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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.6 pp.179-186
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.6.179

Study on temperature control of disinfectant solution for vehicle disinfecting system

Young-Il Lim1, Dong-Il Chang1, Jeong-Chul Kim1, Dong-Suk Park1, Seung-Joo Lee1, Beom-Sun Kang2, Suk Kim3, Tae-Hoon Lee4, Chung-Heon Choi4, Hong-Hee Chang4*
1Department of Biosystems Machinery Engineering, College of Agriculture and Life Sciences, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
2HSM Co., LTD, Cheonan 31246, Korea
3Department of Veterinary Medicine, College of Veterinary Medicine(IALS), Gyeongsang National University, Jinju 52828, Korea
4Department of Animal Science, College of Agriculture and Life Sciences(Insti. of Agric. & Life Sci.), Gyeongsang National University, Jinju 52828, Korea
Corresponding author: Hong-Hee Chang Tel: +82-55-772-1944 Fax: +82-55-772-1949 hhchang@gnu.kr
June 26, 2015 October 13, 2015 October 14, 2015

Abstract

This study was conducted to improve the conventional vehicle disinfection system that shows very low sterilizing effect at lower temperature than effective temperature of disinfectant solution in winter. Temperature of disinfectant solution sprayed from the nozzles of a improved vehicle disinfection system must be kept within the effective temperature range of 15~20°C in winter, and nozzles and hose must not be frozen. In order to achieve two aims mentioned above, we determined proper temperature of disinfectant solution in a tank and thermal capacity of a constant wattage heating cable. Under ambient temperature of –25°C, proper temperature of disinfectant solution in a tank was about 30°C and proper thermal capacity of a constant wattage heating cable was about 26W m-1.


차량소독장치에서 소독약액의 온도제어에 관한 연구

임 영일1, 장 동일1, 김 정철1, 박 동석1, 이 승주1, 강 범선2, 김 석3, 이 태훈4, 최 충헌4, 장 홍희4*
1충남대학교 농업생명과학대학 바이오시스템기계공학과
2(주)에이치에스엠
3경상대학교 수의과대학 수의학과(농업생명과학연구원)
4경상대학교 농업생명과학대학 축산학과(농업생명과학연구원)

초록

본 연구는 겨울철에 상대적으로 낮은 기온으로 인하여 소독효과가 저하되는 기존의 차량소독시스템을 개선함으로써 우리나라의 겨울철에도 차량소독장치의 분무노즐로부터 분사되는 소독약액이 동결되지 않 고 분무 시 소독약액의 온도가 유효온도인 15~20°C 범위 내에서 유지되도록 하여 농장출입차량에 대 한 소독효과를 높여 가축전염병에 대한 차단방역이 확실히 이뤄지도록 하기 위해 수행되었다. 이를 위 해 분사 후 소독약액의 온도가 유효온도 범위 내에서 유지되도록 하기 위한 소독약액탱크 내 소독약액 의 적정온도 및 펌프와 분무노즐 사이에 있는 호스와 분무노즐의 동결을 방지하기 위한 열선의 용량을 결정했다. 기온이 –25°C인 상황을 가정하여 실험한 결과, 분사되는 소독약액의 온도를 유효온도의 하한 치인 15°C 이상으로 유지하기 위한 소독약액 탱크 내 소독약액의 온도는 약 30°C이었으며, 호스와 분무 노즐의 동결을 방지하기 위한 열선의 용량은 26W m-1 이상이었다.


    Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairshttp://dx.doi.org/10.13039/501100003624

    서론

    현재 국내 축산농가에서 발생하고 있는 주요 전염 병은 구제역, 브루셀라, 돼지열병, AI 등과 같이 다 양한 병원체에 의해 발생되고 있다. 이러한 주요 전 염병에 의한 피해액은 2005년부터 2011년까지 살처 분 보상액 기준 총 2조 6,000억원 정도로 추정되고 있으며, 최근 발생한 구제역으로 인한 피해는 3조원 이상으로 추정되는 등 질병에 의한 피해가 증가하고 있는 경향을 보이고 있다(Choi et al., 2002; Choi & Hong, 2008).

    소독 측면에서 주요 전염병이 계속해서 발생되는 주요 원인에는 겨울철 농장에 진출입하는 사료배송 차량, 가축출하차량, 가축분뇨차량 및 기타 차량 등 에 대한 소독이 철저하게 이루어지지 않고 있기 때 문이다. 대부분의 소독약은 저온에서 소독효과가 낮 아지기 때문에 기온이나 수온이 낮으면 농도를 높여 주어야 하지만 알데히드류 소독약은 20°C 이상이면 오히려 효력이 떨어진다. 염소제 소독약은 15~20°C 에서 가장 효력이 좋고 저온이나 고온에서는 소독력 이 낮아진다(Kahrs, 1995;Mateos Poumian, 1995; Chang et al., 2014). 따라서 소독약액의 유 효온도는 15~20°C라고 말할 수 있다. 소독약액의 온도가 유효온도인 15~20°C 내에서 유지된 상태로 분무되어야 하는데 유효온도 하한치인 15°C보다 낮 게 유지된 상태로 분무되어 소독효과가 매우 미미할 뿐만 아니라 소독약액을 분무했을 때 소독약액에 의 해 차체표면 전체가 골고루 피복되어야 하는데 피복 되지 않는 면적이 많아 소독이 철저하게 이루어지지 않기 때문이다.

    우리나라의 겨울철(1월) 기온은 도서지역을 제외 한 육지의 대표적인 45개 지점의 1981~2010년 평 년값을 기준으로 하여 –6~3°C 정도로 낮게 유지된 다(KMA, 2014). 이처럼 겨울철에 대부분의 기온이 소독약액의 유효온도 하한치 15°C보다 낮기 때문에 소독약액의 온도를 15°C 이상으로 유지할 수 있는 가온장치가 필수적으로 구비되어야만 한다. 그러나 2015년 현재 보급되어 있는 차량소독장치에는 펌프 로부터 분무노즐까지 소독약액을 공급하는 호스의 동결을 방지할 수 있는 열선을 구비하고 있을 뿐 근 본적으로 소독약액 탱크 내에 있는 소독약액의 온도 를 유효온도 하한치 15°C 이상으로 유지하기 위한 가온장치가 거의 구비되어 있지 않은 실정이다. 이 에 따라 겨울철 차량소독 시에 소독약액의 온도가 유효온도 하한치 15°C보다 낮아 소독효과가 매우 미 미하게 나타나고 있다.

    펌프와 분무노즐 사이의 호스에 들어 있는 소독 약액의 양은 매우 적기 때문에 차량이 차량소독장 치에 진입과 동시에 소모되어 차량 소독에는 영향 을 미치지 않는다. 따라서 펌프와 분무노즐 사이의 호스에 들어 있는 소독약액의 경우 유효온도 하한 치 15°C 이상으로 온도를 유지할 필요 없이 단지 동결만 되지 않으면 된다. 그러나 차량이 차량소독 장치에 진입과 동시에 호스에 들어 있는 소독약액 이 모두 소모된 후 소독약액 탱크 내에 들어 있는 소독약액이 펌프에 의해 분무되어 소독이 실질적으 로 이루어지기 때문에 소독약액 탱크에 들어있는 소독약액의 온도를 항상 유효온도 하한치 15°C 이 상으로 유지해야 한다. 강원도 일부지역의 경우 겨 울철 최저기온이 간혹 –25°C 이하로 떨어지기도 한 다(KMA, 2014). 따라서 기온이 –25°C 이하로 떨어 지는 상황에서도 소독약액 탱크에 들어 있는 소독 약액의 온도가 유효온도 하한치 15°C 이상으로 유 지될 수 있어야 한다.

    현재까지 발표된 차량소독장치 관련 연구결과들 은 노즐형태, 분무거리, 분무압력 및 분무각도 (Chung et al., 1995; Oh et al., 2003; Kim & Lee, 2005; Kim & Lee, 2007) 등에 한정된 것으 로써, 소독효과의 극대화를 위한 소독약액의 적정 온도와 호스 동결 방지용 열선의 적정 용량 등과 관련된 연구결과는 전무한 실정이다.

    따라서 본 연구는 악조건인 –25°C 이하의 기온에 서 소독약액 탱크에 들어 있는 소독약액의 적정온도 유지 및 펌프와 분무노즐 사이의 호스에 들어 있는 소독약액이 동결되지 않도록 할 수 있는 열선의 적 정 용량을 제시하고자 수행되었다.

    재료 및 방법

    1.측정항목별 측정방법

    차체온도와 노즐온도는 비접촉식온도계(testo 830-T1, TESTO, Germany)를 사용하여 측정하 였다. 이 비접촉식온도계의 측정범위는 -30~40 0°C, 분해능은 0.5°C, 정확도는 0.1~400°C 범위 에서 ±0.5°C, -30~0°C범위에서 ±2°C이었으며, 작동온도는 -20~50°C이었다. 주위온도는 상온온 도계(TR-72U, T&D corporation, Japan)를 사 용하여 측정하였으며, 소독약액의 온도는 수은온 도계(HT100, Vision lab, Korea)를 사용하여 측 정하였다.

    2.소독장치의 사양

    2.1.소독약액탱크 및 히터

    소독약액탱크는 600L를 저장할 수 있고, 내산 성이 있는 PE 재질의 탱크를 사용하는 것으로 설 계하였고, 소독약액탱크 내 히터는 발열량 조절이 가능한 5kW 이머전 히터(WHF-5, Daeseong Electronic, Korea) 1대를 사용하였다(Fig. 1).

    2.2.펌프

    펌프는 2hp으로 20kgf/cm2의 압력을 발생시킬 수 있는 플런저 펌프를(DS-30A, Donyang Tech. Tool, Korea) 사용하는 것으로 설계하였다.

    2.3.호스

    펌프로부터 노즐대로 소독약액을 공급하기 위 하여 호스(SAE-100R1 AT-NO SKIVE TYPE, Sentec, Korea)를 사용하였으며, 이의 내경은 12.7mm 이었다.

    2.4.노즐 및 노즐대

    노즐은 부채꼴형 단일체 구조의 스테인레스 재 질의 노즐(HM-V, Hanmi Nozzle Eng, Korea) 로 선정하여 노즐 개수는 1차선을 기준하여 측면 에 10개, 상부에 5개를 각각 560mm, 500mm의 간격으로 설치하였으며(Fig. 2), 노즐대는 열처리 알루미늄 재질로 이루어진 3.5cm×3.5cm(노즐대 단면적) 배관내에 구멍이 3개가 되도록 하여 중앙 구멍에는 호스를 설치하고 양측 구멍에는 열선을 설치할 수 있도록 설계하였다(Fig. 2).

    2.5.열선

    본 차량소독장치에서 펌프로부터 분무노즐 사이의 호스와 분무노즐이 동결되지 않도록 하기 위해서 Fig. 3의 a)와 같이 발열량이 20W m-1 인 열선 (SH-CH-2000S, JP Heaters, Korea), Fig. 3의 b)와 같이 발열량이 각각 10W m-1(SRL16-2, Fine Engineering, Korea)와 16W m-1(RPHC-500, Sunghwa, Korea)인 두 가닥을 함께 사용하여 발열량이 26W m-1인 열선, Fig. 3의 c와 같이 발열량이 30W m-1 인 열선(SH-CH 3000S, JP Heaters, Korea)을 사 용하였으며, 이 세 가지 모델 모두 외피재질은 실리 콘이다.

    3.실험설계

    본 연구는 1.6, -10.7 및 -25°C인 3수준의 기 온에서 수행되었다. 1.6°C(경상남도 진주)와 –10. 7°C(강원도 화천)의 실험은 실제 기상조건에서 수 행한 것이며, -25°C의 실험은 실제 기상조건에서 수행하는 것이 여건상 현실적으로 불가능하여 냉 동고를 이용하여 열선 적정 용량을 실험하기 위해 서만 수행하였다. 1.6°C의 기온에서 실험할 때의 풍속은 1.94m/s이었으며, -10.7°C의 기온에서 실 험할 때의 풍속은 0.31m/s이었다(testo 425, TESTO, Germany). 분무 전후 소독약액 온도, 분 무 전후 차체 온도 및 노즐동결에 대한 실험 모두는 5반복으로 수행되었으며, 각 환경에 12시간 동안 노 즐을 노출시킨 후 노즐의 동결 여부를 판단하였다.

    4.차량이동속도와 소독시간

    실험에서 사용된 승용차(아반떼)와 트럭(2.5ton) 의 이동속도 및 소독시간은 Table 1과 같았다. 승용 차의 이동속도와 소독시간은 3.87km h-1와 4.22s이 었으며, 트럭의 이동속도와 소독시간은 3.81m h-1와 5.89s이었다.

    5.통계처리

    모든 실험결과에 대한 통계처리는 SAS(SAS Institue, Inc., 1989, Cary, NC)프로그램을 이용하여 GLM과 일원분산분석법(One-way ANOVA)으로 실시하였으 며, 평균간 비교는 Duncan's multiple range test(p= 0.05)를 이용하여 실시하였다.

    결과 및 고찰

    1.분무 전후 소독약액 온도

    소독약의 소독효과에 영향을 주는 인자는 사용농 도, 작용시간(접촉시간), 소독약액 온도, 소독대상 표면 청결도, 소독대상 재질 및 소독대상 미생물 감 수성 등이다(Kahrs, 1995; Mateos Poumian, 1995; Chang et al., 2014). 이러한 인자 중에서 소독약액의 온도는 분무 직후 소독약액의 온도를 의 미한다. 따라서 분무 직후 소독약액의 온도가 유효 온도 15~20°C 범위 내에 포함되어야 하며(Kahrs, 1995; Mateos Poumian, 1995; Chang et al., 2014), 이를 위해서는 겨울철에 필수적으로 전기에 너지를 이용하여 소독약액탱크 내의 소독약액을 가 온하여 적정온도로 유지해야 한다.

    주위 온도에 따른 분무 전후 소독약액의 온도변 화를 실험하였는데, 그 결과는 Table 2와 같았다. 펌프와 분무노즐 사이의 호스를 통하여 열이 손실 됨에 따라 분무 후 소독약액의 온도가 약 6~11°C 정도 저하되었고, 주위 온도가 낮을수록 소독약액 의 온도가 많이 저하되었다(p<0.0001). 분무 후 소 독약액의 온도가 유효온도인 15~20°C 정도 되어야 하는데, 주위 온도가 -10.7°C이고 소독약액탱크 내 소독약액의 온도가 28.8°C일 때 분무 후 소독약액 의 온도가 유효온도인 17.8°C로 유지되었다. 따라 서 우리나라의 겨울철 기온이 극한으로 떨어지는 상황에서는 소독약액탱크 내 소독약액의 온도를 최 소 30°C 정도로 유지하는 것이 바람직하며, 겨울철 이지만 기온이 상대적으로 높은 상황에서는 분사되 는 소독약액이 15~20°C 로 유지되도록 탱크내 소 독약액의 온도를 조절하는 것이 매우 중요하다고 판단된다.

    2.분무 전후 차체 온도

    주위 온도에 따른 분무 전후 차체 온도는 Table 3과 같았다. 주위 온도가 저하됨에 따라 분무 전 후 차체 온도가 저하되었으며, 분무 전 소독약액의 온도가 높을수록 분무 후 차체 온도가 높아지는 경향을 나타내었다. 특히 기온이 -10.7°C일 때 분 무 후 차체온도가 높아지는 현상은 뚜렷하게 나타 났다(p<0.0001). 알데히드류 소독약과 염소제 소 독약은 약제에 관계없이 20°C이하의 온도에서 온 도가 높아짐에 따라 소독효과가 좋아진다(Kahrs, 1995; Mateos Poumian, 1995; Chang et al., 2014). 따라서 소독약의 소독효과를 높게 나타내 기 위해서는 가온을 하지 않는 것보다는 가온을 하여 소독약액의 온도가 높은 상태로 분무하는 것 이 좋을 것으로 판단되었다.

    3.노즐 동결 시험

    현재 우리나라에서 차량소독장치의 심각한 문제점 은 겨울철에 동결에 의해 거의 대부분 작동되지 않 아 차량소독을 효과적으로 하지 못하는 것이다. 특 히 열선이 설치되어 있어도 열선의 용량이 충분하지 않아 동결되는 현상이 빈번하게 발생되고 있는 실정 이다. 이에 따라 호스와 분무 노즐의 동결을 방지하 기 위한 열선의 용량을 결정하기 위하여 기온이 1.6, -10.7 및 –25°C인 상태에서 20W m-1, 26W m-1 및 30W m-1의 용량을 가진 열선을 가지고 호 스와 분무 노즐의 동결 여부를 시험하였는데, 그 결 과는 Table 4 및 Fig. 4와 같았다.

    1.6°C와 –10.7°C의 기온에서는 20, 26, 30W m-1 용량의 열선 모두 분무 노즐이 동결되지 않았다. 하 지만 –25°C기온에서는 20W m-1의 용량을 가진 열 선에서 분무노즐이 동결되는 것을 확인할 수 있었으 며, 26W m-1와 30W m-1의 용량의 열선에서는 분 무노즐이 동결되지 않았다.

    따라서 우리나라의 기후에서 호스와 분무 노즐의 동결을 방지하기 위하여 필요한 열선의 용량은 26W m-1이상이면 충분한 것으로 판단되었다.

    Figure

    JALS-49-179_F1.gif

    Immersion heater

    JALS-49-179_F2.gif

    Nozzles and their rod

    JALS-49-179_F3.gif

    Heating cables used in the study.

    JALS-49-179_F4.gif

    Frozen or unfrozen nozzles under ambient air temperature of -25°C.

    Table

    Speed of vehicles and disinfecting time

    Temperature of disinfectant before and after spraying depending on ambient air temperature

    1)Mean ± SD.

    Temperature of disinfectant before and after spraying depending on ambient air temperature

    1)Mean ± SD.

    Effect of a constant wattage heating cable on preventing freeze of all nozzles

    1)Mean ± SD.

    Reference

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