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[소방관이 개발한 소방장비] 김서림 방지기능 및 안경렌즈 기능을 갖는 ‘공기호흡기 마스크용 안면창’

아홉 번째 이야기

경기 용인소방서 황선우 | 기사입력 2020/08/20 [10:00]

[소방관이 개발한 소방장비] 김서림 방지기능 및 안경렌즈 기능을 갖는 ‘공기호흡기 마스크용 안면창’

아홉 번째 이야기

경기 용인소방서 황선우 | 입력 : 2020/08/20 [10:00]

이번 호에 소개할 발명 소방장비는 김서림 방지기능과 안경렌즈 기능을 갖는 ‘공기호흡기 마스크용 안면창’이다.

 

소방대원이 화재현장에서 공기호흡기 마스크를 착용하고 활동할 때 마스크 안면창에서 김서림을 방지함은 물론 안경을 착용한 상태에서도 소방활동에 임할 수 있도록 고안됐다.


 

발명의 배경

소방용 공기호흡기 마스크는 안면창을 통해 외부 상황을 파악할 수 있다. 안면창은 통상 폴리카보네이트 등의 합성수지 또는 유리로 이뤄져 투명하게 제작돼 외부 상황 파악이 가능하다. 그러나 기온이 낮아지는 9월 중순쯤부터 약 6월 중순까지 화재진압을 하거나 소방훈련을 할 때 안면창 내부와 외부의 온도차로 인해 김서림 현상이 심하게 일어난다.

 

따라서 착용자는 급박한 상황에서도 김서림 현상이 사라질 때까지 기다려야 하는 문제가 있었다. 또 소방용 공기호흡기 마스크를 착용할 때 안경을 벗어놓고 착용해야 하므로 시력이 나쁜 소방대원은 시계 불량에 따른 불편함을 감수하고 업무에 임해야 했다.

 

안전사고에 언제든지 노출될 수 있는 위험이 있음에도 말이다. 이 같은 문제점 해결을 위해 마스크 안면창에 김서림(성에) 방지기능이 있고 안경렌즈를 끼우거나 부착할 수 있도록 하는 ‘공기호흡기 마스크용 안면창’을 발명하게 됐다.

 

발명의 이해 

이 제품은 투명한 기판 위에 도전성 나노 물질을 반도체ㆍ인쇄공정으로 고르게 도포하고 전극을 형성한다. 이후 외부(공기호흡기 등지게 전원)에서 센서가 포함된 제어회로로 상온의 온도를 유지해 김서림(성에)을 방지할 수 있다.

 

더 자세하게 설명하면 마스크 안면창 표면에 투명 열선이 구성되고 이 투명 열선에 전원을 공급하면 김서림(성에) 발생이 차단되는 원리다. 즉 일정한 온도 이하가 되면 열이 공급되도록 하고 반대로 일정한 온도 이상이 되면 열공급이 차단되도록 했다. 이로써 마스크 안면창이 항상 일정한 온도가 유지돼 김서림(성에)이 방지된다.

 

▲ 이해도


발명을 시행하기 위한 구체적인 내용

마스크 안면창에 습도나 김서림 상태를 감지하는 센서가 한쪽에 설치된다. PSUㆍ센서와 전기적으로 연결되며 센서가 감지한 습도ㆍ김서림 상태 정보로부터 PSU의 온ㆍ오프를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 게 특징이다. 김서림을 방지함은 물론 사용자 시력에 맞게 렌즈나 안경을 착용한 상태에서도 지장 없이 업무에 임할 수 있도록 했다.

 

※ 부호의 설명

100...안면창   200...투명 열선   300...PSU    400...마스크 

500...센서   600...컨트롤러

▲ [도면 1] 마스크용 안면창의 전체적인 구조를 나타낸 사시도(대표도)

 

이 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하면 [도면 1]은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크용 안면창의 전체적인 구조를 나타낸 사시도다.

 

안면창(100)에 투명 열선(200)이 배치되고 투명 열선(200)은 전원공급 유닛(300, 이하 ‘PSU’)으로부터 전원을 공급받는다. 센서(500)는 김서림 여부를 감지하고 컨트롤러(600)는 센서(500)의 감지 정보에 따라 PSU(300)의 가동 여부를 제어하는 구조다.

 

안면창(100)은 시계를 확보하고 외부 상황 파악이 가능하도록 설치됐다. 통상 폴리카보네이트와 같은 합성수지 또는 유리 등으로 제작된다. 투명 열선(200)은 안면창(100) 표면에 배치돼 착용자의 시계 확보에 지장을 주지 않도록 투명 재질의 전열 필름 같은 걸 채용할 수도 있다. PSU(300)는 마스크(400)의 한쪽에 설치되고 투명 열선(200)과 전기적으로 연결돼 투명 열선(200)에 전원을 공급하는 역할을 한다.

 

센서(500)는 안면창(100)에 설치돼 PSU(300)와 전기적으로 연결되며 안면창(100) 내ㆍ외측의 습도나 김서림 상태를 감지한다. 컨트롤러(600)는 마스크(400) 한쪽에 설치되고 PSU(300)ㆍ센서(500)와 전기적으로 연결된다. 센서(500)가 감지한 습도ㆍ김서림 상태의 정보로부터 PSU(300) 온ㆍ오프를 제어한다.

 

따라서 안면창(100) 외측 표면에 김서림 현상이 발생한다든가 습도의 변화를 센서(500)가 감지하면 이 정보를 컨트롤러(600)에 전달하게 된다. 컨트롤러(600)는 PSU(300) 가동을 지시한다. 이후 PSU(300)는 투명 열선(200)에 전원을 공급해 안면창(100) 외측 표면을 가열한다. 김서림 현상이 사라져 습도 변화가 생기면 센서(500)는 다시 이 정보를 컨트롤러(600)에 전달해 PSU(300) 가동을 멈추게 한다.   

 

 

※ 부호의 설명

100...안면창   110...렌즈 홈    200...투명 열선    700...렌즈

▲ [도면 2] 본 발명의 다양한 실시 예(안경렌즈 홀)에 따른 마스크용 안면창을 나타낸 개념도


이 발명의 다른 실시 예에 따른 마스크용 안면창은 [도면 2]와 같이 시력이 나쁜 착용자에게도 원활한 시계 확보성을 제공할 수 있도록 안면창(100) 내측 표면에 사용자 시력에 따른 도수 렌즈(700) 가장자리에 렌즈 홈(110)이 더 형성된다.

 




※ 부호의 설명

100...안면창 120...고정틀 122...거치편

124...승강편

126...가이드 홈 

130...안경 프레임용 고정틀

200...투명 열선  800...안경 연결편 

900...안경 프레임 

▲ [도면 3] 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 마스크용 안면창을 나타낸 개념도(A)




 

 

※ 부호의 설명

100...안면창 124...승강편

126...가이드 홈  

130...안경 프레임용 고정틀

 

▲ [도면 4] 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 마스크용 안면창을 나타낸 개념도(B)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

또 다른 실시 예에 따른 마스크용 안면창은 [도면 3], [도면 4]와 같이 안경을 쓰는 사용자가 안경을 벗을 필요가 없다. 안면창(100) 안쪽 표면에 사용자의 좌우 안경렌즈를 연결하는 안경 연결편(800)이 있다. 이를 고정하는 고정틀(120)을 더 포함할 수도 있다.

 

고정틀(120)은 안경 연결편(800) 아래쪽 가장자리가 거치되도록 한다. 안면창(100) 안쪽 표면으로부터 돌출된 거치편(122)과 거치편(122) 위쪽에서 오르내릴 수 있게 배치된다. 안경 연결편(800)이 위쪽 가장자리에 접촉되는 승강편(124)을 포함할 수도 있다.

 

승강편(124)은 다양한 두께를 가진 안경 연결편(800)에 대응할 수 있도록 마련됐다. 안면창(100)의 위쪽 가장자리로부터 거치편(122)까지 안면창(100) 안쪽 표면에 형성된 가이드 홈(126)을 따라 오르내릴 수 있게 된다.

 

안면창(100) 안쪽 표면으로 사용자의 좌우 안경렌즈를 고정하는 안경 프레임(900)의 바깥쪽을 고정하는 안경 프레임용 고정틀(130)을 추가할 수도 있다.

 

이처럼 이번 발명은 김서림을 방지함은 물론 사용자의 시력에 맞게 렌즈나 안경을 착용한 상태에서도 지장 없이 업무에 임할 수 있도록 하는 마스크용 안면창을 제공한다. 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자라면 변형이나 응용이 가능할 것이다.

 

특허출원을 위한  그간의  노력

▲ 샘플 제작(성에 방지용 투명 열선이 추가된 공기호흡기 마스크)


발명의 용도(다양한 용도의 응용 기술)

PET 기판의 투명발열체는 90% 이상의 투과율을 확보할 수 있으며 1% 이하의 Haze 특성을 가진다. 3차 원곡면 등에도 direct patterning 공정 기술을 이용해 도전을 균일하게 도포할 수 있어 다양한 분야에 응용 가능한 기술이다.

 


발명의 기대효과

1. 안면창 표면에 걸쳐 PSU에 의해 전원을 공급받아 작동되는 투명 열선을 설치해 동절기에도 김서림 현상에 따른 문제없이 바로 현장과 훈련 등에 임할 수 있다.

2. 시력이 나쁜 소방공무원들이 안경을 벗지 않고 안경을 고정해 작업할 수 있으므로 시계 확보의 곤란성을 없애고 안전사고에 노출될 우려를 불식시킬 수 있다. 활동상의 제약도 없애줄 수 있다.

3. 이 기술은 다양한 산업분야에 적용할 수 있다. 

4. 상품화를 통한 국익 창출에 이바지할 수 있다.

 

개발자의 바람

이번 발명이 소방현장에 보급되기 위해선 소방청 차원에서 공기호흡기 마스크 제작에 관한 규격서(KFI) 개정이 필요하다. 우리나라 소방관서뿐 아니라 해외에 수출해 국익을 창출하기 위해 소방청에서 힘써 줬으면 하는 게 발명자로서의 바람이다.

 

본 발명에 대한 궁금한 점은 <119플러스>로 연락 주시기 바랍니다.

 

경기 용인소방서_ 황선우

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2020년 8월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

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