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[분석장비 이야기] 실험실 후드(Fume Hood)의 태동과 변천사
Bio통신원(분석장비 탐험가)
실험실 후드는 국소적 배기가스 통풍시스템으로, 학교 연구실에서 산업 실험실에 이르기까지 거의 모든 실험실에서 사용되는 필수 장비 입니다. 실험실 후드의 발명으로, 우리는 독성위험이 있는 인화성 증기 가스와 에어로졸에 대한 노출을 최소화 할 수 있게 되었습니다.
Figure 1. 실험실 후드(Fume Hood), 자료출처: 위키피아
이와 같이 실험실에서 필수장비로 자리매김한 실험실 후드의 태동과 변천사에 대해 살펴보겠습니다.
20세기 초
1900년경 토마스 에디슨(Thomas Edison)은 실험실 환기에 관심을 가진 최초의 과학자 중 한 명이었습니다. 에디슨은 실험실 안에 있는 벽난로 굴뚝의 자연통풍을 사용하여 실험 시 발생하는 고무화합물의 유독가스를 배출했습니다.
1904년, Gdansk 대학교는 실험실에 나무와 유리로 만든 실험실 후드를 설치하였습니다.
Figure 2. Gdansk 대학에 설치된 실험실 후드, 자료출처: wikiwand.com
1936년, Labconco사는 상업적으로 판매되는 최초의 실험실 후드를 개발하였습니다. 이 장치는 작업자가 실험실 후드 앞에 설치된 여닫이 유리창을 통해 실험자가 손을 넣어 작업을 할 수 있게 설계되었습니다.
2차 세계대전
2차 세계대전 중에는 독성화학물질과 방사성 물질에 대한 두려움 때문에 많은 실험실 후드의 연구가 진행되었습니다. 전쟁기간 동안 고효율 미립자 공기(HEPA)필터가 개발되었으며, 이 필터를 적용한 실험실 후드는 사용자 보호수준을 크게 높였습니다.
1943년, 미국 아이오아에 위치한 Ames 연구소에 근무하는 John Weber는 속도 가변 배기흐름 디자인이 적용된 실험실 후드 제품을 개발하였습니다. 특히 이 디자인은 후드내부의 환기 억제기능이 필요한 원자력 실험실에서 많이 사용되었습니다.
1950년 초, 오크리지국립연구소의 엔지니어링 부서에서 일하는 존터너(John Turner)는 에너지 소비를 줄이기 위해, 후드 전면의 슬라이이딩 도어인 샤시(Sash)를 수직에서 수평구조로 교체할 것을 제안했습니다. 또한 외부 및 내부 후드 압력의 불균형을 해결하기 위해 기계식 댐퍼(damper)를 사용했습니다.
1961년 Labconco는 일체형으로 제작된 실험실 후드을 선보였습니다. (제품명: Fiberglass 47 model), Fiberglass 47 제품은 뛰어난 내구성, 난연성, 내약품성을 가졌으며, Labconco사의 이러한 일체형 디자인의 실험실 후드는 일반화학 실험실에 통용되는 디자인으로 자리 잡았습니다.
Figure 3. Labconco의 Fiberglass 28 hume hood. 자료출처: Labmanager.com
1968년, Francois-Pierre Hauville는 Erlab사를 설립하고, 같은 해에 세계 처음으로 덕트(Duct)가 필요 없는 실험실 후드(제품명: Captair)를 판매하였습니다. Erlab 사의 Captair 방식의 실험실 후드는 현재까지 판매되고 있습니다.
덕트는 건물의 쾌적한 환경을 구성하기 위하여 건물내부의 오염된 공기를 신속히 바깥으로 배출하고, 건물 외부의 신선한 공기를 건물 안으로 급기하는 통로로서, 덕트가 없는 실험실 후드는 덕트 설치비용을 절감시킬 수 있습니다.
1970년대에는 실험실 후드에 가장 큰 혁신인 ‘보조 공기 후드’가 개발되었습니다. 보조공기 후드는 외부공기를 후드에 도입하여 에너지를 절약하고, 실험실에서 만들어진 공기의 손실을 줄였습니다. 이 방식의 실험실 후드는 두 개의 덕트와 송풍기 시스템이 필요했습니다.
1970년대, Labconco는 연구자가 더 넓은 공간에서 안전하게 실험을 할 수 있는 Work-in 방식의 실험실 후드를 개발했습니다. Work in 방식 실험실 후드는 오늘날 많은 실험실에서 사용하고 있습니다.
Figure 4. work in hume hood, 자료출처: labconco.com
1996년 AFNOR AF X15(211): 1995 표준이 만들어졌습니다.
이 표준은 덕트가 없는 실험실 후드에 대한 엄격한 규제에 대한 내용을 담고 있습니다. 그리고 이 표준은 현재까지 모든 실험실후드에 대한 참조 표준으로 사용되고 있습니다.
Figure 5. AFNOR NF X 15(211)내용, 자료출처: erlab.com
1997년, Crafter 연구소는 고성능 실험실 후드에 대한 특허를 내고, 최초로 고성능 실험실 후드(제품명:Air Sentry)를 시장에 소개하였습니다. 이 고성능 실험실 후드는 유체역학을 기반으로 프로그래밍된 통합안전 제어시스템을 이용하여, 후드 내의 공기 흐름의 패턴을 효율적으로 제어 할 수 있습니다. 이러한 설계는 기존 실험실 후드보다 배기 공기량을 감소시켜 실험실 후드 작동비용을 절반으로 줄입니다.
Figure 6. Air sentry 실험실 후드, 자료출처: baker.com
1998년, Erlab사는 현대실험실에서 요구사항을 적극적으로 반영한 Captair 제품군을 소개하였습니다. 새로운 제품군에는 Captair Store(통풍필터링 저장캐비닛), Captair Bio(PCR 워크스테이션), Captair Flow(HEPA 필터 인클로저) 기능이 포함되었습니다.
Figure 7. captair store, 자료출처: Fisher scientific
Figure 8.captair Bio, 자료출처:Erlab
Figure 9. Captair Flow, 자료출처:Erlab
2000년대에는 50~60 fpm (feet per minute)에서 작동되는 실험실 후드가 개발되었습니다. 이 모델들은 기존 실험실 후드와 같은 성능을 제공내면서 훨씬 많은 에너지를 절약할 수 있었습니다.
2005년, Flores Valles사에서 Adiprol란 실험실 후드를 출시하였습니다. 이 후드는 내화학성과 내열성이 강하여, 고등학교와 대학교에서 인기가 높았습니다.
Figure 10. Adiprol hume hood, 자료출처: labhoo.com
2007년, Crafter 연구소에서는 과학교육 실험실을 위해 설계된 ‘에러 프렌티스 실험실 후드(Air-Prentice fume hood)’을 소개하였습니다. 이 모델은 가성비가 우수한 제품으로 알려져 있습니다.
Figure 11. Air Prentice Lab Fume hood, 자료출처: Lab Crafters
2008년, Erlab사는 Green fume hood 기술이 적용된 실험실 후드를 세계 분석기 기전시회인 Pittcon 전시회에서 소개하였습니다. Green fume hood 기술이 적용된 실험실 후드는 에너지 효율이 높고, 안전성이 뛰어난 환경 친화적인 제품입니다.
2009년 Thermo Fisher Scientific사는 독자 모델인 Hamilton Infinity fume hood를 선보였습니다. 이 모델은 Auto sash 기술을 통합하여 적절한 새시 위치 지정을 통해 안전 및 에너지 절약을 극대화 하였습니다.
Figure 12. Hamilton Infinity fume hood, 자료출처: thermos Fisher Scientific.com
아울러 Air Clean Systems사는 독립 덕트리스 실험실 후드를 판매하기 시작했습니다. 이 제품에는 배기 모니터링 기술과 Silconazyne 기술이 적용되었습니다. Silconazyne 기술은 고용량 활성탄과 함께 사용되는 실리카를 특징으로, 화학적이나 열적으로 향상된 여과 기술입니다.
Figure 13. Air Clean systems 사의 독립덕트리스 실험실 후드, 자료출처: aircleansystems.com
2010년, Air Science사는 EFT(Enhanced Filtration Technology) 필터기술을 사용한 에너지 절약형 후드인 Purair ECO 덕트리스 실험실 후드를 출시하였습니다. 이 제품은 가장 광범위한 응용분야의 작업환경에서 사용할 수 있도록 공기조화시스템 (HVAC_Heating Ventilation and Air conditioning)에 대한 부하를 최소화하고, 비용효율과 안전성을 높였습니다.
Figure 14. Purair ECO 덕트리스 실험실 후드, 자료출처: labwrench.com
2011년, Air Science사는 이동이 가능한 덕트리스 실험실 후드를 출시했습니다. 이 제품은 이동이 가능하기 때문에 실험실에서 다른 실험실로 이동을 수월하게 할 수 있고, 그만큼 응용범위를 확장 할 수 있습니다.
Figure 15. Air Science 모바일 덕트리스 실험실 후드, 자료출처: airscience.com
실험실 후드의 미래
가까운 미래에 요구되는 실험실 후드의 키워드는 에너지 효율 향상, 운영비용 절감, 환경영향 감소일 것입니다. 이러한 요구를 충족하는 고성능 후드가 업계 표준으로 자리매김을 할 것입니다. 아울러 ICT 기술에 기반한 스마트한 기능을 제공하는 많은 제품들이 출시될 것으로 예상합니다.
자료출처
Lab Manager / 위키피아 / wikiwand.com / Labmanager.com / labconco.com / erlab.com / baker.com / Fisher scientific / Erlab / labhoo.com / Lab Crafters / thermos Fisher Scientific.com / aircleansystems.com / labwrench.com / airscience.com
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