KR102652622B1 - 과산화수소를 이용하여 살균하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 살균제로서 농도가 12 중량% 이하인 저농도 과산화수소 수용액을 사용한다. 본 발명에 따른 살균장치는 내부에 서큘레이터와 진동수가 1.5~2.5 MHz인 초음파진동자를 구비하고 초음파진동자의 진동에 의해 살균제를 무화하여 무화입자를 생성하는 무화장치; 벽체, 배기수단, 및 벽체를 관통하여 형성되고 공기필터를 갖는 공기인입구를 포함하고 살균 대상물을 수용하는 챔버; 무화장치 내의 무화입자가 챔버로 유입되도록 무화장치와 챔버에 연결되어 설치된 분무관; 및 챔버 내의 순환공기가 무화장치에 유입되도록 무화장치와 챔버에 연결되어 설치된 순환관을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 과산화수소 수용액을 살균제로 사용하는 살균방법 및 살균장치에 관한 것이며, 특히 저농도의 과산화수소 수용액을 초음파 진동자로 무화(霧化)하여 살균 대상인 챔버 내에 분무함으로써 공간 및 표면을 살균하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
과산화수소는 약산성을 띄며, 보통 고농도로 존재하기 어렵고, 일반적으로 물에 희석해 과산화수소 수용액으로 만들어 사용한다.
과산화수소는 불안정한 물질로서 스스로 분해되지만 반응이 매우 느리다. 반응은 촉매의 사용에 의해 촉진될 수도 있다. 온도, 농도 또는 pH가 높아지면 분해가 빨라지고, 분해를 위한 금속 및 금속화합물 촉매로서는 이산화망간, 은, 백금 등이 있다.
살균제로서의 과산화수소는 마이코박테리아, 바이러스, 균류, 포자, 원생동물 등에 대해 효과적이고, 사용 후에 쉽게 물과 산소로 분해되는 친환경 물질이라는 장점이 있다.
과산화수소 수용액을 훈증(evaporation)하여 소독 대상에 분사함으로써 살균하기도 하는데, 과산화수소 수용액이 기화할 때, 과산화수소보다 물이 먼저 기화 및 확산을 하여 과산화수소의 충분한 확산을 곤란하게 한다는 문제점이 있다. 물이 과산화수소보다 증기압이 높기 때문에 신속하게 증발하고, 물의 분자량은 과산화수소보다 낮기 때문에 수증기가 과산화수소 증기보다 신속하게 기상으로 확산하여 생기는 문제점이다. 이러한 특성 때문에, 물이 과산화수소보다 먼저 높은 농도로 살균 대상물에 도달하고, 수증기가 보다 신속하게 작은 틈(crevice)이나 길고 좁은 내강과 같은 좁은 공간 속으로 확산되어 과산화수소 증기의 투과를 억제한다. 즉, 살균이 제대로 이루어지지 않게 된다.
효과적인 살균을 위해서는 고농도의 과산화수소 수용액을 사용하는 것이 유리하지만, 농도가 60 중량% 이상인 경우에는 운송, 보관 등 취급하는 것이 현실적으로 곤란하다. 이에 농도가 60 중량% 이하인 과산화수소 수용액을 농축하여 살균제로 사용하기도 한다.
특허출원공개 제10-2006-52161호는 기화기가 진공 배기되는 경로에 확산제한부를 배치하여 수증기는 통과시키고 과산화수소 증기는 응축되도록 한 후, 이를 기화 확산시켜서 살균하는 방법을 개시하고 있다.
특허출원공개 제10-2015-0009104호는 기화기와 수집기를 사용하여 과산화수소 수용액의 농도를 95 중량% 이상으로 만들어 살균제로 사용한다.
한편, 특허출원공개 제10-2008-0036596에서는 고농도의 과산화수소 수용액을 별도의 농축 과정 없이 훈증하여 대상 공간에 분무하여 살균하는데, 구체예에서는 약 30-40 중량%의 수성 과산화수소를 사용한다.
하지만 농도가 30% 이상인 과산화수소 수용액을 훈증하여 사용하는 경우, 살균 작업 후의 살균 대상 공간은 유독물인 고농도의 과산화수소를 포함하고 있기 때문에 그대로 공조기에 의해 배기할 수 없고, 과산화수소 증기를 분해촉매에 의해 물과 산소로 분해하여 제독하기 위한 별도의 설비가 필요하게 된다. 그리고 이러한 분해와 제독은 긴 시간을 요하여 전체 방역 작업 시간의 50~80%를 차지한다는 문제점이 있다.
과산화수소수 훈증의 경우, 살균 대상 공간에서 증기가 응축 또는 응결하는 것을 방지해야 하는 과제도 있다. 증기가 응축하여 액적이 생성되면 소독 효과가 저하되고, 소독이 완결된 후에 잔류 과산화수소를 제거하는 데 필요한 시간을 증가시킨다. 또한 응축액적은 대상 공간 내에 있는 전자제품의 부품을 손상시킬 수도 있고, 직물이나 벽지의 색상을 변화시키거나 번지게 하며, 물에 민감한 다른 품목들에 손상을 가할 수 있다.
그리고 증기 입자를 소독 대상 공간에 신속하면서 균일하게 침투 및 확산을 해야 과제도 있다.
이에 소독액 취급의 안정성을 높이고, 소독 작업이 간편하며, 소독 효율을 향상시키고, 소독 공간에 있는 시설, 장비, 기구 등의 부식을 방지하며, 소독 후의 처리를 간편하고 신속하게 하기 위한 연구가 진행중이다.
소독 효율 향상과 관련해서는 과산화수소 미립자를 분사하여 광범위한 미생물을 사멸시키는 화학적, 물리적 메커니즘을 이해할 필요가 있다. 그 메커니즘은 아직 명확히 밝혀지지는 않았지만, 과산화 수소에 의한 살균 원리를 설명하는 것으로써 건식(dry) 메커니즘과 습식(wet) 메커니즘이 있다. 건식 메커니즘은 과산화수소의 분해 과정에서 살균이 이루어진다는 것이고, 습식 메커니즘은 과산화수소의 미시적 응축(micro condensation)에 의한 과산화수소의 전달과 라디칼로의 분해에 의해 살균이 이루어진다는 것이다.
미시적 응축에 관한 T. Coles의 “Understanding the hydrogen peroxide vapour sanitisation process and introducing the MCHP concept, a personal account”Clean Air and Containment Review, Issue 25, January 2016에 따르면, 과산화수소 입자가 대상물의 표면에서 가시적인 “거시적 응축물”(macro-condensation)을 형성하면 소독 효과가 저하되고 육안으로 보이지 않는 “미시적 응축물”(micro-condensation)을 형성할 때 좋은 소독 효과를 발휘한다. 여기서 미시적 응축물은 크기가 몇 미크론 정도이며, 액체 상태이고, 과산화수소 농도가 60-70%일 것이라고 설명한다. 과산화수소 분자의 평균 크기가 0.25~0.28 nm이고 물 분자의 크기가 0.27 nm 정도이므로, 미시적 응축물은 많은 수의 물 분자와 과산화수소 분자를 포함하고 있을 것으로 생각된다.
한편, 훈증 입자의 응축, 응결을 저지하기 위한 방법으로서는 소독 대상 공간의 온도를 높이거나 기압을 낮추는 것 등이 고려될 수 있다. 또한 미립자와 미립자가 충돌할 때 나타나는 현상이 고려될 수 있는데, 분무된 입자들끼리 충돌하거나 또는 분무된 입자들이 공기중의 수증기 입자 등과 충돌할 때는 충돌 조건에 따라 응집, 분리 등의 다른 결과로 나타난다.
일반적으로 두 개의 입자가 충돌했을 때 그 결과는 바운싱(bouncing), 병합(coalescence), 재귀 분리(reflexive separation), 신축 분리(stretching separation) 등으로 나타나는데, 이는 무차원 충돌 파라미터, 웨버 수(Weber number), 및 충돌입자 지름 비율에 의해 결정된다. 무차원 충돌 파라미터(b)는 아래 식과 같이 정의된다.
B는 두 입자가 충돌할 때 한 입자의 중심에서 다른 입자의 상대 속도 벡터까지의 수직 거리를 의미하며 D1, D2는 각 입자의 지름이다. 또한 웨버 수(We)는 아래 식과 같이 정의된다.
ρ는 입자의 밀도, 는 두 입자의 상대 속도벡터, σ는 표면장력이다.
그리고 훈증 입자를 소독공간에 침투시켜 분산시키는 것과 관련해서는, 훈증된 소독액은 통상 송풍기를 사용하여 소독공간으로 분사되는데, 송풍에 의해 입자가 이동하는 침투(penetration) 거리가 길어야 하고, 또한 침투 후에는 브라운 운동에 의한 확산(diffusion)이 잘 되어야 한다는 점 등이 고려될 수 있다.
종래의 과산화수소 훈증방법에서는 100 ℃가 넘는 가열판에 35% H2O2와 물의 혼합액을 주입하여 기화시키며, 열선 또는 열관으로 예열된 공기를 기화기로 보내어 H2O2 증기를 살균 대상의 밀폐된 공간에 공급한다. 과산화수소 가열 훈증의 예로서 특허출원공개 제10-2013-0042626호가 있다.
한편, 살균 소독은 섬유제품에도 필요하다. 섬유제품의 미생물에 의한 오염을 제거에는 주로 세제를 이용한 습식 세탁이 이용되는데, 세탁에 사용되는 세제에 항균성이 없거나 약한 세척조건으로 세탁을 하면 세탁 후에도 미생물이 잔존할 수 있고 습식 세탁은 미생물의 성장을 촉진할 수 있다. 또한 세제는 물보다 팽윤 작용이 강하므로 섬유에 수축 또는 손상이 발생하여 외형적 변형이 일어나며 변형이 일어난 섬유제품은 쉽게 버려진다. 버려진 섬유 제품은 대부분 매립이나 소각의 방법으로 처리되고 현재 제작되어 판매되고 있는 섬유 제품은 주로 자연에서 분해되지 않는 화학 섬유를 이용하므로 섬유제품의 무분별한 폐기는 환경 오염의 원인이 된다.
이러한 섬유 제품의 살균 방법은 살균 효과를 달성하면서 섬유를 변색, 변형 또는 손상시키지 않아야 한다. 예를 들면, 나일론, 폴리에스테르, 스판덱스와 같은 합성 섬유는 고온 처리 중에 수축하고, 열가소성이 있어서 열과 압력에 의해 영구적 구김이 생기므로 일반적으로 40 ℃ 이상의 고온 세탁은 바람직하지 않다.
본 발명은 취급 시의 안전성이 높은 살균제를 사용하고, 침투와 확산에 의한 소독 공간으로의 살균제의 분산이 용이하고, 공간 및 표면을 소독하는 효과가 우수하며, 소독 공간 내에 있는 시설, 장비, 기구 등을 부식시키지 않고, 소독 후의 대상 공간에 남아 있는 살균제 처리가 편리한 살균방법 및 살균장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 살균장치는 내부에 서큘레이터와 진동수가 1.5~2.5 MHz인 초음파진동자를 구비하고 초음파진동자의 진동에 의해 살균제를 무화하여 무화입자를 생성하는 무화장치; 벽체, 배기수단, 및 벽체를 관통하여 형성되고 공기필터를 갖는 공기인입구를 포함하고 살균 대상물을 수용하는 챔버; 무화장치 내의 무화입자가 챔버로 유입되도록 무화장치와 챔버에 연결되어 설치된 분무관; 및 챔버 내의 순환공기가 무화장치에 유입되도록 무화장치와 챔버에 연결되어 설치된 순환관을 포함하여 구성된다.
서큘레이터는 챔버로부터 순환공기를 흡인하고, 순환공기를 송풍하여 무화장치에서 생성된 무화입자를 챔버 내로 분사한다.
공기인입구는 상시 개방되어 외부의 공기가 공기필터를 통과해 챔버 내로 인입될 수 있다. 공기필터는 통과 입자의 최대 직경이 3 ㎛ 이하일 수 있다.
분무관은 굴곡진 형태를 가질 수 있으며, 분무관이 챔버에 연결되는 지점인 분무관 출구가 분무관이 무화장치에 연결되는 지점인 분무관 입구보다 30 cm 이상 높은 위치에 있을 수 있다,
순환관이 챔버에 연결되는 지점인 순환관 입구의 위치와 분무관 출구의 위치는 높이 차이가 30 cm 이하일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무화장치는 초음파진동자의 상측으로 이격되어 설치된 내부플레이트를 가지며, 서큘레이터는 순환공기를 내부플레이트의 위쪽에 송풍하고, 내부플레이트의 상부에서의 무화입자의 흐름과 내부플레이트의 하부에서의 무화입자의 흐름이 서로 역방향일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 살균방법은 본 발명의 살균장치를 사용하며, 이 방법에서는 과산화수소 수용액을 무화장치에 투입한 후에 초음파진동자를 진동시켜 무화입자를 생성하고, 서큘레이터를 사용하여 무화입자를 챔버의 내부에 분사하면서 챔버로부터 순환공기를 흡인하고, 챔버의 내부에 무화입자를 분사하는 것을 완료한 후에는 상온 및 상압 하에서 소정 시간 동안 살균 대상물에 대한 살균을 실시하며, 살균 실시 후에 챔버를 환기시킨다.
본 발명에 따른 살균 방법과 장치는 같은 효과를 달성한다.
- 살균제로서 저농도 과산화수소 수용액을 사용하므로 살균제를 취급할 때의 안전성이 향상된다.
- 무화된 과산화수소 수용액의 초미세입자는 침투성과 확산성이 뛰어나, 소독 공간에 빠르게 분산되며, 분산의 균일성이 우수하다.
- 살균 효과가 뛰어나, 미생물 병원체 밀도를 6로그 수준으로 저감할 수 있으면서도, 살균 대상물을 부식, 변색, 또는 변형시키지 않는다.
- 살균 작업 후의 소독공간에 남아 있는 살균제 처리가 용이하다.
- 감압장치나 히터를 필요로 하지 않는다.
- 살균 대상인 챔버에 살균제가 분사되는 동안에 소독제가 함유된 챔버 내의 공기가 외부로 유출되지 않는다.
도 1은 본 발명의 살균장치를 개념적으로 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 무화장치의 사시도이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 챔버의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 살균장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 살균장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 챔버의 내부를 보여주는 챔버의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무화장치의 정면도이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 무화장치에서 케이스가 제거된 무화부 본체의 정면도이고, 도 7의 (b)는 무화부 본체를 개념적으로 나타낸 단면도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 무화장치의 사시도이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 챔버의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 살균장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 살균장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 챔버의 내부를 보여주는 챔버의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무화장치의 정면도이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 무화장치에서 케이스가 제거된 무화부 본체의 정면도이고, 도 7의 (b)는 무화부 본체를 개념적으로 나타낸 단면도이다.
우리나라 질병관리본부의 "의료기관에서의 소독과 멸균 지침"에 따르면, '소독'(disinfection)이란 물체의 표면에 있는 세균의 아포를 제외한 미생물을 사멸하는 방법이고, '멸균'(sterilization)이란 모든 종류의 미생물과 아포를 완전히 사멸하는 것을 말한다.
본 발명에서는 다음과 같이 정의한다.
- '살균제'란 '소독제'와 '멸균제'를 포함하는 포괄적 개념이다.
- '살균'이란 '소독'과 '멸균'을 포함하는 포괄적 개념이다.
본 발명에서 살균 대상은 챔버 내의 공간과 챔버 내에 위치시킬 수 있는 물체이다.
본 발명은 살균제로서 농도가 12 중량% 이하인 저농도 과산화수소 수용액을 사용하는데 바람직하게는 8 중량% 이하를 사용한다. 이 살균제는 미량의 금속이온을 포함할 수 있는데, 예를 들면 Pd, Pt 등의 귀금속이나 Fe 등의 전이금속, Ca, Mg, K, Na 등의 알칼리금속 등의 이온을 포함할 수 있다. 금속이온의 양은 100 ppm 이하인 것이 바람직하다. 금속이온의 함량이 100 ppm을 초과하는 경우, 금속이온이 배관 등에 축적될 수 있고, 밸브들의 고장을 야기할 수도 있다. 특히 과산화수소가 귀금속, 전이금속, 알칼리금속 등에 접촉하면 쉽게 분해되어 과산화수소의 살균 효율을 약화할 수도 있다.
본 발명에서는 살균제를 무화하여 초미세입자로 만들어 사용하는데, 이 입자는 살균 대상인 챔버 내에 분사되었을 때 응결이 잘 되지 않고, 우수한 소독 효과를 보이면서도 살균 대상물을 변색, 변형 또는 부식시키지 않는다.
본 발명은 살균제의 분무과정, 살균과정, 및 살균 후처리를 하는 중에 별도의 가열을 필요로 하지 않는다.
본 발명은 특히 합성수지 제품, 고무제품, 또는 섬유제품 소독에 유리하다.
도 1은 본 발명의 살균장치를 개념적으로 나타낸 것이다. 도 2(a)는 본 발명의 실시예에 따른 무화장치의 사시도이고 도2(b)는 본 발명의 실시예에 따른 챔버의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 살균장치의 정면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 살균장치의 측면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 챔버의 내부를 보여주는 챔버의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무화장치의 정면도이다. 도 7(a)는 본 발명의 무화장치에서 케이스가 제거된 무화부 본체의 정면도이고, 도 7(b)는 무화부 본체를 개념적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 살균장치는 살균제인 과산화수소 수용액을 무화시키는 무화장치(10), 살균 대상물을 수용하는 챔버(30), 및 무화장치(10)에서 챔버(30)로 무화 입자가 유동할 수 있도록 무화장치(10)와 챔버(30)에 연결되어 설치된 분무관(21)과 챔버(30)에서 무화장치(10)로 순환공기가 흐를 수 있도록 무화장치(10)와 챔버(30)에 연결되어 설치된 순환관(24)을 포함한다.
무화장치
무화장치(10)은 케이스(11)와 무화부 본체(12)를 구비하고 있으며, 살균제 저장통(미도시)를 구비하고 있을 수도 있다. 케이스(11)의 표면에는 무화장치(10)의 작동 조건을 설정하거나 무화장치(10)의 작동 상태를 표시하기 위한 조작패널(11a)이 결합되어 있다.
무화부 본체(12)는 배후관(27), 및 무화입자가 존재하는 영역을 구획하는 무화실(13)을 포함한다. 배후관(27)은 서큘레이터의 배후에 설치되며 배후관(27)의 한쪽은 서큘레이터(18)에 결합하고 다른 쪽 말단은 순환관(24)과 결합하는 순환관 출구(26)가 된다.
무화실(13)에는 바닥판(15), 내부플레이트(16), 가이드판(17), 분무관 입구(22), 서큘레이터(18)가 구비된다.
무화실(13)의 내부에는 초음파진동자(14)가 설치되고, 초음파 진동자(14)의 진동에 의해 살균제가 무화한다. 이를 위해 무화실(13)에 살균제를 주입하면 초음파진동자(14)는 살균제에 잠기고, 전류를 공급받은 초음파진동자(14)가 진동하면, 그 진동이 초음파진동자(14) 주변의 액체의 분자들에 전달되어 분자들이 서로 부딪히면서 주변 분자에 진동이 전파되고, 진동이 액체의 표면에까지 전달되면 액체의 표면에서 액체 미립자가 공중에 방출된다.
사람이 들을 수 있는 소리의 주파수보다 높은 주파수를 가지는 음파를 초음파라고 하는데, 통상적으로 0.02~30 MHz 범위를 초음파라고 한다. 일반적으로 초음파진동자는 1초에 30만~2,500만 번 진동한다.
본 발명에서는 초음파진동자(14)의 진동수는 1.5~2.5 MHz일 수 있으며, 이 경우 살균제인 과산화수소 수용액이 무화하여 생성되는 입자의 80% 이상은 직경이 0.5~4.0 um이다. 초음파진동자(14)의 바람직한 진동수는 2.3~2.5 MHz이며, 이 경우, 무화 입자의 80% 이상은 직경이 0.5~1.5 um이다. 입자 직경이 5.0 um 이상일 때는 분무 입자들의 응결 성향이 커진다.
무화실(13)은 살균제인 과산화수소 수용액을 수용하며 이 수용액의 저면은 바닥판(15)에 의해 구획된다. 바닥판(15)에는 서로 이격된 복수의 설치홈(15a)이 형성되며, 복수의 초음파진동자(14)가 설치홈(15a)에 삽입 설치되어 액체 살균제의 하부에서 살균제를 진동시켜 초미세 살균제 입자를 생성한다. 순환관 출구(26)는 무화실(11)의 바깥쪽에 구비되어 챔버(30)로부터 오는 순환공기를 서큘레이터(18) 배후 쪽으로 유입시키고, 서큘레이터(18)는 순환공기를 흡인하여 무화실(13) 내로 송출한다.
초음파진동자(14)의 상측으로 이격되어 내부플레이트(16)가 설치되고, 내부플레이트(16)의 둘레에는 서큘레이터(18)에 의해 송출되는 공기의 유속을 이용하여 무화입자를 유동시키는 유동로(19)가 형성되는데, 내부플레이트(16)의 상부에서의 무화입자의 흐름과 내부플레이트(16)의 하부에서의 무화입자의 흐름은 서로 역방향이다.
가이드판(17)은 서큘레이터(18)에 의해 무화실(13) 내부로 송출되는 공기의 진행방향을 따라 상향 경사지게 설치된다. 가이드판(17)의 상단에서는 공기의 통로가 좁아 유속이 급격히 빨라지고 이로 인해 내부플레이트(16)의 하측 영역에서 발생한 다양한 크기의 무화입자 중에서 가벼운 초미세입자만 빨려 올라와 빨라진 송출공기와 함께 무화실(13) 상측의 분무관 입구(22)를 통해 무화실(13)의 외부로 배출된다.
무화실(13)은 살균제 저장통(미도시)로부터 공급관(미도시)을 포함하는 살균제 공급장치(미도시)를 통해 무화에 사용할 액상의 살균제를 공급받는다. 살균제 저장통은 무화장치의 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.
챔버
챔버(30)는 내부 공간을 구획하는 벽체(38)를 가지며, 살균 대상물을 수용한다.
챔버(30)는 무화 입자를 공급받을 수 있는 분무관 출구(23)와, 챔버(30) 공기를 무화장치(10) 쪽으로 순환시키기 위한 순환관 입구(25)를 구비하고 있다.
순환관(24)은 순환관 입구(25)에서 챔버(30)와 연결되고, 분무관(21)은 분무관 출구(23)에서 챔버(30)에 연결된다.
바람직하게는 분무관 출구(23)와 순환관 입구(25)는 살균 대상물의 위치보다 위쪽에 구비된다.
또한 순환관 입구(25)가 분무관 출구(23)보다 30 cm 이상 낮지 않은 위치에 존재하면 챔버(30)의 공기를 무화장치(10) 쪽으로 순환시키는 데 유리하므로 바람직하다. 더 바람직하게는 순환관 입구(25)의 위치는 분무관 출구(23)의 위치보다 10 cm 이상 낮게 않게 한다. 분무관(21)에서 챔버(30) 내로 무화입자가 분사되고 확산될 때, 분무관 출구(23) 주위로의 확산은 상대적으로 늦으므로 무화장치(10)로 순환될 공기는 분무관 출구(23)의 주변에서 인출하는 게 바람직하기 때문이다.
챔버(30) 내에는 살균 작업 후에 챔버(30) 내의 기체 상의 살균제를 흡입하여 외부로 배기하는 배기수단(31)이 구비되고 배기수단(31)은 벽체(38)를 관통하는 배기구(32), 배기팬(33), 및 배기구(32)를 개폐하는 배기밸브(34)를 포함한다.
챔버(30)는 벽체(38)를 관통하는 공기 인입구(35)를 가진다. 공기 인입구(35)는 살균 소독 후에 챔버(30)를 배기할 때 외부로부터 챔버(30)의 내부로 새로운 공기를 인입시킨다. 공기 인입구(35)에는 인입되는 공기의 여과를 위한 공기필터(35a)가 구비된다. 공기필터(35a)를 통과할 수 있는 입자의 최대 크기는 3 ㎛로 할 수도 있는데, 최대 크기를 1 ㎛ 이하로 하는 게 바람직하고, 0.7 ㎛ 이하로 하는 게 더 바람직하다. 공기필터(35a)는 헤파필터(Hepa Filter)일 수 있다.
공기 인입구(35)는 외부 공기가 필터를 통과해 챔버(30) 내로 인입 가능하도록 상시 개방되어 있어서, 챔버(30) 내부의 압력은 챔버(30) 외부의 대기압과 평형을 유지한다. 챔버(30) 내의 압력은 챔버(30) 내에 존재하는 미립자의 응축 및 기화에 영향을 미친다.
챔버(30) 내의 살균소독 작업이 완료된 후에 챔버(30) 내의 공기를 배기수단(31)를 통해 배출할 때에는 외부 공기가 공기인입구(35)를 통해 챔버(30)의 내부로 유입된다.
챔버(30)는 살균 대상물을 넣고 꺼낼 수 있게 하는 도어(36)를 구비하며, 도어(36)의 일부분은 투명창(36a)일 수도 있다.
또한 챔버(30) 안에는 살균 대상물을 거치할 수 있는 거치대(37)이 구비될 수 있는데, 예를 들어 멸균복의 살균을 위한 옷걸이가 구비될 수 있다.
분무관과 순환관
무화장치(10)와 챔버(30)는 분무관(21)과 순환관(24)에 의해 연통된다. 무화장치(10)에서 생성된 무화입자는 분무관(21)을 따라 유동한 후에 챔버(30) 내로 유입된다. 무화장치(10)에는 서큘레이터(18)가 구비되어 있고, 서큘레이터(18)가 가동하여 바람을 송출하면 무화실(13)의 내부에 양압이 걸리며, 무화입자는 서큘레이터(18)의 바람에 밀려서 분무관(21)을 경유하여 챔버(30) 쪽으로 이동한다.
분무관(21)이 무화장치(10)에 연결되는 지점, 즉 무화입자가 무화장치(10)로부터 토출되는 지점인 분무관 입구(22)는 분무관(21)이 챔버(30)와 결합하는 지점인 분무관 출구(23)보다 낮은 위치에 있다. 분무관 출구(23)는 분무관 입구(22)보다 30 cm 이상 높는 곳에 위치하는 것이 바람직하며, 50 cm 이상 높은 곳에 위치하는 것이 더 바람직한데, 이와 같이 하면 무화장치(10)에서 토출된 무화입자는 챔버(30) 내로 들어가기 전에 수직 방향으로 적어도 30 cm 이상을 이동하게 된다. 또한 분무관(21)은 기역(ㄱ)자 또는 씨(C)자 형과 같이 굴곡진 형태일 수 있다.
무화입자가 분무관(21)을 지나는 동안에 분무관(21) 내부는 증기가 과포화상태이기 때문에 무화입자의 응결이 발생한다. 그러므로 분무관(21)을 지나는 동안, 응축 또는 응결 성향이 큰 입자는 응축 또는 응결되어 중력에 의해 분무관(21)을 따라 무화장치(10)로 회수된다. 즉, 응축 또는 응결 성향이 큰 입자들은 분무관(21) 내에서의 유동 중에 걸러져 회수되고, 응축/응결 성향이 작은 입자들이 챔버(30) 내로 분사된다.
본 발명에서는 1.2~2.8 MHz 주파수로 진동하는 초음파진동자(14)를 이용하여 무화하기 때문에 초미세 입자들이 생성되어 응결 성향이 작지만, 생성된 입자들 중에는 여전히 응결 성향이 큰 입자들이 섞여 있을 수 있는데, 분무관(21) 내부에서 유동하는 과정 중에 응결 성향이 큰 입자가 걸러짐으로써, 챔버(30) 내에는 응결 성향이 작은 무화 입자들이 투입된다. 특히 본 발명에 따른 무화장치(10)는 무화장치(10) 내에서 부적합한 입자를 걸러내고 이후에 분무관(21) 이동중에 다시 한번 무적합한 입자를 걸러낼 수도 있다.
또한 미세 입자들이 공중에 분사되면 무화 입자들끼리 충돌하거나 또는 무화 입자들이 공기중의 수증기 입자 등과 충돌하는데, 이 때 충돌 조건에 따라 바운싱(bouncing), 병합(coalescence), 재귀 분리(reflexive separation), 신축 분리(stretching separation) 등의 결과로 나타나며, 이런 충돌 과정을 거쳐 분무관(21) 내에서 다른 입자와 병합되어 무거워진 입자도 무화장치(10)로 회수될 수 있다.
한편, 본 발명에서 무화입자를 챔버(30)에 분사하기 전에 미리 챔버(30) 내의 압력을 낮추거나 온도를 조절할 필요가 없다. 다만, 만약 무화장치(10) 내의 서큘레이터(18)가 살균장치의 외부 공기를 흡입하여 송풍공기로 사용한다면 송풍에 의해 무화입자가 챔버(30) 내에 분사될 때는 챔버(30) 내의 압력이 높아지겠지만, 본 발명에서는 서큘레이터(18)가 챔버(30) 내의 공기를 순환관(24)을 통해 무화장치(10) 내로 흡입하여 사용하므로 챔버(30)의 내부 공간은 상압을 유지하게 된다. 즉, 서큘레이터(18)는 챔버(30) 내의 공기를 흡입하고 이 흡입공기를 무화실(13)에 송출함으로써 무화입자를 분무관(21) 쪽으로 밀어내게 된다.
서큘레이터(18)에 의한 챔버(30)와 무화장치(10) 사이의 순환공기의 순환은 챔버(30) 내로 무화 소독제의 분사가 시작될 때 시작되어 챔버(30) 내의 소독제 농도가 살균에 적정한 수준에 도달할 때까지 계속된다.
실시예
본 발명에 따른 살균장치를 사용하여 의류 제품에 대한 살균소독을 실시하였다.
챔버(30)로서는 살균소독 작업이 진행되는 동안에 사용자가 챔버(30) 내부를 볼 수 있도록 투명창(36a)을 구비한 도어(36)를 갖추었고, 공기 인입구(35)는 통과 입자의 최대 크기가 0.2 ㎛인 헤파필터(Hepa Filter)를 구비하였으며, 챔버(30) 내부에 의복을 걸 수 있는 거치대(37)가 구비된 것을 사용하였다.
분무관 출구(23)의 위치는 분무관 입구(22)의 위치보다 70 cm 높았으며 분무관 출구(23)의 위치와 순환관 입구(25) 위치는 지면으로부터 동일한 높이에 형성되어 있었다.
살균제로서는 농도가 7.5 중량%인 과산화수소 수용액(0.0075 중량%의 은 이온 포함)을 사용하였다.
살균제의 무화입자가 유입되기 직전의 챔버(30) 내의 상대습도(초기 상대습도)는 50% 이하로 되도록 제어하는 게 바람직하므로, 본 실시예에서는 챔버(30)의 초기 상대습도를 제어하여 50%가 되도록 하였다.
살균 소독은 아래의 단계들을 수행하여 실시하였다.
- 챔버(30)에 구비된 배기밸브(34)를 잠가서 배기구(33)을 닫았다.
- 폴리에스터 98%와 도전사(카본사) 2%로 이루어진 재질을 갖는 멸균복을 살균 소독 대상으로 하였다. 멸균복의 미생물 병원체 밀집도를 확인한 후에 챔버(30)의 옷걸이에 걸고 챔버(30)의 도어(36)를 잠갔다. 챔버(30) 내의 상대 습도는 50%였다.
- 챔버(30)의 내부를 상온 및 상압으로 유지하였다.
- 무화실(13)에 살균제를 투입하고, 초음파진동자(14)를 2.4 Mhz로 진동시켜 살균제를 무화시켰으며, 생성된 무화 입자를 무화장치(10) 내의 서큘레이터(18)를 사용하여 분무관(21)을 경유하여 챔버(30) 내로 분사하였다.
- 챔버(30)의 공간 1 m3당 살균제 13 ml에 해당하는 무화 입자를 챔버(30) 내로 분사한 후에 초음파진동자(14)의 진동을 정지시키고 서큘레이터(18)의 작동도 정지시켰다. 챔버(30) 내로 무화입자를 분사하는 데 걸린 시간은 8분이었다.
- 챔버(30) 내로 무화입자 분사가 끝났을 때, 챔버(30)의 내부 공간 전체가 연무로 뿌옇었는데, 무화입자 분사 완료 시점으로부터 9분이 지나자 챔버(30)의 내부 공간이 투명한 상태가 되었다.
- 무화입자 분사가 끝난 후부터 챔버(30)를 1시간 동안 방치하였고, 방치 시간이 지난 후에 챔버(30)의 배기구(33)를 열고 배기팬(32)을 가동하여 챔버(30)의 내부 공기를 배출하면서 공기인입구(35)를 통해 외부 공기를 인입하여 챔버30)를 환기하였다. 환기를 통해 챔버(30) 내부의 잔존 살균제 농도를 1ppm 이하로 낮추는 데 결린 시간은 10분이었다.
- 챔버(30)로부터 멸균복을 꺼내 미생물 병원체가 살균되었음을 확인하였다. 의류의 변색이나 변형은 없었다.
본 발명의 우수한 살균 효과는 본 발명의 무화입자가 거시적 응축(macro-condensation)을 하지 않으면서 미시적 응축(micro-condensation)을 하는 경항이 강하기 때문인 것으로 생각되는데, 이하에서는 이에 대해 설명한다.
본 발명의 챔버에 인입되는 초미세 무화입자는 살균제 본래의 살균력을 거의 그대로 유지하며, 병원체와 접촉하면 병원체의 멤브레인에 살균 활성성분을 전달한다. 무화입자와 병원체의 상호작용은 병원체를 생물학적으로 불화성화하고 병원체를 사멸시킨다. 살균 활성성분을 병원체에 전달한 무화 입자는 중화(neutralization)될 수 있다.
과산화수소 무화입자의 크기가 큰 기존의 살균 방법에서는 무화입자의 응축 과정 중에 또는 무화입자가 물체 표면 상의 병원체와 접촉했을 때 물체 표면에 내려 앉아 응결하는 경향이 있고, 이는 물체 표면에 액체 필름을 형성하는 결과를 초래한다. 이 액체 필름은 병원체와 살균 활성성분 사이의 장벽이 될 수 있는데, 특히 살균 활성성분이 전달된 후의 중화된 액체가 그러한 장벽이 된다.
또한 큰 무화입자는 작은 틈(crevice)에 다가갈 수 없고 게다가 작은 입자가 그러한 틈에 접근하는 것을 방해함으로서, 병원체의 저장소를 생성하거나 보전하는 역할을 하게 된다. 더구나 큰 무화입자는 바닥에 떨어지는 경향이 있고, 물체 표면에 흡수되거나 남아서, 표면을 눅눅하게 하거나 축축하게 적셔서 물체에 잠재적 손상을 초래한다.
본 발명에 따른 무화입자는 원래의 살균 기능을 유지하고 있으면서, 물체의 표면과 접촉하였을 때, 거시적인 응결(coagulation)이나 젖음(wetting)을 초래하지 않는다.
물체의 표면에 존재하는 병원체에 본 발명의 무화입자가 접촉하면 입자 내의 살균 활성물질에 의해 병원체가 불활성화되지만, 이 무화입자는 무시할 만한 수준의 일시적인 미시적 응축층(layer of micro-condensation)을 형성하는데 그치고, 미시적 응축층은 다른 무화입자의 작용을 방해하는 장벽이 되지 못한다. 그 결과, 다른 무화입자들이 물체 표면에 있는 병원체에 추가적으로 작용하여 병원체를 생물학적으로 불활성화 하게 된다. 그리고 미시적 응축층은 짧은 시간 안에 증발한다.
또한 본 발명에 따른 무화입자는 매우 가벼워서 챔버 내에서 적어도 몇분 동안은 부유된 상태로 떠 있으면서 공간 구석구석에 균일성 높게 분산한다. 통상적으로 종래기술에 따른 무화입자는 챔버 내에 균일성 높게 분산되지 못하고 입자가 챔버 공간의 아래 쪽에 더 밀집되어 존재함으로써, 육안으로 볼 때 공간의 아래 부분이 더 뿌옇게 보인다. 본 발명의 무화입자는 서로 응집하여 바닥에 떨어지는 경향을 보이지 않는다.
본 발명에 따른 무화입자들의 경우, 입자들 사이에 정수력(hydrostatic force, 靜水力) 또는 정전기력(electrostatic force)이 작용하여 입자들을 서로 떨어뜨려 입자들이 공중에 분산되도록 돕고, 입자가 공간이나 물체의 구석구석으로 침투하도록 촉진한다.
본 발명에 따른 무화입자 구름(cloud)은 대상 공간이나 물체가 무화입자 구름에 잠기게 하는 크기, 밀도, 증기압을 가지며, 또한 유체와 유사한 성질을 가짐으로써, 송풍과 같은 외력이 작용하지 않는 경우에 입자가 무작위로 이동하여 살균 대상 공간을 채우고 큰 입자가 접근할 수 없는 영역에도 접근한다.
또한 본 발명에 따른 무화입자 구름은 대상 공간을 빠르게 채우므로 무화입자가 기화되기 전에 살균 활성성분이 살균 대상에 전달된다. 종래기술에서는 살균 활성성분이 살균 대상에게 전달되기 전에 상당한 기화가 일어나거나 무화입자들이 응결하여 물체를 적시곤 한다.
본 발명의 챔버에 유입되는 무화입자의 크기는 균일성이 높고, 챔버에 유입된 후에는 거시적인 응집 성향이 적어 무화입자 크기의 균일성이 높은 상태로 유지되며, 상압 상태인 챔버 내에서 잘 분산된다.
10: 무화장치
11: 케이스 11a: 조작패널
12: 무화부 본체 13: 무화실
14: 초음파진동자 15: 바닥판
15a: 설치홈 16: 내부플레이트
17: 가이드판 18: 서큘레이터
19: 유동로 21: 분무관
22: 분무관 입구 23: 분무관 출구
24: 순환관 25: 순환관 입구
26: 순환관 출구 27: 배후관
30: 챔버
31: 배기수단 32: 배기팬
33: 배기구 34: 배기밸브
35: 공기 인입구 35a: 공기필터
36: 도어 36a: 투명창
37: 거치대 38: 벽체
11: 케이스 11a: 조작패널
12: 무화부 본체 13: 무화실
14: 초음파진동자 15: 바닥판
15a: 설치홈 16: 내부플레이트
17: 가이드판 18: 서큘레이터
19: 유동로 21: 분무관
22: 분무관 입구 23: 분무관 출구
24: 순환관 25: 순환관 입구
26: 순환관 출구 27: 배후관
30: 챔버
31: 배기수단 32: 배기팬
33: 배기구 34: 배기밸브
35: 공기 인입구 35a: 공기필터
36: 도어 36a: 투명창
37: 거치대 38: 벽체
Claims (8)
- 내부에 서큘레이터(18)와 진동수가 1.5~2.5 MHz인 초음파진동자(14)를 구비하고 상기 초음파진동자(14)의 진동에 의해 살균제를 무화하여 무화입자를 생성하는 무화장치(10);
벽체(38), 배기수단(31), 및 상기 벽체(38)를 관통하여 형성되고 공기필터(35a)를 갖는 공기인입구(35)를 포함하고 살균 대상물을 수용하는 챔버(30);
상기 무화장치(10) 내의 상기 무화입자가 상기 챔버(30)로 유입되도록 상기 무화장치(10)와 상기 챔버(30)에 연결되어 설치된 분무관(21); 및
상기 챔버(30) 내의 순환공기가 상기 무화장치(10)에 유입되도록 상기 무화장치(10)와 상기 챔버(30)에 연결되어 설치된 순환관(24)을 포함하며,
상기 서큘레이터(18)는 상기 챔버(30)로부터 상기 순환공기를 흡인하고, 상기 순환공기를 송풍하여 상기 무화장치(10)에서 생성된 상기 무화입자를 상기 챔버(30) 내로 분사하며,
상기 공기인입구(35)는 상시 개방되어 외부의 공기가 상기 공기필터(35a)를 통과해 상기 챔버(30) 내로 인입될 수 있는
살균장치를 사용하는 살균방법으로서,
상기 살균제로서 농도가 12 중량% 이하인 과산화수소 수용액을 상기 무화장치(10)에 투입한 후에 상기 초음파진동자(14)를 진동시켜 상기 무화입자를 생성하고,
상기 서큘레이터(18)를 사용하여 상기 무화입자를 상기 챔버(30)의 내부에 분사하면서 상기 챔버(30)로부터 상기 순환공기를 흡인하고,
상기 챔버(30)의 내부에 상기 무화입자를 분사하는 것을 완료하고, 상온 및 상압 하에서 소정 시간 동안 상기 살균 대상물에 대한 살균을 실시하고,
상기 살균 실시 후에 상기 챔버(30)를 환기시키는
살균방법. - 제1항에 있어서, 상기 분무관(21)이 상기 챔버(30)에 연결되는 지점인 분무관 출구(23)가 상기 분무관(21)이 상기 무화장치(10)에 연결되는 지점인 분무관 입구(22)보다 30 cm 이상 높은 위치에 있는 살균방법.
- 제1항에 있어서, 상기 무화장치(10)는 상기 초음파진동자(14)의 상측으로 이격되어 설치된 내부플레이트(16)를 가지며, 상기 서큘레이터(18)는 상기 순환공기를 상기 내부플레이트(16)의 위쪽에 송풍하며, 상기 내부플레이트(16)의 상부에서의 상기 무화입자의 흐름과 상기 내부플레이트(16)의 하부에서의 상기 무화입자의 흐름이 서로 역방향인 살균방법.
- 제1항에 있어서, 상기 살균 대상물은 섬유제품인 살균방법.
- 내부에 서큘레이터(18)와 진동수가 1.5~2.5 MHz인 초음파진동자(14)를 구비하고 상기 초음파진동자(14)의 진동에 의해 살균제를 무화하여 무화입자를 생성하는 무화장치(10);
벽체(38), 배기수단(31), 및 상기 벽체(38)를 관통하여 형성되고 공기필터(35a)를 갖는 공기인입구(35)를 포함하고 살균 대상물을 수용하는 챔버(30);
상기 무화장치(10) 내의 상기 무화입자가 상기 챔버(30)로 유입되도록 상기 무화장치(10)와 상기 챔버(30)에 연결되어 설치된 분무관(21); 및
상기 챔버(30) 내의 순환공기가 상기 무화장치(10)에 유입되도록 상기 무화장치(10)와 상기 챔버(30)에 연결되어 설치된 순환관(24)을 포함하며,
상기 살균제는 농도가 12 중량% 이하인 과산화수소 수용액이며,
상기 서큘레이터(18)는 상기 챔버(30)로부터 상기 순환공기를 흡인하고, 상기 순환공기를 송풍하여 상기 무화장치(10)에서 생성된 상기 무화입자를 상기 챔버(30) 내로 분사하며,
상기 공기인입구(35)는 상시 개방되어 외부의 공기가 상기 공기필터(35a)를 통과해 상기 챔버(30) 내로 인입될 수 있는
살균장치. - 제5항에 있어서, 상기 공기필터(35a)는 통과 입자의 최대 직경이 3 ㎛ 이하인 살균장치.
- 제5항에 있어서, 상기 분무관(21)이 상기 챔버(30)에 연결되는 지점인 분무관 출구(23)가 상기 분무관(21)이 상기 무화장치(10)에 연결되는 지점인 분무관 입구(22)보다 30 cm 이상 높은 위치에 있으며, 상기 순환관(24)이 상기 챔버(30)에 연결되는 지점인 순환관 입구(25)의 위치와 상기 분무관 출구(23)의 위치는 높이 차이가 30 cm 이하인 살균장치.
- 제5항에 있어서, 상기 분무관(21)이 굴곡진 형태를 갖는 살균장치.
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| KR101552874B1 (ko) * | 2015-05-28 | 2015-09-14 | 김정우 | 초입자 분무장치 |
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| CN101365498A (zh) | 2005-07-07 | 2009-02-11 | 斯特里斯有限公司 | 采用过氧化氢蒸气的房间净化 |
| CA2808561C (en) | 2009-09-30 | 2017-08-29 | Tso3 Inc. | Sterilization apparatus |
| KR101116042B1 (ko) * | 2010-03-29 | 2012-02-22 | 표광성 | 초음파 가습원리를 이용한 과산화수소 의료용 소독장치 |
| KR20120065503A (ko) * | 2010-12-13 | 2012-06-21 | (주)메디칼어플라이언스 | 과산화수소를 이용한 밀폐된 공간의 멸균장치 |
| KR101524042B1 (ko) | 2013-07-15 | 2015-06-01 | (주) 씨엠테크 | 멸균장치 및 이를 이용한 멸균방법 |
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2021
- 2021-11-12 KR KR1020210155430A patent/KR102652622B1/ko active Active
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