KR102656767B1 - 고압 호흡용 공기 처리장치 - Google Patents

고압 호흡용 공기 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소방관 등이 사용하는 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전할 때 호흡용 공기에 포함되어 있는 이물질, 세균 등을 정화 및 살균 처리하고 유해가스를 제거하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 호흡용 공기 속의 이물질과 세균을 정화 및 살균하는 수단, 호흡용 공기 속의 유해가스를 센싱 및 모니터링한 후에 충전 과정을 적절히 제어하는 수단 등을 구비하여, 호흡용 공기에 포함되어 있는 이물질, 세균 등을 정화 및 살균 처리하고 유해가스를 제거하는 새로운 형태의 고압 호흡용 공기 처리장치를 구현함으로써, 공기호흡기 용기에 깨끗하게 정화되고 세균 걱정이 없는 호흡용 공기를 충전할 수 있는 등 공기호흡기 용기의 호흡용 공기를 사용하는 사용자의 안전성을 확보할 수 있는 한편, 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전하기 전(前) 공기호흡기 용기에 들어 있는 잔여 압축공기를 제거하는 수단을 구비함으로써, 공기호흡기 용기 내의 결로 문제 및 부식 문제, 그리고 공기 오염 문제를 해결할 수 있는 고압 호흡용 공기 처리장치를 제공한다.

Description

고압 호흡용 공기 처리장치{High pressure breathing air system}
본 발명은 고압 호흡용 공기 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소방관 등이 사용하는 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전할 때 호흡용 공기에 포함되어 있는 이물질, 세균 등을 정화 및 살균 처리하고 유해가스를 제거하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화재 시 인명 구조작업을 하는 소방관, 수중 스포츠를 즐기거나 수중 작업을 하는 스킨스쿠버, 의료의 목적으로 호흡을 위한 공기를 필요로 하는 환자 등의 경우 호흡용 공기가 충전되어 있는 공기호흡기 용기를 이용하여 호흡하게 된다.
이러한 공기호흡기 용기는 사용 후에 잔량이 줄어든 경우 새로운 호흡용 공기를 충전하여 사용하게 되며, 또 사용하지 않더라도 약 3∼4개월 정도 장기간 미사용 상태로 방치해 놓은 경우에는 공기호흡기 용기에 들어 있는 압축공기의 오염을 방지하기 위해 내부 잔여 공기를 배출시킨 다음, 새로운 호흡용 공기를 충전하여 사용하게 된다.
현재 공기호흡기 용기에 새로운 호흡용 공기를 충전한 제품으로는 공기호흡기 용기 충전장치를 사용하여 일반적인 공기(산소 약 20% 및 질소 약 80%의 일반적인 공기)를 고압으로 압축한 후에 용기에 담아서 유통하는 제품, 산소와 질소를 액체 상태로 용기에 별도로 담아서 시중에 유통하는 제품 등이 있다.
그리고, 호흡용 공기의 경우 수중 스포츠용이나 의료용, 일반 산업용 등과 같이 사용하는 용도에 따라 산소와 질소를 분리하여 사용하고 있고, 또 사용하는 용도에 알맞게 산소 혹은 질소의 농도를 적절히 조절하여 사용하고 있다.
보통 소방관이 사용하는 공기호흡기 용기에 호흡용 공기 충전 시, 충전함에 공기호흡기 용기를 넣은 후, 약 100∼200bar 정도의 고압으로 호흡용 공기를 충전한다.
그러나, 공기호흡기 용기에 충전되는 호흡용 공기에는 각종 이물질, 세균, 유해가스 등이 포함되어 있고, 이러한 것들이 적절히 처리되지 않고 그대로 충전되는 경우에는 호흡용 공기를 사용하는 사람의 건강에 악영향을 끼치는 문제가 있다.
또한, 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전할 때 적절한 압력이 유지되지 못한 상태에서도 충전이 이루어지는 사례가 종종 있으며, 이 경우 호흡용 공기 속의 세균이 살균되지 않은 상태 그대로 충전되는 문제가 있다.
등록특허공보 제10-2196144호 등록특허공보 제10-1043200호 등록특허공보 제10-1638829호 등록특허공보 제10-1686580호 등록특허공보 제10-1860033호
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 호흡용 공기 속의 이물질과 세균을 정화 및 살균하는 수단, 호흡용 공기 속의 유해가스를 센싱 및 모니터링한 후에 충전 과정을 적절히 제어하는 수단 등을 구비하여, 호흡용 공기에 포함되어 있는 이물질, 세균 등을 정화 및 살균 처리하고 유해가스를 제거하는 새로운 형태의 고압 호흡용 공기 처리장치를 구현함으로써, 공기호흡기 용기에 깨끗하게 정화되고 세균 걱정이 없는 호흡용 공기를 충전할 수 있는 등 공기호흡기 용기의 호흡용 공기를 사용하는 사용자의 안전성을 확보할 수 있는 고압 호흡용 공기 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전하기 전(前) 공기호흡기 용기에 들어 있는 잔여 호흡용 공기를 제거하는 수단을 구비함으로써, 공기호흡기 용기 내의 결로 문제 및 부식 문제, 그리고 공기 오염 문제를 해결할 수 있는 고압 호흡용 공기 처리장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 고압 호흡용 공기 처리장치는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 고압 호흡용 공기 처리장치는 공기호흡기 용기측으로 공급되는 호흡용 공기를 단속하는 제1밸브와, 상기 제1밸브를 지나서 진행되는 호흡용 공기의 압력을 제어하고 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 이물질과 세균을 정화 및 살균 처리하는 정화 및 살균 필터부와, 상기 정화 및 살균 필터부를 지나서 진행되는 호흡용 공기 속의 유해가스를 센싱 및 모니터링하여 제1밸브의 개폐 작동을 제어하는 유해가스 모니터링 및 공기 제어부와, 상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부를 지나서 진행된 후에 공기호흡기 용기에 충전되는 호흡용 공기를 단속하는 제2밸브를 포함하며, 이물질과 세균을 정화 및 살균 처리하고 유해가스가 섞이지 않은 상태의 호흡용 공기를 공기호흡기 용기에 충전하는 것이 특징이다.
또한, 상기 정화 및 살균 필터부는 호흡용 공기가 들어오는 하우징 입구 및 호흡용 공기가 나가는 하우징 출구를 가지는 필터 하우징과, 상기 필터 하우징의 내부에 설치되는 카트리지 타입의 필터와, 상기 필터 하우징의 하우징 출구측에 설치되어 호흡용 공기의 압력에 따라 개폐되는 릴리프 밸브를 포함하며, 상기 필터를 이용하여 필터 하우징의 내부로 들어온 호흡용 공기 속의 이물질을 정화하고, 상기 릴리프 밸브의 개폐작동을 제어하여 필터 하우징 내의 호흡용 공기의 압력을 기 설정압력까지 유지하면서 호흡용 공기 속의 세균을 고압 살균할 수 있다.
또한, 상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부는 호흡용 공기가 흐르는 라인 상에 설치되면서 호흡용 공기가 들어오는 유입구 및 호흡용 공기가 나가는 배출구를 가지는 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징의 내부에 설치되어 호흡용 공기의 압력에 따라 유입구를 개폐하는 밸브로 구성되어 고압의 호흡용 공기의 일부를 감압하여 센서 박스측으로 제공하는 감압 밸브와, 상기 감압 밸브측으로부터 호흡용 공기를 제공받아 호흡용 공기 속의 유해가스를 감지하는 센서 박스와, 상기 센서 박스측으로부터 제공받는 감지신호를 모니터링하여 제1밸브의 개폐 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 센서 박스에서 유해가스를 감지하는 경우 컨트롤러의 출력 제어를 통해 제1밸브를 OFF 시킴으로써 호흡용 공기의 충전 진행을 차단할 수 있다.
여기서, 상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부의 센서 박스는 호흡용 공기의 CO의 감지를 위한 CO 센서, 호흡용 공기의 CO2의 감지를 위한 CO2 센서, 호흡용 공기의 산소의 감지를 위한 산소 센서, 호흡용 공기의 수분의 감지를 위한 수분 센서, 호흡용 공기의 온도의 감지를 위한 온도 센서 등을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 정화 및 살균 필터부와 유해가스 모니터링 및 공기 제어부 사이의 호흡용 공기 라인 상에는 공기호흡기 용기 내의 충전 압력이 기 설정압력 이상을 초과하는 경우 호흡용 공기의 역류를 막아주는 체크 밸브가 설치될 수 있다.
이러한 고압 호흡용 공기 처리장치는 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전하기 전(前) 공기호흡기 용기에 들어 있는 잔여 호흡용 공기를 제거하는 수단으로서, 상기 제2밸브의 OFF 상태에서, 공기호흡기 용기측에 연결되어 공기호흡기 용기에서 나오는 호흡용 공기를 단속하는 제3밸브와, 상기 제3밸브를 지나서 진행되는 호흡용 공기의 압력에 따라 개폐되는 잔여 압력 유지장치와, 내부에 분산판과 필터체를 가지면서 잔여 압력 유지장치를 지나서 진행되는 호흡용 공기 속의 이물질을 제거하고 소음을 감소시키는 잔여 압력 배출장치로 이루어진 잔여 압축공기 제거부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 고압 호흡용 공기 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 호흡용 공기 속의 이물질과 세균을 정화 및 살균함과 더불어 라인 내의 압력을 제어하는 정화 및 살균 필터부, 호흡용 공기 속의 유해가스를 센싱 및 모니터링한 후 충전 과정을 적절히 제어하는 유해가스 모니터링 및 공기 제어부 등을 연계적으로 구비하여 호흡용 공기에 포함되어 있는 이물질, 세균 등을 정화 및 살균 처리하고 유해가스를 제거함으로써, 공기호흡기 용기에 깨끗하게 정화되고 세균 걱정이 없는 호흡용 공기를 충전할 수 있으며, 따라서 사용자들이 호흡용 공기가 들어 있는 공기호흡기 용기를 안심하고 사용할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전하기에 앞서 공기호흡기 용기에 들어 있는 잔여 압축공기를 제거하는 잔여 압축공기 제거부를 적용함으로써, 공기호흡기 용기 내의 결로 문제 및 부식 문제, 그리고 공기호흡기 용기 내의 공기 오염 문제를 완전히 해결할 수 있으며, 따라서 공기호흡기 용기의 내구수명을 연장할 수 있고 사용자에게 좀더 안전한 호흡용 공기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치의 전체 레이아웃을 나타내는 개략도
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치에서 정화 및 살균 필터부를 나타내는 개략도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치에서 유해가스 모니터링 및 공기 제어부의 감압 밸브를 나타내는 개략도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치에서 잔여 압축공기 제거부를 나타내는 개략도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치의 전체 레이아웃을 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 고압 호흡용 공기 처리장치는 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 이물질과 세균을 정화 및 살균 처리함과 더불어 유해가스가 섞이지 않은 상태의 호흡용 공기를 공기호흡기 용기에 충전하는 시스템으로 이루어지게 된다.
이를 위하여, 상기 고압 호흡용 공기 처리장치는 제1밸브(10), 정화 및 살균 필터부(11), 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12), 제2밸브(13)를 포함하며, 이때의 제1밸브(10), 정화 및 살균 필터부(11), 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12), 제2밸브(13)는 호흡용 공기 라인(33)으로 연결된다.
이에 따라, 호흡용 공기는 제1밸브(10)→정화 및 살균 필터부(11)→유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)→제2밸브(13)를 순차적으로 거친 후에 공기호흡기 용기(100)의 내부에 충전되고, 이러한 과정에서 공기호흡기 용기(100)에 충전되는 호흡용 공기 속의 이물질, 각종 세균, 유해가스 등이 제거된다.
상기 제1밸브(10)는 공기호흡기 용기(100)측으로 공급되는 호흡용 공기, 즉 정화 및 살균 필터부(11)로 보내지는 호흡용 공기의 흐름을 단속하는 수단으로서, 고압의 호흡용 공기를 만드는 호흡용 공기 제조설비(예컨대, 등록특허공보 제10-1790308호, 등록특허공보 제10-2118846호 등에 개시되어 있는 공지의 호흡용 공기 제조설비)의 배출측에 연결 설치된다.
이러한 제1밸브(10)는 솔레노이드 밸브를 적용하는 것이 바람직하며, 이때의 제1밸브(10)는 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)의 컨트롤러(25)의 출력 제어를 받아 ON(열림) 또는 OFF(닫힘) 작동된다.
이에 따라, 상기 제1밸브(10)의 ON 작동 시 호흡용 공기 제조설비에서 제공되는 호흡용 공기가 호흡용 공기 라인(33)으로 유입되고, 제1밸브(10)의 OFF 작동 시 호흡용 공기의 유입이 차단된다.
상기 정화 및 살균 필터부(11)는 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 먼지 등의 이물질을 정화함과 더불어 소정의 압력으로 호흡용 공기 속의 세균을 살균하는 수단으로서, 이러한 정화 및 살균 필터부(11)의 전단측과 후단측은 호흡용 공기 라인(33)을 통해 제1밸브(10)와 체크 밸브(26)에 각각 연결된다.
이에 따라, 상기 제1밸브(10)를 지나서 호흡용 공기 라인(33)을 따라 진행되는 호흡용 공기가 정화 및 살균 필터부(11)를 경유하게 되면, 이때의 호흡용 공기 속의 이물질은 필터(도 2의 도면부호 17)에 의해 정화 처리되고, 이와 더불어 호흡용 공기 속의 세균은 릴리프 밸브(18)로 인해 조성되는 필터 하우징(도 2의 도면부호 16) 내의 압력(예를 들면, 약 100∼200bar 정도의 압력)에 의해 살균 처리된다.
상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)는 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 CO각종 유해가스, 예를 들면 CO나 CO2 등과 같은 유해가스를 제거하는 수단, 다시 말해 CO나 CO2 등과 같은 유해가스가 감지되는 경우 호흡용 공기가 호흡용 공기 라인(33)으로 유입되지 못하도록 제어하는 수단으로서, 이러한 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)의 전단측과 후단측은 호흡용 공기 라인(33)을 통해 체크 밸브(26)와 제2밸브(13)에 각각 연결된다.
이와 같은 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)는 호흡용 공기 라인(33) 상에 연결 설치되어 압력을 감압하여 센서 박스(23)측에 제공하는 감압 밸브(24)와, 상기 감압 밸브(24)의 감압 공기 배출구(도 4의 도면부호 34)에 연결 설치되어 감압된 상태의 호흡용 공기를 제공받은 후에 호흡용 공기 속의 유해가스 등을 감지하는 센서 박스(23)와, 상기 센서 박스(23)에서 제공되는 감지 신호를 입력으로 하여 제1밸브(10)의 작동을 출력 제어하는 컨트롤러(25)를 포함한다.
여기서, 상기 센서 박스(23)는 호흡용 공기 속의 CO의 감지를 위한 CO 센서(미도시), 호흡용 공기 속의 CO2의 감지를 위한 CO2 센서(미도시), 호흡용 공기 속의 산소의 감지를 위한 산소 센서(미도시), 호흡용 공기 속의 수분 감지를 위한 수분 센서(미도시), 호흡용 공기의 온도의 감지를 위한 온도 센서(미도시) 등이 포함될 수 있다.
그리고, 상기 컨트롤러(25)는 센서 박스(23)측으로부터 제공받는 감지신호를 모니터링하여 제1밸브(10)의 개폐 작동을 제어하는 수단으로서, CO 센서와 CO2 센서의 의해 유해가스가 감지되는 경우 이외에도 산소 센서, 수분 센서 및 온도 센서에 의해 감지되는 호흡용 공기의 산소량, 수분량 및 온도가 기 설정치를 만족하지 못하는 경우에 이를 모니터(미도시)에 디스플레이하여 사용자에게 시스템 운전 상태를 제공함과 더불어 제1밸브(10)의 개폐 작동을 제어할 수 있게 된다.
여기서, 상기 컨트롤러(25)에 기 설정되어 있는 각 성분의 설정값은 다음과 같다.
CO는 5ppm, CO2는 1,000ppm 또는 500ppm, 산소는 20% 내지 21%, 수분은 25mg/N㎥, 온도는 +5∼+45℃이다.
이에 따라, 상기 정화 및 살균 필터부(11)를 지나서 체크 밸브(26)를 거친 후에 호흡용 공기 라인(33)을 따라 진행되는 호흡용 공기가 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)를 경유하게 되면, 이때의 호흡용 공기 속의 유해가스(예컨대, CO와 CO2)는 센서 박스(23)에 의해 감지되고, 즉 CO 센서와 CO2 센서에 의해 각각 감지되고, 이때의 유해가스가 기 설정값을 초과하게 되면, 컨트롤러(25)의 출력 제어에 의해 제1밸브(10)가 OFF 작동되므로서, 공기호흡기 용기(100)에 충전되는 호흡용 공기에 유해가스가 섞여서 들어가는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.
상기 제2밸브(13)는 공기호흡기 용기(100)측으로 최종 충전되는 호흡용 공기의 흐름을 단속하는 수단으로서, 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)의 배출측, 즉 감압 밸브(24)의 배출구(도 4의 도면부호 20)와 공기호흡기 용기(100)의 출입구(미도시) 사이에 연결되는 호흡용 공기 라인(33) 상에 연결 설치된다.
여기서, 상기 제2밸브(13)는 컨트롤러(25)에 의해 출력 제어되는 솔레노이드 밸브나 수동 조작이 가능한 개폐 밸브 등을 적용할 수 있으며, 이때의 제2밸브(13)의 ON(열림) 또는 OFF(닫힘) 작동에 따라 공기호흡기 용기(100)에 호흡용 공기가 충전되거나 호흡용 공기의 충전이 차단될 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 제2밸브(13)의 ON 작동 시 호흡용 공기가 호흡용 공기 라인(33)을 따라 진행되어 공기호흡기 용기(100)에 호흡용 공기가 충전되는 과정이 진행될 수 있고, 제2밸브(13)의 OFF 작동 시 이때에는 호흡용 공기를 충전할 공기호흡기 용기(100)에 대한 잔여 압축공기를 배출하는 과정이 진행될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 정화 및 살균 필터부(11)와 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12) 사이, 즉 릴리프 밸브(18)와 감압 밸브(24) 사이의 호흡용 공기 라인(33) 상에는 체크 밸브(26)가 설치되며, 이렇게 설치되는 체크 밸브(26)는 공기호흡기 용기(100) 내의 충전 압력이 기 설정압력 이상을 초과하는 경우 호흡용 공기가 정화 및 살균 필터부(11)측 등으로 역류되는 것을 막아주는 역할을 하게 된다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치에서 정화 및 살균 필터부를 나타내는 개략도이다.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 정화 및 살균 필터부(11)는 필터(17)를 이용하여 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 먼지 등의 이물질을 제거하고, 이와 더불어 릴리프 밸브(18)에 의해 조성되는 밸브 하우징(21) 내의 압력을 이용하여 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 각종 세균, 바이러스를 살균하는 역할을 하게 된다.
이를 위하여, 호흡용 공기가 들어오는 하우징 입구(14) 및 호흡용 공기가 나가는 하우징 출구(15)가 형성되어 있는 필터 하우징(16)이 구비되고, 이때의 하우징 입구(14)는 제1밸브(10)측에서 연장되는 호흡용 공기 라인(33)과 연결되는 동시에 하우징 출구(15)는 릴리프 밸브(18)측으로 연장되는 호흡용 공기 라인(33)과 연결된다.
여기서, 상기 필터 하우징(16)의 상단부에는 하우징 덮개(35)가 설치되어 필터(17)의 교체 시 하우징 덮개(35)를 열고 필터(17)를 교체할 수 있게 된다.
그리고, 상기 필터 하우징(16)의 내부에는 교체가 용이할 뿐만 아니라 실질적으로 이물질을 정화하는 역할을 하는 카트리지 타입의 필터(17)가 설치된다.
이때, 상기 필터(17)는 부직포 재질을 적용할 수 있으며, 0.01㎛ 단위까지 여과가 가능하다.
예를 들면, 상기 필터(17)는 0.2㎛ 정도의 크기로 이루어진 바이러스는 물론, 1∼3㎛ 정도의 크기로 이루어진 세균을 걸러낼 수 있으며, 그 밖에 1㎛ 정도의 크기를 가지는 초미세먼지 등도 정화할 수 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 필터(17)는 프리 필터, 헤파 필터, 활성탄 필터, 제습 필터 등을 적용할 수 있으며, 이것들을 조합한 형태도 적용할 수 있다.
특히, 상기 필터 하우징(16)의 하우징 출구(15)측에는 호흡용 공기의 압력에 따라 개폐되는 릴리프 밸브(18)가 설치된다.
여기서, 상기 릴리프 밸브(18)를 하우징 출구(15)에 직접 설치하여 필터 하우징(16)과 릴리프 밸브(18)를 하나의 어셈블리 형태의 일체식으로 구성하여, 릴리프 밸브(18)에 의해 조성되는 압력이 필터 하우징(16)의 내부에 직접적으로 작용하도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 릴리프 밸브(18)의 개폐 작동 압력은 100∼200bar 정도, 바람직하게는 100bar로 설정될 수 있다.
이렇게 필터 하우징(16)의 하우징 출구(15)측에 개폐 압력이 100bar 이상으로 설정되어 있는 릴리프 밸브(18), 예를 들면 호흡용 공기의 압력이 100bar를 넘어야만 열리는 릴리프 밸브(18)를 설치하여, 필터 하우징(16)의 내부에 최소한 100bar의 압력이 조성되도록 함으로써, 필터(17) 내의 세균, 바이러스를 고압으로 살균 처리할 수 있게 된다(예컨대, 바이러스, 세균은 100bar 이상의 압력에서 조직체계가 파손되어 살균된다).
이러한 릴리프 밸브(18)는 호흡용 공기 라인(33)과 각각 연결되는 케이스 입구(36)와 케이스 출구(37)를 가지는 밸브 케이스징(38)와, 상기 밸브 케이스(38)의 내부에 설치되어 호흡용 공기의 압력이 기 설정압력 이상이면 케이스 입구(36)를 열어주고 기 설정압력 미만이면 케이스 입구(36)를 닫아주는 밸브체(39) 및 상기 밸브체(39)를 탄력적으로 지지하는 스프링(40)을 포함한다.
이에 따라, 호흡용 공기의 압력이 기 설정압력, 예를 들면 100bar 이상이면, 케이스 입구(36)를 막고 있는 밸브체(39)가 스프링(40)의 힘을 이기면서 열리게 되고, 이때의 호흡용 공기는 케이스 출구(37)를 통해 빠져나가게 되며, 100bar 미만이면, 밸브체(39)가 닫힌 상태를 유지함과 더불어 이때의 필터 하우징(16)측에는 100bar 정도의 압력이 조성될 수 있게 된다.
그리고, 상기 밸브 케이스(38)의 상부에는 케이스 덮개(41)가 나사체결 구조로 설치되어, 케이스 덮개(41)의 체결 정도에 따라 스프링(40)의 탄성력이 조정될 수 있게 된다.
즉, 상기 케이스 덮개(41)의 체결 정도에 따라 릴리프 밸브(18)의 설정 압력이 조정될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 하우징 입구(14)를 통해 필터 하우징(16)의 내부로 들어온 호흡용 공기 속의 이물질은 필터(17)에 의해 여과되고, 이와 더불어 릴리프 밸브(18)의 개폐작동에 의한 필터 하우징(16) 내의 압력 조성에 의해 호흡용 공기 속의 세균, 바이러스가 고압으로 살균 처리된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치에서 유해가스 모니터링 및 공기 제어부의 감압 밸브를 나타내는 개략도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 고압 호흡용 공기의 압력을 낮춰서 센서 박스(23)측에 제공하는 역할을 하는 감압 밸브(24)를 보여준다.
상기 감압 밸브(24)는 호흡용 공기 라인(33) 상에 설치되면서 호흡용 공기가 들어오는 유입구(19)와 호흡용 공기가 나가는 배출구(20), 그리고 센서 박스(23)측으로 연결되는 위쪽의 감압 공기 배출구(34)를 가지는 밸브 하우징(21)과, 상기 밸브 하우징(21)의 내부에 설치되어 호흡용 공기의 압력에 따라 유입구(19)를 개폐하는 밸브(22)로 구성된다.
이에 따라, 고압의 호흡용 공기가 케이스 입구(36)로 유입되면, 이때의 호흡용 공기의 압력에 의해 밸브체(39)가 위로 올라가게 되고, 계속해서 호흡용 공기는 케이스 출구(36)를 통해 빠져나가 제2밸브(13)측으로 흐르게 된다.
여기서, 상기 밸브체(39)가 위로 올라가서 감압 공기 배출구(34)를 막게 되지만, 밸브 케이스(38)와 밸브체(39)가 금속 재질로 이루어져 있는 관계로 기밀성이 완벽하지 않은 자연적인 접촉구조이므로, 미세 공기의 벤팅과 감압이 가능하게 되고, 결국 이렇게 감압된 미세 공기가 센서 박스(23)측으로 보내져 센서류에 의한 센싱이 이루어질 수 있게 된다.
바람직한 실시예로서, 밸브 케이스(38)의 감압 공기 배출구(34)의 주변의 밸브 케이스(38)와 밸브체(39) 간의 접촉부위에 미세한 돌기(미도시) 등을 형성하여 밸브 케이스(38)와 밸브체(39) 간의 접촉부위에 미세 공기의 배출을 위한 미세한 갭이 만들어지도록 할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 호흡용 공기 처리장치에서 잔여 압축공기 제거부를 나타내는 개략도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 공기호흡기 용기(100)에 호흡용 공기를 충전하기 전(前) 공기호흡기 용기(100)에 들어 있는 잔여 호흡용 공기를 제거하는 역할의 잔여 압축공기 제거부(32)를 보여준다.
상기 잔여 압축공기 제거부(32)는 제2밸브(13)가 OFF되어 있는 상태에서 공기호흡기 용기(100)측에 연결되어 공기호흡기 용기(100)에서 나오는 호흡용 공기를 단속하는 솔레노이드 밸브 타입 등의 제3밸브(27)를 포함한다.
그리고, 상기 잔여 압축공기 제거부(32)는 제3밸브(27)를 지나서 진행되는 호흡용 공기의 압력에 따라 개폐되는 잔여 압력 유지장치(28)를 포함한다.
여기서, 상기 잔여 압력 유지장치(38)는 잔여 호흡용 공기의 출입을 위한 입구와 출구를 가지는 구조, 예를 들면 릴리프 밸브(18)와 유사한 구조로 이루어질 수 있으며, 다만 이때의 잔여 압력 유지장치(38)는 릴리프 밸브(18)처럼 고압으로 설정되지 않고 소정의 압력, 예를 들면 약 5bar 정도의 압력으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 잔여 압축공기 제거부(32)는 내부에 양편의 분산판(29)과 그 사이의 필터체(30)를 가지면서 잔여 압력 유지장치(28)를 지나서 진행되는 호흡용 공기 속의 이물질을 제거하는 동시에 소음을 감소시키는 역할의 잔여 압력 배출장치(31)를 포함한다.
이에 따라, 공기호흡기 용기(100)에서 배출되는 잔여 압축공기는 제3밸브(27)의 열림 시 잔여 압력 유지장치(28)를 경유한 후, 잔여 압력 배출장치(31)로 유입되어 이물질이 제거되고 소음이 저감된 상태로 대기 중에 방출될 수 있게 된다.
보통 고압 용기인 공기호흡기 용기(100)에 호흡용 공기를 충전하기 전에 용기 내부 압력을 비우고 충전하게 되는데, 이때 고압의 압력이 대기로 배출되면서 압력이 강하되고, 그 결과 용기 및 용기 밸브의 온도가 강하되면서 결로가 발생하게 된다.
이러한 결로가 용기 내부로 침투하여 용기 내부 부식 및 공기 오염을 초래하게 되고, 또 고압의 공기가 배출될 때 높은 소음이 발생하게 된다.
또한, 용기의 압력은 공기를 완전히 배출시켜서 완전히 0bar가 되도록 하면 않되고, 5bar 이상 빠지지 않게 하는 제어가 필요하며, 이렇게 함으로써 용기 내부가 양압 상태가 되어 배출로 인한 결로가 용기 내부로 침투되지 않게 할 수 있다.
즉, 용기 내부의 공기의 품질은 통상 이슬점 -54℃의 건조 공기로서 내부 양압 상태만 유지되면, 일반적인 대기 조건에서 결로가 내부로 침투되거나, 용기 잔여 압력 배출로 인한 냉각으로 인해 내부 공기의 결로가 생기지 않는다.
본 발명에서는 이러한 양압을 유지시켜주기 위해 5bar 정도로 설정되어 있는 잔여 압력 유지장치(28)와 공기가 배출되어 나가는 측의 잔여 압력 배출장치(31)를 이용하여 소음을 감소시키고 용기로부터 배출되는 이물질을 거른 후에 대기 중으로 방출한다.
따라서, 이와 같이 구성되는 고압 호흡용 공기 처리장치에서 잔여 호흡용 공기를 제거하고 신규 호흡용 공기를 충전하는 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 먼저 호흡용 공기의 충전을 위한 호흡용 공기 라인(33) 상의 제2밸브(13)를 OFF 작동시킨 상태에서, 충전할 공기호흡기 용기(100)의 용기 밸브를 퀵커플러(미도시) 등으로 제3밸브(27)측의 호흡용 공기 라인(33)과 연결한 후, 제3밸브(27)의 ON 작동시켜서 공기호흡기 용기(100)에 남아 있던 호흡용 공기를 제거하는 단계를 실시한다.
다음, 잔여 호흡용 공기가 제거된 공기호흡기 용기(100)를 제2밸브(13)측의 호흡용 공기 라인(33)과 연결하고, 호흡용 공기 제조설비측에 연결되어 있는 제1밸브(10)를 ON 작동시키는 동시에 공기호흡기 용기(100)측에 연결되어 있는 제2밸브(13)를 ON 작동시켜서 본격적으로 호흡용 공기를 충전하는 단계를 실시한다.
계속해서, 상기 호흡용 공기 제조설비측에서 공급되는 호흡용 공기가 제1밸브(10)→정화 및 살균 필터부(11)→유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)→제2밸브(13)를 순차적으로 거친 후에 공기호흡기 용기(100)의 내부에 충전되도록 하는 단계를 실시한다.
이러한 호흡용 공기의 흐름 과정을 통해 정화 및 살균 필터부(11)에서는 호흡용 공기 속의 이물질이 제거됨과 더불어 세균이 살균 처리되도록 하고, 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)에서는 호흡용 공기 속의 유해가스 여부를 센싱한다.
이때, 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 CO, CO2와 같은 유해가스가 기 설정값(예컨대, CO는 5ppm 이상, CO2는 1,000ppm 이상)을 넘게 되면, 컨트롤러(25)의 제어에 의해 제1밸브(10)가 OFF 작동되면서 호흡용 공기의 공급이 차단되고, 결국 공기호흡기 용기(100)에 최종 충전되는 호흡용 공기에는 유해가스가 설정값 이상으로 포함되지 않게 된다.
그리고, 호흡용 공기의 산소, 수분, 온도 등도 함께 센싱되는 상태에서 호흡용 공기의 충전이 이루어지게 되므로, 공기호흡기 용기(100)에 충전되는 호흡용 공기 상태를 최적의 상태로 유지시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 호흡용 공기 속의 이물질과 세균을 정화 및 살균하는 정화 및 살균 필터부, 호흡용 공기 속의 유해가스를 센싱 및 모니터링한 후에 충전 과정을 적절히 제어하는 유해가스 모니터링 및 공기 제어부, 공기호흡기 용기에 호흡용 공기를 충전하기 전에 공기호흡기 용기에 들어 있는 잔여 압축공기를 제거하는 잔여 압축공기 제거부 등을 포함하는 고압 호흡용 공기 처리장치를 제공함으로써, 공기호흡기 용기에 깨끗하게 정화되고 세균 걱정이 없는 호흡용 공기를 충전할 수 있는 등 공기호흡기 용기의 호흡용 공기를 사용하는 사용자의 안전성을 확보할 수 있고, 공기호흡기 용기 내의 결로 문제 및 부식 문제, 그리고 공기 오염 문제를 해결할 수 있다.
10 : 제1밸브
11 : 정화 및 살균 필터부
12 : 유해가스 모니터링 및 공기 제어부
13 : 제2밸브
14 : 하우징 입구
15 : 하우징 출구
16 : 필터 하우징
17 : 필터
18 : 릴리프 밸브
19 : 유입구
20 : 배출구
21 : 밸브 하우징
22 : 밸브
23 : 센서 박스
24 : 감압 밸브
25 : 컨트롤러
26 : 체크 밸브
27 : 제3밸브
28 : 잔여 압력 유지장치
29 : 분산판
30 : 필터체
31 : 잔여 압력 배출장치
32 : 잔여 압축공기 제거부
33 : 호흡용 공기 라인
34 : 감압 공기 배출구
35 : 하우징 덮개
36 : 케이스 입구
37 : 케이스 출구
38 : 밸브 케이스
39 : 밸브체
40 : 스프링
41 : 케이스 덮개

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 공기호흡기 용기(100)측으로 공급되는 호흡용 공기를 단속하는 제1밸브(10)와, 상기 제1밸브(10)를 지나서 진행되는 호흡용 공기의 압력을 제어하고 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 이물질과 세균을 정화 및 살균 처리하는 정화 및 살균 필터부(11)와, 상기 정화 및 살균 필터부(11)를 지나서 진행되는 호흡용 공기 속의 유해가스를 센싱 및 모니터링하여 제1밸브(10)의 개폐 작동을 제어하는 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)와, 상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)를 지나서 진행된 후에 공기호흡기 용기(100)에 충전되는 호흡용 공기를 단속하는 제2밸브(13)를 포함하며, 이물질과 세균을 정화 및 살균 처리하고 유해가스가 섞이지 않은 상태의 호흡용 공기를 공기호흡기 용기(100)에 충전하고,
    상기 정화 및 살균 필터부(11)는 호흡용 공기가 들어오는 하우징 입구(14) 및 호흡용 공기가 나가는 하우징 출구(15)를 가지는 필터 하우징(16)과, 상기 필터 하우징(16)의 내부에 설치되는 카트리지 타입의 필터(17)와, 상기 필터 하우징(16)의 하우징 출구(15)측에 설치되어 호흡용 공기의 압력에 따라 개폐되는 릴리프 밸브(18)를 포함하며, 상기 필터(17)를 이용하여 필터 하우징(16)의 내부로 들어온 호흡용 공기 속의 이물질을 정화하고, 상기 릴리프 밸브(18)의 개폐작동을 제어하여 필터 하우징(16) 내의 호흡용 공기의 압력을 기 설정압력까지 유지하면서 호흡용 공기 속의 세균을 고압 살균하는 것을 특징으로 하는 고압 호흡용 공기 처리장치.
  3. 공기호흡기 용기(100)측으로 공급되는 호흡용 공기를 단속하는 제1밸브(10)와, 상기 제1밸브(10)를 지나서 진행되는 호흡용 공기의 압력을 제어하고 호흡용 공기 속에 포함되어 있는 이물질과 세균을 정화 및 살균 처리하는 정화 및 살균 필터부(11)와, 상기 정화 및 살균 필터부(11)를 지나서 진행되는 호흡용 공기 속의 유해가스를 센싱 및 모니터링하여 제1밸브(10)의 개폐 작동을 제어하는 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)와, 상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)를 지나서 진행된 후에 공기호흡기 용기(100)에 충전되는 호흡용 공기를 단속하는 제2밸브(13)를 포함하며, 이물질과 세균을 정화 및 살균 처리하고 유해가스가 섞이지 않은 상태의 호흡용 공기를 공기호흡기 용기(100)에 충전하고,
    상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)는 호흡용 공기가 흐르는 라인 상에 설치되면서 호흡용 공기가 들어오는 유입구(19) 및 호흡용 공기가 나가는 배출구(20)를 가지는 밸브 하우징(21)과, 상기 밸브 하우징(21)의 내부에 설치되어 호흡용 공기의 압력에 따라 유입구(19)를 개폐하는 밸브(22)로 구성되어 고압의 호흡용 공기의 일부를 감압하여 센서 박스(23)측으로 제공하는 감압 밸브(24)와, 상기 감압 밸브(24)측으로부터 호흡용 공기를 제공받아 호흡용 공기 속의 유해가스를 감지하는 센서 박스(23)와, 상기 센서 박스(23)측으로부터 제공받는 감지신호를 모니터링하여 제1밸브(10)의 개폐 작동을 제어하는 컨트롤러(25)를 포함하며, 상기 센서 박스(23)에서 유해가스를 감지하는 경우 컨트롤러(25)의 출력 제어를 통해 제1밸브(10)를 OFF 시킴으로써 호흡용 공기의 충전 진행을 차단하는 것을 특징으로 하는 고압 호흡용 공기 처리장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)의 센서 박스(23)는 호흡용 공기의 CO의 감지를 위한 CO 센서 및/또는 호흡용 공기의 CO2의 감지를 위한 CO2 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 호흡용 공기 처리장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12)의 센서 박스(23)는 호흡용 공기의 산소의 감지를 위한 산소 센서 및/또는 호흡용 공기의 수분의 감지를 위한 수분 센서 및/또는 호흡용 공기의 온도의 감지를 위한 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 호흡용 공기 처리장치.
  6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 정화 및 살균 필터부(11)와 유해가스 모니터링 및 공기 제어부(12) 사이의 호흡용 공기 라인 상에는 공기호흡기 용기(100) 내의 충전 압력이 기 설정압력 이상을 초과하는 경우 호흡용 공기의 역류를 막아주는 체크 밸브(26)가 설치되는 것을 특징으로 하는 고압 호흡용 공기 처리장치.
  7. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 공기호흡기 용기(100)에 호흡용 공기를 충전하기 전(前) 공기호흡기 용기(100)에 들어 있는 잔여 호흡용 공기를 제거하는 수단으로서, 상기 제2밸브(13)의 OFF 상태에서, 공기호흡기 용기(100)측에 연결되어 공기호흡기 용기(100)에서 나오는 호흡용 공기를 단속하는 제3밸브(27)와, 상기 제3밸브(27)를 지나서 진행되는 호흡용 공기의 압력에 따라 개폐되는 잔여 압력 유지장치(28)와, 내부에 분산판(29)과 필터체(30)를 가지면서 잔여 압력 유지장치(28)를 지나서 진행되는 호흡용 공기 속의 이물질을 제거하고 소음을 감소시키는 잔여 압력 배출장치(31)로 이루어진 잔여 압축공기 제거부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 호흡용 공기 처리장치.
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