KR20090095328A - 휴대용 산소통의 공기 분석 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 소방관 등이 화재 등의 진화시에 사용하는 휴대용 산소통에 충전된 공기 성분을 분석하는 장치에 관한 것으로, 본 발명은, 각 가스별의 측정 시험관들을 이용하는 기존의 대형 공기 성분 분석 장비와는 달리, 각 센서를 이용하여 감압 공기의 압력, 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 측정하고, 발색 반응형 검지제를 이용하여 일산화탄소 농도, 수분 가스 농도, 오일 미스트 가스 농도 및 이산화황 가스 농도를 측정하는 복합 방식으로 휴대용 산소통에 충전된 공기 성분을 분석함으로써, 화재의 현장 조건에서 간단하게 사용 가능한 휴대용 공기 분석 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 공기의 유해 성분을 분석하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소방관 등이 화재 등의 진화시에 사용하는 휴대용 산소통에 충전된 공기 성분을 분석하는데 적합한 공기 분석 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 소방관들은 화재 현장에서의 화재 진화시에 유독가스 등으로부터 호홉에 지장을 받지 않도록 공기 호홉 마스크가 달린 휴대용 산소통을 착용하게 되는데, 이러한 휴대용 산소통에는 컴프레서를 이용하여 일반 대기를 고압(예컨대, 300bar 등)으로 압축하여 충전한다.
여기에서, 휴대용 산소통에 충전되는 일반 공기의 압축시에 미처 제거하지 못한 수분, 오일 등이 탱크 안에 장시간 동안 남아 있게 되면, 용기 부식 및 미생물 번식 등의 문제를 발생시키게 되고, 이로 인하여 공기 호홉기로부터 나오는 공기의 산소량이 저하될 뿐만 아니라 일산화탄소, 이산화탄소, 오일, 수분, 악취 등이 발생하게 되며, 이를 사용하는 소방관이 공기의 오염으로 인해 인체에 치명적 손상을 입게 되는 문제를 야기시킬 수 있다.
따라서, 상기한 점들을 고려할 때, 휴대용 산소통에 충전된 공기 성분을 측정하여 유해 가스의 혼입 정도를 체크하는 것이 필요하며, 기존에는 다수의 측정 시험관(detector tube)을 이용하는 공기 성분 분석 장비가 사용되고 있다.
이러한 기존의 공기 성분 분석 장비는 각 가스 성분별로 고유의 측정 시험관이 준비되어 있으며, 해당하는 각 측정 시험관을 이용하여 다양한 공기 성분을 측정하고 있다.
한편, 각 가스 성분별로 측정 시험관을 각각 이용하는 기존의 공기 성분 분석 장비는 개인 휴대가 불가능할 정도로 장비 규모가 클 뿐만 아니라 매우 고가라는 문제가 있다.
또한, 산불 등과 같은 대형 화재가 발생하게 되면, 소방관들은 화재 현장에서 수일 동안 화재 진화 작업을 하게 되는데, 기존 방식의 경우 소방센터에 구비된 공기 성분 분석 장비를 화재 현장으로 옮기는 것이 현실적으로 곤란스럽기 때문에 소방관들이 화재 현장에서 사용하는 휴대용 산소통의 공기 성분을 측정함이 없이 그대로 사용하고 있는 것이 현재의 실정이다.
따라서, 상기한 점을 고려할 때, 화재의 현장 조건에서 휴대용 산소통의 공기 성분을 측정 가능한 간소화한 구조의 휴대용 공기 분석 장치의 필요가 절실한 실정이나, 현재로서는 이에 대한 어떤 제안도 제시도 전무한 실정이다.
본 발명은, 휴대용 산소통의 공기를 분석하는 장치로서, 상기 휴대용 산소통의 산소 배출구와 연결되는 체결구가 일측에 형성된 공기 유로와, 상기 공기 유로를 통해 유입되는 공기의 압력을 기 설정된 레벨로 감압하는 감압 수단과, 상기 감압된 공기의 압력을 감지하는 압력 센서와, 상기 감압된 공기의 산소 농도를 측정하는 산소 센서와, 상기 감압된 공기의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센 서와, 상기 감압된 공기에 함유된 유해 성분을 기 설정된 종류별로 측정하기 위한 발색 반응형 검지제가 각각 내장된 다수의 검지관을 갖는 검지 수단과, 상기 산소 센서, 이산화탄소 센서 및 다수의 검지관으로의 공기 유입을 제어하는 공기 유량 제어 수단과, 상기 감압된 공기의 압력, 산소 농도 및 이산화탄소 농도와 각 검지관으로의 공기 유입 완료 여부를 디스플레이하는 수단을 포함하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치를 제공한다.
본 발명은 센서와 발색 반응형 검지제를 이용하는 간소화된 구조의 휴대용 공기 분석 장치를 제공함으로써, 화재의 현장 조건에서 휴대용 산소통의 공기 성분을 간단하고 손쉽게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 터치스크린 패널을 이용하는 인터페이스 방식을 통해 휴대용 산소통에 대한 공기 분석의 실시간 모니터링 및 제어와 신속성을 실현할 수 있다.
본 발명의 기술요지는, 각 가스별의 측정 시험관들을 이용하는 기존의 대형 공기 성분 분석 장비와는 달리, 각 센서를 이용하여 감압 공기의 압력, 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 측정하고, 발색 반응형 검지제를 이용하여 일산화탄소 농도, 수분 가스 농도, 오일 미스트 가스 농도 및 이산화황 가스 농도를 측정하는 복합 방식으로 휴대용 산소통에 충전된 공기 성분을 분석한다는 것으로, 본 발명은 이러한 기술적 수단을 통해 화재의 현장 조건에서 사용 가능한 휴대용 공기 분석 장치를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휴대용 산소통의 공기 분석 장치에 대한 블록구성도로서, 공기 유료(102), 1차 감압기(104), 2차 감압기(106), 압력 센서(108), 5포트 솔밸브(110), 산소 센서(112), 이산화탄소 센서(114), 제 1 내지 제 4 검지관(116a - 116d), 냄새 테스트 배출구(118), 제어 블록(120) 및 디스플레이 패널(122) 등을 포함한다. 여기에서, 분기 조인트(102), 압력 센서(104), 1차 감압기(106), 2차 감압기(108), 5포트 솔밸브(110), 산소 센서(112) 및 이산화탄소 센서(114)는 공기 유로 상에 위치한다.
도 1을 참조하면, 공기 유로(102) 상의 일측에 연결되는 체결구(도시 생략)에는 산소통(124)의 산소 배출구(126)가 연결되며, 산소통(124)에서 토출되어 공기 유로(102)에 유입되는 압축 공기는 공기 유로(102) 상에 순차 장착된 1차 및 2차 감압기(104, 106)로 된 감압 수단 측으로 흐른다. 여기에서, 산소통(124)에는, 예컨대 대략 300bar 정도의 압력으로 압축된 공기가 충전되어 있다.
다음에, 1차 및 2차 감압기(104, 106)에서의 1차/2차 감압을 통해 대략 300bar 정도의 공기 압력이 대략 10bar 내지 20bar 정도의 압력(즉, 공기 성분의 분석 측정이 가능한 정도의 압력)으로 감압(압력 강하)되며, 이와 같이 감압된 공기는 공기 유로를 통해 압력 센서(108)와 5포트 솔밸브(110)로 각각 유입된다.
여기에서, 1차 및 2차 감압기(104, 106)는, 예컨대 각각의 레귤레이터로 구성되며, 특히 2차 감압기(106)는 밸브(도시 생략)의 수동 조작을 통해 감압 정도를 조절 가능한 감압기이다. 이때, 공기 유로를 통해 5포트 솔밸브(110)로 유입되는 공기를 감압시키는 것은 공기의 압력으로 인해 후단에 있는 센서(산소 센서, 이산화탄소 센서)가 오작동하는 것을 방지하기 위해서이다.
그리고, 압력 센서(108)는 산소통(124)으로부터 토출되어 1차 및 2차 감압기(104, 106)를 통해 감압된 공기의 압력을 감지하는 것으로, 여기에서 감지된 압력 값은 후술하는 제어 블록(120)으로 전달된다.
이어서, 5포트 솔밸브(110)는 모두 6개의 출력포트(110a - 110f)가 구비되어 있고, 그들 중 5개의 출력포트(110a - 110d, 110f)의 각 후단에는 각 출력포트에서의 공기 유로의 개폐를 위한 5개의 솔레노이드 밸브(110a1 - 110d1, 110f1)가 장착되어 있으며, 이들 각 솔레노이드 밸브(110a1 - 110d1, 110f1)는 제어 블록(120)으로부터 각각 제공되는 개폐 제어신호에 응답하여 공기의 배출을 온/오프시킨다.
다음에, 출력포트(110f)와 솔레노이드 밸브(110f1)를 경유하여 흐르는 공기는 산소 센서(112)와 이산화탄소 센서(114) 측으로 유입되는데, 산소 센서(112)에서는 공기 유로를 통해 유입되는 공기에서 산소 농도를 감지하여 그 감지 값(전류 값)을 제어 블록(120)으로 제공하고, 이산화탄소 센서(114)에서는 공기 유로를 통 해 유입되는 공기에서 이산화탄소 농도를 감지하여 그 감지 값(전류 값)을 제어 블록(120)으로 제공한다.
보다 상세하게, 산소 센서(112)는 0 - 30%의 측정 범위에서 고정밀하게 산소 농도를 감지하는 것으로, 이를 위하여 센서 내부의 전해액은 물풀 정도 수준의 점도를 갖는다. 또한, 이산화탄소 센서(114)는, 예컨대 0 - 20%의 측정 범위를 갖는 비분산형 적외선 흡수방식(NDIR)을 이용한 센서를 이용할 수 있다.
그리고, 5포트 솔밸브(110)의 출력포트(110e)에는 냄새 테스트 배출구(118)가 연결되어 있으며, 검사자는 냄새 테스트 배출구(118)를 통해 흘러나오는 공기에 대한 후각 인식을 통해 산소통에서 토출되는 공기에서 냄새가 있는지의 여부를 체크할 수 있다.
다음에, 5포트 솔밸브(110)의 4개의 각 출력포트(110a - 110d)에는 솔레노이드 밸브(110a1 - 110d1)를 각각 게재하여 대응하는 제 1 내지 제 4 검지관(116a - 116d)이 각각 연결되며, 각 솔레노이드 밸브(110a1 - 110d1)는 제어 블록(120)으로부터의 개폐 제어에 따라 각 검지관(116a - 116d) 측으로의 공기 유입을 개폐하는 수단으로서 기능한다.
여기에서, 제 1 검지관(116a)은 공기 중의 일산화탄소 가스 농도(함유 정도)를 측정하기 위한 것이고, 제 2 검지관(116b)은 공기 중의 수분 가스 농도(함유 정도)를 측정하기 위한 것이며, 제 3 검지관(116c)은 오일 미스트 가스 농도(함유 정도)를 측정하기 위한 것이고, 제 4 검지관(116d)은 공기 중의 이산화황 가스 농도(함유 정도)를 측정하기 위한 것이다. 이러한 각 검지관은 착탈식으로 삽입되는 일 회용으로 사용되는 것으로서, 휴대용 산소통을 검사할 때마다 새로운 검지관으로 교체하여 사용하게 된다.
잘 알려진 바와 같이, 일산화탄소는 체내로의 산소 공급 능력을 방해하여 체내 조직 세포의 산소 부족을 야기시키는 것으로, 고농도의 일산화탄소에 지속적으로 노출될 경우 사망까지에도 갈 수 있기 때문에 매우 중요한 체크 성분이라고 볼 수 있으며, 이를 위하여 제 1 검지관(116a)에서는 인체의 유해 성분인 일산화탄소 가스의 함유 여부를 측정(발색 반응형 검사)한다.
여기에서, 솔레노이드 밸브(110a1)를 통해 5포트 솔밸브(110)와 연결되는 제 1 검지관(116a)은, 일 예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 유리관(202)의 내부에 발색 반응형의 검지제(204)가 흡착되어 있고, 검지제(204)의 양 끝단에는 검지제 고정 장치(206a, 206b)가 각각 내장되어 있으며, 검지제(204)와 검지제 고정 장치(206a, 206b)는 공기가 흐를 수 있는 정도의 기공들이 형성된 구조를 갖는다. 그리고, 도면에서의 도시는 생략하였으나, 제 2 내지 제 4 검지관(116b - 116d)들 또한 제 1 검지관(116a)과 실질적으로 동일한 구조를 갖는다.
또한, 제 1 검지관(116a)의 검지제로는, 예컨대 오산화 요오드(I2O5)와 발연황산(H2S2O7)을 이용하여 제조한 흰색의 발색 시약을 사용할 수 있으며, 유입되는 공기에 일산화탄소가 함유되어 있는 경우 발색 시약이 일산화탄소와 반응하여 산화하면서 흰색이 갈색으로 변색(일산화탄소의 농도에 따른 반응성 발색)하게 되며, 검사자는 이러한 검지제의 색상 변화를 보고 압축 공기 중에 인체의 유해 성분인 일산화탄소가 함유되어 있음을 인지할 수 있게 된다. 즉, 흰색의 발색 시약이 일산화탄소에 노출되면 아래의 반응 메커니즘에 따라 갈색으로 변색되어진다.
I2O5 + H2S2O7 + 5CO → 5CO2 + I2 + oxidation product
다음에, 산소통에서는 대기 중의 공기 성분인 SO2와 H2O가 반응하여 황산화물이 생성될 수 있는데, 황산화물에는 SO2, SO3, H2SO4 등이 있다. 그 중 이산화황 가스는 자극적인 냄새가 나는 무색 유독한 기체로서 물에 잘 녹으며 수용액은 강한 산성을 띄는데, 인위적인 요인 외에 자연 발생량이 훨씬 많은 물질로써 자연에서 발생하는 이산화황 가스의 메커니즘은 아래와 같다.
2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2
즉, 이산화황 가스의 대기 중 반응 경로는 H2S → SO2 → SO3 → H2SO4 → (NH4)2SO4 이며, 습도가 높을 때는 부식성이 강한 산성비(acid rain)가 된다. 또한 이산화황 가스는 광화학 반응 생성물인 HO2, RO2와 반응하여 SO3로 산화되고, SO3는 대기 중의 수분과 함께 H2SO4가 된다.
또한, 수증기와 이산화황 가스의 생성 물질인 황산이 인체에 주는 피해로서, SO2는 대기 중에서 SO3로 산화된 후 수분과 함께 반응하여 SO2보다 10배정도 인체에 유해성이 있는 황산-미스트(H2SO4-mist)와 같은 오염 물질로 변환된다. 따라서, 이러한 점들을 고려하여, 제 2 검지관(116b)에서는 인체의 유해 성분인 수분 가스의 함유 여부를 측정(발색 반응형 검사)한다.
이를 위하여, 솔레노이드 밸브(110b1)를 통해 5포트 솔밸브(110)와 연결되는 제 2 검지관(116b)은, 예컨대 황산구리(CuSO4)를 이용하여 제조한 흰색의 발색 시약을 사용할 수 있으며, 유입되는 공기에 수분 가스(수증기)가 함유되어 있는 경우 발색 시약이 수증기와 반응하여 흰색이 파란색으로 변색(수분 가스의 농도에 따른 반응성 발색)하게 되며, 검사자는 이러한 검지제의 색상 변화를 보고 압축 공기 중에 인체의 유해 성분인 수분 가스(수증기)가 함유되어 있음을 인지할 수 있게 된다. 즉, 흰색의 발색 시약이 수증기에 노출되면 아래의 반응 메커니즘에 따라 파란색으로 변색되어진다.
CuSO4 + 5H2O → CuSO4 · 5H2O
한편, 유압식 압축 방법을 통해 대기 중의 공기를 압축하는 과정에서 오일 미스트가 발생할 수 있는데, 이와 같이 발생된 오일 미스트가 압축 공기 속으로 유입되면, 이러한 압축 공기를 호홉에 사용하는 소방관들의 건강에 유해한 영향을 미치게 된다. 따라서, 이러한 점들을 고려하여, 제 3 검지관(116c)에서는 인체의 유해 성분인 오일 미스트 가스의 함유 여부를 측정(발색 반응형 검사)한다.
이를 위하여, 솔레노이드 밸브(110c1)를 통해 5포트 솔밸브(110)와 연결되는 제 3 검지관(116c)은, 예컨대 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)과 황산(H2SO4)을 이용하여 제조한 노란색의 발색 시약을 사용할 수 있으며, 유입되는 공기에 오일 미스트 가스가 함유되어 있는 경우 발색 시약이 오일 미스트 가스와 반응하여 산화 환원 반응을 통해 노란색이 녹색으로 변색(오일 미스트 가스의 농도에 따른 반응성 발색)하게 되며, 검사자는 이러한 검지제의 색상 변화를 보고 압축 공기 중에 인체의 유해 성분인 오일 미스트 가스가 함유되어 있음을 인지할 수 있게 된다. 즉, 노란색의 발색 시약이 오일 미스트 가스에 노출되면 아래의 반응 메커니즘에 따라 녹색으로 변색되어진다.
Oil mist + Cr6+ → 2Cr3+
위에서 Cr6+ → 2Cr3+의 반응이 일어나기 위해서는 아래와 같은 반응식이 성립하게 된다.
K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 2K+ + Cr2O7 -2 + 14H+ + 7SO4 -2
Cr2O7 -2(주황색) + 14H+ + 6e- + Oil → 2Cr3+(녹색) + 7H2O
다음에, 이산화황(SO2)의 경우 호홉 장애를 유발하여 호홉기계 질환을 일으키며 심장질환을 악화시키는 인체의 유해 성분으로 잘 알려져 있으며, 특히 고농도일수록 비강 또는 인후에서 많이 흡수되기 때문에 호홉기계에 치명적인 장애를 유발시키는 것으로 알려져 있다.
특히, 이산화황은 눈을 자극하거나 폐자극성, 질식성 오염물질로써 기관지염, 천식, 기도폐쇄장애, 인후염, 점막자극 및 점막세포 파괴 등과 같은 호홉기 장애와 각막 및 결막의 자극, 눈 점막의 자극 등과 같은 눈의 장애를 유발하는 물질 이기 때문에 매우 중요한 체크 성분이라고 볼 수 있으며, 이를 위하여 제 4 검지관(116d)에서는 인체의 유해 성분인 이산화황 가스의 함유 여부를 측정(발색 반응형 검사)한다.
보다 상세하게, 솔레노이드 밸브(110d1)를 통해 5포트 솔밸브(110)와 연결되는 제 4 검지관(116d)은, 예컨대 녹말과 요오드(I2)를 이용하여 제조한 연보라색의 발색 시약을 사용할 수 있으며, 유입되는 공기에 이산화황 가스가 함유되어 있는 경우 발색 시약이 이산화황 가스와 반응하여 환원되면서 연보라색이 흰색으로 변색(이산화황 가스의 농도에 따른 반응성 발색)하게 되며, 검사자는 이러한 검지제의 색상 변화를 보고 압축 공기 중에 인체의 유해 성분인 이산화항 가스가 함유되어 있음을 인지할 수 있게 된다. 즉, 연보라색의 발색 시약이 이산화황 가스에 노출되면 아래의 반응 메커니즘에 따라 흰색으로 변색되어진다.
SO2 + I2 + 2H2O + 녹말 → H2SO4 + 2HI
즉, 본 실시 예의 발명에 따르면, 4개의 검지관(116a - 116d)을 통해 산소통에서 토출되는 압축 공기 내에 인체에 해로운 일산화탄소 가스, 수분 가스, 오일 미스트 가스, 이산화황 가스가 함유되어 있는지의 여부를 신속하고 정확하게 인지할 수 있다.
한편, 제어 블록(120)은, 비록 도면에서의 상세한 도시는 생략하였으나, 예컨대 OP/AMP, 아날로그 전압 처리부, A/D 컨버터, 마이크로프로세서 등을 포함하여 공기 분석 장치의 전반적인 동작 제어를 수행하는 것으로, 산소 센서(112)와 이산 화탄소 센서(114)로부터 제공되는 산소 및 이산화탄소 감지 값을 수치 값(산소는 %값, 이산화탄소는 ppm값)으로 변환하고, 이와 같이 변환된 산소 및 이산화탄소의 각 감지 값을 최종 분석 결과의 메뉴 화면 데이터의 일부로서 디스플레이 패널(122)로 전달한다.
또한, 제어 블록(120)은 디스플레이 패널(122)로부터 검사자 조작신호(스크린 터치 신호)가 입력될 때 그에 상응하는 제어 동작을 실행하며, 공기 분석 모드를 실행할 때 검사자의 인터페이스를 위한 각종 화면 데이터들(예컨대, 도 4a 내지 4d에 도시된 화면 데이터들)을 선택적으로 인출(도시 생략된 DB로부터 인출)하여 디스플레이 패널(122)로 제공하는 등의 기능을 수행한다.
더욱이, 제어 블록(120)은, 공기 분석 모드를 수행할 때 검사자의 검지관 선택 조작에 응답하여, 4개의 출력포트(110a - 110d)의 출구에 각각 장착된 4개의 솔레노이드 밸브(110a1 - 110d1)의 개폐를 위한 제어신호를 발생하여 4개의 솔레노이드 각각이 기 설정된 시간 동안 각각 개방되도록 제어한다.
예컨대, 검사자가 공기 분석 장치에 A사에서 제조한 검지관들을 삽입한 후 공기 분석 모드를 실행할 때 A사 검지관을 선택하면, 제어 블록(120)에서는 A사의 각 검지관들에 대해 기 설정된 유량만큼의 공기가 각각 유입되도록 기 설정된 시간 동안 해당 솔레노이드 밸브를 개방시킨다. 이를 위하여, 제어 블록(120)내의 도시 생략된 DB에는 검지관 제조사별로 구분된 각 검지관 정보들과 각 검지관들에 대한 공기 유량 및 밸브 개방시간이 미리 설정되어 저장되어 있다.
마지막으로, 디스플레이 패널(122)은 공기 분석 모드의 실행을 조작하기 위 한 터치스크린 기능을 갖는 패널인 것으로, 이러한 디스플레이 패널(122)에는, 일 예로서 도 4a 내지 4d에 도시된 바와 같이, 제어 블록(120)으로부터 제공되는 초기 화면, 산소통 정상 연결 화면, 냄새 테스트 결과 화면, 최종 분석 결과 화면 등의 데이터들이 디스플레이된다.
따라서, 검사자(현장 소방관 등)는 산소통(124)을 산소 배출구(126)를 분기 조인트(102)의 체결구에 연결한 후 디스플레이 패널(122)을 통해 제공되는 각종 화면들의 터치 조작(사용자 인터페이스)을 통해 산소통에 충전된 압축 공기의 성분을 간단하고 손쉽게 분석할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 5포트 솔밸브를 예시적으로 제시하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요 또는 용도에 따라, 5포트 이상의 출력포트(즉, 분석하고자 하는 유해 성분 수(검지관 수)만큼의 출력포트), 즉 멀티포트 솔밸브로 구성할 수 있음은 물론이다.
다른 한편, 비록 도면에서의 도시는 생략하였으나, 본 발명의 공기 분석 장치는 차량의 시가잭을 연결을 통해 전원을 공급하거나 혹은 아답터 등을 통해 일반 전원을 공급받는 전원 구조를 채용하는데, 이것은 휴대용 공기 분석 장비로서의 기능을 원활하게 수행할 수 있도록 하기 위해서이다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 공기 분석 장치를 이용하여 본 발명의 실시 예에 따라 휴대용 산소통의 공기를 분석하는 일련에 과정에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따라 공기 분석 장치를 이용하여 휴대용 산소통의 공기를 분석하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 검사자(소방관 등)가 디스플레이 패널(122)의 터치 조작을 통해 공기 분석 모드의 실행을 요청하면, 제어 블록(120)에서는, 일 예로서 도 4a에 도시된 바와 같이, 공기 분석 장치에 산소통(공기 탱크)을 연결하라는 의미의 안내 메시지를 인출하여 디스플레이 패널(122)을 통해 디스플레이된다.
다음에, 검사자가 산소통(124)의 산소 배출구(126)를 공기 유로(102)에 연결되는 체결구(도시 생략)에 연결하고, 레귤레이터, 즉 2차 감압기(106)를 개방하면(단계 302), 산소통(124)으로부터 토출되는 압축 공기가 1차 및 2차 감압기(104, 106) 측으로 유입되어 기 설정된 소정 레벨로 감압, 예컨대 300bar 정도의 압력이 대략 10 내지 20bar 정도의 압력으로 감압된다(단계 304).
이어서, 1차/2차 감압된 공기는 압력 센서(108)와 5포트 솔밸브(110) 측으로 각각 유입되는데, 압력 센서(108)에서는 감압된 공기의 압력을 감지하여 제어 블록(120)으로 전달하며(단계 306), 제어 블록(120)에서는 감압된 공기의 압력이 기 설정된 압력 레벨인지의 여부를 체크한다(단계 308).
이때, 제어 블록(120)으로 전달된 압력 값은 디스플레이 패널(122)로 전달되어 화면상에 디스플레이되며, 검사자는 디스플레이 패널(122)을 통해 감지된 압력 값을 시각적으로 인지할 수 있게 된다.
상기 단계(308)에서의 체크 결과, 감압된 공기의 압력이 기 설정된 압력 범위를 벗어나는 것으로 판단되면, 제어 블록(120)에서는, 일 예로서 도 4b에 도시된 바와 같이, 압력을 조절하라는 의미를 나타내는 안내 메시지를 생성하여 디스플레 이 패널(122)을 통해 디스플레이한다(단계 310).
따라서, 검사자는 2차 감압기인 레귤레이터의 밸브를 잠그고(공기 분석 모드 중지), 배기 버튼을 눌러 공기 분석 장치에 유입된 공기를 배기시킨 후 레귤레이터의 밸브를 조절하여 감압된 공기의 압력이 기 설정된 압력 레벨이 되도록 조절하며, 이후 다시 공기 분석 모드를 수행하게 될 것이다.
이어서, 검사자가 2차 감압기(106)의 밸브를 개방하면, 1차/2차 감압된 공기는 5포트 솔밸브(110)로 유입되며, 이와 같이 유입된 공기는 개방 상태를 유지하고 있는 출력포트(110e)를 냄새 테스트 배출구(118) 측으로 배출된다(단계 312). 이때, 4개의 출력포트(110a - 110d)와 다른 하나의 출력포트(110f)는 닫힘 상태를 유지하고 있다.
따라서, 검사자는 냄새 테스트 배출구(118)를 통해 배출되는 공기의 후각 인식을 통해 압축 공기에서 악취 등의 냄새가 나는지의 여부를 확인할 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(122)상에는, 일 예로서 도 4c에 도시된 바와 같이, "예" 버튼과 "아니오" 버튼을 포함하는 냄새 테스트 결과 화면이 디스플레이된다(단계 314).
도 4c의 결과 화면상에서 검사자가 "아니오" 버튼을 누르면, 제어 블록(120)에서는 현재 검사중인 산소통의 공기를 교체하라는 의미의 안내 메시지를 인출하여 디스플레이 패널(122)을 통해 디스플레이한다(단계 316).
이후, 검사자는 공기 분석 장치로부터 산소통을 분리한 후 검사하고자 하는 새로운 산소통을 연결하게 될 것이다.
이와는 달리, 검사자가 도 4c에 도시된 결과 화면상에서 "예" 버튼을 누르 면(공기에서 냄새가 나지 않으면), 제어 블록(120)에서는 검지관의 선택(즉, 검지관 제조회사의 선택)을 위한 검지관 선택 메뉴 화면을 인출하여 디스플레이 패널(122)을 통해 디스플레이하며, 검사자가 검지관 선택 메뉴 화면상의 검지관 제조회사를 선택하면(단계 318), 제어 블록(120)에서는 공기에서의 유해 성분 분석 모드를 실행하게 된다(단계 320).
즉, 검사자가 각 검지관의 양끝을 제거하고 공기 분석 장치의 해당 위치(각 검지관 삽입 위치)에 각각의 검지관을 꽂은 후 해당 검지관들의 제조회사를 선택하면, 제어 블록(120)에서는 도시 생략된 DB 탐색을 통해 선택된 각 검지관으로의 공기 유량 및 밸브 개방시간을 인지(셋팅)하고, 이와 같은 셋팅 결과에 의거하여 4개의 출력포트(110a - 110d)에 각각 연결된 4개의 솔레노이브 밸브(110a1 - 110d1)와 하나의 출력포트(110f)에 연결된 솔레노이브 밸브(110f1)를 기 설정된 시간 동안 개방시킨다.
예컨대, 분석 대상 가스가 4종류(일산화탄소 가스, 수분 가스, 오일 미스트 가스, 이산화황 가스)라고 가정할 때, 각 검지관에 흡착된 각 검지제(발색 시약)를 감압된 공기에 노출시키는 조건은 아래의 표와 같이 셋팅할 수 있을 것이다.
| CO | SO2 | H2O | OIL | |
| 유량 (LPM) | 0.2 | 0.2 | 4 | 4 |
| 반응시간 | 3분 | 1분 | 2분 | 2분 |
| 부피 | 0.6L | 0.2L | 8L | 8L |
| 설정시간 | 10분 | 10분 | 12분 | 15분 |
그 결과, 하나의 솔레노이드 밸브(110f1)의 개방 시간 동안 배출되는 감압된 공기가 산소 센서(112)와 이산화탄소 센서(114) 측으로 유입되고, 4개의 솔레노이 드 밸브(110a1 - 110d1)의 개방 시간 동안 각각 배출되는 감압된 공기가 대응하는 각 검지관(116a - 116d)으로 각각 유입된다.
따라서, 산소 센서(112)와 이산화탄소 센서(114)에서는 감압된 공기의 산소 농도와 이산화탄소 농도를 각각 감지하여 제어 블록(120)으로 전달한다.
이때, 제 1 검지관(116a)에 흡착된 검지제(발색 시약)가 흰색을 그대로 유지하면 검사자는 압축 공기에 인체에 유해한 일산화탄소 가스가 함유되어 있지 않음을 인지(해당 산소통의 사용 가능을 인지)하게 되고, 흰색에서 갈색으로 발색되면 검사자는 압축 공기에 일산화탄소 가스가 함유되어 있음을 인지(해당 산소통의 사용 불능을 인지)하게 될 것이다.
또한, 제 2 검지관(116b)에 흡착된 검지제(발색 시약)가 흰색을 그대로 유지하면 검사자는 압축 공기에 인체에 유해한 수분 가스(수증기)가 함유되어 있지 않음을 인지하게 되고, 흰색에서 파란색으로 발색되면 검사자는 압축 공기에 수분 가스가 함유되어 있음을 인지하게 될 것이다.
또한, 제 3 검지관(116c)에 흡착된 검지제(발색 시약)가 노란색을 그대로 유지하면 검사자는 압축 공기에 인체에 유해한 오일 미스트 가스가 함유되어 있지 않음을 인지하게 되고, 노란색에서 녹색으로 발색되면 검사자는 압축 공기에 오일 미스트 가스가 함유되어 있음을 인지하게 될 것이다.
마찬가지로, 제 4 검지관(116d)에 흡착된 검지제(발색 시약)가 연보라색을 그대로 유지하면 검사자는 압축 공기에 인체에 유해한 이산화황 가스가 함유되어 있지 않음을 인지하게 되고, 연보라색에서 흰색으로 발색되면 검사자는 압축 공기 에 이산화황 가스가 함유되어 있음을 인지하게 될 것이다.
즉, 본 발명의 공기 분석 방법에 따르면, 검사자는 발색 시약이 흡착하여 제조한 검지관에서의 발색 반응을 통해 인체에 유해한 성분들이 산소통의 압축 공기에 함유되어 있는지의 여부를 간단하고 손쉽게 검사할 수 있게 된다.
한편, 제어 블록(120)에서는 상술한 바와 같은 일련의 과정을 통해 검출되는 감압된 공기의 압력 값, 산소 농도 값, 이산화탄소 농도 값, 각 검지관으로의 공기 유입 완료 여부(또는 기 설정된 공기 유입 시간)를 포함하는 최종 분석 결과 화면(일 예로서, 도 4d에 도시된 최종 분석 결과 화면)을 생성하여 디스플레이 패널(122)을 통해 디스플레이한다(단계 322).
따라서, 검사자는 각 검지관에 흡착된 각 검지제의 발색 여부 인지와 디스플레이 패널(122)을 통해 디스플레이되는 최종 분석 결과 화면을 보고 현재 자신이 검사하고 있는 산소통이 사용 가능한 산소통인지 아니면 교체해야할 산소통인지를 확실하게 인지할 수 있게 된다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휴대용 산소통의 공기 분석 장치에 대한 블록구성도,
도 2는 본 발명의 공기 분석 장치에 사용되는 검지관의 구조도,
도 3은 본 발명에 따라 공기 분석 장치를 이용하여 휴대용 산소통의 공기를 분석하는 과정을 도시한 순서도,
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따라 휴대용 산소통의 공기를 분석할 때 디스플레이 패널 상에 제공되는 메뉴 화면들의 예시도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
102 : 공기 유로 104 : 1차 감압기
106 : 2차 감압기 108 : 압력 센서
110 : 5포트 솔밸브 110a - 110f : 출력포트
110a1 - 110f1 : 솔레노이드 밸브 112 : 산소 센서
114 : 이산화탄소 센서 116a - 116d : 검지관
118 : 냄새 테스트 배출구 120 : 제어 블록
122 : 디스플레이 패널 124 : 산소통
126 : 산소 배출구
Claims (13)
- 휴대용 산소통의 공기를 분석하는 장치로서,상기 휴대용 산소통의 산소 배출구와 연결되는 체결구가 일측에 형성된 공기 유로와,상기 공기 유로를 통해 유입되는 공기의 압력을 기 설정된 레벨로 감압하는 감압 수단과,상기 감압된 공기의 압력을 감지하는 압력 센서와,상기 감압된 공기의 산소 농도를 측정하는 산소 센서와,상기 감압된 공기의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서와,상기 감압된 공기에 함유된 유해 성분을 기 설정된 종류별로 측정하기 위한 발색 반응형 검지제가 각각 내장된 다수의 검지관을 갖는 검지 수단과,상기 산소 센서, 이산화탄소 센서 및 다수의 검지관으로의 공기 유입을 제어하는 공기 유량 제어 수단과,상기 감압된 공기의 압력, 산소 농도 및 이산화탄소 농도와 각 검지관으로의 공기 유입 완료 여부를 디스플레이하는 수단을 포함하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 감압 수단은,상기 공기의 압력을 기 설정된 레벨로 1차 감압하는 1차 감압기와,상기 1차 감압된 공기를 2차 감압하여 상기 감압된 공기를 제공하는 2차 감압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 1차 및 2차 감압기 각각은, 레귤레이터인 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 2차 감압기는, 밸브의 수동 조작을 통해 감압 정도를 조절 가능한 감압기인 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 검지 수단은,상기 감압된 공기에 함유된 일산화탄소 가스 농도에 따라 적응적으로 발색 반응하는 제 1 검지제가 흡착된 제 1 검지관과,상기 감압된 공기에 함유된 수분 가스 농도에 따라 적응적으로 발색 반응하는 제 2 검지제가 흡착된 제 2 검지관과,상기 감압된 공기에 함유된 오일 미스트 가스 농도에 따라 적응적으로 발색 반응하는 제 3 검지제가 흡착된 제 3 검지관과,상기 감압된 공기에 함유된 이산화황 가스 농도에 따라 적응적으로 발색 반응하는 제 4 검지제가 흡착된 제 4 검지관을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 1 검지제는, 오산화 요오드(I2O5)와 발연황산(H2S2O7)을 이용하여 제조한 발색 시약인 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 2 검지제는, 황산구리(CuSO4)를 이용하여 제조한 발색 시약인 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 3 검지제는, 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)과 황산(H2SO4)을 이용하여 제조한 발색 시약인 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 4 검지제는, 녹말과 요오드(I2)를 이용하여 제조한 발색 시약인 것 을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 공기 유량 제어 수단은,상기 다수의 검지관에 대응하는 다수의 출력포트를 갖는 멀티포트 솔밸브와,상기 각 출력포트의 출구 측에 대응하는 각 검지관의 입구 측 사이에 각각 장착된 다수의 공기 유입 개폐 수단과,상기 각 공기 유입 개폐 수단의 개폐를 각각 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 멀티포트 솔밸브는, 냄새 테스트 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 다수의 공기 유입 개폐 수단 각각은, 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 디스플레이 수단은, 터치스크린 기능을 갖는 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 휴대용 산소통의 공기 분석 장치.
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| KR1020080020606A KR20090095328A (ko) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | 휴대용 산소통의 공기 분석 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
- 2008-03-05 KR KR1020080020606A patent/KR20090095328A/ko not_active Application Discontinuation
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