KR102164104B1 - 방폭형 공기실린더 충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치는, 전면이 개구된 공기실린더 수용공간이 형성된 충전 하우징; 상기 수용공간의 전면에 개폐 가능하게 결합되는 개폐 도어; 상기 수용공간 내부에 형성되어 상기 공기실린더의 측면 일측 영역을 이격된 상태로 감싸는 제1 실린더 커버와, 상기 개폐 도어의 내측면에 결합되어 상기 개폐 도어 폐쇄 시 상기 공기실린더의 측면 타측 영역을 이격된 상태로 감싸는 제2 실린더 커버를 포함하는 커버 모듈;을 포함하며, 상기 커버모듈은, 상기 제1 실린더 커버와 상기 제2 실린더 커버의 횡방향 양 단 부위가 상호 이격된 상태로 적층 배치됨으로써 마련된 이격 공간인 공기 배출 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방폭형 공기실린더 충전장치 {Explosion proof type charging device for air cylinder}

본 발명은 스쿠버 다이버, 소방관 등이 호흡용 공기를 제공받기 위해 사용하는 공기실린더에 압축 공기를 충전하는 공기실린더 충전장치에 있어서, 충전 시 발생할 수 있는 폭발 사고에 대한 방폭 기능을 갖는 방폭형 공기실린더 충전장치에 관한 것이다.

스쿠버 다이빙은 1943년 쿠스토가 아쿠아렁이라는 장비를 개발한 이래 전 세계적으로 활성화되기 시작하여 현재 수백 만 명이 즐기고 있는 수중레저 스포츠로 자리잡고 있다. 국내에 도입된 것은 1960년대인 것으로 추정되고 있으며, 현재 약 40만 명 이상이 이 스포츠를 즐기고 있는 것으로 추산되고 있다.

스쿠버 다이버, 소방관 등이 호흡용 공기를 제공받기 위해 사용하는 호흡용 공기실린더는 최고 충전압력이 20.7 MPa(211 kg/cm2)인 고압가스용기로서 압축 공기를 실린더에 충전하는 경우 고압가스 안전관리법 제4조 제2항에 의한 고압가스 충전신고를 하여야 한다. 그러나 대부분의 스쿠버샵에서는 과거부터 최근에 이르기까지 관행적으로 별도의 허가 또는 신고절차 없이 자체적으로 공기압축기를 설치하여 고압가스를 용기에 충전하고 있는 실정이다.

일반적으로 공기실린더 충전은 실내 혹은 실외에서 공기 충전기(Compressor)를 이용하여 상기 공기실린더 내부에 압축공기를 20 MPa(200 bar)의 고압으로 주입하는 방식으로 이루어진다. 하지만 이 방식의 경우 빠른 가스 유속으로 발생한 열에 의한 공기실린더의 폭발, 장비 유지보수 중 부품 내부에 잔류했던 입자를 원인으로 한 배기밸브 발화, 충전 완료 후 실린더의 배기 밸브를 개방하는 순간 플랙시블 호스가 폭발하는 등의 여러 가지 원인에 의한 폭발 가능성이 있다.

따라서 공기실린더 충전장치는 상기 공기실린더의 폭발로부터 사용자의 안전을 완벽하게 보호하기 위해 폭파된 공기실린더의 부산물을 완벽하게 차단하고 압축가스의 방향을 안전한 방향으로 유도하는 구조를 가져야 할 필요가 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 한국등록특허 제 10-1638829호 '호흡용 고압공기 안전충전함'에서는, 공기통이 수용되는 수용공간이 형성되고 전방이 개구된 충전케이싱, 상기 충전케이싱의 양측 면을 각각 밀폐하고 상기 수용공간에 수용된 공기통의 폭발 시 압력이 분산되도록 복수 개의 압력분산공이 형성된 측면압력분산판, 상기 공기통의 폭발로 인해 상기 압력분산공으로 배출되는 공기를 상기 충전케이싱의 상하로 안내하는 안내덕트공간을 형상하도록 상기 측면압력분산판의 외측으로 이격 배치되는 측면마감판, 및 상기 충전케이싱의 개구된 전방에 회전 가능하게 설치되어 상기 수용공간을 개폐하며 상기 공기통이 안착되는 안착브래킷이 설치된 개폐도어를 포함한다. 상기 선행기술은 압력분산판 등을 통해 공기통의 폭발로 인한 안전사고의 발생을 방지할 수 있다고 하나, 개폐도어를 개방하고 실린더를 양손으로 들어서 안착브래킷에 삽입하는 방식으로 적용되어 충전이 완료된 실린더의 무게가 약 20kg 이상인 점을 감안하면, 실린더를 삽입하고 회수할 때 사용자 측면에서 불편한 부분이 있다.

또한, 한국등록특허 제 10-1954090호 '방폭기능이 구비된 공기통 충전장치'에서는, 공기통이 수용되는 수용공간이 형성된 본체, 상기 공기통의 유출입이 가능하도록 상기 본체의 일면에 개폐가능하도록 결합되는 개폐부 및 판상으로 길게 형성되어 가상의 중심가로축을 기준으로 일정각도로 기울어지도록 상기 본체의 일면에 이격되어 적층 결합되며 상기 공기통의 폭발압이 외부로 배출되도록 상기 수용공간과 연통되는 연통 유로를 형성하는 방폭부, 상기 본체에 수용되는 복수개의 공기통을 구획하여 연쇄폭발을 방지하는 격벽부를 포함할 수 있도록 마련되었다.

이러한 구조는 실린더가 폭발하였을 때 실린더 부산물을 효과적으로 막을 수 있으나 폭발 시 외부로 향하는 실린더 파편 및 폭발압이 본체 구조물에 직접적으로 영향을 주게 되어 장치 파손을 예방하기 어렵고, 특히 폭발물의 진행 방향이 상하로 집중되어 있어 실린더 하부가 폭발 하였을 때 실린더가 상부로 상승하여 충전을 위한 전장부품 등이 위치해 있는 상부를 파손하게 되는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우 사용자의 안전은 보호할 수 있지만 고가의 장비인 충전장치의 물리적인 파손은 피할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 공기실린더 폭발 시 폭발 파편의 타격으로부터 충전장치를 보호할 수 있는 내부 구조물을 부가하되 상하 뿐만아니라 좌우로도 폭발압이 분산될 수 있도록 구조화하여 방폭 기능을 더욱 향상시키고, 20kg 이상의 무게를 갖는 실린더를 다룸에 있어서 사용자의 편의성을 개선시키는 공기실린더 충전장치의 개발이 필요하다.

한국등록특허 제 10-1638829호 '호흡용 고압공기 안전충전함'(2015년 12월 03일 출원) 한국등록특허 제 10-1954090호 '방폭기능이 구비된 공기통 충전장치'(2017년 10월 11일)

본 발명의 주요 목적은, 공기실린더 폭발 시 폭발 파편의 타격으로부터 사용자 및 충전장치를 보호할 수 있도록 하고, 상하 방향 뿐만아니라 측방으로도 폭발압이 분산될 수 있도록 구조화하여 방폭 기능을 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 20kg 이상의 무게를 갖는 실린더를 다룸에 있어서 사용자의 편의성을 개선시키는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치는, 전면이 개구된 공기실린더 수용공간이 형성된 충전 하우징; 상기 수용공간의 전면에 개폐 가능하게 결합되는 개폐 도어; 상기 수용공간 내부에 형성되어 상기 공기실린더의 측면 일측 영역을 이격된 상태로 감싸는 제1 실린더 커버와, 상기 개폐 도어의 내측면에 결합되어 상기 개폐 도어 폐쇄 시 상기 공기실린더의 측면 타측 영역을 이격된 상태로 감싸는 제2 실린더 커버를 포함하는 커버 모듈;을 포함하며, 상기 커버 모듈은, 상기 제1 실린더 커버와 상기 제2 실린더 커버의 횡방향 양 단 부위가 상호 이격된 상태로 적층 배치됨으로써 마련된 이격 공간인 공기 배출 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 실린더 커버와 상기 제2 실린더 커버는, 횡단면이 반원 띠 형상으로 구현된 기립 격벽인 것을 특징으로 한다.

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추가적으로, 비상 시 압축 공기가 상기 충전 하우징 외부로 배출될 수 있도록 상기 수용공간의 바닥면과 후면 및 측면에 관통 형성된 복수의 배출공과, 상기 커버 모듈 내측 상기 수용공간의 바닥면에 상기 공기실린더의 저면을 수용할 수 있는 내경을 갖도록 형성된 가이드 프레임 및, 상기 충전 하우징이 지면으로부터 이격되도록 상기 충전 하우징의 저면 양 측부로부터 하방으로 수직 연장된 레그 중 하나 이상이 추가로 구비된 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 커버 모듈은, 고밀도 폴리에틸렌으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치는,

1) 공기실린더 폭발 시 파편으로부터 충전장치를 보호하는 커버 모듈을 마련하여 고가의 충전장치를 파손을 최소화하고,

2) 상하 뿐만아니라 좌우로도 폭발압이 분산될 수 있도록 구조화하여 방폭 기능을 극대화하며,

2) 20kg 이상의 무게를 갖는 공기실린더를 충전장치에 삽입 및 회수함에 있어서 사용자의 편의성을 개선시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치의 개폐 도어를 개방한 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 방폭형 공기실린더 충전장치의 횡단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치의 외관을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 방폭형 공기실린더 충전장치는 기본적으로 충전 하우징과 개폐 도어, 커버 모듈을 포함한다.

상기 충전 하우징은, 공기실린더가 수용될 수 있는 공기실린더 수용공간을 마련한 박스형 장치로서, 본 발명의 방폭형 공기실린더 충전장치의 외관을 형성하는 본체로 기능한다. 도면에 도시된 바와 같이 상기 충전 하우징의 상부에는 공기실린더와 연결되어 압축 공기 주입을 제어하는 기계적, 전기적 부품이 내장된 컨트롤 콘솔이 마련될 수 있다.

상기 공기실린더가 수용되는 수용공간은, 상기 충전 하우징의 내부에 형성된 중공의 공간으로서, 전면이 개구된 직육면체 중공인 것이 바람직하다. 필요에 따라 상기 수용공간에는 상기 공기실린더가 동시에 두 개 이상 수용될 수 있으므로, 다양한 크기로 변형 적용될 수 있다.

이 때 상기 수용공간의 바닥면과 후면 및 측면을 관통한 복수의 배출공이 마련되어, 비상 시 상기 내부공간으로 유입된 압축 공기가 상기 충전 하우징 외부로 안전하게 배출될 수 있도록 할 수 있다.

또한 상기 충전 하우징의 저면 양 측부로부터 하방으로 수직 연장된 한 쌍의 레그를 마련할 수 있다. 이를 통해 상기 충전 하우징의 저면이 지면으로부터 이격되어, 상기 수용공간 하부를 통해 배출된 압축 공기가 지면과의 이격 공간을 통해 외부로 더욱 원활히 배출된다.

상기 개폐 도어는, 상기 수용공간의 전면을 개폐할 수 있도록 마련된 것으로, 상기 수용공간의 전면 개구 면적과 같거나 큰 패널 형상으로 일 측 모서리에 형성된 힌지 수단을 매개로 해당 모서리를 축으로 하여 회동 가능하게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 개폐 도어의 전면 일 측에는 개폐 동작을 용이하게 하는 손잡이가 마련된다.

상기 충전 하우징과 개폐 도어는 전체적인 강성, 구조 안정성, 방폭 성능 등을 고려하여 스틸 강판(SS400) 재질로 마련하는 것이 바람직하다.

커버 모듈은 상기 수용공간 내부에서 상기 공기실린더보다 큰 횡단면적을 갖는 방폭 공간을 구획하는 구조물로서, 상기 공기실린더의 외면으로부터 일정 간격 이격된 상태로 상기 공기실린더를 감싸도록 형성되어, 폭발 시 발생하는 실린더 파편을 상기 방폭 공간에 가두는 역할을 한다.

도 2는 본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치의 개폐 도어를 개방한 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 방폭형 공기실린더 충전장치의 횡단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 커버 모듈을 상세히 설명하면, 상기 커버 모듈은 두 개의 격벽구조물이 각각 수용공간 내부 및 상기 개폐 도어의 내측에 형성되어, 상기 개폐 도어가 폐쇄되면 각 구조물이 부정합 형태로 결합하여 상기 방폭 공간을 구획하고, 그 내부에 상기 공기실린더를 수용함과 동시에 상하 개구 부위와 부정합 결합된 부위에 형성된 틈인 공기 배출 슬릿을 통해 압축공기가 상하 좌우로 배출될 수 있도록 한 데 그 특징이 있다.

상기 커버 모듈을 구성하는 두 개의 격벽구조물은 도 3에 도시된 바와 같이 상단 및 하단이 개방된 원통형 기둥을 세로로 나눈 형상, 즉 횡단면이 반원 띠 형상으로 구현된 기립 격벽으로 제1 실린더 커버와 제2 실린더 커버로 구분할 수 있다.

상기 제1 실린더 커버는 상기 수용공간의 내부에 형성된 것으로, 상기 수용공간의 후면에 결합되어 상기 공기실린더의 측면 일측 영역을 일정간격 이격된 상태로 감싸도록 배치된다. 또한, 상기 제2 실린더 커버는 상기 개폐 도어의 내측면에 결합되어 상기 개폐 도어 폐쇄 시 상기 공기실린더의 측면 타측 영역, 즉 상기 제1 실린더 커버가 커버하지 않은 나머지 영역을 일정간격 이격된 상태로 감싼다. 이 때 상기 제1 실린더 커버는 상기 수용공간의 후면에, 상기 제2 실린더 커버는 상기 개폐 도어의 내측면(도면 상 상기 개폐 도어의 배면)에 브라켓 등 별도의 연결 수단을 매개로 결합되어 기립 상태를 유지토록 할 수 있다.

이 때 상기 커버 모듈로 마련된 방폭 공간에서 폭발 발생 시 압축 공기가 개방된 상하단 뿐만 아니라 측부로도 원활히 배출될 수 있도록 하기 위하여, 상기 제1 실린더 커버와 상기 제2 실린더 커버는 서로 부정합 형태로 배치되도록 한다. 즉, 상기 제1,2 실린더 커버는 횡방향 양 단 부위(횡방향 단면을 기준으로 반원 띠 형태의 양 단의 일부)가 상호 이격된 상태로 엇갈려 적층 배치된다. 이에 따라 상기 커버 모듈에는 상기 제1,2 실린더 커버의 양단 이격 공간인 공기 배출 슬릿이 세로로 길게 한 쌍으로 마련된다.

상기 제1,2 실린더 커버는 고밀도 폴리에틸렌으로 형성되어, 상기 공기실린더의 삽입 및 회수 시 상기 공기실린더 외면에 가해질 수 있는 손상을 최소화할 수 있다.

추가적으로, 상기 공기실린더의 삽입이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 상기 커버 모듈은 가이드 프레임을 포함할 수 있다.

상기 가이드 프레임은, 상기 커버 모듈 내측 상기 수용공간의 바닥면에 상기 공기실린더의 저면을 수용할 수 있는 내경을 갖는 중공 원통 형상의 구조물로, 사용자는 상기 공기실린더의 저면이 상기 가이드 프레임 내부에 삽입되도록 동작함으로써 압축공기 충전 시 상기 공기실린더가 보다 안정적으로 거치된 상태를 유지할 수 있도록 하는 데 도움을 준다.

실시예와 함께 설명하면, 상기 개폐 도어가 개방된 상태에서 사용자가 상기 공기실린더의 저면이 상기 가이드 프레임 내부에 수용되도록 배치시킴으로써 상기 공기실린더의 측면 일부가 상기 제1 실린더 커버 내부에 수용된다. 그 후 상기 개폐 도어를 폐쇄하면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2 실린더 커버가 상기 제1 실린더 커버에 의해 수용되지 않은 나머지 부위를 커버하며, 이 때 상기 제1,2 실린더 커버의 횡방향 양 단이 서로 엇갈리게 이격배치됨에 따라 상기 커버 모듈에는 한 쌍의 공기 배출 슬릿이 마련된다. 본 출원인은 일반적으로 호흡기용 공기실린더의 압축공기 주입 압력인 20MPa을 기준으로, 해당 압력의 실린더 폭발 시 원활한 공기배출과 실린더 파편 보호 성능을 확인하기 위한 다수의 선행 연구를 통해, 한 쌍의 공기 배출 슬릿의 폭(상기 제1,2 실린더 커버의 양 단 사이 이격 거리)이 4 내지 6 mm, 8 내지 12 mm 로 서로 다르게 형성되는 것이 바람직하다는 결과를 도출했다.

이로써 상기 공기실린더는 상술한 구조로 마련된 상기 커버 모듈에 의해 구획된 방폭 공간에 수용되고, 폭발 발생 시 파편에 의한 외부 및 장치에 대한 피해는 상기 제1,2 실린더 커버에 의해 물리적으로 제한되고, 노출된 압축 공기는 1차적으로 상기 커버 모듈의 개방된 상하단과 상기 공기 배출 슬릿을 통해 상기 내부 공간을 향해 배출되고, 2차적으로 상기 배출공에 의해 외부로 배출되어, 폭발압에 따른 피해가 최소화될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방폭형 공기실린더 충전장치의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.

10: 공기실린더
100: 충전장치
110: 컨트롤 콘솔
120: 충전 하우징
120a: 배출공
120b: 레그
130: 개폐 도어
131: 브라켓
140: 커버 모듈
140a: 공기 배출 슬릿
141: 제1 실린더 커버
142: 제2 실린더 커버
143: 가이드 프레임

Claims (5)

1. 전면이 개구된 공기실린더 수용공간이 형성된 충전 하우징;
   상기 수용공간의 전면에 개폐 가능하게 결합되는 개폐 도어;
   상기 수용공간 내부에 형성되어 상기 공기실린더의 측면 일측 영역을 이격된 상태로 감싸는 제1 실린더 커버와, 상기 개폐 도어의 내측면에 결합되어 상기 개폐 도어 폐쇄 시 상기 공기실린더의 측면 타측 영역을 이격된 상태로 감싸는 제2 실린더 커버를 포함하는 커버 모듈;을 포함하며,
   상기 커버 모듈은,
   상기 제1 실린더 커버와 상기 제2 실린더 커버의 횡방향 양 단 부위가 상호 이격된 상태로 적층 배치됨으로써 마련된 이격 공간인 공기 배출 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방폭형 공기실린더 충전장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 실린더 커버와 상기 제2 실린더 커버는,
   횡단면이 반원 띠 형상으로 구현된 기립 격벽인 것을 특징으로 하는, 방폭형 공기실린더 충전장치.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   비상 시 압축 공기가 상기 충전 하우징 외부로 배출될 수 있도록 상기 수용공간의 바닥면과 후면 및 측면에 관통 형성된 복수의 배출공과,
   상기 커버 모듈 내측 상기 수용공간의 바닥면에 상기 공기실린더의 저면을 수용할 수 있는 내경을 갖도록 형성된 가이드 프레임 및,
   상기 충전 하우징이 지면으로부터 이격되도록 상기 충전 하우징의 저면 양 측부로부터 하방으로 수직 연장된 레그 중 하나 이상이 추가로 구비된 것을 특징으로 하는, 방폭형 공기실린더 충전장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 커버 모듈은,
   고밀도 폴리에틸렌으로 형성된 것을 특징으로 하는, 방폭형 공기실린더 충전장치.

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