공기정화장치 및 그것을 위한 파과시간을 예측하는 방법

공기정화장치 및 그것을 위한 파과시간을 예측하는 방법{Air cleaner and method for predicting breakthrough time for same}

본 발명은 공기 중의 유해가스를 제거하기 위한 여과부를 가지는 공기정화장치 및 그를 위한 파과(破過)시간을 예측하는 방법에 관한 것이다.

구성성분으로서 유해가스를 포함하는 공기를 통과시키는 여과부를 가지고, 여과부에서 유해가스를 제거함으로써 그 공기를 정화할 수 있는 마스크 등의 공기정화장치는 주지이다. 또한, 공기정화장치 중 하나인 가스 마스크로서, 가스 마스크에서의 여과부의 하류측에 설치된 센서에 의하여 여과부를 통과한 후의 공기에 포함되는 유해가스의 농도를 알 수 있는 것은 공지이다. 여과부에서의 여과재의 파과 진행 정도를 알 수 있음으로써, 여과부의 잔존 파과시간을 알 수 있는 공기정화장치도 공지이다. 그리고, 유해가스를 포함하는 공기의 여과부에 대한 유량의 변화나 그 공기의 습도 변화에 따라서 여과부의 수명을 예측할 수 있는 공기정화장치는 공지이다.

예를 들어, 일본공개특허공보 2006-263238호(특허문헌 1)에 기재된 보호 마스크는, 흡수캔의 하류측에 흡수캔의 교환시기를 알 수 있는 반도체 후각 센서를 가진다.

일본공개특허공보 평3-207425호(특허문헌 2)에 기재된 필터 교환시기 판별장치에서는, 필터의 상류측에 제 1 가스 센서가 설치되어 있어, 외부공기에서의 악취 가스 등의 불필요한 가스의 분자 농도를 측정한다. 필터의 하류측에는 제 2 가스 센서와 풍속계가 설치되어 있다. 제 1 가스 센서가 검출한 불필요한 가스 분자 농도(C1)와 제 2 가스 센서가 검출한 불필요한 가스 분자 농도(C2)와의 차이를 산출하고, 이와 함께 풍속계를 사용하여 필터를 통과하는 단위시간의 처리풍량(Q)을 산출한다. C1, C2, Q로부터 필터에 의한 불필요한 가스의 제거량을 산출하고, 필터가 열화하는 한계 제거 악취 가스량과 제거량을 비교 판단함으로써, 파과시간이 남아 있는지 여부를 알 수 있다.

또한, 일본공개특허공보 2007-117859호(특허문헌 3)에 기재된 공기정화장치는, 가스 필터를 통과하는 공기의 유량을 감지하는 유량감지기와, 가스 필터를 통과하는 공기의 습도를 검출하는 습도감지기를 가지고, 각 감지기의 감지 데이터에 근거하여 가스 필터 소모량을 산출하며, 그 소모량에 근거하여 가스 필터의 잔존량을 예측한다. 가스 필터의 잔존량은, 여과재의 파과시간의 잔량을 의미하고 있다.

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공개특허공보 2006-263238호

특허문헌 2: 일본공개특허공보 평3-207425호

특허문헌 3: 일본공개특허공보 2007-117859호

특허문헌 1에 기재된 장치는, 흡수캔의 하류측에서 황화수소가스의 농도를 반도체 후각 센서 소자로 검출하여 그 농도가 높을 때에 경보를 발하는 것이므로, 이러한 장치에서는 작업환경에 따라서 변하는 흡수캔의 수명을 예측할 수 없다.

특허문헌 2에 기재된 장치는, 외부공기에서의 불필요한 가스의 분자 농도가 높을 때, 필터의 파과시간이 짧아지는 것을 제 1 가스 센서에 의하여 예측할 수 있는 것은 아니다. 또한, 필터의 하류측, 예를 들어 가스 마스크의 안쪽에 설치되는 제 2 가스 센서는, 정밀도가 높은 것을 사용하면 대형화되어 가스 마스크 착용자의 시야나 작업에 방해가 되는 문제가 있다. 이러한 장치에서는 또한, 필터가 열화하는 한계 제거 악취 가스량과 제거량과의 대소를 비교 판단할 뿐이므로, 필터의 열화 상황을 단계적으로 판단하는 것이 어렵다.

특허문헌 3에 기재된 장치는, 외부공기에서의 유해가스 성분의 농도가 일정할 때에 유용한 것인데, 유해가스의 농도가 시간의 경과와 함께 변할 경우에는, 이 장치를 사용할 수 없다. 또한, 가스 필터의 소모에 영향을 미치는 습도에 대해서는, 3수준의 습도에서의 가스 필터의 파단특성 곡선이 예시되어 있다. 하지만, 습도에 의하여 가스 필터의 파과특성이 크게 변하는 경우에는, 예시한 파과특성 곡선만으로는 필터 교환시기의 판별의 정확성이 부족해지는 경우가 있다. 그 때문에, 이와 같은 경우에 대응하기 위해서는, 습도의 영향을 명확하게 하는 다수의 파과특성 곡선의 수집, 즉 내용량이 큰 데이터맵의 작성이 필요하게 된다.

더욱이, 이들 종래기술은, 유해가스를 포함하는 공기에 온도변화가 있었던 경우에 대응하기 위한 수단을 가지지 않는다. 그 때문에, 여과재의 파과특성이 온도에 따라서 변하는 경우에는, 이들 종래기술에 의하여 얻어지는 정보의 정확성이 부족해지는 경우가 있다.

본 발명이 과제로 하는 바는, 여과부의 상류측 공기가 포함하는 유해가스의 농도, 여과부를 통과하는 그 공기의 유량, 그 공기의 온도 및 그 공기의 습도의 각각이 변하여도 여과부에서의 파과시간을 예측할 수 있는 공기정화장치와 그 장치를 위한 파과시간의 예측방법의 제공이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에는, 공기정화장치에 따른 발명과, 그 장치를 위한 파과시간을 예측하는 방법에 따른 발명이 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명이 대상으로 하는 것은, 유해가스를 포함하는 공기를 상류측에서 하류측을 향하여 통과시켜서 상기 유해가스를 제거하는 여과부를 구비하고, 상기 여과부의 상기 하류측에서의 상기 유해가스의 농도가 상기 유해가스에 대한 임의로 설정되는 농도인 파과농도에 도달할 때까지의 파과시간을 예측할 수 있는 공기정화장치이다.

또한, 공기정화장치에 따른 본 발명이 특징으로 하는 바는, 다음과 같다. 즉, 상기 공기정화장치는, 상기 여과부의 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 농도와, 상기 여과부를 통과하는 상기 공기의 유량과, 상기 상류측에서의 상기 공기의 온도와, 상기 상류측에서의 상기 공기의 상대습도와의 데이터를 연산처리부에 입력할 수 있다. 상기 연산처리부에서는, 상기 공기정화장치에 사용되는 상기 여과부를 위한 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 농도와, 상기 유량과, 상기 온도와, 상기 상대습도를 변수로 하는 상기 파과시간의 예측식이 프로그램되어 있어, 상기 데이터에 근거하여 상기 예측식으로부터 상기 파과시간을 예측할 수 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태 중 하나에 있어서, 상기 연산처리부에서는, 상기 공기정화장치의 사용에 앞서, 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 농도와, 상기 유량과, 상기 온도와, 상기 상대습도와, 상기 파과농도에 의하여 구성된 기준조건, 및 상기 기준조건 하에서 측정된 상기 파과시간에 근거하여 상기 예측식이 조합되어 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태 중 하나에 있어서, 상기 연산처리부에서는, 상기 여과부를 위한 상기 기준조건에서의 상기 파과시간을 상기 온도와 상기 상대습도에 근거하여 보정한다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태 중 하나에 있어서, 상기 공기정화장치가 상기 유해가스의 농도의 검출기, 상기 유량의 검출기, 상기 온도의 검출기, 및 상기 상대습도의 검출기 중 적어도 하나를 구비하고 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태 중 하나에 있어서, 상기 공기정화장치의 사용중에 있어서, 상기 여과부의 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 농도, 상기 유량, 상기 온도, 및 상기 상대습도 중에서 값이 일정한 것에 대해서는 상기 검출기를 사용하는 일이 없다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태 중 하나에 있어서, 상기 연산처리부가 코드리스(Cordless)화한 상태에서 사용된다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태 중 하나에 있어서, 상기 연산처리부에는, 상기 여과부의 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 농도, 상기 유량, 상기 온도, 및 상기 상대습도 중 적어도 하나에 대한 상기 데이터가 무선으로 입력된다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 유해가스가 임의로 선택된 유독가스인 기준 가스이고, 상기 상류측에서의 상기 기준 가스의 농도가 Co(ppm), 상기 유량이 Q(L/min), 상기 파과농도가 S(ppm)이고, 상기 하류측에서의 상기 기준 가스의 농도가 S(ppm)이 될 때까지의 시간이 상기 파과시간일 때, 상기 예측식이 하기 식에 의하여 나타난다.

파과시간 = 기준파과시간×농도변화비×유량변화비×온도변화비×습도변화비×파과농도변화비

기준파과시간: 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하였을 때, 여과부의 하류측 농도가 농도(Co)에 대한 파과농도로서 임의로 설정되는 100% 미만의 값인 A%에 도달할 때까지의 시간.

농도변화비: 유량, 온도, 습도를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 농도(Co)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 농도변화에 대한 보정계수.

유량변화비: 농도, 온도, 습도를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 유량(Q)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 유량변화에 대한 보정계수.

온도변화비: 농도, 유량, 상대습도를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 온도(T)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 온도변화에 대한 보정계수.

습도변화비: 농도, 유량, 온도를 일정하게 하고, 상대습도(RH)의 수준을 50% 이상의 1수준을 포함하는 적어도 2수준에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 습도변화에 대한 보정계수.

파과농도변화비: 농도, 온도, 습도를 일정하게 하고, 적어도 3수준의 유량(Q)에 대하여 구한 파과농도 A%에 대응하는 A% 파과시간과, 유량(Q) 중의 1수준에 있어서 파과농도 A%와는 상이한 파과농도 B%에 대응하는 B% 파과시간을 얻음으로써 산출되는 파과농도 변화에 대한 보정계수.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태 중 하나에 있어서, 상기 실시형태의 하나에 있어서의 상기 식이 하기 식 (1), (2)로 나타난다.

(1) 상대습도(RH)≥50%인 경우:

파과시간 = 1/기준파과시간×(Co ^a ×10 ^b )×(c×1/Q+d)×(i×EXP ^{j ×Q} ×Ln(S/Co×100)+1)×(e×RH+f)×(g×T+h)

(2) 상대습도(RH)<50%인 경우:

파과시간 = 1/기준파과시간×(Co ^a ×10 ^b )×(c×1/Q+d)×(i×EXP ^{j ×Q} ×Ln(S/Co×100)+1)×(g×T×+h)

상기 식 (1), (2)에 있어서,

기준파과시간: 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하였을 때, 하류측 농도가 농도(Co)에 대하여 임의로 설정되는 100% 미만의 값인 A%에 도달할 때까지의 시간.

T: 온도(℃)

RH: 상대습도(%)

a, b: 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 농도(Co)와, 각각의 농도(Co)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

c, d: 농도(Co), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 유량(Q)과, 각각의 유량(Q)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

e, f: 농도(Co), 유량(Q), 온도(T)를 일정하게 하고, 상대습도(RH)의 수준을 50% 이상의 1수준을 포함하는 적어도 2수준과, 각각의 상대습도(RH)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

g, h: 농도(Co), 유량(Q), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 온도와, 각각의 온도(T)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

i, j: 농도(Co), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 유량(Q)을 적어도 3수준으로 변화시켰을 때의 유량(Q)과 A% 파과시간과, 상기 A% 파과시간을 얻었을 때의 유량(Q)의 3수준 중의 1수준을 이용한 B% 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 연산처리부는, 상기 유해가스의 상기 기준 가스에 대한 상대파과비를 사용하여 상기 파과시간의 예측이 가능하게 프로그램되어 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 상대파과비를 사용하는 상기 파과시간의 예측에는, 상기 유해가스가 액체상태일 때의 물에 대한 용해율에 근거하는 보정이 실시되어 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 연산처리부에서는, 상기 여과부에 대한 단위시간당의 파과진행도를 구할 수 있는 동시에, 상기 파과진행도를 적산하여 상기 여과부의 파과시간을 예측할 수 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 단위시간으로서 1/6000~5/600min의 범위에 있는 시간을 사용한다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 연산처리부에서는, 상기 여과부에 대한 잔존사용비율 및 잔존파과시간 중 적어도 한쪽을 산출할 수 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 공기정화장치가 방독 마스크 및 국소배기장치 중 어느 하나이다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 방독 마스크에서는, 상기 유량의 검출기가 상기 여과부의 상류측 및 하류측 중 어느 한쪽에 세팅되어 있다.

공기정화장치에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 국소배기장치에서는, 상기 유량의 검출기가 상기 여과부의 상류측 및 하류측 중 어느 한쪽에 세팅되어 있다.

공기정화장치를 위한 파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명이 대상으로 하는 것은, 유해가스를 포함하는 공기가 공기정화장치의 여과부를 상류측에서 하류측을 향하여 통과할 때의 상기 여과부의 상기 하류측에서의 상기 유해가스의 농도가 상기 유해가스에 대한 임의로 설정되는 농도인 파과농도에 도달할 때까지의 파과시간을 예측하는 방법이다.

또한, 파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명이 특징으로 하는 바는, 다음과 같다. 즉, 상기 공기정화장치에서는, 상기 여과부의 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 농도와, 상기 여과부를 통과하는 상기 공기의 유량과, 상기 상류측에서의 상기 공기의 온도와, 상기 상류측에서의 상기 공기의 상대습도와의 데이터를 연산처리부에 입력하고, 상기 연산처리부에서는, 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 상기 농도와, 상기 유량과, 상기 온도와, 상기 상대습도를 변수로 하고, 상기 연산처리부에 프로그램되어 있는 상기 파과시간의 예측식과 상기 데이터를 사용하여 상기 파과시간을 예측한다.

파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 연산처리부에서는, 상기 공기정화장치의 사용에 앞서, 상기 상류측에서의 상기 공기에 포함되는 상기 유해가스의 농도와, 상기 유량과, 상기 온도와, 상기 상대습도와, 상기 파과농도에 의하여 구성된 기준조건, 및 상기 기준조건 하에서 측정된 상기 파과시간에 근거하여 상기 파과시간 예측식이 조합되어 있다.

파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 연산처리부에서는, 상기 여과부를 위한 상기 기준조건에 있어서의 상기 파과시간을 상기 온도와 상기 상대습도에 근거하여 보정한다.

파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 유해가스가 임의로 선택된 유독가스인 기준 가스이고, 상기 상류측에서의 상기 기준 가스의 농도가 Co(ppm), 상기 유량이 Q(L/min), 상기 파과농도가 S(ppm)이고, 상기 하류측에서의 상기 기준 가스의 농도가 S(ppm)이 될 때까지의 시간이 상기 파과시간일 때, 상기 예측식이 하기 식에 의하여 나타난다.

파과시간 = 기준파과시간×농도변화비×유량변화비×온도변화비×습도변화비×파과농도변화비

기준파과시간: 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하였을 때에 여과부의 하류측 농도가 농도(Co)에 대한 파과농도로서 임의로 설정되는 100% 미만의 값인 A%에 도달할 때까지의 시간.

농도변화비: 유량, 온도, 습도를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 농도(Co)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 농도변화에 대한 보정계수.

유량변화비: 농도, 온도, 습도를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 유량(Q)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 유량변화에 대한 보정계수.

온도변화비: 농도, 유량, 상대습도를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 온도(T)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 온도변화에 대한 보정계수.

습도변화비: 농도, 유량, 온도를 일정하게 하고, 상대습도(RH)의 수준을 50% 이상의 1수준을 포함하는 적어도 2수준에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 습도변화에 대한 보정계수.

파과농도변화비: 농도, 온도, 습도를 일정하게 하고, 적어도 3수준의 유량(Q)에 대하여 구한 파과농도 A%에 대응하는 A% 파과시간과, 유량(Q) 중의 1수준에 있어서 파과농도 A%와는 상이한 파과농도 B%에 대응하는 B% 파과시간을 얻음으로써 산출되는 파과농도변화에 대한 보정계수.

파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 실시형태의 하나에서의 상기 식이 하기 식 (1), (2)로 나타난다.

(1) 상대습도(RH)≥50%인 경우:

파과시간 = 1/기준파과시간×(Co ^a ×10 ^b )×(c×1/Q+d)×(i×EXP ^{j ×Q} ×Ln(S/Co×100)+1)×(e×RH+f)×(g×T+h)

(2) 상대습도(RH)<50%인 경우:

파과시간 = 1/기준파과시간×(Co ^a ×10 ^b )×(c×1/Q+d)×(i×EXP ^{j ×Q} ×Ln(S/Co×100)+1)×(g×T+h)

상기 식 (1), (2)에 있어서,

기준파과시간: 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하였을 때, 하류측 농도가 농도(Co)에 대하여 임의로 설정되는 100% 미만의 값인 A%에 도달할 때까지의 시간.

T: 온도(℃)

RH: 상대습도(%)

a, b: 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 농도(Co)와, 각각의 농도(Co)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

c, d: 농도(Co), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 유량(Q)과, 각각의 유량(Q)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

e, f: 농도(Co), 유량(Q), 온도(T)를 일정하게 하고, 상대습도(RH)의 수준을 50% 이상의 1수준을 포함하는 적어도 2수준과, 각각의 상대습도(RH)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

g, h: 농도(C _o ), 유량(Q), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 적어도 2수준의 온도와, 각각의 온도(T)에 있어서 여과부의 하류측 유해가스의 농도가 농도(Co)의 A%에 도달할 때까지의 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

i, j: 농도(Co), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하고, 유량(Q)을 적어도 3수준으로 변화시켰을 때의 유량(Q)과 A% 파과시간과, 상기 A% 파과시간을 얻었을 때의 유량(Q)의 3수준 중의 1수준을 이용한 B% 파과시간에 의하여 구해지는 정수.

파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 연산처리부는, 상기 유해가스의 상기 기준 가스에 대한 상대파과비를 사용하여도 상기 파과시간의 예측이 가능하게 프로그램되어 있다.

파과시간을 예측하는 방법에 따른 본 발명의 실시형태의 하나에 있어서, 상기 상대파과비를 사용하는 상기 파과시간의 예측에는, 상기 유해가스가 액체 상태일 때의 물에 대한 용해율에 근거하는 보정이 실시되어 있다.

본 발명에 있어서, '파과시간'에서의 '파과'란, 여과부에 유해가스를 포함하는 공기를 통과시켰을 때, 여과부를 통과한 후의 공기에 포함되는 유해가스의 농도가 임의의 값으로 설정되는 농도 이상의 농도가 되는 것을 의미하고 있다. 그러한 임의의 값으로 설정된 농도를 '파과농도'라고 한다. 또한, '파과시간'이란, 여과부가 '파과'에 이를 때까지의 시간을 의미하고 있다.

본 발명에 있어서 '임계값'이라고 할 때에는, 사람이 어떤 가스 농도의 유해가스를 일정 시간 계속하여 흡입하면 건강장해를 일으킬 때의 가스 농도를 의미하고 있다.

본 발명에 따른 공기정화장치는, 여과부의 상류측에서 농도를 측정하므로, 여과부의 하류측 공간이 적어도 농도측정용 센서로서 대형이고 정밀한 것을 사용할 수 있다.

이러한 공기정화장치에서는, 여과부의 상류측 공기에 포함되는 유해가스의 농도, 그 공기의 온도, 그 공기의 습도, 및 여과부를 통과하는 그 공기의 유량을 관련짓는 파과시간 산출식에 근거하여 파과시간을 산출하고 예측하므로, 공기정화장치의 사용 중에 여가부 상류측에서의 유해가스의 농도, 공기의 온도나 습도, 여과부를 통과하는 공기의 유량 중 어느 것이 변하여도, 파과시간을 정확하게 예측할 수 있다. 이것은, 여과부가 흡수캔이면 그 흡수캔의 수명을 정확하게 예측할 수 있다는 것을 의미하고 있다.

또한, 공기정화장치가 예를 들어 가스 마스크인 경우에는, 파과농도에는 임계값을 사용하고, 각 측정부의 측정간격을 짧게 함으로써, 여과부의 상류측 공기에 포함되는 유해가스의 농도, 그 공기의 온도 및 그 공기의 습도가 짧은 시간간격으로 변하거나, 여과부를 통과하는 공기의 유량이 착용자의 호흡에 따라서 시시각각으로 변하거나 하여도 파과시간을 정밀하게 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 마스크 착용자의 호흡에 추종하여 그 호흡에 따른 유량의 시시각각의 변화에 대응하는 파과진행도를 계산하여 파과시간을 예측할 수 있다. 그리고, 그에 따라 여과재가 가지는 여과능력을 효율적으로 전부 사용할 수 있다.

도 1은 공기정화장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 부분확대 단면도이다.
도 3은 방독 마스크의 파과시간을 관찰하기 위한 장치의 개략도이다.
도 4는 시험농도와 1% 파과시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 유량과 1% 파과시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 온도와 1% 파과시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 상대습도와 1% 파과시간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 관찰시간과 하류측 농도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 % 파과시간과 % 파과농도영향비(유량)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 직선의 기울기가 유량에 의하여 변하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 흡기와 호기의 유량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시형태의 일례를 나타내는 국소배기장치의 단면도이다.
도 13은 실시형태의 일례를 나타내는 도면이다.

첨부하는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공기정화장치의 상세를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 공기정화장치의 일례로서 나타내는 방독 마스크(1)의 사시도이다. 마스크(1)는 마스크 착용자(미도시)의 콧구멍과 입가를 덮을 수 있는 면체(2)와, 면체(2)의 전방에 제거 가능한 상태로 고정되어 있는 여과부(3)와, 면체(2)로부터 후방으로 연장되어 있고 착용자의 머리부에 감아 걸 수 있는 조임끈(4)을 가지고 있다. 면체(2)는 양쪽 화살표 Z의 왼쪽 방향인 마스크(1)의 전방을 향하여 연장되는 통형상부(6)를 가지고, 통형상부(6)의 전단부에는, 여과부(3)가 위치하고 있다. 면체(2)의 둘레부(7)는 마스크(1)가 착용 상태에 있을 때에 얼굴면에 밀착한다. 여과부(3)는 그 전면 부분에 통기성의 그리드부(8)를 가지고, 그리드부(8)에는 다수의 통기구멍(9)이 형성되어 있다. 여과부(3)로서 사용되는 것의 일례에는, 통형상부(6)에 대하여 착탈 가능하게 형성된 흡수캔이 있다. 한편, 통형상부(6)는, 여과부(3)를 면체(2)에 접속하기 위하여 편의적으로 형성되어 있는 것으로서, 마스크(1)에 있어서 필수인 것은 아니다.

마스크(1)는 또한, 마스크(1)의 바깥측에 있어서 여과부(3)의 근방에 위치하고 있고, 착용자 주변에서의 공기(40)에 포함된 시클로헥산이나 톨루엔 등의 유해가스의 농도를 측정하기 위한 농도측정부(21)와, 마스크(1)의 바깥측에서 통형상부(6)의 안측으로 진입하고 있는 유량측정부(22)를 가지는 것 이외에, 공기(40)의 온도를 측정하는 온도측정부(23)와, 공기(40)의 습도를 측정하는 습도측정부(24)를 가진다. 각 측정부(21, 22, 23, 24)에서는, 센서(21a, 22a)(도 2를 참조), 센서(23a, 24a)의 각각이 통신용배선(21b, 22b, 23b, 24b)을 통하여 연산처리부(25)에 전기적으로 접속되어 있다. 연산처리부(25)는 배선(26b)을 통하여 경보기(26a)에 전기적으로 접속되고, 배선(27b)을 통하여 디스플레이(27a)에 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 각 측정부(21~24)에서 연산처리부(25)로의 측정결과의 송신이나 연산처리부(25)로부터 경보기(26a) 및/또는 디스플레이(27a)로의 연산결과 등의 송신은 무선으로 행할 수도 있다.

도 1에는 마스크(1)의 가로방향과, 상하방향, 전후방향이 양쪽 화살표 X, Y, Z로 나타나고 있다.

도 2는 도 1의 II-II선을 따른 부분 단면확대도인데, 여과부(3)가 가상선으로 나타나 있다. 또한, 참고로 통형상부(6)로부터 제거된 상태에 있는 여과부(3)가 측면도로 나타나 있다. 도 2에서의 면체(2)는, 흡기구멍(11)과 배기구멍(12)을 가지고, 흡기구멍(11)에는 역지밸브(11a)가 설치되며, 배기구멍(12)에는 역지밸브(12a)가 설치되어 있다. 역지밸브(11a)는 착용자의 흡기에 의하여 가상선 상태의 역지밸브(11a)가 되어 흡기구멍(11)을 개방하고, 역지밸브(12a)는 착용자의 호기(呼氣)에 의하여 가상선 상태의 역지밸브(12a)가 되어 배기구멍(12)을 개방한다.

흡기구멍(11)의 전방에는 통형상부(6)가 있고, 그 통형상부(6)는 면체(2)에 이어지는 작은직경부(6a)와, 여과부(3)가 나사결합하는 큰직경부(6b)를 가진다. 작은직경부(6a)에는 유량측정부(22)가 설치구멍(6c)을 통하여 진입하고 있고, 유량측정용 센서(22a)가 흡기구멍(11)의 전방에 위치하고 있다. 큰직경부(6b)의 내벽면 내에는 여과부(3)를 설치하기 위한 나사산(6d)이 형성되어 있다. 큰직경부(6b)는 또한, 여과부(3)의 후단부(3b)가 기밀 상태로 눌려 접합되는 것을 가능하게 하는 고리형상 패킹(6e)을 가진다.

여과부(3)는 그 내부에 필터로서 기능하는 여과재(3a)가 충전되어 있다. 여과재(3a)에는 공기(40)에 포함되는 적어도 1종류의 특정한 유해가스를 흡착하는 데에 적합한 재료가 사용되고 있다. 마스크(1)에 있어서 여과부(3)의 파과시간이라고 할 때에는, 여과재(3a)에 대한 파과시간을 의미하고 있다. 여과부(3)의 둘레벽(3c)에 있어서의 후방 부분에는 통형상부(6)에 나사결합하는 나사산(3d)이 형성되어 있다.

마스크(1)가 착용되고 착용자의 흡기동작이 있으면, 마스크(1)의 바깥측 공기(40)가 여과부(3)를 통하여 흡기구멍(11)에 들어가, 역지밸브(11a)가 열려서 착용자의 흡기가 가능해진다. 또한, 착용자의 호기동작에 따라서 역지밸브(11a)가 닫히는 한편, 역지밸브(12a)가 열려서 호기의 배출이 가능해진다. 연산처리부(25)와, 측정부(21~24)와, 경보기(26a)와, 디스플레이(27a)가 전기적으로 ON 상태에 있으면, 여과부(3)로 진입하는 공기(40)는 농도측정부(21)의 센서(21a)에 의하여 공기(40)에 포함되는 유해가스의 농도가 검출되고, 검출 데이터가 연산처리부(25)로 보내진다. 그러한 공기(40)는 또한, 온도측정부(23)의 센서(23a)에 의하여 온도가 검출되고, 습도측정부(24)의 센서(24a)에 의하여 습도가 검출되며, 각각의 검출 데이터가 연산처리부(25)로 송신된다. 통형상부(6)의 안측, 즉 여과부(3)의 하류측에서는, 여과부(3)에서 유해가스가 흡착됨으로써 정화된 공기(40a)의 유량이 흡기구멍(11)의 전방에 위치하는 유량측정부(22)의 센서(22a)에 의하여 검출되고, 검출 데이터가 연산처리부(25)에 송신된다. 정화된 공기(40a)는 흡기구멍(11)을 통하여 면체(2)의 내부로 들어가 흡기으로서 사용된다.

여과부(3)에는 공기(40)에 포함되는 특정한 유해가스에 대한 임계값 또는 관리값으로서 채용된 최대 허용농도를 파과농도로 정하고, 공기(40a)에 포함되는 유해가스의 농도를 임계값 또는 관리값 이하로 유지할 수 있는 능력의 지속시간을 파과시간으로 나타낸 것이 있다는 것은 일반적으로 잘 알려져 있다. 마스크(1)의 착용자는, 여과부(3)의 파과시간의 잔량을 정확하게 파악할 수 있도록 마스크(1)를 관리하고, 좋은 타이밍에 여과부(3)를 교환함으로써, 파과시간을 넘은 여과부(3)의 사용에 의하여 유해가스에 노출되는 것을 회피하여, 건강장해의 발생을 방지해야만 한다.

한편, 마스크(1)에서는, 마스크(1)가 사용되고 있는 장소에서의 공기(40)에 대하여, 유해가스의 농도(Co), 공기(40)의 마스크(1)로의 유량(Q), 공기(40)의 온도(T), 공기(40)의 습도(RH) 중 어느 하나가 일정한 값인 경우에는, 그 일정한 값인 것에 대한 측정을 생략하거나 또는 측정부를 생략하여 여과부(3)의 파과시간을 측정할 수 있다. 예를 들어, 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)가 일정할 때에는, 측정부(21~24) 중에서 농도측정부(21)만을 가지는 마스크(1)로 파과시간을 예측할 수 있다. 또한, 유량(Q)만이 변하는 환경에서는, 유량측정부(22)만을 가지는 마스크(1)로 파과시간을 예측할 수도 있다.

도 1, 2에 예시하는 마스크(1)는, 파과시간에 대한 그와 같은 관리를 쉽게 하는 것으로서, 각 측정부(21, 22, 23, 24)나 연산처리부(25)는 다음과 같이 형성되어 있다.

1. 농도측정부(21)

(1) 농도측정부(21)에서의 센서(21a)는, 마스크(1)의 바깥측 공기(40)와 접촉하는 상태, 보다 바람직하게는 그와 같은 상태이면서, 호기의 영향을 받지 않는 상태로 세팅된다.

(2) 센서(21a)에 특별한 규정은 없으며, 정전위 전해식 센서, PID 센서, 접촉연소식 센서, 올가스터(orgastor)식 센서 등 다양한 방식의 센서를 사용할 수 있다. PID 센서를 사용한 Mini RAE3000(RAE사 제품)은, 농도측정부(21)로서 사용할 수 있는 구체예 중 하나이다.

2. 유량측정부(22)

(1) 유량측정부(22)에서의 센서(22a)에는 유량계가 사용된다. 그 유량계에 특별한 규정은 없으며, 조임 유량계(벤츄리계), 차압식 유량계(오리피스 유량계), 열선식 유량계, 초음파 유량계, 날개바퀴식 유량계 등 다양한 방식의 유량계를 사용할 수 있다. 또한, 유량계 대신에 유속계와 유로의 면적으로부터 유량을 구할 수도 있다. 유속계에는, 열선유속계, 전자유속계, 프로펠러식 유속계, 초음파 유속계 등 다양한 방식의 유속계를 사용할 수 있다.

(2) 센서(22a)는 도 2에 예시한 위치에 세팅되는 것이 바람직하다. 단, 그 위치는 여과부(3)에서의 통기량을 실질적으로 측정할 수 있는 적절한 위치로 대신할 수 있다.

(3) 마스크(1)가 흡기를 공급하기 위하여 전동팬을 사용하는 경우에는, 센서(22a)의 사용 대신에 전동팬의 전류값이나 소비전력, 팬모터의 회전수 등으로부터 유량을 구할 수도 있다.

(4) 또한, 흡기용 역지밸브(11a)나 배기용 역지밸브(12a)의 개구도를 근접 센서 등으로 검출하고, 그 검출결과에 근거하여 유량을 산출함으로써, 센서(22a)의 사용을 대신할 수도 있다.

(5) 더욱이, 다이어프램 등의 압력응답부재를 면체(2)에 설치하고, 응답부재의 움직임을 근접 센서 등으로 검출하여, 그 검출결과에 근거하여서 유량을 산출함으로써, 센서(22a)의 사용을 대신할 수도 있다.

(6) 면체 내의 압력변화를 압력계에 의하여 측정하고, 그 측정결과에 근거하여 유량을 산출함으로써, 센서(22a)의 사용을 대신할 수도 있다.

3. 온도측정부(23)

(1) 온도측정부(23)에서의 센서(23a)는, 마스크(1)의 바깥측 공기(40)에 접촉하는 상태에 있어서, 여과부(3) 부근이기는 하지만, 여과부(3)를 향하는 공기(40)의 흐름의 영향 및 배기구멍(12)으로부터의 배기의 흐름의 영향을 받지 않는 위치에 세팅되는 것이 바람직하다. 단, 센서(23a)가 기류의 영향을 받지 않는 성질의 것인 경우에는, 여과부(3)의 부근에 세팅할 수도 있다.

(2) 센서(23a)에 특별한 규정은 없으며, 예를 들어 반도체식 온도 센서, 밴드갭식 온도 센서, 열전대, 저항온도계(온도측정 저항체, 서미스터) 등 다양한 방식의 온도계를 사용할 수 있다.

4. 습도측정부(24)

(1) 습도측정부(24)에서의 센서(24a)는, 공기(40)에 접촉하는 상태에 있어서, 센서(23a)와 같도록 공기(40)의 흐름이나 배기의 흐름의 영향을 받지 않는 위치에 세팅되는 것이 바람직하다. 단, 센서(24a)가 기류의 영향을 받지 않는 성질의 것인 경우에는, 여과부(3) 부근에 세팅할 수도 있다.

(2) 센서(24a)에 특별한 규정은 없으며, 예를 들어 전기식 습도계(정전용량식 상대습도 센서, 고분자 전기저항식 습도계, 세라믹스식 전기저항 습도계 등), 신축식 습도계(모발습도계), 건습계 등 다양한 방식의 습도계를 사용할 수 있다.

(3) SENSIRION사 제품의 SHT75는, 센서(23a)와 센서(24a)를 겸비한 온습도측정기로서 사용할 수 있는 것의 일례이다.

5. 연산처리부(25)

(1) 연산처리부(25)는 도시예와 같이 각 측정부(21~24)로부터 유선으로 측정결과 또는 그것을 대신하는 신호가 송신되는 경우에는, 마스크(1) 착용자의 허리부나 팔부에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 도시예와는 달리, 각 측정부(21~24)로부터 무선으로 측정결과나 신호가 송신되는 경우에는, 연산처리부(25)를 코드리스화한 상태로 마스크 착용자가 휴대하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 마스크 착용자로부터 떨어져 있는 집중관리실 등의 실내에 놓고, 착용자 이외의 사람이 각 측정부로부터의 측정결과나 연산처리결과를 알 수도 있다.

(2) 연산처리부(25)는, 그것에 대하여 직접적으로, 또는 연산처리부(25)와는 별개의 외부기기로부터 간접적으로 데이터를 입력할 수 있는 것으로, 예를 들어 각 측정부(21~24)로부터 수신된 측정결과나 신호를 입력하고, 공기(40)에 포함되는 특정 유해가스에 대한 여과부(3)에서의 파과농도의 설정, 파과시간 예측식 등의 산출식의 프로그래밍, 프로그램된 파과시간 예측식에 근거하는 예측파과시간의 계산, 단위시간당 여과부(3)의 소모 정도의 계산, 그 소모 정도의 적산으로부터 도출되는 여과부(3)의 파과시간에 이를 때까지의 잔존 사용가능시간의 계산 등을 실행하는 기능을 가진다. 연산처리부(25)는 또한, 여과부(3)의 파과시간에 이를 때가지의 잔존 사용가능시간이 근소해지는 것 등에 의하여, 마스크 착용자나 그 착용자에 대한 관리자에게 주의를 촉구할 필요가 생겼을 때, 경보기(26a)를 작동시키는 것이나, 연산처리부(25)에서의 각종 연산 결과나 측정부(21~24)의 측정결과 등을 디스플레이(27a)에 표시할 수 있다. 또한, 연산처리부(25)는 특정한 유해가스 이외의 유해가스의 명칭이나 특정 유해가스에 대응한 상대파과비를 입력하면, 특정 유해가스에 대한 파과시간 예측식 등의 산출식에 그 입력한 내용을 넣을 수 있다. 본 발명에서 말하는 상대파과비란, 파과시간 예측식이 프로그래밍되어 어느 특정한 유해가스를 기준 가스로 하여, 기준 가스 이외의 임의의 유해가스를 포함하는 공기로 측정한 파과시간을 그 임의의 유해가스와 같은 농도의 기준 가스를 포함하는 공기로 측정한 파과시간에서 제외한 값을 말한다. 그 기준 가스에는, 시클로헥산이나 톨루엔 등의 일반적으로 잘 알려져 있는 유해가스를 선택할 수 있다. 상대파과비는, 다음 식 1로 나타낼 수 있다.

(상대파과비) = (유해가스의 파과시간)/(기준 가스의 파과시간) … 식 1

(3) 연산처리부(25)에는 마이크로컴퓨터나 퍼스널컴퓨터, 시퀀서 등을 사용할 수 있다.

도 3은 도 1의 방독마스크(1)에서의 여과부(3)의 파과시간 등을 측정할 수 있는 장치(100)의 개략도이다. 장치(100)에는 방독마스크(1)가 설치되어 있는 사람머리 모형(101)을 놓는 챔버(102)를 가지고, 챔버(102)의 상류측(102a)에는 공기혼합실(105)이 설치되어 있다. 공기혼합실(105)에는 건조공기 공급라인(103)과, 가습공기 공급라인(104)과, 유해가스 공급라인(106)이 연결되어 있다. 챔버(102)의 하류측(102b)에는 호흡모의장치(107)가 설치되고, 인간머리 모형(101)과 호흡모의장치(107)가 통기 파이프(108)를 통하여 연결되어 있다. 통기 파이프(108)의 상류측단부는, 인간머리 모형(101)을 관통하여 인간머리 모형(101)의 입까지 도달하고 있다. 챔버(102)의 바깥측에는 연산처리부(25)와 경보기(26a)와 디스플레이(27a)가 설치되어 있다. 연산처리부(25)는 챔버(102)의 안측에 있어서 여과부(3)의 근방에 세팅되어 있는 농도측정용 센서(21a), 온도측정용 센서(23a), 습도측정용 센서(24a)의 각각, 및 방독마스크(1)의 안측에 세팅되어 있는 유량측정용 센서(22a)와 전기적으로 연결되어 있다.

건조공기 공급라인(103)에서는, 컴프레서(미도시)에서 공기혼합실(105)을 향하여 건조공기가 공급된다.

가습공기 공급라인(104)에서는, 컴프레서(미도시)에서 보내진 건조공기가 저수탱크(104a, 104b)를 통과하여 가습공기가 되어 공기혼합실(105)에 공급된다.

유해가스 공급라인(106)에서는 컴프레서(미도시)에서 보내진 건조공기가 탱크(106a)에 들어간다. 탱크(106a)에는, 예를 들어 액체의 시클로헥산이 들어가 있고, 건조공기는 그 시클로헥산의 액체 중에 방출되며, 그에 따라서 탱크(106a) 내의 액체의 시클로헥산이 기화되고, 유해가스인 시클로헥산 가스를 포함하는 공기가 되어서 그 공기가 공기혼합실(105)을 향한다.

공기혼합실(105)은 그 실온이 파과시간 등을 측정할 때의 온도와 같은 온도로 설정되어 있다. 그 공기혼합실(105)에서는, 건조공기, 가습공기, 유해가스를 포함하는 공기가 혼합되어 파과시간을 측정하기 위하여 필요한 농도의 유해가스를 포함하고, 온도와 습도가 일정한 값으로 조정된 공기(40)가 되어 챔버(102)로 향한다.

챔버(102)의 하류측(102b)에 세팅되어 있는 호흡모의장치(107)는, 공기유량이 조정된 상태로 흡기동작과 호기동작을 반복하거나, 그 흡기동작과 호기동작과의 1분당 반복수를 바꾸거나 할 수 있는 것 이외에, 여과부(3)에 대하여 단위시간당에 대하여 일정한 유량의 공기(40)를 단속적으로 통과시키도록 흡기동작을 계속할 수 있다.

본 발명에서는, 장치(100)를 사용하여 방독마스크(1)에서의 여과부(3)의 파과시간 등을 관찰하기 위하여, 유해가스로서 시클로헥산을 사용하고, 사람머리 모형(101)에 세팅된 방독마스크(1)의 여과부(3)로서 고켄(주) 제품의 유기가스용 흡수캔 KGC-1S(여과재의 직경 78㎜, 두께 11.5㎜)를 설치하고, 그 여과부(3)의 하류측에는 여과부(3)를 통과한 후의 공기(40a)에 포함되는 유해가스의 농도를 검출하기 위한 제 2 농도검출센서(21c)(도 2를 참조)를 센서(22a)의 가까이에 세팅하였다. 챔버(102)에서는, 소요 농도의 유해가스(시클로헥산)를 포함하는 공기(40)가 여과부(3)를 통과하는 전후에서 그 유해가스의 농도를 검출함으로써, 본건발명의 발명자는, 공기(40)에서의 유해가스의 농도(Co)와 여과부(3)를 통과하는 공기(40)의 유량(Q)과 공기(40)의 온도(T)와 공기(40)의 상대습도(RH)가 여과부(3)의 파과시간(BT)에 미치는 영향, 및 여과부(3)의 파과시간(BT)의 예측에 관하여 다음의 지식을 얻었다. 한편, 제 2 농도검출센서(21c)는, 연산처리부(25)에 전기적으로 접속되어 있는 것인데, 도 2에서는 그 접속되어 있는 상태가 가상선에 의하여 나타나 있다. 공기(40)에 대하여 검토한 항목과, 검토한 항목의 각각에 대하여 채용한 농도(Co)(ppm), 유량(Q)(L/min, L:liter), 파과기준(%), 온도(℃), 상대습도(%RH)의 조건은 표 1과 같았다.

% 파과농도

(예) 시험농도 100ppm에서의 1% 파과농도: 1ppm

시험농도 600ppm에서의 1% 파과농도: 6ppm

지식 1 . 기준조건(임의의 값으로 설정한 농도(Co), 유량(Q), 온도(T) 및 상대습도(RH)의 4조건과, 이들 4조건 하에 있어서 여과부(3)의 하류측에 누출되는 유해가스의 농도의 상기 농도(Co)에 대한 비율(예를 들어 A%)(이하, % 파과농도 또는 A% 파과농도라고 함)을 정하고, 그 기준조건에 대하여 농도(Co)를 몇 가지 수준으로 바꾸어, 그 수준마다 % 파과농도(예를 들어, A% 파과농도)가 예를 들어 1% 파과농도가 될 때까지의 시간을 측정하며, 그 시간을 농도에 의존하는 1% 파과시간(약칭: 1% 파과시간(농도) 또는 1% BT _C 또는 농도변화비)으로 하면, 1% BT _C 는 농도(Co)의 수준이 상승하면 짧아지는 경향이 있었다. 표 2는 농도(Co)의 각 수준에 있어서 측정된 1% BT _C 를 나타내고 있다. 도 4는 표 2에서의 농도(Co)와 1% BT _C 가 로그관계에 있는 것을 나타내고 있다. 농도변화에 대한 이러한 관계, 즉 농도변화비는 수식화하는 것이 가능하고, 로그근사, 반비례근사, 제곱근사 등으로 나타낼 수 있으며, 일례로서 로그근사로부터 도출되는 1% BT _C 는 식 2로 나타낼 수 있다.

1% BT _C = Co ^a ×10 ^b … 식 2

a, b: 적어도 2수준의 농도(Co)를 사용하여 실험적으로 구해지는 정수.

n=3의 평균값

지식 2 . 기준조건에 대하여 유량(Q)을 몇 가지 수준으로 바꾸어, 그 수준마다 % 파과농도가 예를 들어 1% 파과농도가 될 때까지의 시간을 측정하고, 그 시간을 유량에 의존하는 1% 파과시간(약칭: 1% 파과시간(유량) 또는 1% BT _Q , 또는 파과시간의 유량변화비)으로 하면, 1% BT _Q 는 유량(Q)이 상승하면 짧아지는 경향이 있었다. 표 3은 유량(Q)의 각 수준에 있어서 측정된 1% BT _Q 를 나타내고 있다. 도 5는 표 3에서의 유량(Q)과 1% BT _Q 가 반비례 관계에 있다는 것을 나타내고 있다. 유량변화에 대한 이러한 관계, 즉 유량변화비는 수식화할 수 있고, 로그근사, 반비례근사, 제곱근사 등으로 나타낼 수 있으며, 일례로서 반비례근사로부터 도출되는 1% BT _Q 는 식 3으로 나타낼 수 있었다.

1% BT _Q = c×1/Q+d … 식 3

c, d: 적어도 2수준의 유량(Q)을 사용하여 실험적으로 구해지는 정수.

n=3의 평균값

지식 3 . 표 4는 농도(Co)가 300ppm, 유량(Q)이 30L/min의 조건 하에서 온도(T)와 상대습도(%)(RH)가 바뀌었을 때에 관찰된 1% 파과시간을 나타내고 있다. 도 6은 표 4에 있어서 농도(Co), 유량(Q), 상대습도(RH)가 일정하며, 온도(T)가 상승하면, 파과시간이 짧아지는 경향이 있다는 것을 나타내고 있다. 온도변화에 대한 그러한 경향은, 도 6이 나타내는 바와 같이 직선적이고, 수식화할 수 있으며, 예를 들어 온도 20℃에서의 파과시간을 기준으로 하여 파과시간의 비율(이하, 온도영향계수, 또는 온도변화비)을 구하면, 식 4에 의하여 나타낼 수 있었다.

온도영향계수 = g×T+h … 식 4

g, h: 적어도 2수준의 온도를 사용하여 실험적으로 구해지는 정수.

식 4는 여과부(3)에 대하여 파과시간을 계산할 때에 필요한 온도보정식이라고 부를 수 있는 것이다.

농도(Co): 300ppm

유량(Q): 30L/min

지식 4 . 표 4에서 명확하듯이, 농도(Co), 유량(Q), 온도(T)가 일정할 때, 상대습도(RH)가 50% 이상이면, 상대습도(RH)가 상승함에 따라서 파과시간은 짧아지는 경향이 있었다. 습도변화에 대한 그러한 경향은, 도 7이 나타내는 바와 같이 직선적이고, 수식화할 수 있으며, 예를 들어 상대습도(RH)가 50%인 파과시간을 기준으로 하여 파과시간의 비율(이하, RH≥50%인 경우의 습도영향계수 또는 습도변화비라고 함)을 구하면, 식 5에 의하여 나타낼 수 있었다.

RH≥50%인 경우의 습도영향계수 = e×RH+f … 식 5

e, f: 적어도 2수준(단, 상대습도(RH)가 50% 이상인 1수준을 포함)의 상대습도(RH)를 사용하여 실험적으로 구해지는 정수.

식 5는 여과부(3)에 대하여 파과시간을 계산할 때에 필요한 습도보정식이라고 할 수 있는 것이다.

또한, 표 4와 도 7에 있어서 명확하듯이, 상대습도(RH)가 50% 미만인 경우에는, 상대습도(RH)가 바뀌어도 파과시간에는 거의 변화가 없고, 그 파과시간은 상대습도(RH)가 50%인 경우의 파과시간과 거의 같았다. 그러한 경향(이하에서는 RH<50%인 경우의 습도영향계수 또는 습도변화비)은 식 6에 의하여 나타낼 수 있었다.

RH<50%인 경우의 습도영향계수 = 1 … 식 6

지식 5 . 온도(T)와 상대습도(RH)가 일정하며, 농도(Co)와 유량(Q)이 바뀔 때, 파과농도 1%에 도달할 때까지의 파과시간의 예측값인 농도와 유량에 의존하는 1% 파과시간(약칭: 1% 파과시간(농도, 유량))과 식 2의 1% BT _C 와 식 3의 1% BT _Q 는 식 7의 관계에 있었다.

1% 파과시간(농도, 유량) = (1% BT _C /기준BT)×(1% BT _Q /기준BT)×기준BT = 1% BT _C ×1% BT _Q ×1/기준BT … 식 7

기준BT: 지식 1의 기준조건에서의 파과시간을 말한다. 예를 들어, 식 2, 3에 대하여 공통의 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 대입하여 얻어지는 1% 파과시간(농도)(1% BT _C )을 의미한다. 이때의 1% BT _C 의 값은 1% 파과시간(유량)(1% BT _Q )의 값과 같다. 기준조건의 구체예를 말하면, Co=300ppm, Q=30L/min, T=20℃, RH=50%, 1% 파과시간이 있다. 기준BT의 구체예에는, 이러한 기준조건으로부터 얻어지는 1% BT _C (=1% BT _Q )가 있다.

지식 6 . 지식 1의 기준조건에 대하여 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)가 바뀔 때에 여과부(3)의 하류측이 파과농도 1%에 도달할 때까지의 파과시간의 예측값(1% 파과시간)은, 식 8-1과 식 8-2의 관계에 있었다.

1% 파과시간 = 기준파과시간×농도변화비×유량변화비×온도변화비×습도변화비 … 식 8-1

1% 파과시간 = 1/기준BT×1% BT _C ×1% BT _Q ×온도변화비수×습도변화비 … 식 8-2

지식 7 .

(1) 임의의 값의 파과농도와 농도(Co)에 대하여

a. 농도(Co) = 300ppm, 유량(Q) = 30L/min일 때의 여과부(3)의 하류측에서의 유해가스(시클로헥산)의 농도는, 관찰시간의 경과와 함께 증가하였다. 증가하는 모습은, 도 8과 같았고, 도 8에서의 1% 파과시간은 100.3분이었다.

b. 유량(Q)을 30L/min으로 고정하고, 여과부(3)의 상류측에서의 농도(Co)에 대하여, 여과부(3)의 파과로 간주하는 하류측 유해가스의 농도를 임의의 값(%)으로 설정하고, 예를 들어 0.5, 1, 3, 5, 10%로 설정하여, 그 임의의 값(%)에서의 파과시간(% 파과시간)을 측정하였다. 상류측에서의 농도(Co)는, 그 수준을 100~1800ppm 사이에서 바꾸고, 각각의 수준에 있어서 % 파과시간 중의 1% 파과시간에 대한 % 파과시간의 비율(% 파과농도 영향비(농도) 또는 농도변화비)을 구하여, 그 결과를 표 5에 나타내었다.

c. 표 5에 의하여, % 파과시간은 그것을 % 파과농도 영향비(농도) 형태로 보면, 상류측에서의 농도(Co)의 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있었다.

(2) 임의의 값의 파과농도와 유량(Q)에 대하여

a. 상류측에서의 농도(Co)를 일정하게 하고, 여과부(3)에 대한 유량(Q)을 바꾸며, 여과부(3)의 파과로 간주하는 하류측 유해가스의 농도를 농도(Co)에 대한 임의의 값(%)으로 설정하고, 예를 들어 0.5, 1, 3, 5, 10%로 설정하여, 그 임의의 값(%)에서의 파과시간(% 파과시간)을 측정하였다. 일례로서, 농도(Co)를 100ppm으로 고정하고, 유량(Q)은 그 수준을 30~120L/min 사이에서 바꾸며, 각각의 수준에 있어서 % 파과시간(% BT) 중의 1% 파과시간(1% BT)에 대한 % 파과시간의 비율(% 파과농도 영향비(유량))을 구하여, 그 결과를 표 6에 나타내었다.

b. 표 6은 농도(Co)가 100ppm일 때의 유량(Q)의 수준과 % 파과시간과의 관계를 나타내고 있다. % 파과시간은 그것을 % 파과농도 영향비(유량) 형태로 보면, 유량(Q)의 수준이 바뀔 때, % 파과농도 영향비(유량)도 변하는 것을 알 수 있었다.

c. 표 6에 있어서, 각각의 % 파과농도에서의 % 파과농도 영향비(유량)와 % 파과농도에서의 %의 로그와의 관계는 도 9가 나타내는 바와 같이 직선관계에 있고, 그 직선의 기울기는 유량(Q)에 대하여 도 10에 나타내는 바와 같이 변하였다.

d. 표 6과 도 10으로부터는, 유량(Q)과, % 파과농도와, 1% 파과시간에 대한 % 파과시간의 비율(% 파과농도 영향비(유량) 또는 임의의 파과농도(Sppm)에서의 파과시간비율)이 식 9에서 나타내는 관계에 있다는 것을 알 수 있었다.

(1% BT)에 대한 (Sppm 파과시간)의 비율 = i×EXP ^{j ×Q} ×Ln(S/Co×100)+1) … 식 9

i, j: 농도(Co), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하여 적어도 3수준으로 유량(Q)을 바꾸고, 각 수준의 유량(Q)으로 (1% BT)에 대한 (% 파과시간)의 비율을 구함으로써 얻어지는 정수(단, 파과농도는 1%로 한정되지는 않으므로, 일반적으로 말하자면, A와 B가 상이한 값일 때, 각 수준의 유량(Q)에서 A% 파과시간에 대한 B% 파과시간의 비율을 구함으로써 얻어지는 정수라고 할 수 있음).

S: 여과부(3)의 임의의 파과농도(단위: ppm)

S/Co×100: % 파과농도

식 9는 파과기준보정식이라고 할 수 있는 것으로, 이 식 중의 i×EXP ^{j ×Q} 는 이와 같은 지수근사 이외에, 선형근사, 제곱근사 등으로도 나타낼 수 있다.

지식 8 . 지식 7은 여과부(3)에 대한 파과농도를 상류 농도(Co)의 1%로 하였을 때의 예측 파과시간인 1% 파과시간이 결정되면, 여과부(3)에서의 파과농도를 임의의 값으로 설정하여도, 그 임의의 값에 대한 예측 파과시간을 하기 식 10으로 구할 수 있다는 것을 의미하고 있다.

파과시간 = 기준파과시간×농도변화비×유량변화비×온도변화비×습도변화비×파과농도변화비 … 식 10

식 10에 있어서,

기준파과시간: 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)를 일정하게 하였을 때에 여과부의 하류측 농도가 농도(Co)에 대한 파과농도로서 임의로 설정되는 100% 미만의 값인 A%에 도달할 때까지의 시간.

농도변화비: 유량, 온도, 습도가 일정한 조건 하에서 적어도 2수준의 농도(Co)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 농도변화에 대한 보정계수.

유량변화비: 농도, 온도, 습도가 일정한 조건 하에서 적어도 2수준의 유량(Q)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 유량변화에 대한 보정계수.

온도변화비: 농도, 유량, 상대습도가 일정한 조건 하에서 적어도 2수준의 온도(T)에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 온도변화에 대한 보정계수.

습도변화비: 농도, 유량, 온도가 일정한 조건 하에서 상대습도(RH)의 수준을 50% 이상의 1수준을 포함하는 적어도 2수준에 대하여 기준파과시간을 얻음으로써 산출되는 습도변화에 대한 보정계수.

파과농도변화비: 농도, 온도, 습도가 일정한 조건 하에서 적어도 3수준의 유량(Q)에 대하여 구한 파과농도 A%에 대응하는 A% 파과시간과, 유량(Q) 중의 1수준에서 파과농도 A%와는 상이한 파과농도 B%에 대응하는 B% 파과시간을 얻음으로써 산출되는 파과농도변화에 대한 보정계수.

지식 9 . 식 2~9와, ppm을 단위로 하는 파과농도에 있어서의 파과시간의 예측값이란, 여과부(3)의 상류측에서의 유해가스의 농도를 Co ppm으로 하고, 여과부(3)의 파과농도를 Sppm으로 하였을 때, 하기 식 11-1 또는 식 11-2로 나타나는 관계에 있었다.

RH≥50%의 경우에 하류측 농도가 Sppm이 될 때까지의 예측파과시간(약칭: SppmBT):

SppmBT = 1/기준BT×(Co ^a ×10 ^b )×(c×1/Q+d)×(i×EXP ^{j ×Q} ×Ln(S/Co×100)+1)×(e×RH+f)×(g×T+h) … 식 11-2

RH<50%의 경우에 하류측 농도가 Sppm이 될 때까지의 예측파과시간(약칭: SppmBT):

SppmBT = 1/기준BT×(Co ^a ×10 ^b )×(c×1/Q+d)×(i×EXP ^{j ×Q} ×Ln(S/Co×100)+1)×(g×T+h) … 식 11-2

지식 10 . 지식 1~9는 시클로헥산 이외의 유기 유해가스에 대해서도 적용된다. 시클로헥산 이외의 유해가스에 대해서는, 시클로헥산과 마찬가지로, 각각의 유해가스에서 지식 1~9를 적용하여 파과예측식을 산출하여도 좋은데, 시클로헥산에 대한 상대파과비가 기존에 알려진 유해가스인 경우에는, 시클로헥산에 대한 파과시간에 그 상대파과비를 곱한 값을 대입함으로써 파과시간을 산출할 수도 있다. 또한, 시클로헥산의 경우와 마찬가지로 하여, 시클로헥산 이외의 특정 유해가스에 대하여 파과시간 예측식을 산출하였을 때에는, 그 특정 유해가스에 대한 파과시간에 대한 상대파과비가 명확한 가스는, 특정 유해가스의 파과시간에 대하여 상대파과비를 곱한 값을 파과예측식에 대입함으로써 그 가스에 대한 파과시간을 산출할 수 있다.

도 1의 연산처리부(25)에서는 식 11-1, 11-2가 프로그램되는 동시에, RH≥50%인 경우에는 11-1을 선택하고, RH<50%인 경우에는 식 11-2를 선택하도록 프로그램된다. 연산처리부(25)는 이와 같이 프로그램되는 것 대신에 식 11-1만이 프로그램되어도 좋다. 단, 그때의 연산처리부(25)는 RH≥50%인 경우에 식 11-1을 그대로 선택하고, RH<50%인 경우에 식 11-1에 있어서 RH=50%를 선택하도록 프로그램된다.

도 1의 마스크(1)에 있어서 식 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8-2, 9, 11-1, 11-2가 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 상태인 조건 하에서, 마스크(1)의 여과부(3)에는 고켄(주) 제품의 흡수캔 KGC-1S(여과재의 직경 78㎜, 두께 11.5㎜)를 사용하고, 유해가스에는 시클로헥산을 사용하며, 유해가스의 농도(Co), 공기(40)의 유량(Q), 공기(40)의 온도(T), 공기(40)의 상대습도(RH)를 바꾸어, 여과부(3)의 파과시간을 관찰한 결과는 하기 (1)~(9)와 같았다.

(1) 여과부(3)에 대하여 온도(T)=20℃, 상대습도(RH)=50%의 공기(40)를 유량(Q)=30L/min의 비율로 통과시켰다. 공기(40)에서의 유해가스의 농도(Co)를 100ppm, 300ppm, 600ppm, 1000ppm, 1200ppm, 1800ppm의 6수준으로 바꾸고, 여과부(3)의 하류측에 누출되는 유해가스가 농도(Co)의 1%가 될 때까지의 시간인 1% 파과시간(농도)(1% BT _C )를 연산처리부(25)에 입력하여, 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 2에 대하여,

1% BT _C = Co ^-0.7863 ×10 ^3.9554 … 식 12

를 얻었다.

(2) 여과부(3)에 대하여, 온도(T)=20℃, 상대습도(RH)=50%, 유해가스의 농도(Co)=300ppm의 공기(40)를 30L/min, 40L/min, 60L/min, 80L/min, 100L/min, 120L/min의 6수준의 유량(Q)으로 통과시켜서, 각 수준에서의 1% BT _Q 를 연산처리부(25)에 입력하고, 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 3에 대하여,

1% BT _Q = 3696×1/Q-21.404 … 식 13

을 얻었다.

(3) 식 12, 13에 있어서, T=20℃, RH=50%, Co=300ppm, Q=30L/min으로 하였을 때의 1% BT _C , 1% BT _Q 를 연산처리부(25)에서 구하면 98.9분이었다. 이 조건 하에서의 1% BT _C (1% BT _Q 와 동일)를 기준BT라고 하면, T=20℃, RH=50%이며, 농도(Co)와 유량(Q)이 변하였을 때의 파과시간은 이미 나온 하기 식 7에 의하여 예측할 수 있었다.

1% 파과시간(농도, 유량) = 1% BT _C ×1% BT _Q ×1/기준BT … 식 7

(4) 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 7에 대하여, T=20℃, RH=50%, Co=600ppm, Q=40L/min의 조건을 입력하여 얻어진 계산 상의 예측파과시간은 41.8분이었다. 한편, 도 1의 마스크의 여과부(3)에 대하여 T=20℃, RH=50%, Co=600ppm, Q=40L/min의 조건에서 공기(40)를 통과시켜서 여과부(3)의 하류측에서의 유해가스의 농도가 상류측에서의 농도(Co)의 1%, 즉 6ppm이 될 때까지의 시간인 1% 파과시간을 측정하면 38.9분으로, 계산 상의 1% 파과시간(농도, 유량)인 예측파과시간과 잘 일치하였다.

(5) 마스크(1)에 있어서 RH=50%, Co=300ppm, Q=30L/min의 조건 하에서 T=15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃의 5수준으로 1% BT를 측정하고, 측정결과를 연산처리부(25)에 입력함으로써 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 4에 대하여 하기 식 14를 얻을 수 있었다.

온도영향계수 = -0.0209×T+1.4199 … 식 14

(6) 마스크(1)에 있어서 T=20℃, Co=300ppm, Q=30L/min의 조건 하에서 RH=10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%의 8수준으로 1% BT를 측정하고, 측정결과를 연산처리부(25)에 입력함으로써 RH≥50%인 경우에는 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 5에 대하여 하기 식 15를 얻을 수 있었다. 또한, R<50%인 경우에는 이미 나온 식 6과 같았다.

RH≥50%인 경우의 습도영향계수 = -0.0124×RH+1.6223 … 식 15

RH<50%인 경우의 습도영향계수 = 1 … 식 6

(7) 연산처리부(25)에 대하여, T=35℃, RH=70%, Co=300ppm, Q=30L/min의 조건을 입력하고, 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 8-2, 식 14, 15에 근거하여 계산한 1%예측파과시간은 50.8분이었다. 한편, 마스크(1)의 여과부(3)에 대하여 T=35℃, RH=70%, Co=300ppm, Q=30L/min의 조건으로 공기(40)를 통과시켰을 때에 실측된 파과농도 1%에 대한 파과시간은 49.9분이며, 계산 상의 예측파과시간과 잘 일치하였다.

(8) 마스크(1)에 있어서, T=20℃, RH=50%, Co=300ppm, Q=30L/min의 공기(40)가 여과부(3)를 통과하였을 때, 여과부(3)의 하류측에 누출되는 유해가스의 농도가 여과부(3)의 상류측 농도인 Co=300ppm에 대하여 0.5%가 될 때까지의 시간(0.5% 파과시간이라고 함. 이하 동일.), 1%가 될 때까지의 시간(1% 파과시간), 3%가 될 때까지의 시간(3% 파과시간), 5%가 될 때까지의 시간(5% 파과시간), 10%가 될 때까지의 시간(10% 파과시간)을 측정하고, 측정한 결과를 연산처리부(25)에 입력하면, 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 11-1, 11-2에 대하여 하기 식 16, 17을 얻을 수 있었다.

RH≥50%인 경우에는 식 11-1에 대하여

SppmBT = 1/기준BT×(Co ^-0.7863 ×10 ^3.9554 )×(3696×1/Q-21.404)×(0.1264×EXP ^0.0193×Q ×Ln(S/Co×100)+1)×(-0.0124×RH+1.6223)×(-0.0209×T+1.4199) … 식 16

한편, 하류측 농도가 예를 들어 5ppm일 때에는 S=5를 대입한다.

RH<50%인 경우에는, 식 11-2에 대하여,

SppmBT = 1/기준BT×(Co ^-0.7863 ×10 ^3.9554 )×(3696×1/Q-21.404)×(0.1264×EXP ^0.0193×Q ×Ln(S/Co×100)+1)×(-0.0209×T+1.4199) … 식 17

한편, 하류측 농도가 예를 들어 5ppm일 때에는 S=5를 대입한다.

(9) 식 16에 있어서 S=5로 하였을 때의 예측파과시간(5ppmBT)을 다양한 조건에 있어서 산출하는 한편, 각 조건에서의 마스크(1)의 파과시간을 실측하였다. 각 조건에서의 예측파과시간(SppmBT)과 실측파과시간은, 표 7에 나타나 있는 바와 같이 거의 일치하고 있어, 식 16에 의한 예측파과시간의 정밀도가 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 여과부(3)로서 흡수캔 KGS-1S 또는 그것과 동등한 사양의 여과부(3)를 사용하는 마스크(1)에서는, 연산처리부(25)에 식 16, 17을 프로그램해 둠으로써, 마스크(1)를 사용하기 시작하는 환경에서의 온도(T), 상대습도(RH), 농도(Co), 유량(Q)을 입력하면, 그 환경에서의 파과시간을 예측할 수 있다. 마스크(1)에 대하여, 식 16, 17을 연산처리부(25)에 입력해 두는 것의 일례에는, 여과부(3)가 제조되었을 때에 가지는 기준조건의 입력이 있다. 이러한 여과부(3)는 그것의 사용을 개시할 때, 사용환경에서의 공기(40)의 온도(T)와 상대습도(RH)를 검출하여, 식 4와 식 5에 근거하여 여과부(3)의 기준조건에 의하여 결정되는 여과능력을 사용환경에 대응하도록 보정할 수 있는 것이다.

또한, 흡수캔 KGS-1S와는 상이한 사양의 여과부(3)를 사용하는 마스크(1)에서는, 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 11-1, 11-2에 그 여과부(3)를 사용하여 얻어지는 데이터를 입력함으로써, 이들의 식 11-1, 11-2에서의 정수를 산출하면, 그 여과부(3)에 대하여도 마스크(1)를 사용하는 환경에 따른 파과시간을 예측할 수 있게 된다.

표 7의 결과는, 여과부(3)에 흡수캔 KGC-1S를 사용한 마스크(1)에 대한 파과시간의 측정을 개시하고나서 마스크(1)가 파과할 때까지의 동안에, 외부공기인 공기(40)에 대한 온도(T), 상대습도(RH), 농도(Co), 유량(Q)이 일정하다고 간주할 수 있는 조건 하에서의 검토결과이다. 여기에서, 유량(Q)이 일정하다는 것은, 공기(40)의 흐름이 정상류이거나, 또는 정상류가 아니어도 정상류로 간주할 수 있는 흐름이라는 것을 의미하고 있다.

마스크(1)는 이러한 조건 하에서 사용되는 것 이외에, 온도(T), 상대습도(RH), 농도(Co), 유량(Q) 중 적어도 하나가 시간의 경과와 함께 변하는 조건 하에서 사용되는 경우가 많다. 마스크(1)에서의 유량(Q)이 착용자의 호흡의 반복에 따라서 시시각각 변하고 있다는 예는, 그 조건의 전형적인 예이다.

도 11은 착용자가 호흡을 할 때의 흡기와 호기에서의 여과부(3)의 공기유량이 시간의 경과와 함께 변한다는 맥동류의 일례를 나타내는 도면이다. 도 11에 있어서, 공기(40)를 흡입하는 흡기동작은, 1회의 공기유량, 즉 흡기량이 1.5L이고, 1분 동안 20회 반복된다고 상정되어 있으며, 1회의 호흡동작에는 3초를 필요로 하고, 1회의 호흡동작으로 변하는 공기유량은 정현파를 그린다고 상정되어 있다. 이와 같은 호흡동작에 있어서, 도 2의 유량측정부(22)는, 흡기동작에서의 공기유량을 검출대상으로 한다. 호기동작에서의 공기유량은, 여과부(3)를 통과하는 것은 아니므로, 유량측정부(22)에서는 그 유량을 0으로 하여 취급한다. 도 11에서의 쇄선(DL)은, 그 유량측정부(22)의 검출대상이 되는 공기 유량의 변화를 나타내고 있다. 여과부(3)의 유량(Q)이 그 쇄선(DL)과 같이 변하는 조건 하에 있어서 마스크(1)의 파과시간을 예측하기에는, 단위시간(t)마다 유량(Q)을 측정하여, 시간이 경과함에 따르는 마스크(1)에 대한 단위시간당 파과진행도를 아는 것이 바람직하다. 단위시간(t)은, 임의의 시간으로 설정할 수 있는데, 착용자의 호흡에 따르는 유량(Q)의 시시각각의 변화에 대응하는 파과진행도를 계산하기에는 1/6000min(0.01초)~5/600min(0.5초)인 것이 바람직하다. 도 11에서의 꺾은선(G)은 단위시간(t)을 1/600min(0.1초)로 하고, 그 0.1초 동안에는 유량이 일정한 정상류라고 가정한 경유의 유량의 변화를 나타내고 있다. 농도(Co), 유량(Q), 온도(T), 상대습도(RH)는, 유량(Q)과 같은 단위시간(t)으로 측정하여도 좋은데, 유량(Q)과 같이 시시각각 변화하지 않으면, 유량(Q)에 대하여 적용하는 단위시간보다 긴 단위시간, 예를 들어 10min(600초) 또는 그 이상으로 긴 단위시간으로 측정하여도 좋다. 파과진행도는 연산처리부(25)에 프로그램되어 있는 식 16, 17에서의 SppmBT를 이용하여 하기 식 18과 같이 정의된다.

파과진행도 = 단위시간(t)/SppmBT … 식 18

식 18은 마스크(1)가 파과농도(Sppm)에 도달할 때까지 필요한 파과시간, 즉 SppmBT에 대한 단위시간당 파과진행도를 산출하는 식이다. 예를 들어, 단위시간(t)을 1/600min(0.1초)로 하고, Sppm을 5ppm으로 하였을 때, 식 18은,

파과진행도 = 1/600/5ppmBT

가 된다.

연산처리부(25)에 대하여 식 18을 프로그램하고, Co=300ppm, 맥동 유량 30L/min(도 11에 예시된 1.5L×20회/min의 정현파 맥동류), T=20℃, RH=50%, 파과기준농도 5ppm, 단위시간(t)=1/600min(0.1초)을 연산처리부(25)에 입력하고, 파과진행도를 적산한 값이 1이 될 때까지의 시간을 연산하여, 연산결과로서 예측파과시간 91.9분을 얻었다. 그리고, 마스크(1)에 대하여 파과농도를 5ppm으로 하였을 때의 파과시간을 실측한 결과는 94.6분이며, 예측파과시간에 거의 일치하였다.

파과진행도가 프로그램되어 있는 연산처리부(25)에서는, 마스크(1)의 사용개시 후에서의 임의의 시점에서의 여과부(3)의 사용비율이나 잔존사용비율(잔존수명) 등을 하기 식 19~21에 의하여 산출할 수 있다.

여과부(3)의 사용비율(%) = 파과진행도×10 … 식 19

여과부(3)의 잔존사용비율(%) = 100-사용비율(%) … 식 20

여과부(3)에 대한 잔존시간 = (여과부(3)의 사용시간/파과진행도)-(여과부(3)의 사용시간) … 식 21

식 19~21에 의한 연산결과는, 연산처리부(25)에서의 디스플레이(27a)에 표시할 수 있다. 또한, 산출결과에 근거하여 경보기(26a)를 작동시킬 수도 있다.

이와 같이 단위시간마다 농도(Co), 유량(Q) 등의 환경조건을 입력하여 파과진행도를 산출할 수 있는 마스크(1)는, 마스크(1) 착용 중의 환경조건이 시간의 경과와 함께 변하여도, 그 변화에 대응한 파과시간을 산출할 수 있으므로, 파과진행도가 1을 넘은 상태에서 여과부를 사용하는 상태, 예를 들어 파과농도가 유해가스의 임계값으로 설정되어 있는 경우에는, 유해가스가 여과부의 하류측에 임계값보다 높은 상태로 유출되고 있음에도 불구하고, 여과부를 교환하지 않고 마스크(1)의 착용이 계속되는 위험한 상태의 발생을 방지할 수 있다. 더욱이, 파과진행도가 예를 들어 0.9에 도달한 시점에서 경보기가 작동하도록 연산처리부(25)가 설정되어 있으면, 마스크 착용자는 충분한 여유를 가지고 유해가스가 존재하는 장소로부터 유해가스가 존재하지 않는 장소로 이동할 수 있다. 즉, 마스크 착용자가 이동하고 있는 도중에 흡수캔이 파과상태가 되어버림으로써, 마스크 착용자가 임계값보다 높은 농도의 유해가스에 노출되는 상황의 발생을 방지할 수도 있다.

마스크(1)에서의 여과부(3)의 상류측에 있는 공기(40)는, 복수 종류의 유해가스, 예를 들어 시클로헥산과 톨루엔의 혼합 가스를 포함하는 경우가 있다. 이와 같은 공기(40)에 대하여 사용하는 마스크(1)에서는, 연산처리부(25)에 있어서 시클로헥산만을 포함하는 공기(40)에 대한 파과시간 예측식 11-1, 11-2를 작성한다. 다음으로, 톨루엔만을 포함하는 외부공기에 대한 파과시간 예측식 11-1, 11-2을 작성한다. 그리고, 각각의 유해가스에 대하여 파과시간 예측식 11-1, 11-2로부터 산출되는 파과진행도의 식에 단위시간마다의 농도를 입력한다. 시클로헥산과 톨루엔의 파과진행도의 적산 결과의 합계가 1이 된 시점이 마스크(1)에서의 혼합가스에 대한 파과시간이다.

하기 식 22는, 식 16에서의 기준BT 대신에 상대파과비(RBT)를 사용하여 파과시간을 예측하는 것이다. 시클로헥산 가스의 상대파과비를 1로 하였을 때의 그 밖의 유해가스의 상대파과비는 표 8에 예시되어 있다. 즉, 이들의 상대파과비는 당업자간에서 주지의 것이다.

BT(SppmBT) = 0.00997/RBT×((3273×RBT+452)/Q-((3273×RBT+452)/30-100.3×RBT))×((Co ^-0.7863 ×10 ^3.9554 )×(1+log(300)/log(Co)×(RBT-1)))×T))) ^-0.6135 )×Ln(S/Co×100)+1)×(-0.0207×(T-20)×1/RBT ^{1 /2} +1)×(-0.0124×(RH-50)×1/RBT ^{1 /2} +1) … 식 22

상기 식 22에 있어서,

RBT: 상대파과비

1/기준RBT = 0.00997/상대파과비

유량존재부분: ((3273×RBT+452)/Q-((3273×RBT+452)/30-100.3×RBT))

농도존재부분: ((Co ^-0.7863 ×10 ^3.9554 )×(1+log(300)/log(Co)×(RBT-1)))

임의의 파과기준에서의 파과시간비율: ((0.2222×(0.00997×((3273×RBT+452)/Q-((3273×RBT+452)/30-100.3×RBT))) ^-0.6135 )×Ln(S/Co×100)+1)

온도존재부분: (-0.0207×(T-20)×1/RBT ^{1 /2} +1)

습도존재부분: (-0.0124×(RH-50)×1/RBT ^{1 /2} +1)

표 8에는, 흡수캔 KGC-1S를 설치한 도 1의 마스크(1)를 사용하여 각종 유해가스(시험가스)의 1% 파과시간을 식 22에 의하여 측정하였을 때의 값과 실측하였을 때의 값이 정상류인 경우와 맥동류인 경우에 대하여 나타내고 있다. 한편, 맥동류는, 유량(Q)이 30L/min일 때에는 1.5L×20회/min의 정현파의 맥동류, 유량(Q)이 20L/min일 때에는 1.0L×20회/min의 정현파의 맥동류이다. 맥동류에서의 예측에서는, 식 18에서의 단위시간(t)으로서 1/600min(0.1초)이 사용되고 있다.

하기 식 23은, 물에 대한 유기용제의 용해율(Hy%)을 고려하여 넣고 파과시간을 산출하도록 식 22가 보정된 것이다. 여기에서 말하는 유기용제는, 그 증기가 유해가스로 간주되고 있는 것이다.

용해율: 물에 대한 용해도×100(%)

BT = 0.00997/RBT×((3273×RBT×452)/Q-((3273×RBT+452)/30-100.3×RBT))×((Co ^-0.7863 ×10 ^3.9554 )×(1+log(300)/log(Co)×(RBT-1)))×3×RBT))) ^-0.6135 )×Ln(S/Co×100)+1)×(-0.0207×(T-20)×1/RBT ^{1 /2} +1)×(-0.0124×(RH-50)×(100-Hy)/100×1/RBT ^1/2 +1) … 식 23

표 8에 있어서, 용해율(Hy)이 20% 이상인 MEK나 셀로솔브 등에서는 상대습도(RH)가 80%일 때, % 파과시간의 예측값과 실측값과의 차이가 커지는 경향이 있었다. 식 23에서는 식 22에서의 습도존재부분, 즉 (-0.0124×(RH-50)×1/RBT ^{1 /2} +1)을 (-0.0124×(RH-50)×(100-Hy)/100×1/RBT ^{1 /2} +1)으로 보정함으로써, 예측값('용해율을 고려한 예측값')을 실측값에 근접시킬 수 있었다(표 8을 참조). 한편, 식 23에 있어서 용해율(Hy)은 최대값을 50(%)으로 하였다. 용해율이 50% 이상에서는 파과시간에 대한 영향에 변화가 없으므로, 용해율이 100% 이상이어도 50%로 하여 계산하였다.

하기 식 24는 도 1의 마스크(1)에 있어서 예측식 16을 가지는 흡수캔 KGC-1S 대신에 사용한 여과재의 두께가 상이한 고켄(주) 제품의 흡수캔 KGC-1L(여과재의 직경 78mm, 두께 22.5mm)에 대하여 KGC-1S와 같은 순서에 의하여 구한 파과시간 예측식이다. 즉, 흡수캔 KGC-1L에 대하여도 표 1에서의 온도(T), 상대습도(RH), 농도(Co), 유량(Q)에 대한 시험조건을 적용하여, 농도(Co) 등이 변할 때의 파과시간에 대한 영향을 관찰하였다. 기준조건에는 온도(T)=20℃, 상대습도(RH)=50%, 농도(Co)=300ppm, 유량(Q)=300L/min, 1% 파과시간(농도)을 채용하였다. 이러한 기준조건에 대하여 온도(T)=20℃, 상대습도(RH)=50%, 농도(Co)=600ppm, 유량(Q)=80L/min일 때의 식 24에 의한 1%예측파과시간은 58.2분이고, 1% 파과시간의 실측값은 61.9분이었다. 같은 시험조건에서의 5ppm 예측파과시간은 56.7분이고, 5ppm 파과시간의 실측값은 60.1분이었다. 또한, 농도(Co)가 1800ppm이고, 유량(Q)이 80L/min일 때의 1%예측파과시간은 22.8분이고, 1% 파과시간의 실측값은 23.2분이었다. 같은 조건에서의 5ppm예측파과시간은 18.7분이고, 5ppm파과시간의 실측값은 18.2분이었다. 이와 같이, 흡수캔 KGC-1L의 경우에도 파과시간의 예측값과 실측값은 잘 일치하였다.

BT = 0.00306×(Co ^-0.8541 ×10 ^4.6328 )×(10300×(1/Q)-24.233)×((0.0724×EXP ^(0.0082×Q) )×Ln(S/Co×100)+1) … 식 24

한편, 식 24에 있어서,

1/기준BT = 0.00306

농도존재부분: (Co ^-0.8541 ×10 ^4.6328 )

유량존재부분: (10300×(1/Q)-24.233)

임의의 파과기준에서의 파과시간비율: ((0.0724×EXP ^(0.0082×Q) )×Ln(S/Co×100)+1)

온도(T)는 20℃, 상대습도(RH)는 50%로 고정하고 있다.

도 12는 실시형태의 일례인 국소 배기장치(50)의 측부단면도이다. 국소 배기장치(50) 또한 공기정화장치라고 부를 수 있을 것으로서, 장치(50)의 상류측에는 작업용 부스(55)가 형성되어 있다. 부스(55)로부터는 하류측을 향하여 제 1 덕트(51)가 연장되어 있다. 제 1 덕트(51)의 하류측 단부는, 여과재(3a)를 가지는 여과부(3)로 이어져 있다. 여과부(3)로부터는 하류측을 향하여 제 2 덕트(52)가 연장되어 있다. 제 2 덕트(52)의 하류측 단부는 배기실(56)로 이어져 있다. 배기실(56)에는 배기용팬(57)이 있고, 부스(55)의 내부 공기(60)를 상류측에서 하류측으로 이동시키는 동시에, 배기실(56) 밖으로 청정공기(61)로서 배출할 수 있다. 제 1 덕트(51)의 안쪽에는 농도측정부(21), 유량측정부(22), 온도측정부(23), 습도측정부(24) 각각의 센서(21a, 22a, 23a, 24a)가 세팅되어 있다. 측정부(21, 22, 23, 24)의 각각은 연산처리부(25)와 전기적으로 연결되어 있다. 그 연산처리부(25)는 경보기(26a)나 디스플레이(27a) 등의 표시수단을 가지고 있다. 도 12에 있어서 측정부(21, 22, 23, 24)의 각각과 연산처리부(25)와는 무선으로 연결할 수 있다. 연산처리부(25)와 경보기(26a)나 디스플레이(27a)도 무선으로 연결할 수 있다.

장치(50)에서는 유해가스가 부스(55)에서 발생한다. 이러한 유해가스를 포함하는 공기(60)는, 도 1에서의 공기(40)에 상당하는 것으로, 여과부(3)에 있어서 정화되어 청정공기(61)가 되어 배출된다.

장치(50)에서는 또한, 여과부(3)의 상류측과 하류측에서의 공기(60)의 유량이 실질적으로 같으므로, 유량측정용의 센서(22a)가 여과부(3)의 상류측에 세팅되어 있다. 단, 유량 센서(22a)는 도 2의 예와 같이 여과부(3)의 하류측에 세팅할 수도 있다.

도 13은 실시형태의 일례인 방독마스크(1)를 나타내는 도면이다. 이러한 마스크(1)는 송기관(70)을 통하여 면체(2)를 향하여 흡기용 공기를 공급하는 송기유닛(71)을 가지고, 면체(2)와 송기유닛(71) 사이에는 유량계(72)와 흡착제 유닛(73)이 설치되어 있으며, 사람머리 모형(75)에 설치되어 있다. 도시되어 있지는 않지만, 방독마스크(1)는 도 1과 같은 농도측정부, 온도측정부, 습도측정부, 연산처리부를 가진다. 송기유닛(71)으로부터의 흡기용 공기의 공급량은 항상 일정하므로, 유량계(72)는, 도시예와 같이 흡착제(73)의 상류측에 설치되어 있어도 좋은데, 하류측에 설치되어 있어도 좋다.

1: 공기정화장치(마스크)
3: 여과부
3a: 여과재
21: 농도측정부
21a: 검출기(센서)
22: 유량측정부
22a: 검출기(센서)
23: 온도측정부
23a: 검출기(센서)
24: 습도측정부
24a: 검출기(센서)
25: 연산처리부
26a: 경보기
27: 디스플레이
40: 외부공기
50: 국소배기장치
60: 공기
71: 송기유닛
72: 유량측정부(유량계)
Co: 농도
Q: 유량
T: 온도
RH: 상대습도