1. 개요
<소방관용 공기 호흡기. 저작자: Joshua Sherurcij>
호흡이 불가능한 장소나 상황(화재, 화생방, 수중)에서 압축공기를 이용해 호흡을 할 수 있도록 만들어진 호흡 장비. 흔히 압축공기 실린더는 산소통, 호흡기는 산소호흡기로 알려져 있는데 산소만 들어가지는 않으며, 순산소로만 호흡하면 중독 위험이 있어서 오히려 위험하다.[2]
2. 작동 방식
작동 방식에 따라 크게 양압식, 음압식으로 나눌 수 있으며, 지상용 호흡기의 경우 주로 양압식이 사용된다. 반대로 스쿠버 다이빙용 호흡기는 음압식이 사용된다.2.1. 양압식
Positive PressureFree Flow Regulator
양압이란 주위 기압보다 높은 기압이라는 의미로서, 호흡용 마스크 내의 압력이 주위보다 높게 유지된다는 의미이다. 유독성 물질, 즉 생화학 병기 등이 공기 중에 퍼져있을 경우 이러한 오염된 공기가 마스크 내로 침투하는 것을 막아주기 위함이다.[3] 실린더에서 고압으로 나오는 공기를 레귤레이터를 통해 압력을 낮춘 후 마스크의 양압을 유지하게 되어있다.
음압식과의 결정적 차이로 양압식은 밸브가 항상 열려있어 마스크 내에 항상 압력이 유지된다는 것이며, 즉 양압모드로 사용 중 마스크에 틈이 생기면 공기가 빠져나온다(=외기가 들어오지 않는다.).
2.2. 음압식
Negative PressureDemand Regulator
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 요구조자에게 마스크를 씌우고 간이 인공호흡을 하는 것도 가능하다.
스쿠버 다이빙용 호흡기는 기본적으로 음압식이며, 밸브가 고장날 시 호흡이 가능하도록 프리플로우가 나도록 설계하기도 한다.
3. 상세
양압식 단락에서 서술하였듯 유독기체로부터 호흡기를 보호하기 위함이며, 따라서 위험환경에서 작업하는 인원들이 많이 사용하는 장비이다. 즉 소방관, 군인, 공장, 광산, 유전 등. 호흡기 없이는 아예 호흡이 불가능한 수중 스쿠버 다이빙에선 필수품.유독기체로부터 호흡기를 보호할 수 있다는 점에서는 방독면과 일맥상통하는 장비이나, 가격 차가 현저하다. 공기호흡기의 경우 옵션(부식방지 처리, 실린더 용량, 부수기재)에 따라 2~300만원을 오가는 편이지만 군용 방독면은 대략 십수만원대라 하니.
군의 관점에서 보면 생화학병기로부터 호흡기를 보호함에 있어 방독면보다 성능과 지속성은 우월하나 장비의 부피, 가격과 공기통의 무게 때문에 전군에게 보급하는 건 당연히 불가능하고, 필수 인력에게만 지급한다( 항공소방병, 화학병).
3.1. 구성품
3.1.1. 실린더
공기 호흡기에서 가장 중요한 부품 첫째.압축공기를 저장하는 실린더. 원통형으로 생겼으며, 금속으로 만들어진 봄베 위에 탄소섬유, 유리섬유를 적층성형하는 식으로 내압성을 강화하여 만든다. 기존에는 통짜 스틸이나 알루미늄으로 제작된 실린더가 대부분이나 지상에서 등에 메고 사용하기엔 상당히 무겁기 때문에 탄소섬유 등으로 경량화를 이룬 제품이 많이 쓰이고 있다. 대략 50분어치의 공기를 저장할 수 있는 모델은 약 300 bar[4]를 저장하며, 이 경우 최대 내구 압력은 약 500 bar이다. [5]
실린더도 꾸준히 발전이 이뤄지고 있어서 신형일수록 좋아지는데, 간단하게는 소재를 통짜 금속에서 탄소섬유를 비롯한 합성소재를 사용한다거나, 실린더에 단순하나마 압력계가 추가되고, 호흡기에 물려진 채로도 공기를 충전할 수 있는 충전용 주입구가 생긴다거나 하는 식이다.
실린더에는 관리규정이 적용되는데, 내압검사와 위생검사가 그것이다. 내압검사는 앞서 말했듯 내압성능을 제대로 유지하고 있는지 사용 압력 이상의 공기를 충전해보고서 이상이 있는지 검사하는 것이며, 위생검사는 내부에 부식이나 미생물 번식등이 있는지를 검사해 썩은 공기를 들이키지 않게 예방하는 것이다. 특히 탄소섬유 보강 실린더의 경우 충격이나 긁힘으로 인한 미세한 크랙이 안전성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 검사가 중요하다.
실린더에도 자체적으로 밸브가 장착되어있는데, 이 밸브를 열지 않으면 당연히 실린더 내의 압축공기를 쓸 수 없다.[6]
지상에서 실린더를 사용하는 경우엔 무게 때문에[7] 화재 및 화생방 현장은 물론이고 페인트볼과 같은 레저 영역까지도 탄소섬유제가 상당히 보편화됐지만 무게가 큰 의미가 없어지는 수중 다이빙의 경우 아직도 스테인리스 스틸 및 알루미늄 실린더가 절대적으로 많이 쓰인다.
그래도 실린더 무게가 가벼우면 장비를 가지고 이동할 때나 입을 때 등등 지상에서 편리하지 않나 할 수 있지만, 정작 경량화로 인해 발생한 미칠듯한 부력을 끌어내려야 잠수가 가능하기 때문에 어차피 실린더에서 줄어든 무게만큼 다이버가 납 무게추를 차야 한다. 거기다 탄소섬유 소재 특성상 어디 부딪히거나 긁히기만 해도 못 쓰게 될 수도 있는 단점이 있고, 실린더 자체의 수명도 15년 정도로 수십년 이상 쓸 수 있는 금속제 실린더에 비해 단점이 커서 거의 사용하지 않는다. 어차피 잠수 후 중성부력을 잡은 뒤부턴 무게도 느껴지지 않기 때문에 여러모로 장점보다 단점이 크다.
3.1.2. 지게
등지게라고도 하며 실린더를 결합해 등에 질 수 있도록 만들어진 부품. 하네스(어깨끈, 허리끈), 레귤레이터, 압력계 등과 일체형으로 되어있으며, 경보기, 점멸장치에 사용되는 배터리를 수납하기도 한다.압력계는 축광식으로 되어있어 어두운 곳에서도 쉽게 확인할 수 있고, 압력이 낮아지면 경보음을 울린다(구형은 호루라기식, 신형은 전자음).
점멸장치는 사용자의 위치를 표시할 수 있도록 일정 간격동안 LED가 점멸하도록 되어있으며, 고립되거나 부상당했을 시 구조를 요청할 수 있도록 경보장치를 내장한 모델도 있다. 따로 들고다니던 물건을 지게에 통합한 것. 작동 후 내장된 센서에 일정 시간동안 움직임이 감지되지 않으면 소리가 울리며, 수동으로 작동시킬 수도 있다.
3.1.3. 안면부
공기 호흡기에서 가장 중요한 부품 둘째.면체, 마스크라고도 하며 이름대로 얼굴에 대는 부분. 공기를 공급받아 양압이 유지된다는 것을 제외하면 방독면과 흡사한 형태이다.[8] 다만 시야확보의 용이성을 위해 렌즈는 국군의 군용 방독면이 아닌 전차, 민간용 등에 쓰이는 1안식으로 되어있다. 저시력자를 위한 안경도 장착 가능하다. 군부대의 경우 보급이 부대마다 달라 전원에게 지급되는 경우도 있으나 한명도 받지 못하는 경우도 있다. 물론 안경 프레임이 보급되더라도, 전역자 발생, 신병 전입마다 개인에 맞춰서 도수를 바꿔야 할 것이다.[9] 또한 방독면과 비슷하게 콧김에 흐려지는 걸 막기 위해 흐림 방지 스프레이가 같이 동봉되기도 한다.
실린더에서 나온 공기가 레귤레이터를 통해 8bar 가량으로 감압된 후 면체로 전달되며, 다시 면체의 입 부분에 붙은 양압 조정기를 통해 감압된 공기가 호흡기로 공급된다. 이 양압조정기는 유지보수, 수리 등을 위해 분리 가능하다.
면체에 붙은 양압 조정기에는 각종 밸브가 장착되어있으며, 세가지 밸브가 있다.
- 대기-양압 조정 밸브는 실린더에서 오는 공기유입을 조절하며, 실린더의 밸브에 이어 두번째 스위치라고 보면 된다. 근래 만들어지는 신형 모델은 FBO(First Breath Open) 방식으로 되어 들숨을 크게 들이쉬면 '퍽' 하는 소리와 함께 밸브가 열려 숨이 트이도록 만들어져 있다. 반대로 밸브를 닫을 때는 버튼으로 눌러 공기를 차단하도록 되어있다.
- 공기 개폐 밸브는 외부와의 밀폐 여부를 조정하는 밸브로, 대기호흡으로 설정 시 면체가 개방상태가 되며, 외부 공기로 호흡할 수 있다.[10]
- 바이패스 밸브는 면체의 양압 조정기를 거치지 않고 바로 공기가 유입되게 하는 밸브이다. 이것을 열면 대기 호흡 상태가 된 것 처럼 공기가 마구 새며, 이를 이용해 호스 내의 잔압을 제거하거나, 실린더의 잔압이 얼마 남지 않았을 때 마지막 한모금까지 긁어서 들이마시기 위한 밸브이다.
최신식의 경우 FBO식 밸브 적용 뿐 아니라 HUD로 공기 잔량이 표시되는 모델도 있다 한다.[11]
3.1.4. 보조 마스크
요구조자에게도 공기를 공급하기 위한 부수기재이며, 대한민국 소방관들에게 지급되는 공기 호흡기엔 모두 장착되어있다.여기엔 안타까운 사연이 있는데, 1996년 3월 13일, 가스탱크에서 질식한 가스공사 직원에게 자신의 공기호흡기를 구조 대상자에게 씌워주었던 박재석 소방사의 희생이 있었기 때문이다.
크기는 면체에 비해 굉장히 작아 산업용 방독면 정도의 크기이며, 양압 조정기나 렌즈는 붙어있지 않다.
음압식으로 작동되며, 수동 밸브가 달려서 간이 인공호흡도 가능하다. 단, 보조 마스크까지 동시에 사용할 경우 이용 가능시간이 단축됨에 유의해야 한다.
4. 사용법
4.1. 착용법
우선 등지게를 둘러메고, 멜빵을 조인다. 실린더의 무게때문에 조이기 힘들 수 있는데, 제자리에서 뜀뛰며 등지게를 띄우며 조이면 손쉽게 조일 수 있다. 멜빵 다음에는 가슴끈과 허리 끈을 체결 후 조인다.
이후 면체를 쓰는데, 끈을 1/3 정도 조인 후 방독면과 비슷한 요령으로 착용한다. 이후 끈을 튼튼히 조여 틈이 없게 하며, 면체에 연결된 호스의 수 커플링을 등지게의 암 커플링에 딸깍 소리가 나게 연결한다. 이 때 주의할 점은 실린더의 밸브를 미리 열어버리면, 호스에 압력이 차버리기 때문에 연결하기 힘들 수 있다(고작 8 bar이기 때문에 힘으로 연결할 수도 있지만).
연결된 후 실린더의 밸브를 먼저 열고, 여유가 있다면 압력계로 공기 잔량을 확인한다. 잔량이 충분하면 면체 양압조정기의 대기-양압 밸브를 양압으로 설정, 이후 양압조정기의 개폐 밸브를 조작(FBO 식이라면 크게 들숨을 들이쉰다)해 개방한다.
이제 공기가 면체에 공급되며 양압상태가 설정될 것이다.
4.2. 기타 및 팁
- 실린더는 살살 다루자. 어딘가에 찍혀서 균열이라도 가면 좋지 않다. 아무리 탄소섬유, 유리섬유로 강화했어도 고압용기는 세심하게 다뤄야한다. 착용 후에도 몸을 돌리거나 하면서 어디에 찍히지 않도록 조심하는 것이 좋다.
- 충전시에는 꼭! 꼭 한번 더 용기의 용량을 체크해라. 예를 들어 150bar 용량 실린더를 물린 채 실수로 300bar로 충전을 한다면? 150bar 실린더는 최대 압력이 250bar 가량이니 그대로 놔두면 용기 파열로 인한 끔찍한 참사를 초래할 수 있다.
- 면체, 실린더와 등지게는 신형과 구형을 혼용해선 안된다. 150bar용 등지게에 300짜리 실린더를 물리면 레귤레이터가 손상될 수 있다고 하니 주의할 것.
- 굉장히 상식적인 얘기지만 공기 잔량이 얼마 남지 않아 경고음이 들리기 시작하면 그냥 위험지대에서 벗어날 것. 당신의 생명을 위해 하는 말이다. 화재현장에서 호루라기 비슷한 소리가 들리면 그건 공기 부족 경고음이다.
- 만일 착용 후 밸브를 모두 개방했는데, 어디선가 공기가 새는 소리가 들린다면 일단 실린더의 밸브를 잠근 후 각 기재간의 연결을 확인하자. 호흡기의 호스는 굉장히 튼튼하게 만들어져서 웬만한 굴절이나 압력에는 터지는 일이 없으니, 보통은 커필링의 연결 문제 등이다. 가장 가능성이 높은 것은 면체를 대기호흡 상태로 설정하고 밸브를 여는 것. 의외로 자주 실수하는 부분. 애초에 밸브가 턱 쯤에 있다보니 보면서 돌릴 수가 없고, 손에 익히거나 남이 해주는 방법 외엔 없기 때문. 다른 원인으론 실린더와 레귤레이터 간의 연결과, 면체와 양압조정기의 연결, 면체와 안면의 밀착 부실 정도가 있을 수 있다.
- 공기 충전시에는 습도를 체크할 것. 습도가 높을 때 공기를 충전하면 습도가 높은 공기가 그대로 충전되며, 이대로 오래 두면 내부가 부식될 수 있다. 고성능 충전기의 경우는 전자식 습도계가 부착되어 충전되는 공기의 습도가 너무 높으면 기계가 정지되도록 하거나, 일부 충전기의 경우 자체적으로 습기를 제거해 주기도 하지만, 그런 게 없는 경우는 최대한 맑은 날에 건조한 공기를 넣자.
- 충전시에는 가끔씩 수증기를 빼줄 것. 공기가 압축되면서 수증기가 응축되곤 하는데, 몇분에 한번씩 충전기의 드레인 밸브를 열어 빼주자. 공기 압축 과정에서 모인 물과 오일이 빠져나온다. [12]
- 양압 상태의 면체 내는 단열 팽창 현상에 의해 제법 시원하게 유지되는데, 이는 실린더의 공기를 뺄 때도 적용된다. 실린더를 분리하고 잔압을 전부 빼려 밸브를 열면, 한여름에도 실린더 주입구에 성에가 낀다! 동상에 주의하자. 단 물이 같이 생기니[13] 반대로 충전시에는 뜨거워진다.
- 소방법에 따라 일정 규모 이상의 건물에는 공기호흡기를 비치하게 되어있어, 극장 등에서 자주 볼 수 있다. 가장 가까운 곳으로는 아마도 지하철 역의 비상용구함. 다만 대부분은 일반인이 쓰라고 놔둔 거 아니다. 애초에 착용법도 복잡하고, 이건 그곳에 있을지도 모르는 전문가(비번 소방대원)를 위한것이다. 화생방 상황이나 화재 상황에서는 그냥 빨리 신속하게 밖으로 나가거나 안전지대로 이동하는 게 답이다. 애초에 비치된 수량만 보면 답 나온다.
- 국내의 공기호흡기는 대부분 산청 주식회사의 물건들이다. 군부대나 민간 소방서 등 폭넓게 사용되는 중. 과거 공기호흡기 국산화를 진행하던 때에 산청에서 처음 공기호흡기를 개발하면서, 관련 규정이나 기준을 산청에서 작성했다. 외국 제품들의 경우 가격이 비싸긴 하지만, 산청의 제품과 비교할 수 없을 정도로 우수하다. 하지만, 비합리적인 (산청에서 만든)국내 규정의 제한에 걸려 관공서나 지하철역 등에 배치하는 공기호흡기는 산청에서 독점하고 있다. 단적인 예로, 등지게에 부착되는 점멸장치의 경우 9V배터리만을 사용해야 한다. 이게 왜 비합리적인가 하면, 9V 배터리의 경우 용량은 600mAh이다(Energizer, Duracell 등). AA건전지의 경우 최소가 1500mAh이상이다. AA건전지의 전압이 1.5V대로 낮다고 하더라도 직렬로 2개 혹은 그이상을 연결하여 사용할 경우 용량은 비교 할 수 없다. 리튬 폴리머 셀을 사용한다면 용량과 더불어 충전하여 사용하는 것도 용이하다. 외국산 제품들은 배터리제한에서 자유로운 편이나 한국에 제품을 수출하려면 디자인을 수정하여 9V배터리로만 동작하게 해야하는데, 굳이 완성된 제품을 수정하여 수출을 해야 할 정도로 국내 시장이 큰 편이 아니므로 경쟁을 포기하게 된다. 또한, 외국의 공기호흡기의 경우 소방관들이 화재현장에서 사용하는 특성상 기본적으로 방폭인증(폭발가스에 전자제품이 노출되었을 때 폭발이 일어나지 않는 설계나 폭발방지기법이 적용됐음을 보증하는것)을 받은 제품들이다. 하지만 산청의 제품은 방폭인증을 받은 제품이 없다. 성능의 경우도 국내 독점이다 보니 투자나 신제품 개발이 활발하지 않은 상황이다. 게다가 실린더는 수입이다.
- 방독면과의 유사성이 상당한 물건인데, 이러한 특징 덕에 정화통을 장착하면 사용이 가능하다. 물론 제조사가 다르기 때문에 국군에서 보급되는 K-1 방독면의 정화통을 장착할 수는 없고, 각 제조사에서 판매하는 정화통을 사용해야한다. 면체의 양압조정기를 분리한 후 그 자리에 정화통을 결합하는 방식. 하지만 군 보급은 되고 있지 않다. 산청의 홈페이지에서는 사라진 것으로 보아 나가리된 것 아닐까 싶긴 하지만 알 수 없다.
- 반대로 방독면에 공기호흡기의 실린더를 연결하는 물건도 있다. 모 부대 창고에 처박힌 시제품 뿐이긴 했지만, 정화통과 안면부 사이에 연결관을 넣고, 정화통은 고무마개로 닫아 밀폐하는 모양새. 방독면의 두건이 있다는 것 외에 메리트가 있을지 의심스럽지만.
- 아예 방독면과 공기 호흡기를 합해버린 물건도 있다. 그 예가 에이번 프로텍션(Avon Protection)의 제품 중 하나인 ST53. 면체에 방독면 정화통을 달아둬서 스위치 하나로 공기 호흡기와 방독면이 바뀐다.
- 공기 호흡기중에는 자신이 뱉은 이산화탄소를 화학작용제[14]를 통해 산소로 변환해서 재사용하는 재호흡기[15]라는 물건도 있다. 장점은 산소통이라면 10분정도밖에 유지 못 하는 사이즈라도 2시간은 유지된다는것과 바깥으로 나가는 공기가 없어 기포가 없다는것. 단점은 화학작용제 카트리지가 비싸다는것과 카트리지 안의 화학작용제가 물과 닿으면 격렬한 반응을 일으킨다는것. 잠수할때 쓰는 물건인데 물에 닿으면 죽는다는 소리다.[16]
- 폐기할 실린더는 무조건 실린더에 구멍을 뚫어 확실히 사용 못하게 두는게 원칙이다. 이전에 폐기할 실린더인데 그걸 모르고 공기를 넣었다 실린더가 터지는 사고가 있는 후 생겼다.
5. 여담
- 영화 테넷에서 꽤 비중있는 장비로 등장하며, OST 중 몇 곡은 공기 호흡기로 숨쉬는 소리가 들어간다.[17]
- 세력이나 명성, 인기를 잃고 명맥만을 겨우 유지한다는 의미의 관용어로 '산소호흡기를 씌웠다'라는 표현이 쓰이기도 한다.
6. 관련 문서
[1]
영문판
위키백과에는 'Self-Contained Breathing Apparatus'로 등재되어있다. 자체 저장된 공기를 이용해 독립적으로 호흡이 가능하단 뜻. 약자로 하면 SCBA. 저 중간에 Underwater가 들어가면
SCUBA가 된다.
[2]
다만 특수 상황을 위해 순수한 산소가 담긴 실린더를 이용할 수도 있다.
일산화탄소 중독자 또는 질소병 환자 응급 처치 등.
[3]
전차 등에 적용되어있는 양압장치도 같은 개념의 물건으로, 화생방에 대비하기 위한 장비이다.
[4]
[math(1\,{\rm bar} = 10^6 \, {\rm kg}\cdot {\rm m}^{-1} \cdot {\rm s}^{-2})]
[5]
초과하면 정말 위험하다. 폭발성 기체가 든 것이 아니라 할지라도, 약 500기압의 압력을 담고있던 용기가 폭발한다면 어떨지 생각해보자. 일단 500bar이면 제곱센티미터당 0.5톤의 압력이다. 이정도 압력의 실린더가 폭발한다면, 전근대형 파편
수류탄보다도 빠른 속도로 금속조각이 흩날린다.
[6]
공기를 사용하지 않을 때는 당연히 잠가두어야 한다. 훈련 등 실제 상황이 아닐 때는 그냥 잠가두어도 무방하다. 다만, 실제상황에서는 실린더는 열어두고 면체의 밸브를 조작하는 것이 낫다. 호흡기를 착용한 상태에서 등 뒤의 밸브를 여는 것은 제법 귀찮다.
[7]
약 10~11L 용량 기준 일반적인 금속제 실린더가 알루미늄 15kg, 스틸 20kg정도 되는 것에 비해 비슷한 용량의 카본 실린더는 5kg 정도밖에 안 나간다.
[8]
어찌보면 당연한 것이 방독면이나 공기 호흡기나 바깥으로부터 안면부를 밀폐시켜야 한다는 점은 같으니 비슷할 수밖에 없다.
[9]
그래서 항공소방병 같은 경우 소방관처럼 이걸 착용하고서 격렬한 활동을 장시간 하는 것이 아니기 때문에, 훈련이나 출동 때만
콘택트렌즈를 사용하는 안경 사용자도 있다.
[10]
당연히 오염지대에서는 사용 엄금이다. 대기로 설정하면 압력이 가해진 양압 상태에서 외부로 열린 통로가 만들어진 것이라 공기가 줄줄 샌다. 쉭쉭쉭 소리가 나기 때문에 모를래야 모를 수도 없지마는.
[11]
나노슈트같은 고차원적인 것은 아니고, 색상별 LED 불빛으로 단순하게 표시하는 것이란다.
[12]
꼭 썩은 공기가 아니더라도 내부에 습기가 많을 경우 이후 단열 팽창이 일어나면서 호흡기를 통해 공기 중 습기가 응축되어 유입될 수 있다.
[13]
구름이 생성되는 원리와 동일하다. 공기가 냉각되어 포화수증기압이 줄어들며 여분의 수증기가 응축된다.
[14]
소다라임
[15]
리브리더, Rebreather
[16]
이걸 찐으로 자살공격 공격원에게 수중침투용 호흡기로 쓰려던 미친 집단이 있었으니... 바로 그 유명한
일본군 되시겠다.
[17]
참고로 이 숨소리는
크리스토퍼 놀란 감독이 직접 녹음했다.