CN1964761A - 用于从建筑物外部疏散的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于从多层建筑中安全地疏散人员的装置，该装置通过使人员迅速从建筑物内部逃离到外部及沿建筑物外部很慢地下降到地面或较低的表面从而无伤地着陆来实现安全疏散，该装置包括一壳体、一用于将壳体固定到人体的背带，一在壳体内部的预定长度的缆绳，该缆绳具有带有一将该缆绳与下降点附近的固定点连接的固定部件的自由端，并且具有一在壳体内部的、在人员下降时由缆绳的放出所驱动的能量消散机构，该机构具有能量消散的速率的斜率在其交点处超过作为下降速度函数释放的势能的速率斜率的特征，和不用借助人员的控制，交点在足够缓慢的下降速度中出现的特征。

Description

用于从建筑物外部疏散的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2003年2月21日提交的第60/449,125号临时申请、2003年5月8日提交的第60/468,845号临时申请和2003年8月4日提交的第60/492,398号临时申请的优先权。

背景技术

发生在2001年9月11日的纽约世贸中心灾难，使得人们对在大火或其他威胁生命的紧急情况中，当楼梯问难以接近、无法使用、过于拥挤、充满烟雾、被阻塞或处于其他不安全的状态时，提供一种将大量人员沿高层建筑物外部迅速和安全地疏散的装置的需求突出了。

发生在高层办公建筑和旅馆中的大火经常将人们围困在较高的楼层上，使他们处于忍受吸入烟尘、一氧化碳和火焰的困境或引起他们的死亡(在世贸中心(WTC)灾难中就有近200人这样死去)。因此，存在对一种装置的需求，该装置能够不受建筑物的高度和样式影响，使大量人员迅速离开着火建筑物的致命内部而进入建筑物无烟一侧的新鲜空气中，并随后将他们非常缓慢地下降到地面(或其他在火焰之下的安全表面)以便他们可以机动安全地通过由建筑物正面及互相之间显现出的危险，不受伤害地降落到地面(或其他安全表面)的装置的需求。甚至在以可能的最快逃离到外部的条件下，一些人仍然需要至少呼吸一小段时间致命的内部气体，因此所述装置应该还包含在此段时间内为他们提供呼吸空气的装置。

可用于或建议用于从高层建筑物中逃离的装置的主机包括低-海拔降落伞、管网救生槽(tubular net life-chutes)、航空垂直起降(VTOL)营救平台和受控下降设备。不能在15层以下使用低-海拔降落伞，且如果跳伞新手漂移到自己的侧面或邻近的建筑物上，降落伞会毁坏，甚至熟练的跳伞者也可能出现上述情况。一座建筑物中的管网救生槽的数量和位置是有限制的，因此显著地限制了其可以拯救的人员的数量。同时在强风中，管网救生槽可被吹得无法控制，这使得不能在非常高的建筑物中使用所述管网救生槽。航空垂直起降救援平台还仅处于提议阶段，其最多只能容纳10个人。受控-下降设备可以是受使用者控制的或自动的。在受使用者控制的类型中，人员通过不断调整施加给从离开点悬垂到地面的绳索的摩擦来控制自己的速度。但是，所述使用需要训练和技巧并且在非常高的高度中不实用。尽管未受过训练人可以使用自动型的设备，但是这样的设备更重而且更昂贵。因此，典型地在离开点释放绳索或缆绳，通常其速度对于沿建筑物外面的安全下降来说是太快了，而对于营救几百人逃离来说是太慢了，因为每个控制器一次只能降下一个人。

为了实现最缓慢的下降速度和最大逃离速率，每个人员需要他自己可以佩带的、重量轻的、速度慢的自动控制器和缆绳。

发明内容

简而言之，本发明包括一种允许人员以足够缓慢的速度从多层建筑中预定高度的出发点(origin)下降到一较低的支撑平面从而不受伤害地着陆的装置，该装置包括一壳体；一用于将壳体安全地附着到人体的背带；一壳体内部预定长度的缆绳，该预定长度足以实现从出发点到达较低支撑平面，所述缆绳具有一将其与出发点附近的一固定的固定点(anchorage)连接的固定部件(securing member)的自由端；以及一壳体内部的、在人员下降时由缆绳释放驱动的能量消散机构，该机构的特征在于，在交点处(intersection)，能量消散速率的斜率超过作为下降速度函数释放的势能速率的斜率，并且不用借助人员的控制，该交点就在足够缓慢的下降速度中出现。

优选实施例是独立(self-contained)装置，该装置可以被迅速地穿戴到现有衣物外面。该装置具有一头盔组件，该组件包含一用于在人员等待离开建筑物时为其提供可呼吸的空气的空气过滤系统。随后，该组件通过该人员自己卷轴(spool)上的高强度缆绳以每秒一英尺(1英尺/秒)的平均速度沿建筑物外部自动地将人下降到地面上。甚至在极端缓慢的速度时，无论是从芝加哥西尔斯大厦(Sears Tower)位于1,431英尺的最高占用层还是从台湾“台北101”位于1,441英尺的最高占用层(世界上最高占用层的最新记录保持者)下降都仅仅需要24分钟就能到达地面。在每层安装简单的固定点之后，本发明非常适用于从这样的高层建筑物中迅速而安全地疏散数千人。简言之，本发明是一种装置，用于：1)为每一楼层的每个人提供一种迅速离开建筑物的致命内部的设备，而不考虑该人员的个头或身体技能(physical skill)，同时2)在人们等待离开时，还使他们免受烟及其他致命气体的伤害，随后3)无论建筑物的配置和高度如何，为人们提供沿建筑物外部的缓慢、自动下降，同时4)继续保护人们不受烟、热和下坠残片的伤害。本发明装置(每人一套)使得每个被围困的人员在几分钟之内从建筑物的内部逃离，并且甚至在最高的建筑物中也可以在此后不到半小时以内，完全不受伤害地轻缓地降落到地面上。与封闭的槽不同，这里不存在最大高度。并且与降落伞不同，不存在最小高度。并且与需要用户控制的设备不同，不需任何提前训练就能实现完全的安全。另外，同样规格的装置可以用于各种体格和重量的人员，该重量可以处于60磅到360磅的范围内。

在此处将进行描述的优选实施例中，能量消散机构是小型的、独立的、半圆柱状叶片的高速风扇，对于一个“全部人使用同样一个尺寸”的装置中的从60到360磅重的人员，该风扇可自动地将该缆绳的退绕控制到非常安全的、平均为每秒大约一英尺的下降速度。可以在其他实施例中使用其他满足本发明的发明原则的可选能量消散机构。

附图说明

当结合附图阅读时，可以更好地理解上述发明内容、后续的对物理原则的详细描述、与现有技术的对比及本发明的优选实施例。出于说明本发明的目的，在附图中示出了特定的配置和方法。但是，应当理解的是，本发明并不局限于所显示的特定配置或具体实施例中的方法。在附图中：

图1示出现有技术中的设备的能量消散速率与下降速度之间的关系；

图2示出不同下降重量所释放的势能的速率与下降速度之间的关系；

图3示现有技术设备的能量释放速率及能量消散速率与下降速度之间的关系；

图4示本发明的优选实施例的能量消散速率与下降速率之间的关系；

图5示出优选实施例中能量释放速率及能量消散速率与下降速度之间的关系；

图6a示出一个穿有由一背包组件、一救援背带和一帽子组件组成的优选实施例的人员的后视图，图6b示出了该人员的侧视图；

图7示出了该基本背包组件的工作零件的立体分解图；

图8a1是透明塑料头盔的主视图，而图8a2是其侧视图；图8b是头部上方的记忆泡沫(memory foam)插入件的侧截面视图；图8c是记忆泡沫颈套的侧截面视图；图8d是过滤罐的截面视图；图8e1是罐固定器的正截面视图，图8e2是其侧截面视图；图8f是吹嘴(mouthpiece)的侧截面视图；

图9a示出穿有带有特定连接配置(attachment arrangement)的优选实施例的人员的主视图，图9b示出8条连接绳索如何在背板的孔中移动；图9c示出拉紧设备的闭合；图9d示出如何装配(rig)该拉紧设备；图9e示出用户如何拉紧该拉紧设备。

图10a1和图10a2示出了梁夹(grider clamp)；图10b1和图10b2示出了固定盒(anchor box)；图10c示出了安装在临近出路窗(egresswindow)的整个装备(setup)；

图11a示出了一个人在离开窗户前将他的钩环(carabiner)夹到固定盒上；图11b示出该人朝向窗子后退；图11c示出该人即将开始放手并开始其安全下降。

图12示出了带有相关配合部件(mating part)的内置扭矩-限制器机构的“如装配好的(as-assembled)”部分截面视图。

具体实施方式

对物理学的理解(understanding the physis)

假设一个200磅的男人准备从一幢着火的建筑物的1000英尺高的窗子中跳出。他具有0动能。但是，他具有200,000英尺-磅(ft-lbs)的势能。如果他跳起--忽略在他速度增加时由空气阻力引起的、转化为热能的一小部分能量--所有的势能转化为200,000英尺-磅的动能，当这个不幸的家伙在8秒钟以后撞到地面时，该动能将使其的速度增加到252英尺/秒(172MPH)。能够拯救此人的是用于消散全部释放的势能的机构，该势能否则将发展为增加其下降速度。该减缓-下降、消散-能量的机构将把该释放的势能转化为该机构周围的单独空气分子的增加的随机动能，一部分临时地变为该机构自己的单独分子的增加的随机动能，从而提高其温度。在有受限气流(limited airflow)情况下，上述温度增加将是非常大的，或者在有大量气流的情况下上述温度的增加是很有限的。

在确定诸如缓慢下降、能量消散机构的参数时，根据瓦特来研究该问题是很有益的。使用下面的转换式：1英尺磅等于1.355瓦特秒，该200磅以上的男人的初始势能等于271,000瓦特秒。该数字等于该机构所必须消散的平均能量与到达地面时间的乘积。

按每秒英尺计算的下降速度由描述按每秒瓦特秒(或瓦特)计算的该缓慢下降能量消散机构所消散能量的速率相对于按每秒英尺计算的下降速度的曲线，与描述(对于给定重量)按每秒瓦特秒(或瓦特)计算的释放势能的速率相对于按每秒英尺计算的下降速度的直线的交点来确定，其中前者的斜率超过后者的斜率以便确保稳定状态。

分析(现有技术)救援线(ResQline)^TM系统

首先进行分析的不是本发明，而是由M.米勒(M.Meller)(US-2003/0070872A1和US-2003/0070873A1)发明的、被称为赛福-洛塞特救援线(safir-RosettiResQline)的设备。将该设备与本发明进行比较是很有用的。该设备主要包括一卷长度足够到达地面的缆绳(每人一卷)，和一个永久且牢固地安装在窗户之下的地板上的能量消散风扇，一些人员将从该窗户离开建筑物。所述风扇被封装在带有保护遮蔽物的框架中。该框架支撑一个平台，在使用中该平台探出窗口。人员在离开前爬到该平台上。但是在该人爬到平台上之前，他将自己的卷轴固定到风扇的轴延长部上并将缆绳的自由端连接到自己的背带上。当该人下降时，缆绳将被放出并转动卷轴，驱动风扇。该风扇的四相等间隔的平叶片朝向垂直于转动运动的方向，从而阻止转动并因而限制下降速度。当风扇最终停止转动时，下一个人移开前一个人的卷轴(缆绳的端部还连接着)并将其安全地放置在一边，随后他安装自己的卷轴、将其缆绳与背带连接并重复之前的过程。

此分析的目的是计算不同重量的人员的下降速度。风扇的每个叶片消散能量(瓦特)的速率通过下式给出：

$\left(1\right)P=1.355A\left(\frac{C_D}{2}\right)\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}^w}{g}\right)[\left(\mathrm{RPM}\right)\left(\frac{\mathrm{\π}}{30}\right)\left(R_{\mathrm{EFF}}\right){]}^3$

其中：

P＝单独的叶片消散能量[或功率](按瓦特计算)的速率

1.355＝将英尺-磅/秒转化为瓦特的系数

A＝按英尺²计算的叶片的前沿或投射面积

C_D＝叶片的形状的阻力(drag)系数

ρ^w＝在给定温度和压力下的空气重量密度

g＝重力加速度常数，等于32.2英尺/秒²

RPM＝每分钟风扇转动的速度

R_EFF＝按英尺计算的叶片的有效半径

对于平板叶片C_D等于1.2。四个等间隔的叶片中的每一个是大约15英寸长和7.5英寸宽，并且安装在一个1英寸的轴上。因此，A等于112.5英寸²，折合为0.781英尺²，同时R_EFF等于10.0英寸，折合为0.833英尺。

$\left(2\right){\mathrm{\ρ}}^w=1.325\left(\frac{P_b}{T}\right)$

其中

ρ^w＝按磅/英尺³磅计算的空气的重量密度

1.325＝将空气的英寸-汞柱/°R(in-Hg/°R)转化为磅/英尺³的系数

P_b＝按英寸汞柱计算的大气压力(此处假设为29.92)

T＝(根据)兰金刻度的度数的空气温度，假设为509.7°R(50°F)(代入上述数值，ρ^w＝0.078磅每立方英尺)

为了建立能量消散速率相对下降速率的曲线，必须将上述全部数值以及在卷轴开始处和结束处下降速度与风扇RPM之间的关系代入公式(1)中。

所述关系由缆绳的卷绕直径确定。缆绳的初始卷绕直径大约是5英寸，而完全释放后的卷绕直径大约是2.5英寸。这引起了按英尺/秒计算的下降速度与5英寸直径和2.5英寸直径的风扇RPM之间的下述列表关系：

                      风扇RPM

下降速度(英尺/秒)	在5英寸直径	在2.5英寸直径
			5	229	458
10	458	916
			15	687	1,374
20	916	----
			25	1,145	----

这些RPM值与其他参数一起被带入公式(1)从而确定在起始直径和在末端直径处，每个叶片消散能量的速率(按瓦特计算)相对于下降速度(按英尺/秒计算)的曲线。图1示出了4个叶片(4P)的图表，在开始处(5英寸直径)和在结束处(2.5英寸直径)，全部四个叶片消散能量的速率(按瓦特计算)相对于下降速度(按英尺/秒计算)的曲线。

下一步是确定描述释放的势能(按瓦特计算)的速率相对下降速度的直线。与前面的计算不同，这是由下降人员的体重决定的。每下降一英尺，每一磅重量释放一英尺磅的势能。因此，每一磅重量势能释放速率是每一英尺/秒1.355瓦特。因此，以10英尺/秒的速度下降的100磅的人以1,335瓦特的速率释放势能，......下降速度为20英尺/秒时，释放势能的速率为2,710瓦特。一个体重为200磅的人，以10英尺/秒的速度下降，释放势能的速率为2,710瓦特，......下降速度为20英尺/秒时，释放势能的速率为5,420瓦特。一个体重为300磅的人，以10英尺/秒的速度下降，释放势能的速率为4,065瓦特，……下降速度为20英尺/秒时，释放势能的速度为8,130瓦特。

图2示出了描述100磅、200磅和300磅重的人释放势能速率(按瓦特计算)相对于下降速度(按英尺/秒计算)的直线。图3示出了在图1中重叠的同样三条直线，和描述在卷轴的开始处和结束处能量消散速率(按瓦特计算)的曲线。如前面所说明的，该直线与曲线的交点确定了实际的下降速度。

体重为100磅的人被认为在初始5英寸卷轴直径处以18.5英尺/秒的速度开始，并且在卷轴下降到2.5英寸直径时以6.5英尺/秒的慢速结束。该200磅的人开始于26英尺/秒并结束于9英尺/秒的慢速。该300磅的人开始于29英尺/秒并结束于11英尺/秒的慢速。这些数据符合救援线所公开的说明结果，该结果看来使用的是仅仅从中等高度的建筑物上下落的相当微小的物体，该建筑物只需要初始状态为5英寸而落地时为3英寸的缠绕直径卷轴。在该救援线系统的下降过程中，没有仍然留在卷轴上的全部缆绳与目标一起下降，这就增加了目标的重量。上述情况轻微地加快了结束处的速度，尤其是对于较轻的目标。综合考虑开始和结束速度，在所有的撤离计算中，上述速度与救援线使用的15英尺/秒“平均”下降速度相关。

最大下降速度29英尺/秒(对一个300磅的人来说)超过每秒两层。即使15英尺/秒的下降速度(所有人完成下降的平均值)也基本上为每秒超过一楼层。如在下面段落中所讨论的，这样快的速度会导致严重的伤害。

可以通过增大风扇的尺寸来减小上述下降速度。例如，将叶片长度从15英寸增加到18英寸，可以把300磅人的最大下降速度从29英尺/秒减小到23.5英尺/秒。但是，该下降速度的有利减少不够多，并且被能被救援的人员数量减少的负面结果抵消，因为每个人必须等着前一个人着陆并且风扇完全停止后，他(或她)才能移开前面的卷轴，放好该卷轴，并用自己的卷轴代替该卷轴以便开始他自己的逃离过程。

                      分析本发明

本发明的优选实施例使用一种能量消散机构实现了对所有人的小于2英尺/秒的下降速度，该机构很小以致于其和缆绳的卷轴可以被下降的人员穿戴着。这就允许每个人具有自己的缆绳和自己的“超级缓慢”下降机构，这样位于每个楼层的每个人都可以迅速地离开建筑物致命的内部(而不必等待前一个人完全降落)，并且不管建筑物外部配置，随后沿着甚至是最高的摩天大厦的外部缓慢及安全地(和其他人一起)降落到地面上。

在对该救援线系统进行分析后，由于所述救援线系统对于所有人员的平均下降速度是巨大的15英尺/秒，而且该能量消散风扇大得不能背在身上，那么本发明的权利要求可能会显得牵强(far-fetched)。

然而，参照上述对物理学的理解部分，可以知道，将一个200磅的男子安全地从1,000英尺的高度下降到地面需要消散271,000瓦特-秒的势能。也就是说在花费10秒种的情况下需要每秒平均消散271,00瓦特，在花费100秒种的情况下需要每秒平均消散271,0瓦特，在花费1000秒种的情况下每秒需要平均消散271瓦特。值得注意的是，最长的时间(即最慢的下降速度)需要最小的能量消散。因此，低能量消散和低下降速度不是互相排斥的。其实，二者的关系是相反(opposite)的才是正确的。实际上，前面建议的将该救援线风扇的叶片长度从15英寸增加到18英寸的修改不仅会引起下降速度减少19％，还会引起风扇所消散的能量减少19％。(参见图3，由于能量消散率曲线的斜率超过能量释放率直线的斜率，随着公式(1)中的“P”值增加，定义下降速度和消散的功率(能量的速率)的交点向下移动，而不是向上。)

但是这是通过增加风扇尺寸实现的。本发明是如何实现相应的尺寸减小的呢?关键在于让能量消散机构旋转得比解绕(unraveling)缆绳的卷轴快。可以通过使用齿轮、皮带、链条、轮子或滑轮来实现能量消散机构的旋转速度的增加。但是，齿轮是最好的选择，因为皮带和链条可能会破裂，而轮子和滑轮可能会滑脱。通过使用速度增加方法，可以将一些类型的能量消散机构制造成小得可以由人穿戴着。除了具有较小的尺寸，每磅下降重量的引起的能量消散应该小于作为实际目标的5.4瓦特/磅。这样，在强气流中，该机构不会变得比洗手间干手器更热(甚至在下降重量为400磅时)，而人员的下降速度不会超过4英尺/秒，该数值在很多例子中是缓慢得可以避免伤害的。但是，下面将要发现，将要讨论的优选实施例和其他实施例可以实现甚至更低(更冷)的能量消散水平，和更缓慢(更安全)的、稳定的下降速度。

该优选实施例使用一个小风扇来消散能量。尽管只使用两个齿轮轴就可增加所希望的速度，但是此处使用了三个。该中间齿轮轴提供了齿轮啮合到齿轮啮合的所需的分隔距离，以及更合适的比率。将所有三个轴安装到一个普通的支撑架上。位于上部的驱动轴包括该缆绳卷轴和一个很大的齿轮。该大齿轮与一个较小的齿轮在该中间轴上啮合，该中间轴还包括一个大一些的齿轮。该齿轮驱动一个风扇轴上的非常小的齿轮。

在本方案中，位于卷轴的轴上的大齿轮是一个带有12英寸节径(pitch diameter)和144齿的3/4英尺宽、12节(pitch)的正齿轮。所述齿轮与一个位于中间轴上的、带有3英寸节径和36齿的3/4英尺宽、12节的正齿轮相啮合。同样，在中间轴上是一个带有5英寸节径和100齿的1/2英尺宽、20节的正齿轮。并且一个带有1英寸节径和20齿的1/2英尺宽、20节的正齿轮与该风扇轴上的较小齿轮相啮合。对于卷轴的轴的每一次转动，该中间轴转动4次，而风扇轴转动20次。

而且现在的风扇具有八个叶片而不是四个。该叶片不再是平的了(C_D为1.2)，而是半圆柱状的，同时其开放端向前。上述情形具有将阻力系数C_D增加到2.3的作用。同样，其半圆柱状的形状使得叶片的数量增加一倍变为八个成为可能，该半圆柱状的形状减小了会典型地排除叶片数量增加的绘图问题(drafting problem)。每个半圆柱状的叶片具有一个2.5英寸×8英寸的正面投影(frontal projected)面积，因此，A是20英寸²，或公式(1)所要求的0.1389英尺²。到叶片中心的有效半径R_EFF现在是4.9英寸，或如公式(1)所要求的0.408英尺。

下面的数据将说明齿轮和风扇的细节，并显示其如何与其他关键部件一起被封闭在一“背包”装置中，该装置将被准备从建筑物逃离的人员背负着。但是现在，这些基础信息足够执行使用公式(1)进行的、用于为100磅、200磅、300磅以及400磅下降重量确定下降速度的其他分析。

该最大缆绳卷轴直径在初始时是6英寸，放出后的卷轴直径是3.25英寸。缆绳的全部长度足够从西尔斯大厦的最高占用楼层一直延伸到地面。由于齿轮的原因，随着卷轴的一次转动，风扇转动20次----从而使得下降速度为救援线系统的同样风扇速度对应的下降速度的1/20(在同样的卷轴直径)。下表给出在缆绳卷轴上保留有6英寸的卷绕直径和保留有3.25英寸的卷绕直径时的新下降速度(英寸/秒)和风扇RPM的关系：

                         风扇RPM

下降速度(英寸/秒)	在6英寸直径	在3.25英寸直径
			0.5	382	705

1.0	764	1,410
			1.5	1,146	2,115
2.0	1,528	----
			2.5	1,910	----

图4示出8P(由全部8个叶片消散的能量速率)的曲线，该曲线在开始时缆绳的卷轴直径是6英寸，在接近结尾处缆绳的卷轴直径是3.25英寸。通过将新的RPM带入公式(1)中，同时修改A、C_D和R效果的数值，以及在新的对应下降速度绘制所述结果(乘以8)可以得到表格。

图5示出了这些曲线与前面计算得到的表示对于100磅、200磅、300磅、400磅的下降重量的、作为下降速度函数的、所释放的势能速率的直线之间的重叠。与前述相同，该交点确定了在开始处具有全部(full)卷轴的最大下降速度，和具有用尽的(depleted)卷轴的结束处的最小下降速度。但是现在，与该救援线系统不同，不再保持在卷轴上的缆绳重量被从初始总重量中减去，因为其不再下降了。这引起了临近结尾处的一个附加的轻微减慢效应，该效应对于最轻的人最为明显。

甚至借助一个较小的能量消散风扇，400磅的总重量(一个360磅的人带有一个40磅的包含缆绳与其他装备的背包)以非常缓慢的1.9英尺/秒速度开始下降(能量消散小于1,200瓦特)，并随后在结尾处减慢到0.8英尺/秒。将其与该救援线进行对比，在该救援线中，一个300磅重量在开始以29英尺/秒的速度下降，(能量消散接近12,000瓦特)。

在本发明的重量范围的低端，100磅的总重量(一个60磅的儿童，带有40磅的背包)最初以1.0英尺/秒的很慢的速度下降，随后在结尾处下降为0.35英尺/秒。这些甚至更慢的下降速度是非常适合儿童的，而儿童是最可能归属于所述重量范围的人。

对于中间的重量，200磅的总重量(一个160磅的人，带有40磅的背包)最初以1.35英尺/秒的速度下降，随后在结尾处下降为0.55英尺/秒。300磅的总重量(一个260磅的人，带有40磅的背包)最初以1.7英尺/秒的速度下降，随后在结尾处下降为0.7英尺/秒。现在所有下降速度都是缓慢得足以保证人员可以沿着建筑物安全地下降。

还需要进行一个附加的计算以确保阻力系数C_D在整个速度范围内保持其2.3的值----该计算用于验证该雷诺兹(Reynolds)数字保持基本小于2×10⁵。而且实际上，当进行完这个计算时，可以看出，该雷诺兹数字从最低速度处的0.16×10⁵低值只上升到最高速度处的0.8×10⁵。这个结果，加上确保该半圆柱状叶片的表面是光滑的(特别是该凸面表面)，保证了该C_D值将保持在其高值2.3。

已经叙述了(但是还没有解释)该表示释放势能的速率相对下降速度的直线与该表示消散能量速率相对下降速度的曲线的交点示出的实际下降速度。但是，这是显而易见的。参见图5，下降重量为200磅的势能释放直线与6英寸卷轴直径的能量消散速率的曲线交叉在1.35英尺/秒的下降速度处，这意味着释放了366瓦特并消散了366瓦特。如果瞬时现象推动下降速度变快，例如1.40英尺/秒，随后释放379瓦特同时消散400瓦特。因此，200磅重量减慢到1.35英尺/秒。相反地，如果瞬时现象推动下降速度变慢，例如为1.30英尺/秒，随后释放352瓦特，而消散355瓦特。因此，200磅重量加速到1.35英尺/秒。随着缆绳的放出和卷绕直径的减小，消散曲线移动到左侧，致使给定重量的下降速度沿势能释放直线的固定斜率变小。(不考虑随着缆绳放出而不再下降所引起的轻微重量减少----或随着该放出的缆绳现在确实下降，在该救援线系统中重量的轻微增加。)

上面的叙述说明了本发明的一个基本原理，即当在两者交点处，描述能量消散速率(功率)的曲线的斜率超过描述势能所释放速率的直线的斜率时，将引起稳定的下降速度。能量消散速率(功率)仅随下降速度的增加而成比例地增加是不够的。本发明和该救援线系统都被认为实现了稳定的下降速度。

                使用救援线系统的大量逃离

救援线系统的下降速度非常快，因此在下降过程中任何与建筑物的接触都可能造成伤害。甚至其降低的10英尺/秒着陆速度也类似于从2英尺高的平台跳下的速度。如果没有正确着陆，这足以损伤脚踝。同时配合这个问题，如果人掉落或在着陆时未能立即向前跑，他可能被继续向其周围放下的剩余缆绳困住。但是，救援线不能降低其下落速度并同时保持合理的逃离速率。为了避免在下落中与建筑物发生接触，他们提供了一个从建筑物伸出的“推出”(push-off)平台。

但是，如后面所显示的，上述平台可能具有有限的效果：假设一个人处于102层的帝国大厦(Empire State Building)的第70层。大约240人在该层工作。在北侧和南侧共有20个窗户，在东侧和西侧有14个窗户。现在假设有8台救援线系统被预先安装在8扇出路窗上，每侧两台。出路窗是在紧急情况下可以被很容易地打开的窗户。如果在建筑物的每层安装有8台救援线系统和8扇出路窗，那么在第70层上的每个系统将具有至少一个系统和可能是两个直接在其之上的系统，以及至少两个可能是四个直接在其下的系统。因此，尽管平台减少了撞击建筑物侧的机会，但该平台实际上保证了撞击同样危险的另一平台(如果不是更危险)。

然而，减少系统的数目不是一个可选方案，因为通常建筑物只有一侧(迎风侧)在低楼层上是没有烟和火的，并因此适于作为建筑物出口。因此，即使有假设的8台系统，只有2台可以工作。在上面的例子中，120个人在两个窗户的每个之前排起长队。排在队列中的后一个人移开前一个人的卷轴(估计为5秒)。将该卷轴放置在所提供的存储支架上(估计为15秒)。将其自己的卷轴放置到轴上并锁住(估计为5秒)。将位于其背带(先穿上)上的钩环夹到缆绳末端上的环上(估计为15秒)。爬到平台上并小心地走到末端(估计为20秒)。随后毫不迟疑地离开以开始他的下降，该从70层楼的下降将花费60秒。随后，另外的缆绳的最少20英尺的安全系数连续放出直到卷轴的末端(估计2秒)。随后缆绳开始重新卷绕直到风扇停止(估计为10秒)。下一个人在卷轴开始再次释放之前移开卷轴，被悬挂在窗户外的20磅缆绳重量拖曳。因此甚至在没有犹豫、没有灾难和没有延迟的情况下，每个人的整个过程花费超过2分钟。这就是说每个窗户在一小时之内少于30人。因此，疏散在第70层上每个窗口前排队等待的全部120个人需要花费4个小时。这假设上述情况在没有灾难的情况下都是可能的----而由于上面提到的平台上的冲突和下面的其他问题，情况很可能不是这样的。

其他问题之一是大风(在高层建筑物经常出现)。迎风侧的风将把人推到建筑物上及彼此身上，很可能引起他们移动的缆绳彼此之间或与平台或与建筑物的其他突出部分纠缠。

而且，等待了四个小时以离开建筑物的那些人将遭受吸入烟尘和一氧化碳中毒。烟将在建筑物中上升，直到其温度降低至与附近空气的温度一致，并且一氧化碳将在建筑物中不确定地升起，因为它比空气轻。它可以引起恐慌和死亡，更不用提混乱的思维----该混乱的思维本身可以引起伤害和死亡。例如，在上面的例子中，一个人可能未能恰当地固定前面的卷轴，其重达20磅的附加缆绳试图将其拉出窗外。如果该卷轴飞出窗外，该卷轴与其大约1,000英尺的缆绳将突然变成致命的武器，因为该卷轴向下倾斜不仅朝向下降的人，还朝向地面上的救援人员。

还有另外一个问题。一些高层建筑物是锥形的(例如泛美大厦(Transamerica building)和约翰汉考克中心(John Hancock Center))。更多的是阶梯式的(stepped)(如西尔斯大厦)。该救援线系统不能在锥形的建筑物中使用，也不能使用在阶梯的建筑物中，因为在人着陆或在离地面还有几层的阶梯较低的屋顶上着陆后缆绳还继续放出。结果，如果那个不幸的人还尝试从较低的层次继续下降，他将自由下落几个楼层，很可能会死亡。

                   使用本发明的大量逃离

与之相比，本发明成功地解决了上述全部问题。如同救援线系统所做的，最好在每层安装出路窗。这避免了不得不打破窗户，而打破玻璃对进行打破的人和下面的人来说都是很危险的。如前面的帝国大厦的例子，在第70层有八扇窗户，每侧两扇。每个出路窗有一个由可以支撑20吨重量的钢链支撑的固定盒。链条的顶部将提前被固定在窗户上方的工字梁(I-beam)或类似的强力支撑物上。

同以前一样，将使用建筑物的迎风侧(没有烟和火的一侧)上的两扇出路窗(如现场的火情指挥所指示的)，将有120人从每扇窗子逃出。但是这次，他们只把自己的钩环夹到固定盒上(他们的钩环固定在他们已经背好的背包中卷绕缆绳的末端上)，并一个接着一个将自己尽可能地迅速地下降离开窗户。对于每个人该过程不会超过15秒。也就是说120个人是在30分钟内(相对救援线系统的4小时。)

但是即使在30分钟内，可能会聚集烟和一氧化碳。因此，本发明还包括一个长达一小时的可呼吸空气系统，该系统可以除去烟、一氧化碳和其他燃烧产物。将一个甚至可以被留有胡须的人佩带的透明的保护头盔集成进来可以允许人员看、听、说、带眼镜和助听器，甚至使用手机。该头盔被设计为一个尺寸适合所有人的样式。该头盔与背包分离，并且在颈部是柔性密封的，从而允许人转动头部。

在建筑物外部，场景是这样的：(来自各个楼层的)数百甚至数千人正在逐渐地且安全地在建筑物的侧面下降。他们的下降速度都小于2英尺/秒，基本上彼此的差距小于1英尺/秒。这意味着，一个人经过另一个人需要花费超过5秒的时间。当他们缓慢地经过时，他们可以轻松地挡开彼此(由于有头盔，因此即使踢到头部也没有问题)。任何建筑物的突出物(包括打开的出路窗)都可以被容易地机动绕过。如果缆绳在过程中变为彼此阻碍、绞合或甚至完全缠绕在其他缆绳上，都不会是个问题。因为与救援线系统不同，本发明中已经放出的缆绳是不会移动的。

同样，锥形的或阶梯式的建筑物也不再是问题。人员轻轻地降落在较低的屋顶层次、阶梯式的台阶或架状突出物上，走到边缘并随后将自己下降越过边缘。因为缆绳中没有松弛，人员的缓慢下降被认为是没有延误地。该过程可以根据需要多次重复。

同样，没有来自倾斜出窗户的致命缆绳的威胁。一旦缆绳被固定(通过夹到固定盒的钩环)，它们将永远不会分离。还可能存在一些小意外，例如上面的人可能会掉下来，而头盔会防止由此引起的伤害。如果风向发生变化，头盔还继续保护不受烟的伤害。

最后，着陆是非常的轻柔，就像从小于1英寸的高度跳下来。这使得很容易避免地面上的障碍物，如果它们存在的话，并最终减小由于着陆造成伤害的几率。在大规模逃离的情况中，在人员着陆时，救援人员可以使用沉重的线缆切割器切断他们的缆绳并引导他们离开着陆区域，从而为即将着陆的其他人(很可能以每分钟几百人的速率)清理着陆区域。他们也可以在火之下的一个较低屋顶上进行上述行动，并重新指引人们回到建筑物的楼梯中----如果这样做安全的话。

                优选实施例的详细描述

图6a和图6b示出了一个穿戴着本发明的优选实施例的6英尺高的男人的后视图和侧视图，包括一个固定在一个救援背带2上的背包组件1，以及帽子组件3。

背包组件1包括一个用一缆绳5的全长预先缠绕的缆绳卷轴4、一个8扇叶的半圆柱状风扇6，全部相关的轴承、齿轮和轴(在本图中不可见)、一个防-松驰(de-slack)弹簧7、一个缆绳引导器8和一个固定在缆绳5的自由端的钩环9。背包组件1被容纳在一个细的、铝或硬塑料盒子10中，其带有一个围绕风扇6的格栅状部分(grillworkportion)11。为了减少任何可能的压力点，一个全包记忆-泡沫板12固定在背包组件1的用户侧。8条连接绳索13被连接在背包组件1上，并将其固定在救援背带2的救援支撑环14上。每个都配备有一拉紧设备15，一旦绷紧就保证在下降前绳索拉紧且背包组件1固定，及下降过程中人员的安全(皮带(belt)、跳簧(bungee)、带扣(buckle)、吊带(strap)、夹子(clip)、系绳(tether)、环形物(ring)、搭扣(snap)、绳圈(loop)、带子(tie)、维可牢尼龙搭扣(Velcro)以及其他代替绳索和拉紧设备的物体)。

救援背带2是当前可用的标准物品。亚特斯(Yates)救援背带型号310和CMC战术绳索背带都是可以使用的两个例子。上述背带都是同一尺寸适合全部人的类型，且腿带和腰带是很容易地系上的。由于腿带，女人将被鼓励保留一条可用的长裤(slacks)。如果没有，救援背带2可以被穿在短裙或连衣裙下，而救援支撑环14可以被从短裙的上部掏出或穿过连衣裙的前部。(救援线背带或救援降落伞也存在同样的问题。)

帽子组件3包括一个透明的塑料头盔16，一个放在头部顶部并在其内部直径(不是在顶部)上支撑头盔16的记忆-泡沫插入件17、一个在除了较低侧外全部带有密封外壳的记忆-泡沫颈套18，从而防止脖子与头盔16的底部之间的空气泄漏，并允许头部移动。在头盔16每一侧有两个过滤罐固定器19，该固定器的每一个固定两个过滤罐20。固定器19和吹嘴21包含小的瓣式(flap-type)检查阀，该阀阻止通过过滤罐20的呼气并阻塞通过吹嘴21的吸气。

图7示出了背包组件的工作部件的立体零件图。通过三个非转动轴，上部或卷轴的轴23、中间轴24和下部的或风扇轴25将全部部件安装到背板22上。每个轴具有一个1/4英寸厚的边缘，该边缘被栓接到所示的带有8个螺栓26和8个防松垫圈的1/2英寸铝背板22中配套的1/2英寸凹槽中。所有的轴都是用不锈钢制成的，以实现高系数的弹性和强度。上部轴23是名义上5/8英寸直径的，并且带有一个1英寸直径的孔，以便减少重量而不会显著地损失弯曲硬度。

观察上部轴23，最接近背板22的TS型锥形的滚子轴承锥(rollerbearing cone)28是NTN-宝儿(Bower)的336号，而配合杯(matchingcup)29是332号。该轴承杯29压入缆绳卷轴4中的机械加工的开口中，该开口位于内部凸缘部分(flanged section)中，而不是在卷轴部分的中间。内部凸缘部分插入其中，并栓接到带12个螺栓31的#1齿轮30上，这样两者就被迫一起转动。压入缆绳卷轴4的外部凸缘部分的是轴承杯32，NTN-宝儿的332b号，其中依托(ride)编号为339的轴承锥33，安装在临近上部轴33的外部端的1×3/8英寸直径部分中。对于500RPM的3000小时，每个特定的锥状滚子轴承的径向力是4,290磅，轴向推力是2,010磅。所有这些级别都极大地超过操作中轴承所承受的。如在本文第121段中讨论的，速度基本上为不到1小时内小于100RPM，然而可以在很短的初始自由下落之后在不到1秒的时间内增加到超过500RPM。上部旋转组件被贝氏垫圈34和螺母35固定在一起，螺母35被拧到上部轴23的螺纹末端。

铝缆绳卷轴4的中间部分是8英寸长，内部直径是3.25英寸，边缘直径是7英寸。在该直径的6英寸处，它可以支撑3/32直径的1,555英尺的碳钢绳索，在柔性的7×19配置中，最小为1,000磅的破裂强度——路司公司(Loos&Co.)部件编号GF 09479(军用，Mil-W-83420)。或者，缆绳5可以是高强度聚合体或合成物。1,555英尺缆绳的长度远超过从西尔斯大厦或台北101的最高使用层到达地面所需要的长度。卷轴4上的多余直径允许增加足够的缆绳以用于适应多个低层屋顶部分，甚至足够在仍在建造的更高的摩天大厦中使用。缆绳5从引导器8穿出(未示出)，一个铝的滑轮牢固地安装在背板22的顶部。光滑的孔在两端扩张(flare)，并且是考虑了硬度和低摩擦的非电镀镀镍的。

在图7的顶部示出了防松驰的一个防-松驰弹簧7和一个盖板36。防-松驰弹簧7插入缆绳卷轴4的外部凸缘部分。其目的是：在人员将自己降低到窗户外部之前和当人员必须通过从较低屋顶层次降低自己来继续其降低的任何后续时间之前，自动从缆绳5消除任何松弛。这是一个重要的特征，因为如果在上述任一场合中的缆绳5上存在松弛，人员将自由下落直到松弛被拉紧。仅仅在超过6英尺的自由下落中，人将达到非常快的20英尺/秒的下降速度。

除了将要指出的一个不同以外，防松驰弹簧7的设计与在可回收的狗链所用的基本一样。该弹簧是由一条长带形的高强度钢、磷青铜或铍铜合金制成，预应力该弹簧以便当不用时可盘绕成紧螺旋状…与图7中所显示的相反的螺旋，与可回收的狗链一样，安装防松驰弹簧7，其预应力曲率与缆绳卷轴4的外部凸缘部分的内部外围的预应力曲率“相反(opposing)”。结果是，所述弹簧环抱(hugs)壳体的外围，而不是卷轴的轴23的开槽延长部分，该带的内环固定在该槽中。上面提到的例外涉及该带的另一端。在狗链的例子中，该带的另一端是永久地固定在壳体的外围上，这是可以接受的，因为该链在完全围绕开槽卷起以前就达到了其停止点。但是在本发明应用中，缆绳5把该带完全地缠绕在卷轴的轴4的开槽末端，在人员完全下降以前折断任何永久的外围附件。因此，如所显示的该带的另一端被形成为带有3个预先用印模冲压(pre-stamped)的三角脊37，所述三角脊被隔开为可以与全部沿缆绳卷轴4的外侧端部上的内部外围上经机械加工的三角压痕相匹配。所述三角脊保持在给定压痕中直到足够数量的带的绕圈(turn)保留在外围上，从而发出足够的径向力来将其固定住。但是，随着人员进一步下降，缆绳卷轴4进一步将带卷绕到中心轴端，直到没有足够的绕圈留在外围上来将小三角脊保持在适当的位置。并且该小三角脊突然滑动，在其外围端释放防-松驰弹簧7。当足够的绕圈重新回到外围从而再次强迫三个小的三角脊37进入三个其他的压痕中时，上述滑动很快就停止了。随着下降的继续，该过程不断地重复。

在该带几乎完全围绕外围情况(未卷绕情况)和该带几乎完全围绕该开槽的轴并且定期在外围滑动的情况(完全卷绕情况)之间，防-松驰弹簧7对缆绳卷轴4施加了一个几乎固定的扭矩，试图使其朝可使缆绳重新缠绕的方向转动。该防-松驰弹簧带的材料、长度、宽度及厚度被设置为，在至少30次旋转中，所述扭矩大致等于10英尺-磅，----这将处理(take care of)至少30-45英尺的松驰。

如果不使用防-松驰弹簧7，则可以产生多种方式的缆绳松驰。当钩环连接在固定盒时，如果拉出的缆绳5的数量超过从窗户逃离所需要的最小数量时，将发生缆绳松驰。如果拉伸力使得缆绳卷轴4旋转，将造成更多的松驰，因此当不再施加力时，其惯性继续使其旋转一段时间，引起形成在背包组件1内部不可被看到的松驰。借助于防-松驰弹簧7持续施加了一个固定的10英寸-磅的扭矩，所述旋转将很快停止，并随后转换为在松驰中旋转。当人员将钩环9拉出几英尺后，他感到三磅的阻力，和一个试图将其拉回的三磅的力。当他感觉到缆绳5以一定量的力将他拉向固定盒时，可以确保在他离开窗户前，所有的松驰都被去除了。出于两个原因而需要所述最小的30到45英尺的松驰清除能力。首先，人员可能首先系上其钩环9，并随后不得不在回来之前去房间中的其他地方。其次，如果该人需要走到一边以便接近其位置，随后决定从离他原始降落位置比较近的一边下降(或者当他从原始降落地点走开时，出现了该带的外围的后续的滑动)，在较低的屋顶层上会产生松驰的数量。通过三角法，如果较低的屋顶在200英尺以下，随后行走114英尺将只拉出30英尺的缆绳。这不会限从200英尺下的某人行走超过114英尺以达到边缘，这只意味着如果防-松驰弹簧7将要重绕所有的松驰，他不应该在他原始开始的方向往回竖起(end up)超过114英尺。

在图7中，上部轴23上的齿轮#130与中间轴24上的齿轮#238匹配。而中间轴24上的齿轮#339与风扇轴25上的齿轮#440匹配。齿轮#130是一个具有12英寸节径和144齿的、宽度为3/4英寸的、12节的、压力角为14×1/2度的正齿轮。齿轮#238是一个具有3英寸节径和36齿的、宽度为3/4英寸的、12节的、压力角为14×1/2度的正齿轮。齿轮#339是一个具有5英寸节径和100齿的、宽度为1/2英寸的、20节的、压力角为14×1/2度的正齿轮。齿轮#440是一具具有1英寸节径和20齿的、宽度为1/2英寸的、20节的、压力角为14×1/2度的正齿轮。所有的齿轮都优选用铝做成，酚醛或镁，以便减少重量。

齿轮#130的每次旋转引起齿轮#238和齿轮#339的四次转动，以及齿轮#440的20次转动。当缆绳卷轴4上的缆绳为6英寸的最大直径时，400磅的最大总下降重量会产生最大齿力。齿轮#130、齿轮#238、齿轮#339以及齿轮#440上的200磅的最大齿力是，这完全在特定齿轮的承受能力以内。相应的最大扭矩是，上部轴23上为1,200英寸磅，中间轴24上为23,300英寸磅，风扇轴25上为60英寸磅。这后边的最大扭矩意味着风扇6的8个扇叶在在其4.9英寸有效直径处承受大约12.2磅的总的最大阻力(drag force)，转换为一个在每个半圆柱状扇叶上的1.53磅的最大阻力。

对于400磅的总下降重量，当缆绳卷轴4上的缆绳5处于3.25英寸的最小直径时，齿轮#130和齿轮#238上的齿力减小到108.33磅、齿轮#339以及齿轮#440上的齿力减小到65磅。相应的扭矩是：上部轴23上为650英寸磅，中间轴24上为162.5英寸磅，风扇轴25上为32.5英寸磅。后边的扭矩需要8-扇叶风扇6的扇叶上的总阻力在4.9英寸有效直径处为6.63磅，或在每个半圆柱状扇叶上为0.83磅。此处及前面的段落所叙述的速度和力的数值提供了一种针对各种目标移动部件的速度和力的“感觉”。

还提供了一种说明前面的能量分析有效性的装置。从图5中可以知道，该能量分析表明，当缆绳在5在缆绳卷轴4上的6英寸的最大直径时，400磅的重量以1.92英尺/秒下降，当缆绳在3.25英寸的最小直径时，400磅的重量以0.79英尺/秒下降。卷轴速度为73.4RPM和风扇速度为1,467RPM时，下降速度为1.92英尺/秒，而在4.9英寸的有效风扇直径处，扇叶速度是62.68英尺/秒。卷轴速度为55.7RPM和风扇速度为1,114RPM时，下降速度为0.79英尺/秒，而在4.9英寸的有效风扇直径处，扇叶速度是47.61英尺/秒。现在用直径作为一个检测，可以通过分别将上述62.68英尺/秒和47.61英尺/秒的风扇速度值带入下面的著名阻力公式中，来直接计算阻力并与所需要的1.53磅和0.83磅的力值做比较。

$\left(3\right)D=\frac{C_D}{2}\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}^w}{g}\right)V^{2}A$

其中，D＝单独一个扇叶的阻力(磅)

C_D＝2.3，半圆柱状的阻力系数

ρ^w＝0.078磅/平方英尺，空气重量密度

g＝32.2英尺/平方秒，重力加速度

V_6英寸＝62.68英尺/秒，在6英寸卷轴直径处的扇叶速度(400磅)

V_3.25英寸＝47.61英尺/秒，在3.25英寸卷轴直径处的扇叶速度(400磅)

A＝0.1389平方英尺，2.5英寸×8英寸扇叶的正面面积

请注意公式(3)中的阻力与速度的平方成正例。但是因为[能量＝力×速度]，这与示出阻力功率与RPM速度的立方成比例的公式(1)一致。

带入上述数值，阻力分别被确定为1.52磅和0.87磅，从而确认了之前的能量分析。

上述对能量分析的确认进一步证明了此处说明的发明原理，该原理与第53段中所叙述的原则结合在一起是：

●引起一个人以1英尺/秒的安全速度而不是以10英尺/秒的不安全速度下降，不需要能量消散机构的十倍更多的能量消散，而是十倍更小，以及

●所述缓慢下降速度可以通过一个小型能量消散机构实现，如果该能量消散机构旋转速度被制成足够大，基本上大于缆绳卷轴的旋转速度，以及

●通过将能量消散机构制造的如此小，以至于该机构和缆绳都能被穿在身上，这消除了漫长的等待前一个人完成其下降的时间----从而实现了人们一个接一个、不用等候地迅速从同一出口点逃离。

在简短但是重要地离题后，重新回到图7，图中示出齿轮#238被安装在旋转套筒41上，该套筒依次安装在两个滚针轴承42上，滚针轴承本身安装在非-转动、1/2英寸直径的中间轴24上。齿轮#339不是直接安装在套筒41上，而是安装在一个滚柱离合器及轴承组件43上，该组件被安装在套筒41上。该304不锈钢套筒41是2.0英寸长，内径为0.668英寸，外径为1.178英寸。垫圈44和螺栓45将整个组件固定在一起。

轴承42是编号为B-812的托林顿(Torrington)冲压外圈滚针轴承(drawn-cup needle roller bearings)，其具有1/2英寸的膛(bore)、11/16英寸外径、3/4英寸宽、3,920磅的最大工作负荷和5,500RPM的最大速度。滚柱离合器和轴承组件43是托林顿生产的编号为FCB-30的零件，具有1.18英寸的膛、1.46英寸外径、845英寸镑的扭矩率和7，330RPM的超速限制速度。所述数值都适当超出前面叙述的要求。

借助滚柱离合器及轴承部件43，扭矩只在一个方向从齿轮#238传输给齿轮#339。这通过不需要该防-松弛弹簧7停止及重绕高速风扇6，而仅仅停止和重绕低速缆绳卷轴4、齿轮#131和齿轮#238，使该防-松弛弹簧7的运转发挥最大的效益。

齿轮#339与位于风扇轴25的狭窄的7/16英寸直径部分的齿轮#440啮合。齿轮#440被焊接(粘接)到一个连接环46上，上述两个部件形成一个刚性部件。所述刚性部件依托在滚针轴承47上，该滚针轴承47为一个编号为B-78的托林顿冲压外圈滚针轴承。该1/2英寸宽的轴承具有7/16英寸的膛、5/8英寸外径、1,690磅的最大工作负荷和6,300RPM的最大速度。八个精密销将连接环46连接到风扇部件6上。

风扇6是个焊接的铝(或模制塑料的)组件，包括一个中心管48、两个8-辐(spoked)支撑板49和八个半圆柱扇叶50。管48依托在两个中压外圈滚针轴承51上，该轴承是编号为BH-78的托林顿冲压外圈滚针轴承，该轴承为1/2英寸宽、具有7/16英寸的膛，11/16英寸外径，1,600磅的最大工作负荷和8,300RPM的最大速度的轴承。风扇组件6和由连接环46和齿轮#440构成的组件被一个末端螺母52固定，该螺母拧到轴25的螺纹端上。3.9英寸长的中心管48具有0.688英寸内径和1.5英寸外径。两个1/8英寸厚的支撑板49具有在其中间带有一个0.75英寸的孔的1.5英寸直径中心部分。必须的，且从1.5英寸直径中心部分放射状地发射的是8个等间距的臂(或辐)，每个都是1/4英寸宽并且延伸到12英寸的直径。两个支撑板49位于中心管48的每个端部的中心，为了严密的角度匹配被对准并焊接在合适的位置。在一端，在直径11/4英寸上钻八个等间隔的直径1/8英寸的精确洞以便容纳被焊接到连接环46的8个精确分布的直径1/8英寸的销。八个扇叶50的每一个都是直径2.5英寸，8英寸长，半圆柱状的、3/32英寸厚的抛光铝。如图7中示出的，每个被焊接在两个对准的辐的下面的四个位置处。这样尺寸的辐可以容易为所需要的力提供充足的安全系数，并对气流的自然状态产生很小的影响。

图8a1到图8f示出了帽子组件3的多个特征。图8a1和图8a2是未添加两个过滤罐固定器19和吹嘴21的基本的透明塑料头盔16的侧面视图和正面视图。图8b是用于头顶的记忆-泡沫插入件17的侧截面视图。图8c泡沫颈套18的侧截面视图。图8d是过滤罐20的截面视图。图8e1和图8e2是过滤罐19的侧面和正面截面图。图8f是吹嘴21的侧截面视图。

图8a1和图8a2分别示出直径12英寸、1/8英寸厚、透明聚碳酸酯(或高温聚砜树脂)头盔16的主视图和侧视图。主视图示出了用于吹嘴21的直径1/2英寸的孔53。侧视图示出了用于两个过滤罐固定器19的两个直径1/2英寸的孔54。所述三个孔的内边缘都是圆的以便在插入时不会撕破或阻碍泡沫插入件17的插入。

在图8b中侧横截面视图示出了用于头顶部的所述记忆泡沫插入件17。其12×3/4英寸外径和5英寸内径为该插入件提供了一个在头盔16内部有一英寸的很有支撑能力的过盈配合(interference fit)，以及提供了一个很暖和的，并且对头部尺寸大于及等于5×1/4英寸的人员也不会有不适的配合。所述插入件由开放式记忆-泡沫模制而成，所述泡沫是由天普-派地克(Tempur-Pedic)_制造的著名的天普(Tempur)_材料，或者便宜一些的名为顺从(Conform)的产品。在使用中，该泡沫插入件17是在头盔之前戴上的，所述插入件在头盔的内直径处支撑头盔，而不是在顶部。

图8c示出了记忆泡沫颈套18的侧截面图。该颈套是用与泡沫插入件17一样的记忆泡沫材料模制成的。对于颈套18，由模制的表面所形成的外壳被放置在恰当的位置以便在除了底部表面以外的全部表面形成密封空气屏障55。上述情况允许颈套18防止颈部与头盔16的内表面间的漏气，并且仍然如舒适的开放式(open-ce11)材料那样作用。所述屏障还应该为使用手机或说话而允许声音相对自由地通过。一个1/4英寸的凸缘是模制件的一个部件，用于防止模制件被推入头盔过深。为了颈套18能适合在颈部与头盔16之间的空间，模制在顶部的同心褶皱(concentric corrugation)允许表面折叠，并且不必伸展。在使用中，首先戴上颈套18(标记了正面和侧面)，随后是插入件17最后是已经装好4个过滤罐20的头盔16。根据编号为5,186,165的美国专利，过滤罐20及其内容物质与来自布鲁克戴尔(Brookdale)国际系统公司的伊威克(Evac)-U8^TM紧急逃生烟罩中所使用的一样。而在伊威克-U8^TM产品中没有使用的是鼻夹、带有进气和出气阀门的口含吹嘴、柔性罩(hood)和在黑暗中可见的发光板。在Evac-U8^TM产品中，只使用一个过滤罐，该罐具有足够在大约每分钟40升的空气流动速率下提供至少10分钟保护的过滤材料层，所述速率与一个人急走时的呼吸速率相同。在本发明中，头盔16上的过滤罐固定器19固定带有四倍过滤材料的四个上述过滤罐，以提供40分钟保护以及在更低的使用速率下更长时间的保护。过滤材料被容纳在一个塑料的壳中(ABS，聚碳酸酯或聚砜树脂)，该壳具有两个板56，该板带有用于在底部进空气和在顶部放出空气的进入过滤罐固定器19和头盔16中的小孔。为了在储存中保护材料，板56中的孔被两个粘贴固定在顶部和底部板上的金属薄片57覆盖。每个薄片57具有一个拔出标签58，这样可以就在将过滤罐20插入过滤罐固定器19之前将薄片轻松地移去。每个过滤罐20的顶部具有一个小凸缘，该凸缘可以装配到过滤罐固定器19的底部，该底部与其相连并将其固定在合适的位置。

图8d是显示出过滤罐20的底部板与顶部板56之间的3层材料的截面图。在底部板以上和顶部板以下，将三种材料两两分离的是静电控制纤维过滤器(electrostatically charged fiber filter)59，该过滤器可以吸收固体颗粒例如烟的微小颗粒。在最下面的纤维过滤器59之上是一层活性碳颗粒60(例如，加尔贡类型ASCIII级，12×30筛)，用于除去自然、人造或合成材料燃烧时典型火焰的浓烟中存在的极性有机气体。在下一个纤维过滤器59之上是干燥剂层61，用于在空气进入最后一层材料之前除去湿气。干燥剂61可以是沸石类型的Z3-01/3A，8×12筛。最终一层材料62用于将一氧化碳转化为二氧化碳，其可以是卡如赖特(carulite)类型200，铜锰氧化物一氧化碳消除剂(coppermanganese oxide hopkalite catalyst)。在每个过滤罐中的各种材料的大致数量如下所述，以便四个过滤罐实现至少使用40分钟及用量较小的情况下使用一个小时的目标：10克活性碳颗粒60、55克沸石干燥剂61、80克卡如赖特催化剂62。只要保护薄片端部密封件57保持不动，这些材料就具有无限的保存期限。在使用中，只有在将过滤罐27安装到过滤罐固定器19中以前才将薄片端部密封件57移开。

如图6中所示的，两个过滤罐固定器19被永久地固定在头盔16的每一侧。在每个过滤罐固定器19中的半-英寸孔与头盔16中的半-英寸孔相连。图8e1和图8e2分别示出了由外部壳体部件63和一个阀门及密封板64组成的左侧过滤罐固定器19的侧面和正面截面图。壳体部件63具有内部的前弹簧部件和后弹簧部件，所述部件引导并固定两个过滤罐20的顶部凸缘，并将所述凸缘顶起压到位于阀门及密封板部件64中的两个O-环密封件65上。在阀门及密封板部件64的顶部是两个瓣状阀瓣66，每个瓣状阀瓣横过1英寸×1英寸的区域位于阀门及密封板组件64的半英寸洞的顶部。两个阀瓣66是由3/1000英寸(mils)的开普敦(Kapton)(聚酰亚胺)薄片的单独带材形成的，该带材是3英寸长×1英寸宽，并被1英寸×1英寸×1/8英寸高的塑料块(plastic block)67固定在中心位置。块67被4个0-80螺丝固定在阀门及密封板部件64上。阀瓣66随着每次吸气提升，允许空气通过过滤罐20进入头盔16。在每次呼气时，阀片66保持关闭，呼出的气体通过吹口21被送出。

如图6中所示，吹口21被永久地连接在头盔16的正面。图8f示出了由外部壳体68和阀板组件69构成的吹口21的侧面剖视图。在阀板组件69背面的半英寸孔与头盔16正面的半英寸孔相连。一个一英寸×一英寸的平坦区域(land)在阀板组件69的正面环绕着半英寸孔，同时该区域被1又1/4英寸长×1英寸宽的、由3/100英寸厚的开普顿薄片单独带材形成的阀瓣(valve flap)70盖住，同时被1英寸×1/4英寸×1/8英寸高的小塑料块71在一端固定。所述块71被两个0-80螺丝固定在阀板部件69上。外部壳体68包括用于呼出空气的两排圆形小孔，一排位于前面的1又1/2英寸直径上，另一个排沿外周分布。随着每次呼气，阀瓣70向外侧抬起，允许用过的空气和湿气排放到外部。随着每次吸气，阀瓣70保持在恰当的位置，迫使吸入的空气通过过滤罐20进入。

应该按照下述顺序佩戴帽子组件3：首先是记忆泡沫颈套18，该颈套的褶皱发亮表面在上侧，较低部分在正面(标记有上侧和正面)，温暖且舒适地围绕着颈部。接下来是记忆泡沫插入件17，将其前侧朝上不会挡住眼睛地、温暖地放在头上。下一步，通过拔出标签58从四个过滤罐的顶部和底部移走保护薄片密封件57。随后，过滤罐被插入头盔16，每个罐固定器19中两个，并且将头盔16缓慢地向下拉过头部。但不是一直向下，因为尽管记忆泡沫插入件17可以在任何高度支持头盔，但不应轻易允许在未重新戴上插入件17的情况下升高头盔。当头盔16足够低时，记忆泡沫颈套18被推动进入头盔的底部一直到凸缘为止。随后，如果感觉头盔16太高，可以将其进一步下降。如果对空气的质量有疑问，应该在背上背包组件1之前戴上帽子组件3。

必须在背包部件1之前戴上救援背带2。尽管背包部件1比常规的背包大和重一些，但如果其容器(container)被直立在桌子上就还是很容易背上该部件。从上述位置开始，连接绳索13可以围绕着躯体、用其弹簧夹72连接到救援支撑环14上并使用拉紧设备15拉紧。如图9a所示，当两个肩带73被使用肩-带束带(shoulder-strap belt)74连接到一起时，连接就完成了。肩带73被固定在背包组件1的背板22上，同时其包含带有记忆泡沫的底部套筒(sleeve)和顶部套筒来引导肩部连接绳索。针对夜用，可以在肩带上夹住两个朝向下的笔型电筒从而为下降提供光源(和让救援人员看到下降的人员的蓝色光反照功能(back-lighting))。如图9b所示，没有任何连接绳索13是固定地连接到1/2英寸的铝背板22上。相反地，随着拉紧设备15被拉紧，绳索在背板22的机制孔(machined hole)中移动。孔是圆边的并且是平滑的，从而避免撕裂3/16英寸直径的连接绳索13。这些尼龙(或聚乙烯)绳索具有承受很大的拉伸力的能力，该能力甚至可以保证带有移动重量的绳索拉紧。图9c示出了拉紧装置15的特写。该设备是用于拉紧小绳索的名为绳-锁(Line-Lok)_的标准物体的改进版本。所述改进是在后端增加一个小金属绳索-导引器75从而防止不经意的释放-通常是通过分离从后端发出的两个临近绳索来实现的。图9d示出了绳-锁_拉紧装置15如何被装配。图9e示出了用户如何拉紧绳索。仅仅一个尼龙的小绳-锁_可以轻松地支撑一个200磅的男子，而此处使用了8个该装置。

                    大量逃离的固定器

对于只有一或两个人，不需要特别的固定器。开-门铰链周围的空间、或桌子以及房间中其它的结实物体可以被用作一个在其上环绕缆绳的固定器，钧环9可以夹在该固定器上。但是在可能的大量逃生情况中，一百名左右的人员必须从一个窗户离开，因此确实需要沿着每个出路窗提供特殊的固定器。对于带有其帽子、平均重量可能为330磅的120个人，固定器必须是不仅只能支撑120个钩环9，而能支撑20吨。(对于更可能的每个人平均200磅的情况，12吨就足够了。)

大部分高层办公建筑物的外部是由水平梁体(horizontal grider)和垂直柱体(vertical column)构成的工字钢梁(steel I-beam)骨架构成的。(世贸大厦是一个例外。)因此，钢工字梁很可能存在于每个可能的出路窗之上。所述工字梁可以轻松支撑20吨重量。可以获得能支撑20吨工作负载的标准梁夹(girder clamps)，该梁夹适用于宽度从8英寸到24英寸的边缘。在图10a1和图10a2中示出梁夹76，在其底部带有内建的连钩(shackle)77。所述梁夹76将要被连接到临近每个出路窗的天花板以上的工字钢梁的底部凸缘上。(上部凸缘被用于支撑上面的楼层。)在梁夹76的连钩77上连接有另一连钩78，该另一连钩的牵引钩联结销(clevis pin)79在顶部支撑铰链80，该铰链额定可以支撑30吨。铰链80穿过天花板花砖(tile)中的一个槽垂下，该槽允许铰链80朝向窗户的运动。该铰链沿着外墙邻近出路窗垂下。在具有连续的玻璃外部的建筑物中，可能没有外部墙只有外部柱体。在上述建筑物中，选定的出路窗是位于外部柱体附近的窗户。在没有钢梁的混凝土框架高楼中，通常被连接到铰链80上的固定盒(下面将进行描述)将被连接到钢套筒上，该套筒被塞入外部柱体中。

图10b1和图10b2示出了连接在铰链80的底部的固定盒81，在出路窗前每个人都把自己钩环9连接到固定盒上。所述固定盒可以容纳120个人的钩环并支撑20吨。固定盒81是一个21英寸高、12英寸宽的结构，其在背面和各侧面具有一英寸厚的钢板。在正面有5个一英寸直径的、延伸到两侧的钢棒。最低的棒距离墙4英寸、距离底部3英寸。向上的下一个棒距离墙6英寸、距离底部6英寸，下一个棒距离墙8英寸、距离底部9英寸，再下一个棒距离墙10英寸、距离底部12英寸，最后一个距离墙12英寸、距离底部15英寸。在顶部，铰链80用一英寸直径的、带有一英寸中心宽度的牵引钩联结销82连接到固定盒81上。图10c示出了邻近一个出路窗的完整设置过程。固定盒81被定向为棒朝向外侧。从最底部的棒开始，一次夹住一个钩环9。第一个人夹上其钩环9，将该钩环推到窗户-旁边，并随后离开。其他人重复上述过程，直到第一根棒上大致夹满25个钩环。随后，如果需要的话，夹满第二根棒，接下来第三根、第四根，最后是第五根。固定盒81被显示为悬挂在外部墙上，邻近出路窗。如果出路窗邻近外部柱墙，悬挂在外部柱墙上的固定盒81可以同样良好地工作。梁夹76、悬挂铰链80和固定盒81显然必须是在需要使用前就已经被安装好的。出于美观的目的，可以用面板或窗帘遮蔽铰链80和固定盒子8，只要在需要时上述装置都是立即可用的就可以了。

在火灾发生时，可以将一个作为辅助工具的、标准的金属书桌推到出路窗前从而在逃离过程中起到协助作用。在图11a中示出了第120个人在离开窗户前，将其钩环9夹到固定盒81上。他是受过训练的4人雇员志愿者队伍中的一员，所述队伍帮助其他116人离开出路窗。现在，逃离开始一个半小时以后，所有人(包括他的三个同志)都已经离开了，而他是最后一个。注意，已经离开的人的全部钩环9和缆绳5。通过将固定盒81沿着窗户设置而不是在窗户之上设置，已经离开的人的全部缆绳5都聚集到窗户开口的一个角落中，从而确保了开口的空闲—无论有多少人需要离开。在图11b中，第120个人正蜷缩在桌子的顶部，缓慢地朝向窗子后退。请注意他的防-松弛弹簧7正在保持他的缆绳拉紧。在图11c中，他完全地退出了窗户，正抓着桌子，准备放开并开始自己的缓慢下落，他很快将加入到已经在地面上的几百可能是几千人(也可以是来自其他楼层的)中。

                      备选实施例

此处公开的本发明的备选实施例描述了用于消散能量的备选机构—每个都遵从前面详细描述的并在第53段和第81段中总结的广泛的发明原则。因此，每一个备选能量消散机构的实际实现都包括使其转动得比缆绳卷轴4快。

备选实施例中的第一个使用一个永久磁电产生器(permanent magnetelectric generator)和一排电阻器来消散能量。产生器简单地代替了在优选实施例中的风扇。在这个备选方案中，消散能量的速率-或功率-与旋转速度的平方成正比，而不是如优选实施例那样与旋转速度的立方成正比。(这是因为电压与速度成正比，能量与电压的平方成正比[P＝E²/R]，因此能量与速度的平方成正比。)

作为结果，对于一个给定的功率电阻器值(上面公式中的R)，与优选实施例的情况相比，覆盖整个重量范围的下降速度范围将更宽。但是，由于电阻器的数值可以改变，可以通过将这个重量范围划分为小的重量范围并给每个小范围赋予不同的电阻值来将下降速度的范围变得很小，可以通过开关实现对各个小范围的选择。为了更好地完成上述划分，需要八个重量范围(每个带有自己的相应的电阻值)。背包外壳变为一个全铝的壳(类似半个铝的衣箱)，绕线式功率电阻器安装在所述壳的内部并带有一个合适的热沉材料从而增大热传导的过程。最高电阻器数值要符合最低的功率消散和最低的重量范围。假设背包重量为40磅(合适的电阻器小于5磅)，下面的表格示出八个完整的重量范围和相应的人员重量范围。值得注意的是，范围的宽度与重量成正比地增加。

范围#	整体重量(磅)	人员重量(磅)
			1234567	90到110111到133134到162163到196197到235236到282283到338	50到7071到9394到122123到156157到195196到242243到298

8

339到408

299到368

如果代替优选实施例中风扇的产生器被设计为在1,250RPM输出48伏特电压，而其他设计参数保持与前面叙述的不变，并为产生器假设具有很低的输出阻抗，随后下述用于八个重量范围的功率电阻器的数值将代替最初6英寸卷轴直径的1.5英尺/秒和1.8英尺/秒和接近结尾处3.25英寸卷轴直径的小于1英尺/秒之间的全部下降速度：范围1]10.00Ω；范围2]8.42Ω；范围3]6.96Ω；范围4]5.80Ω；范围5]4.82Ω；范围6]4.02Ω；范围7]3.35Ω；以及范围8]2.79Ω。对于优选实施例的风扇，稳定状态功率被保持在1,200瓦特以下，稳定状态产生器速度被保持在低于1,500RPM。

当然，一个可能的问题是每个人必须正确地(并且诚实地)在其背包上的8-位置旋转开关上选择其重量范围，以便该背包在下降之前施用适当的功率电阻器。上述情况单独地就可以作为选择优选实施方式的充分理由。但是另一个原因是由不良焊点、电线移动(dislodged)、电阻器烧坏以及产生器线圈短路或打开的可能性引起的“故障-安全性(fail-safeness)”降低。同时还存在更大的复杂性和开销。

优选实施例的第二个备选方案使用一个可调节涡流制动器作为能量消散机构。与产生器和电阻器类似，由于制动力与速度成正比并且因此制动功率与速度的平方成正比，所以需要用于不同重量范围的可调节性。第5,711,404号美国专利公开了上述制动器。所述制动器的转子是由金属导体制成的。其定子是带有永久磁性的板。可以通过使用户在下降前进行机械设定来调解上述两部件之间的空隙。所述设备是完全机械的这一事实减小了上面叙述的产生器和电阻器潜在的电气可靠性问题。但是，该装置还是需要每个用户做出诚实的重量配置以及相应的准确机械设置。

为能量-消散机构使用简单的摩擦制动器是不能被接受的替代方案，因为制动力相对速度独立，从而使得制动功率只与速度成正比。因此，在第53段中叙述的对稳定下降的要求也许不能被满足。并且由于静摩擦力大于动摩擦力，上述设备可能很容易在下降中停止，使得人员进退两难。只要在第81段中总结的其他发明原则得到满足，可以使用一些符合第53段要求的其他能量-消散机构(包括自动管理员制动器)。

                       其他问题

出路窗存在一个问题。在2001年9月11日以前，绝大部分人在其正常思维中从没有想到通过上层的窗户逃离一个高层建筑物。然而，实际上逃离的附加装置的每个新架构都需要该窗户。为了说明甚至可以在最高的建筑物中更换一些窗户，人们只需要看看在西尔斯大厦中发生的一个项目，在这里鹊兹韩(TrizecHahn)公司开始用由新的杜邦TM布塔赛特(Butacite)_聚乙烯醇缩丁醛夹层制成的能量有效叠层安全玻璃替换大厦全部的16,000扇窗户。通宵工作人员从晚上6点工作到早上6点以避免打扰租用者。该项目的完工时间预计在2007年晚期。如果这样的努力可以被证明用于减少建筑物降温成本和外部噪音并帮助防止地毯和家具褪色，则建筑物经理们肯定可以确定改变一些窗户来保护其租户的生命并减少其焦虑。同时减小租户焦虑可以通过提高的出租率来帮助证明花费的有效性。

一旦一个人正在下降，背包装置1的重量可以成为问题-即便不是如此。因为，随后使用者将吊在背包上而不是支撑该背包。40磅可能被看作是很大的重量，虽然该重量并不比很多徒步旅行者在背包中携带的重量大…并且也不比一些儿童带到学校的书包重很多。进而，降低到上述重量需要在可能的地方钻出机械部件。另外，将卷轴、齿轮和背板替换为酚醛、镁或其他轻质金属将减少很多的重量。或者，在有齿轮的地方换用皮带传动(只要皮带被制造为冗余的以便保持故障-安全性)。40磅的大部分是1,550英尺长的缆绳(用于110层的西尔斯大厦)。该缆绳重为26磅(每一百英尺1.7磅)。如果只根据将使用该缆绳的特定高度在卷轴上安装足够的缆绳(参阅第128段)，同时考虑到任何必须被经过的较低楼顶，则显然可以在大部分情况下实现显著的重量减轻。

当然，此处描述的设备不只局限于大的工作场所环境。在高层公寓和饭店中也可以使用所述救生装置。在这些情况中，鉴于较少的人从其公寓或房间中逃离，固定器不需要像前面描述的那样坚固。事实上，由于很多厚重且坚固的物体已经在房间中，很可能不需要安装特殊的固定器。

儿童可能需要在帮助下戴上装置，并必须被送出窗户。非常小的儿童和婴儿不能像上面描述地那样使用所述实施例。但是，一个小子弹头型“茧”可以被设计为具有本发明的全部特征，包括在密封“茧”的顶部护罩中的空气过滤系统，婴儿和小孩子可以在“茧”中下降，很可能被包裹在热-防护绝缘篮子中。

外围辅助物可以改善所述实施例的实用性。例如，在缓慢经过时挡开建筑物外部的结实的手套；连接在固定盒子上的引导绳索，该绳索从窗户伸出几英尺以协助从窗户逃离；以及一个类似淘特丝(Totes)_，关闭时很小、易于打开、易于关闭、金属化-薄片的(metalized-foil)、热-反射伞-型护罩，该护罩在可回收绳索(cord)上连接到在水平胸带(harness cord)的侧面，从而在经过着火的楼层需要时展开。热-反射护罩的一个替代物可以是由绝缘、耐火材料例如诺麦克思(Nomex)_制造的防护服(coveralls)，该防护服将在戴上本装置之前被穿到现有的衣服上。在迎风侧不需要热保护，但是在非迎风侧需要。尽管优选实施例的下降速度固有地随着空气温度的大幅度增加而增加[参阅公式(1)(2)和图5]，上述速度增加小得不能携带人员安全地通过向外探出的火焰。但是，在第125段中将描述一种用于自动和显著地增加穿过酷热区的下降速度的实用设备。

最初的自由-下落造成另一个潜在危险。但是不会发生在如图11所示的、固定盒81(或在固定盒位置起作用的其他装置)位于离开点的高处和附近的情况下，以及当缆绳5在下降前是拉紧的(如同所述缆绳有防-松弛弹簧7的样子)情况下。在上述情况下，将不会出现初始自由下落，因为电缆甚至在达到其在窗户边缘上的最终支撑位置之前就被拉出来驱动风扇。但是在固定器位于房间内部-或者当一个人从阳台离开时，固定器没有在栏杆(railing)之上的情况中，则即使使用拉紧的缆绳，也会出现短暂的自由下落，直到拉紧的缆绳停靠在窗户边缘或栏杆上，此时缆绳开始释放并驱动风扇。一英尺的自由下落将引起下降速度增加到8英尺/秒；两英尺的自由下落将引起下降速度增加到11英尺/秒；三英尺的自由下落将引起下降速度几乎增加到14英尺/秒；四英尺的自由下落将引起下降速度大约增加到16英尺/秒。在自由下落的结尾处，风扇6将自动加速以便迅速地将人的速度降低到适合其整体重量的恰当下降速度。不幸的是，这个过程可以引起在缆绳内部很高的瞬时-力，该力可能超过缆绳1,000磅最小断裂力。可能的解决方案将是，在固定位置不能确保处于离开点的上面或附近的地方，给缆绳安装与缆绳成一直线(in-line)的负载-限制能量-吸收器(就在钧环9下面)。很多简单的、便宜且有效的能量消散装置是可以买到的并广泛被登山者使用来安全地消散短暂自由下落的动能。一个上述设备是小的桉树(Yates)“拉链尖叫者(Zipper Screamer)”负载限制吊索(LoadLimiting Sling)。该吊索连带其6英寸的撕裂袖(tear-away sleeve)只有3盎司的重量。其内部是两个平行的网状物(web)，每个都折叠起来并以三行平行的特殊撕裂-缝合(tear-stitch)缝合到其本身上，这样当网状物上的力达到一个特定的数值时，缝合开始裂开，并在过程中扩展网状物的长度并吸收能量。对于桉树“拉链尖叫者”，其激活力是600磅，最大延伸是2英尺，在完全展开时，网状物的负载能力是6,000磅。

下面的数字例子将更好地说明吊索如何工作。假设一个260磅的人(以及其40磅的背包)准备从其饭店窗户逃离，整体重量为300磅。他的背包在缆绳5和钧环9的端部之间安装有小的拉链尖叫者负载限制吊索。按照在他的房间中粘贴的指示，他将钩环9连接到房间内部的一个合适的固定器上，走到窗户前并将其打开，将书桌推动到打开的窗户前，爬上去并倒着退出窗户。缆绳5一直保持拉紧。然而，在缆绳5变为由窗户的边缘支撑前，该人员已经自由下落了两英尺的距离，其下降速度达到11.35英尺/秒。在自由下落的结尾处，其缆绳卷轴(具有初始的6英寸直径)开始旋转。当风扇6的旋转速度只达到1,797RPM，缆绳力将达到600磅，拉链尖叫者的缝合开始撕裂，持续0.28秒将缆绳力保持为大约600磅，同时人的速度降低到2.35英尺/秒。在这0.28秒中，该人下降了1.92英尺(来自拉链尖叫者的1.26英尺延伸和来自缆绳卷轴的0.66英尺。)在0.28秒的末尾，拉链尖叫者不再延伸，风扇6(全部依靠自己)将力从600磅下降到300磅，并且下降速度从2.35英尺/秒下降到1.66英尺/秒(该速度是对于整体300磅的稳定下降速度)。这个例子示出了，当300磅的整体重量(例如，带有40磅的背包的260磅的人)自由下落2英尺时，小的拉链尖叫者可以成功地保持缆绳力不超过600磅。对于更长的自由下落和重量更大的人，可以连续地设置两个或多个拉链尖叫者。

尽管连续地设置的多个拉链尖叫者可以保证在短暂的初始自由下落后，缆绳力小于1,000磅，但是还有更好的解决方案-该方案可用于一个360磅的人的任何次数和长度的自由下落，并且不需要连接多个设备(该多个设备可能被错误地连接)。该设备是安装在缆绳卷轴和齿轮#1之间的内建的、弹簧-离合器扭矩-限制器。首先，如图7所示，卷轴和齿轮#1是通过12个螺栓31被栓接在一起的。所提议的扭矩-限制器的基本原理与瑞斯潘(Ringspann)RT系列蝶形弹簧扭矩限制器和拉夫力士(Ruflex)_摩擦扭矩限制器所使用的一样，除了用两个膜片弹簧代替蝶形弹簧。所述两个相同的弹簧具有内建的摩擦片，该摩擦片在改进后的齿轮#1的内部板上用很大的预设轴向力夹紧该齿轮的每一侧，这样在常规操作中，扭矩被无滑动地传导给卷轴。但是，如果扭矩应当超过预定的数值(由轴向力摩擦片几何学及其摩擦系数确定)，将发生滑动从而限制扭矩为预定数值。仍然通过风扇消散能量(该风扇现在被由滑动扭矩确定的固定速度驱动)，并且也通过扭矩-限制器的滑动摩擦来消散。由于下降速度变慢，滑动速度减步，最终达到零，此处自动恢复夹紧。设置滑动扭矩的目的在于，使得缆绳力对能使最重的人减速来说是足够大的，并且对保护缆绳来说是足够低的。

如同前面对本发明的基本配置所做的，下面详细说明在本应用中使用扭矩-限制器的实用性。图12示出了改进的缆绳卷轴4a、改进的轴23a(现在大约十分之一英寸长)、改进的齿轮1#30a(现在带有支撑连接板(supporting web))、内侧锥状滚筒轴承的滚筒锥(roller cone)28和配套杯(mating cup)29、背板22、8个安装螺栓26(示出两个)、位于改进的缆绳卷轴4a的内侧端部的扭矩-限制器的多个部件的新装配完成的组件的剖视图。从左到右示出了带有其摩擦片(friction-lining)84的外侧膜片弹簧83、间隔环85和带有其特富龙O-环87的齿轮#1的支撑连接板86、带有其摩擦片89的内侧膜片弹簧88、键棒(key rod)90、螺纹环(threaded ring)91和锁定销(未示出)。

两个膜片弹簧83和膜片弹簧88是一样的，其覆盖(house)同样的摩擦片84和摩擦片89。每个弹簧具有内部毂(hub)、膜片和固定摩擦片的外部毂。内部毂的膛(bore)是4.002英寸，该尺寸使得其可以与改进的电缆卷轴延伸部的4.000英寸直径紧密滑接(slip-fit)。内部毂的外径是4.400英寸。膜片从4.400英寸直径延伸到6.000英寸直径。外部毂从6.000英寸直径延伸到7.000英寸直径。膜片是十分之一英寸厚(0.100英寸)，位于毂的0.380英寸轴向宽度的中间。在膜片最低-张力5.20英寸直径处钻通一个单独的小的1/16英寸直径的孔，从而在扭矩-限制器的激活过程中消除任何可能的空气压力。每个外部毂的一面开有9/100英寸深的槽，该槽从6.125英寸直径延伸到6.875英寸直径。上述槽用于摩擦片的连接(bonding-in)，该摩擦片是0.125英寸厚并因此从外部毂的表面上突出35/1000英寸(0.035英寸)。为了避免9/100英寸深度和125/1000英寸厚度上的紧密度容限(tight tolerances)，可以使用更厚的摩擦片，该摩擦片并制造为在粘接后突出35/1000英寸。

改进后的齿轮#130a具有轴向地居中在其3/4英寸宽的齿部的250/1000英寸的内部支撑板。所述板的目的是，当摩擦片滑动时，提供摩擦片作用的区域并径向地支撑齿轮#1保持其居中。为了实现上述目的，250/1000英寸厚的板的膛包括用于特富龙O-环87(派克(Parker)尺寸#246，其具有4.484英寸内径和4.762英寸外径，以及0.139英寸截面直径)的凹槽。由于O-环不是用于密封压力，因此其不是带有轴向间隙的普通O-环凹槽。相反，当板和O-环被安装到间隔环85上作为部件时，凹槽提供O-环的轴向压缩和常规以上的径向压缩。齿轮板和间隔器都是250/1000英寸厚，因此齿轮/O-环/间隔部件可以被一起压倒一平面上。(间隔器在每端有一个小斜面来协助上述装配。)与膜片弹簧类似，间隔器的膛是改进后的缆绳卷轴延伸部上的紧密滑-接。全部三个膛以及改进的缆绳卷轴延伸部的外表面带有轴向凹槽，该0.096英寸宽、0.048英寸深的凹槽是用于容纳键棒90，该棒是0.094英寸直径乘1.000英寸长的带有圆滑末端的316不锈钢棒。键棒阻止膜片弹簧或间隔器相对缆绳卷轴的任何转动。在滑动中，O-环必须在间隔器的外表面上以很小的摩擦滑动，为了实现上述目的，间隔器的外表面可以被抛光，并随后非电镀地镀上5微米厚的镍来提高光滑度和硬度。特富龙的一个著名的特性是其趋向于长时间保持不变，该特性帮助减少在间隔器处的压缩力，从而增加了在滑动时保持居中的能力。1.375英寸长的缆绳卷轴延伸部的最后0.375英寸，以及螺纹环91的膛都是分别沿着其4英寸的外径和内径，每英寸带有16个螺纹，所述螺纹一致都是左旋螺纹。当扭矩-限制器滑动时，左旋螺纹将防止螺纹环松动。

将扭矩-限制器组件装配到缆绳卷轴延伸上是这样进行的：一个膜片弹簧(带有其内连(bonded-in)的摩擦片并突出35/1000英寸)在其不带有摩擦片侧朝向卷轴的情况下被滑上，随后被旋转以便其轴向凹槽与改进的电缆卷轴延伸部的轴向凹槽相吻合。随后插入键棒。接下来，齿轮/O-环/间隔器部件被用键棒穿起并滑上。(在第一膜片弹簧的内部毂和间隔器之间将存在35/1000英寸的缝隙。)随后，第二膜片弹簧(带有其内连的摩擦片并突出35/1000英寸)被用键棒穿起并滑上，其摩擦片侧朝向卷轴。(在第二膜片弹簧的内部毂和间隔器之间将存在35/1000英寸的缝隙。)螺纹环随后被使用3/8英寸直径活动扳手孔(spannerwrench hole)911旋上并旋紧。由于螺纹环向内侧推第二膜片弹簧的内部毂，两个35/1000英寸的缝隙伴随着膜片弹簧的类似压缩一起变小。最后，当在内部毂处不再存在任何缝隙时，膜片弹簧将每个都偏转(deflect)35/1000英寸。该膜片弹簧的外部毂将与齿轮的板持平并通过其摩擦片向板施加1,150磅的力。此时，铝膜片中的最大压力是18,781磅力/英寸²(在用来制造膜片弹簧的7075 T6铝的73,000磅力/英寸²屈服强度以内，以便提供足够的安全系数。)对螺纹环的进一步收紧不会带来膜片偏转、压缩力或膜片压力的进一步增加。只有放松螺纹可以减小力。因此，在用活动扳手紧固以后，并在用于验证名义上的2,000英寸-磅扭矩-滑动数值(参见第12段)的过程中(in-process)检测后，在螺纹的任何地方轴向地钻0.20英寸长、1/16英寸直径的孔，并且压入一锁定销从而完全地阻止任何可能的松开(unthreading)。可以用能买到的1/16×3/16长的轧钢弹簧销作为锁定销。

本发明所使用的摩擦片材料是雷贝斯托(Raybestos)R-428，一种带有无机填充剂的非石绵非金属的树脂结合剂。该材料在很大的接触压力范围内(从30牛/厘米²到120牛/厘米²)的高耐热性和稳定的0.28摩擦系数以及很长的滑动时间(9分钟)使得其非常适合用于刹车/离合器结合体。R-248的优选表面压力是(15到250)牛/厘米²。此种情况下的接触压力是150磅力/英寸²(1,150磅除以7.658英寸²)，该数值等于103.5牛/厘米²(恰好在上述范围之中)。所述R-248材料具有1,740,000磅力/英寸²的很高压缩弹性模数，作为结果，150磅力/英寸²接触压力引起每个125/1000英寸厚的摩擦片只压缩0.00001英寸，该数值与35/1000英寸相比显然可以忽略。对于R-248，优选地滑动速度被保持在25米/秒以下。6英尺初始自由下落的实际滑动速度将从6米/秒在不到一秒的时间内减少到0。几乎不可能的15英尺初始自由下落的实际滑动速度将从10米/秒在几秒种内减少到0。为上述两个摩擦表面使用0.28的摩擦系数值，连同其面积(area)和位置(location)，滑动扭矩被计算为222.7牛米或1,971英寸-磅。在最初3英寸的卷绕缆绳半径(直径6英寸)，扭矩出现在657磅缆绳力处。但是，由于0.28是动摩擦系数，而不是比较高的静摩擦系数，实际分离扭矩可能接近2，100英寸-磅，伴随着700磅的分离缆绳力。在设定点，最重的人可能引起扭矩-限制器起作用，(不会带来问题)甚至在没有自由下落时也要起作用。这是因为，在未负载的弹簧(在本例中，是缆绳)上 突然施加重量可以引起弹簧上两倍于重量的瞬间力。

一个数字例子将进一步说明扭矩-限制器的能力。假设一个360磅的人(带有一个40磅的背包)将其缆绳 很好地固定在房间 内。随后，他站在窗户的边缘上并 跳下。结果是，他自由下落6英尺，在其缆绳(固定在房间内部)获得边缘支撑前，该人的自由下落速度达到19.7英尺/秒。缆绳卷轴立即(其初始6英寸卷绕直径)开始旋转。当卷轴达到97RPM时，缆绳力达到700磅且扭矩达到2100英寸-磅，该扭矩数值引起扭矩限制器滑动。动摩擦立刻取代静摩擦，扭矩减小到1,971英寸-磅，缆绳力减小到657磅，风扇速度从1941RPM减小到1,880RPM。当缆绳解卷绕速度上升到超过19英尺/秒从而与下降速度匹配时，所有这些数值保持不变。上述情况带动初始缆绳卷轴速度达到700RPM，而齿轮#1的速度维持94RPM。扭矩-限制器中的合力摩擦力(resulting friction)和风扇的能量消散相联合从而迅速地在大约0.833秒、9又1/4英尺内将下降速度从19.7英尺/秒减小为2.46英尺/秒。在此时，卷轴速度已经降低到94RPM(与齿轮#1的旋转速度匹配)并且扭矩-限制器不再滑动。随后，风扇6(依靠自己)将力从657磅减少到400磅，将下降速度从2.46英尺/秒降低到1.92英尺/秒(对于400磅整体重量的稳定下降速度)。这个极端的例子使得内建扭矩-限制器用于确保本发明“故障-安全性”的可观能力成为焦点，甚至当其在肯定被认为是鲁莽的方式下被使用时(该鲁莽的方式在混乱情况中很可能发生)。

扭矩-限制器可以扭转局势的另一个情况是，当一个以缓慢、安全的速度下降的人被另一个从窗户自由落下的人“撞到”时。很明显，上述情况是一个可以避免的状况，然而也是一个很容易出现的状况。在不具有扭矩-限制器时，上述情况将使第一个人的缆绳超载并断裂，这不仅给他而且给下面的所有人带来灾难性的后果。但是，借助处于合适位置(in-place)的扭矩-限制器，只要该人的缆绳力达到700磅(或者如果其缆绳更长该数值可以更大)，扭矩限制器将滑动，从而保护缆绳并帮助该人及过程中的其他人减速。进一步，如果需要，该限制器可以一次接一次地重复上述动作，就如同其对后续的自由下落可以做的一样。

然而，从较低屋顶的后续下落的可能性是很小的。这是因为，由于防-松弛弹簧7的作用，缆绳保持拉紧，并且当人后退越过边缘时，缆绳几乎指向竖直方向。从最初下降点向下几百英尺，减小的卷绕直径增加了缆绳力，该缆绳力需要达到2,100英寸-磅的定值，该定值引起扭矩限制器滑动。在628英尺以下，伴随着5英寸卷绕直径，力增加到840磅(从700镑)。在1000英尺以下，伴随着4.2英寸卷绕直径，力增加到1000磅。在超过1000英尺后，(大于1000英尺的)0.094英寸半径、7×19镀锌钢缆的弹簧常数降低为小于63磅/英尺。上述数值对于确保360磅重的人(以及40磅的背包)在最大为5英尺的自由下落中缆绳力保持低于1,000磅来说是足够低。但是，把使用钩环将上述脆弱的弹簧与缆绳串联作为自由下落问题的解决方案是不现实的，因为弹簧会很长，还必须被折叠到16英尺…并且其不能涵盖任何可能距离的自由下落。在背板中的(或上的)“弹性”缆绳-引导器或位于缆绳卷轴与齿轮#1之间的扭簧也不能做为解决方案。上述这些解决方案都不能与弹簧-离合器扭矩限制器的效力相媲美。

从前面的段落可以看出保持初始6英寸卷轴直径的重要性，这样扭矩限制器的初始滑动就不会超过700磅。因此，一旦为了预期的较短的下降而在缆绳卷轴上缠绕较短的缆绳时，该缆绳应该被缠绕在更大直径的心轴(mandrel)上。下述尺寸的心轴可以用于下述较短的下降高度(适合目标建筑物的较高楼层)，未包含任何附加的斜线距离：

3.626英寸直径-1,394英尺(帝国大厦，中国银行大厦)

4.002英寸直径-1,224英尺(芝加哥的AON中心和约翰汉寇克中心)

4.378英寸直径-1,038英尺(特朗普世界大厦(Trump World Tower)，一个自由场所(One Liberty Place)、通用大厦(GE Bldg))

4.754英寸直径-835英尺(瑞普季大厦(Rappongi Tower)，海名轩(harbourfront landmark)，国卫中心(AXA Ctr))

5.130英寸直径-615英尺(联合国广场大楼、纽约市威斯汀酒店)

5.506英寸直径-378英尺(典型的25层公寓建筑物)

直接在3.250英寸直径的缆绳卷轴4a上缠绕1,547英尺(或更多)的缆绳，该长度适用于西尔斯大厦、石油大厦(Petronas Towers)和台北101。对于较大直径的心轴，仍然使用本缆绳卷轴4a(其缆绳连接(cable-end)在内部锁定)，可以通过使用两个模制的、互锁的、轻质且带有3.250英寸膛(未示出)的戴尔润(Delrin)_半圆柱体实现更大的直径。3.250英寸直径的、不含模制半圆柱体的缆绳卷轴包括15排(row)0.094英寸直径的钢丝绳。然而，带有戴尔润_插入件的3.626英寸心轴包括13排钢丝绳；4.002英寸心轴包括11排；4.378英寸心轴包括9排；4.754英寸心轴包括7排；5.130英寸心轴包括5排；而5.506英寸心轴包括3排。每排都是85绕(在8英寸长的空间内)，除了每次最后一排只有80绕。这是因为防-松弛弹簧7可以不使用重新-引导机构，将该排从80绕重新缠绕为55绕，“就如同没有被松开一样”。尽管在7英寸直径壁中存在充足的空间允许缆绳在其顶部重新缠绕(伴随初始缆绳力只有很小的减小，扭矩-限制器在该处减小)，为了初始重卷绕需要避免上述在其自己顶部的重卷绕(尽管是无害的)。但是，为了在较小的直径进行重卷绕(此时重卷绕是不可避免的)，缆绳在其顶部的重卷绕实际上可能是有益处的，因为重卷绕可以轻微地减小否则将增大的松开力(trip force)。

由于弹簧-离合器扭矩-限制器允许人员的长距离多次自由下落(并被多次撞到)，出现了另一种离合器类型-一旦周围空气温度变得过高时，用于退耦风扇6的可重复自动-激活热-离合器。该离合器为任何必须从建筑物的非迎风侧离开的人员，在其穿过一层或多层强热时自动将下降速度升高到接近自由下落条件下的速度。甚至在没有抗热保护服或可展开的热遮蔽的情况下，人员可以在没有任何烧伤的情况下通过，就象马戏团老虎跳过火圈。在经过着火层后，热离合器将重新耦合风扇，这将引起弹簧-离合器扭矩-限制器滑动，从而保护缆绳不承受高负载力，同时其帮助将人员的速度降低到重新耦合的风扇可以自己接管的速度(如同第121段中所描述的)。如果需要保护来自多个失火楼层的人员，热离合器和弹簧-离合器扭矩-限制器可以以上述方式重复地工作。很多热离合器样式都是可以使用的，但是简单地足以用语言(没有附图)描述的样式是将风扇的管状3.9英寸长中心毂制造成更像同心的“管中管”，其中，3英寸长的外部管的中心部分现在是1/64英寸厚的铝(该外部管的端部必须厚一点以支撑8-轮轴支撑板49。)在外部管和现在1.2英寸的直径内部管(前面是1.5英寸外径)之间的狭窄(1/32英寸)环形空隙中填充有IGI微晶蜡微小系列(microsere)5999，该材料在194°F(最小192°F)熔化。也可以使用其他化合物，但是微小系列5999提供在高端蒸汽温度的详细定义的熔点，具有高硬度和表面支持。可以使用特富龙O-环(或特富龙或尼龙插入件)来密封环形空间的末端从而保证外部管居中，并且当蜡液化时蜡是封闭的。由于蜡本身将作为热绝缘体，很可能只有千分之几英寸的外部蜡会液化。很薄的1/64英寸铝以及蜡外部的千分之几英寸的液化，使得其液化和固化发生得很快。对高速轴的很低的扭矩要求(通过弹簧-离合器扭矩-限制器保持为大约100英寸-磅)允许蜡在完全固化时很容易地传递扭矩，因为蜡只要求5磅力/英寸²的切变强度。尽管与弹簧-离合器扭矩-限制器连接的热离合器将保护从建筑物的非迎风侧离开的未受保护的人不被烧伤，还是推荐所有的人从迎风侧离开。

由于本发明将被用于拯救生命，应该以最全面的方式对每个单元进行最终测试，从而确保当该单元需要完成其救生功能时，其可以以故障-自动恢复的方式运转。此处将描述最终的功能性测试，该测试将不仅验证整体性能，还验证包括在第115段和第124段中讨论的所有特征的每个特征的性能。(一个例外是只在第125段中描述的热离合器，可以用针对每个单元的过程-中测试来验证该离合器的恰当功能。)对于最终功能测试，每个工作单元需要带一个360磅的假人通过6英尺的自由下落和另外18英尺的下降，加上由防-松弛弹簧7进行的后续对至少30英尺缆绳的重卷绕。此处描述的整个检测，包括开始(set-up)、结束(break-down)和评估总共需要不到一分钟。假人被配置为真实的很重的躯干并戴有一真实的背带。一个特殊的线性轴承部件使得假人以很小的摩擦在两个平行的垂直杆上下降24英尺。在底部(在地面层级的18英尺以下)设置有一个重型压缩弹簧来停止假人的下降。在假人内部是一个钢块，用于提供其360磅的重量。一个2G应力测试加速度计被连接到假人身上并垂直放置，其输出正向移动对应向下加速。该加速度计有其自己的能量供应和调理电路，该电路具有高分辨率自动调零特征。一个带有其自己的电荷放大器的高自然频率(＞5千赫兹)压电式加速度表也被连接到假人上但是是水平放置的。一个位于地面6英尺之上的电磁体将假人固定在杆的顶部。一个平台允许技术人员使用背包单元的带子和背带支撑环将背包单元安装到假人身上。缆绳被延伸，其钩环9被固定到一个精确的2,000磅负载-单元上，该单元离边缘12英尺远并被栓接在地面以上3英尺处。当准备好以后，按下一个按钮，随后马上自动-调零应力测试加速度计，触发数字数据获取单元(带有防混淆滤波器)的启动从而以每秒1,000个采样的速度(32位分辨率)对负载单元和两个加速度计的输出进行采样，随后切断电磁体的电流从而释放假人。在缆绳开始停靠在地板的圆角并开始转动缆绳卷轴以前，假人在0.610秒内自由下落6英尺。随着风扇旋转，负载单元的输出(指示缆绳力)首先达到最高点随后达到稳定状态(plateaus)，指示出扭矩-限制器的激发以及摩擦-片相对齿轮#1的板的滑动。第121段示出了滑动将持续0.833秒，同时假人在大约9.25英尺内从19.7英尺/秒减速到2.46英尺/秒，自动地使风扇(完全依靠自己)将速度降低为很低的1.92英尺/秒稳定下降速度。上述过程只需要0.050秒，通过0.11英尺。此后，假人以1.92英尺/秒的稳定速度在大约4.45秒内下降最后的8.64英尺。整个下降，包括6英尺自由下落，花费了6秒。另一个单独的缆绳用于将假人以2英尺/秒的速度在大约12秒内带回出发点，在此过程中防-松弛弹簧7将缆绳重新卷绕到缆绳卷轴上。满足一分钟时间分配，要求在42秒的整体时间内将背包戴上和移开，上述过程是可以实现的。

在一个技术人员处理杂事的同时，另一个技术人员可以处理计算数据获取、分析和归档。数据-输入过程实际上开始于扫入背包单元上附着的条形码序号。针对缆绳数据的计算机记录将已经存在：其在缠绕到缆绳卷轴之前的1,000磅证明测试、其指定长度以及其重量测量确认(例如，西尔斯大厦背包单元比帝国大厦背包单元稍微重2磅，等等)。在此最终验证测试中，数据采样开始于电磁体释放假人之前的一秒，结束于假人接触到底部弹簧之后的一秒。因此，三个采样记录大约8秒钟长。对于32位的采样分辨率，三个记录将包含接近100KB的数据。随后，一个计算机程序计算并保存另外两个时域的记录：通过将2G应力测试加速度计的记录对时间做积分获得的速度记录，以及将速度记录对时间做积分得到的位移记录。在释放之前，所有三个记录都是归零的。程序使用两条已知的信息确认加速计的正确校准-自由下落中的加速度(释放后的最初600个采样点)必须为1G(32.2英尺/秒²)，以及最终位移必须是精确的24英尺。在释放前，负载单元记录的读数应该接近但不是精确地为零(因为防-松弛弹簧将对负载单元施加几磅拉力)。在舍去任何噪声尖峰后，程序在负载单元记录中定位第一最高点，读出该最高点并标记采样点编号为“采样点A”(同时，确认没有其他点超过该力值。)该点是缆绳中最大的力，在预定的偏差内，其读数应该为700磅。采样点A也是扭矩限制器开始滑动的点，程序在高频加速度计的记录中查找并确认一个相应的输出级别的突然增加。在采样点A，程序还验证大约6英尺的位移读数和大约20英尺/秒的速度读数。程序接下来找到高频加速度计的输出级别突然降低的位置，并将其称为采样点B。此处大约是摩擦片重新夹持齿轮#1的板的位置。程序随后确认在预定偏差范围内，在B点的速度读数为2.46英尺/秒。程序随后对点A和点B之间的全部加速度采样点进行平均，并确认在预先确定的偏差范围内该读数为-0.64G/s(-20.69英尺/秒²)。程序随后平均点A和点B之间的力采样值并确认在预先确定的偏差范围内该读数为657磅。该程序随后使用重叠处理对点A和点B之间的高频加速度计的记录进行快速傅立叶变换(一次512点，大约800个采样点)，并随后使用包括在226HZ附近的3个临近频率点的振幅计算结果，以比快速傅立叶变换的分辨率(该值为1.953125HZ)更好的分辨率来计算齿轮#1和齿轮#2的“准确”齿啮合频率。该程序随后通过将所得结果乘以60再除以144来计算齿轮#1的RPM，并确认在预先确定的偏差范围内其等于94RPM。注意风扇6的RPM是计算得到的数值的20倍。该程序随后指定“点B加上100个采样点”作为点C，并确认在点C处的加速度在预先确定的偏差范围内重新回到0G’s。该程序随后找到加速度负向的另一个最高点(与在底部的压缩弹簧接触)，并将该点标记为点D。程序随后平均点C和点D之间的所有速度读数，首先将所有的速度读数分为10个连续的组，随后确认每个组的平均值在预先确定的偏差范围内为1.92英尺/秒。程序随后类似地平均点C和点D之间的负载单元力。

在第126段中的负载单元力和其他数值将根据整体重量轻微地变化，整体重量显然由背包组件中的缆绳长度决定。计算机程序将可以从条形码记录上知道缆绳长度并自动地将其纳入考虑范围内。除非程序提示超出容错范围的情况，技术人员可以假设所有事情都在可接受的限制范围内。在肉眼检查栅格以确认缆绳被防-松弛弹簧7恰当地重新卷绕在其缆绳卷轴上以后，背包单元被放置并密封在其存储盒子内(该盒子被设计为可以放在办公隔间中)，并确保所述一分钟计算测试证明了以下事实：甚至对于最重的人(360磅)，扭矩限制器在恰当的力级别滑动，从而在冗长的初始自由下落后保护缆绳；在滑动中扭矩限制器恰当地工作；后续地对齿轮#1的板的摩擦片重新夹紧在恰当的速度和扭矩发生；风扇(全部依靠自己)随后迅速及简便地将缆绳力下降为整体重量的数值，同时将速度下降到恰当的下降速度，该下降速度维持稳定；防-松弛弹簧7恰当地从新卷绕30英尺长的缆绳；并且最后弹簧钩簧72、连接绳索13和拉紧设备15都正常工作。

所有的采样数据，加上测试运行后由程序自动执行的计算都被归档在背包组件的序列号之下。数据的数量可能高达1兆字节，因此每个测试站可能每天存储十亿字节的可管理数据(在两个八小时倒班中每个测试站每分钟测试一个单元)。每个单元的性能最好不是依赖特定的功能性测试。所述测试仅仅有效地验证了性能。一个更低科技含量的测试也可以实现验证性能的最终目的。

尽管在本发明中描述或限定了背包组件、帽子组件、扭矩-限制器、综合功能性测试和的其他部件，应当认识到在本发明范围内的其他可选布置方式也是可行的。本领普通技术人员应当知道，可以在不偏离本发明的广泛发明概念的前提下，对上述具体实施例进行改变或修改。因此，应当理解，本发明并不局限于在此公开的特定实施例，而是希望包含在本发明的范围和主旨内的全部实施例。

Claims (44)

1.一种疏散装置，用于使人员以足够缓慢的速度从多层建筑物的一预定高度的出发点下降到较低支撑平面从而不受伤害地落地，该装置包括：

一壳体；

一用于将壳体牢固地固定到人员身上的背带；

该壳体中的一缆绳，该缆绳的预定长度足够从出发点到达较低的支撑平面，该缆绳具有一个自由端，该自由端包括一个用于将该端连接到最接近出发点的一固定的固定点上的固定部件；以及

该壳体中的一能量消散机构，当人员下落时，该机构由从壳体放出的缆绳驱动，该机构的特征在于，在交点处，能量消散的斜率超过作为下降速度的函数的势能释放的斜率，以及在无人控制的情况下，该交点出现在足够缓慢的下降速度处。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在下降中达到的下降速度小于4英尺/秒。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置包括一位于壳体内的可旋转部件，并且从壳体放出缆绳将引起可旋转部件旋转。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该可旋转部件是一容纳缆绳的卷轴。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该能量消散机构通过增速器被该可旋转部件旋转所驱动。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该增速器包括多个齿轮的配置。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该增速器包括一皮带和滑轮的配置。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该能量消散机构包括一带有多个叶片的气阻风扇。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该风扇的叶片基本为半圆柱形。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该能量消散机构包括一产生器和阻抗。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，该阻抗包括多个电阻器，所述电阻器在下降前是开关-可选择的。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该能量消散机构包括一涡流制动器。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，该涡流制动器包括一定子和一转子，其间有一个缝隙，其中在定子和转子之间的缝隙的大小在下降前是可以调节的。

14.如权利要求4所述的装置，还包括在壳体内的一缆绳防-松弛机构。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述缆绳防-松弛机构在下降以前，除去缆绳的松弛。

16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述缆绳防-松弛机构在从位于预定高度以下的另一支撑平面的后续下降之前，除去缆绳的松弛。

17.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述缆绳防-松弛机构包括一重绕容纳缆绳的该卷轴的基本常-扭矩弹簧。

18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括一保护缆绳不会瞬时过载的缆绳力限制机构。

19.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该装置还包括一保护缆绳不会瞬时过载的缆绳力限制机构。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，该缆绳力限制机构为至少一与缆绳成一直线的能量吸收网状物。

21.如权利要求19所述的装置，其特征在于，该缆绳力限制机构是一应用于可旋转组件的扭矩限制机构。

22.如权利要求18所述的装置，其特征在于，该缆绳力限制机构是该放出的缆绳的减小的弹簧-常数。

23.如权利要求21所述的装置，还包括一热离合器，当周围温度升高到预设温度以上时，该离合器自动地去耦该能量消散机构。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，当周围温度降低到预设温度之下时，该热离合器自动地重耦合该能量消散机构。

25.如权利要求23所述的装置，其特征在于，该背带包括至少以下之一：吊带、绳索、系绳、夹子、带扣、搭扣、带子、环形物、维可牢尼龙搭扣、拉紧器、跳簧、带条、绳圈和皮带，所述背带与人员的尺寸相适应。

26.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该缆绳能够支撑的重量是最大下降重量的至少两倍半。

27.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该缆绳是钢丝绳。

28.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该缆绳是高强度聚合物缆绳。

29.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该缆绳由混合材料制成。

30.如权利要求1所述的装置，其特征在于，固定部件是钩环。

31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，该固定的固定点可以容纳多个钩环。

32.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该固定的固定点位于邻近建筑物的出路开口处。

33.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该固定的固定点固定在建筑物的一结构部件上。

34.如权利要求1所述的装置，还包括一由人员佩带的保护头盔。

35.如权利要求1所述的装置，还包括一空气过滤系统。

36.如权利要求35所述的装置，其特征在于，该空气过滤系统在至少30分钟的时间内过滤掉烟和其它燃烧产物。

37.一种用于使人员以足够缓慢的速度从多层建筑物中的一预定高度的出发点下降到较低支撑平面从而不受伤害地落地的方法，该方法使用一种疏散装置，该装置包括一壳体，该壳体包含一长度足够从出发点到达较低支撑平面的缆绳和一能量消散机构，所述缆绳具有一自由端，该自由端带有一连接到最接近出发点的固定的固定点上的固定部件，以及一背带，所述方法包括以下步骤：

使用该背带将壳体牢固地固定到人员身上；

将缆绳的该自由端连接到固定的固定点上；

在下降的该出发点离开建筑物；以及

以足够缓慢的下降速度下降到该较低支撑平面上。

38.一种疏散装置，用于使人员以足够缓慢的速度从多层建筑物的一预定高度的出发点下降到较低支撑平面从而不受伤害地落地，该装置包括：一用于容纳缆绳和速度减缓设备的壳体设备；

一用于将壳体牢固地固定到人员身上的背带；

一预定长度足够从出发点到达较低的支撑平面的缆绳，该缆绳具有一个自由端，该自由端包括一个用于将该自由端固定到最接近出发点的一固定的固定点上的装置；以及

一能量消散装置，当人员下落时，该装置由从壳体放出的缆绳驱动，该能量消散装置的特征在于，在交点处，能量消散的斜率超过作为下降速度的函数的势能释放的斜率，以及在无人控制的情况下，该交点出现在足够缓慢的下降速度处。

39.一种大规模疏散系统，用于将多人从多层建筑物的预定高度的出发点处救援到较低支撑表面，该系统包括多个疏散装置，每个疏散装置允许一个人以足够缓慢的速度下降从而不受伤害地落地，每个救援装置包括：

一壳体；

一用于将壳体牢固地固定到人员身上的背带；

该壳体中的一缆绳，该缆绳的预定长度足够从出发点到达较低的支撑平面，该缆绳具有一个自由端，该自由端包括一用于将该端连接到最接近出发点的一固定的固定点上的固定部件；以及

该壳体中的一能量消散机构，当人员下落时，该机构由从壳体放出的缆绳驱动，该机构的特征在于，在交点处，能量消散的斜率超过作为下降速度的函数的势能释放的斜率，以及在无人控制的情况下，该交点出现在足够缓慢的下降速度处。

40.一种疏散装置，用于使人员从多层建筑物的一预定高度的出发点下降到较低的支撑平面，该装置包括一与缆绳回缩机构结合的缆绳，以消除缆绳中的任何松弛，从而在初始和可能的后续下降中减少自由降落。

41.一种疏散装置，用于使人员从多层建筑物的一预定高度的出发点下降到较低支撑平面，该装置包括与一机构结合的缆绳，以在下落中保护该缆绳不会承受超过其承受能力的瞬时负载，所述机构包括至少一个以下组件：一与缆绳成直线的能量-吸收网状物、一扭矩-限制机构、一放出缆绳的减小的有效弹簧常数。

42.一种疏散装置，用于使人员从多层建筑物的一预定高度的出发点下降到较低支撑平面，该装置与一空气过滤系统结合，所述空气过滤系统能够滤除烟和其他燃烧产物，从而允许人员在离开建筑物以前的时间内呼吸安全的空气。

43.一种疏散装置，用于使人员从多层建筑物的一预定高度下降到较低支撑平面，该装置与一设备结合以防护热辐射伤害，该设备包括至少一个以下组件：一可展开的热-反射护罩、一热-反射防护服、一种在穿过热区时增加下降速度的热机构。

44.一种疏散装置，用于使人员从多层建筑物的一预定高度下降到较低支撑平面，该装置与一整个头部保护头盔结合，该头盔在下降中防止下落残片以及与障碍物的偶然接触。

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