5G
신소재공학과 캡스톤위키
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 비상시 산소 공급을 위한 자동 후드형 안전조끼
영문 : Automatic Hooded Safety Vest for Oxygen Supply in Case of Emergency
과제 팀명
5G조
지도교수
홍완식 교수님
개발기간
2021년 3월 ~ 2021년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 신소재공학과 2017450*** 김*수(팀장)
서울시립대학교 신소재공학과 2015450*** 손*석
서울시립대학교 신소재공학과 2017450*** 고*빈
서울시립대학교 신소재공학과 2017450*** 류*훈
서울시립대학교 신소재공학과 2017450*** 문*조
서울시립대학교 신소재공학과 2017450*** 이*형
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
밀폐공간 내에서 산소결핍, 황화수소, 일산화탄소 등에 의해 일어나는 질식사고는 지난 10년간 193건 발생하여 332명의 사상자가 발생하였으며 그중 절반이 넘는 171명이 사망하는 사고 유형이다. 밀폐공간 내 질식사고를 방지하기 위해 기본적으로 호흡용 보호구(공기호흡기 또는 송기 마스크)를 착용하지 않더라도 작업할 수 있도록 환기를 통해 밀폐공간 내부를 적정 공기 상태로 만들어야 하며 환기를 할 수 없거나 환기만으로 불충분할 경우 호흡용 보호구를 반드시 착용해야 한다는 안전 수칙이 있고 안전하다고 판단되었더라도 예상치 못한 변수로 인해 사고가 발생할 수 있으므로 예방 조치가 필요하다.
그러나 호흡용 보호구는 큰 무게와 부피, 시야 제한, 비싼 가격 등의 단점 때문에 예방책으로는 사용되기 어렵다. 이에 일부 작업장에서는 비상용 산소공급기의 휴대를 권고하는 것이 대부분이다. 하지만, 비상용 산소공급기를 휴대하였음에도 밀폐화를 인식하지 못하거나 빠른 시간 내로 착용을 하지 못하고 발생한 인명사고가 보고된 바 있다.
따라서, 본 과제는 밀폐공간 내 작업 시 예상치 못한 변수로 인한 사고 발생을 방지하기 위해 기존의 안전장비를 대체하여 신속한 착용을 가능하게 함과 동시에 기능성을 확보한 후드 형태의 비상 탈출용 산소공급 장치의 설계를 목표로 한다.
개발 과제의 배경 및 효과
개발 과제의 배경
분뇨처리장, 맨홀 내부, 오수처리장 정화조 등과 같은 밀폐공간들은 작업자의 안전을 고려한 공간은 아니지만, 노동자가 직접 들어가 작업을 해야만 한다. 그리고 이런 밀폐공간 속에는 보이지 않는 위험이 도사리고 있다. 바로 "질식"이다.
그림 1에 따르면 질식 재해를 가장 많이 일으킨 유해인자는 황화수소로, 전체 193건 가운데 55건(28.5%)을 차지했다. 황화수소는 정체된 공간에서 바닥층에 가라앉아 있다가, 퇴적물이 뒤섞일 때 뿜어져 나와 농도가 급증하게 된다. 이 뒤를 이어 산소결핍으로 인한 질식 재해는 46건이었고, 일산화탄소의 경우 39건이었다. 질식사고는 다른 사고에 비해 발생 건수는 적지만 사망률은 절반이 넘는다. 그림 1에 따르면 질식 재해 193건의 사상자 332명 가운데 171명이 죽고 161명이 다쳤다. 사망률이 51.5%다. 또한, 그림 2에 따르면, 123건의 질식 재해 가운데 죽거나 다친 임시∙일용직 노동자가 72명으로, 중대 재해 사상자의 31%를 차지한다. 하청업체 노동자는 58명으로, 25%에 해당한다. 이들이 맡은 작업은 임시∙간헐적 성격이 짙다. 임시∙간헐적 작업은 47건으로, 38%에 달했다. 질식 재해에서는 의식을 잃은 동료를 구조하려던 노동자들 또한 질식해 죽거나 다칠 수 있다. 그림 2에 따르면 123건의 질식 재해 가운데 44건이 쓰러진 동료를 구조하던 도중에 사상자가 추가로 발생한 경우다. 이에 산업안전보건공단에서는 맨홀 등 밀폐공간에서 공사 작업 시, 산소농도측정기를 통한 산소 농도의 사전 측정, 승인받은 곳에서만 작업 진행, 이동식 환기 팬, 산소 호흡기 또는 송기 마스크 사용 등의 안전 수칙을 정해 놓고 있다. 하지만, 고용노동부에서 작성된 질식사고에 대한 ‘재해조사의견서’에 123건 중 절반이 넘는 54.5%인 66건이 안전 수칙 미준수를 지적하고 있다.
즉, 밀폐공간 내 질식사고를 방지하기 위해서는 기본적으로 호흡용 보호구(공기호흡기 또는 송기 마스크)를 착용하지 않더라도 작업할 수 있도록 환기를 통해 밀폐공간 내부를 적정 공기 상태로 만드는 것이 중요하며 환기를 할 수 없거나 환기만으로 불충분할 경우 호흡용 보호구를 반드시 착용해야 한다. 그러나, 작업 중 산소농도의 급격한 변화 또는 바닥에 가라앉아 있던 유해가스의 분출로 인해 비상 상황이 발생할 수 있고 이렇게 사고를 당한 동료를 보호구 없이 구조하려다 추가로 사상자가 발생하는 경우가 빈번하다. 따라서, 측정기를 통해 환기가 이루어졌다고 판단되었음에도 호흡용 보호구를 착용한 채로 작업을 진행하고 외부의 동료는 비상용 공기호흡기를 준비해놓는 추가적인 안전 조치가 필요할 것이다. 다시 말해, 밀폐공간에서는 안전하다고 생각되는 순간에도 언제나 위험이 존재하기에 예방적으로 호흡용 보호구를 항상 착용하고 있는 것이 바람직하나 이를 준수하는 것은 어렵다고 판단된다. 그 이유는 우선 그림 3의 산소 호흡기의 경우 산소통의 매우 큰 부피와 무게, 호흡기 착용 시 시야 제한, 비싼 가격 등의 단점들일 것이다. 이에 산소통이 필요 없이 외부 공기를 사용하는 그림 4의 송기 마스크를 대안으로 제시되고 있다. 그러나 송기 마스크 또한 작업 반경을 제한하고 호스의 꼬임이나 눌림 또는 모터의 멈춤으로 인해 공기를 제대로 공급받을 수 없다는 문제가 있다. 특히 밀폐공간에서의 작업은 그림 5에서 보이듯 매우 좁은 공간에서 이루어지는 경우가 많으므로 산소 호흡기나 송기 마스크의 불편함이 더욱 크게 느껴질 것이다.
즉, 밀폐공간 내 질식사고를 방지하기 위해서는 기본적으로 호흡용 보호구(공기호흡기 또는 송기 마스크)를 착용하지 않더라도 작업할 수 있도록 환기를 통해 밀폐공간 내부를 적정 공기 상태로 만드는 것이 중요하며 환기를 할 수 없거나 환기만으로 불충분할 경우 호흡용 보호구를 반드시 착용해야 한다. 그러나, 작업 중 산소농도의 급격한 변화 또는 바닥에 가라앉아 있던 유해가스의 분출로 인해 비상 상황이 발생할 수 있고 이렇게 사고를 당한 동료를 보호구 없이 구조하려다 추가로 사상자가 발생하는 경우가 빈번하다. 따라서, 측정기를 통해 환기가 이루어졌다고 판단되었음에도 호흡용 보호구를 착용한 채로 작업을 진행하고 외부의 동료는 비상용 공기호흡기를 준비해놓는 추가적인 안전 조치가 필요할 것이다. 다시 말해, 밀폐공간에서는 안전하다고 생각되는 순간에도 언제나 위험이 존재하기에 예방적으로 호흡용 보호구를 항상 착용하고 있는 것이 바람직하나 이를 준수하는 것은 어렵다고 판단된다. 그 이유는 우선 그림 3의 산소 호흡기의 경우 산소통의 매우 큰 부피와 무게, 호흡기 착용 시 시야 제한, 비싼 가격 등의 단점들일 것이다. 이에 산소통이 필요 없이 외부 공기를 사용하는 그림 4의 송기 마스크를 대안으로 제시되고 있다. 그러나 송기 마스크 또한 작업 반경을 제한하고 호스의 꼬임이나 눌림 또는 모터의 멈춤으로 인해 공기를 제대로 공급받을 수 없다는 문제가 있다. 특히 밀폐공간에서의 작업은 그림 5에서 보이듯 매우 좁은 공간에서 이루어지는 경우가 많으므로 산소 호흡기나 송기 마스크의 불편함이 더욱 크게 느껴질 것이다.
개발 과제의 효과
따라서, 앞서 서술한 이유로 인해 산소 호흡기나 송기 마스크의 착용이 어려운 경우, 맨홀과 같은 좁은 밀폐공간에서 질식사고에 대처하기 위해 (1) 산소 호흡기나 송기 마스크보다 저렴하고 (2) 좁은 공간에서도 쉽고 빠른 착용이 가능하며 (3) 산소 공급 여부를 시각적으로 쉽게 확인할 수 있는 작품이 필요하다. 이 작품의 개발을 통해 안전 수칙의 준수가 어렵고 매우 높은 사망률을 기록하는 질식사고를 예방할 수 있다.
개발 과제의 목표 및 내용
① 후드 zip-up 형태의 두건
기존 산소 공급기는 개인이 주머니에 휴대하고 다니거나 허리에 매고 다니는 형태이다. 그러나 질식사고는 1초라도 빠르게 대처하는 것이 중요하고, 특히나 좁은 맨홀에서는 행동반경이 제한되므로 기존 형태의 두건은 신속한 착용이 어려울 것이다. 따라서 공사 현장에서 주로 착용하는 형광 안전 조끼와 벨크로 방식을 통해 탈ㆍ부착될 수 있으며 지퍼를 올리기만 하면 착용이 완료되는 후드 zip-up 형태의 두건을 제안한다. 밀폐된 공간으로 공사 작업을 들어가는 인부는 자신의 형광 안전 조끼에 후드 zip-up 형태의 산소 공급기를 부착하는 간단한 과정을 통해 비상 상황을 대비할 수 있다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
1. 공기 호흡기
호흡이 불가능한 장소나 상황(화재 현장, 화생방 상황)에서 압축공기를 이용해 호흡을 할 수 있도록 만들어진 호흡 장비.
(1) 양압식
호흡용 마스크 내의 압력을 주위보다 높게 유지시켜 유독성 물질, 즉 생화학 병기 등이 공기 중에 퍼져있을 경우 이러한 오염된 공기가 마스크 내로 침투하는 것을 막아줄 수 있다. 실린더에서 고압으로 나오는 공기를 레귤레이터를 통해 압력을 낮춘 후 마스크의 양압을 유지하게 되어있다. 음압식과의 차이로는 양압식은 밸브가 항상 열려있어 마스크 내에 항상 압력이 유지된다는 것이다. 즉, 양압모드로 사용 중에는 마스크에 틈이 생기면 공기가 빠져나오기 때문에 외부 공기가 들어오지 않는다.
(2) 음압식
음압식이란, 사용자가 숨을 들이켜 마스크 내의 밸브가 열릴 때만 작동한다는 의미이다. 양압이 유지되지 않기 때문에 주 마스크로 사용되지는 않고 보조 마스크 등에 사용되는 방식이다. 이러한 보조 마스크의 경우, 손으로 밸브를 조작할 수도 있어 피구조자에게 마스크를 씌우고 간이 인공호흡을 하는 것도 가능하다.
2. 송기 마스크
근로자의 호흡기를 보호하기 위해 외부의 공급원(콤프레셔, 공기저장탱크)으로부터 호스를 통해 마스크, 후드, 헬맷에 깨끗한 공기를 공급하는 호흡 장비.
- 특허조사 및 특허 전략 분석
1. 비상탈출용 호흡기(출원번호 : 10-1832817 B1 출원일자 : 2016.11.21)
비상탈출용 호흡기를 제공한다. 전방주시가 가능하도록 투명창을 갖추어 사용자의 머리를 덮도록 착용하는 되는 헤드부를포함하여 두건부, 산소공급부, 호흡부 등이 구성이 특징이다. 산소저장용기 및 상기 배출구에 접합가능하게 형성된 장착부, 호스 부 와 공급되는 산소의 압력에 의해 점멸되도록 형성된 조명부 등이 특징이다.
2. 비상용 산소호흡기(출원번호 : 10-1699514 B1 출원일자 : 2015.06.19)
산소저장용기 및 상기 배출구에 접합가능하게 형성된 장착부, 호스 부 와 공급되는 산소의 압력에 의해 점멸되도록 형성된 조명부 등이 특징이다.
3. 비상탈출용 호흡기(출원번호 : 10-1743271 B1 출원일자 : 2017.01.20)
비상탈출용 호흡기를 제공한다. 사용자의 머리를 덮도록 뒤집어 씌워지는 헤드부를 갖추고, 상기 헤드부로부터 하향 연장되어 사용자의 어깨를 덮는 어깨부를 갖추어 사용자가 착용하게 되는 착용부와 물어서 산소를 공급받는 마우스 피스 등이 특징이다.
- 기술 로드맵
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
