KR101273421B1

KR101273421B1 - 대기 중의 부유입자를 선별 및 농축하는 생물입자 액상수집장치

Info

Publication number: KR101273421B1
Application number: KR1020120001190A
Authority: KR
Inventors: 하연철; 최기봉; 배상수; 김한규; 전한옥
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-06-11

Abstract

본 발명은 공기 중에서 부유하는 입자에 포함된 생물입자를 선별하여 수집하는 생물입자 액상수집장치에 관한 것으로서,
부유입자를 공기와 함께 흡입하도록 하는 유량펌프(15) 및 제어를 위한 신호처리부(11)가 구비된 본체(10)와; 상기 본체의 상측에 설치되어 부유입자가 흡입되는 통로를 형성하며, 이물질과 일정 크기 이상의 입자를 걸러내는 선분리기(20)와; 관성력을 이용하여 선분리기를 통과한 부유입자에 포함된 생물입자를 크기별로 선별하여 농축하는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 노즐(31, 32)이 2단으로 설치되며 상기 본체의 일측에 수직으로 설치되어 상기 선분리기에 연결되는 건식농축부(30)와; 상기 본체 내부에 설치되어 상기 건식농축부의 하단에 연결되며, 상기 건식농축부에서 선별 농축된 생물입자를 습식 분리하는 습식농축부(40)와; 상기 본체 내에 설치되어 상기 선분기와 건식농축부 및 습식농축부에서의 유량을 제어하는 유량 제어수단(50);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

대기 중의 부유입자를 선별 및 농축하는 생물입자 액상수집장치{Wet Cyclone to Concentrate and Collect Biological Particles in Air}

본 발명은 대기 중에 부유하는 입자에 포함된 생물입자를 선별하여 수집하는 생물입자 액상수집장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 여러 단계를 거치면서 생물입자를 선별 및 농축하여 고농도의 생물입자를 수집할 수 있도록 한 생물입자 액상수집장치에 관한 것이다.

생물입자 액상수집장치는 대기 중에 포함된 2~10㎛ 크기의 생물입자를 선별농축하여 액상 포집하는 장치로서, 생물학 작용제 공격이 있거나 의심되는 경우 수동 또는 외부의 운용컴퓨터에 의해 작동되도록 구성된다. 액상으로 포집된 시료는 시료분배기를 통해 후송 시료병에 분배되고, 신형 화생방 정찰차의 생물독소분석식별기(BTDS)로 식별하거나 후방의 정밀실험실에서 항원항체법, 미생물배양법, 유전자증식법(PCR) 등을 통해 생물학 작용제를 최종 식별하게 된다.

생물학전에 사용되는 세균들은 수십 ㎞ 전방에서 풍향 및 풍속 등을 고려하여 살포되며, 피해지역에 도착할 때는 농도가 매우 낮아진다. 그러나 세균의 농도가 극히 낮더라도 세균에 의한 피해가 줄어드는 것은 아니기 때문에, 이러한 조건하에서 세균에 대한 샘플링 및 탐측은 매우 중요하다.

일반적으로 대기 중에 포함되어 있는 부유입자의 수집 방식으로는 수집판에 입자를 충돌시켜 원하는 입자가 부착되도록 함으로써 입자를 수집하는 관성충돌 수집법과 원심력을 이용하여 입자를 분리 및 수집하는 사이클론 수집법, 필터를 이용하여 공기를 여과함으로써 입자를 수집하는 여과법 및 정전기를 이용하여 입자를 수집하는 정전기 수집법 등 다양한 입자 수집방식이 알려져 있다.

상기한 관성충돌 수집법과 사이클론 수집법은 입자의 관성력을 이용하는 방법으로, 부유입자를 포함하고 있는 유체가 갑자기 기류의 흐름을 바꿀 때 유속에 따라 관성력을 무시할 수 있는 작은 입자는 유선을 따라 흐르고, 질량이 큰 입자는 관성력에 의하여 유선의 흐름에서 벗어나는 성질을 이용하여 입자를 크기별로 분류하는 방법이다.

이와 같이 입자의 관성력을 이용하여 대기 중의 부유입자를 분류하는 장치로는 관성 임팩터(Inertial Impactor), 사이클론(Cyclone), 가상 임팩터(Virtual Impactor) 등이 있다. 충돌판을 이용하여 입자를 분리하는 관성 임팩터는 입자가 충돌판에 부착된 상태로 포집되기 때문에 액상으로 수집하기에는 부적합하며 입자의 재비산, 충돌판의 과부하 등의 단점이 있다.

이러한 관성 임팩터의 문제점을 극복하기 위하여 충돌판 대신 가상의 관을 사용하여 입자를 포집하도록 하는 가상 임팩터가 개발되었으며, 본 출원인도 '가상충돌기를 이용한 부유입자 분리장치' 라는 명칭으로 가상 임팩터에 관한 기술을 출원하여 특허 10-0121552호로 등록된 바 있다.

가상 임팩터는 충돌판 대신 가상의 관을 사용하여 입자가 대기 중에 부유하는 상태에서 입자를 포집하게 되므로, 입자의 비산 현상이 발생하지 않는 장점이 있다. 특히, 가상 충돌기를 다단으로 구성하게 되면 처리 유량이 커지고 연속 사용이 가능할 뿐만 아니라 수집 효율도 높아진다.

그러나 가상 임팩터는 대기 중에 포함된 부유입자를 농축하는 장치에 불과하며, 농축된 부유입자를 수집하기 위해서는 임핀저(Impinger)와 같은 별도의 수집장치가 요구된다. 임핀저는 물이 채워진 병에 펌프 및 가스미터를 연결하여 공기를 흡인(吸引)할 수 있도록 한 장치로, 흡인된 공기 중에 포함된 부유입자를 수중에 포집하여 액상 상태에서 생물입자를 정밀 분석이 가능하도록 하고 있다.

다시 말해서, 종래의 공기 중의 생물입자 수집 방법은 부유입자를 필터에 수집하거나, 관성 임팩터를 이용하여 충돌판에 포집하고 있으나, 이러한 방법들은 액상 포집 방법에 비해 정밀 분석이 어렵고, 복잡하며, 선분리 기능이 없어 불필요한 입자를 수집하여 분석의 오차를 유발하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가상 임팩터 기술을 이용하여 생물입자를 선별 및 농축한 후, 생물입자를 액상으로 분석하기 위하여 선별 농축된 입자를 재차 액상 사이클론 기술을 이용하여 고농도로 농축함으로써 원하는 크기의 입자를 선별하여 분석할 수 있도록 하여 생물학적 공격에 효과적으로 대응할 수 있도록 한 생물입자 액상수집장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 날씨나 계절에 관계없는 최적의 생물학적 수집환경을 제공할 수 있도록 한 생물입자 액상수집장치를 제공하는데 목적이 있다.

또 본 발명은 부유입자를 농축하기 전에 이물질이나 불필요한 조대입자를 미리 제거함으로써 필요한 크기의 입자에 대한 농축 효율이 향상되도록 한 생물입자 액상수집장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 복수의 가상 임팩터로 이루어진 노즐을 2단으로 배치하여 농축 효과를 향상시키면서도 과도한 무게 증가를 방지할 수 있는 생물입자 액상수집장치를 제공하는데 목적이 있다.

또 본 발명은 오리피스와 차압계를 이용하여 각 노즐을 통과하는 유량을 간단하게 제어할 수 있는 생물입자 액상수집장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 농축된 액상입자에 대한 육안 확인 및 인출이 용이한 생물입자 액상수집장치를 제공하는데 목적이 있다.

또 본 발명은 외부에서 원격 조작이 가능한 생물입자 액상수집장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대기 중의 부유입자에 포함된 생물입자를 선별 및 농축하는 생물입자 수집장치에 있어서, 대기 중의 부유입자를 공기와 함께 흡입하도록 하는 유량펌프 및 제어를 위한 신호처리부가 구비된 본체와; 상기 본체의 상측에 설치되어 부유입자가 흡입되는 통로를 형성하며, 이물질과 일정 크기 이상의 입자를 걸러내는 선분리기와; 관성력을 이용하여 상기 선분리기를 통과한 부유입자에 포함된 생물입자를 크기별로 선별하여 농축하는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 노즐이 2단으로 설치되며 상기 본체의 일측에 수직으로 설치되어 상기 선분리기에 연결되는 건식농축부와; 상기 본체 내부에 설치되어 상기 건식농축부의 하단에 연결되며 상기 건식농축부에서 선별 농축된 생물입자를 액상 사이클론 방식으로 포집하는 습식농축부와; 상기 본체 내에 설치되어 상기 선분리기와 건식농축부 및 습식농축부에서의 유량을 제어하는 유량 제어수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 선분리기와 건식농축부는 상기 선분리기의 높낮이를 조절할 수 있도록 주름관으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치는, 상기 습식농축부의 내부 온도를 일정하게 유지시키기 위한 항온 유지장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 항온 유지장치는 상기 습식농축부에 설치되는 히터와, 온도센서 및 온도제어장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 선분리기는 공기와 부유 입자가 유입되는 흡입관과, 상기 흡입관의 상단을 따라 설치되며 메쉬(Mesh) 구조를 이용하여 부유입자에 포함된 곤충과 조대입자를 비롯한 불순물을 제거하는 거름망과, 상기 거름망의 상단을 막아줌과 아울러 가장자리 부분이 상기 거름망으로부터 이격되도록 형성된 거름망 덮개와, 흡입관의 내측에 위치하며 흡입된 부유입자 중에서 목표하는 생물입자의 크기보다 큰 입자를 걸러내는 선분리 필터 및 걸러진 큰 입자를 담아두는 컵을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 건식농축부는 상기 선분리 필터를 통과한 부유입자에 포함된 생물입자 중 일정 크기 이상의 입자만 통과시키는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 제1단 노즐과, 상기 제1단 노즐로부터 이격되게 설치되며 일정 크기 범위의 생물입자를 선별 농축하는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 제2단 노즐과, 상기 본체의 일측에 수직으로 설치되어 상기 선분리기에 연결되며 내부에 위치된 상기 제1단 노즐 및 제2단 노즐을 지지하는 수직관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 습식농축부는 상기 건식농축부를 통과하면서 선별 농축된 생물입자를 액상으로 농축하는 사이클론 하우징과, 상기 건식농축부에서 선별된 생물입자 및 공기가 상기 사이클론 하우징으로 유입되도록 상기 사이클론 하우징의 상측에 설치되는 공기 흡입구와, 상기 공기 흡입구와 이격되도록 상기 사이클론 하우징의 상측에 설치되어 공기가 토출되도록 하는 공기 토출구와, 상기 사이클론 하우징의 하부에 설치되어 액상으로 농축된 생물입자가 포집되도록 하는 액상 토출구 및 상기 사이클론 하우징의 개구부를 막아주는 습식농축부 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 유량 제어수단은 상기 선분리 필터와 가상 임팩터들에 연결된 유로에 각각 설치되는 오리피스와 차압계 및 상기 차압계의 신호에 따라 상기 유량펌프의 유량을 자동으로 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 유량 제어수단은 상기 오리피스의 전후에 압력차를 부여하고, 상기 오리피스의 전방에 설치된 차압계의 미소 신호를 상기 제어기가 검출하도록 한 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 유량 제어수단은, 상기 유량펌프에 의해 유입되어 상기 선분리 필터를 통과한 유입공기 중 5.5%의 공기만 제1단 노즐을 통과하고 나머지 94.5%의 공기는 외부로 배출되도록 하는 제1단주유동 오리피스와, 상기 제1단 노즐을 통과한 5.5%의 공기 중 0.5%의 공기만 상기 제2단 노즐을 통과하고 나머지 5%의 공기는 외부로 배출되도록 하는 제2단 주유동 오리피스와, 상기 제2단 노즐을 통과한 0.5%의 공기가 상기 습식농축부로 전달되도록 하는 제2단 부유동 오리피스와, 상기 오리피스들의 전방에 각각 설치되는 차압계와, 상기 차압계의 압력 신호를 상기 제어기로 각각 전달하는 복수의 A/D 컨버터와, 상기 제어기의 제어신호를 상기 유량펌프로 전달하는 D/A 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 본체의 내부에는 상기 습식농축부에서 농축되어 포집되는 액상입자를 외부로 인출할 수 있도록 인출부가 형성되고, 상기 인출부는 자동 또는 수동으로 인출되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 인출부는 포집된 액상 용액의 육안 확인 및 청소가 용이하도록 방수 가능한 투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 인출부의 전방에는 인출용 도어가 설치되고, 상기 인출용 도어는 상기 인출부를 외부에서 관찰할 수 있도록 개폐 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 상기 본체는 이더넷(Ethernet) 방식의 LAN 네트워크를 통한 원격상태 감시 및 제어를 할 수 있도록 외부 연결 포트를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 생물입자 액상수집장치는, 복수의 가상 임팩터로 구성된 2단 구조의 노즐을 이용하여 원하는 크기의 생물입자를 선별 및 농축한 후 액상 사이클론 기술을 이용하여 재차 농축하여 고농도로 농축할 수 있게 되며, 액상으로 수집된 생물입자의 분석을 통해 생물학적 공격에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 건식농축부와 선분리기 사이에 주름관이 개재되어 있으므로 공기가 유입되는 선분리기의 높낮이 조절이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 항온유지장치가 구비되어있어 습식농축부의 내부 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로, 겨울철이나 저온 환경 조건에서도 최적의 생물학적 특성이 유지되도록 할 수 있으며 이로 인하여 액상의 생물입자에 대한 분석이 용이하게 되는 효과가 있다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 거름망을 이용하여 이물질과 조대입자를 제거함과 아울러 선분리 필터를 이용하여 10㎛ 이상의 입자를 제거함으로써 2~10 ㎛의 입자만 선별하여 농축할 수 있음은 물론 농축 효율이 향상되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 복수의 가상 임팩터로 이루어진 노즐을 2단으로 배치하여 농축 효율이 향상되도록 하면서도 과도한 중량 증가를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 복수의 오리피스와 차압계를 이용하여 제1단 노즐 및 제2단 노즐을 통과하는 유량을 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 인출부가 투명 재질로 형성됨에 따라 농축된 액상 입자에 대한 육안 확인 및 인출 작업이 용이하게 되는 효과가 있다.

또 본 발명의 생물입자 액상수집장치에 따르면, 이더넷 방식의 LAN 네트워크를 통해 장치를 원격으로 감시 및 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 생물입자 액상수집장치가 도시된 구성도.
도 2는 본 발명의 요부 구성인 선분리기 및 건식농축부의 구성도.
도 3은 본 발명의 요부 구성인 선분리기의 단면 구성도.
도 4는 본 발명의 요부 구성인 건식농축부의 제1단 노즐이 도시된 도면.
도 5는 본 발명의 요부 구성인 건식농축부의 제2단 노즐이 도시된 도면.
도 6은 본 발명의 요부 구성인 습식농축부의 사시도.
도 7은 본 발명의 요부 구성인 습식농축부의 구성도.
도 8은 본 발명의 요부 구성인 유량 제어수단이 도시된 구성도.
도 9는 본 발명의 생물입자 액상수집장치에서 공기의 유동과정을 개략적으로 도시한 참고도.
도 10은 본 발명의 생물입자 액상수집장치에서 공기의 유량 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 생물입자 액상수집장치를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 생물입자 액상수집장치는 대기 중의 부유입자에 포함된 생물입자를 선별 및 농축하는 장치로서, 도 1 내지 8에 도시된 바와 같이, 대기 중의 부유입자를 공기와 함께 흡입하도록 하는 유량펌프(15) 및 제어를 위한 신호처리부(11)가 구비된 본체(10)와; 상기 본체(10)의 상측에 설치되어 부유입자가 흡입되는 통로를 형성하며, 이물질과 일정 크기 이상의 입자를 걸러내는 선분리기(20)과; 관성력을 이용하여 상기 선분리기(20)를 통과한 부유입자에 포함된 생물입자를 크기별로 선별하여 농축하는 복수의 가상 임팩터(virtual impactor)로 이루어진 노즐(31, 32)이 2단으로 설치되며 상기 본체(10)의 일측에 수직으로 설치되어 상기 선분리기(20)에 연결되는 건식농축부(30)와; 상기 선분리기(20)와 건식농축부(30)를 연결하여 상기 선분리기(20)의 높낮이를 조절할 수 있도록 하는 주름관(35)과; 상기 본체(10) 내부에 설치되어 상기 건식농축부(30)의 하단에 연결되며, 상기 건식농축부(30)에서 선별 농축된 생물입자를 습식 분리하는 습식농축부(40)와; 상기 본체(10) 내에 설치되어 상기 선분리기(20)와 건식 및 습식농축부(30)(40)에서의 유량을 제어하는 유량 제어수단(50);을 포함하고 있다.

이때, 겨울철 등 차가운 날씨에도 상기 습식농축부(40)의 내부 온도를 일정하게 유지시킬 수 있도록 하는 항온 유지장치(60)가 더 설치될 수 있으며, 상기 항온 유지장치(60)는 상기 습식농축부(40)에 설치되는 히터(61)와, 온도센서(62) 및 온도제어장치(도시 생략)로 이루어진다.

상기 선분리기(20)는 공기와 부유 입자가 유입되는 흡입관(21)과, 상기 흡입관(21)의 상단을 따라 설치되는 메쉬 구조를 이용하여 부유입자에 포함된 곤충과 조대입자를 비롯한 불순물을 제거하는 거름망(22)과, 상기 거름망(22)의 상단을 막아줌과 아울러 가장자리 부분이 상기 거름망(22)으로부터 이격되도록 형성된 거름망 덮개(23)와, 상기 흡입관(21)의 내측에 위치하며 흡입된 부유입자 중에서 목표하는 생물입자의 크기보다 큰 입자를 걸러내는 선분리 필터(25) 및 걸러진 큰 입자를 담아두는 컵(26)으로 이루어진다.

상기 건식농축부(30)는, 상기 선분리 필터(25)를 통과한 부유입자에 포함된 생물입자 중 일정 크기 이상의 입자만 통과시키는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 제1단 노즐(31)과, 상기 제1단 노즐(31)로부터 이격되게 설치되어 일정 크기 범위의 생물입자를 선별 농축하는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 제2단 노즐(32)과, 상기 본체(10)의 일측에 수직으로 설치되어 상기 선분리기(20)에 연결되며 내부에 위치한 상기 제1단 노즐(31) 및 제2단 노즐(32)을 지지하는 수직관(33)으로 구성된다. 여기서, 상기 제1단 노즐(31)에 구성하는 가상 임팩터는 15~20개로, 바람직하게는 18개가 사용되며, 상기 제2단 노즐(32)을 구성하는 가상 임팩터는 3~5개로, 바람직하게는 4개가 사용된다.

상기 습식농축부(40)는 상기 건식농축부(30)를 통과하면서 선별 농축된 생물입자를 액상으로 농축하는 사이클론 하우징(41)과, 상기 건식농축부(30)에서 선별된 생물입자 및 공기가 상기 사이클론 하우징(41)으로 유입되도록 상기 사이클론 하우징(41)의 상측에 설치되는 공기 흡입구(42)와, 상기 사이클론 하우징(41)의 상측에 상기 공기 흡입구(42)와 이격되도록 설치되어 공기가 토출되도록 하는 공기 토출구(43)와, 상기 사이클론 하우징(41)의 하부에 설치되어 액상으로 농축된 생물입자가 배출되도록 하는 액상 토출구(44) 및 상기 사이클론 하우징(41)의 개구부를 막아주는 습식농축부 커버(45)를 포함한다. 이때, 상기 히터(61)와, 온도센서(62)는 상기 공기 토출구(43)의 주변에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 유량 제어수단(50)은, 상기 선분리 필터(25)와 상기 제1단 노즐(31) 및 제2단 노즐(32)에 연결된 유로에 각각 설치되는 오리피스(51, 52, 53)와 차압계(54, 55, 56) 및 상기 차압계(54, 55, 56)의 신호에 따라 상기 유량펌프(15)의 유량을 자동으로 제어하는 제어기(57)를 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 유량 제어수단(50)은 상기 오리피스(51, 52, 53)의 전후에 압력차를 부여하고, 상기 오리피스(51, 52, 53)의 전방에 설치된 차압계(54, 55, 56)의 미소 신호를 상기 제어기(57)가 측정하도록 구성됨으로써, 상기 유량펌프(15)의 유량을 자동으로 조절할 수 있도록 한다.

상기 유량 제어수단(50)의 구조를 상세하게 살펴보면, 상기 유량펌프(15)에 의해 유입되어 상기 선분리 필터(25)를 통과한 유입공기 중 5.5%의 공기만 제1단 노즐(31)을 통과하고 나머지 94.5%의 공기는 외부로 배출되도록 하는 제1단주유동 오리피스(51)와, 상기 제1단 노즐(31)을 통과한 5.5%의 공기 중 0.5%의 공기만 상기 제2단 노즐(32)을 통과하고 나머지 5%의 공기는 외부로 배출되도록 하는 제2단 주유동 오리피스(52)와, 상기 제2단 노즐(32)을 통과한 0.5%의 공기가 상기 습식농축부(40)로 전달되도록 하는 제2단 부유동 오리피스(53)와, 상기 오리피스들(51, 52, 53)의 전방에 각각 설치되는 차압계(54, 55, 56)와, 상기 차압계(54, 55 ,56)의 압력 신호를 상기 제어기(57)로 각각 전달하는 복수의 A/D 컨버터(58)와, 상기 제어기(57)의 제어신호를 상기 유량펌프(15)로 전달하는 D/A 컨버터(59)로 구성되어 있다.

이에 따라 상기 선분리 필터(25)를 통과한 공기의 유량을 1000ℓ/min이라 할 때 상기 제1단 노즐(31)을 통과한 공기의 유량은 55ℓ/min이 되고, 상기 제2단 노즐(32)을 통과하여 상기 습식농축부(40)로 공급되는 공기의 유량은 5ℓ/min이 된다.

그리고 상기 본체(10)의 내부에는 상기 습식농축부(40)에서 농축되어 포집되는 액상입자를 외부로 인출할 수 있도록 인출부(도시 생략)가 형성되고, 상기 인출부는 자동 또는 수동으로 인출될 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 인출부는 포집된 액상 용액의 육안 확인 및 청소가 용이하도록 방수 가능한 투명 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 더불어 상기 인출부의 전방에 설치되는 인출용 도어 역시 상기 인출부를 외부에서 관찰할 수 있도록 개폐 가능한 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 본체(10)는 이더넷 방식의 LAN 네트워크를 통하여 원격으로 상태감시 및 제어를 할 수 있도록 외부 연결 포트를 구비하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 생물입자의 액상수집장치는, 다음과 같은 과정으로 대기 중에 포함된 부유입자 중 일정 크기의 생물입자를 선별적으로 수집하여 분석할 수 있도록 한다.

유량 펌프(15)가 작동되면 선분리기(20)의 흡입관(21)을 통해 부유입자가 공기와 함께 유입된다. 이때, 상기 흡입관(21)에는 거름망(22)이 설치되어 있으므로 대기 중에서 부유하는 곤충의 사체나 조대입자 등의 이물질은 유입되지 않고, 상기 거름망(22)을 형성하는 메쉬 구조를 통과한 공기만이 유입된다.

상기 거름망(22)을 통과한 공기는 선분리 필터(25)를 통과하게 되고, 그 과정에서 일정 크기를 초과하는 입자, 대략 크기가 10㎛를 초과하는 입자가 걸러진다. 걸러진 대형 입자는 상기 선분리 필터(25)에 연결된 컵(26)에 모이게 되고, 크기가 10㎛ 이하인 입자만 상기 선분리 필터(25)를 통과하여 건식농축부(30)로 공급된다. 이는 생물학적 관점에서 볼 때 크기가 10㎛ 이상의 대형 입자는 호흡에 의해 인체에 유입되기 어렵기 때문이다.

상기 선분리 필터(25)를 통과한 공기는 건식농축부(30)의 제1단 노즐(31)로 유입되며 상기 제1단 노즐(31)을 구성하는 18개의 가상 임팩터에 의해 크기가 2㎛ 이상의 입자가 관성력에 의해 분리된다. 상기 제1단 노즐(31)의 가상 임팩터를 통과하지 못한 공기는 제1단 주유동 오리피스(51)가 설치된 유로를 통해 밖으로 빠져나가게 된다. 이때, 상기 제1단 주유동 오리피스(51)로 인하여 상기 선분리 필터(25)를 분당 1000ℓ씩 통과한 공기 중 분당 55ℓ의 공기만 상기 제1단 노즐(31)을 통과하고, 나머지 분당 945ℓ의 공기는 밖으로 배출된다.

상기 제1단 노즐(31)을 통과한 공기는 그 하부에 위치된 제2단 노즐(32)을 구성하는 4개의 가상 임팩터에 의해 농축된다. 상기 제2단 노즐(32)에서도 관성력에 의해 크기가 2㎛ 이상인 입자가 분리되어 농축되고, 크기가 2㎛ 미만인 입자는 상기 제2단 노즐(32)을 통과하지 못한 공기와 함께 제2단 주유동 오리피스(52)가 설치된 유로를 따라 외부로 배출된다. 그리고, 상기 제2단 노즐(32)을 통과한 공기는 크기가 2~10㎛인 입자와 함께 제2단 부유동 오리피스(53)를 거쳐 상기 습식농축부(40)로 유입된다. 여기서, 상기 제2단 주유동 오리피스(52) 및 상기 제2단 부유동 오리피스(53)로 인하여 분당 5ℓ의 공기만 상기 제2단 노즐(32)을 통과하고 나머지, 분당 50ℓ의 공기는 상기 제2단 주유동 오리피스(52)를 거쳐 외부로 배출된다.

한편, 상기한 오리피스들(51, 52, 53)의 유로 전방에 각각 설치된 차압계(54, 55, 56)의 신호는 A/D 컨버터(58)를 통해 제어기(57)로 전달되며, 상기 제어기(57)는 이를 기초로 하여 유량에 대한 제어신호를 상기 유량 펌프(15)로 보내게 된다. 이때, 상기 유량 펌프(15)에 구비된 D/A 컨버터(59)는 상기 제어기(57)로부터 전달된 디지털 신호를 아날로그 신호로 전환하여 상기 유량 펌프(15)로 전달함으로써 상기 유량 펌프(15)에 의해 유입되는 공기의 유량이 변화하도록 한다.

상기 제2단 노즐(32)을 통과한 공기는 상기 습식농축부(40)의 공기 흡입구(42)를 통해 사이클론 하우징(41)으로 유입되며, 상기 사이클론 하우징(41)에서 크기가 2~10㎛인 생물입자는 액상으로 농축되어 하부에 위치한 액상 토출구(44)를 통해 배출되고 나머지 공기는 공기 토출구(43)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 상기 공기 토출구(43)의 부근에 설치된 온도센서(62)는 상기 습식농축부(40)의 온도를 측정하여 온도제어장치로 보내게 되고, 상기 온도제어장치는 히터(61)를 이용하여 상기 습식농축부(40)의 내부 온도를 적절하게 유지한다. 이에 따라 상기 액상 토출구(44)를 통해 포집되는 액상의 생물입자는 겨울철이나 저온 환경 조건에서도 최적의 생물학적 특성을 유지할 수 있게 된다.

상기 액상 토출구(44)를 통해 포집된 액상의 생물입자는 상기 본체(10)에 구비된 인출부를 통해 외부로 인출될 수 있음은 물론 투명소재로 형성된 상기 인출부의 특성을 이용하면 상기 인출부의 내부에 위치한 생물입자를 육안으로 확인하는 것도 가능하다. 또한, 상기 본체(10)에 형성된 인출용 도어가 개폐형으로 형성되어 있으므로, 상기 인출부를 인출하지 않은 상태에서도 상기 본체(10)의 외부에서 상기 인출부 내의 생물입자를 관찰할 수 있다.

한편, 상기 본체(10)는 외부와의 통신을 위한 외부 연결 포트를 구비하고 있으므로, 이더넷 방식의 LAN 네트워크를 형성함으로써 상기 본체 내부의 제어기 및 온도제어장치에 대한 원격 감시 및 원격 제어가 가능하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

10...본체
15...유량펌프
20...선분리기
21...흡입관
22...거름망
23...거름망 덮개
25...선분리 필터
26...컵
30...건식농축부
31...제1단 노즐
32...제2단 노즐
33...수직관
35...주름관
40...습식농축부
41...사이클론 하우징
42...공기 흡입구
43...공기 토출구
44...액상 토출구
45...습식농축부 커버
50...유량 제어수단
51...제1단 주유동 오리피스
52...제2단 주유동 오리피스
53...제2단 부유동 오리피스
54, 55, 56...차압계
57...제어기
58...A/D 컨버터
59...D/A 컨버터
60...항온 유지장치
61...히터
62...온도센서

Claims

대기 중의 부유입자에 포함된 생물입자를 선별 및 농축하는 생물입자 수집장치에 있어서,
대기 중의 부유입자를 공기와 함께 흡입하도록 하는 유량펌프(15) 및 제어를 위한 신호처리부가 구비된 본체(10)와;
상기 본체(10)의 상측에 설치되어 부유입자가 흡입되는 통로를 형성하며, 이물질과 일정 크기 이상의 입자를 걸러내는 선분리기(20)와;
관성력을 이용하여 상기 선분리기를 통과한 부유입자에 포함된 생물입자를 크기별로 선별하여 농축하는 복수의 가상 임팩터(virtual impactor)로 이루어진 노즐(31, 32)이 2단으로 설치되며 상기 본체(10)의 일측에 수직으로 설치되어 상기 선분리기(20)에 연결되는 건식농축부(30)와;
상기 본체(10) 내부에 설치되어 상기 건식농축부(30)의 하단에 연결되며, 상기 건식농축부(30)에서 선별 농축된 생물입자를 습식 분리하는 습식농축부(40)와;
상기 본체(10) 내에 설치되어 상기 선분리기(20)와 건식농축부(30) 및 습식농축부(40)에서의 유량을 제어하는 유량 제어수단(50);을 포함하고,
상기 유량 제어수단(50)은, 상기 유량펌프(15)에 의해 유입되어 상기 선분리 필터(25)를 통과한 유입공기 중 5.5%의 공기만 제1단 노즐(31)을 통과하고 나머지 94.5%의 공기는 외부로 배출되도록 하는 제1단주유동 오리피스(51)와, 상기 제1단 노즐(31)을 통과한 5.5%의 공기 중 0.5%의 공기만 상기 제2단 노즐(32)을 통과하고 나머지 5%의 공기는 외부로 배출되도록 하는 제2단 주유동 오리피스(52)와, 상기 제2단 노즐(32)을 통과한 0.5%의 공기가 상기 습식농축부(40)로 전달되도록 하는 제2단 부유동 오리피스(53)와, 상기 오리피스들(51, 52, 53)의 전방에 각각 설치되는 복수의 차압계(54, 55, 56)와, 상기 차압계(54, 55, 56)들의 신호에 따라 상기 유량펌프(15)의 유량을 자동으로 제어하는 제어기(57)와, 상기 차압계(54, 55 ,56)들의 압력 신호를 상기 제어기(57)로 각각 전달하는 복수의 A/D 컨버터(58)와, 상기 제어기(57)의 제어신호를 상기 유량펌프(15)로 전달하는 D/A 컨버터(59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제1항에 있어서,
상기 선분리기(20)와 건식농축부(30)는 상기 선분리기(20)의 높낮이를 조절할 수 있도록 주름관(35)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 습식농축부(40)의 내부 온도를 일정하게 유지시키기 위한 항온 유지장치(60)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제3항에 있어서,
상기 항온 유지장치(60)는 상기 습식농축부(40)에 설치되는 히터(61)와, 온도센서(62) 및 온도제어장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 선분리기(20)는 공기와 부유 입자가 유입되는 흡입관(21)과, 상기 흡입관(21)의 상단을 따라 설치되며 메쉬(Mesh) 구조를 이용하여 부유입자에 포함된 곤충과 조대입자를 비롯한 불순물을 제거하는 거름망(22)과, 상기 거름망(22)의 상단을 막아줌과 아울러 가장자리 부분이 상기 거름망(22)으로부터 이격되도록 형성된 거름망 덮개(23)와, 상기 흡입관(21)의 내측에 위치하며 흡입된 부유입자 중에서 목표하는 생물입자의 크기보다 큰 입자를 걸러내는 선분리 필터(25) 및 걸러진 큰 입자를 담아두는 컵(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 건식농축부(30)는 상기 선분리 필터(25)를 통과한 부유입자에 포함된 생물입자 중 일정 크기 이상의 입자만 통과시키는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 제1단 노즐(31)과, 상기 제1단 노즐(31)로부터 이격되게 설치되어 일정 크기 범위의 생물입자를 선별 농축하는 복수의 가상 임팩터로 이루어진 제2단 노즐(32)과, 상기 본체(10)의 일측에 수직으로 설치되어 상기 선분리기(20)에 연결되며 내부에 위치한 상기 제1단 노즐(31) 및 제2단 노즐(32)을 지지하는 수직관(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 습식농축부(40)는 상기 건식농축부(30)를 통과하면서 선별 농축된 생물입자를 액상으로 농축하는 사이클론 하우징(41)과, 상기 건식농축부(30)에서 선별된 생물입자 및 공기가 상기 사이클론 하우징(41)으로 유입되도록 상기 사이클론 하우징(41)의 상측에 설치되는 공기 흡입구(42)와, 상기 사이클론 하우징(41)의 상측에 상기 공기 흡입구(42)와 이격되도록 설치되어 공기가 토출되도록 하는 공기 토출구(43)와, 상기 사이클론 하우징(41)의 하부에 설치되어 액상으로 농축된 생물입자가 포집되도록 하는 액상 토출구(44) 및 상기 사이클론 하우징(41)의 개구부를 막아주는 습식농축부 커버(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유량 제어수단(50)은 상기 오리피스(51, 52, 53)의 전후에 압력차를 부여하고, 상기 오리피스(51, 52, 53)의 전방에 설치된 차압계(54, 55, 56)의 미소 신호를 상기 제어기(57)가 측정하도록 한 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 본체(10)의 내부에는 상기 습식농축부(40)에서 농축되어 포집되는 액상입자를 외부로 인출할 수 있도록 인출부가 형성되고, 상기 인출부는 자동 또는 수동으로 인출되는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제11항에 있어서,
상기 인출부는 포집된 액상 용액의 육안 확인 및 청소가 용이하도록 방수 가능한 투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제11항에 있어서,
상기 인출부의 전방에는 인출용 도어가 설치되고,
상기 인출용 도어는 상기 인출부를 외부에서 관찰할 수 있도록 개폐가 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 본체(10)는 이더넷(Ethernet) 방식의 LAN 네트워크를 통해 원격으로 상태감시 및 제어가 가능하도록 외부 연결 포트를 구비한 것을 특징으로 하는 생물입자 액상수집장치.