 결과, 박테리아, 바이러스 모두 대조군(SKC)의 포집기에 비해 본 발명의 포집장치(H-Guard)의 성능이 우세함을 알 수 있었다.As a result of quantitatively obtaining the capture amount by obtaining each standard curve and analyzing the (Cq) value amplified by the corresponding primer, the collection device of the present invention (H -Guard) performance was found to be superior.
실험예 2. 다양한 크기별 형광 나노입자의 형광세기 분석Experimental Example 2. Fluorescence intensity analysis of fluorescent nanoparticles of various sizes
도 11은 형광 실리카 나노입자를 이용한 포집성능 비교실험 그래프이다. 입자 크기별 포집성능을 보기 위해 0.1㎛ 내지 1㎛의 형광 실리카 입자를 증류수에 희석하여 0.1㎎/㎖ 내지 0.5㎎/㎖의 농도로 맞추어 실험예 1과 같은 분사 환경에서 같은 조건에서 1시간 동안 분사와 동시에 포집하여 바이오-샘플러(SKC)와 본 발명에 따른 포집장치의 비교 실험을 진행하였다.11 is a graph of a collection performance comparison experiment using fluorescent silica nanoparticles. In order to see the collection performance by particle size, fluorescent silica particles of 0.1 μm to 1 μm were diluted in distilled water and adjusted to a concentration of 0.1 mg / ml to 0.5 mg / ml. At the same time, a comparison experiment was conducted between the bio-sampler (SKC) and the collection device according to the present invention.
형광 실리카 나노입자를 포집한 전체 용액 중 200㎕를 취해 96 웰 플레이트에 한 샘플당 세 군데씩 넣은 다음, 형광 분석기기에 넣어 495㎚에서 여기시킨 후 520㎚에서 형광세기(FL intensity)를 측정한 뒤 세 개의 평균값을 구하였다. 그 결과, 본 발명의 포집장치(H-Guard)가 대조군의 바이오-샘플러(SKC)보다 모든 크기에서 포집성능이 우수함을 확인하였다. 200 μl of the total solution of the fluorescent silica nanoparticles was taken and placed in three places per sample in a 96-well plate, then put into a fluorescence analyzer, excited at 495 nm, and then measured for fluorescence intensity (FL intensity) at 520 nm. After that, the average of the three values was obtained. As a result, it was confirmed that the collection device (H-Guard) of the present invention has better collection performance than the control bio-sampler (SKC) in all sizes.
실험예 3: 건조필름 계수법(3M Petrifilm, Coliform Count Plates) - 박테리아 검출Experimental Example 3: Dry film counting method (3M Petrifilm, Coliform Count Plates) - Bacteria detection
도 12 (a)는 대조군인 바이오-샘플러(SKC)의 박테리아 포집액을 건조 필름배지에 배양하고 도 12 (b)는 본 발명의 포집장치(H-Guard)의 박테리아 포집액을 건조 필름배지에 배양하여 얻은 성능 평가 결과이다. 대조군의 바이오-샘플러(SKC)와 본 발명의 포집장치(H-Guard)로 각각 박테리아를 포집 후 포집액에서 1㎖만 채취하여 필름배지에 접종 후 원형의 누름판으로 눌러 37도에서 하루 동안 배양하였다. FIG. 12 (a) shows the culture of the collected bacteria of the bio-sampler (SKC) as a control on a dry film medium, and FIG. 12 (b) shows the collected bacteria of the collection device (H-Guard) of the present invention on a dry film medium. This is the performance evaluation result obtained by culturing. After collecting bacteria with the control bio-sampler (SKC) and the collecting device (H-Guard) of the present invention, only 1 ml of the collected liquid was collected, inoculated into a film medium, and then pressed with a circular pressure plate and cultured at 37 degrees for one day. .
하루가 지난 후 누름판 원 안에서 배양된 붉은 색의 균체의 갯수를 세고 평균을 구하였다. 그 결과, 본 발명의 포집장치가 대조군인 바이오-샘플러 대비 수십 배의 균이 발생하였음을 육안으로 확인하였다. After one day, the number of red cells cultured in the press plate circle was counted and averaged. As a result, it was visually confirmed that the collection device of the present invention generated bacteria dozens of times as compared to the control bio-sampler.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.In the above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and should be interpreted according to the claims. At this time, those skilled in the art should consider that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
Claims (10)
상기 챔버에 수용되고, 챔버 내부로 흡입된 공기와 액상의 포집매체를 충돌시켜 공기 내 유해물질을 포집하도록 구성된 액상 포집조를 포함하고,
상기 액상 포집조는,
액상의 포집매체를 수용할 수 있는 용기; 및
복수의 필라를 구비하고, 작동시 상기 용기 내에서 상하이동 또는 회전하면서 상기 복수의 필라가 적어도 부분적으로 상기 포집매체 외부로 노출되도록 구성되는, 포집체를 포함하는,
유해물질 포집장치.A chamber equipped with a fan to draw air; and
A liquid collection tank accommodated in the chamber and configured to collect harmful substances in the air by colliding air sucked into the chamber with a liquid collection medium,
The liquid collection tank,
A container capable of accommodating the liquid trapping medium; and
A collector having a plurality of pillars and configured such that the plurality of pillars are at least partially exposed to the outside of the collecting medium while moving or rotating in the container during operation.
Hazardous material collection device.
상기 포집체는,
포집매체의 표면에 대해 기결정된 각도를 갖도록 배치되는 원형의 디스크; 및
상기 디스크를 상기 용기에 회전 가능하게 연결하는 회전축을 더 포함하고,
상기 복수의 필라는 상기 디스크의 상면에 구비되며,
작동시, 상기 복수의 필라 중 포집매체 외부로 노출되는 필라에는 포집매체의 막이 형성되어 챔버 내부로 흡입된 공기와 충돌할 수 있는,
유해물질의 포집장치.According to claim 1,
The collection body,
A circular disk arranged to have a predetermined angle with respect to the surface of the collecting medium; and
Further comprising a rotational shaft rotatably connecting the disk to the container,
The plurality of pillars are provided on the upper surface of the disk,
During operation, a film of the collecting medium is formed on the pillar exposed to the outside of the collecting medium among the plurality of pillars, which can collide with air sucked into the chamber.
Hazardous substance collection device.
상기 용기의 바닥면은, 상기 디스크와 동일하게 기결정된 각도로 경사진,
유해물질 포집장치.According to claim 2,
The bottom surface of the container is inclined at the same predetermined angle as the disk,
Hazardous material collection device.
상기 포집체를 회전시키기 위한 구동모터; 및
상기 챔버 밖에 장착되는 제어패널을 더 포함하고,
상기 제어패널은 상기 구동모터를 제어하기 위한 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 챔버 주변 환경의 온도 및 습도 중 적어도 하나에 기초하여 기결정된 회전 속도로 상기 포집체가 회전하도록 제어하는,
유해물질 포집장치.According to claim 2,
a drive motor for rotating the collector; and
Further comprising a control panel mounted outside the chamber,
The control panel includes a processor for controlling the driving motor,
The processor controls the collector to rotate at a predetermined rotational speed based on at least one of temperature and humidity of the environment surrounding the chamber,
Hazardous material collection device.
상기 프로세서는, 상기 포집체의 회전방향을 추가로 제어하는,
유해물질 포집장치.According to claim 4,
The processor further controls the rotation direction of the collection body,
Hazardous material collection device.
상기 포집체를 상하이동시키기 위한 구동모터; 및
상기 챔버 밖에 장착되는 제어패널을 더 포함하고,
상기 제어패널은 상기 구동모터를 제어하기 위한 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 포집체가 기결정된 주기로 상하이동하도록 상기 구동모터를 제어하는,
유해물질 포집장치.According to claim 1,
a drive motor for vertically moving the collector; and
Further comprising a control panel mounted outside the chamber,
The control panel includes a processor for controlling the driving motor,
The processor controls the drive motor so that the collecting body moves up and down at a predetermined cycle,
Hazardous material collection device.
상기 프로세서는, 상기 포집체가 기결정된 시간 동안 포집매체 외부로 노출된 후 포집매체 내부로 이동하도록 상기 구동모터를 더 제어하는,
유해물질 포집장치.According to claim 6,
The processor further controls the drive motor to move into the collecting medium after the collecting body is exposed to the outside of the collecting medium for a predetermined time,
Hazardous material collection device.
상기 복수의 필라는, 0.2㎜ 내지 10㎜ 간격으로 서로 이격되어 배치되는,
유해물질 포집장치.According to claim 1,
The plurality of pillars are spaced apart from each other at intervals of 0.2 mm to 10 mm,
Hazardous material collection device.
상기 복수의 필라는, 지름이 0.1㎜ 내지 5㎜인 원기둥 형상인,
유해물질 포집장치.According to claim 1,
The plurality of pillars are cylindrical in shape with a diameter of 0.1 mm to 5 mm,
Hazardous material collection device.
상기 복수의 필라는, 높이가 0.5㎝ 내지 5㎝인,
유해물질 포집장치.According to claim 1,
The plurality of pillars have a height of 0.5 cm to 5 cm,
Hazardous material collection device.
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