KR20230047262A - 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감염성 폐기물을 자동으로 멸균 처리하여 배출하는 연속식 감염성 폐기물 처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속식으로 고온의 압력 증기와 마이크로파(microwave)를 통해 2차례에 걸쳐 멸균 처리함에 있어 머신러닝(machine learning) 데이터셋(dataset)에 의한 제어로 제1 처리부의 고온증기압력의 유지와 제2 처리부의 마이크로파(microwave) 가열시간 조절에 따른 멸균처리 효율을 일정 수준으로 자동조절하여 유지할 수 있고, 아울러 고온증기압력으로 멸균 처리하는 제1 처리부의 파쇄장치 하부에 연통이 결합되는 분리장치에 의해 파쇄된 감염성 폐기물이 고속회전함에 따른 충격 또는 마찰 등에 의해 분리효율이 더욱 증대되어 외부 노출면적 증대시키는 동시에 마이크로파(microwave)로 가열처리하여 멸균처리되는 제2 처리부의 배출구 내벽면에 차폐방지 수단이 고정결합되며, 외부로 누출되는 마이크로파를 소멸시켜서 마이크로파(microwave)의 노출에 의한 작업자의 건강 위험을 저감할 수 있어서 작업자 안정성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명에 의한 장치와 그 방법은 머신러닝(machine learning) 데이터셋(dataset)에 의한 제어를 통하여 고온증기 압력과 마이크로파(microwave) 가열시간을 자동 조절하는 기능을 통하여 멸균 효율을 상당히 제고할 수 있다.

Description

자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치 및 방법 {Apparatus and method for continuous infectious waste sterilization with enhanced automatic treatment control function and worker safety}

본 발명의 기술 분야는, 감염성 폐기물 멸균 처리 분야로서 마이크로파 (microwave)와 고온증기압으로 본처리하되, 머신러닝 서버(machine lerning server)에서 기계확습된 데이터셋(dataset)을 활용하여 연속적으로 자동처리하며 요철 직사각형 도파관 (corrugated ectangular waveguide, CRW, 320)을 구비하여 마이크로파 차폐효과를 제고하여 작업자의 안전성을 보강하고자 하는 것이다.

유사이래로 병원 및 가축 농장 등에서 배출되는 병원성 내지 감염성 폐기물들을 처리하기 위한 많은 방법과 다양한 장치들이 개발되고 있다.

상기 감염성 폐기물의 정의는, 주로 지정 폐기물 중 보건 위생적, 환경적 관리가 필요한 인체조직 등 적출물, 탈지면 및 실험동물의 사체 등을 말하며, 또한 초파리를 포함한 생물학 실험 관련 사용 또는 배출되는 배양액, 배양용기, 슬라이드 주사기, 커버글라스 및 기타 1회 용품 등 분리 처리해야 하는 폐기물로서, 주로 병의원, 동물병원 등의 의료, 진료, 치료, 검사행위 및 시험연구기관 등에서 발생되는 폐기물을 말한다. 그런데 광의적으로는 전염병으로 죽었거나 일반 병으로 죽은 가축의 사체도 감염성이 강할 것이고 가축의 분뇨도 혐기화 되면서 유해 병원균의 온상이 될 수 있으므로, 감염성 폐기물로 분류할 수 있을 것이다.

그리고 상기한 바 감염성 폐기물의 처리 혹은 멸균처리 기술은 다음과 같다.

-스팀멸균 방법(Steam Autoclaving) : 이 방법은 의학계를 포함하는 미생물학계에서 전통적으로 쓰여온 병균을 박멸하는 방법이다. 상기 기술은 열을 이용한 물리적 방법으로서 밀폐된 용기 안에 폐기물을 넣고 물과 함께 끓여 스팀의 온도를 121℃이상 상태에서 30분 이상 체류시키면서 높은 압력으로 폐기물 속에 침투하여 감염성 균을 사멸시키는 것이다.

-소각법 : 소각로 형식은 스토카방식, 로타리킬른 및 유동층방식이 많이 이용되어 왔지만 최근에는 스토카식 소각로의 기술발전 및 경제적인 측면 유지관리의 용이성이 좋아서 중간처리 소각시설로 많이 설치되고 있다. 소각법은 90% 이상 부피감소 효과와 고온(800∼1,500℃)에서 운전되어 병균의 사멸에 효과가 크기 때문에 각 의료기관에서 많이 사용되고 있다. 상기 각 소각로에서 배출된 고온의 유해가스는 최첨단 대기방지시설인 준건식 세정기에서 50미크론 이하 크기로 분무되는 액상 소석회와 분말 활성탄에 의해 흡수흡착 제거되어 멤브레인 백필터에서 포집, 제거됨으로 SOx, NOx 및 HCL 등의 산성가스와 다이옥신 등 유기성 물질이 동시에 고효율로 제거된다.

-화학적 소독법 : 의료폐기물을 분쇄하여 세균을 죽일 수 있는 염소가스 등 화학약품으로 처리한다.

- 방사선 이온법 : 원자핵 분열에서부터 나오는 알파, 베타 및 감마선이나 x-선 등을 이용하여 병원균을 죽이는 것이다.

-초고온 플라즈마 용해법 : 이 방법은 초고온 플라즈마(아크 첨단부 온도는 5,000℃, 반응로(챔버)내 온도는 1,500℃이다)를 용융해 주사침, 각종 용기 및 검체 등의 감염성을 고온으로 용해하는 것이다.

상기한 감염성 폐기물을 처리 혹은 멸균 처리하는 방법 중 가장 효율적인 것은 마이크로파(microwave, MW) 처리와 압력증기 및 스팀 멸균 처리를 순차적으로 처리하는 것이다.

상기 마이크로파(MW)는 대상물을 빠른 시간 내에 가열할 수 있으며, 전자기파에 의해 세포막을 파괴함으로써 폐기물을 멸균할 수 있는 장점이 있다. MW의 가열효과는 대상물의 유전특성에 의해 의존적이기 때문에 대상물의 종류에 따라 가열효율이 달라지며, 폐기물과 같이 여러 가지 물질이 혼합 되어 있는 경우에는 균일하게 멸균되지 않는 문제점이 있다. 또한, 함수율이 낮을 경우에는 MW가 흡수되지 않아 가열멸균 효과가 저하된다.

그리고 압력증기를 이용한 스팀멸균 처리장치는, 일정한 체적을 가진 압력용기에 증기발생기로부터 발생된 가열증기를 공급하여 압력용기 내부를 포화증기압 상태로 유지하는 것이다. 이로써 압력용기 내부의 압력은 대기압보다 높게 형성되며, 온도 또한 물의 비등점 이상으로 유지하게 된다. 이러한 고압고온을 일정시간 유지시킴으로써 폐기물의 종류 및 함수율에 관계없이 균일하게 처리가 가능하다. 이에 압력용기의 내부압력을 유지시키기 위해서는 일반적으로 오토클레이브(autoclave) 방식의 배치 처리장치가 사용되어 왔으며, 폐기물이 연속적으로 출입하는 연속식 처리의 경우는 내부압력의 유지가 용이하지 않다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 MW와 고압압력 증기를 통해 2차 멸균가능하며 연속식으로 구성되는 감염성 폐기물 처리장치가 수차 개시된 바 있다. 하지만, 이와 같은 종래 폐기물 처리장치는 본 처리부의 배출구에 멸균처리된 감염성 폐기물이 배출됨과 동시에 MW 또한 함께 배출되어 처리장치를 관리하는 작업자가 그대로 유해한 MW에 노출되게 되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 연속식으로 고온의 압력 증기와 MW를 통해 2차에 걸쳐 멸균함으로써 멸균효율을 증대시키며, 제1 처리부의 배출구 내벽면에 차폐방지수단을 고정 결합하여 MW를 소멸시킴에 따라 MW의 누출에 의한 작업자의 건강 위협을 제거할 수 있으며, 투입부의 파쇄장치 하부에 연통결합되는 분리장치에 의해 파쇄된 감염성 폐기물이 고속회전함에 따라 충격 또는 마찰 등에 의해 분리 효율이 보다 증대되어 외부 노출면적 증대에 의한 제1 처리부 및 제2 처리부의 멸균효과가 증대되는 감염성 폐기물 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 투입호퍼로 투입되는 감염성 폐기물을 파쇄장치를 통해 파쇄하며 본 처리부, 즉 제1 고온증기압력 처리부 및 제2 마이크로파 처리부로 이송시키는 투입부와, 파쇄투입된 감염성 폐기물이 이송되어 고온의 압력증기에 의해 감염성 폐기물을 멸균처리하는 상기 제1 처리부와, 제1 처리부에 의해 1차 멸균된 감염성 폐기물을 MW를 통해 다시 멸균하는 제2 처리부로 이루어지며 투입부와 제1 처리부 사이 및 제1 처리부와 제2 처리부 사이에는 각각 회전입출력 장치가 구비되어 내부압력 유지가 용이함에 따라 감염성 폐기물을 연속적으로 처리가 가능한 폐기물 처리장치에 있어서, 상기 제2 처리부는 일정 수용 공간을 가지는 하우징과, 상기 하우징 상부 일측에 형성되며, 회전입출력 장치에 의해 1차 멸균된 감염성 폐기물이 투입되는 투입구와, 상기 하우징 내에 위치하여 투입되는 감염성 폐기물을 이송하는 이송부와, 상기 하우징 중앙부에 고정결합되며, 하우징 내로 MW를 주사하는 MW 발생장치(마그네트론)와, 상기 하우징 하부 일측에 형성되며 투입되어 이송되는 감염성 폐기물이 MW에 의해 멸균처리된 다음 외부로 배출시키기 위해 형성되는 배출구와, 상기 배출구 내벽면에 다수 개가 고정결합되며 배출구로 누출되는 MW를 차폐하기 위한 차폐방지 수단을 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 차폐방지수단은 요철 직사각형 도파관(corrugated rectangular waveguide, CRW)이 3단 절곡된 금속플레이트로 이루어지되 횡방향 및 종방향의 절단홈을 가지며, 상기 배출구에는 연통결합되는 회전입출력 장치가 형성된다. 상기 MW 발생장치는 마그네트론(magnetron)인 것이 바람직하다.

또한 상기 투입부의 파쇄장치 하부에는 분리장치가 연통결합되며, 상기 분리장치는 고정된 외부 하우징과, 상기 외부 하우징 내에 위치하며 회전 가능한 내부 회전축과, 외부 하우징 하부에 형성되어 투입된 감염성 폐기물을 배출시키는 배출장치를 포함하여 이루어지되, 상기 내부 하우징 외연에는 내부 하우징과 결합되어 동반 회전함에 따라 투입된 감염성 폐기물이 충돌 또는 마찰에 의해 분리효율이 증대되는 날개가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 연속식으로 고온의 압력증기와 MW를 통해 2차례에 걸쳐서 멸균처리함에 따라 멸균효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 제1 처리부의 배출구 내벽면에 차폐방지수단을 고정결합하여 공진회로를 구성함에 따라 MW를 상당 수준 소멸됨으로써 MW의 누출에 의한 작업자의 건강 위협을 제거할 수 있다.

아울러 투입부의 파쇄장치 하부에 연통결합되는 분리장치에 의해 고속회전함에 따라 충격 또는 마찰 등에 의해 파쇄된 감염성 폐기물이 보다 분리 효율이 증대되어 외부 노출면적 증대에 의한 제1 처리부 및 제2 처리부의 멸균효과가 증대된다.

또한 본 발명은 머신러닝된 데이터셋(dataset)에 의한 제어를 통하여 고온증기 압력과 마이크로파 출력을 자동 조절하는 기능을 통하여 보다 적절한 멸균 효율을 제고할 수 있다.

도 1a는 종래 감염성 폐기물 처리장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 1b는 종래 감염성 폐기물 처리장치 설치 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치 중 차폐 수단이 구비된 제2 처리부(요철 직사각형 도파관, corrugated rectangular waveguide, CRW)를 나타낸 구성도이다.
도 5는 위 도 4의 A 부분을 나타낸 제2 처리부의 CRW 및 CRW 구멍(slot)의 에 의한 MW 차폐 수단의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 분리장치의 CRW를 모델링하여 CST Microwave Studio(MWS) 2017으로 E-field 차폐 모의해석에 관련 도면이다.
도 6a는 윗면이고, 도 6b은 측면이고, 도 6c는 모의해석 실험 현장이다.
도 7a와 도 7b는 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 분리장치의 CRW를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 감염성 폐기물 처리장치를 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.

도 1a는 종래 감염성 폐기물 처리장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 1b는 종래 감염성 폐기물 처리장치 설치 사진이다.

상기 도 1a를 참조하여 설명하면, 종래의 감염성 폐기물 처리장치는 투입 호퍼(1a)로 투입되는 감염성 폐기물을 파쇄장치(1b)를 통해 파쇄하며 배출장치1c)로 배출시켜서 제1 처리부(2)로 파쇄된 감염성 폐기물이 이송되어 고온의 압력증기에 의해 감염성 폐기물을 살균처리하며, 상기 제1 처리부(2)에 의해 1차로 고온압력증기로 살균된 감염성 폐기물을 마이크로파(microwave, MW)를 통해 재차 살균하는 제2 처리부(3)로 이송되어 처리된다.

여기서 상기 배출부(1c)와 제1 처리부(2) 사이 및 제1 처리부(2)와 제2 처리부(3) 사이에는 각 회전입출력 장치가 구비되어 내부압력 유지가 용이하도록 하여 감염성 폐기물을 연속적으로 처리가 가능해진다. 이와 같은 종래의 감염성 폐기물 처리장치는 우선적으로 연속적 처리 및 그 제어에 있어서 문제점이 다소 있으며, 더욱 치명적인 약점으로는 제2 처리부(2)의 배출구에 멸균처리된 감염성 폐기물이 배출됨과 동시에 MW 또한 함께 배출되어 상기 처리장치를 관리하는 작업자에게 유해한 MW가 그대로 노출된다. 이에 종래의 장치는 MW의 누출을 방지할 수 있는 차폐방지 수단이 요구된다.

그리고 상기 도 1b는 종래의 처리 장치를 촬영한 사진이다.

본 발명에서는 출원인들이 그간의 산업 현장경험을 바탕으로 현재 산업현장에 많이 쓰이고 있는 MW멸균처리기, 특히, 범용의 2.45GHz 마그네트론을 사용하는 멸균건조기의 제어와 안전관리에 있어서 머신러닝을 도입한 연속적인 제어와 전자기파 누설 문제를 상기 직사각형 도파관에 요철을 적용하여 개선하고자 한 것으로 이하 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 구성 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 구성도이다.

상기 도 2와 도 3을 참조하여 설명하면, 처리장치의 구성 및 절차는, 거의 대동소이하다. 다만 본 발명에 의한 장치의 구성은 자동 처리조절 및 연속식 기능 및 그 제어를 효율적으로 하기 위하여 머신러닝 서버(machine learning server)(900)이 구비되는 것이 상기 종래의 장치와 크게 구별되는 부분이다.

상기 머신러닝 서버(900)에 의한 구성 및 처리 흐름은, 출원인들이 이미 국내 실용신안으로 출원한 “자동 가변출력형 마이크로파 처리 장치”의 내용을 그대로 적용한다. 상기 실용신안은 자동 가변출력형 마이크로파(microwave) 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로파(microwave)를 이용하여 감염성 재료를 가열하여 멸균하는 장치에 있어서, 가열시간 조정을 위해서는 연속적으로 출력을 조절할 수 있는 타이머의 세팅이 필요한데 종래의 마이크로파 처리장치는 일정한 시간 간격을 두고 온오프(on-off)하는 타이머 1개만을 채택하고 있어서 투입 재료와 마이크로파의 가열시간에 의한 멸균 관련 상호작용을 알기 어려우며 투입 재료별 적절한 가열시간 조절이 곤란하다는 문제점이 있는데, 상기 고안은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 2개의 타이머(timer)와 머신러닝 데이터셋(machine learning dataset)을 활용하여 투입 재료별 가열시간이 자동가변 처리가 가능한 형태의 마이크로파 처리장치 제공에 관한 것이다. 상기 실용신안은 연속식으로 고온의 압력 증기와 마이크로파를 통해 2차에 걸쳐 멸균하는 장치에서 혹은 마이크로파로 멸균하는 장치에서 2개의 타이머(미도시)를 머신러닝(machine learning) 데이터셋(dataset)을 기반으로 교차로 작동하는 방식으로 개시하여 마이크로파 가열시간을 정밀하게 가변 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 자동 가변출력형 마이크로파(microwave) 처리장치인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의한 장치 중 투입장치(100)와 제1 처리부(210)와 제2 처리부(220)는, 상기 머신러닝 서버(900)와 기계학습된 데이터셋(dataset) 제공과 제어를 위한 제어데이터 송수신을 하고, 이는 작업자가 제어를 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도면의 제2 처리부(220)에서 누출되는 MW의 차폐수단을 구비하여 현장 작업자 안전성을 확보한다는 점에서 종래의 장치와는 크게 차별화 되는 점이다.

도 4은 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치 중 차폐수단이 구비된 제2 처리부(요철 직사각형 도파관, corrugated rectangular waveguide, CRW)를 나타낸 구성도이다.

상기 도 4를 참조하여 작업자의 안전을 제고하기 위한 MW차폐 수단이 구비된 제2 처리부(220)의 구성 및 각 기능을 좀 더 구체적으로 설명한다.

우선 상기 제2 처리부(220)는 하우징(221), 마그네트론(222), 투입구(22a), 이송부(22b), 배출구(22c), 배출부(300) 및 회전입출력 장치(330)로 구성된다.

상기 제2 처리부(220)는 감염성 폐기물의 일정 수용공간을 가지는 하우징(221)과, 상기 하우징(221) 상부 일측에 형성되며, 회전입출력 장치(140)에 의해 전달되는, 제1 처리부(210)에서 1차로 고온고압증기로 멸균 처리된 감염성 폐기물이 투입되는 투입구(22a)와, 상기 하우징(221) 내에 위치하여 투입되는 감염성 폐기물을 이송하는 이송부(22b)와, 상기 하우징(221) 중앙부에 고정결합되며, 하우징(221) 내로 MW를 주사하는 MW발생 장치(222)와, 상기 하우징(221) 하부 일측에 형성되며, 투입부(100)로 투입되어 이송되는 감염성 폐기물이 MW에 의해 멸균처리된 다음 외부로 배출시키기 위해 형성되는 배출구(300) 및 상기 배출구(300) 내벽면에 다수 개가 고정결합되며 배출구로 누출되는 MW를 차폐하기 위한 차폐방지 수단(320, 320a)으로 구성된다. 즉, 제1 처리부(210)에서 고온 및 압력증기로 1차 스팀 멸균 처리된 감염성 폐기물은, 다시 제2 처리부(220)의 투입구(22a)를 통해 하우징(221) 내로 투입되며, 이는 곧 이송부(22b)로 낙하되어 이송하게 되는 것이 바람직하다.

이에 따른 일 실시예에 의하면, 회전롤러 및 컨베이어벨트로 이루어지는 이송부(22b, 이는 관련 기술을 이해하는 통상의 기술자들이 얼마든지 구현할 수 있는 것으로서 차별화된 기술은 아니다)에 의해 제1 처리부(210)에서 1차로 멸균 처리된 감염성 폐기물은 다시 제2처리부(220)의 투입구(22a)를 통해 낙하된 후에 수평이송 되는데, 이때 하우징(221) 중앙부에 설치된 MW 발생장치 마그네트론(222)에 의해 조사되는 MW에 노출시켜 멸균처리하는 것이 바람직하다. 그리고 MW에 의해 멸균됨과 동시에 투입구(22a) 반대측인 배출구(223)로 이동하며 2차 멸균처리된 폐기물은 배출구(223)를 통해 외부로 배출되게 된다.

여기에서 상기 제2 처리부(220)의 이송부(22b)의 이동속도는 MW의 멸균효과와 관계가 있으므로, 제어 데이타셋(dataset) 설정에 따라 다양한 형태로 변경가능함은 물론이며, 도면에서는 회전롤러 및 컨베이어벨트로 이루어지는 이송부를 하나의 층으로 구성하였으나, MW의 노출시간을 최대한 증대시키기 위해 2개 이상의 층으로 다단 형성할 수 있음은 물론이다. 그리고 상기 부분의 제어에 있어서도 머신러닝 서버(900)의 데이터셋(dataset)의 활용을 하는 것이 당연하고 바람직하다.

한편 상기 배출구(300)의 차폐방지수단은 직사각형 도파관에 요철을 적용한 것을 요철 직사각형 도파관(320, CRW, corrugated rectangular waveguide)으로 평단면이 직사각형 형태로 3단 절곡된 금속플레이트로 이루어지되 수직상의 횡방향 및 종방향의 절단 구멍(320a)을 가지도록 구성함이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 요철을 적용한 직사각형 도파관(CRW)의 감쇠 특성을 살펴보기 위해 본 발명으로 제안된 도파관의 구조에 따른 최적 차폐특성의 모의해석을 수행하였다. 또한, 요철 직사각형 도파관을 제작하여 IEEE Std. 299 규격에 따라 차폐특성을 검증하기 위해 제안된 요철 직사각형 도파관을 갖는 실제 상용 MW멸균처리기 제품에 적용하였으며, 대략 30dB 이상의 차폐특성을 확인하였다.

그런데 상기한 바 직사각형 도파관은, 초고주파 신호를 보내는데 사용되는 전송선로 중 가장 오래된 형태이며, 커플러, 감지기, 분리기, 감쇄기능 및 슬롯(slot)이 있는 선로와 같은 다양한 부품들이 1～220GHz 이상까지 표준 도파관 대역별로 상용화가 되어 있다. 특히, 고출력 시스템과 밀리미터파 및 대전력에 적합하다. 또한, 위성시스템, 정교한 시험을 요구하는 분야 등 많은 분야에서 직사각형 도파관을 사용하고 있다. 상기 모의해석에서는 개방형 MW처리기에서 주변으로 전자파가 누설되는 것을 저감하기 위해 직사각형 도파관에 요철을 적용하는 방법을 제안하였다.

이에 우선 본 발명에 의한, 직사각형 도파관에 요철을 적용한 요철 직사각형 도파관(CRW)는 요철 높이(H), 슬롯(g), 간격(t)으로 정하고, 도파관의 높이는 B의 변수로 정의하였다.

요철 직사각형 도파관(CRW)의 전자파차폐의 모의 해석 진행. 제작이 가능한 직사각형 도파관을 기준으로 요철 직사각형 도파관의 차폐 구간은 1000(L)×600(W)×60(G)mm³이며, 동작주파수는 마그네트론 동작 주파수인 2.45 GHz로 해석을 진행하였다. 건조실 및 도파관의 재질은 스테인리스(STS304)로 전기 전도율(electric conductivity)은 13.88×106S/m이다. 도파관 높이는 B, 요철의 높이를 H, 요철의 간격을 g, 요철의 간격을 t인 변수를 가지며, E-field 방향(수평과 수직)에 따른 전자파 해석을 수행하고자 하였다.

상기 모의해석에서 요철 직사각형 도파관(CRW)의 차폐 구간은, 1,000(L)×600(W)×60(G)mm³에서 차단주파수는 아래의 식(1)의 계산에 의해 E-field 수평방향은 2.5GHz, E-field의 수직방향은 250MHz이다.

(1)

위 식에서 a는 도파관의 폭이며, b는 도파관의 높이를 나타낸다. 마그네트론의 동작 주파수를 고려하면 E-field 수평방향이 E-field의 수직방향보다 차폐 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.

상기 전자파 모의해석을 통한 CRW 차폐효과성능을 실제 MW 멸균건조기에 적용하기 위하여 종래의 최적 차폐특성을 갖는 것으로 알려진 CRW의 높이(B) 61.2 mm(1/2λ), 요철의 높이(H) 1/4λ(30 mm), 요철 슬롯(slot)(g)과 요철 간격(t)의 합 g+t=1/2λ, 요철 슬롯(g)과 요철 간격(t)의 비율 g:t=1:4, CRW의 길이 L=1 m의 조건을 갖는 건조기에 적용하여 차폐 해석을 수행하였다.

상기 차폐 해석은, 상기한 바와 같이 건조실의 크기는 1,200(L1)×600(W)×800(H1)mm³으로 건조실 상부에 마크네트론 1kW를 소스원으로 적용, 모델링하였으며 CST Microwave Studio(MWS) 2017으로 CRW E-field 차폐 모의해석을 진행하였다.

상기 모의해석의 결과를 바탕으로 실제 실험을 통해 요철 직사각형 도파관의 차폐효과 성능을 검증하기 위하여, 아래 표 1과 같이, 설계 및 제작을 진행하였다.

[표 1] 제작된 CRW 설계 및 제작 사양

상기한 바와 같이 제작된 요철 직사각형 도파관의 요철 슬롯(g)과 요철 간격(t)의 비율 g:t=1:4, CRW 높이(B) 61.2mm(1/2λ), 요철의 높이(H) 1/4 λ(30mm)를 가지며, CRW의 길이(L)를 0.5m, 1.0m, 1.5m를 갖는 3종(CRW-1, CRW-2, CRW-3)을 제작하였다. 직사각형 도파관 길이(L)를 1.0 m, 직사각형 도파관 높이(B) 61.2mm(1/2λ)로 해서 직사각형 도파관을 1종을 제작하였다.

또한 차폐효과 측정 방법은, IEEE Std. 299 규격을 적용하여 수행하였다.

아래 표 2에 의한 측정 결과는, 모의해석 결과와 동일한 요철 슬롯(g)과 요철 간격(t)의 비율 g:t=1:4, CRW 높이(B) 61.2mm(1/2λ), 요철의 높이(H) 1/4λ(30mm), CRW 길이(L) 1.0m일 때 가장 좋은 차폐 특성을 확인하였다.

[표 2] 본 발명에 의한 사각형 도파관 및 종래의 CRW 도파관 차폐효과 비교

그리고 상기의 표 2는 직사각형 도파관 및 CRW 도파관의 차폐효과를 측정한 값을 비교하였다. 상기 표 2와 같이 종래의 MW 건조기의 투입구와 출구(CRW-1, CRW-2, CRW-3)에 기존 직사각형 도파관 구조를 갖는 경우에 차폐 특성이 없어 MW처리기 외부로 E-field가 많이 누설되는 것을 확인할 수 있으며, 반면에 본 발명으로 제안된 CRW에서는 E-field가 투입구 밖으로 누설되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

도 5는 위 도 4의 A 부분을 나타낸 제2 처리부의 CRW 및 CRW 구멍(slot)의 에 의한 MW 차폐 수단의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

상기 도 5는 상기한 바와 같은 모의해석 실험의 결과에서 도출된 바와 같은 차폐방지 수단인 CRW(320)와 CRW 구멍(slot)(320a)은 본 발명에 의한 제2 처리부 장치에서 MW를 누출되지 않도록 하기 위하여 채택해 설치된 3단 절곡된 금속판(CRW, 320)과 상기 CRW에 구비된 MW 구멍(slot)(320a)이다.

상기 도 5에 도시된 요철 직사각형 도파관 CRW는 MW의 파장을 요철 직사각형 도파관의 요철 슬롯(g)과 요철 간격(t)의 비율을 적정하게 설치함으로써 MW 파동은 상쇄시켜서 MW가 보다 더 많이 소멸되도록 하는 것이다.

이제 도 5에 도시한 바와 같은 파동 1(Y)과 파동 2(Z)의 같은 진폭과 위상으로 입사하면 오른쪽으로 진행하는 파동을 완전히 상쇄시킬 수 있다. 즉, 파동 1(Y)과 파동 2(Z)가 에너지를 운반하고 있는 것은 확실한 것인데 상기한 바와 같은 본 발명을 출원을 위하여 설계하여 실험한 CRW 구조에서는 상기 표2와 같이 투사된 파동(에너지)가 실제로 거의 소멸된 것으로 측정된 바 있다.

위에서 살펴본 바와 같이 상기 도 5에 도시된 MW의 파장을 요철 직사각형 도파관의 요철 슬롯(g)과 요철 간격(t)의 비율을 적정하게 하여 수직으로 설치하여 투사함으로써 누출되는 MW를 상쇄시키는 제안은, 본 발명의 차별화된 점으로서 상기 모의해석의 결과에 의거 출원인들이 안출한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 분리장치의 CRW를 모델링하여 CST Microwave Studio(MWS) 2017으로 E-field 차폐 모의해석에 관련 도면이다.

도 6a는 윗면이고, 도 6b은 측면이고, 도 6c는 모의해석 실험 현장이다.

상기 도면에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 CRW 모델은 종래의 상용 장치 모델과는 그 MW 차폐 결과에 있어 현저하게 차별화 되어 있음을 알 수 있다.

아울러 상기 CRW 모델의 실시예에 따른 결과는 이미 상술한 바와 같다.

도 7a와 도 7b는 본 발명에 따른 자동 처리조절 기능과 작업자 안전성이 보강된 연속식 감염성 폐기물 멸균처리 장치의 분리장치의 CRW를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 배출구(223) 하부에는 회전입출력 장치(225)를 연통 결합함으로써, MW 누출을 방지 내지 저감할 수 있는데, 보다 구체적으로는 상기 배출구(223)는 제2 처리부(220)의 배출부의 일 장치로서 상기 제1 처리부에서 고온고압증기로 멸균처리된 감염성 폐기물이 고정된 외부 하우징(311)과, 상기 외부 하우징(310) 내에 위치하며 구동모터(301)에 의해 회전 가능한 내부 회전축(311)과, 상기 외부 하우징(310) 내부에 형성되어 투입된 감염성 폐기물을 배출시키는 배출구(313) 및 상기 내부 회전축(311) 외연에 결합되어 구동 모터(301)에 의해 내부 회전축(312)가 회전함에 따라 동반 회전하는 스크류(회전 날개)(313)로 이루어진다.

상기 배출부(300)는 연통결합하여 MW의 누출을 거의 없도록 하는 것이 바람직하다. 아울러 상기 MW발생장치(222)는 다수개의 마그네트론(magnetron)인 것이 바람직하지만 MW를 조사할 수 있는 모든 발생장치가 본 발명에 적용될 수 있으며, 본 발명은 그에 한정되지 않는다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 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 특허청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1에서,
1a 투입호퍼 1b 투입파쇄 장치 1c 배출장치
2 고온압력 장치
3 파이크로파 장치
도 2에서,
100 투입부
210 제1 처리부 220 제2 처리부
300 배출부
900 러닝머신 서버(machine learning sever)
도 3에서,
110 투입 호퍼 120 파쇄 장치
130 분리 장치 140 회전입출력 장치
210 제1 처리부
220 제2 처리부
221 제2 처리부 하우징 222 MW 발생장치(마그네트론)
223 배출구
도 2에서 설명한 부호는 제외.
도 4에서.
22a 투입구 22b 이송부 22c 배출구
310 배출구 하우징(“A” 구분 표시 중 슬롯(slot)은 320)
330 회전입출력 장치
도 2 내지 도 3에서 설명한 부호는 제외.
도 5에서,
320 요철 직사각형 도파관(CRW)
320a 요철 직사각형 도파관(CRW) 구멍(slot)
도 8에서,
301 구동 모터 310 외부 하우징
311 내부 회전축 312 스크류(회전 날개)
313 배출구
도 2 내지 도 5에서 설명한 부호는 제외.

Claims (5)

1. 투입호퍼로 투입되는 감염성 폐기물을 파쇄장치를 통해 파쇄하며, 본 처리부로 시키는 투입부(100)와;
   상기 파쇄 투입된 감염성 폐기물이 고온의 압력증기에 의해 멸균처리되는 제1 처리부(210);와
   상기 제1 처리부에 의하여 멸균된 감염성 폐기물을 마이크로파(microwave)에 의해 다시 멸균되는 제2 처리부(220);로 이루어지며 상기 투입부와 제1 처리부 사이 및 제1 처리부와 제2 처리부 사이에는 각각 회전입출력 장치(140)를 구비되어 내부압력 유지가 용이하여 감염성 폐기물의 연속적 처리가 가능한 폐기물 처리장치에 있어서,
   상기 제2 처리부는, 일정 수용을 하기 위한 공간을 가지는 하우징(221);과
   상기 하우징 상부 일측에 형성되며, 회전입출력 장치에 의하여, 상기 처리부에서 멸균처리된 감염성 폐기물이 투입되는 투입구와 상기 하우징 내에 위치하여 투입구(22a)로 투입되는 감염성 폐기물을 이송하는 이송부(22b)와;
   상기 하우징 중앙부에 고정결합되며, 하우징 내로 마이크로파(microwave)를 주사하는 마이크로파 발생장치(222);와
   상기 하우징 하부 일측에 형성되며 투입되어 이송되는 감염성 폐기물이 마이크로파(microwave)에 의해 멸균처리된 다음 외부로 배출시키기 위해 형성되는 배출구(22c)와;
   상기 배출구를 포함하는 배출부(300) 내벽면에 다수 개가 고정결합되어 누출되는 마이크로파(microwave)를 차폐하기 위한 차폐방지수단(320)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 감염성 폐기물 처리장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 차폐방지수단은 평단면이 요철 직사각형 도파관(corrugated ectangular waveguide, CRW, 320) 형태로서 3단 절곡된 금속플레이트로 이루어지되 수직상의 횡방향 및 종방향의 절단 구멍(slot)(320a)을 가지는 것을 특징으로 하는 감염성 폐기물 처리장치.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 배출구에는 연통결합되는 회전입출력 장치(330)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 감염성 폐기물 처리장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 처리부 및 제2 처리부 장치의 하단부에는 분리장치가 연통결합되는 것을 특징으로 하되, 상기 분리장치는 고정된 외부 하우징(310)과 상기 외부 하우징 내에 위치하며 회전가능한 내부 회전축(311)과 외부 하우징(310) 하단부에 형성되어 투입된 감염성 폐기물을 배출시키는 배출장치(130, 300)를 포함하여 이루어지고, 상기 내부 회전축(311) 외연에는 내부 회전축(311)과 결합되어 구동모터(301)에 의해 동반 회전함에 따라 투입된 감염성 폐기물이 충돌 또는 마찰에 의해 분리효율이 증대되는 회전날개(312)가 형성된 것을 특징으로 하는 감염성 폐기물 처리 장치.
   
5. 제1 항 내지 제 제4 항에 있어서,
   상기 투입부(100), 제1 처리부(210)와 제2 처리부(220)와 배출부(300)은 머신러닝 서버(300)와 유선 혹은 무선으로 교신을 하여 처리 데이터셋(dataset)을
   수신하여 지속적으로 기계학습(machine learning)시킨 후에 그 결과를 새로운 제어인자로 채택, 제어하는 것을 특징으로 하는 감염성 폐기물 처리 방법.

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