KR102124096B1 - 기체 주입 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기체 주입 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 호흡장치에 적용되고, 일정 농도와 일정 압력을 유지하는 산소 또는 헬륨 주입 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치는 기 설정된 기체가 주입되는 기체 주입부; 대기 중 공기가 일측으로부터 유입되어 상기 기 설정된 기체와 혼합되고, 혼합된 기체를 타측에 연결된 콤프레셔로 공급하는 기체공급관; 상기 기체공급관 내부에서 기 설정된 기체의 농도를 측정하는 센서; 및 상기 센서로 측정한 기체의 농도를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

기체 주입 제어 장치{Gas injection control device}
본 발명은 기체 주입 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 호흡장치에 적용되는 산소 또는 헬륨 주입 제어 장치에 관한 것이다.
레저활동으로 수중에서 스쿠버를 하거나 수산업 종사자가 수산물 채취를하는 경우, 또는 의료용의 목적으로 환자에게 공기를 공급하는 경우, 수중 또는 수상에서 부유 구조체를 건설하거나 보수하는 등의 경우에 사람에게 공기 공급이 필수적이다.
종래의 수중 공기 공급 장치는 기체 탱크에 기체를 주입한 다음, 기체의 압력 및 비율을 조절하여 기체의 일부를 배출시키는 과정을 거친다. 예컨대, 부분압을 이용하여 미리 계산한 수치상의 산소 또는 헬륨을 압축용기에 미리 주입한 후, 압력 및 비율에 따라 공기를 일부 배출시키거나 더 압축하여 채워 넣는 방식이다.
이러한 방식은 기체 탱크에 위험 물질이 주입될 경우, 사용자에게 위험을 초래할 수 있으며, 기체탱크에 이미 주입한 기체를 다시 배출시키는 과정이 필요하여 사용자에게 불편을 초래할 수 있는 문제점을 가진다. 그리고 압축용기의 상태나 기체를 주입하는 사람의 판단에 따라 최종 압축용기의 농도가 일정하지 않는 문제점도 가지고, 원하는 농도를 맞추기 위해 조절된 압축 공기를 배출하고 부족한 산소나 헬륨을 추가로 주입해야 하는 번거로운 문제가 있다.
종래의 기체 주입 장치로는 탱크 탑재 장치에 탑재된 가스 탱크에 가스를 공급하는 가스 충전 장치가 널리 알려져 있다. 이러한 가스 충전 장치에는 가스를 저장하는 축압기와 축압기에 저장된 가스를 흡입해 압축하는 압축기와 압축기에서 토출된 가스를 탱크 탑재 장치의 가스 탱크로 송출하기 위한 송출 노즐이 마련되어 있다. 그리고, 종래의 기체 주입 장치는 산소 또는 헬륨의 농도를 맞추기 위해 압축 공기를 배출하거나 산소 및/또는 헬륨을 보충하기 위한 부스터 펌프 등 부수 장비를 더 필요로 한다.
상기 가스 충전 장치와 관련된 구체적인 구성을 설명하면, 압축기의 실린더에는 흡입 라인과 토출 라인이 연결되어 있으며, 압축기는 피스톤 왕복 운동에 의하여, 흡입 라인에서 실린더 내로 흡입하는 가스를 압축하고 토출 라인으로 토출할 수 있다. 그리고 흡입 라인에서의 가스 압력이 토출 라인에서의 가스 압력보다 높은 경우에는 실린더에 유입한 가스는 실질적으로 압축되지 않고 토출 라인으로 토출될 수 있다.
또한, 종래의 기체 주입 장치는 기체 탱크에 주입되는 기체에 유해한 물질이 포함되어 있는지 감지하지 않기 때문에, 기체 주입 장치의 사용자에 대한 안정성이 떨어지는 한계가 있는 실정이다.
(JP) 공개특허 특개2012-77858호 (JP) 공개특허 특개2005-155486호 (JP) 공개특허 특개 제 2014-155233 호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 일정 농도를 유지하는 기체를 기체 탱크에 주입하도록 하는 기체 주입 제어 장치를 제공하고자 한다.
종래 선행기술에 개시된 가스 충전 장치는 기체를 압축해 주입하고 기체의 조성비에 따라 유량을 조절한다는 점은 개시되어 있으나, 기체 탱크에 특정 기체를 주입하기 전에 밸브를 조절함으로써 기체의 유입을 조절하고, 특정 기체의 농도가 측정된 샘플링 기체를 다시 배출하는 구성이 개시되어 있지 않다.
특히, 상기 일본공개특허 제 2014-155233 호에 개시된 발명은 소형 경량으로 사용 상황에 따라 저소음, 에너지 절약 운전을 할 수 있어 내구성 향상 및 저비용이 요구되는 가변형 공기 압축기를 제공하는 것으로, 기체 압축기 및 압력을 감지해 압축하는 모터로 구성되어 있다. 그러나, 일본공개특허 제 2014-155233 호에 개시된 발명은 밸브를 이용하여 세밀하게 특정 기체의 농도를 조절하는 점은 개시되어 있지 않다.
본 발명은 주입되는 기체의 유입을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 특정 기체의 농도가 완벽하게 조절된 다음 기체가 콤프레셔로 주입될 수 있도록 하는 기체 주입 제어 장치를 제공하고자 한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 압축공기를 압축하기 전 단계에서 원하는 산소 또는 헬륨의 농도를 조절한 다음 공기를 콤프레셔로 공급하는 기체 주입 장치를 제공하고자 한다. 또한 본 발명은 특정 기체를 기체 탱크에 주입함에 있어서, 위험한 물질이 기체 탱크에 주입되지 않도록 위험 물질을 감지하여 콤프레셔로 공기가 유입되는 것을 차단하는 기능을 제공하고자 한다.
예컨대, 본 발명은 일산화탄소 또는 이산화탄소를 검출하는 센서를 통해 일산화탄소가 측정되면 컴프레셔를 정지시키고, 이산화탄소 및 산소의 농도가 기준치(산소 40%, 이산화탄소 1000ppm)이상에서 일정시간 유지되면 산소공급용 밸브 및 컴프레셔를 정지시키는 기능을 제공하고자 한다. 따라서, 본 발명은 사고를 예방할 수 있는 점에서 종래 기술들에 비하여 안전성이 확보할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치는 기 설정된 기체가 주입되는 기체 주입부; 대기 중 공기가 일측으로부터 유입되어 상기 기 설정된 기체와 혼합되고, 혼합된 기체를 타측에 연결된 콤프레셔로 공급하는 기체공급관; 상기 기체공급관 내부에서 기 설정된 기체의 농도를 측정하는 센서; 및 상기 센서로 측정한 기체의 농도를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 기체 주입부는 기체가 주입되는 제1 기체 출입구; 상기 제1 기체 출입구에 연결되고 상기 기체의 유량을 조절하는 밸브; 및 상기 밸브에 연결되고 상기 기체공급관 상에 형성된 제2 기체출입구를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제어부는, 상기 밸브의 궤도를 조절함으로써 기체의 유량을 변경하여 상기 기체공급관 내부 기체의 농도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치에서 기 설정된 기체는 산소 또는 헬륨인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치는 주입부를 통해 주입되는 기체가 인체에 위험한 물질을 포함하는지를 감지하는 위험 물질 감지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제어부는 상기 위험 물질 감지부를 통해 감지된 기체가 소정의 농도 범위 이상인 것으로 판단하면 상기 밸브를 잠그는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 위험 물질 감지부가 감지하는 기체는 일산화탄소 또는 이산화탄소인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치는 기체공급관의 일측에 형성된 제3 기체 출입구; 상기 제3 기체 출입구에 연결되고 혼합된 기체를 상기 센서로 공급하는 펌프; 상기 센서와 연결되어 상기 센서에서 농도를 측정한 기체를 배출하는 제4 기체 출입구를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제어부는 상기 펌프 또는 상기 센서의 전원을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제어부는 상기 센서를 통해 측정한 기 설정된 기체의 농도가 소정의 범위 이상인 것으로 판단하면 콤프레셔의 전원을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 기체 주입부는 기 설정된 범위의 기체 압력을 유지시키는 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치는 기체 탱크에 기체를 주입하기 전에 미리 일정 농도와 일정 압력을 갖도록 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치는 미리 설정된 일정 농도와 일정 압력을 갖는 기체를 기체 탱크에 주입함으로써, 사용자에게 산소 또는 기타 필요한 성분의 기체를 안정적으로 공급할 수 있다.
나아가, 본 발명은 기체 탱크에 주입하는 기체의 압력과 비율을 사용 목적에 따라 조절할 수 있으므로, 사용의 편의성을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치는 기체 탱크에 산소를 공급하기 전에 위험 물질을 미리 감지하여, 안전성을 보장할 수 있다.
본 발명에 따른 기체 주입 장치는 종래의 방식보다 경제적이고 사용되는 부품 수가 줄어 사용이 간편하다. 도 1을 참조하여 종래의 방식보다 우수한 점을 설명한다.
도 1은 종래의 방식에 따라 산소를 공급하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 방식은 산소용기(10)에 추가 공기통(21, 22, 23, 24)을 사용한다. 추가 공기통은 컴프레셔 후단에 연결되어 사용된다. 산소용기(10)의 압력은 120bar정도인데, 추가 공기통(21)에 일정량을 분배하면 추가 공기통(21)은 산소 압력 30bar까지 유지할 수 있다.
산소용기(10)로부터 추가 공기통에 계속 산소를 분배하면, 추가 공기통(24)에 분배된 것과 같이 15bar 까지만 산소가 충전될 수 있다. 이 경우, 잔압가스는 사용이 불가능하므로, 산소용기(10)에 산소가 15bar 있지만 버려야 한다.
반면, 본 발명에 따른 기체 주입 장치는 컴프레셔 전단에서 농도가 조절된 산소가 주입되기 때문에 추가 공기통을 사용할 필요가 없으므로, 사용되는 부품 수가 줄어 사용이 간편할 뿐만 아니라, 잔압가스 없이 산소용기(10)에 있는 산소를 0에 가깝게 모두 사용할 수 있어서 종래 방식보다 경제적이다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 방식에 따라 산소를 공급하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 정면 내부도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제1 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제2 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제1 실시예를 위한 제어부 버튼을 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제2 실시예를 위한 제어부 버튼을 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
명세서 및 청구범위 전체에서 기체 탱크는 콤프레셔를 포함하는 구성을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 정면 내부도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치(1000)는 기체 주입부(100), 기체공급관(200), 센서(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
기체 주입부(100), 기체공급관(200), 센서(300) 및 제어부(400)는 기체 주입 제어 장치의 본체(600) 내부에 포함되어 있고, 즉, 본체(600)는 기체 주입부(100), 기체공급관(200), 센서(300) 및 제어부(400)에 대한 하우징 역할을 하는 구성이고, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같은 커버(500)에 의해 보호될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체공급관(200)은 U자형 모양으로 구성될 수 있다. U자형 기체공급관(200)의 일측(A)으로부터 대기 중 공기가 유입되어, 기체공급관(200)에 주입된 특정 물질의 기체와 혼합된 후, U자형 기체공급관(200)의 타측(B)에 연결된 콤프레셔로 공급될 수 있다.
산소 및 헬륨의 공급과 교반을 위하여 U자형 기체공급관(200)은 라인믹서가 설치된 일자형으로도 제작될 수 있다.
특정 물질의 기체는 기체공급관(200)에 형성된 기체 주입부(100)를 통해 기체공급관(200)에 주입될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 주입하는 특정 물질의 기체는 산소 또는 헬륨일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명에 주입하는 기체는 산소를 예로 들어 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입부(100)는 기체공급관(200) 또는 본체(600)에 구멍(공; 孔) 형태로 형성되어 도 3에서 후술할 노즐에 연결될 수 있다.
기체 주입부(100)는 복수 개의 구멍을 포함할 수 있는데, 산소가 본체(600)에 주입되는 제1 기체 출입구(110), 산소의 유량을 조절하는 밸브(120), 산소가 기체공급관(200)에 주입되는 제2 기체 출입구(130), 제3 기체 기체 출입구(140) 및 제4 기체 출입구(160)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 기체 출입구(110) 및 제4 기체 출입구(160)는 본체(600)에 형성되고, 제2 기체 출입구(130) 및 제3 기체 출입구(140)는 기체공급관(200)에 형성된다.
한편, 제1 기체 출입구(110), 제2 기체 출입구(130) 및 제4 기체 출입구(160)는 본체와 기체공급관(200)의 일측에 형성되고, 제3 기체 출입구(140)는 기체공급관(200)의 타측에 형성될 수 있다.
산소가 제1 기체 출입구(110)에 주입된 후 밸브(120) 및 제2 기체 출입구(130)를 통해 기체공급관(200)에 혼합되는 과정과 혼합된 공기가 제3 기체 출입구(140) 및 제4 기체 출입구(160)를 통해 산소 농도가 측정되는 과정은 도 4 및 도 5를 통해 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서(300)는 기체공급관(200) 내부에 포함된 산소의 농도를 측정하는 센서일 수 있다. 보다 구체적으로, 센서(300)는 산소의 부분압력에 직접적으로 비례하여 출력전압을 나타내는 갈바닉 센서의 원리에 의해 제조될 수 있다. 다만, 센서(300)는 상기 갈바닉 센서에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 센서에 의해 제조될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는 측정한 산소의 농도를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(400)는 밸브(120)의 궤도를 조절함으로써 기체의 유량을 변경함으로써 상기 기체공급관(200) 내부 기체의 농도를 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는 센서보드, 밸브보드, 전원공급/변환부 및 콤프레셔 전원차단부를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제어부는 센서보드, 밸브보드, 전원공급/변환부 및 콤프레셔 전원차단부와 물리적으로 이격 배치 될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제어부(400)가 밸브(120) 전원을 제어하는 방법은 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다.
예컨대, 일반적으로 공기 중의 산소와 질소의 농도는 각각 20.9%와 79.1%인데, 본 발명에 따른 기체 주입 제어 장치를 사용하여 산소의 농도를 40%까지 높일 수도 있다. 다만, 콤프레셔로 공기를 압축하는 경우라면, 산소의 농도를 40% 이상으로 하면 안되기 때문에, 일반적인 호흡용 공기를 공급하는 경우에는 산소의 농도를 32% 내지 36%로 하여 사용할 수 있다.
한편, 산소의 농도는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)를 통해 사용자의 목적에 따라 자유롭게 조정할 수 있으며, 제어부(400)는 On/Off 제어가 아니라, PID 제어기(Proportional-Integral-Differential controller, 비례-적분-미분 제어기)로 구현될 수 있다. 본 발명은 공기탱크 압축 시 유입되는 공기에 산소 및 헬륨을 추가하여 원하는 농도의 기체를 실시간으로 변경하여 콤프레셔에 공급함으로써, 설정값 대비 오차범위를 줄일 수 있다.
한편, 제어부(400)는 상기 PID 제어기로 한정되는 것은 아니며, 아두이노와 같은 마이크로 컨트롤러(Microcontroller)로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치(1000)는 기체 주입부(100)를 통해 주입된 기체가 인체에 위험한 물질을 포함하는지를 감지하는 위험 물질 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
위험 물질 감지부가 감지하는 기체는 일산화탄소(CO) 또는 이산화탄소(CO2)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
위험 물질 감지부를 통해 감지된 기체가 소정의 농도 범위 이상인 것으로 판단하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)가 밸브(120)를 잠글 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3를 참조하여, 제1 기체 출입구(110), 밸브(120), 제2 기체 출입구(130), 센서(300), 제3 기체 출입구(140), 펌프(150) 및 제4 기체 출입구(160)가 서로 연결된 구조를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치(1000)는 상기 기술한 각각의 구성요소 간에 노즐을 설치함으로써, 각각의 구성요소들을 연결하여 산소 또는 헬륨이 혼합된 공기가 통과할 수 있으며 기체의 농도가 조절될 수 있다.
도 3를 참조하면, 제1 노즐(11)은 제1 기체 출입구(110)과 밸브(120) 사이를 연결하는데, 제1 기체 출입구(110)에 연결된 산소 탱크(미도시)로부터 산소가 주입되는 관통로를 제공한다.
제2 노즐(12)은 밸브(120)와 제2 기체 출입구(130) 사이를 연결하여 밸브를 통해 주입된 산소가 U자형 기체 공급관(200)으로 주입될 수 있게 한다.
제3 노즐(13)은 펌프(150)와 제3 기체 출입구(140) 사이를 연결하여, U자형 기체공급관(200)에서 일반 공기와 산소가 혼합된 기체가 펌프(150)로 공급되도록 한다.
제4 노즐(14)은 센서(300)와 펌프(150) 사이를 연결하여, 혼합된 기체가 펌프(150)에 의해 센서(300)로 공급되도록 한다.
제5 노즐(15)은 센서(300)와 제4 기체 출입구(160) 사이를 연결하여, 센서(300)에서 산소의 압력 또는 산소의 농도가 측정된 공기가 제4 기체 출입구(160) 밖으로, 즉 외부로 빠져나갈 수 있도록 한다. 기체의 흐름과 관련된 동작과 관련해서는 도 4 및 도 5를 통해 후술한다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제1 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제2 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 도면이다.
보다 구체적으로, 도 4은 산소(O2)만 기체 주입 제어 장치에 주입된 후 제어되는 제1 실시예를 나타내고, 도 5는 산소(O2) 및 헬륨(He)이 동시에 기체 주입 제어 장치에 주입된 후 제어되는 제2 실시예를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 기체 주입 제어 장치에 의해 주입된 기체의 제어 방식을 설명한다. 우선, 도 4을 참조하여 산소만 본 발명에 주입되는 제1 실시예에 따른 동작을 설명한다.
제1 기체 출입구(110)를 통해 기체 주입 제어 장치에 산소(O2)가 주입되면, 밸브(120)를 거쳐 제2 기체 출입구(130)로 주입된다. 산소가 제2 기체 출입구(130)를 통해 기체 공급관(200)에 유입되면, 기체 공급관(200)의 일측 통로(A)로부터 유입된 일반 공기와 혼합되고, 기체 공급관(200) 내부를 흐른다.
산소가 혼합된 공기의 산소 농도는 센서(300)에서 측정되는데, 센서(300)로 보내기 위해서, 펌프(150)가 이용된다. 즉, 혼합된 공기 중 일부는 제3 기체 출입구(140)에 연결된 펌프(150)에 의하여 센서(300)로 이동하여, 산소의 농도가 측정된다.
산소의 농도가 측정된 공기는 제4 기체 출입구(160)를 통해 외부로 배출된다. 측정된 공기의 산소 농도가 기 설정된 기준과 다르면 밸브(120)의 궤도를 조절함으로써, 산소의 유량을 변경하여 공기 중 산소의 농도를 조절할 수 있다.
예컨대, 측정된 공기의 산소 농도가 기 설정된 32% 보다 낮으면, 제어부(400)는 밸브를 더 열어서, 산소가 기체 공급관(200)으로 더 유입될 수 있도록 조절하고, 측정된 공기의 산소 농도가 기 설정된 32% 보다 높으면, 제어부(400)는 밸브를 더 잠그도록 조절할 수 있다.
한편, 혼합된 공기는 기체 공급관(200)의 타측 통로(B)로 흐르는데, 기체 공급관(200)의 타측 통로(B)는 콤프레셔에 연결되어 있다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 기체 주입 제어 장치가 산소 및 헬륨을 동시에 제어하는 제2 실시예를 설명한다.
산소 및 헬륨이 동시에 제어되기 위해서는 산소측 밸브(120-1) 및 헬륨측 밸브(120-2), 산소측 센서(300-1) 및 헬륨측 센서(300-2)가 기체 주입 제어 장치에 구비되어야 한다.
도 5에 도시된 예는 펌프(150-1, 150-2)가 산소 및 헬륨 용도로 각각 구비되는 경우이나, 하나의 펌프로 구성될 수도 있다. 하나의 펌프로 구성되는 경우에는 제3 노즐(13), 제4 노즐(14) 및 제5 노즐(15)도 도 5에 도시된 예와 달리 각각 하나의 노즐로 구성될 수 있다.
한편, 위험 물질 감지부는 산소측 센서(300-1) 또는 헬륨측 센서(300-2)의 위치에 배치될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제1 실시예를 위한 제어부 버튼을 나타낸다. 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 제2 실시예를 위한 제어부 버튼을 나타낸다.
도 6a는 산소 또는 헬륨을 제어하는 경우, 즉, 단일 종류의 기체를 제어하는 경우에 제어부를 구동하기 위한 조작부를 나타낸다.
조작부(530)는 본체의 커버(500)에 마련되며, 산소 또는 헬륨의 밸브 전원(510), 초기화 버튼(520) 및 산소 또는 헬륨의 농도를 나타내는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 본체 커버(500)에 마련된 조작부를 통해서 펌프 또는 센서의 전원을 제어할 수 있고, 기 설정된 기체의 농도가 소정의 범위 이상인 것으로 판단하면, 콤프레셔의 전원도 차단할 수 있다.
예컨대, 산소농도가 40% 이상의 값으로 일정시간 유지되면 본 발명은 밸브를 오프(off) 상태로 변경함으로써, 농도가 40% 이상인 산소가 콤프레셔로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 설정은 산소농도가 40% 이상인 공기를 가압하는 경우 폭발의 위험이 있기 때문이다.
또한, 본 발명은 콤프레서의 압력이 설정압력에 도달하면 자동으로 멈추는 기능을 포함할 수 있는데, 콤프레셔가 작동을 멈추면 산소 공급 밸브 또는 헬륨 공급 밸브도 자동으로 오프(off)될 수 있다.
한편, 산소의 초기화 버튼을 누르면, 대기 상태의 기준으로 20.9%로 초기화된다.
도 6b는 산소 및 헬륨을 동시에 제어하는 경우, 즉, 복수의 기체를 제어하는 경우에 제어부를 구동하기 위한 조작부를 나타낸다.
조작부(530-1, 530-2)는 각각의 기체 종류에 대한 밸브 전원(510-1, 510-2), 초기화 버튼(520-1, 520-2) 및 디스플레이부를 포함하며, 산소 및 헬륨의 농도를 동시에 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체 주입 제어 장치의 기체 주입부는 기 설정된 범위의 기체 압력을 유지시키는 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
산소 용기로부터 일정량의 산소를 밸브(솔레노이드 밸브)에 공급하는 경우, 밸브의 오리피스에 따라 공급유량에 차이가 있을 수 있다. 따라서, 밸브 종류에 따라 밸브 전단에서 사용압력에 따른 유량을 확인하여야 하고, 밸브 후단의 압력은 대기압 상태로 봐야 한다. 예컨대, 3bar 이하용 밸브를 사용하는 경우, 필요한 최대 산소량은 1L/min이기 때문에 3bar에서 1L/min이상의 유량이 공급되는 레귤레이터를 사용하여야 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기체 주입부
110 : 제1 기체 출입구
120 : 밸브
130 : 제2 기체 출입구
140 : 제3 기체 출입구
150 : 펌프
160 : 제4 기체 출입구
200 : 기체공급관
300 : 센서
400 : 제어부
500 : 커버
510-1, 510-2 : 밸브 전원
520-1, 520-2 : 초기화 버튼
530-1, 530-2 : 조작부
600 : 본체
1000 : 기체 주입 제어 장치

Claims (10)

  1. 기 설정된 기체가 주입되는 기체 주입부;
    대기 중 공기가 일측으로부터 유입되어 상기 기 설정된 기체와 혼합되고, 혼합된 기체를 타측에 연결된 콤프레셔로 공급하는 기체공급관;
    상기 기체공급관 내부에서 기 설정된 기체의 농도를 측정하는 센서; 및
    상기 센서로 측정한 기체의 농도를 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 기체 주입부는 기체가 주입되는 제1 기체 출입구;
    상기 제1 기체 출입구에 연결되고 상기 기체의 유량을 조절하는 밸브;
    상기 밸브에 연결되고 상기 기체공급관의 일측에 형성된 제2 기체출입구;
    상기 제2 기체 출입구가 형성된 상기 기체공급관의 일측의 반대방향인 타측에 형성된 제3 기체 출입구;
    상기 제3 기체 출입구에 연결되고, 혼합된 기체를 상기 센서로 공급하는 펌프; 및
    상기 센서와 연결되어 상기 센서에서 농도를 측정한 기체를 본체 외부로 배출하는 제4 기체 출입구를 더 포함하는,
    기체 주입 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸브의 궤도를 조절함으로써 기체의 유량을 변경하여 상기 기체공급관 내부 기체의 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기체 주입 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 기체는 산소 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 기체 주입 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기체 주입부를 통해 주입되는 기체가 인체에 위험한 물질을 포함하는지를 감지하는 위험 물질 감지부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 위험 물질 감지부를 통해 감지된 기체가 소정의 농도 범위 이상인 것으로 판단하면 상기 밸브를 잠그는 것을 특징으로 하는 기체 주입 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위험 물질 감지부가 감지하는 기체는 일산화탄소 또는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 기체 주입 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 펌프 또는 상기 센서의 전원을 제어하는 기체 주입 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서를 통해 측정한 기 설정된 기체의 농도가 소정의 범위 이상인 것으로 판단하면 콤프레셔의 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 기체 주입 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기체 주입부는 기 설정된 범위의 기체 압력을 유지시키는 레귤레이터를 더 포함하는 기체 주입 제어 장치.


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