[스쿠버다이빙 이론교육 6] 스쿠버 탱크와 밸브

[스키퍼[김승규]]

[이론강좌 6] 스쿠버 탱크와 밸브

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 스쿠버 탱크(SCUBA CYLINDER)

 스쿠버 탱크(SCUBA CYLINDER)

스쿠버 다이빙이라 하면 누구나 스쿠버 탱크를 등에 멘 다이버를 떠올리게된다. 스쿠버탱크는 실린더

또는 공기통이라고도 불리는데 전부 같은 의미로 통용 되고 있다. 스쿠버 탱크는 많은 양의 공기를 

압축시켜 작은 용기속에 저장시켜 둔 것이다. 

탱크속의 공기는 고압이기 때문에 그 압력에 견딜만큼 튼튼한 재질로 만들어야한다. 스포츠용 스쿠버 

탱크는 대부분 강철이나 알루 미늄으로 제작되며 각각 장담점이 서로 다르다.
                             
스틸이나 알루미늄 탱크 모두 속에 물이 들어가면 부식된다. 그러나 알루미늄은 부식이 되어도 금속표면에
산화알루미늄으로 된 얇은 보호피막이 형성되기 때문에 부식이 더 이상 진행되지 않는 장점이 있지만 강철은

계속해서 녹이 슨다.

 
반면 알루미늄은 강도가 약하기 때문에 탱크 표면이 쉽게 손상되는데, 탱크 밸브와 연결부의 나사산도

잘 파손되므로 이들을 정기적으로 점검해야 한다. 

 제조공정

다음 그림은 스쿠버탱크의 일반적인 제작공정이다.

 스틸탱크와 알루미늄탱크

그리고 어떤 스틸 탱크는 알루미늄 실린더보다 고압으로 충전할수 있는데, 이런 탱크는 작은 실린더에 

보다 많은 양의 공기를 충전하기 위해 개발된 것이다.거의 모든 스틸 탱크는 표시되어있는 상용 압력보다

10% 더 가압했을 때 표시된 용량에 도달한다는 것에 주의해야 한다.

예를 들어 71.2큐빅피트 용량의 스틸 탱크에는 2,250PSI로 공기를 채웠을 경우 실제로 65큐빅피트의 

공기가 들어간다는 것이다. 결과적으로 225PSI의 압력(전체압 2,475PSI)을 증가시켰을 때 용량은 

71.55 큐빅 피트가 된다. 

이 10%의 과충전 압력은 2차 대전 때 유래되어 현재까지 사용되고 있다.

상용압력 보다 10%이상 안전하게 충전시키려면 공기 탱크는 엄격한 수압(hydrostatic) 검사를 통해 

내구성을 검사 받아야한다. 

 탱크표면의 표기내용

스쿠버탱크 표면에는 여러 가지 표시가 되어 있는데 스쿠버 탱크의 최종 검사일 뒤에 “+” 표시가 있을

경우 10%의 과충전이 가능하다. 그러나 과충전 실험은 일반적으로 수행되고 있지 않으므로 탱크검사를 

받을 때 함께 요청하면 된다. 

탱크에 과충전을 할수 없다고 하더라도 탱크 확장 검사에서의 이상이없다면

상용압력하에서는 계속 사용할 수 있다. 과충전 등급의 허가 및 취소는 검사 기관에서 실시한다. 

+”표시와 함께 여러 가지가 탱크에 표시된다. 이러한 표시는 탱크에 대한 여러 가지 정보를 제공 한다.

DOT표시는 미국 운송국(Department of Transportation)의 약자로 고압용기를 규제한다. 
검사 기관표시에 이어 탱크의 재질이 표시된다. “3AA”나 “3A”는 스틸합금을 표시하고 “3AL”은

알루미늄 합금을 뜻한다. 재질의 표시 다음에는 상용 압력을 나타내는 네자리수가 표시된다.보통은 1,800

PSI, 2,250PSI, 3,000PSI 가 많이 쓰이는데 어떤 것은 4,000PSI까지도 표시된것이 있다.

                 다음 줄에는 탱크의 일련번호가 찍혀 있다. 이 번호는 적어 놓았다가 분실이나 도난시 이용하면 된다.

제작자의 이름이나 표시는 일련번호 다음이나 밑에 찍혀 있다. 이 이름은 1982년 이후 만들어진 모든

탱크에 표시하도록 요구된다.

가장 중요한 표시는 검사 날짜 표시인데 검사한 달과 특별 수압검사 기관 그리고 검사년도가 표시된

다. 그리고 그 뒤에 탱크의 용량이 표시되어 있다. 아래 사진의 탱크는 S : SCUBA DIVING용 80큐빅피트

용량이라는 의미이다.

더 나아가서는 탱크의 부력도 중요한 고려대상이다. 

 탱크의 일반적 제원

표에는 스쿠버다이버가 가장 많이 사용하는 80큐빅피트 용량의 탱크를 비우거나 채웠을 때의 부력에 대해 

표시해 놓았다.공기의 무게는 큐빅피트당 약0.08파운드 이다. 따라서 변화양은 탱크의 외부부피와 무게에 

따라 탱크의 부력특성을 변화시킨다.부력의 변화가 적은 탱크일수록 좋은 것이다.

모델명	서비스압력 PSI(bar)	직경 in(mm)	길이 in(mm)	공기용량 (cuft/liters)	내용적 (lbs/liters)	중량 lbs(kg)	부력
							Full	Empty
S80	3,000(207)	7.25(184.2)	26.2(665)	77.4/2,192	24.25/11	32.62(14.8)	-2.2	4.0

 스쿠버탱크의 검사

모든 스쿠버 탱크는 1년에 한번 전문 가에 의해 내부 검사 및 외부검사를 실시해야 한다.검사에는 특별한 

교육과 절차 및 장비가 필요하다. 만약 내부에 부식이 생겼으면 탱크내부에 탄화물이나 산화철조각같은 

연마제를 약 50%정도 채우고 회전시켜 부식을 제거한다. 

내부 표면의 녹과 오염물질이 제거됐으면 물로 씻어내고 남아 있는 내부의 수분을 제거한다.
우리나라에서는 적어도 4년에 한번의 수압검사를 받도록 규정하고 있으며 더 자주 검사를 받도록 규정하는 

나라도 있다.

수압검사(hydro statictasting)에는 직접 팽창 압력 검사를 포함하는 여러 가지 방법이 있으며 
워터재킷(water-jacket)방법의 경우에는 실린더 내부에 물을 채우고 물을 채운 고압챔버를 넣고 탱크

내부에 수압펌프를 이용해 압력을 가한 다음 빠져나온 물의 양으로 팽창정도를 검사한다. 

이때 탱크압력의 5/3정도의 압력을 가한다. 만약 10%이상이 영구적으로 팽창되었다면 그 탱크는 안전하지 못하

므로 폐기 처분해야한다. 탱크의 상용압력 수준을 낮춰서는 안된다.

 스쿠버 탱크의 관리(Care of scuba Cylinders)

탱크는 떨어뜨리거나, 두드리거나, 과열되는 등의 물리적 손상이 가지 않도록 관리하는 것뿐만 아니라

더 중요한 것은 내부에 습기가 들어가지 않도록 하는 것이다. 습기는 여러 가지 경로를 통해 탱크내부

로 들어간다. 

물은 탱크 내부에서 고압의 산소와 결합해 부식을 일으킨다. 스틸 탱크의 경우에는 

내부에 녹(ferrous oxide)이 생기고 알루미늄 탱크에는 산화 알루미늄(aluminum oxide)을 형성한다.

물은 다음 과 같은 경로를 통해 탱크 내부로 들어간다.

ㆍ미숙한 콤프래서 조작시.
ㆍ충전 도중에 작은 물방울이 밸브나 필터에 응결되는 경우.
ㆍ비어 있는 탱크에 호흡기를 통해 역누수 되는 경우.
ㆍ탱크가 비어있고 밸브도 열린 상태에서 온도변화가 있을 경우.
ㆍ탱크의 공기를 너무 빨리 방출한 경우.

부식을 포함한 이런 여러 가지 문제는 물기가 있는 상태로 탱크를 너무 오랫동안 방치했을 경우 일어

날 수 있다. 이 경우 산화가 진행되는 동안 공기에 포함된 산소가 소모되어 질소만이 남게된다. 

이런 상황을 모르고 사용할 경우 예고없이 의식을 잃게된다. 

바로 이러한 이유 때문에 탱크를 보관할 때 소량의 공기만을 남기고 사용 전에 충전하는 것이다.

응결 방지를 위해서는 탱크에 약간의 공기만 채워 보관한다.(약 300PSI).탱크를 열었을 때 약간 희뿌

연 먼지가 보이거나, 탱크를 흔들었을 때 물이 흔들리는 느낌이 들거나 공기에서 녹이 슨 냄새가 나면 

탱크내부의 공기를 사용하지 말고 즉시 검사한다. 

탱크 관리 요령에는 다음과 같은 것들이 있다.
 1. 허용된 압력을 초과하지 않는다.
 2. 조심스럽게 다룬다.
 3. 탱크 내부에 습기가 침투하지 않도록 주의한다.
 4. 내부 검사의 경우를 제외하곤 탱크 내부의 공기를 완전히 빼지 않는다.반드시 빼야한다면 천천히 빼낸다.
 5. 다이빙 후에는 담수로 탱크외부를 깨끗하게 세척한다.
 6. 약간의 공기를 남겨서 차고 건조한 곳에 보관한다.
 7. 1년에 한번은 육안검사를 실시하고 손상이 의심되면 즉시 검사한다.
 8. 용접한 흔적이 있거나 깊이 패인 자국이 있는 탱크를 사용하지 않는다.
 9. 탱크 부츠를 사용할 경우 자주 벗겨서 부식을 확인한다.
10. 탱크를 고온으로 가열하지 않는다. (예 : 화재, 용접, 기타)
11. 탱크를 충전할 때는 분당 300~500PSI정도로 천천히 채우도록 한다.
12. 탱크를 옮길 때는 굴리거나 하지 않도록 하고 밸브를 보호한다.


                        

 탱크밸브(Cylinder Valve Assemblies)

 밸브의 기능

스쿠버 탱크의 밸브는 고압의 공기를 손으로 조절하는 단순한 구조로 되어있다. 스쿠버 탱크의 모든 밸브는

밸브 스노클과 파열판을 가지고 있다. 밸브스노클(valve snorkel) 또는 계심관(diptube)은 탱크가 뒤집혔을

때 이물질이 밸브로 흘러나와 공기의 흐름을 막는 것을 방지해준다. 파열판 (burst disc)은 화재시와 같은

고온으로 인해 내부압력이 높아졌을 경우 파열되어 지나친 압력증가를 방지한다. 

스쿠버 탱크의 밸브 나사선의 윗부분에는 안전구멍(safety hole)이 있다. 이것은 공기가 들어 있는 탱크에서

밸브를 제거하려 할 때 쉬~” 소리를 내며 탱크 안에 공기가 있음을 알리는 역할을 한다.

파열판은 상용압력의 5/3를 초과하면 파열된다. 이 파열 압력은 사용압력이 2,250PSI일 경우 3.375에서 

3,750PSI사이이고 상용압력이 3,000PSI인 탱크의 경우에는 4500에서 5,000PSI 사이가 된다.

얇은 금속판으로 된 파열판에는 최대 압력이 표시 되어 있다. 일반적인 상황에서 파열판이 파열 되면 시끄러

운 소리가 나며 소리를 듣지 못할 정도이다. 이런 경우 공기를 다시 막을 수는 없으며 탱크를 다시 사용하기

전에 전문가에 의해 파열판을 교체해야 한다.

현재 대부분의 레크리에이션 다이버들이 사용하게 되는 탱크 밸브는 케이(K) 밸브라는 것이다. 레크리에이션 다이버는 특히 초보급 다이버는 K밸브가 무엇인지 알려고 할 필요가 없다. 어디를 가나 모두 K밸브임으로 단순히 "탱크 밸브"라고만 알고 있으면 다이빙을 배우거나 즐기는데 지장이 없기 때문이다.

그러나 다이빙 취미생활을 해나가다 보면, 또는 다이빙 교과서나 매거진을 읽다보면 또는 어떤 스페셜티 교육이나 소위 테크니컬 다이빙에 관심을 가지다보면 탱크 밸브의 종류에 대해 혼란을 느끼기 시작한다. K밸브, Y밸브, H밸브, DIN밸브, J밸브 등 알파벳으로 표현되는 밸브의 명칭들이 많기 때문이다.

 리저브 밸브

초창기에는 공기가 얼마나 남았는지 모니터링하는 잔압계가 없었기 때문에 공기를 비축시키는 리저브(reserve) 설계가 필요했다. 이것은 추가적으로 공기를 더 지녀서 예비공기로 쓰는 개념이 아니라 주어진 공기량중 일부가 나오지 않게 했다가 공기가 떨어지면 이것을 꺼내서 쓴다는 식이다. 공기가 얼마나 남았는지 모르는 상태에서 이 시스템이 "공기가 다 소진되고 있음"을 알려주는 것이다.

리저브 밸브는 두 가지 종류가 있다. 하나는 자동 리저브(automatic reserve) 방식이다. 이것은 탱크의 압력이 수압보다 일정비율로 떨어지면 공기 구멍이 좁아져서 숨쉬기를 어렵게하는 방식이다. 다이버가 얕은 수심으로 올라가 수압이 낮아지면 다시 공기가 잘 나온다. 이는 남아있는 공기의 절대량을 알 수 있는 방법은 아니다.

다른 하나는 고정 리저브(constant reserve) 방식으로 제이(J)밸브라고 부르는 것이다. 이것은 탱크의 공기압이 300PSI 또는 600PSI 남았을 때 더 이상 공기가 나오지 않도록 막아 버리는 구조이다. 스프링 장치로 작동하게 만들었고 다이버가 미리 이 장치를 가동시켜 놓는다. 공기가 떨어지거나 빡빡할때 메커니즘을 다시 해제시키면 막혔던 공기가 나온다.

J밸브는 밸브의 측면에 움직이는 구조를 오렸다 내렸다하는식으로 작동되는데 이 움직이는 구조는 다이버가 철사를 당겼다 올렸다하는 방식으로 작동되고 철사는 탱크의 벽면에 길 게 붙어 있어서 다이버는 손을 허리 뒤로 가져가 철사를 위로 올리거나 당기면 된다. 위로 밀어올리면 리저브가 된 것이고 아래로 당기면 해제되는 것이다. 이 철사의 전체적인 모양이 J자라고 볼 수 있으므로 J밸브라고 불렀다.

 

J밸브의 결함은 다이빙하다가 철사가 무엇엔가 부딪쳐 아래로 내려온다는것이다. 이렇게 되면 공기가 리저브되지 아니하고 끝까지 나오는데 다이버는 이 사실을 모르고 있다가 일을 당하게 되는 것이다. J밸브는 오래 유행되지 못했는데 왜냐하면 곧 잔압계가 많이 보급되었고 교육 단체들이 잔압계의 사용을 원칙화했기 때문이다.

 K밸브

잔압계가 발달하자 리저브 밸브는 퇴출되었고 단순하게 생긴 K밸브가 등장했다. K밸브란 명칭은 J밸브 다음에 나왔다고해서(알파벳 순서) 붙여진 이름이며 U.S 다이버스 회사가 처음 이름을 붙였다.

현재의 K밸브는 그 이전의 밸브들 보다 내압능력이 높다. 나삿니는 14NGS를 채택하고 있다(14는 1인치 거리당 나삿니가 14개라는 뜻이며 NGS는 National Gas Straight의 약자이다)

K밸브는 DIN 밸브에 비해서 호흡기 접속면의 O링 안치구조에 문제가 많다.
다이빙 도중 밸브 O링에서 공기가 새나오거나 호흡기를 접속시킬 때 O링이 빠져나와 요란한 소리와 함께 공기가 빠지는 경험들을 하는데 이는 근본적으로 K밸브 구조의 약점이다.

 Y밸브

동굴이나 난파선 또는 위가 막힌 물속으로 들어가는 모험가들은 스쿠버 다이빙 초창기부터 있었다. 이런 종류의 다이버들이 공기공급 통로가 한 개밖에 없는 밸브를 사용하는 것은 죽을 확율을 높이는 것과 같다. 호흡기가 고장나면 대책이 없기 때문이다.

 

그래서 나온 것이 Y밸브이다. 이것은 어린이가 갖고 노는 고무줄 새총 같이 생겨서 슬링샷(slingshot)이란 별칭도 갖고 있다.

Y밸브는 두 개의 기체공급 구멍과 각기 별도의 개폐용 윙넛(wing nut)을 가지고 있어서 두 개의 호흡기 1단계를 따로따로 접속시킬 수 있다.

기술적으로 표현하면 아웃렛(Outlet)이 두 개이다. 두 개의 호흡기 중 하나가 고장나면(1단계든 2단계든 고장나면) 해당 구멍의 윙넛을 돌려 막아서 공기의 상실을 정지시키고 백업 호흡기로 전환할 수 있다. 다이버는 다이빙을 포기하고 되돌아나올 수 있는 기회를 갖게 된다.

 H밸브

H밸브란 문자 그대로 H모양으로 생긴 밸브이다. 두 개의 아웃렛(Outlets)을 가졌고 각기 단순한 구조의 온/어프 높을 가졌다. Y밸브처럼 두 개의 호흡기를 걸 수 있는데 밸브 구멍이 위 아래로 교차되어 있어서 레귤레이터를 결합하기에 용이하도록 했다.

 매니폴드

지금까지 말한 밸브들은 하나의 탱크에 결합하여 사용할 수 있는 것들이지만 매니폴드(manifold)는 2개의 탱크와 결합되며 역시 두개의 아웃랫이 있어서 2개의 레귤레이터를 결합시킬 수 있다. 매니폴드는 분해하여 싱글 탱크 용도로 전환시킬 수 있다. 또한 좌측과 우측 어느쪽이냐에 따라 나삿니 방향이 다르게 나온다.

매니폴드는 가운데 부분에 차단 밸브(isolation valve)가 있어서 이곳을 잠그면 더블 탱크의 기체가 서로 통하지 않게 된다. 보통 DIN과 요크를 모두 사용할 수 있도록 분리식(전환식) DIN 밸브도 나온다.

 

매니폴드의 모양이 H자와 비슷하다고해서 H밸브라고 부르는 경우가 있지만 싱글탱크와 결합되는 H밸브와 혼동을 가져올 수 있으므로 매니폴드라고 하는 것이 정확하다.

 요크 방식과 DIN 방식

호흡기 1단계는 탱크밸브와 힘있게 연결되는 구조를 가지고 있으며 현재 레크리에이션 다이빙계에서 널리 사용되고 있는 방식은 요크(yoke) 방식이라고 하는 것이다.

세계적으로 실린더 압력이 3,000PSI(204bar)가 넘으면 호흡기를 요크 방식으로 탱크 밸브에 연결시키지 않는다. 그 대안은 DIN밸브이다. 이것이 압력을 견디는 능력이 훨씬 높다.

DIN은 독일어 "Deutsches Institute for Normung"의 약어로서 German Institute for Standardization 즉 "독일표준연구소"라고 번역할 수 있다.
DIN 밸브는 유럽 산업사회에서는 오래 전부터 표준으로 사용되어 왔으나 나머지 국가들에서는 근래에 호평을 받기 시작했다.

다이빙계에서 특히 테크니컬 다이빙계에서 DIN 밸브는 필수적이다.
요크 방식은 호흡기 1단계의 면이 탱크 밸브의 O링을 강하게 밀어붙이는 형식이지만 DIN 방식에서는 호흡기 1단계 쪽이 수 나사가 되고 탱크 쪽은 암나사가 되어 둘이 접속되었을 때 호흡기 쪽에 있는 O링이 구조 속에 완전히 가두어 진다.

요크 방식에서는 기체의 압력이 O링을 밀어서 밀폐 힘이 생기지만 DIN 방식에서는 기체압력을 필요로 하지 않는다. 따라서 구조상으로 기체가 터져나올 가능성이 없다. DIN 밸브의 또 다른 장점은 요크 방식보다 기체 공급속도가 150 퍼센트 빠르다는 것이다.

DIN 밸브는 실제 내압능력보다 지나치게 훨씬 낮게 상용압력이 표시되어 있는 경우가 있는데 이는 안전파열판이 터지게끔 되어 있는 규정에 밎추어 표시되기 때문이다.

 전환식 DIN 탱크밸브와 호흡기의 DIN 어댑터

어떤 DIN 타입의 탱크 밸브는 나삿니가 있는 O링 소켓을 분리하면 요크 타입 호흡기를 연결할 수 있게 한것도 있다.
200바와 232바 규격에 그런 것들이 있다. 레크리에이션 다이빙과 테크니컬 다이빙 두가지를 모두 다 하는 다이버들이 좋아한다.

탱크 밸브가 전환이 불가능한 DIN 타입이면 호흡기의 1단계도 요크 방식이 아닌 DIN 타입이어야 할 것이다. 호흡기 1단계가 요크 방식인 것을 소유한 경우에는 요크 구조를 떼어내고 DIN 어댑터를 끼울수 있다.

DIN 밸브는 고압용인 것일수록 사이즈가 큼으로 어댑터는 사이즈가 맞는 것을 선택해야 한다. 예를 들어 낮은 압력 용도의 DIN 어댑터를 더 높은 압력의 DIN 탱크 밸브에 삽입할 경우 어댑터 쪽의 숫나사 부분의 길이가 짧아서 암나사 튜브 속을 끝까지 채우지 못하기 때문에 밀폐가 안된다. 이것은 착오 사용으로 인한 사고가 나지 않게 하기 위하여 일부러 고안된 것이다.

거꾸로 300bar 어댑터는 200 또는 232 DIN 탱크 밸브에 사용할 수 있다. 그러나 양쪽 모두 스펙에 맞는 것을 사용하는 것이 좋다.

                

 밸브의 관리

1. 작동 불량시 전문가에게 맡긴다.
2. 무리한 힘을 가해 억지로 결합하지 않는다.
3. 안전 파열판의 교환과 수압 검사는 전문가에게 맡긴다.
4. 탱크 취급 요령에 따른다.

 전기분해 현상

종류가 서로 다른 금속이 접촉하거나 수분이 있을 경우에는 전기적 부식(Galvanic corosin)이나 전기

분해(electrolysis)가 발생한다. 이러한 현상은 알루미늄탱크와 청동밸브 사이에서 일어난다. 

이때 이온들은 알루미늄에서 흘러나와 청동으로 이동한다. 밸브의 크롬도금과 탱크에 대한 피복은 천연물질

로 주기적인 피복과정과 함께 거의 모든 경우의 전기적 부식을 방지해준다. 그러나 도금이 벗겨질 

경우 밸브와 탱크 연결부위의 홈이나 나사선의 부식이 초래된다. 

이러한 문제의 발생시에는 전문가에게 수리를 의뢰해야한다. 또한 밸브가 새거나 조절이 어려울 때도 수리받아야한다.

 기타

밸브를 열거나 잠글때 무리한 힘을 가하면 밸브 싯 디스크나 , 가스켓, 씰등이 손상을 입을수 있기 

때문에 밸브는 천천히 부드럽게 다뤄야 한다. 밸브스팀의 씰에 압력이 전달되지 않게 하기 위해 밸브

를 완전히 연 후에는 1/4바퀴(그 이상은 안됨）잠가준다. 

또한 이러한 과정을 통해 밸브를 잠그기전에 잠금을 위한 밸브 손잡이의 회전 방향을 쉽게 결정할수 있다. 

즉 1/4바퀴를 돌려봄으로써 밸브가 완전 히 개방된 상태라는것을 인지한다. 

어떤 사람은 탱크의 밸브를 약간 열어 공기압을 점검하는데 막상다이빙을 시작하기전에 충분히 열어주는 것을 잊는다. 

이때 공기 저항으로 충분한 공기가 나오지 않으며 다이버는 공기공급장치의 고장으로 인하게 된다. 항상 밸브는 충분히 열어야한다. 

밸브는 이온 교환이 일어나 탱크의 나사선에 붙을수 있으며 주로 알루미늄 탱크에서 발생한다. 오래된

탱크밸브중에는 파이프의 나사선을 갖고 렌치로 조여진 것도 있으며 이를 해체하기 위해서는 큰힘이

필요로 한다. 권장하는 것과 같이 매년 탱크 밸브의 점검을 실시하면 밸브의 고착상태를 예방 할 수 

있다.

 기타

한편, 일반공기보다 산소분압이 더 높게 교정된 공기를 사용하는 나이트록스용 탱크는 일반공기탱크와 혼동

이 없도록 위 그림과 같은 특징적인 밴드가 부착되어 있다.

                                               

NAUI Course Director

NAUI Nitrox diving Instructor

ASHI CPR Instructor

김승규

팀 드레이크/team DRAKE