WO2020231019A1 - 호흡 측정 장치 - Google Patents

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WO2020231019A1
WO2020231019A1 PCT/KR2020/005016 KR2020005016W WO2020231019A1 WO 2020231019 A1 WO2020231019 A1 WO 2020231019A1 KR 2020005016 W KR2020005016 W KR 2020005016W WO 2020231019 A1 WO2020231019 A1 WO 2020231019A1
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air flow
respiration
air
respiration measurement
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이인표
윤기상
송창호
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브레싱스 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a respiration measuring device, and more particularly, by miniaturizing the respiration measuring device so that it is possible to measure the respiration volume of the test subject anytime, anywhere, as well as at home or in a hospital, and a sensor for measuring respiratory air flow and a respiratory air flow are moved.
  • the present invention relates to a respiration measuring device that configures and detaches an air flow path so that it is possible to easily wash and remove foreign substances generated in the sensor and the air flow path.
  • measuring devices used for respiration volume testing are classified in two ways.
  • the first method is a method of quantitatively measuring the change according to the expansion and contraction of the lung, that is, the change in the lung volume, and it is a method that directly measures the change in the lung volume while the subject breathes according to a predetermined pattern.
  • the second method is a method of measuring respiration volume by detecting and measuring the flow of air flowing in and out of the lungs while the subject is breathing.
  • the first method which is a method of measuring lung volume
  • the respiration measurement device for measuring the airflow described above has a problem that is generally used only at home or hospital because the internal shape is complicated and the size is very large and it is impossible to carry.
  • the conventional respiration measuring apparatus has a problem in that it is difficult to clean the sensor and the air flow path through which the respiration air flow is moved, and thus it is difficult to remove foreign substances generated in the sensor and the air flow path.
  • the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to measure the respiration volume of the test subject anytime, anywhere as well as at home or in a hospital by miniaturizing a respiration measuring device, and a sensor for measuring respiratory airflow and respiration It is to provide a respiration measuring device that allows the sensor and foreign matter generated in the air flow path to be easily cleaned and removed by separately configuring an air flow path through which the air flow moves. In addition, it is to provide a breathing measuring device that can increase the sensing sensitivity while simplifying the structure.
  • an air flow path is formed inside so that air generated by the user's breathing is introduced and moved, and a first body having an opening formed by opening a part of the air flow path according to the present invention;
  • a second body comprising a respiration measurement unit for measuring the pressure of the air moving through the air flow path, the second body formed to be detachable from the first body and installed to close the opening formed in the first body;
  • a mouthpiece detachably coupled to the inlet side of the air flow path.
  • the respiration measurement unit is formed in the second body, is formed to correspond to the opening of the air flow path, and is installed to close the opening of the air flow path by the combination of the first body and the second body Sensor module; It may include; a first differential pressure generating block formed to extend from the respiration measurement sensor module toward the inner center of the air flow path.
  • a second differential pressure generating block disposed on an inner surface of the air passage, extending from the inner surface of the air passage toward an inner center of the air passage, and disposed to face each other so as to correspond to the first differential pressure generating block; It may contain more.
  • the respiration measurement sensor module includes: a sensing flow path formed to pass through the respiration measurement sensor module, and having an inlet and an outlet formed on both sides of the first differential pressure generating block; And a sensing unit detecting a pressure difference between the inlet and the outlet of the sensing flow path.
  • the respiration measurement device further includes a mouthpiece coupling member installed between the mouthpiece and the inlet side of the air flow path, wherein a metal body is formed on the mouthpiece coupling member, and the mouthpiece is detachable from the metal body.
  • a mouthpiece coupling member installed between the mouthpiece and the inlet side of the air flow path, wherein a metal body is formed on the mouthpiece coupling member, and the mouthpiece is detachable from the metal body.
  • Magnetic bodies to be combined may be formed.
  • a filter installed on the mouthpiece coupling member and installed to filter contaminants introduced from the inlet side of the air flow path may further include,
  • It may further include a breathing pressure control unit disposed between the inlet side of the air channel and the mouthpiece coupling member to adjust the pressure of breathing introduced into the air channel by rotation.
  • the breathing pressure control unit includes: a rotating member having a rotating shaft formed at a center thereof and installed to be rotatable; And a plurality of pressure adjusting balls formed to pass through the rotation member and formed radially about the rotation axis.
  • the plurality of pressure control balls may be formed to have different cross-sectional areas.
  • the present invention makes it possible to measure the volume of respiration of the test subject anytime, anywhere as well as at home or hospital by miniaturizing the respiration measurement device, and separate configuration of a sensor for measuring respiratory air flow and an air flow path through which respiration air flow is moved can be detached. By doing so, there is an effect that the foreign matter generated in the sensor and the air passage can be easily cleaned and removed.
  • one or more differential pressure generating blocks are formed inside the air flow path, there is an effect of increasing the sensing sensitivity while simplifying the structure.
  • FIG 1 and 2 are perspective views of the breathing measuring device according to the present invention.
  • FIG 3 is a plan view showing a first body of the breathing measuring device according to the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a breathing measuring device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a breathing measuring device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a breathing measurement unit of the breathing measurement device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a breathing pressure control unit of the breathing measuring device according to the present invention.
  • Figure 8 is a view showing the mouthpiece of the breathing measuring device according to the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a filter of the breathing measuring device according to the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a respiration measurement principle of the respiration measurement device according to the present invention.
  • first or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be named as the second component, Similarly, the second component may also be referred to as a first component.
  • the air flow path 110 is formed inside so that air generated by the user's breathing is introduced and moved, and a part of the air flow path 110 is A first body 100 provided with an opening 120 formed by opening, a second body 100 formed to be detachable from the first body 100 and installed to close the opening 120 formed in the first body ( 200), a respiration measurement unit 300 for measuring the pressure of air moving through the air flow path 110, a mouthpiece coupling member 400 and a mouthpiece coupling member installed on the inlet side 111 of the air flow path 110 It includes a mouthpiece 500 that is detachably coupled to the 400.
  • the first body 100 is a member in which a hollow air flow path 110 is formed, and has one side (left side of FIG. 1, air inflow side) and the other side (right side of FIG. 1, air discharge side). It is opened so that the air flow path 110 is interlocked with the outside.
  • an opening 120 formed such that a portion of the upper side of the first body 100 is removed is formed so that a portion of the upper side of the air flow path 110 is opened.
  • the second body 200 is formed to have a length corresponding to the length of the first body 100 and the lower portion thereof is detachably coupled to the first body 100.
  • the respiration measurement unit 300 is formed to correspond to the opening of the air flow path as shown in FIGS. 4 to 6 to close the opening of the air flow path by combining the first body and the second body.
  • the respiration measurement sensor module 310 is installed, a first differential pressure generation block 320 formed to extend from the respiration measurement sensor module toward the inner center of the air flow path, and is disposed on the inner surface of the air flow path.
  • a second differential pressure generating block 330 extending from an inner surface toward an inner center of the air flow path and disposed to face each other so as to correspond to the first differential pressure generating block.
  • the respiration measurement sensor module 310 is a member formed to correspond to the opening 120 of the first body 100, and when the first body 100 and the second body 200 are combined, the respiration measurement sensor module 310 ) Will close the opening 120. That is, by the combination of the first body 100 and the second body 200, the respiration measurement sensor module 310 covers the opening 120 so that the air flow path 110 is sealed. As described above, the first body 100 and the second body 200 are formed to be completely separated, and a part of the air flow path 110 can be opened by the separation of the first body 100 and the second body 200 Therefore, it is possible to easily remove internal foreign matters of the air flow path 110 by washing the first body. At this time, the lower surface of the respiration measurement sensor module 310 is disposed to be positioned in a straight line with the upper outer surface of the air flow path 110.
  • the first differential pressure generation block 320 is a member having a predetermined thickness and height, and is disposed in the center of the respiration measurement sensor module 310, and the first differential pressure generation block 320 is formed of the respiration measurement sensor module 310. It is formed to protrude from the surface toward the inner center of the air flow path 110.
  • the respiration measurement sensor module 310 is formed to penetrate the inside of the respiration measurement sensor module, and includes a sensing flow path and a pressure difference having an inlet and an outlet formed on both sides of the first differential pressure generation block, respectively.
  • a sensing flow path 311 for measuring the pressure of air passing through the air flow path is formed inside the respiration measurement sensor module 310, the entrance of the sensing flow path 311 And outlets are formed on both sides in the air flow direction with the first differential pressure generating block 320 therebetween.
  • the sensing unit 312 is disposed inside the sensing flow path 311.
  • the sensing unit 312 is a differential pressure sensor, and may detect a pressure difference between the inlet side and the outlet side of the sensing flow path 311 and calculate a respiration volume based on this.
  • the respiration measurement sensor module 310 is installed on the circuit board 340, and the circuit board 340 is mounted inside the second body 200.
  • the respiration measurement sensor module 310 is installed to be exposed to the second body so that the respiration measurement sensor module 310 can close the opening 120 of the first body when the second body and the first body are coupled. (See Figs. 4 and 5)
  • the second differential pressure generating block 330 is formed of a member having a predetermined thickness and height formed to correspond to the first differential pressure generating block 320 and is disposed on the inner surface of the air flow path 110. In this case, the second differential pressure generating block 330 is disposed to face the first differential pressure generating block 320.
  • the respiration measurement unit 300 of the present invention may further include a third differential pressure generation block 350 and a fourth differential pressure generation block 360.
  • the third differential pressure generating block 350 and the fourth differential pressure generating block 360 may be formed on both sides of the air passage 110, respectively.
  • the first to fourth differential pressure generating blocks are members of a shape having a predetermined thickness and height, and in the present invention, they are composed of a rectangular member, but do not necessarily have a rectangular shape, and as will be described later, the differential pressure can only be generated with a predetermined thickness and height. If so, the shape could be configured in various ways.
  • the user's respiration is measured by the respiration measurement unit 300 configured as described above.
  • FIG. 10 is a view showing a pressure change of an orifice tube installed in a general flow path.
  • V average flow rate
  • P pressure
  • ⁇ density of fluid
  • the first differential pressure generating block 320 and the second differential pressure generating block 330 replace the orifice tube of the above-described measurement principle, detection located inside the sensing flow path 311 of the respiration measurement sensor module 310 P 1 and P 2 may be obtained based on the detection result of the unit 312.
  • a mouthpiece coupling member 400 may be included between the first body and the mouthpiece.
  • the mouthpiece coupling member 400 is provided as a plate having a predetermined thickness and is installed on the inlet side 111 of the air flow path 110 of the first body to be coupled to the mouthpiece.
  • a metal body 410 for coupling with the mouthpiece 500 is formed on one side of the mouthpiece coupling member 400, and a filter 420 is formed to interlock with the inlet side 111 of the air flow path 110 (See Figure 9).
  • the filter 420 is provided with a general metal mesh, a pre-filter, or the like, and is installed to filter foreign substances from the inlet side 111 of the air flow path 110.
  • the mouthpiece coupling member 400 may exist as a separate component from the first body, but may be integrally formed with the first body if necessary.
  • the mouthpiece 500 is a member having a breathing ball 520 connected to the air flow path 110 so that the user can bite into the mouth and breathe in, as shown in FIG. 8, and a magnetic body 510 on one side thereof. ) Is installed to be detachably coupled with the metal body 410 of the mouthpiece coupling member 400. Since the mouthpiece 500 is detachably coupled as described above, it is possible to easily clean the inside of the breathing ball 520 and the filter 420.
  • the magnetic body and the metal body may be cross-arranged between the mouthpiece coupling member and the mouthpiece.
  • the breathing measuring device may further include a breathing pressure control unit 600 to control the incoming breathing pressure as needed.
  • the breathing pressure control unit 600 includes a rotation member 610, a rotation shaft 620, and a plurality of pressure control balls 630.
  • the rotating member 610 is a circular plate having a predetermined thickness and may be disposed between the inlet side 111 of the air passage 110 and the mouthpiece coupling member 400. At this time, a rotation shaft 620 is formed in the center of the rotation member 610 so that the rotation member 610 is rotatably installed by the rotation shaft 620.
  • the pressure control hole 630 is a hole formed to pass through the rotation member 610 and is formed in a plurality of holes and formed radially around the rotation shaft 620. At this time, each pressure control hole 630 is formed so as to have different cross-sectional areas.
  • the different pressure control balls 630 are interlocked with the air flow path 110 by the rotation of the rotating member 610 according to the cross-sectional area of each pressure control ball 630.
  • the pressure of breathing flowing into the air flow path 110 is controlled.
  • the respiration measurement device configured as described above allows the respiration measurement device to be miniaturized to measure the respiration volume of the test subject anytime, anywhere as well as at home or in a hospital, and a respiration measurement sensor module 310 for measuring respiratory airflow.
  • a respiration measurement sensor module 310 for measuring respiratory airflow.
  • the breathing pressure control unit 600 can adjust the pressure of breathing flowing into the air flow path 110 according to the cross-sectional area of each pressure control ball 630, so that the user can adjust the breathing pressure suitable for the user's health status during breathing exercise. It can be provided to increase the respiratory exercise effect of individual users.
  • first body 110 air flow path
  • opening 200 second body
  • respiration measurement unit 310 respiration measurement sensor module
  • sensing flow path 312 sensing unit
  • first differential pressure generation block 330 second differential pressure generation block
  • metal body 410 metal body 420: filter

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Abstract

본 발명은 사용자의 호흡에 의해 발생되는 공기가 유입되어 이동되도록 내부에 공기 유로가 형성되며, 상기 공기 유로의 일부가 개구되어 형성되는 개구부가 구비되는 제1 본체; 상기 공기 유로를 이동하는 공기의 압력을 측정하는 호흡 측정 유닛을 포함하고, 상기 제1 본체에 탈착 가능하도록 형성되며 상기 제1 본체에 형성되는 상기 개구부를 폐쇄하도록 설치되는 제2 본체; 및 상기 공기 유로의 유입 측에 탈착 가능하도록 결합되는 마우스피스;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 호흡 측정 장치를 소형화하여 집 또는 병원뿐만 아니라 야외의 환경에서도 피검사자의 호흡량을 측정할 수 있도록 하고, 호흡 기류를 측정하는 센서가 설치되는 제2 본체와 와 호흡 기류가 이동되는 공기 유로를 제1 본체로 구성하여 탈착 가능하도록 함으로써, 센서 및 공기 유로에 생성된 이물질을 손쉽게 세척하여 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

호흡 측정 장치
본 발명은 호흡 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 호흡 측정 장치를 소형화하여 집 또는 병원뿐만 아니라 언제 어디서든 피검사자의 호흡량을 측정할 수 있도록 하고, 호흡 기류를 측정하는 센서와 호흡 기류가 이동되는 공기 유로를 별도로 구성하여 탈착 가능하도록 함으로써, 센서 및 공기 유로에 생성된 이물질을 손쉽게 세척하여 제거할 수 있도록 하는 호흡 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 호흡량 검사에 사용되는 측정 장치는 두 가지 방식으로 분류된다. 첫 번째 방식은 폐의 팽창과 수축에 따른 변화, 즉 폐용적의 변화를 양적으로 측정하는 방식으로서, 미리 정해진 양식에 따라 피검사자가 호흡하는 동안 폐용적의 변화를 직접 측정하는 방식이다. 두 번째 방식은 피검사자가 숨을 쉬는 동안에 폐 내외로 유동하는 공기의 흐름을 감지 및 측정하여 호흡량을 측정하는 방식이다.
종래에는 호흡량 측정 방식으로 첫 번째 방식인 폐용적의 변화를 직접 측정하는 방식이 주로 사용되었으나, 사용되는 검사 장치의 구조가 복잡하고 이동에 따른 사용이 불편한 문제점이 있어, 근래에는 피검사자의 호흡에 따른 기류를 측정하는 방식 및 장치가 주로 이용되고 있다.
하지만, 상기한 기류를 측정하는 호흡 측정 장치는 대체로 내부 형태가 복잡하고, 크기가 매우 커 휴대가 불가능하여 집 또는 병원에서만 사용되는 문제점이 있다.
최근에는 황사, 중금속, 미세먼지에 의한 대기오염이 급증하고 있고 이러한 환경에서 영유아나 노약자는 호흡기 질환에 매우 취약하기 때문에 호흡량 측정을 통한 호흡기의 건강 상태를 지속적으로 점검하는 것이 매우 중요하다.
하지만, 병원이나 집을 벗어난 환경에서는 빠르고 간편하며 정확하게 피검사자의 호흡량을 측정하는 것이 거의 불가능하여 문제점으로 지적되고 있다.
또한, 종래의 호흡 측정 장치는 호흡 기류를 측정하는 센서와 호흡 기류가 이동되는 공기 유로가 일체형으로 형성되어 있어 세척이 곤란하여, 상기 센서와 공기 유로에 생성된 이물질을 제거하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 호흡 측정 장치를 소형화하여 집 또는 병원뿐만 아니라 언제 어디서든 피검사자의 호흡량을 측정할 수 있도록 하고, 호흡 기류를 측정하는 센서와 호흡 기류가 이동되는 공기 유로를 별도로 구성하여 탈착 가능하도록 함으로써, 센서 및 공기 유로에 생성된 이물질을 손쉽게 세척하여 제거할 수 있도록 하는 호흡 측정 장치를 제공하는 것이다. 또한 구조를 보다 단순화하면서도 센싱 감도를 높일 수 있는 호흡 측정 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 사용자의 호흡에 의해 발생되는 공기가 유입되어 이동되도록 내부에 공기 유로가 형성되며, 상기 공기 유로의 일부가 개구되어 형성되는 개구부가 구비되는 제1 본체; 상기 공기 유로를 이동하는 공기의 압력을 측정하는 호흡 측정 유닛을 포함하고, 상기 제1 본체에 탈착 가능하도록 형성되며 상기 제1 본체에 형성되는 상기 개구부를 폐쇄하도록 설치되는 제2 본체; 및 상기 공기 유로의 유입 측에 탈착 가능하도록 결합되는 마우스피스;에 의해 달성된다.
여기서, 상기 호흡 측정 유닛은, 상기 제2 본체에 형성되되, 상기 공기 유로의 개구부에 대응되도록 형성되어 상기 제1 본체와 제2 본체의 결합에 의해 상기 공기 유로의 개구부를 폐쇄하도록 설치되는 호흡 측정 센서 모듈; 상기 호흡 측정 센서 모듈로부터 상기 공기 유로의 내부 중심 측으로 연장되도록 형성되는 제1 차압 생성 블록;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기 유로의 내부 면에 배치되며, 상기 공기 유로의 내부 면에서 상기 공기 유로의 내부 중심 측으로 연장되고, 상기 제1 차압 생성 블록과 대응되도록 상호 마주보게 배치되는 제2 차압 생성 블록;을 더 포함할 수 있다.
한편 상기 호흡 측정 센서 모듈은, 상기 호흡 측정 센서 모듈 내부를 관통하도록 형성되되, 입구 및 출구가 상기 제1 차압 생성 블록의 양 측에 각각 형성되는 센싱 유로; 및 상기 센싱 유로의 입구 및 출구의 압력 차이를 감지하는 감지부;를 포함할 수 있다.
상기 호흡 측정 장치는 상기 마우스피스와 상기 공기유로의 유입 측 사이에 설치되는 마우스피스 결합 부재를 더 포함하며, 상기 마우스피스 결합 부재에는 금속체가 형성되고, 상기 마우스피스에는 상기 금속체와 탈착 가능하도록 결합되는 자성체가 형성될 수 있다.
또한 상기 마우스피스 결합 부재에 설치되되, 상기 공기 유로의 유입 측으로부터 유입되는 오염물을 걸러내도록 설치되는 필터;를 더 포함할 수 있다,
상기 공기 유로의 유입 측과 상기 마우스피스 결합 부재의 사이에 배치되어 회전에 의해 상기 공기 유로의 내부로 유입되는 호흡의 압력을 조절하는 호흡 압력 조절 유닛;을 더 포함할 수 있다.
상기 호흡 압력 조절 유닛은, 중심부에 회전축이 형성되어 회전 가능하도록 설치되는 회전 부재; 및 상기 회전 부재를 관통하도록 형성되되, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 형성되는 복수 개의 압력 조절 공:을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 압력 조절 공은 그 단면적이 각각 상이하도록 형성될 수 있다.
이에 의해, 본 발명은 호흡 측정 장치를 소형화하여 집 또는 병원뿐만 아니라 언제 어디서든 피검사자의 호흡량을 측정할 수 있도록 하고, 호흡 기류를 측정하는 센서와 호흡 기류가 이동되는 공기 유로를 별도로 구성하여 탈착 가능하도록 함으로써, 센서 및 공기 유로에 생성된 이물질을 손쉽게 세척하여 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한 하나 이상의 차압 생성 블록이 공기 유로 내부에 형성됨으로서 구조를 보다 단순화하면서도 센싱 감도를 높일 수 있는 효과가 있게 된다. 호흡 압력 조절 유닛에 의하여 공기 유로로 유입되는 호흡의 압력을 조절함으로서 사용자가 호흡 운동시 사용자의 건강 상태에 맞는 호흡 압력을 제공할 수 있으므로 개별 사용자의 호흡 운동 효과를 높일 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 제1 본체를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 호흡 측정 유닛을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 호흡 압력 조절 유닛을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 마우스피스를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 필터를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 호흡 측정 장치의 호흡량 측정 원리를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어를 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 호흡 측정 장치에 관하여 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 호흡 측정 장치는, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 사용자의 호흡에 의해 발생되는 공기가 유입되어 이동되도록 내부에 공기 유로(110)가 형성되며 공기 유로(110)의 일부가 개구되어 형성된 개구부(120)가 구비되는 제1 본체(100), 상기 제1 본체(100)에 탈착 가능하도록 형성되며 상기 제1 본체에 형성되는 개구부(120)를 폐쇄하도록 설치되는 제2 본체(200), 공기 유로(110)를 이동하는 공기의 압력을 측정하는 호흡 측정 유닛(300), 공기 유로(110)의 유입 측(111)에 설치되는 마우스피스 결합 부재(400) 및 마우스피스 결합 부재(400)에 탈착 가능하도록 결합되는 마우스피스(500)를 포함한다.
먼저, 제1 본체(100)는 내부에 중공의 공기 유로(110)가 형성되는 부재로서, 일 측(도 1의 좌측, 공기 유입 측) 및 타 측(도 1의 우측, 공기 배출 측)이 개방되어 공기 유로(110)가 외부와 연동되도록 형성된다. 그리고 제1 본체(100) 상부 측 일부가 제거되도록 형성되는 개구부(120)가 형성되어 공기 유로(110)의 상부 측 일부가 개방되도록 형성된다.
그리고 제2 본체(200)는 제1 본체(100)의 길이에 대응되는 길이를 갖도록 형성되어 그 하부가 제1 본체(100)와 탈착 가능하게 결합된다.
한편, 호흡 측정 유닛(300)은, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 공기 유로의 개구부에 대응되도록 형성되어 상기 제1 본체와 제2 본체의 결합에 의해 상기 공기 유로의 개구부를 폐쇄하도록 설치되는 호흡 측정 센서 모듈(310), 상기 호흡 측정 센서 모듈로부터 상기 공기 유로의 내부 중심 측으로 연장되도록 형성되는 제1 차압 생성 블록(320) 및 상기 공기 유로의 내부 면에 배치되며, 상기 공기 유로의 내부 면에서 상기 공기 유로의 내부 중심 측으로 연장되고, 상기 제1 차압 생성 블록과 대응되도록 상호 마주보게 배치되는 제2 차압 생성 블록(330)을 포함한다.
호흡 측정 센서 모듈(310)은 제1 본체(100)의 개구부(120)에 대응되도록 형성되는 부재로서, 제1 본체(100) 및 제2 본체(200)가 결합될 때 호흡 측정 센서 모듈(310)이 개구부(120)를 폐쇄하게 된다. 즉, 제1 본체(100) 및 제2 본체(200)의 결합에 의해 호흡 측정 센서 모듈(310)이 개구부(120)를 덮어주게 되어 공기 유로(110)가 밀폐되는 것이다. 상기와 같이 제1 본체(100) 및 제2 본체(200)가 완벽히 분리되도록 형성되고, 제1 본체(100) 및 제2 본체(200)의 분리에 의해 공기 유로(110)의 일부가 개방 가능하기 때문에, 제1 본체를 세척하여 공기 유로(110)의 내부 이물질을 손쉽게 제거할 수 있게 된다. 이때, 호흡 측정 센서 모듈(310)의 하단 면은 상기 공기 유로(110)의 상부 외측 면과 일 직선상에 위치되도록 배치된다.
그리고 제1 차압 생성 블록(320)은 소정 두께와 높이를 갖는 부재로서, 호흡 측정 센서 모듈(310)의 중심부에 배치되며 상기한 제1 차압 생성 블록(320)은 호흡 측정 센서 모듈(310)의 표면으로부터 공기 유로(110)의 내부 중심 측으로 돌출되도록 형성된다.
상기 호흡 측정 센서 모듈(310)은 상기 호흡 측정 센서 모듈 내부를 관통하도록 형성되되, 입구 및 출구가 상기 제1 차압 생성 블록의 양 측에 각각 형성되는 센싱 유로 및 압력 차를 감지하는 감지부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기한 호흡 측정 센서 모듈(310)에는 공기 유로를 통과하는 공기의 압력을 측정하기 위한 센싱 유로(311)가 호흡 측정 센서 모듈(310) 내부에 형성되되, 센싱 유로(311)의 입구 및 출구는 공기 흐름 방향으로 제1 차압 생성 블록(320)을 사이에 두고 양 측에 각각 형성된다. 그리고 센싱 유로(311)의 내부에는 감지부(312)가 배치된다. 감지부(312)는 차압 센서로서 센싱 유로(311)의 입구 측 및 출구 측의 압력 차이를 감지하고 이를 바탕으로 호흡량을 계산할 수 있다.
호흡 측정 센서 모듈(310)은 회로기판(340)에 설치되고, 회로기판(340)은 제2 본체(200)의 내부에 탑재된다. 호흡 측정 센서 모듈(310)은 제2 본체와 제1 본체가 결합할 때 호흡 측정 센서 모듈(310)이 제1 본체의 개구부(120)를 폐쇄할 수 있도록, 제2 본체에 노출되게 설치된다. (도 4 및 5 참조)
또한, 제2 차압 생성 블록(330)은 제1 차압 생성 블록(320)에 대응되도록 형성되는 소정 두께와 높이를 갖는 부재로 마련되어 공기 유로(110)의 내부 면 상에 배치된다. 이때, 제2 차압 생성 블록(330)은 제1 차압 생성 블록(320)과 상호 마주보도록 배치된다.
그리고 본 발명의 호흡 측정 유닛(300)은 제3 차압 생성 블록(350) 및 제4 차압 생성 블록(360)을 더 포함할 수 있다. 상기한 제3 차압 생성 블록(350) 및 제4 차압 생성 블록(360)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 공기 유로(110)의 양 측에 각각 형성될 수도 있다.
제1 ~ 4 차압 생성 블록은 소정 두께와 높이를 갖는 형상의 부재로서 본 발명에서는 사각형 형상의 부재로 구성하였으나, 반드시 사각형 형상이어야 하는 것은 아니며 후술하는 바와 같이 소정 두께와 높이로 차압을 생성할 수만 있다면 형상은 다양하게 구성할 수 있을 것이다.
상기와 같이 구성되는 호흡 측정 유닛(300)에 의해 사용자의 호흡을 측정하게 된다.
이하에서는, 본 발명의 호흡 측정 유닛(300)이 사용자의 호흡량을 측정하는 원리에 대해 상세히 설명한다.
도 10은 일반적인 유로 내부에 오리피스 관을 설치하고 이의 압력 변화를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 오리피스 관의 상류 단면 a와 흐름이 좁혀진 단면 b와의 사이에는 베르누이 방정식과 연속 방정식이 성립한다.
Figure PCTKR2020005016-appb-I000001
Figure PCTKR2020005016-appb-I000002
(V: 평균 유속, P: 압력, ρ: 유체의 밀도)
오리피스 관을 통과하는 부피 유량 Q와 차압(P1-P2)와의 관계는 다음과 같다.
Figure PCTKR2020005016-appb-I000003
Figure PCTKR2020005016-appb-I000004
따라서 P1과 P2를 알면 유량 Q를 구할 수 있다.
본 발명은 제1 차압 생성 블록(320) 및 제2 차압 생성 블록(330)이 상술한 측정 원리의 오리피스 관을 대체하는 것이므로, 호흡 측정 센서 모듈(310)의 센싱 유로(311) 내부에 위치한 감지부(312)의 감지 결과에 의해 P1과 P2를 구할 수 있다.
상기와 같이 구한 P1과 P2를 상기 식에 대입하면, 사용자의 호흡량을 측정할 수 있게 된다.
한편 제1 본체와 마우스피스 사이에는 마우스피스 결합 부재(400)가 포함될 수 있다. 마우스피스 결합 부재(400)는 소정 두께를 갖는 플레이트로 마련되어 상기 제1 본체의 공기 유로(110)의 유입 측(111)에 설치되어 마우스피스와 결합된다. 이때, 마우스피스 결합 부재(400)의 일 측에는 마우스피스(500)와 결합하기 위한 금속체(410)가 형성되며, 공기 유로(110)의 유입 측(111)과 연동되도록 필터(420)가 형성(도 9 참조)된다. 상기한 필터(420)는 일반적인 금속망, 프리필터 등으로 마련되어 공기 유로(110)의 유입 측(111)으로부터의 이물질을 걸러내도록 설치된다. 마우스피스 결합 부재(400)는 제1 본체와 별도의 구성요소로 존재할 수 있지만 필요에 따라 제1 본체와 일체로 형성하는 것도 가능하다.
마우스피스(500)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 사용자가 입에 물고 호흡을 불어넣을 수 있도록 공기 유로(110)와 연결되는 호흡 공(520)이 형성된 부재로서, 일 측에 자성체(510)가 설치되어 마우스피스 결합 부재(400)의 금속체(410)와 탈착 가능하도록 결합된다. 상기와 같이 마우스피스(500)가 탈착 가능하도록 결합되므로 호흡 공(520) 내부 및 필터(420)를 손쉽게 청소할 수 있게 된다. 여기서 자성체와 금속체는 마우스피스 결합 부재와 마우스피스 상호간에 교차 배치가 가능하다.
*한편, 호흡 측정 장치는 필요에 따라 유입되는 호흡 압력을 조절하기 위하여 호흡 압력 조절 유닛(600)을 더 포함할 수 있다.
호흡 압력 조절 유닛(600)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전 부재(610), 회전축(620) 및 복수 개의 압력 조절 공(630)을 포함한다.
회전 부재(610)는 소정 두께를 갖는 원형의 플레이트로서 공기 유로(110)의 유입 측(111)과 마우스피스 결합 부재(400)의 사이에 배치될 수 있다. 이때, 회전 부재(610)의 중심부에는 회전축(620)이 형성되어 회전축(620)에 의해 회전 부재(610)가 회전 가능하도록 설치된다.
압력 조절 공(630)은 회전 부재(610)를 관통하도록 형성되는 홀로서, 복수 개로 마련되어 회전축(620)을 중심으로 방사상으로 형성된다. 이때, 각 압력 조절 공(630)은 그 단면적이 각각 상이하도록 형성된다.
상기와 같이 구성되는 호흡 압력 조절 유닛(600)은 회전 부재(610)의 회전에 의해 각기 다른 압력 조절 공(630)이 공기 유로(110)와 연동되어 각 압력 조절 공(630)의 단면적에 따라 공기 유로(110)로 유입되는 호흡의 압력이 조절되게 된다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 호흡 측정 장치는 호흡 측정 장치를 소형화하여 집 또는 병원뿐만 아니라 언제 어디서든 피검사자의 호흡량을 측정할 수 있도록 하고, 호흡 기류를 측정하는 호흡 측정 센서 모듈(310)와 호흡 기류가 이동되는 공기 유로(110)를 별도로 구성하여 탈착 가능하도록 함으로써, 호흡 측정 센서 모듈(310) 및 공기 유로(110)에 생성된 이물질을 손쉽게 세척하여 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다. 특히 사용자의 호흡이 직접 통과하는 제1 본체가 분리 가능하게 구성됨으로서 세척이 매우 용이해지고, 제2 본체의 호흡 측정 센서 모듈이 감지부와 일체형으로 형성됨으로서 착탈이 반복되어도 센싱 오차가 거의 발생하지 않는 특유의 효과가 있게 된다.
또한 기존의 오리피스 관을 대체하도록 하나 이상의 차압 생성 블록이 공기 유로 내부에 형성됨으로서 구조를 보다 단순화하면서도 센싱 감도를 높일 수 있는 효과가 있게 된다.
한편 호흡 압력 조절 유닛(600)은 각 압력 조절 공(630)의 단면적에 따라 공기 유로(110)로 유입되는 호흡의 압력을 조절할 수 있으므로, 사용자가 호흡 운동시 사용자의 건강 상태에 맞는 호흡 압력을 제공할 수 있어서 개별 사용자의 호흡 운동 효과를 높일 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 호흡 측정 장치에 대한 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술 될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
(부호의 설명)
100: 제1 본체 110: 공기 유로
120: 개구부 200: 제2 본체
300: 호흡 측정 유닛 310: 호흡 측정 센서 모듈
311: 센싱 유로 312: 감지부
320: 제1 차압 생성 블록 330: 제2 차압 생성 블록
340: 기판 350: 제3 차압 생성 블록
360: 제4 차압 생성 블록 400: 마우스피스 결합 부재
410: 금속체 420: 필터
500: 마우스피스 510: 자성체
520: 호흡 공 600: 호흡 압력 조절 유닛
610: 회전 부재 620: 회전축
630: 압력 조절 공

Claims (4)

  1. 사용자의 호흡에 의해 발생되는 공기가 유입되어 이동되도록 내부에 공기 유로가 형성되며, 상기 공기 유로의 일부가 개구되어 형성되는 개구부가 구비되는 제1 본체;
    상기 공기 유로를 이동하는 공기의 압력을 측정하는 호흡 측정 유닛을 포함하고, 상기 제1 본체에 탈착 가능하도록 형성되며 상기 제1 본체에 형성되는 상기 개구부를 폐쇄하도록 설치되는 제2 본체; 및
    상기 공기 유로의 유입 측에 탈착 가능하도록 결합되는 마우스피스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 호흡 측정 유닛은,
    상기 공기 유로의 개구부에 대응되도록 형성되어 상기 제1 본체와 제2 본체의 결합에 의해 상기 공기 유로의 개구부를 폐쇄하도록 설치되는 호흡 측정 센서 모듈;
    상기 호흡 측정 센서 모듈로부터 상기 공기 유로의 내부 중심 측으로 연장되도록 형성되는 제1 차압 생성 블록;을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기 유로의 내부 면에 배치되며, 상기 공기 유로의 내부 면에서 상기 공기 유로의 내부 중심 측으로 연장되고, 상기 제1 차압 생성 블록과 대응되도록 상호 마주보게 배치되는 제2 차압 생성 블록;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 호흡 측정 센서 모듈은,
    상기 호흡 측정 센서 모듈 내부를 관통하도록 형성되되, 입구 및 출구가 상기 제1 차압 생성 블록의 양 측에 각각 형성되는 센싱 유로; 및
    상기 센싱 유로의 입구 및 출구의 압력 차이를 감지하는 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 장치.
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