KR101819764B1 - 전동식 공기 정화 호흡기 - Google Patents

전동식 공기 정화 호흡기 Download PDF

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Abstract

착용자에게 여과된 공기의 강제 유동을 전달하는 전동식 공기 정화 호흡기가 개시된다. PAPR은 팬, 전기 모터, 및 무선 전자 제어 송수신기를 갖는 전자 제어 유닛을 포함한 터보 유닛 구성요소들을 갖는 터보 유닛 - 팬은 전자 제어 유닛의 제어 하에서 전기 모터에 의해서 구동되고, 전자 제어 유닛은 전자 제어 송수신기를 통해 정보를 송수신하도록 구성됨 - ; 터보 유닛 구성요소들에 전력을 제공하는 터보 유닛 전원; 무선 터보 원격 제어 송수신기를 갖는 터보 원격 제어 유닛; 터보 유닛 및/또는 터보 유닛 구성요소들의 현재의 작동 상태를 표시하도록 구성되고, 무선 터보 상태 송수신기를 갖는 적어도 하나의 터보 상태 표시기 유닛을 포함하고, 터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛 중 적어도 하나는 터보 유닛으로부터 멀리 떨어져 있고, 전자 제어 송수신기, 터보 원격 제어 송수신기 및 터보 상태 송수신기 중 적어도 2개는 서로 무선 통신한다.

Description

전동식 공기 정화 호흡기{A POWERED AIR PURIFYING RESPIRATOR}
본 발명은 착용자에게 여과된 공기의 강제 유동(forced flow)을 전달하는 전동식 공기 정화 호흡기(Powered Air Purifying Respirator, PAPR)에 관한 것이다.
전동식 공기 정화 호흡기(PAPR)는 잠재적으로 위험하거나 또는 건강에 해로운 먼지, 증기 또는 가스가 있는 것으로 알려져 있거나 또는 있을 위험이 있는 영역에서 작업할 때 사용되는 일반적인 유형의 호흡기이다. PAPR은 호흡기 착용자에게 공기의 강제 유동을 전달하기 위해 전기 모터에 의해 구동되는 팬을 포함하는 터보 유닛을 갖는다. 터보 유닛에 하나 이상의 필터가 설치되고, 이를 통해 공기가 팬에 의해 흡인된다. 공기는 터보 유닛으로부터 호흡 튜브를 통해 안면 피스(face piece), 헤드 피스(head piece) 또는 슈트(suit)와 같은 봉쇄된 착용자 환경까지 통과되어서, 여과된 공기를 착용자의 호흡 구역(구비 영역(orinasal area)으로 알려진 코 및 입 주위의 영역)에 제공한다.
PAPR을 위한 터보 유닛은 팬을 구동하는 전력을 조절하기 위한 전자 제어 유닛을 가질 수 있다. 전형적으로, 단일 전원, 예를 들어 배터리 팩이 팬 및 전자 제어 유닛 둘 모두를 위한 전력을 제공한다. 전자 제어 유닛은, 예를 들어 공기 유동이 지정된 수준 미만으로 떨어져서 지정된 수준의 호흡 보호가 위태롭게 될 가능성이 있는 경우, 착용자에게 경고하기 위하여 터보 상태 표시기를 시동시키는 데 사용될 수 있다. 전자 제어 유닛이 PAPR의 정확한 작동이 위태롭게 될 가능성이 있는 수준까지 배터리가 소모된 경우 상태 표시기를 시동시키거나 필터가 먼지로 막혀 교체될 필요가 있음을 착용자에게 경고하는 것이 또한 일반적이다. 전형적으로, 터보 상태 표시기, 예를 들어 발광체 및/또는 버저(buzzer)가 터보 유닛 하우징 상에 또는 그 내부에 장착되고 터보 유닛의 현재의 작동 상태를 착용자에게 경고하도록 배치된다.
터보 유닛이 제어부, 예를 들어 사용자가 터보 유닛을 온 및 오프 상태로 할 수 있게 하도록 터보 유닛 하우징 상에 장착된 스위치를 갖는 것이 보통이다. 전형적으로, 터보 유닛의 정상 작동 동안에, 공기는 미리 정해진, 실질적으로 균일한 체적 공기 유동으로 착용자에게 전달되어야 한다. 착용자는 공기 유동을 상이한 수준으로 조절가능할 필요가 있을 수 있는데, 예를 들어 착용자가 특히 열심히 작업하고 있어 더 깊게 호흡하거나 평상시보다 더 빠른 속도로 호흡하고 있는 경우, 공기 유동을 증가시키기를 원할 수 있다. 이를 용이하게 하기 위하여, 일부 터보 유닛에는 착용자가 공기 유동을 2개, 3개 또는 그 이상의 상이한 미리 설정된 공기 유동 값들, 예를 들어 160 리터/분 또는 180 리터/분의 이산된 범위 사이에서 변경할 수 있게 하도록 터보 유닛 하우징에 제어 스위치가 제공된다.
터보 유닛이 착용자의 몸통 주위에 고정될 수 있게 하는 벨트 또는 하니스(harness)가 PAPR의 터보 유닛에 제공되는 것이 일반적이다. 착용자가 수행하고 있는 작업과 간섭하지 않거나 이를 방해하지 않는 곳에 위치되도록 착용자의 몸통의 후방을 향해 착용자가 터보 유닛을 착용하는 것이 흔히 편리하다. 이들 상황에서, 특히 터보 유닛 제어부가 착용자의 시야 범위 밖에 있는 경우 착용자가 이를 찾아서 작동시키는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 터보 유닛에 전술된 것과 같은 공기 유동 수준 조절 장치가 제공된 경우, 터보가 시야에서 벗어나 있으면 착용자가 올바른 공기 유동 수준을 선택하는 것이 어려울 수 있다. 더욱이, 착용자는 터보 유닛에 장착된 시각적 터보 상태 표시기를 보는 것이 가능하지 않을 수 있다. 그러한 상황에서, 착용자는 청각적 표시기를 듣는 것에 의존하고, 그리고 나서 터보 유닛의 현재의 작동 상태를 진단하기 위하여 시각적 터보 상태 표시기를 참고한다. 전술된 상황은 종종 헤드 피스 또는 마스크와 같은 PAPR 착용자 봉쇄 환경이 착용자의 주변 시야를 제한하고 이에 의해 착용자의 시야 범위를 제한할 수 있다는 사실에 의해 악화된다.
착용자 봉쇄 환경이 풀 슈트(full suit)인 PAPR의 사용은 특히 응급 대응 상황에서 최근에 더욱 일반적이 되고 있다. 풀 슈트 시스템에서, 터보 유닛은 종종 슈트 내부에 둘러싸여, 착용자는 어떠한 터보 유닛 제어부에도 접근하지 못하게 된다. 더욱이, 착용자가 임의의 터보 유닛 장착형 시각적 터보 상태 표시기를 보는 것이 종종 가능하지 않다. 최근에 그러한 시스템에 대한 개선이 이루어졌고, 예를 들어 영국 RG12 8HT 브랙넬 케인 로드 쓰리엠 센터 소재의 쓰리엠 유나이티드 킹덤 피엘씨(3M United Kingdom plc)로부터 영국 내에서 입수가능한 켐프로텍스(Chemprotex) PRPS (전동식 호흡 보호 슈트) 시스템은, 시각적 터보 상태 표시기가 착용자의 시야 범위 내에서 슈트의 헤드피스 내부에 위치되어 슈트 내부에서 케이블을 거쳐서 터보 유닛에 접속되도록 수정된 터보 유닛을 제공한다.
전술된 것과 같은 그러한 유선 해결책은 개별 착용자의 선호 및/또는 직무 관련 선호에 적합하도록 제한된 위치설정 옵션을 제공한다. 유선 터보 상태 표시기의 위치설정은 종종 PAPR 착용자에 의해 착용되는 것으로 제한된다. 많은 작업장 상황에서, 예를 들어, 회전 기계에 근접한 작업에서, 유선 케이블의 사용은 와이어의 걸림 또는 얽힘의 문제 때문에 용인될 것 같지는 않다.
따라서, 착용자에게 터보 제어부 및 터보 상태 표시기에 대한 용이한 접근성을 제공하면서 임의의 유형의 봉쇄 환경에서 PAPR 시스템을 사용할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 착용자에게 여과된 공기의 강제 유동을 전달하기 위한 전동식 공기 정화 호흡기로서, 팬, 전기 모터, 및 무선 전자 제어 송수신기를 갖는 전자 제어 유닛을 포함한 터보 유닛 구성요소들을 갖는 터보 유닛 - 팬은 전자 제어 유닛의 제어 하에서 전기 모터에 의해서 구동되고, 전자 제어 유닛은 전자 제어 송수신기를 통해 정보를 송수신하도록 구성됨 - ; 터보 유닛 구성요소들에 전력을 제공하는 터보 유닛 전원; 무선 터보 원격 제어 송수신기를 갖는 터보 원격 제어 유닛; 터보 유닛 및/또는 터보 유닛 구성요소들의 현재의 작동 상태를 표시하도록 구성되고, 무선 터보 상태 송수신기를 갖는 적어도 하나의 터보 상태 표시기 유닛을 포함하고, 터보 원격 제어 유닛 또는 터보 상태 표시기 유닛 중 적어도 하나는 터보 유닛으로부터 멀리 떨어져 있고, 전자 제어 송수신기, 터보 원격 제어 송수신기 및 터보 상태 송수신기 중 적어도 2개는 서로 무선 통신하는 전동식 공기 정화 호흡기를 제공함으로써 전술된 문제점을 해결하는 것을 지향한다.
무선 원격 제어 유닛 및 무선 원격 상태 표시기 유닛을 제공함으로써, PAPR의 편리함의 개선이 달성될 수 있고, 특히 터보 제어부가 사용자에게 더 용이하게 이용가능하다. 무선 통신을 사용함으로써, 터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛의 위치설정은 완전히 유연해져서, 유선 시스템에 비해 상당한 개선을 제공한다. 이는 터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛이 터보의 착용자에 의해 또는 사용자로부터 멀리 떨여져 위치된 동료에 의해서 사용되게 한다. 더욱이, 전자 제어 송수신기에 전력을 공급하기 위해 터보 유닛 전원을 사용함으로써, 전체 터보 유닛이 작동가능한 것을 보장하기 위해 단 하나의 배터리 또는 다른 전원이 재충전되는 것이 필요하다.
바람직하게는, 전자 제어 송수신기, 터보 원격 제어 송수신기 및 터보 상태 송수신기가 폐루프 네트워크로서 배열되는 전동식 공기 정화 호흡기가 제공된다.
송수신기들 사이의 무선 통신은 20 내지 50 kHz 범위일 수 있거나, 무선 통신은 100 내지 500 THz 범위일 수 있다. 대안적으로, 송수신기들 사이의 무선 통신은 0.8 내지 6 ㎓ 일 수 있다. 이 상황에서, 정보는 868 ㎒, 915 ㎒, 2.4 ㎓ 또는 5 ㎓ 주위에 중심을 둔 주파수 밴드로 전달될 수 있다.
터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛이 호흡기의 착용자에 의해 사용되도록 구성될 수 있거나, 대안적으로 터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛이 호흡기의 착용자로부터 멀리 떨어져 있도록 구성될 수 있는 전동식 공기 정화 호흡기가 제공된다.
터보 유닛의 현재의 작동 상태는 시각적 표시기, 청각적 표시기 및 진동 표시기 중 적어도 하나에 의해 표시될 수 있다.
적어도 하나의 터보 상태 표시기 유닛 및 터보 원격 제어 유닛은 단일 하우징 내에 위치될 수 있다.
터보 유닛은 터보 유닛 구성요소들이 내부에 내장되는 하우징을 추가로 포함할 수 있고, 외부 데이터 입력부 및 추가적인 터보 상태 표시기가 하우징 상에 제공될 수 있다.
단지 예로서, 본 발명의 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 공기 정화 호흡기(PAPR)의 개략도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 유닛 구성요소들의 블록도.
<도 3>
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 원격 제어 유닛의 블록도.
<도 4>
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 상태 표시기 유닛의 블록도.
무선 기술을 이용함으로써 전동식 공기 정화 호흡기의 착용자에게 증가된 유연성이 제공될 수 있는 것이 실현되었다. 터보 제어부 및 터보 상태 표시기는, 착용자의 필요 또는 착용자가 수행하고 있는 특정 직무에 기초하여 착용자의 신체 주위에 또는 착용자로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있는 무선 유닛 내에 제공될 수 있다. 온/오프 스위치 및 공기 유동 조절과 같은 터보 제어부와, 터보 상태 표시기, 예를 들어 정상 작동의 표시, 낮은 공기 유동 표시, 필터 교환 표시 또는 낮은 배터리 표시는 본 발명에 의해 더욱 접근가능하게 될 수 있는 PAPR의 일반적인 구성이다.
무선 기술은 방송 네트워크 및 폐루프 네트워크와 같은 네트워크를 포함한다. 방송 통신은 송신기가 송신기의 범위 내에 있는 임의의 호환가능한 수신기에 의해 수신되는 신호를 내보내는 무선 시스템이다. 무선 통신에 관하여 폐루프 네트워크는, 제1 송수신기가 지정된 제2 송수신기에 의해 수신될, 바람직하게는 인코딩된 신호를 송신하는 통신 시스템이다. 보통, 제2 송수신기는 추가의 신호가 송신되기 전에 제1 송수신기에 확인 응답(acknowledgment) 신호를 반환한다. 폐루프 네트워크는 네트워크의 일부이도록 구성되는 많은 송수신기들로 구성될 수 있다. 폐루프 네트워크의 일부이도록 구성되지 않은 송수신기로부터의 신호는 보통 무시되어, 폐루프 네트워크를 통한 무선 통신이 외부 간섭에 대한 감소된 민감도를 가지고 안전하게 만들어질 수 있게 한다.
현재 PAPR 시스템에 사용될 수 있는 3개의 주된 유형의 무선 통신들이 있다. 무선 주파수(RF) 무선 통신, 즉 주파수 범위 0.3 내지 30 ㎓에서 작동하는 통신 시스템은 10 내지 75 미터 사이의 범위를 필요로 하는 통신 시스템에 특히 적합하다. 다른 형태의 무선 통신은 일반적으로 초음파(US) 통신으로 알려진 20 내지 50 KHz의 주파수 범위에서의 통신 또는 일반적으로 적외선(IR) 통신으로 알려진 100 내지 500 THz의 주파수 범위에서의 통신을 포함한다. US 및 IR 통신 둘 모두는 약 2 미터까지의 짧은 범위에 걸친 무선 통신에 적합하고, 가시거리 내 통신(line of sight communication)이 가능한 곳에 특히 적합하다. PAPR 시스템에서, 통신 장치들 사이에 방해가 없는 경로를 보장하는 것이 항상 가능하지는 않으며, 따라서 통신 장치가 가시거리 내에 있을 필요가 없는 RF 통신 시스템은 최상의 유연성을 제공할 수 있다. 폐루프 네트워크 내부 또는 가시거리 내에서 사용되기에 적합한 다른 유형의 무선 통신 프로토콜이 본 발명에 사용되도록 구성될 수 있다.
설명의 명료성을 위하여, 3개의 유닛들, 즉 터보 유닛, 터보 상태 표시기 유닛 및 터보 원격 제어 유닛; 및 3개의 유닛들 사이의 상호 작용이 이하에서 설명될 것이다. 후속 실시예에서, 상호 작용은 무선 주파수 통신을 이용하는 폐루프 네트워크를 통해서이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 공기 정화 호흡기(PAPR)의 개략도이다. 예시적인 PAPR은 후드(hood)(1)와 같은 헤드 또는 안면 피스, 터보 상태 표시기 유닛(2), 호흡 튜브(3), 터보 유닛(4), 벨트(5)와 같은 터보 지지부, 터보 원격 제어 유닛(6), 및 터보 유닛 전원(도시되지 않음)을 포함한다. 후드(1)는 착용자(7)의 머리에 착용되어, 호흡 구역(8), 즉 착용자의 코 및 입 주위의 영역을 형성하도록 착용자의 머리를 적어도 부분적으로 둘러싸서, 여과된 공기가 이러한 호흡 구역(8)으로 안내되게 한다. 터보 상태 표시기를 내장하는 터보 상태 표시기 유닛(2)은 착용자(7)의 시야 범위 내에서 후드(1) 내측에 설치되어 터보 유닛 및/또는 터보 유닛 구성요소의 현재 작동 상태를 착용자에게 표시하도록 구성된다. 착용자의 시야 범위는 후드의 바이저(visor)의 상부로부터 바닥까지의 범위를 포함한다. 터보 유닛(4)은 착용자의 몸통 주위에 고정되게 할 수 있도록 벨트(5)에 부착된다. 터보 유닛(4)은 터보 유닛(2)의 출구(9)와 후드(1)의 입구(10) 사이에 연결된 호흡 튜브(3)를 통해 공기를 후드(1)에 공급한다. 터보 제어부를 내장하는 터보 원격 제어 유닛(6)은 착용자의 손목 둘레에 착용되어 착용자(7)로부터의 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 터보 유닛(4), 터보 상태 표시기 유닛(2) 및 터보 원격 제어 유닛(6) 중 2개 이상이 이하에서 설명되는 바와 같이 서로 무선 통신 상태일 수 있다.
이 실시예에서, 터보 상태 표시기 및 터보 제어부는 터보 상태 표시기 유닛(2) 및 터보 원격 제어 유닛(6) 내에 각각 내장되고, 터보 유닛(4)으로부터 멀리 떨어져 있다. 터보 상태 표시기 유닛(2) 및 터보 원격 제어 유닛(6)에 제공된 것들에 더하여, 터보 제어부, 외부 데이터 입력부 및 부가적인 터보 상태 표시기가 터보 유닛(4)에 탑재 제공되는 것이 또한 바람직할 수 있다.
하기는 전동식 공기 정화 호흡기를 위한 터보 유닛이 어떻게 배열될 수 있는 지를 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 유닛 구성요소들의 블록도를 도시한다. 터보 유닛(4)은 전기 모터(21)에 의해 구동되고 전자 제어 유닛(22)에 의해 제어되는 팬(20)을 포함하는 터보 유닛 구성요소들을 포함한다. 전기 모터(21)는 공기를 터보 유닛(4)을 통해 흡인하는 팬(20)을 구동한다. 터보 유닛(4) 내부에 또한 설치된 인쇄 회로 기판 또는 PCB(도시되지 않음) 상에 배열된 전자 제어 유닛(22)은 일체형 메모리 소자(24)를 갖는 단일 칩 마이크로컨트롤러를 포함하는 마이크로프로세서(23)를 포함한다. 메모리 소자(24)는 마이크로프로세서(23)에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램을 저장하고, 터보 유닛(4)의 작동 동안에 마이크로프로세서(23)에 의해 사용되는 정보를 저장한다. 단일 집적 회로 또는 모듈인 전자 제어 송수신기(25)가 전자 제어 유닛(22)과 동일한 PCB 상에 장착된다. 또한 PCB의 부분인 안테나(26)가 PCB를 통해 전자 제어 송수신기(25)에 전기적으로 접속되고, 안테나는 전자 제어 송수신기(25)에 의해 사용되는 공진 주파수 밴드와 전기적으로 일치하도록 구성된다. 터보 유닛(4) 내부에 설치된 터보 유닛 전원(27)이 전기 모터(21) 및 PCB 장착형 구성요소들에 전력을 제공하여, 전체 터보 유닛(4)에 전력을 공급하는 데 단 하나의 전원이 요구되게 하고, 이에 의해 터보 유닛의 중량 및 복잡성을 최소화한다. 이는 전자 제어 유닛(22)이 전자 제어 송수신기(25) 및 안테나(26)를 거쳐서 터보 원격 제어 유닛(6) 및 터보 상태 표시기 유닛(들)(2)과 연통되고, 이로 정보를 보내고 이로부터 정보를 수신하도록 구성되게 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 원격 제어 유닛의 블록도를 도시한다. 이 실시예에서, 터보 원격 제어 유닛(6)은 손목 둘레에 착용될 수 있게 하는 손목 스트랩(31)에 부착된 하우징(30)을 포함한다. 이는 하우징(30)의 외부에 형성된 일련의 성형된 플라스틱 루프들을 통해 손목 스트랩(31)을 끼움으로써 달성될 수 있다. 전원(32)이 하우징 내부에 제공되고, 하우징(30) 내부에 또한 제공된 인쇄 회로 기판 또는 PCB(도시되지 않음) 상에 장착된 마이크로프로세서(33)와 전기 접속되어 있다. 외부 데이터 입력부를 제공하도록 구성된 4개의 스위치(34a, 34b, 34c, 34d)가 하우징(30)의 외부에 위치되어, 터보 원격 제어 유닛(6)의 착용자에 의해 용이하게 접근되도록 한다. 터보 원격 제어 송수신기(35) 및 안테나(36)가 또한 터보 유닛(4) 및/또는 터보 상태 표시기 유닛(2)과 무선 통신을 용이하게 하도록 제공되고, 마이크로프로세서(33)와 동일한 PCB 상에 장착된다. 이는 원격 제어 송수신기(35) 및 안테나(36)가 마이크로프로세서(33)와 동일한 전원(32)에 의해서 전력을 공급받는 것을 허용하여, 하우징(30) 내부에 배치될 임의의 추가적인 전원에 대한 필요성 및 이에 따른 중량을 제거한다. 마이크로프로세서(33)는, 마이크로프로세서(33)에 의해 실행되고 터보 원격 제어 유닛(6)의 기능을 위해 필요한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 일체형 메모리를 갖는 단일 칩 마이크로컨트롤러를 포함한다. 터보 유닛 안테나(26)와 유사하게, 터보 원격 제어 유닛 안테나(36)는 전자 제어 송수신기(25)에 의해 사용되는 무선 통신의 공진 주파수 밴드와 전기적으로 일치하도록 구성된다. 이는 터보 원격 제어 유닛(6)이 터보 원격 제어 송수신기(35) 및 안테나(36)를 거쳐서 터보 유닛(4) 및 터보 상태 표시기 유닛(2)과 연통되고, 이로 정보를 보내고 이로부터 정보를 수신하도록 구성되게 한다.
복수의 스위치(34a, 34b, 34c, 34d)가 제공되어 착용자(7)가 터보 원격 제어 유닛(6) 내로 터보 제어 정보 또는 외부 데이터를 입력할 수 있게 한다. 이들 외부 데이터 입력부 또는 터보 제어부는 터보 스타트 및 스톱 스위치(34a, 34b), 및 공기 유동을 증감시키기 위한 공기 유동 조절 스위치(34c, 34d)를 포함한다. 스위치(34)는 하우징(30)의 노출된 표면 상에 장착되어서, 착용자(7)에 의해 조작될 수 있는 멤브레인 스위치이고, 적합한 와이어 및 커넥터(도시되지 않음)를 통해 마이크로프로세서(33)에 접속된다. 스위치(34a, 34b, 34c, 34d)는 스위치가 수행하는 기능을 착용자(7)에게 표시하기 위하여 적합한 표지로 식별된다. 스위치(34a, 34b, 34c, 34d)에 의해 터보 원격 제어 유닛(6) 내로 입력된 정보는, 터보 원격 제어 송수신기(35)에 의해 터보 원격 제어 송수신기(35), 전자 제어 송수신기(25) 및 안테나(26, 36)를 통하여 터보 유닛의 전자 제어 유닛(22)에 전달되기 전에, 마이크로프로세서(33)에 의해 처리된다. 터보 전자 제어 유닛(22)은 수신된 정보를 처리하고, 그에 따라 터보 유닛(4)의 현재의 작동을 조절한다.
본 실시예에서 터보 원격 제어 유닛(6)의 외부 데이터 입력부 또는 스위치(34a, 34b, 34c, 34d)가 멤브레인 스위치이지만, 회전, 푸시 버튼, 토글 또는 다른 유형의 스위치가 사용될 수 있다. 스위치(34a, 34b, 34c, 34d)가 우발적으로 조작될 수 없는 것, 예를 들어 터보 유닛을 뜻하지 않게 오프 상태로 절환할 수 없는 것이 바람직하다. 그러한 발생에 대하여 보호하기 위하여, 스위치 작용이 마이크로프로세서(33)에 의해 인식되기 전에 스위치가 수 초 동안 눌러져야만 하도록 스위치의 작동에 지연 시간이 포함될 수 있다. 더욱이, 외부 데이터 입력부는 전술된 스위치(34a, 34b, 34c, 34d)와 같은 수동 데이터 입력부일 수 있거나, 원격 장치, 예를 들어 가스 센서, 랩톱 또는 PDA(personal data assistant)에의 접속을 위한 인터페이스로서 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 상태 표시기 유닛의 블록도를 도시한다. 이 실시예에서, 터보 상태 표시기 유닛(2)은 터보 상태 표시기 유닛(2)이 착용자(7)의 시야 범위 내에서 후드(1) 내부에 제거가능하게 설치될 수 있게 하기 위하여 부착 클립(41)이 설치된 하우징(40)을 포함한다. 부착 클립(41)은, 나사에 의해 하우징(40)에 고정되고, 후드(1) 내로 재봉된 재료의 플랩(도시되지 않음) 상으로 클립 고정되도록 배열된 금속 스프링 클립이다. 재료의 플랩은 표시기 유닛이 착용자(7)의 시야 범위 내에 있도록 부착 클립(41)을 수용하도록 적합하게 위치된다. 전원(42)이 하우징(40) 내부에 제공되고 하우징 내부에 또한 제공된 인쇄 회로 기판 또는 PCB(도시되지 않음) 상에 장착된 마이크로프로세서(43)와 전기 접속되어 있다. 터보 상태 표시기 유닛(2)에는, 3개의 시각적 표시기, 청각적 표시기 및 진동 표시기를 포함하는 일 세트의 터보 상태 표시기(44)들이 제공된다. 시각적 표시기는 하우징의 외부 표면에 위치되고, 터보 상태 표시기 유닛이 후드(1) 내부에 클립 고정된 때 착용자의 시야 범위 내에 있도록 위치된다. 청각적 표시기는 하우징 내부에서 하우징의 복수의 구멍에 인접하여 위치되어 청각적 표시기로부터의 소리를 착용자(7)가 들을 수 있게 한다. 진동 표시기는 또한 하우징 내부에 위치되어, 진동 표시기가 작동된 때 전체 하우징이 진동하여 시각적 표시기로 착용자의 주목을 끌게 한다. 터보 상태 표시기(44)는 가요성 와이어(도시되지 않음)에 의해 PCB 및 마이크로프로세서(43)에 전기적으로 접속된다. 터보 상태 송수신기(45) 및 안테나(46)가 또한 터보 유닛(4) 및/또는 터보 원격 제어 유닛과의 무선 통신을 용이하게 하도록 제공되고, 마이크로프로세서(43)와 동일한 PCB 상에 장착된다. 이는 전원(42)이 마이크로프로세서(43), 터보 상태 표시기(44), 터보 상태 송수신기(45) 및 안테나(46)에 전력를 제공하는 것을 허용한다. 마이크로프로세서(43)는 마이크로프로세서(43)에 의해 실행되고 터보 상태 표시기(2)의 기능을 위해 필요한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 일체형 메모리를 갖는 단일 칩 마이크로컨트롤러를 포함한다. 터보 유닛 안테나(26)와 유사하게, 터보 상태 표시기 유닛 안테나(46)는 전자 제어 송수신기(25)에 의해 사용되는 무선 통신 네트워크의 공진 주파수 밴드와 전기적으로 일치하도록 구성된다. 이는 터보 상태 표시기 유닛(2)이 터보 상태 송수신기(45) 및 안테나(46)를 거쳐서 터보 유닛 전자 제어 유닛(22) 및 터보 원격 제어 유닛(6)과 연통되고, 이로 정보를 보내고 이로부터 정보를 수신하도록 구성되게 한다.
터보 유닛(4)의 작동 동안, 전자 제어 유닛(22)은 터보 유닛(4)의 현재의 작동 상태를 판단하기 위하여 전기 모터(21) 및 터보 유닛 구성요소들로부터의 정보, 예를 들어 모터 속도, 모터 전압 및 배터리 전압을 샘플링한다. 터보 유닛(4)이 미리 정해진 파라미터들 내에서 작동하고 있는 경우, 현재의 작동 상태는 정상 작동으로 간주된다. 터보 유닛(4)은 복수의 터보 상태 표시기(44)를 통해 착용자(7)에 이러한 정상 작동을 표시하기 위하여 터보 상태 표시기 유닛(2)에 무선 통신 네트워크를 거쳐서 정보를 전달한다. 예를 들어, 공기 유동이 지정된 수준 아래로 떨어지면, 전자 제어 유닛(22)은 낮은 공기 유동 상태 표시기를 시동시키고, 터보 상태 표시기 유닛(2)에 전달되는 정보는 터보 상태 표시기(44)를 거쳐서 착용자(7)에게 낮은 공기 유동 상태를 표시할 것이다. 마찬가지로, 전원(27)이 터보 유닛(4)의 작동을 통해 소모됨에 따라, 전자 제어 유닛(22)은 배터리 상태 표시기를 시동시키고, 이는 다시 터보 상태 표시기(44)를 통해 착용자(7)에게 전달된다. 터보 상태 표시기(44)는 터보 유닛(4)의 현재의 작동 상태를 표시하기 위하여 규칙적인 간격으로 갱신된다. 예시적인 실시예에서, 이들 갱신은 10초마다 일어난다.
터보 상태 표시기 유닛(2)의 복수의 표시기(44)는 적어도 시각적 표시기를 포함하고, 또한 적어도 청각적 표시기 및/또는 진동 표시기를 포함할 수 있다. 시각적 표시기는 터보 상태 표시기의 외부에서 보일 수 있는 발광 다이오드(LED)이다. 전구와 같은 다른 광원이 적합할 수 있다. 그러나, 시각적 표시기는 대안적인 유형의 표시기일 수 있는데, 예를 들어 액정 디스플레이(LCD)와 같은 시각적 디스플레이가 경고 메시지 또는 수치 표시를 제공하도록 구성될 수 있다. 시각적 표시기에 의해 제공되는 조명은 연속적이거나, 간헐적이거나, 착용자에게 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 시각적 표시기가 발광체를 포함하는 경우, 발광체는 착용자(7)의 주의를 끌도록 간헐적으로 점등될 수 있다. 시각적 표시기는 상태 표시기 유닛의 외부로부터 볼 수 있도록 터보 상태 표시기 유닛(2)의 하우징 상에 또는 그 내부에 장착된다. 시각적 표시기가 터보 상태 표시기 유닛(2) 내부에 장착되는 경우, 하우징(40)은 투명한 또는 부분적으로 투명한 플라스틱 재료로 구성될 수 있고, 이에 의해 표시기가 하우징 벽을 통해 또는 적절하게 위치된 투명 창을 통해 보여질 수 있다. 대안적으로, 시각적 표시기는 터보 상태 표시기 유닛(2) 내부에서 PCB 상에 장착되고 유닛(2)의 외부로부터 보여질 수 있도록 하우징(40)을 통해 돌출하도록 배열될 수 있다. 효과적이도록, 터보 상태 표시기 유닛(2)은 시각적 표시기가 착용자(7)의 시야 범위 내에 있도록 위치된다.
청각적 표시기는 바람직하게는 압전 소자(piezoelectric device)에 의해 제공되지만, 대안적인 유형의 음향기(sounder) 또는 버저, 예를 들어 전기-기계식 버저가 사용될 수 있다. 청각적 표시기는 연속적 또는 간헐적일 수 있거나, 생성되는 음향의 음량 및/또는 주파수가 가변적일 수 있다. 효과적이도록, 터보 상태 표시기 유닛(2)이 청각적 표시기를 포함하는 경우, 터보 상태 표시기 유닛(2)은 착용자(7)가 들을 수 있는 곳에 청각적 표시기가 위치되도록 위치된다. 하우징에는 청각적 표시기로부터의 음향이 하우징의 외부로 전달되도록 적합한 수단이 제공되는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 이는 하우징(40)의 복수의 구멍 또는 음향 전달 멤브레인 또는 매체를 사용함으로써 달성될 수 있다.
착용자(7)가 청각적 표시기를 듣는 것이 어려울 수 있는 시끄러운 환경과 같은 소정의 응용의 경우, 휴대용 전화기에서 통상적으로 발견되는 것과 같은 진동 표시기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 진동 표시기는 연속적이거나 간헐적으로 진동하도록 설정될 수 있다. 진동 표시기는 진동 표시기가 시동될 때 하우징의 전부 또는 일부가 진동하게 하도록 하우징(40) 내부에 장착될 수 있다. 터보 상태 표시기 유닛(2)이 진동 표시기를 포함하는 경우, 터보 상태 표시기 유닛(2)은 진동 표시기가 착용자(7)에 의해 감지될 수 있도록 위치된다.
각각의 유형의 상태 표시기(44)는 단독으로 또는 하나 이상의 다른 유형의 표시기와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 간헐적인 시각적 표시기 및 간헐적 청각적 표시기를 동시에 작동시켜서, 시각적 표시기의 점등이 청각적 표시기의 음향 발생과 동시에 발생하는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예시적인 조합은 청각적 및 진동 표시기의 동시 사용일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 터보 상태 표시기 유닛(2)에는 동일한 하우징(40) 내에 또는 그 상부에 시각적 표시기, 청각적 표시기 및 진동 표시기가 제공된다. 그러나, 이들을 별도의 터보 상태 표시기 유닛으로 제공하는 것이 더 편리할 수 있다. 예를 들어, 시각적 표시기 및 청각적 표시기는 PAPR의 후드(1) 내에 위치되고 착용자(7)가 보고 들을 수 있도록 위치된 터보 상태 표시기 유닛(2) 내에 제공될 수 있으며, 진동 표시기는 진동이 착용자(7)에 의해 감지될 수 있도록 손목 스트랩에 의해 착용자의 손목에 고정된 터보 상태 표시기 유닛(2)에 제공될 수 있다. 더욱이, 진동 표시기가 터보 원격 제어 유닛(6)의 손목 스트랩(31)에 위치되는 것이 편리할 수 있다. 착용자의 신체의 다양한 위치들, 예를 들어 발목, 손목, 몸통, 또는 다리와 3개의 상태 표시기 유형들 중 임의의 것의 대안적인 조합들이 예상된다.
실시예의 터보 원격 제어 유닛(6)은 착용자(7)의 손목에 착용될 수 있도록 손목 스트랩(31)으로 설치되고, 터보 상태 표시기 유닛(2)은 후드(1) 내부에 설치되도록 부착 클립(41)으로 설치된다. 양 유닛들이 이들이 착용자(7)의 선호 또는 요구 및/또는 착용자가 수행하고 있는 직무의 특성에 따라 적합한 위치에서 착용되거나 위치될 수 있게 하도록 대안적인 장착 또는 부착 수단을 가질 수 있다는 것이 예상된다. 대안적인 장착 또는 부착 수단의 예는 셔츠 또는 칼라(collar) 클립, 벨트 루프, 및 후크와 루프 체결을 포함한다. 더욱이, 터보 원격 제어 유닛(6) 및 터보 상태 표시기 유닛(2)은 유닛(2, 6)이 포켓 내에서 휴대되거나 착용자의 작업 환경에 놓일 수 있는 경우 어떠한 부착 수단도 갖지 않는 것이 바람직할 수 있다. 일부 작업 환경에서, 터보 원격 제어 유닛(6) 및 터보 상태 표시기 유닛(2)이 착용자(7)로부터 멀리 떨어져 위치되는 것이 바람직할 수 있는데, 예를 들어 이들은 작업 동료, 감독자 또는 안전 요원과 같은 동료에 의해 착용되거나 감시될 수 있다.
더욱이, 터보 상태 표시기 유닛(2) 및 터보 원격 제어 유닛(6)이 단일 하우징 내에 위치되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구성에서, 터보 제어부 및 터보 상태 표시기는 동일한 마이크로프로세서에 접속되고, 마이크로프로세서에 의해 제어되는 단일 송수신기 및 안테나 시스템을 통해서 터보 전자 제어 송수신기(25)와 통신한다.
터보 유닛(4), 터보 원격 제어 유닛(6) 및 터보 상태 표시기 유닛(2) 하우징은 바람직하게는, 예를 들어 열가소성 재료로부터 사출 성형된 경량의 강한 재료로부터 만들어진다. 사출 성형은 하우징이 특정 구성요소 부품들을 수용하기에 적합한 형상으로 형성되게 한다. 넓은 범위의 재료가 이용 가능하고, PAPR이 사용되도록 의도되는 환경을 견디도록 선택될 수 있다. 터보 유닛(4), 터보 원격 제어 유닛(6) 및 터보 상태 표시기 유닛(2)의 안테나(26, 36, 46)들이 그들의 각자의 하우징에 위치되는 경우, 하우징 재료는 무선 통신이 하우징 재료에 의해 나쁜 영향을 받지 않도록 무선 통신에 투과성이도록 선택된다.
도 2에 도시된 터보 유닛(4)을 위한 전원(27)은 터보 유닛(4) 내에 설치된 배터리 팩이다. 바람직하게는, 배터리 팩(27)은 작동 기간 전에 적합한 배터리 충전기에 의해 재충전될 수 있는 재충전가능한 전지로부터 구성된다. 배터리 팩(27)은 터보 유닛 하우징으로부터 제거가능할 수 있고, 용이하게 설치 및 제거될 수 있도록 적합한 커넥터를 가질 수 있다. 터보 유닛(4)에는 충전 소켓(도시되지 않음)이 제공되어 터보 유닛(4)으로부터 배터리 팩을 제거하지 않고 배터리 팩(27)을 재충전하도록 적합한 배터리 충전기가 터보 유닛(4)에 접속될 수 있게 한다. 배터리 팩(27)에는 또한 배터리 팩(27)이 터보 유닛(4)으로부터 분리되어 있는 동안에 재충전될 수 있도록 충전 소켓(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 재충전가능한 전지, 예를 들어 니켈 수소(nickel metal hydride, NiMH) 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지인 일반적으로 입수가능한 2차 전지가 전기 모터(21)에 전력를 공급하는 데 적합할 수 있고 전자 제어 송수신기(25)를 위한 전력을 또한 제공할 정도로 충분한 전력 용량을 가질 수 있다. 대안적으로는, 건전지인 1차 전지가 사용될 수 있고, 이들의 전력이 소모된 때 교체될 수 있다.
대안적인 구성으로, 배터리 팩(27)은 터보 유닛(4) 외부에 있을 수 있고, 적합한 케이블을 통해 터보 유닛(4)에 접속된다. 이 상황에서, 배터리 팩은 별도의 하우징, 예를 들어 중량이 착용자(7)의 허리 둘레에 분포될 수 있도록 터보 유닛(4)을 지지하는 데 사용되는 동일한 벨트(5)에 착용될 수 있도록 벨트 루프를 갖는 하우징 내에 제공될 수 있다.
터보 상태 표시기 유닛(2) 전원(42) 및 터보 원격 제어 유닛(6) 전원(32)은 또한, 이들이 필요에 따라 설치되고 제거/교체되게 하는 적합한 커넥터에 의해 그들의 각자의 하우징(40, 30) 내부에 설치된 배터리 팩일 수 있다. 이들 배터리 팩(32, 42)은 또한 터보 유닛(4)에 전력를 공급하는 데 사용되는 것들과 유사한 재충전가능한 전지 또는 건전지로부터 구성될 수 있다. 재충전가능한 배터리 팩이 사용되는 경우, 유닛(2, 6)에는 충전 소켓(도시되지 않음)이 제공되어 유닛(2, 6)으로부터 배터리 팩(32, 42)을 제거하지 않고 배터리 팩을 재충전하기 위하여 적합한 전기 충전기가 유닛(2, 6)에 접속되게 할 수 있다. 배터리 팩(32, 42)은 배터리 팩이 유닛의 외부에서 재충전되게 하도록 충전 소켓(도시되지 않음)이 설치될 수 있다. 터보 상태 표시기 유닛(2) 및 터보 원격 제어 유닛(6)이 필요한 경우 호환가능한 동일한 배터리 팩을 사용하는 것이 편리할 수 있다.
모든 유닛, 즉 터보 유닛(4), 터보 상태 표시기 유닛(2) 및 터보 원격 제어 유닛(6)은 설치된 배터리 팩에 얼마나 많은 충전량이 남아있는 지를 착용자(7)에게 표시하기 위하여 그들에 설치된 표시기를 가질 수 있다. 더욱이, 배터리 팩들 자체는 그들에 설치된 배터리 상태 표시기를 가질 수 있다.
예시적인 실시예의 마이크로프로세서(23, 33, 43)는 일체형 메모리를 갖는 단일 칩 마이크로컨트롤러이다. 예를 들어, 적합한 마이크로컨트롤러는 미국 85224-6199 아리조나주 챈들러 웨스트 챈들러 블러바드 2355 소재의 마이크로칩 테크놀로지 인크(Microchip Technology Inc)로부터 입수가능한 PIC18F25J11 계열로부터일 수 있다. 대안적으로, 마이크로프로세서는 예를 들어 미국 95131 캘리포니아주 새너제이 오차드 파크웨이 2325 소재의 암텔 코포레이션(Amtel Corporation)으로부터의 megaAVR™ 또는 XMEGA™ 시리즈의 마이크로프로세서로부터의 범용 마이크로프로세서일 수 있다. 마이크로프로세서는 플래시 RAM과 같은 일체형 메모리를 가질 수 있거나, 대안적으로는 마이크로프로세서는 EPROM 또는 EEPROM 소자와 같은 별개의 메모리 소자에 접속되어 이와 통신할 수 있다.
예시적인 PAPR에서, 무선 통신은 유럽에서 868㎒ (865 - 870㎒), 미국 및 오스트레일리아에서 915㎒ (902 - 928㎒) 또는 대부분의 다른 세계의 지역에서 2.45㎓ (2.4 - 2.5㎓) 및 5.8 ㎓ (5.725 - 5.875㎓) 중 하나 주위에 중심을 갖는 주파수 밴드의 무선 주파수(RF) 통신에 의해서이다. 지그비 얼라이언스(Zigbee Alliance)에 의해 표준화된, "지그비(등록상표)"의 상표명 하에서 일반적으로 알려져 있는 프로토콜 및 기술은, 프로토콜이 안전한 폐루프 네트워크를 형성하고 "지그비(등록상표)" 기술에 기초한 송수신기의 낮은 전력 소모는 긴 전지 수명을 가져오기 때문에 이러한 응용에 대해 사용될 수 있다. "지그비(등록상표)" 프로토콜을 사용하는 무선 통신이 신뢰성 있게 유지될 수 있는 최대 거리는 PAPR 어플리케이션에 이상적으로 적합한 10 내지 75 미터의 범위이다. "지그비(등록상표)" 프로토콜은 많은 "지그비(등록상표)" 프로토콜 인에이블드(enabled)소자들을 무선 연결하는 폐루프 네트워크를 형성하도록 구성될 수 있다.
전술된 "지그비(등록상표)" 무선 통신 프로토콜을 사용할 수 있는 적합한 송수신기 회로가 미국 85224-6199 아리조나주 챈들러 웨스트 챈들러 블러바드 2355 소재의 마이크로칩 테크놀로지 인크로부터 입수가능한 MRF24J40MA 송수신기 모듈이다. 이 집적 회로는 일체형 인쇄 회로 기판(PCB) 안테나 및 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러에의 직접적인 접속을 위한 인터페이스를 갖는다. 송수신기가 PAPR의 각각의 유닛 내에, 예를 들어 터보 유닛(4), 터보 상태 표시기 유닛(2) 및 터보 원격 제어 유닛(6)에 제공될 필요가 있을 것이다.
예시적인 실시예에서, 전자 제어 송수신기(25), 터보 상태 송수신기(45) 및 터보 원격 제어 송수신기(35)는 단일 집적 회로 또는 모듈이다. 대안적으로, 상기 송수신기(35, 45)는 PCB 상에 배열된 복수의 이산된 전자 구성요소들을 포함하는 맞춤 설계된 송수신기일 수 있다. 나열된 것들 이외의 다른 주파수 밴드가 PAPR이 사용되도록 의도된 지역의 법규에 따라 사용될 수도 있다.
"지그비(등록상표)" 상표명 하의 프로토콜 및 기술이 상기 예시적인 PAPR에서 설명되었지만, 대안적인 표준화된 프로토콜, 예를 들어 "블루투스(등록상표)" 및 "마이와이(MiWi)™"의 상표명 하에서 일반적으로 알려진 통신 프로토콜과 같은 다른 RF 무선 통신이 사용될 수 있거나, 맞춤 시스템 및 프로토콜이 개발될 수 있다. 일부 무선 시스템은 단일 칩 소자로서 또는 인쇄 회로 기판 또는 세라믹 기재 상에 제공된 완전한 모듈로서 입수가능하다. 그러한 모듈은 종종 모듈 내에 내장된 안테나, 예를 들어 PCB 안테나 또는 칩 안테나를 갖는다. 안테나가 소자 또는 모듈 내로 통합되지 않는 경우, 적합한 안테나, 예를 들어 송수신기의 작동 주파수에서 작동할 수 있는 나선형 또는 와이어 안테나를 제공하는 것이 필요하다. 안테나는 터보 상태 표시기 유닛(2), 터보 원격 제어 유닛(6) 및/또는 터보 유닛(4) 내부에 제공될 수 있거나, 대안적으로는 안테나는 유닛(2, 4, 6) 외부에 위치될 수 있다.
후드(1)가 도 1에 예시되어 있지만, 후드(1)는 공기를 착용자의 호흡 구역(8)으로 지향시키도록 적어도 착용자의 안면의 구비 영역을 덮는 착용자 봉쇄 환경이 생성된다면, 마스크, 헬멧 또는 풀 슈트와 같은 다른 헤드 또는 안면 피스에 의해 대체될 수 있다.

Claims (11)

  1. 착용자에게 여과된 공기의 강제 유동(forced flow)을 전달하기 위한 전동식 공기 정화 호흡기(powered air purifying respirator)로서,
    팬, 전기 모터, 및 무선 전자 제어 송수신기를 갖는 전자 제어 유닛을 포함한 터보 유닛 구성요소들을 갖는 터보 유닛 - 팬은 전자 제어 유닛의 제어 하에서 전기 모터에 의해서 구동되고, 전자 제어 유닛은 전자 제어 송수신기를 통해 정보를 송수신하도록 구성됨 - ;
    터보 유닛 구성요소들에 전력을 제공하는 터보 유닛 전원;
    무선 터보 원격 제어 송수신기를 갖는 터보 원격 제어 유닛;
    터보 유닛 및/또는 터보 유닛 구성요소들의 현재의 작동 상태를 표시하도록 구성되고, 무선 터보 상태 송수신기를 갖는 적어도 하나의 터보 상태 표시기 유닛을 포함하고,
    터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛 중 적어도 하나는 터보 유닛으로부터 멀리 떨어져 있고, 전자 제어 송수신기, 터보 원격 제어 송수신기 및 터보 상태 송수신기 중 적어도 2개는 서로 무선 통신하고,
    전자 제어 송수신기, 터보 원격 제어 송수신기 및 터보 상태 송수신기는 폐루프 네트워크로서 배열되는,
    전동식 공기 정화 호흡기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛은 호흡기의 착용자에 의해 사용되도록 구성되는 전동식 공기 정화 호흡기.
  4. 제1항에 있어서, 터보 원격 제어 유닛 및 터보 상태 표시기 유닛은 호흡기의 착용자로부터 멀리 떨어져 있도록 구성되는 전동식 공기 정화 호흡기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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  10. 삭제
  11. 삭제
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