본 연구 목적은 화재시에 사용하는 공기호흡기의 성능개선에 필요한 기초자료를 마련하는데 있다 공기호흡기에서 발생하는 문제점을 파악하고 부식의 발생과정을 알아보기 위하여 3가지 실험조건하에서 용기내부의 압력을 배출시킨 경우 주변 온도와의 차이를 확인하고, 용기 내 외부의 수분의 발생여부를 확인하였다. 실험조건으로 설정온도는 $-20{\sim}40^{\circ}C$이고, 용기 압력배출은 1차 감압기와 정압밸브를 사용하여 0.4~0.8MPa의 범위로 실험하였다. 실험결과 용기 외부의 온도와 수분은 변화가 없었으며, 내부에서도 수분은 발생되지 않았다. 다만, 압력게이지의 내측에서 수분이 발생하였지만 "호흡보호장비 안전관리에 관한 기준 고시"에서 제시한 25 $mg/m^3$ 범이를 초과하여 발생하지 않았다. 따라서 공기호흡기에서 가장 치명적인 문제인 용기내부에서의 수분이 발생하는 원인은 제조 및 생산과정에서 발생하기 보다는 일반적으로 사용처에서 관리 및 공기를 교체하는 과정에서 수분이 발생할 가능성이 높은 것으로 판단하였다.
본 연구 목적은 화재시에 사용하는 공기호흡기의 성능개선에 필요한 기초자료를 마련하는데 있다 공기호흡기에서 발생하는 문제점을 파악하고 부식의 발생과정을 알아보기 위하여 3가지 실험조건하에서 용기내부의 압력을 배출시킨 경우 주변 온도와의 차이를 확인하고, 용기 내 외부의 수분의 발생여부를 확인하였다. 실험조건으로 설정온도는 $-20{\sim}40^{\circ}C$이고, 용기 압력배출은 1차 감압기와 정압밸브를 사용하여 0.4~0.8MPa의 범위로 실험하였다. 실험결과 용기 외부의 온도와 수분은 변화가 없었으며, 내부에서도 수분은 발생되지 않았다. 다만, 압력게이지의 내측에서 수분이 발생하였지만 "호흡보호장비 안전관리에 관한 기준 고시"에서 제시한 25 $mg/m^3$ 범이를 초과하여 발생하지 않았다. 따라서 공기호흡기에서 가장 치명적인 문제인 용기내부에서의 수분이 발생하는 원인은 제조 및 생산과정에서 발생하기 보다는 일반적으로 사용처에서 관리 및 공기를 교체하는 과정에서 수분이 발생할 가능성이 높은 것으로 판단하였다.
This study of aims to provide basic data for improve the performance of air respirators that generate by bad influencing elements in fire emergency field. With three types of conditions set up for these tests, the pressures of containers have been extracted; the ambient temperatures have been checke...
This study of aims to provide basic data for improve the performance of air respirators that generate by bad influencing elements in fire emergency field. With three types of conditions set up for these tests, the pressures of containers have been extracted; the ambient temperatures have been checked, and the generation of moisture inside and outside container have been checked and identified. Specifically, these tests have been conducted at temperatures ranging between $-20{\sim}40^{\circ}C$. The pressures of containers have been extracted to reach between 0.4~0.8 MPa, using a pressure regulating valve. These tests have resulted in no change in the temperature and moisture outside the containers and no generation of moisture inside the containers as well. Although moisture has been generated inside the pressure gauge, the amount of moisture has not exceeded 25 $mg/m^3$, i.e. the limit suggested by the Korean Government. Therefore, it is judged that the moisture generated inside air respirators, which can be the most critical issue in the equipment, is likely to be caused in the process of managing the equipment or replacing air in the equipment at places of end-users, rather than in the process of manufacturing and production of the equipment.
This study of aims to provide basic data for improve the performance of air respirators that generate by bad influencing elements in fire emergency field. With three types of conditions set up for these tests, the pressures of containers have been extracted; the ambient temperatures have been checked, and the generation of moisture inside and outside container have been checked and identified. Specifically, these tests have been conducted at temperatures ranging between $-20{\sim}40^{\circ}C$. The pressures of containers have been extracted to reach between 0.4~0.8 MPa, using a pressure regulating valve. These tests have resulted in no change in the temperature and moisture outside the containers and no generation of moisture inside the containers as well. Although moisture has been generated inside the pressure gauge, the amount of moisture has not exceeded 25 $mg/m^3$, i.e. the limit suggested by the Korean Government. Therefore, it is judged that the moisture generated inside air respirators, which can be the most critical issue in the equipment, is likely to be caused in the process of managing the equipment or replacing air in the equipment at places of end-users, rather than in the process of manufacturing and production of the equipment.
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문제 정의
미국은 NFPA, 압축공기협회 등 공기를 취급하는 단체나 기관별로 세밀한 기술기준을 가지고 있다(3-6). 따라서 본 연구에서는 공기호흡기에서 발생하는 부식, 이물질, 공기 질(7-9)등 소방대원을 유해하는 위험요소를 분석하여 성능안전 확보에 필요한 대책을 수립하는 필요한 기조자료를 제공하고자 하였다.
따라서 공공의 업무를 수행하는 소방대원의 신체와 생명을 보호하는데 절대적인 공기호흡기에 대한 성능 안전을 확보하는 것은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 공기호흡기에서 발생할 수 있는 문제점 및 성능유지를 위한 대책을 강구하기 위하여 사용시에 발생하는 문제점을 분석하고 안전성능확보를 위한 대책에 대하여 연구한 결과는 다음과 같다.
제안 방법
공기호흡기 2 set를 −20 ℃에서 공기호흡기 안면부의 바이패스 밸브로 나오는 압력을 1차 감압압력 0.8 MPa으로 완전 배출한 뒤 내부의 수분발생여부를 확인한다.
그러나 본 연구에서는 제조과정에서 발생할 수 있는 근본적인 문제는 국내기술기준에 따른 각종 성능시험 및 검사제도가 국제수준에 준하며 공정, 품질관리 등이 진행되고 있는 것으로 판단되어 본 연구에서는 사용시에 발생할 수 있는 위험요소를 중심으로 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다.
8 MPa으로 완전 배출한 뒤 내부의 수분발생여부를 확인한다. 다음 실험조건는 공기호흡기 2 set를 40 ℃에서 안면부의 바이패스밸브로 나오는 압력을 1차 감압압력인 0.8 MPa로 완전 배출한 뒤 내부의 수분 발생여부를 확인하였다. 마지막 실험은 공기호흡기 2 set를 20 ℃에서 안면부의 바이패스밸브로 나오는 압력을 1차 감압압력 0.
8 MPa로 완전 배출한 뒤 내부의 수분 발생여부를 확인하였다. 마지막 실험은 공기호흡기 2 set를 20 ℃에서 안면부의 바이패스밸브로 나오는 압력을 1차 감압압력 0.8 MPa으로 완전 배출한 뒤 내부의 수분 발생여부를 확인한다. 또한 열풍건조기 실험으로 40 에서 공기호흡기의 상태를 파악한다.
실험은 3가지 환경조건하에서 공기호흡기의 1차 감압기를 거처 바이패스 밸브로 방출되는 압력을 설정하여 용기의 변화 및 수분의 생성여부를 확인하였다. 공기호흡기 2 set를 −20 ℃에서 공기호흡기 안면부의 바이패스 밸브로 나오는 압력을 1차 감압압력 0.
성능/효과
(3) 공기호흡기용 충전기를 교환할 때 외부 이물질 유입을 방지 하기위하여 공기호흡기 내에 잔압력을 02~0.3 MPa을 유지하는 것이 필요하다.
(5) 면체내부에서 발생하는 성애를 방지 하기 위하여 기밀성강화하고 내부압력 0.196 KPa로 유지하여야 한다.
(6) 방재선진국가과 같이 공기호흡기 충진소 설치장소는 도심에서 떨어진 청정지역에 설치하여 질 좋은 공기를 충진할 수 있도록 전용 충진소를 설치하는 것이 바랍직하다.
1. 폐기된 공기호흡기를 분석한 산소지수가 61 Wt%로 외국수준에 비하여 약 2배 이상 수분함량이 높은 것으로 알려졌다(10). 이 결과에 대한 분석은 좀더 연구가 필요한 것으로 제조후 사용과정에서 공기호흡기 일부에서 수산화알루미늄이 섞긴 이물질이 검출되었으며 또한 공기속에 윤활유까지 섞여 있는 것으로 확인됐다.
2. 공기호흡기를 착용한 자가 호흡하는 과정에서 발생하는 성애로 인한 사용자의 시야를 확보하는데 방해하는 현상이 발생하였다.
3. 용기밸브는 공기개폐장치로서 충격이나 온도 상승시 고압용기 파열 위험을 방지하는 안전밸브 등 안전장치 작동이 불량한 경우가 발생하였다.
실험조건 3가지의 결과를 알아보기 전에 상온에서 용기 외부의 온도변화를 알아보기 위하여 공기호흡기에서 1차 감압을 거쳐 바로 방출되는 4 Mpa 압력과 bypass를 통과한 압력 0.8 MPa으로 실험한 결과 4 MPa 압력에서 가장 낮은 온도인 −22 ℃, 1차 감압압력인 0.8 MPa에서 −15 ℃로 나타냈다.
8 MPa 압력으로 방출하였을 경우 용기 외부의 온도는 −27 ℃였고, 압력게이지를 개방한 후 내부에서 수분은 발견되지 않았다. 이상 실험결과에서 알수 있는 바와 같이 압력게이지를 개방 후 상온과 접촉하였을때 아주 미세한 수분이 발견되었으나 기타 실험조건에서는 수분발생이 허용기준 이내로 나타났다. 중요한 것은 주변 환경온도가 상온보다 20 ℃ 높은 40 ℃의 경우는 아주 미세한 수분도 발생하지 않은 것을 알게 되었다.
후속연구
그러나 공기호흡기는 극한 환경조건에서 사용하는 보호장비이기 때문에 지속적인 제성능을 유지할 수 있도록 체계적이고 과학적인 안전관리 대책이 필요하다. 따라서 화열, 연기 등 각종 유해가스가 다량으로 발생하는 극한 작업공간에서 국민의 생명과 재산을 보호하기 위하여 활동하는 소방대원의 생명을 지키는 것은 우리 사회 및 국민의 몫이며 이에 대한 과학적인 대책이 마련되어야 할 것이다. 공기호흡기는 경량성과 내압성을 고려하여 알루미늄재질로 제조되기 때문에 수분에 노출되면 부식(1)으로 인하여 생성된 수산화알루미늄 분말을 호흡하기 되면 치명적 손상을 가할 뿐 아니라 건강을 위협하는 원인이 될 수 있다(2).
폐기된 공기호흡기를 분석한 산소지수가 61 Wt%로 외국수준에 비하여 약 2배 이상 수분함량이 높은 것으로 알려졌다(10). 이 결과에 대한 분석은 좀더 연구가 필요한 것으로 제조후 사용과정에서 공기호흡기 일부에서 수산화알루미늄이 섞긴 이물질이 검출되었으며 또한 공기속에 윤활유까지 섞여 있는 것으로 확인됐다.
참고문헌 (10)
C. W. Lee, Y. J. Lee, S. H. Hyun, J. M. Seong, D. M. Choi and M. O. Yoon, "A Study on the Effect of Compressed Air Using Air-breathing Upon Human", Journal of Korea Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 18, No. 3, pp. 16-21 (2004).
C. W. Lee, Y. J. Lee, S. H. Hyun, J. M. Seong, Y. S. Song, D. M. Choi and M. O. Yoon, "A Study on the Actual Condition for Air Respirators Using Air-breathing", Journal of Korea Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 18, No. 4, pp. 95-102 (2004).
F. Stowell. "Respiratory Protection for Fire and Emergency Services", Fire Protection Publication Oklahoma State University (2002).
NFPA 1401:6.8.4 (2009).
J. D. Newnum. "The Effects of Elative Humidity on Respirator Performance", Master's Thsis. Graduate College The University of Iowa (2010).
C. K. Caretti, D. Scott, W. Johson, Arthur and K. Frank, "Inspiratory Flow Rates During Hard Work When Breathing Through Different Respirator Inhalation and Exhalation Reistances", Journal of Occuapational and Environmental Hygiene (2006).
Francis and E. Bicksler "The Effect of Inspiratory Air Humidity and Temperature on Performance Time While Wearing a Espirator", M.S., University of Maryland, College Park (2006).
NEMA Bulletin No. 2006-75. "The Safety Notice on the Management of Respiratory Protective Equipment".
KFI Standard, "Standard of Model Aapproval & Inspection Technology for Air Self Contained Breathing Apparatus", Korea Fire Institute of Idustry & Technology (2010).
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