KR20210035966A - 호흡장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 호흡장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 호흡장치는 사용자의 입 또는 코를 외부 공기와 분리시키는 착용부, 상기 착용부와 연결되어 호흡 시 사용되는 공기가 저장되는 혼합 챔버, 압축된 공기가 저장된 에어 탱크 및 압축된 산소가 저장되며 상기 혼합 챔버에 산소를 공급하는 산소 탱크를 포함하고, 날숨의 공기를 상기 혼합 챔버에 저장시켜 들숨 시 재사용하고, 날숨 시 상기 혼합 챔버에 저장된 공기에 상기 산소 탱크로부터 산소를 공급하여 들숨 시 인체 내에서 소모된 산소를 보충하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

호흡장치{RESPIRATORY DEVICE}

본 발명은 호흡장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자에게 공기를 공급하는 장치로 보다 적은 중량으로 보다 긴 시간 동안 사용할 수 있는 호흡장치에 관한 것이다.

화재 등의 재난 상황, 유해가스가 있는 공간에서의 작업, 스쿠버 다이빙 등의 수중 레저 활동, 우주 공간에서의 활동 등에 있어서, 호흡을 위해 공기를 공급하는 호흡장치가 널리 사용된다. 상기 호흡장치는 압축된 공기를 저장한 탱크로부터 소정 압력 및 소정 용량으로 호흡 시 공기를 사용자에게 공급하도록 한다. 이때, 탱크에 저장된 압축 공기의 양에 따라서 호흡 시간이 한정될 수가 있다.

하기의 표 1은 스쿠버 다이빙용 알루미늄 에어탱크의 용량 및 용량에 따른 사용시간을 보여주는 표이다. 참고로, 표 1의 알루미늄 에어탱크는 205bar로 공기를 압축시킨다. 또한, 호흡장치가 사용되는 특수 상황(화재에 의한 흥분 상황, 운동 상황)을 고려하여 1회 호흡 시 사용되는 공기량을 2000ml로 하고, 분당 20회 호흡을 한다고 가정하여 계산을 하였다.

규격	용량(L)	205BAR기준 공기량(L)	사용시간(분)
C100	13.2	2706	67.7
S80	11.1	2275.5	56.9
S63	9	1845	46.1
S53	7.6	1558	39.0
S40	5.8	1189	29.7
S30	4.4	902	22.6
S19	2.7	553.5	13.8
S13	1.9	389.5	9.7
S6	0.9	184.5	4.6

<표 1>

상기 표 1로부터 가장 큰 용량의 호흡장치를 사용한다고 하더라도 한 시간 정도만 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.

이에, 본 발명에서는 보다 적은 중량으로 보다 긴 시간 동안 사용할 수 있는 호흡장치를 제안하고자 한다.

대한민국 공개실용신안 제20-2010-0007900호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 날숨 시 배출되는 공기를 혼합 챔버에 저장시켜 들숨 시 재사용하도록 하고 산소 탱크로부터 혼합 챔버에 소모된 산소를 보충하도록 하여 적은 중량으로 긴 시간 사용할 수 있는 호흡장치를 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 사용자의 입 또는 코를 외부 공기와 분리시키는 착용부; 상기 착용부와 연결되어 호흡 시 사용되는 공기가 저장되는 혼합 챔버; 압축된 공기가 저장된 에어 탱크; 및 압축된 산소가 저장되며 상기 혼합 챔버에 산소를 공급하는 산소 탱크를 포함하고, 날숨의 공기를 상기 혼합 챔버에 저장시켜 들숨 시 재사용하고, 날숨 시 상기 혼합 챔버에 저장된 공기에 상기 산소 탱크로부터 산소를 공급하여 들숨 시 인체 내에서 소모된 산소를 보충하도록 하는 호흡장치에 의해 달성될 수가 있다.

여기서, 상기 혼합 챔버 내 공기의 재사용 횟수가 일정 횟수에 도달하거나 상기 혼합 챔버 내의 공기 성분의 농도가 설정된 기준을 벗어나면, 상기 혼합 챔버 내의 공기를 배출시키고 상기 에어 탱크의 공기를 상기 혼합 챔버에 주입시킬 수 있다.

여기서, 상기 혼합 챔버에는 상기 혼합 챔버 내의 압력이 일정 압력 이상이 되면 열리는 밸브가 형성되고, 상기 혼합 챔버 내 공기의 재사용 횟수가 일정 횟수에 도달하거나 상기 혼합 챔버 내의 공기 성분의 농도가 설정된 기준을 벗어나면, 들숨 시 상기 에어 탱크의 공기를 호흡하고 날숨 시 호출되는 공기의 압력으로 상기 혼합 챔버 내에 저장되어 있던 공기는 상기 밸브를 통해 배출시켜 상기 혼합 챔버 내의 공기를 교체할 수 있다.

여기서, 상기 에어 탱크와 상기 산소 탱크는 상기 착용부에 장착될 수 있다.

여기서, 상기 혼합 챔버는 비닐 또는 고무로 형성되어 들숨과 날숨 시 수축과 팽창을 할 수 있다.

여기서, 상기 혼합 챔버는 자바라 형태로 형성되어, 들숨과 날숨 시 수축과 팽창을 할 수 있다.

여기서, 상기 혼합 챔버, 상기 산소 탱크, 또는 상기 에어 탱크 중 적어도 어느 하나를 내부에 수용하고, 사용자의 신체에 착용하는 수용부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 에어 탱크는 상기 착용부에 연결되고, 상기 착용부와 상기 에어 탱크 사이에서 상기 에어 탱크에 저장된 공기의 주입을 제어하는 공기 주입 제어부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 착용부와 상기 혼합 챔버 사이에서 들숨 또는 날숨 시 공기의 이동 경로를 개방시키도록 하는 경로 개폐 제어부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 경로 개폐 제어부는 상기 경로 상에 탄성력으로 회동 가능하게 결합되며, 상기 경로의 가장자리를 차폐시키며, 중앙에 공기가 유동하도록 하는 홀이 형성되는 제 1 플레이트; 및 상기 홀을 차폐시키며, 상기 제 1 플레이트 상에서 탄성력으로 회동 가능하게 결합되는 제 2 플레이트를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 플레이트가 일 방향으로만 회동하도록 상기 제 1 플레이트의 일측에서 상기 제 1 플레이트와의 간섭에 의해 회동을 차단시키는 회동 차단부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 회동 차단부는 상기 제 1 플레이트의 착용부 쪽의 일측 경로상에 돌출 형성되고, 상기 제 2 플레이트는 상기 제 1 플레이트의 착용부 쪽의 일측면에 회동 가능하게 결합되어, 날숨 시 상기 제 1 플레이트가 회동되어 상기 경로가 개방되고, 들숨 시 상기 제 2 플레이트가 회동되어 상기 제 1 플레이트의 홀이 개방되어 공기가 유동할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 플레이트는 상기 제 2 플레이트가 위치하는 일측면의 가장자리에 반경 방향으로 긴 홈이 원주 방향을 따라 복수 개 형성되고, 중앙의 홀 가장자리를 따라 기어가 형성되는 메인 플레이트; 및 중앙에 공기가 유동하는 홀이 형성되며 가장자리에 상기 기어와 결합하는 판스프링이 형성되며, 상기 메인 플레이트의 홀 내에서 회전하도록 결합하는 회전 플레이트를 포함하고, 상기 제 2 플레이트는 상기 회전 플레이트의 일측면에 회동 가능하게 결합되고, 결합되는 부위에 반경 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 상기 돌출부는 상기 제 2 플레이트가 회동할 때 상기 홈에 삽입될 수 있다.

여기서, 상기 홈의 원주 방향 일측에는 경사면이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 메인 플레이트에는 원주 방향을 따라 상기 홈이 형성되지 않는 공기 교체 구간이 형성되어 들숨 시 상기 제 2 플레이트의 회동을 차단시키고, 들숨 시 상기 제 2 플레이트의 회동이 차단될 때 상기 에어 탱크로부터 공기를 호흡할 수 있다.

여기서, 상기 회전 플레이트의 타측면에 돌출된 돌기부가 형성되고, 상기 공기 교체 구간에 대응하는 위치의 상기 경로에 회전 간섭부가 형성되어, 상기 제 1 플레이트가 회동할 때 상기 돌기부와 상기 회전 간섭부가 접촉하여 상기 회전 플레이트를 회전시킬 수 있다.

여기서, 상기 경로 개폐 제어부의 동작에 따라 연동하여 상기 산소 탱크로부터 상기 혼합 챔버로 산소의 주입을 제어하는 산소 주입 제어부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 경로의 일측에 산소가 투입되는 산소 투입구가 형성되고, 상기 경로 개폐 제어부의 동작에 따라 연동하여 상기 산소 탱크로부터 상기 혼합 챔버로 산소의 주입을 제어하는 산소 주입 제어부를 더 포함하는데, 상기 산소 주입 제어부는 일단부에 상기 산소 탱크와 연결되는 튜브로부터 산소가 유입되는 실린더; 상기 실린더 내에서 상기 제 1 플레이트의 회동에 따라서 이동을 하고, 단부에는 이동에 따라서 상기 산소 투입구를 개폐하는 개폐 헤드부가 형성된 피스톤부; 및 상기 피스톤부를 탄성 지지하는 탄성부를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 호흡 장치에 따르면 날숨 시 배출되는 공기를 혼합 챔버에 분사하여 재사용하도록 하고 호흡 시 소모되는 산소를 보충하도록 하여 적은 중량으로 긴 시간 동안 사용할 수 있다는 장점이 있다.

전기적 장치를 이용하지 않고 기계적 장치를 이용하여, 소정의 공기 재사용 횟수에 도달하면 에어 탱크로부터 공기를 자동으로 주입시키고 기존에 호흡 시 사용되었던 공기를 배출시킬 수 있다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 호흡장치의 들숨 시(a)와 날숨 시(b)를 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 사시도이다.
도 3은 도 1의 호흡장치를 사용자가 착용한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1의 변형례를 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 1의 또 다른 변형례를 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 호흡장치를 사용자가 착용한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 1의 A부분인 착용부와 에어 탱크 사이에서 공기 주입을 제어하는 공기 주입 제어부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 1의 B부분인 착용부와 혼합 챔버 사이에서 들숨 및 날숨 시 공기의 이동 경로를 개방시키도록 하는 경로 개폐 제어부의 동작 개념을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8에서 경로 개폐 제어부의 동작에 따라 연동하여 상기 산소 탱크로부터 상기 혼합 챔버로 산소의 주입을 제어하는 산소 주입 제어부의 구성을 추가로 도시하는 도면이다.
도 10은 도 9에서 산소 탱크로부터 산소 주입 제어부 사이의 산소가 이동하는 튜브의 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 도 8에서 경로 개폐 제어부의 상세 구성을 도시하는 분리 사시도이다.
도 12 내지 도 13은 들숨 및 날숨 과정에서 회전 플레이트의 회전 동작을 설명하는 도면이다.
도 14는 경로 개폐 제어부에 있어서 공기 교체 구간을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 15 내지 도 16은 공기 교체 구간에 있어서, 날숨 과정에서 회전 플레이트의 회전 동작을 설명하는 도면이다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 호흡장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 호흡장치의 들숨 시(a)와 날숨 시(b)를 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 사시도이고, 도 3은 도 1의 호흡장치를 사용자가 착용한 상태를 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 1의 변형례를 도시하는 평면도이고, 도 5는 도 1의 또 다른 변형례를 도시하는 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 호흡장치는 착용부(110), 혼합 챔버(140), 에어 탱크(130), 및 산소 탱크(120)를 포함하여 구성될 수가 있다.

착용부(110)는 호흡을 하는 입 또는 공기를 외부와 분리시키는 것으로 도시되어 있는 것과 입과 코를 동시에 가리는 마스크 형태일 수가 있다. 착용부(110)의 형태는 반드시 이러한 형태에 한정되는 것은 아니고 호흡을 하는 입 또는 공기를 외부와 분리시킬 수만 있다면 입만 가릴 수 있는 마스크 형태, 헬멧 등의 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 착용부(110)는 입과 코를 동시에 가리는 마스크 형태로 형성되되, 입으로만 호흡을 하도록 하고 코로는 흡입이 되지 않고 외부 공기를 차단시키는 형태로 형성될 수도 있다. 이는 반복 호흡 시 오염된 공기(예를 들어, 입 냄새)를 코로 흡입할 때의 불쾌감을 없애기 위함이다.

마스크 형태의 착용부(110)는 착용시 굴곡된 형태의 얼굴 피부 사이의 틈으로 외부 공기가 유입되는 것을 차단하도록 하고 착용감을 높일 수 있도록 탄성이 있으며 부드러운 고무 재질로 형성될 수가 있는데, 피부와 맞닿는 일부만 고무 재질로 형성될 수도 있다.

혼합 챔버(140)는 착용부(110)에 결합되며, 호흡 시 혼합 챔버(140)와 착용부(110) 사이에서 공기가 상호 유동한다. 즉, 날숨 시 공기는 착용부(110)를 거쳐 혼합 챔버(140)로 배출되며, 들숨 시 혼합 챔버(140) 내의 공기를 착용부(110)를 통해 흡입하게 된다. 이때, 혼합 챔버(140)와 착용부(110) 사이의 공기가 유동하는 경로(301) 상에는 들숨 또는 날숨 시 공기가 이동하는 경로(301)를 개폐하도록 하는 경로 개폐 제어부가 형성될 수가 있는데, 이와 관련해서는 도 8 내지 도 16을 참조로 후술하기로 한다.

따라서, 본 발명에서는 날숨 시 공기를 외부로 배출시키지 않고, 착용부(110)에 결착되는 혼합 챔버(140)에 공급하도록 하여 호흡 시 재사용할 수가 있다.

혼합 챔버(140)는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 들숨과 날숨 시에 풍선과 같이 수축 및 팽창될 수 있도록 고무 또는 비닐로 형성될 수가 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3과 비교하여 혼합 챔버(140)의 구성만 다른 변형례를 도시하는데, 혼합 챔버(140)가 자바라의 형태로 형성되어 들숨 및 날숨 시 수축과 팽창이 용이하도록 형성될 수가 있다. 이때, 자바라 형태의 혼합 챔버(140)가 수축과 팽창을 할 때 혼합 챔버(140)의 외부를 지지하며 팽창 시 혼합 챔버(140)의 팽창 한계를 설정하는 커버(145)가 형성될 수 있다. 도시되어 있지 않지만 도 1 내지 도 3의 실시예에서도 혼합 챔버(140) 외부를 지지하는 커버가 형성될 수가 있다.

도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 혼합 챔버(140)의 일측에는 혼합 챔버(140) 내부의 공기를 외부로 배출시키는 밸브(142)가 형성될 수가 있다. 상기 밸브(142)는 사용자의 인위적인 제어로 개폐되는 밸브(142)로 형성될 수가 있으나, 내부의 압력에 따라서 자동적으로 개폐되는 형태의 압력 제어 밸브(142)로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 혼합 챔버(140) 내부의 압력이 일정 압력 이상이 되면 자동으로 열려서 내부의 공기를 외부로 배출시키도록 하는 형태의 밸브(142)일 수가 있다. 밸브(142)는 전기적 제어로 개폐되는 밸브(142)로 형성될 수도 있다.

에어 탱크(130)는 압축된 공기가 저장된다. 본 발명에서 에어 탱크(130)는 호흡 시에 연속적으로 에어 탱크(130) 내에 저장된 공기를 사용하는 것이 아니라, 혼합 챔버(140) 내부의 공기를 연속적으로 재사용하다가 혼합 챔버(140) 내부의 공기 성분의 농도가 설정된 기준을 벗어나거나 미리 설정된 재사용 횟수에 도달하면, 일시적으로 에어 탱크(130)의 공기를 이용하여 호흡을 하도록 한다. 들숨 시 흡입되는 공기 성분과 비교하여 날숨에 의해 배출되는 공기에는 이산화탄소와 수증기 성분이 상대적으로 많은데, 후술하는 바와 같이 인체 내에서 소모되는 산소의 농도를 산소 탱크(120)로부터 혼합 챔버(140) 내에 보충을 하여 혼합 챔버(140) 내의 산소 농도는 호흡 시에 필요한 일정 값을 유지시킬 수가 있으나, 호흡을 반복함에 따라서 이산화탄소 또는 수증기의 농도는 점점 높아지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 산소 탱크(120)로부터 산소가 보충되는 혼합 챔버(140) 내의 공기를 재사용하며 호흡을 하되, 별도의 센서로부터 측정되는 혼합 챔버(140) 내부의 특정 공기 성분의 농도가 설정된 기준을 벗어나거나 미리 설정된 재사용 횟수에 도달하게 되면, 에어 탱크(130)의 공기를 이용하여 호흡을 하도록 한다.

이때, 에어 탱크(130)는 혼합 챔버(140)에 직접 연결되도록 형성될 수도 있으나, 바람직하게는 도시되어 있는 것과 같이 착용부(110)에 연결 형성된다. 이때, 혼합 챔버(140)와 착용부(110) 사이의 경로 개폐 제어부는 경로를 닫아 혼합 챔버(140)와 착용부(110) 사이의 공기 유동을 차단시키고, 착용부(110)와 에어 탱크(130) 사이의 경로를 개폐시키는 공기 주입 제어부가 개방되어 에어 탱크(130) 내부의 소정의 공기가 착용부(110)로 이동하여 들숨 시 흡입되고, 다시 배출될 때에는 혼합 챔버(140) 내부로 공급된다. 이때, 경로 개폐 제어부와 공기 주입 제어부는 전자적 제어 밸브(142)로 형성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 들숨과 날숨 시 압력의 변화에 의해 기계적인 동작으로 경로를 개폐하도록 구성될 수 있다. 이와 관련 상세 구성은 후술하기로 한다.

에어 탱크(130)의 공기를 사용하여 호흡을 할 때 혼합 챔버(140) 내의 공기를 먼저 밸브(142)를 통해 배출시킨 이후에 에어 탱크(130)로부터 날숨 시 공급되는 공기를 혼합 챔버(140) 내부에 공급하도록 구성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 에어 탱크(130)로부터의 공기를 흡입한 이후에 날숨 시 배출되어 혼합 챔버(140) 내부로 공급될 때 혼합 챔버(140) 내부의 압력이 높아져서 밸브(142)를 통해 기존에 혼합 챔버(140) 내부에 있던 공기가 배출되도록 구성될 수 있다.

에어 탱크(130)에는 호흡 시 압축된 공기가 정량 및 정압으로 배출되도록 레귤레이터(미도시)가 형성될 수 있다.

산소 탱크(120)는 압축된 산소가 저장되며, 날숨 시 혼합 챔버(140)에 공기가 공급될 때마다 일정량의 산소를 혼합 챔버(140)에 공급하도록 한다. 에어 탱크(130)에 저장되어 들숨 시 흡입되는 일반적 공기의 성분비는 질소 78.63%, 산소 20.84%, 수증기 0.5%, 이산화탄소 0.03%인데 반하여, 날숨 시 배출되는 공기의 성분비는 질소 74.5%, 산소 15.7%, 수증기 6.2%, 이산화탄소 3.6%이다. 따라서, 본 발명에서는 날숨 시 배출되어 저장되는 혼합 챔버(140)의 공기에 1회 호흡 시 소모되는 산소의 약 5.2%를 산소 탱크(120)로부터 공급하도록 하여 혼합 챔버(140) 내의 공기를 재사용하여 호흡할 때 필요한 산소 농도 값을 유지하도록 한다.

도시되어 있는 것과 같이 산소 탱크(120)는 착용부(110)에 결착될 수가 있고, 산소 탱크(120)로부터 혼합 챔버(140) 내에 산소를 공급하는 산소 주입 제어부의 상세 구성은 후술하기로 한다. 산소 탱크(120)에도 압축된 산소가 정량 및 정압으로 배출되도록 레귤레이터(미도시)가 형성될 수가 있다.

도 5는 도 1 내지 도 4를 참조로 전술한 실시예의 또 다른 변형례를 도시하고 있는데, 전술한 실시예에서는 착용부(110)의 전면부에 혼합 챔버(140)가 형성되고 착용부(110)의 양측에 각각 에어 탱크(130)와 산소 탱크(120)가 각각 형성되는 반면에, 도 5의 변형례에서는 혼합 챔버(140)가 착용부(110)의 전면부가 아닌 좌측 또는 우측 중 어느 하나의 일측에 형성되고 반대쪽 타측에는 에어 탱크(130)와 산소 탱크(120)가 형성되는 점에 있어서 차이가 있다. 또한, 도 5에서는 혼합 챔버(140)가 도 4에서의 자바라 형태로 형성되어 있으나, 도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 바와 같이 풍선 형태로 형성될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 호흡장치를 사용자가 착용한 상태를 도시하는 사시도이다.

도 6의 호흡 장치에 있어서, 착용부(110), 혼합 챔버(140), 에어 탱크(130), 산소 탱크(120)의 구성은 전술한 내용과 동일하되, 혼합 챔버(140), 산소 탱크(120), 에어 탱크(130) 중 적어도 어느 하나를 가방과 같은 형태로 내부에 수용하는 수용부(180)가 형성되고, 수용부(180)를 가슴 전면 또는 등에 가방을 메는 형태 등으로 인체에 착용하도록 형성될 수 있다.

도면에서는 혼합 챔버(140), 산소 탱크(120), 에어 탱크(130)가 모두 수용부(180)에 수용되어 있는 형태를 도시하나, 혼합 챔버(140)는 전술한 바와 같이 착용부(110)에 결착되는 형태로 형성될 수도 있다.

전술한 실시예와 비교하여, 혼합 챔버(140), 에어 탱크(130), 산소 탱크(120)가 착용부(110)에 직접 결착되는 것이 아니고 수용부(180) 내에 수용되어 착용부(110)와 이격되므로, 이격된 각 구성요소들 사이를 튜브(152, 153, 154)를 이용하여 연결될 수 있다. 도 6에서는 혼합 챔버(140)가 자바라 형태로 형성되어 있으나, 전술한 바와 같이 풍선 형태로 형성될 수도 있다.

구성 요소 중 에어 탱크(130)와 산소 탱크(120)가 상대적으로 중량이 많이 나가는 점을 고려하면, 착용부(110)에 직접 에어 탱크(130)와 산소 탱크(120)가 결착되는 도 1 내지 도 5의 형태는 탱크의 크기가 작아 상대적으로 용량이 작은 타입으로 사용될 수가 있다. 반면에 도 6의 실시예에서는 중량이 많이 나가는 에어 탱크(130)와 산소 탱크(120)가 수용부(180) 내에 수용된 상태로 사용자가 인체에 착용하므로 상대적으로 탱크의 크기를 크게 사용할 수가 있어서 용량이 큰 타입으로 사용될 수가 있다.

또한, 본 발명의 호흡장치를 수중에서 사용하는 경우에는 수심이 깊어짐에 따라서 수압에 의해 혼합 챔버(140)를 팽창시키는 것이 어려워지므로, 수용부(180) 내에 혼합 챔버(140)를 수용시키도록 하여 사용자가 인체에 착용하는 방법으로 사용하는 것이 바람직하다.

다음, 도 7을 참조로 착용부(110)와 에어 탱크(130) 사이에서 공기 주입을 제어하는 공기 주입 제어부의 구성을 설명하기로 한다.

도 7은 도 1의 A 부분인 착용부와 에어 탱크 사이에서 공기 주입을 제어하는 공기 주입 제어부를 확대하여 도시하는 단면도이다.

도 7은 도 1의 A 부분인 착용부(110)와 에어 탱크(130) 사이에 에어가 이동하는 경로(201)를 확대하여 도시하는데, 도면의 좌측은 착용부(110)의 공간을 나타내고, 도면의 우측은 에어 탱크(130)로부터 공기가 이동하는 공간을 나타낸다.

공기 주입 제어부는 압력 이동부 및 탄성부(205)를 포함하여 구성될 수가 있다. 압력 이동부는 착용부(110) 내부의 압력에 따라서 탄성 변형을 하고 착용부(110)와 에어 탱크(130) 사이의 공간을 분리시키는 압력 플레이트(202), 압력 플레이트(202)의 중앙에서 후단으로 돌출되며 탄성부(205)인 스프링에 내삽되어 이동하고 내부에 중공이 형성되는 스프링 결착부(204), 스프링 결착부(204)의 중공 내에 돌출 형성되어 에어 탱크(130)로부터 연장되는 에어 배관(209)의 단부에 형성되는 에어 유출구(210)를 막는 개폐부(208)를 포함하여 구성될 수가 있다.

도 7의 (a)는 날숨 시와 같이 착용부(110) 내의 압력이 높은 경우 공기 주입 제어부의 동작을 나타내는데, 도시되어 있는 것과 같이 좌측의 착용부(110) 내의 압력이 높아서 압력 플레이트(202)의 중앙부가 에어 탱크(130) 쪽을 향하도록 이동하면서 가장자리 단부는 절곡된다. 따라서, 압력 플레이트(202) 후면부의 스프링 결착부(204)가 스프링의 압축과 함께 우측으로 이동하며 개폐부(208)가 에어 유출구(210)를 막게 된다. 따라서, 에어 탱크(130)로부터 착용부(110)를 향한 에어 탱크(130) 내 공기의 이동을 막을 수가 있다.

반대로, 도 7의 (b)는 착용부(110) 내의 압력이 낮은 경우 공기 주입 제어부의 동작을 나타내는데, 도시되어 있는 것과 같이 우측의 에어 탱크(130) 쪽 압력이 높아서 도 7의 (a)와 반대로 중앙부가 착용부(110) 쪽을 향하도록 이동하여 압력 플레이트(202)의 가장자리 단부는 도 7의 (a)와 반대로 절곡된다. 따라서, 압력 플레이트(202) 후면부의 스프링 결착부(204)가 스프링의 팽창과 함께 우측으로 이동하며 개폐부(208)가 에어 유출구(210)를 개방하게 된다. 따라서, 에어 탱크(130)로부터 착용부(110)를 향하여 공기를 공급할 수가 있다.

이와 같이, 착용부(110) 내의 압력 변화에 따라서 에어 탱크(130)에서 착용부(110)를 향한 공기의 공급을 자동으로 제어할 수가 있다.

다음은 도 8 내지 도 16을 참조로 착용부(110)와 혼합 챔버(140) 사이에서 공기 주입을 제어하는 공기 주입 제어부의 구성을 설명하기로 한다.

도 8은 도 1의 B부분인 착용부와 혼합 챔버 사이에서 들숨 및 날숨 시 공기의 이동 경로를 개방시키도록 하는 경로 개폐 제어부의 동작 개념을 설명하는 도면이고, 도 9는 도 8에서 경로 개폐 제어부의 동작에 따라 연동하여 상기 산소 탱크로부터 상기 혼합 챔버로 산소의 주입을 제어하는 산소 주입 제어부의 구성을 추가로 도시하는 도면이고, 도 10은 도 9에서 산소 탱크로부터 산소 주입 제어부 사이의 산소가 이동하는 튜브의 구성을 도시하는 도면이고, 도 11은 도 8에서 경로 개폐 제어부의 상세 구성을 도시하는 분리 사시도이고, 도 12 내지 도 13은 들숨 및 날숨 과정에서 회전 플레이트의 회전 동작을 설명하는 도면이고, 도 14는 경로 개폐 제어부에 있어서 공기 교체 구간을 확대하여 도시하는 도면이고, 도 15 내지 도 16은 공기 교체 구간에 있어서, 날숨 과정에서 회전 플레이트의 회전 동작을 설명하는 도면이다.

먼저, 착용부(110)와 혼합 챔버(140) 사이의 경로(301) 상에서 들숨 또는 날숨 시에 공기의 이동 경로를 개방시키도록 하는 경로 개폐 제어부의 동작 원리를 도 8을 참조로 먼저 설명을 하면, 경로 개폐 제어부는 경로(301) 상에 회동 가능하게 장착되는 제 1 플레이트(310)와 제 1 플레이트(310)에 회동 가능하게 장착되는 제 2 플레이트(320)로 구성된다.

제 1 플레이트(310)는 착용부(110)와 혼합 챔버(140) 사이의 경로(301) 상에 탄성력으로 회동 가능하게 결합되는데, 경로(301)의 일측에 핀 결합부가 내측으로 돌출 형성되고, 핀 결합부의 일측에서 핀(334)을 이용하여 회동 가능하게 결합된다. 이때, 핀(334)에 핀 스프링(미도시)을 장착시켜 제 1 플레이트(310)는 탄성력을 가지며 회동할 수가 있다. 제 1 플레이트(310)의 가장자리는 경로(301)를 밀폐시켜 제 1 플레이트(310)가 경로 상에 수직의 위치에 있을 때 공기의 유동을 차단시키도록 한다. 이때, 제 1 플레이트(310)는 밀폐 효과를 높이기 위해 고무 재질로 외측면이 코팅될 수가 있다. 제 1 플레이트(310)의 중앙에는 공기가 유동하도록 하는 홀(316)이 형성되는데, 상기 홀(316)은 제 2 플레이트(320)가 차폐시킨다.

상기 경로(301) 상에는 제 1 플레이트(310)의 일측에서 제 1 플레이트(310)가 일 방향으로만 회동하도록 제 1 플레이트(310)와의 간섭에 의해 타 방향으로의 회동을 차단시키는 회동 차단부(302)가 형성될 수가 있다. 도 8에서는 회동 차단부(302)에 의해 혼합 챔버(140)가 있는 좌측 방향으로만 제 1 플레이트(310)는 회동할 수가 있다.

제 2 플레이트(320)는 제 1 플레이트(310)의 일측면 상에 측면 바깥쪽으로 돌출된 핀 결합부(317)에 핀(332)을 이용하여 회동 가능하게 결합된다. 이때, 제 2 플레이트(320)도 핀(332)에 핀 스프링(미도시)을 장착시켜 제 2 플레이트(320)는 제 1 플레이트(310)를 기준으로 탄성력을 가지며 회동할 수가 있다. 이때, 제 2 플레이트(320)는 제 1 플레이트(310)가 회동 차단부(302)에 의해 제 1 플레이트(310)의 회동이 차단되는 제 1 플레이트(310)의 측면에 회동 가능하게 장착된다. 즉, 도면에서와 같이 회동 차단부(302)가 제 1 플레이트(310)를 중심으로 착용부(110) 쪽의 일측 경로상에 돌출 형성되어 착용부(110) 쪽으로 회동이 차단되는 경우, 제 1 플레이트(310)는 착용부(110) 쪽의 일측면에 회동 가능하게 결합되어 제 1 플레이트(310)에 형성된 홀(316)을 차폐시킨다.

이때, 들숨 시에는 혼합 챔버(140)에서 착용부(110) 쪽을 향하는 압력의 변화에 의해 도 8의 (b)에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 플레이트(310)는 회동 차단부(302)에 의해 회동이 차단된 상태에서 제 2 플레이트(320)는 착용부(110) 쪽을 향하여 회동하여 제 1 플레이트(310)의 홀(316)을 개방하게 된다. 따라서, 혼합 챔버(140) 내의 공기가 착용부(110) 쪽으로 유동할 수가 있다.

반대로, 날숨 시에는 착용부(110)에서 혼합 챔버(140)를 쪽을 향하는 압력의 변화에 의해 도 8의 (c)에 도시되어 있는 것과 같이 제 2 플레이트(320)가 제 1 플레이트(310)의 홀(316)을 차폐시킨 상태에서 제 1 플레이트(310)가 혼합 챔버(140) 쪽을 향하여 회동하여 경로(301)를 개방하게 된다. 따라서, 착용부(110) 측의 공기가 혼합 챔버(140)를 향하여 유동할 수가 있다.

도 8에서는 회동 차단부(302)가 제 1 플레이트(310)를 중심으로 착용부(110) 측에 형성되어 있으나, 회동 차단부(302)가 제 1 플레이트(310)를 중심으로 혼합 챔버(140) 측에 형성될 수 있다. 이 경우, 제 2 플레이트(320)는 제 1 플레이트(310)의 혼합 챔버(140)를 향하는 일측면에 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우에는 들숨 시에 제 2 플레이트(320)가 제 1 플레이트(310)의 홀(316)을 차폐시킨 상태에서 제 1 플레이트(310)가 착용부(110) 쪽을 향하여 회동하여 경로(301)를 개방하게 되고, 날숨 시에는 제 1 플레이트(310)가 회동 차단부(302)에 의해 회동이 차단된 상태에서 제 2 플레이트(320)가 혼합 챔버(140) 측을 향하여 회동함으로써 제 1 플레이트(310)의 홀(316)을 개방하여 공기를 유동시키게 된다.

이때, 날숨 시 혼합 챔버(140) 내에 산소 주입을 제어하도록 하는 산소 주입 제어부가 상기 경로 개폐 제어부의 동작에 따라 연동하도록 구성될 수가 있는데, 이는 도 9에 도시되어 있다. 도 9에서 제 1 플레이트(310)와 제 2 플레이트(320)의 구성 및 동작은 도 8의 구성과 동일하다. 단 제 1 플레이트(310)의 일측 단부가 경로(301)의 바깥쪽으로 연장 형성되어 바깥에서 탄성 회동하도록 구성되는 점에서 차이가 있다.

산소 주입 제어부는 실린더부(402), 피스톤부, 및 탄성부(406)를 포함하여 구성될 수가 있다.

경로 개폐 제어부가 형성되는 경로(301)의 외측에는 일단부에 산소 탱크(120)와 연결되는 튜브로부터 산소가 유입되는 실린더부(402)가 형성된다. 실린더부(402) 내에는 좌우 이동하는 피스톤부가 형성되는데, 상기 피스톤부는 제 1 플레이트(310)의 상단부와 회전 가능하게 힌지 결합하여 제 1 플레이트(310)의 회동에 따라서 실린더부(402) 내에서 직선 이동을 하도록 하는 힌지 결합부(404) 및 힌지 결합부(404)의 전단부에 실린더부(402)를 단면을 차폐시켜 실린더부(402)를 좌우 공간으로 분리시키도록 하는 개폐 헤드부(405)로 구성된다. 또한, 제 1 플레이트(310)와 힌지 결합부(404) 사이의 결합 부위의 후방과 실린더부(402) 후방 내벽 사이에 탄성부(406)인 스프링이 배치되고 상기 스프링 내에는 힌지 결합부(404)의 우측 단부가 삽입되도록 형성하여 스프링에 의해 피스톤부는 탄성 지지된다.

경로(301)의 일측에는 산소를 경로(301) 내부로 투입시키는 산소 투입구(304)가 형성되는데, 산소 투입구(304)는 피스톤부의 이동에 따라서 개방되거나 차폐될 수가 있다.

도 9의 (a)와 (b)는 모두 제 1 플레이트(310)가 회동 차단부(302)에 의해 간섭을 받아 제 1 플레이트(310)가 우측으로 회동되지 않은 상태를 도시하는데, 이 상태에서는 탄성부(406)의 탄성력에 의해 피스톤부가 실린더부(402)의 전방으로 이동하여 개폐 헤드부(405)가 산소 투입구(304)를 막아 산소 탱크(120)로부터 경로(301) 내부에 산소를 공급할 수가 없다.

반대로, 도 9의 (c)에서와 같이 날숨 시에는 제 2 플레이트(320)가 제 1 플레이트(310)에 밀착된 상태로 제 1 플레이트(310)가 혼합 챔버(140) 측으로 회동하게 되는데, 제 1 플레이트(310)의 회동에 따라서 제 1 플레이트(310)의 상단부에 결합된 피스톤부가 도면에서 우측인 실린더부(402)의 후방으로 이동하게 된다. 이때, 탄성부(406)는 압축되고 개폐 헤드부(405)는 산소 투입구(304)를 개방시키게 된다. 따라서, 산소 탱크(120)와 연결되는 튜브로부터 실린더부(402) 전방과 개폐 헤드부(405) 사이의 공간으로 유입되는 산소는 산소 투입구(304)를 통해 경로(301) 내부로 이동하여 혼합 챔버(140)로 유동할 수가 있다.

이때, 날숨 시 호출되는 공기의 압력에 따라서 제 1 플레이트(310)의 회동 각도가 달라져 산소 투입구(304)가 개방되는 면적이 다르게 제어하여 혼합 챔버(140)로 유입되는 산소의 유량이 다르게 제어될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 날숨 시 공기가 혼합 챔버(140)로 공급될 때마다 산소 탱크(120)로부터 산소를 혼합 챔버(140)에 공급시킬 수가 있다.

전술한 공기 주입 제어부, 경로 개폐 제어부, 산소 주입 제어부는 모두 들숨 또는 날숨 시 내부의 압력 변화에 따라 기계적으로 동작하여 공기의 유동 경로를 개폐하도록 구성되어 있으나, 솔레노이드 밸브(142) 등으로 전기적인 제어에 의해 개폐시키도록 구성될 수도 있다. 하지만, 본 발명의 호흡장치가 수중에서 사용되는 경우, 전기적 제어에 의한 구성은 최소화하는 것이 바람직하다.

도 10에 도시되어 있는 것과 같이 산소 탱크(120)는 착용부(110)에 결착되되, 산소 탱크(120)와 상기 실린더부(402) 사이를 연결하는 튜브(152)를 통해 경로 개폐 제어부를 통해 혼합 챔버(140) 내부로 산소를 공급할 수가 있다.

이하, 도 12 내지 도 16을 참조로, 본 발명에 따른 경로 개폐 제어부의 구성을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 12에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 플레이트(310)는 메인 플레이트(311)와 회전 플레이트(315)로 구성될 수가 있다.

메인 플레이트(311)의 중앙에는 홀(313)이 형성되고, 상기 홀(313)에는 회전 플레이트(315)가 삽입되어 회전 플레이트(315)는 메인 플레이트(311)를 중심으로 회전할 수가 있다. 보다 자세히는 메인 플레이트(311)의 홀(313) 내측 가장자리에는 둘레를 따라 기어(314)가 형성된다. 회전 플레이트(315)는 기어(314)가 형성된 부분이 내삽되도록 양측의 판면과 양측의 판면 사이 내측을 연결하는 연결판으로 구성된다. 양측의 판면은 기어(314)의 양측을 덮개 되고, 연결판의 일측에는 기어(314)와 맞물리도록 판스프링(318)이 형성된다. 따라서, 회전 플레이트(315)가 일방향으로 회전하는 힘을 받으면 판스프링(318)이 이웃하는 기어(314)로 넘어가게 되면서 회전 플레이트(315)는 회전을 하게 된다. 또한, 양측의 판면에는 홀(316)이 형성되는데, 상기 홀(316)은 전술한 바와 같이 제 2 플레이트(320)에 의해 차폐되며 제 2 플레이트(320)의 회동에 따라서 개방될 수가 있다. 회전 플레이트(315)와 제 2 플레이트(320)에는 제 2 플레이트(320)가 회동 가능하게 결합하도록 핀(332)이 삽입되어 결합되는 핀 결합부(317, 322)가 형성되며, 도시되어 있지 않지만 핀(332)에는 전술한 바와 같이 제 2 플레이트(320)가 탄성력을 가지며 회동할 수 있도록 핀 스프링(미도시)이 배치될 수가 있다.

메인 플레이트(311)의 제 2 플레이트(320)가 위치하는 일측면 가장자리에는 반경 방향으로 긴 형상의 홈(312)이 원주 방향을 따라 연속적으로 복수 개 형성된다. 이때, 원주 방향으로 연속적으로 반복 형성되는 홈(312)이 일부 형성되지 않는 구간인 공기 교체 구간(3122)이 형성될 수 있는데, 이와 관련해서는 후술하기로 한다.

제 2 플레이트(320)의 핀 결합부(322)에서 반경 방향으로 돌출된 돌출부(324)가 형성되는데, 돌출부(324)는 제 2 플레이트(320)가 회동할 때 메인 플레이트(311)의 홈(312)에 삽입된다.

도 12에 도시되어 있는 것과 같이, 들숨 시 제 2 플레이트(320)가 회동하여 제 1 플레이트(310)(보다 자세히는 회전 플레이트(315))의 홀(316)이 개방될 때, 돌출부(324)가 홈(312) 주위의 경사면(3121)을 따라 미끄러져 홈(312)에 삽입된다. 도 12의 확대도에 도시되어 있는 것과 같이 홈(312)의 원주 방향 일측에는 홈(312)을 향하여 경사지는 경사면(3121)이 형성된다. 따라서, 돌출부(324)가 홈(312)을 향하여 아래로 회동할 때 경사면(3121)을 따라 우측으로 미끄러져 이동하며 홈(312)에 삽입되는데, 따라서 회전 플레이트(315)는 소정 각도 시계 방향으로 회전을 하게 된다. 이때, 회전 플레이트(315)의 판스프링(318)은 도 12의 확대도 (a)에 도시되어 있는 것과 같이 이웃하는 기어(314)로 넘어간 상태에 있게 된다.

들숨이 끝나고 날숨이 진행되면 다시 제 2 플레이트(320)는 제 1 플레이트(310)를 향하여 회동하여 제 1 플레이트(310)의 홀(316)을 차폐시키게 되는데, 이때 제 2 플레이트(320)의 돌출부(324)는 홈(312)에서 벗어나게 되는데, 도 12의 (a)의 위치에 있던 판스프링(318)이 기어(314)에 정확하게 맞물리도록 하는 힘으로 제 2 플레이트(320)는 시계 방향으로 약간 회전하여 도 13의 (b)에 도시되어 있는 것과 같이 이웃하는 홈(312)의 경사면(3121) 상에 위치하게 된다. 따라서, 다시 들숨이 진행되면 상기 과정을 반복하게 된다. 따라서, 1회 호흡 시 돌출부(324)가 이웃하는 홈(312)으로 이동을 하며 호흡을 반복할 때마다 회전 플레이트(315)는 소정 각도 회전 이동을 하게 된다.

도 14에 도시되어 있는 것과 같이 일부 구간에는 홈(312)이 형성되지 않는 공기 교체 구간(3122)이 형성되는데, 돌출부(324)가 상기 구간에 도달한 후에는 들숨 시에는 홈(312)이 형성되지 않기 때문에 도 14에 도시되어 있는 것과 같이 공기 교체 구간(3122)의 판면에 돌출부(324)가 밀착하여 제 2 플레이트(320)가 회동하지 않는다.

따라서, 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)에 도달하게 되면 들숨 시에 혼합 챔버(140)와 착용부(110) 사이의 경로가 개방되지 않고 폐쇄 되기 때문에 이때에는 착용부(110)와 에어 탱크(130) 사이의 공기 주입 제어부가 도 7의 (b)와 같이 동작하여 에어 탱크(130) 내의 공기가 착용부(110)로 유입되어 공기를 흡입하게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이 회전 플레이트(315)가 호흡을 할 때마다 메인 플레이트(311)의 기어(314)를 따라서 회전하며 혼합 챔버(140) 내의 공기를 재사용하며 반복 호흡을 하되, 제 2 플레이트(320)의 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)에 도달하면 들숨 시에 제 2 플레이트(320)가 제 1 플레이트(310)의 홀을 개방시키지 못하여 혼합 챔버(140)와 착용부(110) 사이의 공기 유동이 차단되며 이때 공기 주입 제어부가 동작하여 에어 탱크(130)에 있는 공기를 통해 호흡을 하게 된다.

이때, 공기 주입 제어부 보다 경로 개폐 제어부가 들숨 시 압력 변화에 따른 반응 민감도가 더 높게 제작되어, 평소에는 들숨 구간에서 민감도가 높은 경로 개폐 제어부가 먼저 동작하도록 하여 혼합 챔버(140)의 공기를 재사용하도록 하고, 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)에 도달하면 제 2 플레이트(320)가 회동하지 않아 공기 주입 제어부가 동작하여 에어 탱크(130) 내의 공기를 흡입할 수가 있다.

이때, 제 2 플레이트(320)의 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)에 계속 머물게 되면 에어 탱크(130)의 공기를 이용한 호흡을 반복하게 된다. 따라서, 에어 탱크(130)를 이용한 호흡을 1~2회 정도 실시하는 동안 회전 플레이트(315)를 회전시켜 다시 회전 플레이트(315)의 돌출부(324)가 홈(312)이 있는 구간으로 이동하도록 하는 것이 필요하다.

도 11 내지 도 16에 도시되어 있는 것과 같이 회전 플레이트(315)에서 제 2 플레이트(320)가 결합되는 측면의 반대쪽 타측면에서 돌출된 돌기부(319)가 형성된다. 또한, 도 15에 도시되어 있는 것과 같이, 메인 플레이트(311)의 공기 교체 구간(3122)에 대응하는 위치의 경로(301) 상에 회전 간섭부(306)가 형성되어, 날숨 시 제 1 플레이트(310)가 혼합 챔버(140) 측으로 회동할 때 상기 돌기부(319)와 회전 간섭부(306)가 접촉을 하게 된다. 이때, 도 16에 도시되어 있는 것과 같이 돌기부(319)의 일측을 경사면(3121)으로 형성하거나 회전 간섭부(306)에 경사면(3121)을 형성하는 방법으로 회전 간섭부(306)와 돌출부(324)를 상호 접촉을 시키면 제 1 플레이트(310)가 혼합 챔버(140) 측으로 회동을 진행함에 따라서 회전 플레이트(315)를 도 16에 도시되어 있는 것과 같이 시계 반대 방향으로 회전시킬 수가 있다.

아니면, 전술한 메인 플레이트(311)에 형성된 일측에 경사면(3121)이 형성된 홈(312)과 돌출부(324)의 구성처럼 돌기부(319)와 회전 간섭부(306)를 각각 구성시켜 공기 교체 구간(3122)에서 회전 플레이트(315)를 회전시킬 수가 있다.

이때, 공기 교체 구간(3122)의 길이를 다르게 하여 공기 교체 구간(3122)에서 에어 탱크(130)를 이용한 호흡을 반복하는 횟수를 다르게 제어할 수가 있다. 즉, 1회 호흡 시 공기 교체 구간(3122)을 통과하도록 하거나, 2회 호흡 시 공기 교체 구간(3122)을 통과하도록 구간의 길이에 따라서 에어 탱크(130)를 이용한 호흡의 연속 횟수를 다르게 제어할 수가 있다. 또한, 공기 교체 구간(3122) 사이에 배치되는 연속된 홈(312)의 개수는 혼합 챔버(140)의 공기를 이용한 재사용 호흡의 연속 횟수에 대응될 수가 있다. 따라서, 연속되는 홈(312)의 개수를 다르게 설계하여 재사용 횟수를 다르게 할 수가 있다.

이하, 도 1 내지 도 16을 참조로 전술한 호흡장치의 동작을 설명하기로 한다.

최초 호흡 시에는 에어 탱크(130)로부터 공기를 흡입한다. 따라서, 최초 호흡장치에서는 회전 플레이트(315)의 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)에 대응하는 위치에 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 하지만, 이는 예시적인 것일 뿐 최초 혼합 챔버(140) 내에 공기가 저장되어 있어서 혼합 챔버(140) 내의 공기를 흡입하도록 구성될 수도 있다.

다음, 에어 탱크(130)로부터 흡입된 공기는 날숨 시 혼합 챔버(140)로 배출된다. 이때, 도 9의 (c)에서와 같이 제 2 플레이트(320)가 제 1 플레이트(310)에 밀착된 상태에서 제 1 플레이트(310)가 회동하여 경로(301)를 개방시키게 되어 착용부(110) 내의 공기가 혼합 챔버(140) 내부로 유동하게 된다. 이때, 경로(301) 외측에 형성되는 산소 주입 제어부의 피스톤부가 제 1 플레이트(310)의 회동과 연동하여 이동함으로써 경로(301)의 일측에 형성된 산소 투입구(304)를 개방시키게 되고, 따라서 산소 투입구(304)를 통해 산소 탱크(120)의 소정량의 산소가 소정의 압력으로 경로(301) 내부로 유입되어 혼합 챔버(140)로 공급된다. 따라서, 들숨 시 인체 내에서 소모된 소정량의 산소를 날숨 시 제 1 플레이트(310)의 회동과 연동하여 자동으로 혼합 챔버(140) 내에 공급할 수가 있다.

다시, 들숨 시 도 9의 (b)에서와 같이 제 1 플레이트(310)는 착용부(110) 측으로 회동하되 회동 차단부(302)에 의해 회동을 멈추고 제 2 플레이트(320)가 회동하여 제 1 플레이트(310)의 홀(316)을 개방하여 혼합 챔버(140) 내의 공기가 착용부(110) 측으로 이동하여 혼합 챔버(140)의 공기를 재사용하여 호흡을 하게 된다. 이때, 제 1 플레이트(310)의 회동에 따라서 피스톤부가 다시 이동하여 개폐 헤드부(405)가 산소 투입구(304)를 차폐시키게 된다.

또한, 제 2 플레이트(320)가 회동할 때, 도 12에 도시되어 있는 것과 같이 제 2 플레이트(320)의 돌출부(324)가 메인 플레이트(311)의 홈(312)의 일측에 형성된 경사면(3121)을 따라 이동하며 회전 플레이트(315)는 시계 방향으로 회전을 하게 되고, 다시 날숨에 의해 제 2 플레이트(320)가 제 1 플레이트(310)의 홀(316)을 차폐 시키면 판스프링(318)의 힘으로 도 13에 도시되어 있는 것과 같이 이웃하는 홈(312)의 경사면(3121) 상에 돌출부(324)가 이동하는 방법으로, 1회 호흡을 할 때마다 홈(312) 사이를 이동하게 된다. 따라서, 홈(312)을 따라 이동하는 상기 구간에서는 혼합 챔버(140) 내부의 공기를 재사용하는 방법으로 호흡을 반복하게 된다. 즉, 연속되는 홈(312)의 개수(예를 들어 20개)가 혼합 챔버(140)의 공기를 이용한 재사용 호흡의 횟수(20회)에 대응될 수가 있다.

들숨 시와 비교하여 날숨 시에는 산소의 농도가 줄어드는 데 반하여 이산화탄소와 수증기의 농도가 높아진다. 따라서, 혼합 챔버(140)를 이용한 재사용 호흡이 반복될수록 혼합 챔버(140) 내부에 이산화탄소 및 수증기의 농도가 높아지게 된다. 이에, 본 발명에서는 혼합 챔버(140)를 이용한 재사용 호흡이 일정 횟수에 도달하면 혼합 챔버(140) 내부의 공기를 배출시키며 에어 탱크(130)에 저장된 공기를 이용하도록 하여 공기의 구성 비율을 새롭게 조정시키도록 한다.

제 2 플레이트(320)의 돌출부(324)가 홈(312) 사이를 이동하며 회전 플레이트(315)가 회전할 때, 돌출부(324)가 홈(312)이 형성되지 않는 공기 교체 구간(3122)에 도달하게 되면 도 14에 도시되어 있는 것과 같이 들숨 시에 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)의 측면과 접촉하여 제 2 플레이트(320)가 회동하지 않는다. 따라서, 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)에 머무르는 동안에는 공기 주입 제어부가 동작하여 에어 탱크(130)로부터 공기를 흡입하여 호흡을 할 수가 있다. 이때, 호흡을 반복할 때마다 돌기부(319)와 회전 간섭부(306)의 동작에 따라서 회전 플레이트(315)는 공기 교체 구간(3122)에서도 회전을 하게 된다.

에어 탱크(130)로부터 공급된 공기를 흡인한 후 날숨 시 배출되는 공기는 다시 혼합 챔버(140)로 공급된다. 이때, 혼합 챔버(140)에 새롭게 유입되는 공기의 압력에 의해 혼합 챔버(140) 내부에 있던 기존의 공기는 밀려서 밸브(142)를 통해 외부로 배출될 수가 있다. 이때, 에어 탱크(130)에 저장된 공기를 이용한 호흡의 횟수는 공기 교체 구간(3122)에서의 회전 플레이트(315)의 회전 이동 동작의 횟수(예를 들어, 2회 호흡을 한 후에 돌출부(324)가 공기 교체 구간(3122)을 통과하여 홈(312)이 있는 재사용 구간에 도달하도록 함)에 따라서 달라질 수가 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 에어 탱크(130)에 저장된 공기를 연속적으로 사용하며 호흡을 하는 것이 아니라, 날숨 시 배출되는 공기를 혼합 챔버(140)에 저장하고 호흡 시 소모되는 산소는 산소 탱크(120)로부터 보충하는 방법으로 재사용하기 때문에 적은 용량의 에어 탱크(130)를 이용하여 훨씬 더 오랜 시간 동안 호흡을 할 수가 있다. 산소 탱크(120)가 추가되어 중량이 증가되는 측면이 있으나, 에어 탱크(130)의 용량이 작아지는 효과가 훨씬 더 크기 때문에 기존과 비교하여 훨씬 더 적은 중량으로 훨씬 더 오랜 시간 사용할 수가 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110: 착용부 120: 산소 탱크
130: 에어 탱크 140: 혼합 챔버
142: 밸브 145: 커버
152, 153, 154: 튜브 180: 수용부
202: 압력 플레이트 204: 스프링 결착부
205: 탄성부 208: 개폐부
209: 에어 배관 210: 에어 유출구
301: 경로 302: 회동 차단부
304: 산소 투입구 306: 회전 간섭부
310: 제 1 플레이트 311: 메인 플레이트
312: 홈 3121: 경사면
3122: 공기 교체 구간 313: 홀
314: 기어 315: 회전 플레이트
317: 핀 결합부 316: 홀
318: 판스프링 319: 돌기부
320: 제 2 플레이트 322: 핀 결합부
324: 돌출부 332: 핀
334: 핀 402: 실린더부
404: 힌지 결합부 405: 개폐 헤드부
406: 탄성부

Claims (18)

1. 사용자의 입 또는 코를 외부 공기와 분리시키는 착용부;
   상기 착용부와 연결되어 호흡 시 사용되는 공기가 저장되는 혼합 챔버;
   압축된 공기가 저장된 에어 탱크; 및
   압축된 산소가 저장되며 상기 혼합 챔버에 산소를 공급하는 산소 탱크를 포함하고,
   날숨의 공기를 상기 혼합 챔버에 저장시켜 들숨 시 재사용하고, 날숨 시 상기 혼합 챔버에 저장된 공기에 상기 산소 탱크로부터 산소를 공급하여 들숨 시 인체 내에서 소모된 산소를 보충하도록 하는 호흡장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합 챔버 내 공기의 재사용 횟수가 일정 횟수에 도달하거나 상기 혼합 챔버 내의 공기 성분의 농도가 설정된 기준을 벗어나면, 상기 혼합 챔버 내의 공기를 배출시키고 상기 에어 탱크의 공기를 상기 혼합 챔버에 주입시키는 호흡장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합 챔버에는 상기 혼합 챔버 내의 압력이 일정 압력 이상이 되면 열리는 밸브가 형성되고,
   상기 혼합 챔버 내 공기의 재사용 횟수가 일정 횟수에 도달하거나 상기 혼합 챔버 내의 공기 성분의 농도가 설정된 기준을 벗어나면, 들숨 시 상기 에어 탱크의 공기를 호흡하고 날숨 시 호출되는 공기의 압력으로 상기 혼합 챔버 내에 저장되어 있던 공기는 상기 밸브를 통해 배출시켜 상기 혼합 챔버 내의 공기를 교체하는 호흡장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어 탱크와 상기 산소 탱크는 상기 착용부에 장착되는 호흡장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합 챔버는 비닐 또는 고무로 형성되어 들숨과 날숨 시 수축과 팽창을 하는 호흡장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합 챔버는 자바라 형태로 형성되어, 들숨과 날숨 시 수축과 팽창을 하는 호흡장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 혼합 챔버, 상기 산소 탱크, 또는 상기 에어 탱크 중 적어도 어느 하나를 내부에 수용하고, 사용자의 신체에 착용하는 수용부를 더 포함하는 호흡장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어 탱크는 상기 착용부에 연결되고,
   상기 착용부와 상기 에어 탱크 사이에서 상기 에어 탱크에 저장된 공기의 주입을 제어하는 공기 주입 제어부를 더 포함하는 호흡장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 착용부와 상기 혼합 챔버 사이에서 들숨 또는 날숨 시 공기의 이동 경로를 개방시키도록 하는 경로 개폐 제어부를 더 포함하는 호흡장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 경로 개폐 제어부는
    상기 경로 상에 탄성력으로 회동 가능하게 결합되며, 상기 경로의 가장자리를 차폐시키며, 중앙에 공기가 유동하도록 하는 홀이 형성되는 제 1 플레이트; 및
    상기 홀을 차폐시키며, 상기 제 1 플레이트 상에서 탄성력으로 회동 가능하게 결합되는 제 2 플레이트를 포함하는 호흡장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트가 일 방향으로만 회동하도록 상기 제 1 플레이트의 일측에서 상기 제 1 플레이트와의 간섭에 의해 회동을 차단시키는 회동 차단부를 더 포함하는 호흡 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회동 차단부는 상기 제 1 플레이트의 착용부 쪽의 일측 경로상에 돌출 형성되고, 상기 제 2 플레이트는 상기 제 1 플레이트의 착용부 쪽의 일측면에 회동 가능하게 결합되어, 날숨 시 상기 제 1 플레이트가 회동되어 상기 경로가 개방되고, 들숨 시 상기 제 2 플레이트가 회동되어 상기 제 1 플레이트의 홀이 개방되어 공기가 유동하는 호흡장치.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트는 상기 제 2 플레이트가 위치하는 일측면의 가장자리에 반경 방향으로 긴 홈이 원주 방향을 따라 복수 개 형성되고, 중앙의 홀 가장자리를 따라 기어가 형성되는 메인 플레이트; 및
    중앙에 공기가 유동하는 홀이 형성되며 가장자리에 상기 기어와 결합하는 판스프링이 형성되며, 상기 메인 플레이트의 홀 내에서 회전하도록 결합하는 회전 플레이트를 포함하고,
    상기 제 2 플레이트는 상기 회전 플레이트의 일측면에 회동 가능하게 결합되고, 결합되는 부위에 반경 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되어 상기 돌출부는 상기 제 2 플레이트가 회동할 때 상기 홈에 삽입되는 호흡장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 홈의 원주 방향 일측에는 경사면이 형성되는 호흡장치.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 메인 플레이트에는 원주 방향을 따라 상기 홈이 형성되지 않는 공기 교체 구간이 형성되어 들숨 시 상기 제 2 플레이트의 회동을 차단시키고, 들숨 시 상기 제 2 플레이트의 회동이 차단될 때 상기 에어 탱크로부터 공기를 호흡하는 호흡장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 회전 플레이트의 타측면에 돌출된 돌기부가 형성되고,
    상기 공기 교체 구간에 대응하는 위치의 상기 경로에 회전 간섭부가 형성되어, 상기 제 1 플레이트가 회동할 때 상기 돌기부와 상기 회전 간섭부가 접촉하여 상기 회전 플레이트를 회전시키는 호흡장치.
17. 제 9 항에 있어서,
    상기 경로 개폐 제어부의 동작에 따라 연동하여 상기 산소 탱크로부터 상기 혼합 챔버로 산소의 주입을 제어하는 산소 주입 제어부를 더 포함하는 호흡장치.
18. 제 10 항에 있어서,
    상기 경로의 일측에 산소가 투입되는 산소 투입구가 형성되고,
    상기 경로 개폐 제어부의 동작에 따라 연동하여 상기 산소 탱크로부터 상기 혼합 챔버로 산소의 주입을 제어하는 산소 주입 제어부를 더 포함하는데,
    상기 산소 주입 제어부는
    일단부에 상기 산소 탱크와 연결되는 튜브로부터 산소가 유입되는 실린더;
    상기 실린더 내에서 상기 제 1 플레이트의 회동에 따라서 이동을 하고, 단부에는 이동에 따라서 상기 산소 투입구를 개폐하는 개폐 헤드부가 형성된 피스톤부; 및
    상기 피스톤부를 탄성 지지하는 탄성부를 포함하는 호흡장치.

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