KR101388896B1 - 호흡 보호 장치 - Google Patents

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KR101388896B1 KR1020087023706A KR20087023706A KR101388896B1 KR 101388896 B1 KR101388896 B1 KR 101388896B1 KR 1020087023706 A KR1020087023706 A KR 1020087023706A KR 20087023706 A KR20087023706 A KR 20087023706A KR 101388896 B1 KR101388896 B1 KR 101388896B1
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브랜든 에이치. 하몬
앤드류 에스. 바이너
스코트 에이. 라르손
데이비드 엠. 캐스티글리온
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

호흡 장치는 안면 시일과, 안면 시일과 인터페이스를 형성하고 렌즈 및 섀시를 포함하는 단일체를 포함한다. 섀시는 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함한다.
호흡 보호 장치, 호흡 장치, 방독면, 시일, 하네스, 섀시, 포트

Description

호흡 보호 장치{RESPIRATORY PROTECTION DEVICE}
착용자에게 호흡 가능한 공기를 공급하는 호흡 보호 장치(respiratory protection device)(호흡 장치(respirator)라고도 함)가 여러 상이한 적용 분야에 사용되고 있다. 호흡 장치는 공기 공급원이 오염될 수 있는 화재, 군사 작전, 그리고 위험한 산업상 응용 중에 사용될 수 있다. 호흡을 위해 코와 입에 청정 공기원을 제공하는 것 외에, 전면 호흡 장치(full-face respirator)는 또한 유해하거나 자극적인 기체 및 다른 물질로부터 눈과 안면을 보호한다. 이 장치는 탈착 및 교체 가능한 필터 요소 또는 공기 공급원으로의 커넥터를 수용하기 위한 장착부를 더 포함할 수 있다.
많은 특정 유형의 호흡 장치가 통용되고 있다. 이러한 호흡 장치는 렌즈, 착용자의 안면 주위에 렌즈를 장착하기 위한 안면 시일(face seal) 및 착용자의 안면으로 공기를 공급하기 위한 하나 이상의 포트를 포함한다. 포트는, 렌즈에 부착된 안면 시일 또는 렌즈 재료 자체 내에 구비된다. 이러한 포트는 안면 시일 및/또는 렌즈의 제조 공정에 복잡성과 비용을 추가시킨다. 또한, 호흡 장치는 특정 사용 상황에 따라 상이한 모드로 구성될 수 있다. 그러나, 여러 가지 상황에 맞추어 호흡 장치를 구성하는 것은 호흡 장치의 최적화를 저해하는 설계사의 트레이드오프(tradeoff)로 이어질 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은, 안면 시일과, 안면 시일과 인터페이스(interface)를 형성하고 렌즈 및 섀시를 포함하는 단일체(unitary body)를 포함하는 호흡 장치이다. 섀시는 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 안면 시일과, 안면 시일과 인터페이스하도록 구성되는 제1 단일체를 포함하는 조합체이다. 제1 단일체는 렌즈 및 섀시를 포함한다. 섀시는 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함한다. 조합체는 또한 안면 시일과 인터페이스하도록 구성되는 제2 단일체를 포함하며, 렌즈 및 섀시를 포함한다. 섀시는 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은, 안면 시일을 제공하는 단계와 안면 시일과 인터페이스를 형성하도록 구성되는 단일체를 제공하는 단계를 포함하는 호흡 장치 작동 방법이다. 단일체는 렌즈 및 섀시를 포함한다. 섀시는 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함한다.
이러한 설명은 본 명세서에 제시되는 개념들의 모든 구현예들이나 각각의 개시한 실시예를 설명하고자 하는 것이 아니다. 이어지는 도면 및 설명은 예시적인 실시예를 보다 상세하게 예시한다.
용어
이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:
"주변 공기"는 임의의 세정과는 독립된 주어진 환경 또는 그러한 환경에 존재하는 공기 이동 장치 내에 존재하는 공기를 의미한다.
"공기 공급원"은 송풍기 유닛, 압축 공기원, 탱크 또는 다른 장치에 의해 제공되는 공기 공급원을 의미한다.
"청정 공기"는 호흡하거나 피부와 접촉되도록 여과되거나 달리 안전하게 만들어진 공기를 의미한다.
"섀시"는 안면 시일과는 다른, 호흡 장치의 구성요소에 대한 지지 구조체를 의미한다.
"유체 연결부"는 그를 통해 유체가 교환될 수 있도록 하는 연결부를 의미한다.
"인터페이스"는 인접 구성요소들 간의 공통 경계를 형성하는 표면을 의미한다.
"렌즈"는 광이 통과하도록 하는 재료로 제조되는 장치를 의미한다.
"비일체형"은 상호 분리되게 만들어진 것을 의미한다.
"불투명"은 광이 투과할 수 없는 것을 의미한다.
"투명"이란 물체나 이미지를 볼 수 있도록 광이 투과 가능한 것을 의미한다.
"단일체"는 함께 접합된 2개 이상의 부품을 의미한다.
본 명세서에서 제시된 개념은 여러 도면 전체에서 동일한 구조체 또는 시스템 요소가 동일한 도면 부호로 지칭될 수 있는 첨부된 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다.
도 1은 착용자에 의해 착용된 호흡 보호 장치의 등각도.
도 2는 호흡 보호 장치의 분해 등각도.
도 3은 단일체의 등각도.
도 4는 단일체의 등각도.
도 5는 단일체의 등각도.
도 6은 단일체의 등각도.
상기 도면들은 본 발명의 한 가지 이상의 실시예들을 도시하고 있지만, 본 명세서에 언급된 바와 같이 다른 실시예들도 또한 고려된다. 모든 경우에, 본 명세서에서 제시되는 개념은 본 발명을 제한하기 위해서가 아닌 설명하기 위해서 기술한다. 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 이론의 범위 및 정신 내에 속하는 여러 가지 다른 변형예 및 실시예들을 고안할 수 있을 것으로 이해해야 한다.
도 1은 착용자(12)에게 착용된 호흡 보호 장치(10)의 등각도이다. 장치(10)는 장치(10)를 착용자(12)의 머리에 고정시키는 하네스(16)를 갖는 안면 시일(14)을 포함한다. 공기와 다른 오염물이 착용자(12)의 안면에 도달하는 것을 방지하기 위해서, 단일체(18)가 안면 시일(14)과 인터페이스를 형성한다. 코 컵(nose cup)(19)이 단일체(18)에 결합되어, 착용자(12)의 코와 입을 둘러싼다. 단일체(18)를 안면 시일(14)에 클램핑시키도록 프레임(20)이 제공된다. 작동 중에, 장치(10)는 착용자를 유해 기체, 증기 및/또는 입상 물질로부터 보호한다. 공기 입구용 및/또는 출구용 연결부를 제공하기 위해서, 적어도 하나의 포트가 단일체(18)에 구비된다. 몇몇 경우에, 별도의 흡기 포트 및 별도의 배기 포트가 사용된다.
도 2는 장치(10)의 분해 등각도이다. 안면 시일(14)은, 착용자 안면과의 유체 밀봉 시일과, 단일체(18)와 같은 여러 단일체 구조들과의 인터페이스를 제공하도록 설계된다. 단일체(18)와의 인터페이스를 형성하기 위해서, 안면 시일(14)은 환형 링(22)을 포함한다. 환형 링(22)은 실리콘 고무와 같은 탄성 고무로 제조될 수 있으며, 착용자의 시야를 현저히 저해하지 않게 착용자의 안면을 둘러싸도록 하는 크기일 수 있다. 단일체(18)는 환형 링(22)의 내표면(24)과 인터페이스를 형성한다. 프레임(20)은 시일 내표면(24)에 단일체(18)를 클램핑시키도록 환형 링(22)의 외표면(26)을 둘러싼다.
안면 시일(14)이 여러 단일체 구조들과 작동 가능하기 때문에, 착용자(12)는 특정 상황에 적합한 단일체를 구비한 장치(10)를 작동하는 것을 선택할 수 있다. 아래에서 설명하는 바와 같이, 단일체는 장치(10)의 여러 기능적 구성요소들을 지지 및 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 착용자는 장치(10)가 사용되는 상황에 따라서 대화 포트(speaking port) 및/또는 동력 공기 공급원으로의 연결부를 포함하는 특정 단일체를 선택할 수 있다. 따라서, 착용자(12)는 각각의 상황에 대해 별도의 안면 시일(14)을 구비할 필요가 없으며, 이는 여러 적용 분야에 대해 적합한 복수의 호흡 보호 장치를 구비하는 비용을 절감시킬 수 있다. 단지 단일의 공통적인 안면 시일만을 사용할 필요가 있기 때문에, 착용자는 그의 머리에 잘 맞는 특정 안면 시일을 구할 수 있다. 이러한 안면 시일을 구하면, 착용자는 선택한 안면 시일 크기를 이용하여, 이러한 안면 시일이 잘 맞음을 확인할 수 있다. 또한, 안면 시일(14)이 유체 연결용 포트와 같은 기능적 구성요소를 포함할 필요가 없기 때문에, 안면 시일(14)에 사용되는 재료의 양과 안면 시일(14) 구조의 복잡성이 저감된다.
단일체(18)는 특정 작동 모드에 대해 최적화될 수 있다. 장치(10)가 사용되는 위험한 상황에 따라서 상이한 모드가 선택될 수 있다. 이러한 선택은 상황에 대한 특정 오염물과 그 오염물의 농도 레벨에 따를 수 있다. 높은 레벨의 오염물은 동력 공기 정화 호흡 장치(Powered Air Purifying Respirator: PAPR) 또는 급기 호흡 장치(supplied air respirator)의 사용을 필요로 할 수 있다. 특정 모드에 대한 단일체에서의 구성요소 및/또는 특징부의 개수, 크기 및 배치는 최적화될 수 있다. 결과적으로, 각각의 단일체는 특정 모드의 필요성을 충족시키는 단순한 설계를 포함할 수 있다. 따라서, 장치(10)는 사용의 단순성(외부 부품이 존재하지 않기 때문이며, 이는 외부 부품의 목적 및 필요성에 대한 혼란을 피함), 연습의 용이성 및 유지 관리의 용이성을 제공한다. 또한, 사용자의 보호, 안락함 및 숙련도가 향상될 수 있다.
단일체(18)는 섀시(30)와 그 섀시(30)와 일체인 렌즈(32)를 포함한다. 섀시(30)는 호흡 장치(10)의 기능적 구성요소에 대한 지지 구조체를 형성한다. 이러한 기능적 구성요소는 하나 이상의 렌즈, 호흡용 구성요소, 대화용 구성요소, 센서 등을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 섀시(30)는 렌즈(32), 측면 카트리지(34), 배출 포트(36) 및 대화 포트(38)를 지지한다.
섀시(30)는 고온 및 화학 작용제에 내성을 갖는 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 섀시(30)는 나일론, 제노이(Xenoy®) 수지 및/또는 이들의 조합 과 같은 엔지니어링 등급(engineering-grade)의 열가소성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 제노이(Xenoy?) 수지는 반결정질 폴리에스테르(예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있음)와 폴리카보네이트의 혼합물이다. 제노이(Xenoy?) 수지는 미국 매사추세츠주 피츠필드 소재의 지이 플라스틱스(GE Plastics)로부터 입수 가능하다. 원하는 경우에, 섀시(30)는 그를 통한 광의 투과를 방지하도록 불투명일 수 있다. 섀시는 예컨대 연마, 충격 및/또는 용접 스패터(spatter)에 대한 내성과 같은 다른 원하는 물리적 특성을 포함할 수 있다.
렌즈(32)는 폴리카보네이트와 같은 투명한 엔지니어링 등급의 열가소성 플라스틱으로 형성되어, 섀시(30)에 부착될 수 있다. 따라서, 섀시(30) 및 렌즈(32)는 상이한 재료로 형성될 수 있다. 렌즈(32)는 일체형 구조를 형성하도록 섀시(30)에 접합될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(32)는 섀시(30)에 화학적, 기계적 또는 열적으로 접합될 수 있다. 렌즈(32)는 성형되거나 달리 형성되어, 예컨대 성형 또는 용접 공정을 이용하여 섀시(30)에 부착될 수 있다. 어느 경우든, 유체 밀봉 시일은 섀시(30)와 렌즈(32) 사이에 형성된다.
또한, 렌즈(32)는 투명할 수 있으며, 화학 물질 및/또는 스크래칭에 대한 내성을 증대시키도록 코팅으로 처리될 수 있다. 상이한 적용 분야에 대해서, 렌즈(32)는 예컨대 착색, 투명, 편광, 자동 명암 조절(auto darkening) 등의 여러 유형일 수 있다. 섀시(30)가 장치(10)의 기능적 구성요소들을 포함하기 때문에, 렌 즈는 이들 구성요소를 포함할 필요가 없으며, 이는 렌즈(32)에 사용되는 재료의 양과 렌즈(32)의 복잡성을 저감시킬 수 있다는 점을 또한 주목할 필요가 있다. 따라서, 렌즈(32)의 설계는 다른 구성요소들을 지지하는 데 필요한 복잡성으로 인해 가시 영역에 중요한 광학 특성들을 손상시키지 않고 이러한 광학 특성들에 집중될 수 있다.
측면 카트리지(34)는 착용자가 장치(10)의 외부로부터 주변 공기를 호흡하도록 하기에 적합한 공기 처리 매체를 포함할 수 있으며, 이는 호흡하거나 그리고/또는 피부와 접촉되도록 공기 처리 매체에 의해 여과되거나 달리 안전하게 만들어진다. 카트리지(34)는 다른 카트리지가 섀시(30)에 부착되게 하도록 분리될 수 있다. 착용자(12)가 일단 청정 공기를 흡입하면, 공기는 배출 포트(36)를 통해 배출될 수 있다. 포트(36)를 통한 원하지 않는 오염물의 유입을 방지하기 위해서, 밸브 커버(37)가 포트(36)를 덮도록 구비된다. 대화 포트(38)는 착용자로부터 음성을 장치(10)의 외부로 증폭시키거나 달리 전달할 수 있다.
단일체(18)를 안면 시일(14)에 밀봉시키기 위해서, 단일체(18)는 환형 링(22)의 내부 가장자리(24)와 접촉 배치된다. 단일체(18)는 안면 시일(14)과 단일체(18) 사이의 인터페이스에 대한 보다 안정적인 시일을 제공하는 리브를 구비한 채널을 포함할 수 있다. 이어서, 고정 밴드 또는 칼라일 수 있는 프레임(20)이 환형 링(22)의 외부 가장자리(26) 둘레에 위치된다. 프레임(20)은 안면 시일(14)을 단일체(18)에 클램핑시키는 데 사용될 수 있는 메커니즘들 중 단지 하나의 예이다. 다른 적합한 메커니즘들이 또한 채택될 수 있다.
도시된 실시예에서, 안면 시일(14)과 단일체(18) 사이에 밀봉 인터페이스가 형성되도록 외표면(26) 둘레에 클램핑력을 제공하는 데 체결구(40)가 사용될 수 있다. 프레임(20)은 체결구(40)를 수용하는 제1 개구(42) 및 제2 개구(44)를 포함한다. 제2 개구(44)에는 체결구(40)의 나사부와 정합되는 나사부가 형성될 수 있다. 대안적인 단일체를 사용하기 위해서, 체결구(40)가 느슨하게 되어, 단일체(18)가 안면 시일(14)로부터 분리될 수 있다. 이어서, 대안적인 단일체가 내표면(24)과 접촉되게 배치되어, 프레임(20)을 사용하여 클램핑될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 안면 시일(14)과 인터페이스를 형성하도록 구성되는 대안적인 단일체들을 도시하고 있다. 이러한 단일체들의 하나 이상은 특정 적용 분야에 따라 특정 단일체가 선택될 수 있도록 안면 시일(14) 및/또는 프레임(20)을 구비할 수 있다. 따라서, 착용자는 상이한 단일체를 교환할 수 있어, 단지 하나의 안면 시일(14)을 구비하는 비용만을 부담한다. 전술한 사항들에 기초하여 다른 이점들도 실현된다.
도 3은 섀시(52) 및 렌즈(54)를 구비한 단일체(50)의 등각도이다. 렌즈(54)는 전술한 바와 같이 섀시(52)에 부착된다. 섀시(52)는 동력선(58)용 전기 접속부(56)를 포함한다. 동력선(58)은 배터리 팩(미도시)에 부착되어, 섀시(52) 내에 내장된 안면 장착 송풍기 유닛(face mounted blower unit)(60)으로 전류를 제공한다. 송풍기 유닛(60)이 필터(62)를 통해 주변 공기를 끌어들여 청정 공기를 착용자의 호흡 영역으로 보내도록 필터(62)가 구비될 수 있다. 단일체(50)는 어떤 상황에서 높은 레벨의 오염물이 존재하는 경우에 유용하다. 공기가 착용자에 의해 배출되도록 배출 포트(64)가 구비된다. 전술한 바와 같이 포트(64)를 덮는 데 밸브 커버(미도시)가 사용될 수 있다.
도 4는 섀시(72) 및 렌즈(74)를 포함한 단일체(70)의 등각도이다. 렌즈(74)는 섀시(72)에 부착된다. 섀시(72)는 송풍기 유닛 또는 압축 공기 공급원으로부터 가압된 또는 동력을 받은 공기를 분배하는 호스(78)에 결합되는 포트(76)를 더 포함한다. 공기가 착용자에 의해 배출되도록 하는 배출 포트(80)가 더 구비되며, 이는 전술한 바와 같이 밸브 커버에 의해 덮일 수 있다.
도 5는 섀시(92)와 그에 부착된 렌즈(94)를 구비한 단일체(90)의 등각도이다. 섀시(92)는 중앙 필터(96)에 결합되는 포트를 포함한다. 착용자의 호흡은 필터(96)를 통과하도록 공기를 가한다. 배출 포트(98)는 공기가 착용자에 의해 배출되도록 한다. 밸브 커버가 또한 포트(98)를 덮는 데 사용될 수 있다.
또한, 렌즈(32, 54, 74, 94)는 모두 형상 및 크기에 있어서 유사하다. 따라서, 이들 렌즈들에 대한 각각의 섀시는 호흡 장치의 상이한 기능적 구성요소를 포함하지만, 제조 비용의 절감을 위해서 유사한 렌즈가 상이한 섀시에 사용될 수 있다.
도 6은 다른 단일체(100)의 등각도이다. 단일체(100)는 섀시(102)와 그에 부착된 렌즈(104)를 포함한다. 섀시(30)와 유사하게, 섀시(102)는 측면 카트리지(106) 및 배출 포트(108)를 포함한다. 포트(108)는 또한 밸브 커버에 의해 덮일 수 있다. 본 실시예에서, 렌즈(104)는 렌즈(104)와 섀시(102) 둘 모두가 안면 시일(14)과의 인터페이스를 형성하도록 단일체(100)의 외부 가장자리로 연장된다.
안면 시일(14)과 같은 공통 안면 시일을 사용함으로써, 호흡 보호 장치를 작동시키는 데 여러 단일체 구조가 사용될 수 있다. 따라서, 안면 시일과 하나보다 많은 단일체와의 조합은 위험한 호흡 상황에 직면할 때 착용자에게 여러 선택권을 제공할 수 있다. 프레임(20)과 같은 프레임을 사용하여, 착용자는 안면 시일로부터 하나의 단일체를 쉽게 분리시킬 수 있으며, 그에 제2 단일체를 밀봉시킬 수 있다.
몇몇 대안적인 실시예들과 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 형태 및 세부 사항에 있어서 변경이 행해질 수 있음을 파악할 수 있을 것이다. 예를 들어, 임의의 특정 단일체 구조가 안면 시일과 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 단일체 내에서 여러 구성요소 및 구조의 포트 및 연결부가 사용될 수 있다. 또한, 하나의 실시예에 대해 도시되고 설명된 특징은 필요하다면, 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 환형 링을 갖는 안면 시일과;
    안면 시일의 환형 링과 인터페이스를 형성하도록 구성되고, 안면 시일로부터 분리되도록 구성된 단일체를 포함하고,
    단일체는 렌즈와,
    유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함하는 섀시와,
    환형 링의 내표면과 단일체 사이에 클램프를 제공하도록 구성된 환형 링의 외표면을 둘러싸는 프레임을 포함하는 호흡 장치.
  2. 제1항에 있어서, 렌즈는 제1 재료로 형성되고 섀시는 제1 재료와 다른 제2 재료로 형성되며, 제1 재료는 폴리카보네이트이고 제2 재료는 폴리에스테르와 폴리카보네이트의 블렌드인 장치.
  3. 환형 링을 갖는 안면 시일과;
    안면 시일의 환형 링과 인터페이스를 형성하도록 구성되고 렌즈 및 섀시를 포함하며, 섀시는 안면 시일과 인터페이스를 형성하고 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함하는 것인, 제1 단일체;
    안면 시일의 환형 링과 인터페이스를 형성하도록 구성되고 렌즈 및 섀시를 포함하며, 섀시는 안면 시일과 인터페이스를 형성하도록 구성되고 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함하는 것인, 제2 단일체; 및
    안면 시일의 환형 링에 제1 단일체와 제2 단일체 중 하나를 클램핑 시키도록 구성된 환형 링의 외표면을 둘러싸는 프레임을 포함하는 조합체.
  4. 환형 링을 갖는 안면 시일을 제공하는 단계;
    안면 시일의 환형 링과 인터페이스를 형성하도록 구성되는 단일체를 제공하는 단계; 및
    안면 시일의 환형 링의 내표면에 단일체를 클램핑 시키도록 구성된 환형 링의 외표면을 둘러싸는 프레임을 제공하는 단계
    를 포함하고, 단일체는 렌즈 및 섀시를 포함하며, 섀시는 안면 시일과 인터페이스를 형성하고 유체 연결을 위한 적어도 하나의 포트를 포함하는 것인 호흡 장치 작동 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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