KR20120114242A - 전동식 공기 정화 호흡기를 제어하는 방법 - Google Patents

Abstract

저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 검출하도록 전동식 공기 정화 호흡기 송풍기 시스템을 제어하는 방법이 개시된다. 송풍기 시스템은 사용자에게 여과된 공기의 강제 유동을 전달하기 위해 전자 제어 유닛에 의해 제어되는, 전기 모터에 의해 동력을 공급받는 팬을 포함한다. 전자 제어 유닛은 내부에 저장된 송풍기 시스템의 상이한 특성들에 관한 허용가능한 작동 범위를 한정하는 이벤트들을 나타내는 복수의 데이터 포인트를 갖는다. 방법은 송풍기의 작동 상태를 나타내는 특성을 샘플링하여 샘플링된 데이터 포인트를 획득하는 단계; 동일한 특성에 대해, 샘플링된 데이터 포인트와 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 나타내는 저장된 데이터 포인트를 비교하는 단계; 고정된 기간 동안 샘플링을 반복하는 단계, 및 비교하는 단계가 상기 기간의 대부분 동안 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트에 도달한 것을 지시하는 경우; 경보를 활성화하는 단계를 포함한다. 봉쇄된 사용자 환경으로 여과된 공기의 강제 유동을 전달하기 위한, 상기 방법을 채용하는 호흡기의 사용이 또한 개시된다.

Description

전동식 공기 정화 호흡기를 제어하는 방법{METHOD OF CONTROLLING A POWERED AIR PURIFYING RESPIRATOR}

본 발명은, 특히 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트(low air-pressure high airflow event)를 검출하도록, 전동식 공기 정화 호흡기(powered air purifying respirator, PAPR)에 사용하기 위한 송풍기 시스템(blower system)을 제어하는 방법에 관한 것이다.

잠재적으로 건강에 해롭거나 위험한 먼지, 연기 또는 가스가 있는 것으로 알려져 있거나 이들이 있을 위험이 있는 영역에서 작업할 때, 작업자가 호흡기를 사용하는 것이 일반적이다. 그러한 환경에서 사용되는 통상적인 유형의 호흡기는 전동식 공기 정화 호흡기(PAPR)이다. PAPR은 호흡기 사용자에게 공기의 강제 유동(forced flow)을 전달하기 위해 전기 모터에 의해 동력을 공급받는 팬(fan)을 포함하는 송풍기 시스템을 구비한다. 터보 유닛(turbo unit)이 대개 송풍기 시스템을 전형적으로 내장하는 하우징을 포함하고, 필터를 송풍기 시스템에 연결하도록 구성된다.

공기가 송풍기 시스템에 의해 필터를 통해 흡인되어 터보 유닛으로부터 호흡 튜브를 통해 마스크(mask), 또는 봉쇄된 사용자 환경(contained user environment), 예컨대 마스크, 헬멧(helmet), 후드(hood) 또는 수트(suit)(이 경우, 사용자는 주위 및 외부 상태로부터 격리된 환경 내에서 봉쇄됨) 중 하나로 통과되며, 그에 따라 여과된 공기를 사용자의 호흡 구역(그들의 코 및 입 주위의 영역)에 제공한다. PAPR을 위한 송풍기 시스템은 또한 팬을 구동하는 전력을 조절하기 위한 전자 제어 유닛(electronic control unit)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 단일 전원 장치, 예를 들어 배터리가 팬 및 전자 제어 유닛 둘 모두를 위한 전력을 제공한다.

지정된 수준의 호흡 보호가 유지되는 것을 보장하기 위해 충분한 공기유동이 사용자에 의해 요구된다. 예를 들어, 너무 낮은 공기유동은 사용자의 호흡 구역 내로의 오염물의 유입을 야기할 수 있다. 이에 응답하여, 전자 제어 유닛은, 예를 들어 공기유동이 지정된 수준 아래로 떨어지는 경우 사용자에게 경고하거나, 필터가 먼지로 막혀서 교체될 필요가 있을 수 있음을 사용자에게 경고하기 위해, 사용자에 대한 경보(alarm)를 개시하도록 사용될 수 있다. 또한 PAPR의 정확한 작동이 손상될 수도 있는 수준까지 배터리가 소모된 경우, 전자 제어 유닛이 경보를 개시하는 것이 통상적이다.

PAPR의 사용자는 한정된 작동 범위 외측에서 PAPR이 작동하게 하는 이벤트가 발생한 경우에 경고를 받을 수 있는 것이 바람직하다. 이는 특히 PAPR 수트 시스템이 이용가능하므로 바람직하다. 수트의 완전성이 손상된 경우, 흔히 사용자가 이를 인지하지 못할 수 있다.

본 발명은 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 검출하도록 전동식 공기 정화 호흡기 송풍기 시스템을 제어하는 방법을 제공하며, 시스템은 사용자에게 여과된 공기의 강제 유동을 전달하기 위해 전자 제어 유닛에 의해 제어되는, 전기 모터에 의해 동력을 공급받는 팬을 포함하고, 전자 제어 유닛은 내부에 저장된 송풍기 시스템의 상이한 특성들에 관한 허용가능한 작동 범위를 한정하는 이벤트들을 나타내는 복수의 데이터 포인트(data point)를 가지며, 방법은, 송풍기의 작동 상태를 나타내는 특성을 샘플링하여 샘플링된 데이터 포인트를 획득하는 단계; 동일한 특성에 대해, 샘플링된 데이터 포인트와 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 나타내는 저장된 데이터 포인트를 비교하는 단계; 고정된 기간 동안 샘플링을 반복하는 단계, 및 비교하는 단계가 상기 기간의 대부분 동안 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트에 도달한 것을 지시하는 경우; 경보를 활성화하는 단계를 포함한다.

송풍기 시스템 작동 범위로부터 작동 상태의 이탈, 예를 들어 공기유동의 증가 및/또는 송풍기 시스템 공기 압력의 감소를 고려함으로써, 사용자는 PAPR 시스템이 손상된 상황에 대한 경고를 받아서 그들이 적절한 조치를 취하게 할 수 있다.

본 발명의 다른 특징들은 첨부된 종속 청구항들로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 샘플링이 전자 제어 유닛에 의해 수행되는, 전동식 공기 정화 호흡기 송풍기 시스템을 제어하는 방법을 제공한다.

바람직하게는, 샘플링된 특성은 모터 양단의 전압; 모터를 통한 전류; 모터의 속도; 또는 이들의 임의의 조합 중 하나이다. 이러한 상황에서, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 샘플링된 특성에 대한 최소 허용가능 값이다.

본 발명은 샘플링이 전자 제어 유닛 외부의 센서를 사용하여 수행되는, 전동식 공기 정화 호흡기 송풍기 시스템을 제어하는 방법을 추가로 제공한다.

본 발명은 또한 샘플링된 특성이 공기-압력 또는 공기유동 중 하나인, 전동식 공기 정화 호흡기 송풍기 시스템을 제어하는 방법을 추가로 제공한다. 특성이 공기-압력인 상황에서, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 최소 허용가능 값이다. 대안적으로, 특성이 공기유동인 상황에서, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 최대 허용가능 값이다.

경보는 가청 경보(audible alarm), 가시 경보(visible alarm), 또는 진동 경보(vibration alarm) 중 적어도 하나 이상이다.

바람직하게는, 고정된 기간은 3 내지 30초의 범위이다.

바람직하게는, 호흡기는 사용자에게 실질적으로 균일한 체적 공기유동을 전달한다.

바람직하게는, 호흡기는 실질적으로 정전류 및 실질적으로 정전압 중 하나에서 작동한다.

본 발명은 또한 봉쇄된 사용자 환경으로 전술된 바와 같은 여과된 공기의 강제 유동을 전달하기 위한, 전동식 공기 정화 호흡기 송풍기 시스템을 제어하는 방법을 채용하는 호흡기의 사용을 제공한다. 바람직하게는, 봉쇄된 사용자 환경은 마스크, 헬멧 또는 후드 중 하나이다. 대안적으로, 봉쇄된 사용자 환경은 수트이다.

단지 예로서, 본 발명의 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
<도 1a>
도 1a는 정전류 작동 범위의 개략적인 그래프.
<도 1b>
도 1b는 균일한 체적 공기유동 작동 범위의 개략적인 그래프.
<도 2>
도 2는 전동식 공기 정화 호흡기의 개략도.
<도 3>
도 3은 도 3의 공기 정화 호흡기를 위한 송풍기 시스템의 블록도.
<도 4>
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송풍기 제어 시퀀스(sequence)의 흐름도.

많은 전자 제어 유닛은 PAPR의 작동 동안 배터리가 소모됨에 따라 송풍기 시스템으로부터의 공기유동이 영향을 받지 않도록 전기 모터에 정전류 또는 정전압을 전달한다. 일부 전자 제어 유닛은 송풍기 시스템으로부터의 실질적으로 균일한 체적 공기유동을 유지하는 것을 목표로 전기 모터로의 전력을 제어한다.

그러한 전자 제어 유닛은 흔히 배터리 전압의 변화도 보상하고, 또한 필터가 먼지 또는 입자로 막힘에 따른 필터 압력 강하의 변화도 보상한다. "체적 공기유동"이라는 용어는 임의의 한 번에 사용자에게 제공되는 공기의 질량과는 대조적으로, 임의의 한 번에 사용자에게 제공되는 공기의 체적을 의미한다.

3가지 유형의 제어 시스템, 즉 정전류; 정전압; 및 체적 공기유동은 모터의 전기적 특성(모터 양단의 전압, 모터를 통한 전류 및 모터 전력, 모터의 속도) 각각에 대한, 및 모터에 의해 생성되는 공기-압력 및 공기유동에 대한 한정된 작동 범위 내에서 설정된 파라미터를 사용하여 작동한다. 도 1a는 정전류 작동 범위의 개략적인 그래프이고, 도 1b는 균일한 체적 공기유동 작동 범위의 개략적인 그래프이다. 예시적인 정전류 제어형 송풍기 시스템 작동 범위는 정전압 작동 범위의 것과 유사하다. 도 1a의 그래프는 송풍기 시스템에 걸친 공기-압력 강하가 감소함에 따라 송풍기 시스템으로부터의 공기유동이 증가하는 것을 보여준다. A로 표시된 그래프의 부분은 원하는 수준의 호흡 보호를 유지하기에는 불충분한 공기유동을 나타낸다. 이는 고 공기-압력 저 공기유동 작동 범위이다. 지점 B와 C 사이의 그래프의 부분은 적합한 호흡 보호를 유지하기에 충분한 공기유동이 사용자에게 전달되는 원하는 작동 범위이다. 정전류 또는 정전압 송풍기 시스템으로부터의 공기유동은 송풍기에 연결된 필터의 압력 강하가 먼지 또는 입자로 인한 막힘에 기인하여 증가함에 따라 시간이 지나면서 감소할 수도 있다. 그러나, 송풍기의 수명 동안의 작동 범위는 도시된 작동 범위와 대체로 일치할 것이다. B는 저 공기유동 경보가 개시될 고 공기-압력 저 공기유동 이벤트를 나타낸다. C는 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 나타내며, 그래프 상에 영역 D로 표시된 이 지점 위에서는 PAPR의 완전성이 손상되었을 수도 있다. 도 1b의 특성 곡선은 원하는 작동 공기유동이 균일하고 적합한 호흡 보호를 유지하기에 충분한 지점 B와 C 사이의 편평한 부분을 갖는다. 원하는 수준의 호흡 보호를 유지하기에 불충분한 공기유동을 나타내는 A로 표시된 그래프의 부분은 고 공기-압력 저 공기유동 작동 범위이다. 도 1a와 유사하게, 도 1b의 지점 C는 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 나타내며, D로 표시된 영역 내의 이 지점 위에서는 PAPR의 완전성이 손상되었을 수도 있다.

공기유동을 감소시키거나 송풍기 시스템에 걸친 공기-압력을 증가시키는 이벤트(고 공기-압력 저 공기유동 이벤트)가 발생하는 경우, 사용자가 충분한 여과된 공기를 수용하지 못하고 있고 그들의 호흡 구역 내로의 잠재적으로 오염된 공기의 유입이 있을 수도 있다는 사실을 사용자에게 경고하기 위해 저 공기유동 경보가 개시될 수도 있다. 그러나, 공기-압력을 강하시키거나 공기유동을 상승시키는 이벤트(저 공기-압력 고 공기유동 이벤트)가 발생한 때의 경보의 개시는 제공되지 않는다.

하기는 현재의 PAPR 시스템에서 일어날 수 있으면서 경보를 개시하지 않을 수도 있는 문제의 일부 예이다. 이들 각각은 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 나타낸다. 필터 매체가 우발적으로 훼손되거나 천공되는 것과 같은 PAPR의 여과 과정에서의 실패는 잠재적으로 오염된 공기가 사용자의 호흡 구역으로 유입되게 할 수 있다. 또한, 필터가 적절하게 설치되지 않은 것, 필터가 가스켓(gasket) 또는 시일(seal) 없이 설치되는 것, 또는 필터가 사용 중에 제거되거나 부분적으로 제거되는 것과 같은 시스템 완전성의 파괴가 유사한 이벤트를 일으킬 수 있다. 호흡 튜브가 마스크, 헬멧, 후드 또는 수트에, 또는 터보 출구에 부정확하게 설치되거나, 사용 중에 분리되거나 훼손되는 경우, 유사한 이벤트가 발생할 수도 있다. 마찬가지로, PAPR이 부착되는 마스크, 헬멧, 후드 또는 수트와 같은, 국소적으로 봉쇄된 사용자 환경이 인열 또는 훼손되거나 달리 손상되는 경우, 잠재적으로 오염된 공기가 사용자 호흡 구역으로 유입될 수 있는 상황이 발생할 수 있다. 또한, 임의의 마스크, 헬멧, 후드 또한 수트가 사용 중에 제거되고 PAPR 터보가 운전 상태로 남게 되는 경우, 현재 구매가능한 PAPR은 경보를 개시하지 않는다.

본 발명은 PAPR 완전성이 전술된 바와 같이 손상된 때 PAPR에 현재 채용되는 송풍기 시스템을 제어하는 현재 공지된 방법이 경보를 개시하지 않는다는 인식에 기초한다. 더욱이, 전술된 문제가 송풍기 시스템이 고 공기유동 저 공기-압력 이벤트를 발생하게 하고, 그러한 것으로서 송풍기 시스템 파라미터가 송풍기 시스템이 작동하고 있는 환경에 대한 정보, 그리고 보다 상세하게는 송풍기 시스템이 공급하고 있는, 마스크(예를 들어, 전면형(full face) 호흡기 마스크, 반면형(half face) 호흡기 마스크 등), 헬멧, 후드 또는 수트와 같은 봉쇄된 사용자 환경에 대한 정보를 전자 제어 유닛에 제공하는 데 사용될 수 있는 것으로 인식되었다. 그러한 이벤트는 또한 때때로 봉쇄된 사용자 환경의 완전성의 파괴를 지시하는 것으로 참조될 수 있다.

이하에 설명되는 본 발명의 예시적인 일 실시예는 도 2에 도시된 바와 같은 터보를 채용한다. 도 2는 전동식 공기 정화 호흡기의 개략도이다. 도시된 공기 정화 호흡기는 체적 공기유동 장치이지만, 구성요소들은 전술된 정전압 및 정전류 장치 둘 모두에 대해 유사하고 때로는 실질적으로 동일할 것이다. 예시적인 PAPR은 후드(1)와 같은 헤드(head) 또는 안면 피스(face piece), 터보 유닛(2), 호흡 튜브(3), 필터(4) 및 벨트(5)와 같은 터보 지지체를 포함한다. 후드(1)는 사용자(6)의 머리에 착용된다. 이것은 호흡 구역(7), 즉 사용자의 코 및 입 주위의 영역을 형성하도록 사용자(6)의 머리를 적어도 부분적으로 에워싸서, 여과된 공기가 이러한 호흡 구역(7)으로 지향된다. 터보 유닛(2)은 벨트(5)에 부착되어 유닛이 사용자의 몸통 주위에 고정될 수 있게 할 수 있다. 터보 유닛(2)은 대개 송풍기 시스템(도시 안됨)을 수용하는 하우징(도시 안됨)을 포함하며, 송풍기 시스템이 팬(역시 도시 안됨)을 사용하여 PAPR 시스템을 통해 공기를 흡인한다. 터보 유닛(2)은 터보 유닛(2)의 출구(8)와 후드(1)의 입구(9) 사이에 연결된 호흡 튜브(3)를 통해 공기를 후드(1)에 공급한다. 터보 유닛(2)에는 필터(4)가 설치되며, 필터는 필터(4)가 공기유동 경로 내에 있도록, 바람직하게는 송풍기의 팬 개구의 상류에 배치되도록 도 2에 도시된 바와 같이 터보 유닛에 부착되거나 터보 유닛 내측에 있을 수 있다. 필터(4)를 제공하는 것의 목적은 공기가 사용자(6)에게 전달되기 전에 주위 공기로부터 적어도 소정량의 입자 및/또는 가스 및/또는 증기를 제거하는 것이다. 터보 유닛(2)에 설치되는 배터리 팩(10)은 전자 제어 유닛(18) 및 모터(17)(이하에 논의되는 바와 같이 둘 모두 도 2에 도시됨)에 전력을 제공한다.

후드가 도 2에 예시되어 있지만, 후드(1)는, 공기를 사용자의 호흡 구역(7)으로 지향시키도록 적어도 사용자의 안면의 본래의 영역을 덮는 폐쇄된 사용자 환경이 생성된다면, 마스크, 헬멧 또는 전신 수트(full suit)와 같은 다른 헤드 피스 또는 안면 피스에 의해 대체될 수 있다.

하기는 공기 정화 호흡기를 위한 송풍기 시스템이 어떻게 기능할 수 있는지를 예시한다. 하기의 예에서, PAPR의 구조적 구성요소들은 도 2 및 도 3을 참조하여 전술된 바와 같은 것으로 가정할 수 있다.

도 3은 도 2의 공기 정화 호흡기를 위한 송풍기 시스템의 블록도를 도시한다. 이러한 송풍기 시스템은 도 2에 예시된 터보 유닛(2) 내에 수용된다. 본 발명의 이러한 실시예에 따르면, 송풍기(11)는 입구(13) 및 출구(14)를 갖는 하우징(12)을 포함한다. 송풍기(11)는 모터(17)에 의해 구동되는, 복수의 블레이드(16)를 갖는 팬(15)을 추가로 포함한다. 송풍기(11)는 모터(17)에 제공되는 전력을 조절하는 전자 제어 유닛(18)에 의해 제어된다.

도 3을 추가로 참조하면, 송풍기 시스템은 후드(1)로의 실질적으로 균일한, 바람직하게는 일정한 체적 공기유동을 유지하는 기능을 하는 전자 제어 유닛(18)을 포함한다. 전자 제어 유닛(18)은, 정보를 계산하기 위한, 단일 칩 마이크로제어기(single chip microcontroller)와 같은 마이크로프로세서(microprocessor) 소자(19), 정보, 예를 들어 교정 데이터를 저장하기 위한 플래시(flash) RAM과 같은 메모리 소자(20), 및 모터 양단의 전압을 검출하기 위한 센서, 모터를 통한 전류를 검출하기 위한 센서 및 모터의 속도를 검출하기 위한 센서와 같은 센서들로부터 데이터를 수신하기 위한 센서 입력 수신기(21a, 21b, 21c)를 포함한다. 모터(17)에 전력을 제공하기 위한 펄스 폭 변조 제어기 칩(pulse width modulation controller chip)과 같은 출력 제어기(22), 및 PAPR에 포함될 수 있는 버저(buzzer) 또는 발광 다이오드와 같은 임의의 경보 또는 상태 표시기가 또한 포함된다. 전자 제어 유닛(18)의 메모리 소자(20)는 2개의 부분, 즉 고정 메모리 및 임시 메모리를 갖는다. 고정 메모리는, 마이크로프로세서(19)가 그의 계산 및 절차를 수행하는 것을 가능하게 하기 위한 알고리즘과 프로그램, 및 공장 교정 절차로부터의 교정 정보를 포함하는, 예를 들어 제조 시의 데이터로 채워져 있다. 임시 메모리는 터보 유닛(2)의 시동 및 운전 동안 수집되는 센서 판독치 및 팬 및 모터 작동 파라미터 데이터와 같은 데이터 및 정보를 저장하는 데 사용된다. 필요할 경우, 이러한 데이터는 터보 유닛(2)의 전원이 꺼질 때 지워질 수도 있다.

본 발명의 이러한 실시예에서, 모터의 속도 및 모터 전압이 송풍기 시스템의 작동 상태를 결정하기 위해 선택된 특성이다. 모터의 속도는 송풍기(11)에 연결되어 주어진 기간에서 팬(15)의 회전수를 측정하는 센서(23)에 의해 측정될 수 있다. 모터의 속도를 측정하기 위한 적합한 유형의 센서는 홀 효과(Hall Effect) 소자일 것이지만, 다른 유형의 센서, 예를 들어 광학 센서가 사용될 수 있다. 모터의 속도 정보는 전자 제어 유닛(18)의 마이크로프로세서 소자(19)에 의해 수신된다. 전기 모터(17)에 인가된 전압(22)은 전자 제어 유닛(18)의 마이크로프로세서(19)로의 입력(21)에 의해 직접 모니터링될 수 있다. 이는, 이러한 예시적인 실시예에서, 제공된 2개의 센서 입력(21b, 21c)이 이러한 특정한 사용 방법 동안 비활성이지만, 대안적인 특성이 선택되는 경우 활성화될 수도 있다는 것을 의미한다.

도 3의 예시적인 송풍기 시스템의 공장 설정 및 교정 동안, 송풍기(11)의 허용가능한 작동 범위를 한정하는 이벤트들을 나타내는, 전술된 작동 특성에 관한 것들(모터의 속도 및 모터 양단의 전압)을 포함하는 복수의 데이터 포인트가 전자 제어 유닛(18)의 고정 메모리(20)에 저장될 수 있다. 저장된 데이터 포인트들은 허용가능한 작동 범위의 한계(도 1b 참조)에서 저 공기-압력 고 공기유동(LPHF) 이벤트를 나타내는 데이터 포인트들을 포함할 수 있다.

송풍기(11)가 시동된 때 및 사용 동안, 전자 제어 유닛(18)은 실질적으로 균일한 체적 공기유동을 유지하도록 시도한다. 요구되는 체적 공기유동은 공장 설정 동안 미리결정될 수 있다. 예를 들어, 체적 공기유동은 바람직하게는 70 내지 250 리터/분의 범위이지만 이로 제한되지 않으며, PAPR에 의해 요구되는 호흡 보호의 수준 및 PAPR에 의해 사용되는 마스크, 헬멧, 후드 또는 수트의 유형에 좌우된다.

더 바람직하게는, 체적 공기유동은 120 내지 220 리터/분의 범위, 더욱 더 바람직하게는 160 내지 200 리터/분의 범위이다. 송풍기(11)의 사용 동안, 전자 제어 유닛(18)은 송풍기 시스템 작동 특성에 대한 데이터 포인트들을 샘플링하고 이들을 저장된 데이터 포인트들과 비교한다. 소정의 미리결정된 기준이 충족되는 경우, 전자 제어 유닛(18)은 허용가능하지 않은 이벤트가 발생한 것을 사용자에게 경고하기 위해 경보(24)가 활성화되도록 개시할 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송풍기 시스템 제어 시퀀스의 흐름도를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 터보 유닛(2)이 시동될 때, 단계 26에서, 전자 제어 유닛(18)의 고정 메모리(20)에 저장된 알고리즘이 샘플링 시퀀스를 시작한다.

도 4의 시퀀스는, 고정 메모리(20)에 저장된 알고리즘에 의해 미리결정된 규칙적인 간격으로 전자 제어 유닛(18)에 의해, 대개 복수회 반복된다. 예를 들어, 연속적인 샘플들 사이의 간격은 2 내지 50 ㎳의 범위, 더 바람직하게는 2 내지 20 ㎳의 범위, 더욱 더 바람직하게는 2 내지 10 ㎳의 범위이지만, 이로 제한되지 않는다. 시스템 내의 전기 잡음의 효과를 감소시키기 위해 복수의 샘플이 수집되어 평균되는 이동 평균 알고리즘(rolling average algorithm)이 흔히 그러한 시스템에 사용된다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 60개 샘플의 이동 평균이 사용된다. 각각의 샘플링된 데이터 포인트는 하기와 같이 처리된다.

단계 27에서, 모터의 속도가 송풍기(11) 내의 센서(23)에 의해서 전자 제어 유닛(18)에 의해 측정되고 임시 메모리(20)에 저장된다. 모터 데이터 포인트의 저장된 속도로부터, 단계 28에서, 전자 제어 유닛(18)은 송풍기 시스템의 교정으로부터 고정 메모리(20)에 저장된 저장 데이터 포인트들을 참조함으로써 모터(17)의 이 특정 속도에 대한 예상 모터 전압을 계산하고, 결과를 임시 메모리(20)에 저장한다. 단계 29에서, 전자 제어 유닛(18)은 예상 모터 전압에 대한 임시 메모리(20)의 데이터 포인트와 저 공기-압력 고 공기유동(LPHF) 이벤트를 나타내는 고정 메모리에 저장된 모터 전압 데이터 포인트들을 비교한다. 예상 모터 전압이 이벤트 모터 전압보다 높은 경우, 전자 제어 유닛은 단계 30의 시퀀스를 따르도록 진행하여, 실질적으로 균일한 공기유동을 확인 및 유지하고 다른 송풍기 시스템 이벤트에 대해 확인한다. 그러나, 예상 모터 전압이 이벤트 모터 전압보다 낮은 경우, 단계 31에서, 전자 제어 유닛은 실제 모터 전압을 (예를 들어, 펄스 폭 변조 제어기에 의해) 고 공기유동 이벤트 모터 전압과 동일하게 되도록 조정하고, 단계 32에서 고 공기유동 타이머를 시작한다. 시퀀스는 전술된 바와 같은 규칙적인 간격으로 반복된다. 후속 데이터 포인트들이 샘플링된 후, 단계 33에서, 고 공기유동 타이머는 적절한 대로 취소되거나 활성으로 유지될 수 있다. 단계 34에서, 타이머가 고정된 기간 동안 활성으로 유지되는 경우, 저 공기-압력 고 공기유동(LPHF) 상태가 그 기간의 대부분 동안 존재한 것을 나타내고, 단계 35에서, 전자 제어 유닛(18)은 사용자에게 경보(24)를 활성화하도록 개시할 것이다. 고정된 기간은 3 내지 30초의 범위, 더 바람직하게는 5 내지 15초의 범위, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 12초의 범위이지만, 이로 제한되지 않는다. 이러한 시간 범위 외측의 추가 데이터 포인트들이 샘플링되고 저 공기-압력 고 공기유동(LPHF) 이벤트가 더 이상 검출되지 않는 경우, 경보는 취소된다. 대안적으로, 경보는 사용자에 의해, 예를 들어 PAPR을 끔으로써 수동으로 취소될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 저 공기-압력 고 공기유동 경보(24)는 시각 경보, 가청 경보, 진동 경보 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 시각 경보는 바람직하게는 터보 유닛 외부에서 가시적인 발광 다이오드(LED) 또는 전구와 같은 조명에 의해 제공된다. 그러나, 시각 경보는 대안적인 유형의 표시기, 예를 들어 경고 메시지, 수치 디스플레이 또는 액정 디스플레이(LCD), 또는 다른 적합한 장치일 수 있다. 시각 경보는 연속적이거나 간헐적일 수 있고, 또는 사용자에 대한 디스플레이 정보 또는 코딩된(coded) 정보일 수 있다. 예를 들어, 시각 경보가 조명을 포함하는 경우, 조명은 사용자의 주의를 끌도록 간헐적으로 점등될 수 있다. 가청 경보는 바람직하게는 압전 소자(piezoelectric device)에 의해 제공되지만, 대안적인 유형의 음향기(sounder) 또는 버저, 예를 들어 전기-기계식 버저가 사용될 수도 있다. 가청 경보는 연속적이거나 간헐적일 수 있고, 또는 생성되는 음향의 음량 및/또는 주파수가 가변적일 수 있다. 사용자가 가청 경보를 듣는 것이 어려울 수 있는 잡음 환경과 같은 소정의 응용의 경우, 휴대용 전화기에서 통상적으로 발견되는 것과 같은 진동 경보를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 진동 경보는 연속적이거나 간헐적으로 진동하도록 설정될 수 있다. 각각의 유형의 경보는 단독으로 또는 하나 이상의 다른 유형의 경보와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 간헐적인 시각 경보 및 간헐적인 가청 경보를 동시에 작동시켜서, 시각 경보의 점등이 가청 경보의 음향 발생과 동시에 발생하는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예시적인 조합은 가청 및 진동 경보의 동시 사용일 수 있다.

상기 실시예에서, 모터의 속도 및 모터 양단의 전압의 모터 특성이 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 결정하는 데 사용되고, 모터 외부의 센서를 사용하여 직접 측정된다. 대안적으로, 작동 상태를 나타내는 송풍기 시스템의 다른 특성이 사용될 수 있다. 이들은 전자 제어 유닛(18) 또는 부가의 센서(25), 예를 들어 모터를 통한 전류 또는 모터 전력에 의해 측정되는, 공기-압력 및 공기유동의 간접적 측정을 제공하는 송풍기(11)의 임의의 전기적 특성일 수 있다. 그러나, 공기-압력 또는 공기유동의 물리적 특성은 모터(17) 외부에 배치될 수 있는 센서(25)를 사용하여 직접 측정될 수 있다. 예를 들어, 공기-압력은 송풍기(11)의 입구(13)와 출구(14) 사이의 압력을 비교하도록 구성된 압력 센서에 의해 측정될 수 있고, 또는 공기유동은 송풍기(11)의 출구(14)에서 공기유동 경로 내에 위치된 공기유동 센서에 의해 측정될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 샘플링된 특성은 모터 양단의 전압; 모터를 통한 전류; 모터의 속도; 또는 이들의 임의의 조합 중 하나이다. 대안적으로, 샘플링된 특성은 공기-압력 또는 공기유동 중 하나일 수 있다.

샘플링된 특성이 모터(17) 양단의 전압; 모터를 통한 전류; 모터 전력 또는 모터의 속도 중 하나인 경우, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 최소 허용가능 값에 의해 나타내어질 수도 있다. 샘플링된 특성이 공기-압력인 경우, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 역시 최소 허용가능 값에 의해 나타내어진다. 그러나, 샘플링된 모터 특성이 공기유동인 경우, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 최대 허용가능 값에 의해 나타내어진다.

PAPR 송풍기 제어 시스템이 정전압 또는 정전류 제어를 사용하는 경우에서, 작동 상태가 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트에 도달한 경우 경보를 제공하는 방법은 상기한 바와 유사하다. 차이는 흔히 모터 전압 또는 모터 전류가 초기 시동 후에 전자 제어 유닛에 의해 고정되고 사용 중에 실질적으로 유지된다는 것이다. 따라서, 모터 전압을 조정하는 단계 31이 그러한 시스템에서는 흔히 채용되지 않지만, 전술된 나머지 방법 단계들은 경보가 활성화되어야 하는지를 결정하기 위해 수행된다. 상기 실시예에서 균일 체적 공기유동 시스템이 설명되지만, 실질적으로 일정한 체적의 공기보다는 실질적으로 일정한 질량의 공기가 사용자에게 전달되는 균일 질량 공기유동 시스템이 사용될 수도 있다.

Claims (15)

1. 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트(low air-pressure high airflow event)를 검출하도록 사용자에게 공기유동을 전달하기 위한 전동식 공기 정화 호흡기 송풍기 시스템(powered air purifying respirator blower system)을 제어하는 방법으로서, 상기 시스템은 사용자에게 여과된 공기의 강제 유동(forced flow)을 전달하기 위해 전자 제어 유닛(electronic control unit)에 의해 제어되는, 전기 모터에 의해 동력을 공급받는 팬(fan)을 포함하고, 상기 전자 제어 유닛은 내부에 저장된 송풍기 시스템의 상이한 특성들에 관한 허용가능한 작동 범위를 한정하는 이벤트들을 나타내는 복수의 데이터 포인트(data point)를 가지며, 상기 방법은,
   송풍기 시스템의 작동 상태를 나타내는 특성을 샘플링하여 샘플링된 데이터 포인트를 획득하는 단계;
   동일한 특성에 대해, 샘플링된 데이터 포인트와 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트를 나타내는 저장된 데이터 포인트를 비교하는 단계;
   고정된 기간 동안 샘플링을 반복하는 단계, 및 비교하는 단계가 상기 기간의 대부분 동안 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트에 도달한 것을 지시하는 경우;
   경보를 활성화하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 샘플링은 전자 제어 유닛에 의해 수행되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 샘플링된 특성은 모터 양단의 전압; 모터를 통한 전류; 모터의 속도; 또는 이들의 임의의 조합 중 하나인 방법.
4. 제3항에 있어서, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 샘플링된 특성에 대한 최소 허용가능 값인 방법.
5. 제1항에 있어서, 샘플링은 전자 제어 유닛 외부의 센서를 사용하여 수행되는 방법.
6. 제1항에 있어서, 샘플링된 특성은 공기-압력 또는 공기유동 중 하나인 방법.
7. 제6항에 있어서, 특성이 공기-압력인 경우, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 최소 허용가능 값인 방법.
8. 제6항에 있어서, 특성이 공기유동인 경우, 저 공기-압력 고 공기유동 이벤트는 최대 허용가능 값인 방법.
9. 제1항에 있어서, 경보는 가청 경보(audible alarm), 가시 경보(visible alarm), 또는 진동 경보(vibration alarm) 중 적어도 하나 이상인 방법.
10. 제1항에 있어서, 고정된 기간은 3 내지 30초의 범위인 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 호흡기는 사용자에게 실질적으로 균일한 체적 공기유동을 전달하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 호흡기는 실질적으로 정전류 또는 실질적으로 정전압 중 하나에서 작동하는 방법.
13. 봉쇄된 사용자 환경(contained user environment)으로 여과된 공기의 강제 유동을 전달하기 위한, 제1항의 방법을 채용하는 호흡기.
14. 제13항에 있어서, 봉쇄된 사용자 환경은 마스크(mask), 헬멧(helmet) 또는 후드(hood) 중 하나인 호흡기.
15. 제13항에 있어서, 봉쇄된 사용자 환경은 수트(suit)인 호흡기.

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