KR20140131290A

KR20140131290A - 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버

Info

Publication number: KR20140131290A
Application number: KR20140054377A
Authority: KR
Inventors: 심상문
Original assignee: 심상문
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2014-11-12

Abstract

본 발명은 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버에 관한 것으로, 기압과 산소 농도 조절이 가능하며 제1출입문(11)이 구비된 훈련실(10)과, 상기 제1출입문(11)과 연결되어 외부와 상기 훈련실(10)을 연결하며 외부와 통하는 제2출입문(31)이 구비되고 기압과 산소 농도 조절이 가능한 차폐실(30)과, 상기 훈련실(10)과 상기 차폐실(30) 내부의 기압을 조절하는 감압수단과, 상기 훈련실(10) 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 조절하는 조절수단을 포함한다.
본 발명은 안정성이 확보된 고지대 환경 조건을 제공하여 훈련자의 적응훈련, 수영훈련 등과 같은 다양한 훈련을 수행할 수 있는 이점이 있다.

Description

고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버{MOVABLE CHAMBER FOR ENVIRONMENT SETTING OF HIGH ALTITUDE}

본 발명은 이동식 챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 거리와 공간에 제약 없이 고지대 환경과 동일한 환경을 조성하여 운동선수들의 적응훈련 및 수영훈련 등을 수행할 수 있도록 된 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버에 관한 것이다.

고지대는 임상적, 생리적, 해부학적, 생화학적인 변화가 현저하게 발생하는 고도로 해발 3,000m 이상을 말한다.

고지대 환경에서의 간헐적 저산소 노출 운동(Intermittent Hypoxic Exposure Training)은 적혈구조혈인자(Hemopoietin) 분비를 촉진하여 적혈구와 헤모글로빈 등을 증가시키고, 그 효과 산소 운반 능력과 젖산 완충 능력이 향상되고 전신 지구력이 증가하게 된다.

이러한 배경에서 유산소 운동능력을 필요로 하는 다양한 종목의 운동선수들은 산소 운반에 제한적 요소 작용을 경기력 향상에 이용하기 위해 고지대 훈련을 실시하고 있다.

고지대 훈련 방법은 자연 상태인 고지대를 찾아가 훈련하는 방법과 자연 상태인 고지대와 거의 유사한 환경을 저지대에서 다양한 기계장치를 이용하여 인위적으로 조성하는 방법이 있다.

그러나, 전자의 방법은 많은 비용과 시간을 투자해야 하므로 효율성이 낮고, 후자의 방법은 아래와 같은 문제들이 있다.

첫째. 챔버를 완전히 밀폐시키고 저기압에서도 견고하게 견딜 수 있도록 하기 위해 그 재질을 H-빔과 강철판 등을 용접하여 제작하였으므로 반 영구적이고 견고하기는 하나 챔버 공간 활용의 제약과 토지에 정착된 건축물이어서 챔버를 다른 장소로 이동하며 고지대훈련이나 기타 실험 등이 불가능하다.

둘째. 고지대 환경을 두 모드(저압(Hypobaric) & 저산소(Normobaric))를 선택하여 조성할 때 챔버 내부의 피실험자들이 호흡할 때 내뿜는 이산화탄소를 별도의 기계장치 설치 없이는 만족할 수준으로 제거할 수 없어 피실험자들의 생명의 위태로움을 초래할 수 있다.

구체적으로, 저압(Hypobaric)환경 조성의 경우, 챔버 내부의 공기를 진공상태로 만들기 위해서는 진공펌프에 부착된 배관을 이용해 공기를 배출시켜야 한다. 이 때 챔버 내부의 피실험자들에 의한 이산화탄소 농도 상승으로 인해 질식하게 되므로 이를 막기 위해 진공상태에 지장이 없을 정도의 작은 구경의 배관을 챔버에 부착하여 챔버 내부의 기압이 낮아지면 외부의 공기를 강제적으로 챔버 내부로 유입되게 제작된다. 하지만 챔버 외부의 온도가 계절에 따라 바뀌게 되면 외부의 공기 온도가 챔버 내부로 유입되어 온도와 습도를 원활하게 제어할 수 없는 원시적 문제가 발생한다.

또한, 저산소(Normobaric)환경 조성의 경우, 질소발생기에서 생성된 질소를 챔버 내부로 유입시켜 내부의 산소 농도를 낮춤으로서 고지대 환경에서의 낮은 산소 분압 환경을 유사하게 만들어 준다. 하지만 이러한 환경 조성에 있어서도 이산화탄소 처리 문제는 역시 피할 수 없는 기술력의 한계를 보인다. 즉, 외부로부터 질소를 계속하여 챔버 내부로 유입시키면 챔버 내부의 압력이 상승한다. 이때, 내부의 높은 농도의 이산화탄소가 함유된 공기는 배관을 통해 외부로 밀려나간다. 하지만 이 방법은 챔버 내부의 설정한 산소 농도를 맞추기 어려울 뿐만 아니라 이산화탄소 역시 원활하게 제어하지 못한다. 즉, 외부로부터 유입된 질소까지 같이 빠져나가기 때문이다. 또한, 많은 양의 질소가 필요하여 질소 저장압력탱크를 설치하거나 질소발생장치의 용량을 키워야 하는 관계로 많은 비용이 들어간다. 무엇보다 질소저장을 위해 압력 탱크를 설치하면 탱크 폭발 등 2차 안전 사고로 이어질 수 있어 위험하다. 또한, 챔버 내부의 악취 또한 원활하게 제거할 수 없다.

셋째. 저압(Hypobaric)환경 조성을 위해 진공 펌프를 작동하게 되면 배관을 통해 공기가 외부로 빠져나간다. 이때 공기가 이동할 때 발생하는 소음문제와 낮아진 챔버 내부의 기압을 원상태 돌리기 위해서는 외부 공기를 챔버 내부로 유입시켜야 하는데, 이때 역시 배관을 통해 엄청난 양의 공기 유입으로 그 소음 또한 막대하여 피실험자들에게 쾌적하고 안락한 환경을 제공해 주지 못한다.

넷째. 종래의 기술은 저압(Hypobaric) & 저산소(Normobaric)환경 조성 시 상당 부분이 수동식이며 중앙 통제할 시스템 구축이 되어있지 않으며, 실험기간 동안 챔버 내부의 환경 변화 등 다양한 데이터를 수집할 시스템이 갖추어 있지 못하다.

다섯째. 저압(Hypobaric) 환경 조성을 위해서는 완전한 밀폐가 필요하지만 종래의 수동식의 출입문 개폐 방식으로는 완전한 밀폐의 한계가 있다.

여섯째. 저압(Hypobaric) & 저산소(Normobaric)환경에서의 피실험자가 응급상황이 발생하면 외부와 긴급히 연락 취하고 챔버 내부의 기압과 산소 농도를 빠른 속도로 정상화시켜야 하지만 비상벨이나 비상수단(Emergency Unit)이 없어 비상사태 대처에 미흡한 한계가 있다.

한국등록특허 제0780448호(등록일:2007.11.22, 명칭:저산소 적응훈련실)

본 발명의 목적은 훈련실 내부를 고지대 환경과 동일한 환경으로 조성하되 훈련실 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 안정적으로 제어하여 훈련자의 안전이 확보되도록 하며, 소음을 저감시켜 훈련기간 동안 훈련자에게 쾌적한 환경을 제공하고, 훈련기간 동안 훈련실 내부의 환경 변화 등 다양한 데이터를 수집하여 적절한 대처가 가능하며, 비상 상황시에도 신속한 비상대처가 가능한 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 기압과 산소 농도 조절이 가능하며 제1출입문이 구비된 훈련실과, 상기 제1출입문과 연결되어 외부와 상기 훈련실을 연결하며 외부와 통하는 제2출입문이 구비되고 기압과 산소 농도 조절이 가능한 차폐실과, 상기 훈련실과 상기 차폐실 내부의 기압을 조절하는 감압수단과, 상기 훈련실 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 조절하는 조절수단을 포함한다.

상기 훈련실에 인터폰, 폐쇄회로 카메라(CCTV), 비상버튼, 비상출입문, 스프링쿨러, 비상용 산소마스크 중 적어도 하나 이상이 구비된다.

상기 훈련실에 수영장, 운동기구 중 하나 이상을 포함한 운동환경과, 침대, 의자, 샤워실, 화장실 중 하나 이상을 포함한 휴식환경이 구비된다.

상기 감압수단은 상기 훈련실에 연결되며 상기 훈련실 내부의 공기가 외부로 배출되는 제1배관과, 상기 차폐실에 연결되며 상기 차폐실 내부의 공기가 외부로 배출되는 제2배관과, 제1배관 및 상기 제2배관에 구비된 압력제어 밸브와, 제1배관 및 상기 제2배관과 연결되어 상기 훈련실 및 상기 차폐실의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프를 포함한다.

상기 진공펌프에 소음 감소를 위한 소음기가 설치된다.

상기 감압수단은 외부의 공기를 상기 훈련실 내부로 유입시키도록 일단이 상기 훈련실에 연결되고 타단이 상기 진공펌프와 연결된 제3배관과, 상기 제3배관에 구비된 쓰로틀 밸브와, 상기 훈련실 내부로 공기 유입시 소음을 감소시키는 소음기를 더 포함한다.

상기 훈련실 및 차폐실에 외부의 공기 유입을 위한 통풍구가 구비되고, 상기 통풍구에 통풍밸브 및 에어필터가 설치된다.

상기 조절수단은 이산화탄소 제거기, 산소 발생기, 질소 발생기, 냉난방기, 가습 및 제습기를 포함한다.

상기 훈련실 내부의 기압, 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 측정하는 감지부와, 상기 감지부의 측정 결과 또는 기 설정된 프로그램에 근거하여 상기 훈련실 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도, 습도 중 선택된 1종 이상을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 감지부는 기압 측정기, 이산화탄소 측정기, 질소 측정기, 산소 측정기, 온도계, 습도계를 포함한다.

상기 차폐실에 상기 차폐실의 기압을 측정하는 기압 측정기가 구비된다.

상기 훈련실과 상기 차폐실에 내부 확인을 위한 관측창이 구비된다.

상기 제1출입문과 상기 제2출입문은 출입 카드에 의해 온/오프된다.

본 발명은 훈련실 내부를 감압하고 질소와 산소를 훈련실 내부로 유입시켜 인위적으로 고지대 환경을 조성할 수 있으며, 훈련실 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 안정적으로 조절할 수 있다.

따라서, 훈련자는 안정성이 확보된 고지대 환경 조건에서 적응훈련, 수영훈련 등과 같은 다양한 훈련을 수행할 수 있고, 다양한 환경 조건에서 다양한 실험을 실시할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 복수의 분리된 챔버를 조립하고 용접하여 하나의 규격화된 이동식 챔버를 완성하는 방식으로 제작되므로 콘테이너 운반용 트레일러 등을 이용해 운송할 수 있고, 그에 따라 운송시 물류비용, 운영 인건비 등을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 에어 플로우(air flow) 장치를 도입해 고지대 환경에서 수영훈련을 할 수 있도록 제작되었으며, 통제 방식을 모두 자동화하여 제어실에서 원격으로 제어할 수 있으며 각종 데이터를 통합하여 수집 저장할 수 있어 관리의 효율성이 높은 효과가 있다.

또한, 본 발명은 훈련실 내부에 침대, 화장실, 샤워실 등의 편의시설과 수영장, 운동기구 등의 운동시설 등이 있어 공간의 제약 없이 이동할 수 있어 훈련 효과를 증진시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 훈련실 내부에 편의시설과 운동시설 등이 구비되어 공간과 거리의 제약이 없고 더 넓은 훈련실을 원하는 경우 다수의 챔버를 더 조립하는 것에서 증축이 가능하고 수면실, 휴식실 등 시설 추가도 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 비상버튼, 인터폰, 비상탈출구 등이 구비되어 훈련실 내부또는 훈련자의 비상 상황시에도 신속한 비상대처가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이동식 챔버를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예를 분리형으로 제작한 모습을 보인 도면.
도 3은 도 2를 조립하여 이동식 챔버를 완성한 외관을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 실시예로 배관을 연결하는 모습을 보인 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예로 훈련실 내부를 고지대 환경으로 제어하는 방법을 보인 순서도.
도 6은 본 발명의 실시예로 훈련실의 제1출입문과 차폐실의 제2출입문이 개방 또는 차폐되는 방법을 보인 순서도
도 7은 본 발명의 실시예로 이산화탄소 제거기의 원리를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 의한 이동식 챔버의 다른 실시예를 보인 구성도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버(이하, "이동식 챔버"라 칭함)는, 고지대로 올라갈수록 기압 차이로 인해 산소의 분압이 낮아지게 되는데 이러한 원리를 이용해 훈련실 내부를 감압하고 질소와 산소를 훈련실 내부로 유입시켜 인위적으로 고지대 환경을 조성하는 것이다.

고지대 환경은 훈련실 내부를 저압, 저산소 환경으로 만드는 것이다. 예를 들어, 훈련실 내부를 고지대 환경인 해발 5,000m(760Torr~400Torr)까지의 고도로 조성하는 것이다.

고지대 환경은 신체조직으로의 산소전달이 감소되어 저산소증을 야기시키게 되는데, 이러한 불리한 환경적 상황은 환기량, 심박수 증가, 피로도의 증가, 산소섭취량 감소, 수분손실의 증가, 식용감소를 일으키게 되고, 인체의 기능이 저하된 상태에서 힘든 훈련에 적응하게 한다. 이러한 고지대 환경에 적응된 인체가 저지대 환경으로 돌아와 스포츠 경기를 하게 되면 인체기능을 향상시킬 수 있어 고지대 환경에서 훈련을 실시하는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이동식 챔버(1)는, 기압과 산소 농도 조절이 가능하며 제1출입문(11)이 구비된 훈련실(10)과, 제1출입문(11)과 연결되어 외부와 훈련실(10)을 연결하며 외부와 통하는 제2출입문(31)이 구비되고 기압과 산소 농도 조절이 가능한 차폐실(30)과, 훈련실(10)과 차폐실(30) 내부의 기압을 조절하는 감압수단과, 훈련실(10) 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 조절하는 조절수단을 포함한다.

훈련실(10)은 고지대 환경이 조성되어 훈련자들이 고지대 적응 훈련을 수행할 수 있도록 만든 곳이다. 훈련자들은 경기력 향상을 위해 고지대 환경에서 훈련이 필요한 운동선수가 해당할 수 있다.

훈련실(10)은 돔형 또는 사각형상 등 다양한 형상으로 구성될 수 있으며, 밀폐된 구조이고, 내부 확인을 위한 관측장(12) 및 훈련실(10) 출입을 위한 제1출입문(11)가 구비된다.

돔형 구조의 훈련실(10)은 훈련실(10)을 이루는 챔버의 경량화와 공간 활용도를 높일 수 있다. 이때, 훈련실(10)의 벽체는 수직으로 설계하면서도 지붕 부위만 압력 분산을 위해 돔형으로 설계하는 것이 구조해석결과 효율적이다.

구조해석은 훈련실의 내부를 저압으로 변화시킬 때 훈련실 내부압력과 외부압력의 차이로 인해 훈련실에 작용압력이 발생하는데, 이 작용압력에 의해 훈련실이 변형되지 않고 버틸 수 있도록 설계하기 위해 수행된다.

훈련실(10)에는 수영장, 운동기구 중 하나 이상을 포함한 운동환경과, 침대, 의자, 샤워실, 화장실 중 하나 이상을 포함한 휴식환경이 구비된다. 침대는 접이식으로 제작하여 소파 겸용으로 사용할 수 있다.

훈련실(10)에서 훈련자들은 수영, 운동 등을 고지대 환경과 동일한 조건에서 훈련할 수 있다.

훈련실(10)에는 비상 상황에 대처하기 위한 안전 장치로 인터폰(13), 폐쇄회로 카메라(CCTV)(15), 비상버튼, 비상출입문(17), 스프링쿨러(19), 비상용 산소마스크(21) 중 적어도 하나 이상이 구비된다.

인터폰(13)은 비상시에 외부와의 긴급 연락을 위한 용도이며, 폐쇄회로 카메라(15)는 훈련실 내부 상황을 모니터하기 위한 용도이다.

비상버튼은 비상시 내부 상황을 알리거나, 비상시 훈련실(10) 내부로 공기를 공급하여 저압 저산소 상태를 해제하거나, 비상출입문(17)을 개방하기 위한 용도일 수 있다.

또한, 비상버튼은 훈련자가 응급상황이 발생하면 훈련실(10) 내부의 기압과 산소를 빠른 속도로 정상화시켜 훈련자의 안전이 확보되도록 할 수 있다.

비상버튼은 인터폰(13)에 함께 구비되어 있을 수 있다.

비상출입문(17)은 훈련실(10) 내부의 비상 상황시 탈출하기 위한 용도일 수 있다. 스프링쿨러(19)는 화재와 같은 비상 상황을 대비하기 위한 것이며, 비상용 산소마스크(21)는 훈련자의 돌발 상황에 대비하여 훈련자에게 산소를 공급하기 위한 것이다.

차폐실(30)은 훈련실(10)이 외부 환경에 바로 노출되는 것을 방지하기 위해 구비된다.

훈련실(10)을 고지대 환경으로 유지한 상태에서 훈련자가 밖으로 나갈 일이 있는 경우, 훈련실(10)의 제1출입문(11)과 외부 환경이 바로 연결되어 있으면 제1출입문(11)을 열 때 훈련실(10)과 외부 환경과의 기압 차로 인해 훈련실(10)의 고지대 환경 설정이 해제되고 훈련실(10)에 있는 다른 훈련자에 피해를 주게 된다.

따라서, 훈련실(10)에서 차폐실(30)을 통한 후 차폐실(30)에서 외부로 나갈 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

차폐실(30)은 훈련실(10)과 동일한 기압이 유지되도록 제어 가능하여 훈련자가 훈련실(10)에서 차폐실(30)로 이동하더라도 훈련실(10)의 고지대 환경에 영향을 미치지 않는다.

그리고, 차폐실(30)로 이동한 훈련자는 제1출입문(11)을 닫은 상태에서 제2출입문(31)을 열고 외부로 나가고, 제2출입문(31)이 닫힌 후 차폐실(30)을 훈련실(10)과 동일한 기압이 유지되도록 제어하면 되므로 훈련실(10)의 고지대 환경 설정이 해제되는 것이 방지될 수 있다.

차폐실(30)의 제2출입문(31)에는 출입 카드부(37)가 구비된다. 출입 카드부(37)는 훈련자가 출입 카드부(37)를 센싱하는 것에서 제2출입문(31)이 개방될 수 있도록 하기 위한 것이다.

제1출입문(11) 및 제2출입문(31)측에는 감지램프(33,35)를 구비하여 제1출입문(11) 및 제2출입문(31)의 개방 또는 닫힘 여부를 제어부(90)가 인지할 수 있도록 한다.

제1출입문(11) 및 제2출입문(31)은 완전 밀폐가 가능하도록 출입 카드부(37)의 센싱을 통해 개방되고 제어부(90)의 제어에 자동으로 닫히는 자동 개폐 방식을 채용한다.

제1출입문(11)과 제2출입문(31)은 각 출입문의 개폐시나 훈련자의 출입시 지장을 초래하지 않도록 소정 간격 이격되게 배치되어 있음이 바람직하다.

감압수단은 훈련실(10)과 차폐실(30) 내부의 기압을 조절하기 위한 것이다.

감압수단은 훈련실(10)에 연결되며 훈련실(10) 내부의 공기가 외부로 배출되는 제1배관(41)과, 차폐실(30)에 연결되며 차폐실(30) 내부의 공기가 외부로 배출되는 제2배관(45)과, 제1배관(41) 및 제2배관(45)에 구비된 압력제어 밸브(43,47)와, 제1배관(41) 및 제2배관(45)과 연결되어 훈련실(10) 및 차폐실(30)의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프(55)를 포함한다.

압력제어 밸브(43,47)는 압력이 설정 압력에 도달하면 유체의 일부 또는 전량을 배출시켜 배관 내의 압력을 설정값 이하로 유지하는 릴리프 밸브(relief valve)를 사용하는 것이 바람직하다.

진공펌프(55)에 소음기(55)가 설치된다. 소음기(55)는 진공펌프(55) 작동시 발생하는 소음을 감소시켜 훈련실(10) 내부의 훈련자들에게 쾌적한 환경을 제공한다.

제1배관(41) 및 제2배관(45)의 단부에도 소음기(42)가 설치되어 배관을 통해 엄청난 양의 공기가 배출됨에 따른 소음을 저감할 수 있도록 한다.

감압수단은 외부의 공기를 훈련실 내부로 유입시키도록 일단이 훈련실(10)에 연결되고 타단이 진공펌프(55)와 연결된 제3배관(51)과, 제3배관(51)에 구비된 쓰로틀 밸브(52)와, 훈련실(10) 내부로 공기 유입시 소음을 감소시키는 소음기(53)를 더 포함한다.

쓰로틀 밸브(52)는 제3배관(51)을 통한 공기 유입을 제어하는 밸브이다.

소음기(53)는 제3배관(51)의 단부에 설치되며 제3배관(51)을 통해 엄청난 공기가 유입됨에 따른 소음을 저감하는 역할을 한다.

기본적으로, 훈련실(10) 내부의 공기 배출은 제1배관(41)을 통해 수행되고 공기 유입은 제3배관(51)을 통해 수행된다.

그리고, 차폐실(30) 내부의 공기 배출은 제2배관(45)을 통해 수행된다. 차폐실(30)의 경우 제2출입문(31)을 개방하는 것에서 표준기압으로 기압 상승이 가능하고 제2출입문(31)을 차폐한 상태에서는 공기 배출을 통해 기압을 낮추고 훈련실(10)과 동일한 기압을 유지하는 것이 가능하므로 제2배관(45)과 같이 공기 유입을 위한 별도의 배관을 구비하지 않아도 된다.

훈련실(10) 및 차폐실(30)에 외부의 공기 유입을 위한 통풍구(57,59)가 구비되고, 통풍구(57,59)에 통풍밸브(57a,59a) 및 에어필터(57b,59b)가 설치될 수 있다.

통풍구(57a,59a)는 훈련실(10)과 차폐실(30)을 저압, 저산소 환경이 아닌 표준기압 환경으로 유지할 경우 훈련실(10)과 차폐실(30)의 환기를 위한 것일 수 있다.

본 실시예의 훈련실(10)은 다양한 실험 환경(예를 들어, 저압(hypobaric), 저산소(normobaric), 표준기압 고농도산소(normobaric hyperoxia), 공기흐름(air flow))으로 조절 가능하다.

여기서, 표준기압 고농도산소는 압력이 대기압(760mmHg)과 동일하지만 대기압 상태에서의 산소 농도(20.96%) 보다 높은 상태의 고농도 산소방을 의미한다.

조절수단은 이산화탄소 제거기(61), 산소 발생기(63), 질소 발생기(65), 냉난방기(67), 가습 및 제습기(69)를 포함한다.

훈련실(10) 내부의 이산화탄소 수준은 저산소 증상을 악화시킬 수 있으며, 심지어 사망에 이르게 할 수 있는 위험한 문제이다. 따라서 훈련실(10) 내부에서 훈련자의 호흡에 의해 생성되는 과량의 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 제거기(61)가 구비된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 이산화탄소 제거기(61)는 훈련실(10) 내부의 이산화탄소가 설정치(set point) 이상이면 훈련실(10) 내부로 산소를 공급하면서 이산화탄소와 산소를 함께 흡입하여 외부로 배출하는 것을 기본 원리로 할 수 있다. 이 외에도 이산화탄소 제거기는 다양한 종류가 사용될 수 있다.

산소 발생기(63)는 훈련실(10)을 저압, 저산소 환경이 아니라 평압 상태에서 마치 산소방과 같이 고농도의 산소를 훈련실(10) 내부에 유입시켜 훈련실(10)을 선수들의 쾌적한 휴식 공간으로 활용할 수 있다.

표준기압 상태에서 공기 중에는 질소가 약 78.9%, 산소가 20.9%가 포함된다. 그리고 고지대로 올라갈수록 기압차이로 인해 산소의 분압이 낮아지게 된다. 따라서 저산소(Normobaric) 환경 조성은 훈련실(10) 내부가 고지대의 환경과 유사하도록 78.9% 이상의 고농도 질소를 공급하는 것이다.

질소 발생기(65)는 멤버레인(membrane)이라는 중공사막 필터를 이용해 압축된 대기압 중의 산소와 질소를 일정한 농도로 분리시키거나, PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식의 제올라이트 흡착제를 이용해 산소를 흡착시켜 질소와 산소를 분리시키는 방식으로 질소를 발생시킬 수 있다.

냉난방기(67)는 훈련실(10) 내부의 공기를 외부로 배출하거나 외부의 공기를 훈련실 내부로 유입시킬 때 훈련실(10) 내부의 온도가 영향이 없도록 훈련실(10) 내부의 온도를 조절하는 역할을 한다.

가습 및 제습기(69)는 훈련실(10) 내부의 공기를 외부로 배출하거나 외부의 공기를 훈련실 내부로 유입시킬 때에도 훈련실(10) 내부의 습도가 일정하게 유지되도록 한다.

이동식 챔버(1)는 훈련실 내부의 기압, 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 측정하는 감지부와, 감지부의 측정 결과 또는 기 설정된 프로그램에 근거하여 훈련실(10) 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도, 습도 중 선택된 1종 이상을 제어하는 제어부(90)를 포함한다.

감지부는 기압 측정기(71), 이산화탄소 측정기(73), 질소 측정기(75), 산소 측정기(77), 온도계(79), 습도계(81)이다. 감지부가 측정한 훈련실(10) 내부의 기압, 이산환탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도, 습도는 제어부(90)로 전달되며, 훈련실(10) 내부의 표시계에 표시될 수도 있다.

제어부(90)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 이동식 챔버(1)의 외부에 배치될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 이동식 챔버(1)에 별도로 마련된 기계실(100)에 구비될 수도 있다. 별도의 기계실(100)을 마련하는 경우, 기계실(100)에 이산화탄소 제거기(61), 산소 발생기(63), 질소 발생기(65), 냉난방기(67), 가습 및 제습기(69) 등을 배치하여 훈련실(10) 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도, 습도 중 선택된 1종 이상을 제어하도록 할 수 있다.

제어부(90)에 전원을 공급하는 전원부(95)를 더 포함한다.

제어부(90)는 감지부가 측정한 결과를 데이터로 수집 저장할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이동식 챔버(1)는 분리형으로 제작된 후 조립하고 용접하여 완성할 수 있다.

조립은 각 챔버(10a, 10b)가 끼움 결합 또는 볼트 결합 등으로 조립된 후 조립된 부위에 용접 및 실링을 수행하여 기밀성이 유지되도록 할 수 있다.

각 챔버(10b)에는 돌출부(10c)가 형성되어 상호 조립된 부위를 커버할 수 있도록 됨이 바람직하다.

각 챔버를 분리형으로 제작한 후 조립하여 이동식 챔버(1)를 완성할 수 있도록 구성하는 것은 챔버의 크기를 조절할 수 있으며 이송의 편의성이 좋기 때문이다. 즉, 분리된 각 챔버를 원하는 장소로 이송한 후 조립하고 용접하여 이동식 챔버(1)를 완성할 수 있기 때문이다.

이동식 챔버(1)는 콘테이너 운반용 트레일러 등을 이용하여 운송할 수 있도록 규격을 표준화할 수 있다. 이동식 챔버(1)의 규격화는 물류비용과 운영 인건비를 절감할 수 있다.

상술한 이동식 챔버는 설계에 따라 훈련실을 하나 이상 구비할 수 있으며, 필요에 따라 수면실 등을 더 구비할 수도 있다.

각 챔버는 스틸 또는 스틸과 비교하여 가벼우면서도 견고한 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스테인레스 재질이 사용될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 배관은 연결부위의 기밀성을 유지하기 위해 배관과 배관의 연결부위에 실링부재를 구비하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 제1배관(41)을 예로 들어 도시하였다.

제1배관(41a,41b)은 각 단부에 관통공(a,b)이 형성된 결합부(41c,41d)가 형성된다. 제1배관(41a)은 상대편 제1배관(41b)과 상호 연결하기 위해 각 결합부(41c,41d)를 상호 맞댄 상태에서 관통공(a,b)에 체결나사(미도시)를 결합하여 연결하면 된다. 이때 결합부(41c,41d)에 실링부재(s)를 구비하여 각 결합부(41c,41d)가 접한 부분의 기밀성이 유지되도록 한다.

배관과 배관을 연결하는 부위의 기밀성 유지는 훈련실 내부의 기압과 산소 농도를 정확하게 제어하는데 중요하다.

도 5a 내지 도 5c에는 훈련실 내부를 고지대 환경으로 제어하는 방법이 도시되어 있다.

훈련실(10) 내부를 고지대 환경으로 제어하는 방법은 우선, 전원을 온(on) 시킨다. 다음으로, 이산화탄소 제거기(61), 산소 발생기(63), 질소 발생기(65), 냉난방기(67), 가습 및 제습기(69)의 전원이 온(on) 되었는지 판단한다.

이산화탄소 제거기(61), 산소 발생기(63), 질소 발생기(65), 냉난방기(67), 가습 및 제습기(69)의 전원이 온(on) 되었다고 판단하면 진공펌프(55)를 작동시키고, 이산화탄소 제거기(61), 산소 발생기(63), 질소 발생기(65), 냉난방기(67), 가습 및 제습기(69)의 전원 중 어느 하나가 온(on) 되지 않았다고 판단하면 알람을 발생하고 다시 판단하는 단계를 재수행한다.

알람 발생은 훈련자 또는 기계실 작업자가 각 장치의 고장 유무를 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다.

진공펌프(55)가 작동되면 제1배관(41)의 압력제어 밸브(43)를 개방한다. 압력제어 밸브(43)를 개방하여 훈련실(10) 내부의 감압시간을 계산하고 10min에 500Torr가 감압 되는지를 판단한다.

예를 들어, 훈련실을 약 230㎥, 차폐실을 약 20㎥로 설계한 경우 감압시간을 계산하는 방법은 다음과 같다.

감압시간은 훈련실 내부가 밀폐되어 공기 누출이 없고, 훈련실 내부의 공기 유동이 점성류 영역이므로 배관의 전도도가 없다는 가정하에서 계산된다.

<훈련실 감압시간 계산>

t=7.38min

<차폐실 감압시간 계산>

t=1.02min

여기서, V1는 훈련실의 부피(230㎥), V2는 차폐실의 부피(20㎥), S는 진공펌핑 속도(780㎥/hour)이다.

다음으로, 압력이 10min에 500Torr씩 감압이 되는지를 판단한 결과, 감압시간이 10min에 500Torr를 만족하지 못하면 알람을 발생하고 제1배관의 압력제어 밸브를 개방한 상태를 유지하며, 알람 발생에 따라 제어부는 고장 상황 또는 이상 유무를 파악할 수 있다.

10min에 500Torr이 되면 훈련실 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 제어하게 된다.

훈련실(10) 내부의 이산화탄소 농도의 제어는 훈련실(10) 내부의 이산화탄소 농도가 설정치 이상이면 이산화탄소 제거기(61)가 작동하고 설정치 이하가 되면 이산화탄소 제거기(61)의 작동이 정지하는 방식이다.

질소 농도 제어는 훈련실(10) 내부로 질소를 공급하는 질소공급 배관에 구비된 밸브를 개방하여 훈련실 내부로 질소를 공급하고, 훈련실 내부의 질소 농도가 설정치 이상이면 밸브를 차폐하며, 훈련실(10) 내부의 질소 농도가 설정치 이하이면 다시 밸브를 개방하는 방식이다.

산소 농도 제어는 훈련실(10) 내부로 산소를 공급하는 산소공급 배관에 구비된 밸브를 개방하여 훈련실(10) 내로 산소를 공급하고, 훈련실(10) 내부의 산소 농도가 설정치 이상이면 밸브를 차폐하며, 훈련실(10) 내부의 산소 농도가 설정치 이하이면 다시 밸브를 개방하는 방식이다.

온도 제어는 훈련실(10) 내부의 온도가 설정치 이상이면 냉난방기(67)를 작동시키고 훈련실(10) 내부의 온도가 설정치 이하이면 냉난방기(67)의 작동을 정지시키는 방식이다.

습도 제어는 훈련실(10) 내부의 습도가 설정치 이상이면 가습 및 제습기(69)를 작동시키고 습도가 설정치 이하이면 가습 및 제습기(69)의 작동을 정지시키는 방식이다.

질소 농도 제어, 산소 농도 제어, 온도 제어, 습도 제어에서 최초 작동시 예를 들어 20min 내에 훈련실(10) 내부의 질소 농도, 산소 농도, 온도, 습도가 설정치로 조절되지 않을 경우 각 장치는 알람을 발생하여 고장 유무를 제어부(90)가 판단할 수 있도록 한다.

훈련실(10) 내부를 감압, 저산소 상태로 유지한 상태에서 훈련실(10) 내부를 표준기압 조건으로 변환하기 위해서는 제어부(90)가 제3배관(51)의 쓰로틀 밸브(52)를 개방한다.

제3배관(51)의 쓰로틀 밸브(52)를 개방하면 훈련실(10) 내부로 외부의 공기가 유입되면서 훈련실(10) 내부의 압력이 상승한다.

이때, 제어부(90)는 쓰로틀 밸브(52)의 개방에 따라 훈련실(10) 내부의 압력이 20min에 400Torr씩 가압이 되는지 판단한다. 판단 결과, 훈련실(10) 내부의 압력이 20min에 400Torr씩 가압이 되지 않으면 알람을 발생하고, 훈련실(10) 내부의 압력이 20min에 400Torr씩 가압되면 훈련실(10) 내부가 표준기압 상태가 되는 것으로 판단한다.

쓰로틀 밸브(52)의 개방에 따라 훈련실(10) 내부가 표준기압 상태가 되면 제어부(90)는 쓰로틀 밸브(52)를 차폐할 수 있다.

상술한 바와 같이, 훈련실(10)은 저압 저산소 상태로 조절하여 고지대 환경과 동일하게 만들 수 있으며, 차폐실(30)은 저압 상태로 만들어 훈련실(10)과 동일한 또는 유사한 기압을 갖도록 할 수 있다.

도 6에는 훈련실의 제1출입문과 차폐실의 제2출입문이 개방 또는 차폐되는 방법을 보인 순서도가 도시되어 있다.

도 6은 훈련실 내부가 저압, 저산소 조건으로 제어된 상태에서 제1출입문과 제2출입문, 차폐실의 기압의 조절되는 방법을 보인 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1출입문(11)과 제2출입문(31)은 훈련실(10)과 차폐실(30)의 완전 밀폐를 위해 자동 개폐될 수 있다.

우선, 훈련자는 제2출입문(31)의 출입 카드부(37)에 출입 카드를 센싱하는 것에서 제2출입문(31)을 개방하고 차폐실(30)에 입장할 수 있다. 훈련자가 차폐실(30)에 입장하면 제2출입문(31)은 자동으로 닫히고 차폐실(30)의 압력을 저감시키기 위한 제1배관(41)의 압력제어 밸브(43)가 개방된다.

제1배관(41)의 압력제어 밸브(43) 개방에 따라 차폐실(30) 내부의 공기가 외부로 배출되고 차폐실(30) 내부가 저압상태가 된다.

이때, 예를 들어, 차폐실(30) 내부의 압력이 2min에 400torr로 저감되지 않으면 압력제어 밸브(43) 또는 진공펌프(55)에 이상이 있는 것으로 판단하여 알람이 출력된다.

그리고, 차폐실(30) 내부의 압력이 2min에 400torr로 저감되면 정상적인 감압이 이루어진 것으로 판단하여 압력제어 밸브(43)를 차폐하게 된다.

다음으로, 훈련자가 제1출입문(11)의 출입 카드부에 출입 카드를 센싱하면 제1출입문(11)이 개방되고 훈련자는 훈련실(10)에 입장할 수 있다. 훈련자가 훈련실(10)에 입장하면 제1출입문(11)이 차폐되고 제1배관(41)의 압력제어 밸브(43)가 개방되어 훈련실(10) 내부의 기압이 제어될 수 있다.

이때, 훈련실(10) 내부의 기압 제어는 훈련실(10)과 차폐실(30)의 기압차가 있을 경우에만 수행될 수 있다.

본 실시예의 경우, 훈련실(10) 내부의 기압이 설정치 예를 들어 700torr로 제어되면 제1배관(41)의 압력제어 밸브(43)를 차폐한다.

제1배관(41)의 압력제어 밸브(43)를 차폐한 후에는 통풍구(57,59)의 통풍밸브(57a,59a)도 모두 차폐한다.

상술한 바와 같은 방법으로 훈련실 내부가 고지대 환경으로 제어되면 훈련자는 내부에 배치된 수영장에서 훈련함으로써, 훈련자로 하여금 고산지대에서 수영하는 것과 동일한 환경에서 훈련할 수 있다.

또한, 수영장에 에어 플로우(air flow) 장치를 도입해 고지대 환경에서 수영훈련을 할 수 있도록 제작된다.

위에서 예를 들어 설명한 20min에 500torr 도달, 20min에 산소 농도 설정치 도달, 질소 농도 설정치 도달 등은 설명의 편의를 위해 예로 제시한 것일 뿐 본 발명의 실시예에 반드시 상술한 수치에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.

또한, 상술한 이동식 챔버(1)는 제어부(90)의 제어에 의해 자동으로 제어되도록 구성되나, 비상시에는 수동으로도 작동 가능하다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

1: 이동식 챔버 10: 훈련실
11: 제1출입문 12: 관측창
13: 인터폰 15: 폐쇄회로 카메라
17: 비상출입문 19: 스프링쿨러
21: 비상용 산소마스크 30: 차폐실
31: 제2출입문 32: 관측창
33,35: 감지램프 37: 출입 카드부
41: 제1배관 42: 소음기
43: 압력제어 밸브 45: 제2배관
47: 압력제어 밸브 51: 제3배관
52: 쓰로틀 밸브 53: 소음기
55: 진공펌프 56: 소음기
57,59: 통풍구 57a,59a: 통풍밸브
57b,59b: 에어필터 61: 이산화탄소 제거기
63: 산소 발생기 65: 질소 발생기
67: 냉난방기 69: 가습 및 제습기
71: 기압 측정기 73: 이산화탄소 측정기
75: 질소 측정기 77: 산소 측정기
79: 온도계 81: 습도계
83: 기압 측정기 90: 제어부
95: 전원부 100: 기계실

Claims

기압과 산소 농도 조절이 가능하며 제1출입문이 구비된 훈련실과,
상기 제1출입문과 연결되어 외부와 상기 훈련실을 연결하며 외부와 통하는 제2출입문이 구비되고 기압과 산소 농도 조절이 가능한 차폐실과,
상기 훈련실과 상기 차폐실 내부의 기압을 조절하는 감압수단과,
상기 훈련실 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 조절하는 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 훈련실에 인터폰, 폐쇄회로 카메라(CCTV), 비상버튼, 비상출입문, 스프링쿨러, 비상용 산소마스크 중 적어도 하나 이상이 구비되는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 훈련실에
수영장, 운동기구 중 하나 이상을 포함한 운동환경과,
침대, 의자, 샤워실, 화장실 중 하나 이상을 포함한 휴식환경이 구비되는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 감압수단은
상기 훈련실에 연결되며 상기 훈련실 내부의 공기가 외부로 배출되는 제1배관과,
상기 차폐실에 연결되며 상기 차폐실 내부의 공기가 외부로 배출되는 제2배관과,
상기 제1배관 및 상기 제2배관에 구비된 압력제어 밸브와,
상기 제1배관 및 상기 제2배관과 연결되어 상기 훈련실 및 상기 차폐실의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 4에 있어서,
상기 진공펌프에 소음 감소를 위한 소음기가 설치된 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 4에 있어서,
상기 감압수단은
외부의 공기를 상기 훈련실 내부로 유입시키도록 일단이 상기 훈련실에 연결되고 타단이 상기 진공펌프와 연결된 제3배관과,
상기 제3배관에 구비된 쓰로틀 밸브와,
상기 훈련실 내부로 공기 유입시 소음을 감소시키는 소음기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 훈련실 및 차폐실에 외부의 공기 유입을 위한 통풍구가 구비되고,
상기 통풍구에 통풍밸브 및 에어필터가 설치된 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 조절수단은
이산화탄소 제거기, 산소 발생기, 질소 발생기, 냉난방기, 가습 및 제습기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 8에 있어서,
상기 산소 발생기는 상기 훈련실 내부로 산소를 유입시켜 상기 훈련실을 휴식을 위한 산소방으로 활용하도록 하는 것을 특징으로 하는 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 훈련실 내부의 기압, 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도 및 습도를 측정하는 감지부와,
상기 감지부의 측정 결과 또는 기 설정된 프로그램에 근거하여 상기 훈련실 내부의 이산화탄소 농도, 질소 농도, 산소 농도, 온도, 습도 중 선택된 1종 이상을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 10에 있어서,
상기 감지부는 기압 측정기, 이산화탄소 측정기, 질소 측정기, 산소 측정기, 온도계, 습도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 차폐실에 상기 차폐실의 기압을 측정하는 기압 측정기가 구비된 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 훈련실과 상기 차폐실에 내부 확인을 위한 관측창이 구비되는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.
청구항 1에 있어서,
상기 제1출입문과 상기 제2출입문은 출입 카드에 의해 온/오프되는 것을 특징으로 하는 고지대 환경 조성을 위한 이동식 챔버.