KR100448402B1 - Generator for generating inert gas for suppressing fire - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비활성가스를 짧은 시간내에 다량 생산할 수 있는 제너레이터를 개시한다. 그 가스제너레이터는 초기구동을 위한 시동모터와, 시동모터에 연결되는 압축기와, 압축기의 후방에 설치되어 동력을 발생시키기 위한 터빈본체를 구비하는 터빈장치; 압축기에서 압축된 일부의 공기를 터빈본체로 공급하며, 연료펌프가 연결되는 연소기; 압축기에서 압축된 일부의 공기를 공급받기 위해 압축기에 연결되며, 공급된 압축공기를 연소시키기 위한 후방 연소기와, 후방 연소기에서 발생되는 화염을 안정화시키기 위한 화염안정기를 구비하는 연소장치; 연소장치에서 연소된 가스를 냉각시키기 위해 냉각수를 살포하기 위한 스프레이노즐을 구비하는 냉각챔버; 냉각챔버 및 스프레이노즐에서 냉각된 가스를 더 냉각시키기 위한 기화기; 기화기에서 냉각되고 산소의 농도가 하강된 비활성가스를 화재지역으로 토출시키기 위한 배기노즐; 및 시동모터, 상기 연료펌프, 연소장치를 제어하기 위한 콘트롤러로 구성된다. 제너레이터는 차량에 탑재되어 다양한 지역에서 발생되는 화재를 신속하게 진압할 수 있다.The present invention discloses a generator capable of producing large quantities of inert gas in a short time. The gas generator includes a turbine device including a starter motor for initial driving, a compressor connected to the starter motor, and a turbine body installed at the rear of the compressor to generate power; A combustor for supplying a part of the air compressed by the compressor to the turbine body and having a fuel pump connected thereto; A combustion apparatus connected to the compressor for receiving a part of the compressed air from the compressor, the rear combustion apparatus for combusting the supplied compressed air and a flame stabilizer for stabilizing the flame generated in the rear combustion unit; A cooling chamber having a spray nozzle for spraying cooling water to cool the gas combusted in the combustion apparatus; A vaporizer for further cooling the gas cooled in the cooling chamber and the spray nozzle; An exhaust nozzle for discharging the inert gas cooled in the vaporizer and lowering the concentration of oxygen into the fire zone; And a controller for controlling the starting motor, the fuel pump and the combustion device. Generators can be mounted on vehicles to quickly extinguish fires from various locations.
Description
일반적으로, 화재 발생시 이를 진압하기 위해 주로 소방수가 이용되거나, 또는 이산화탄소, 질소, Halon1301가스, 인터젠(Intergen)가스와 같은 불활성 가스가 이용되고 있다. 물론, 이중에서 소방수는 모든 소화제 가운데서 가장 확실하게 화재를 진압할 수 있고, 또한 소화효과도 매우 높다고 인정되고 있다. 여기서 소화효과란 화재를 진압할 때 기대할 수 있는 냉각효과 및 질식효과를 의미한다.In general, fire fighting water is mainly used to extinguish fire in case of fire, or an inert gas such as carbon dioxide, nitrogen, Halon1301 gas, and Intergen gas is used. Of course, it is recognized that firefighters can most certainly extinguish fires among all extinguishing agents and have a very high extinguishing effect. Extinguishing effect means cooling effect and suffocation effect that can be expected when extinguishing fire.
그러나 소방수를 소화제로 사용하는 경우 화재지역의 표면 모두를 소방수로 덮어야 하기 때문에 화재진압 시간이 길어지고, 또한 대형화재의 경우 다량의 물을 밀집된 지역으로 수송해야하는 곤란함이 있으며, 많은 양의 물이 사용되므로 비경제적인 담점이 있다.However, when using fire water as a fire extinguishing agent, since the surface of the fire area must be covered with fire water, the fire extinguishing time is long, and in the case of a large fire, it is difficult to transport a large amount of water to a concentrated area. There is an uneconomical point of use.
한편, 소방수를 제외한 이산화탄소 소화기, 질소 소화기, Halon1301, 소화포등은 일시적으로 화재를 진압할 수 있지만, 이들의 제조비용이 비싸므로 주로 화재발생 초기에 화재를 진압하는데 중점을 두고 있다. 이에 따라, 소방수를 제외한 대부분의 기존 소화제들은 대형화재 진압에는 부적합한 것으로 알려져 있다.On the other hand, carbon dioxide extinguishers, fire extinguishers, Halon1301, fire extinguishers, etc., except for firefighters can temporarily extinguish a fire, but their manufacturing cost is high, and the main focus is on extinguishing a fire early in the fire. Accordingly, most existing extinguishing agents except firefighters are not suitable for extinguishing large fires.
또한, 대형 구조물 등에 발생된 화재를 진화하기 위한 소화 장치로서 스프링쿨러 시스템이 많이 사용되고 있다. 이러한 스프링 쿨러 시스템은 작동 유체에 압력을 가하기 위한 유압펌프, 상기 유압 펌프에 연결되어 화재 발생시 경보를 작동시키기 위한 알람 밸브, 상기 알람밸브에 연결되어 가압된 유체를 외부로 분사시키기 위한 분사노즐 및 스프링 쿨러 헤드를 포함한다. 여기서, 스프링쿨러 헤드에는 화재에 의하여 실내의 온도가 설정치 이상으로 상승할 때 용융되는 가용성 링크와 분사노즐을 통해 외부로 분사되는 압력유체를 소정의 각도로 분사시키기 위한 디플렉터가 형성되어 있다.In addition, a sprinkler system is widely used as a fire extinguishing device for extinguishing a fire generated in a large structure. Such a sprinkler system includes a hydraulic pump for pressurizing a working fluid, an alarm valve connected to the hydraulic pump to activate an alarm in the event of a fire, a spray nozzle and a spring connected to the alarm valve for injecting pressurized fluid to the outside It includes a cooler head. Here, the sprinkler head is formed with a deflector for injecting at a predetermined angle the pressure fluid injected to the outside through the fusible link and the injection nozzle that melt when the temperature of the room rises above the set value due to fire.
이 같은 소화장치는 화재 발생시 상기 유압밸브를 통과한 소정의 압력유체를 화재 장소에 분사하여 화재를 진압하도록 구성되어 있는 바, 이 같은 화재 진압을 위하여 다량의 소방수가 필요하다는 점과 소방수 공급에 많은 시간이 소요되어 화재진압에 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 또한, 실제로 대부분의 화재 발생 시 초등 진압이 매우 중요하므로, 소화 장비의 초등 진압 능력에 대한 다양한 제안이 공지되어 있다.Such a fire extinguishing device is configured to extinguish a fire by spraying a predetermined pressure fluid that has passed through the hydraulic valve to a fire place when a fire breaks out. There is a problem in that it takes a long time to extinguish the fire. In addition, since in fact, most fires, elementary suppression is very important, various proposals for elementary extinguishing capabilities of fire extinguishing equipment are known.
예컨대, 미국 특허 제 4,113,019호에는 제트 엔진을 이용한 소방용 비활성가스 제너레이터가 개시되어 있다. 이 특허의 제너레이터에 의하면, 후방 연소실의 출구에 디퓨저(Diffuser)가 설치되어 있으며, 그 후방 연소실과 디퓨저 사이에는감압실이 설치되어 있다. 도한, 감압실에는 외부로부터 질소와 같은 압축된 비활성가스가 유입될 수 있도록 매니폴드가 형성되어 있다. 따라서, 감압실로 유입된 압축 불활성 가스는 감압되어 화재 장소로 분출되며, 디퓨저는 배출되는 가스에 프레온을 공급하는 방식으로 화재에 대한 진압효율을 향상시키도록 구성되어 있다.For example, US Pat. No. 4,113,019 discloses an inert gas generator for firefighting using a jet engine. According to the generator of this patent, a diffuser is provided at the outlet of the rear combustion chamber, and a pressure reduction chamber is provided between the rear combustion chamber and the diffuser. In addition, a manifold is formed in the decompression chamber so that compressed inert gas such as nitrogen can flow from the outside. Therefore, the compressed inert gas introduced into the decompression chamber is decompressed and ejected to the fire place, and the diffuser is configured to improve the extinguishing efficiency against fire by supplying freon to the discharged gas.
그러나, 그 특허 제4,113,019호는 화재 진압을 위한 소화제로서의 비활성 가스를 생산하는 것이 아니고 이미 다른 경로를 통해 생성된 비활성 가스를 후방 연소실과 디퓨저사이로 유도하여 가스터빈으로부터 배출되는 많은 양의 가스의 운동에너지를 이용하여 단순히 분출하기 위한 장치로서, 질소 및 프레온가스를 비활성 가스로 사용하므로 비용이 상승될 뿐 아니라 환경에 유해한 영향을 미치게 되는 단점이 있다.However, the patent 4,113,019 does not produce an inert gas as a fire extinguishing agent for fire extinguishing, but instead induces an inert gas already generated through another path between the rear combustion chamber and the diffuser to generate a large amount of kinetic energy from the gas turbine. As a device for simply ejecting by using, since the use of nitrogen and freon gas as an inert gas not only increases the cost but also has a disadvantage that adversely affects the environment.
그리고, 국제특허공개 WO-9318823호에는 화재 진압용 터보젯 가스터빈이 개시되어 있는 바, 그 터보젯 가스터빈은 노즐의 후방에 물을 분사하여 배기가스의 온도를 낮추고 동시에 터보젯 가스터빈 출구에서 발생하는 강력한 모멘텀을 이용하여 물을 화재지역에 분사하도록 구성되어 있다. 이 같은 화재진압용 터보젯 가스터빈은 주로 유전지역과 같은 특수지역에서의 화재발생시 이용되고 있으나, 화재의 근원지를 물리적 방법으로 대기중의 산소 유입을 일시적으로 차단하여 진압하는 방식을 취하며 역시 과도한 양의 물을 소비한다는 단점이 있다.In addition, International Patent Publication No. WO-9318823 discloses a fire-jet turbojet gas turbine that fires water at the rear of a nozzle to lower the temperature of the exhaust gas and at the same time generates a powerful jetjet gas turbine outlet. Momentum is used to spray water into the fire zone. These fire-jet turbojet gas turbines are mainly used in the case of fires in special areas such as oil fields, but the source of fire is physically blocked to temporarily suppress the inflow of oxygen into the atmosphere. It has the disadvantage of consuming water.
또한, 러시아 특허 SU-1724275호에는 압축기를 사용하여 고압, 고온 에너지를 가진 공기를 발생시켜, 이 고온 고압 공기에 파우더 또는 일종의 비활성 가스를 투입하여 공항 등과 같은 특수지역의 화재를 진압하기 위한 장치가 개시되어 있다.그러나, 압축기를 구동하기 위하여 별도의 전원이 필요하며, 이에 따라 장시간 구동이 어렵고 또한 비활성 가스를 대량으로 발생시키기가 곤란한 문제점이 있다.In addition, the Russian patent SU-1724275 uses a compressor to generate air having high pressure and high temperature energy, and injects powder or a kind of inert gas into the high temperature and high pressure air to suppress fires in a special area such as an airport. However, there is a problem in that a separate power source is required to drive the compressor, and therefore, it is difficult to drive for a long time and difficult to generate a large amount of inert gas.
또 중국특허 CN-1110184호에는 가스터빈 구동형 제너레이터가 개시되어 있는 바, 이 제너레이터는 급수 펌프를 작동시켜 다량의 물을 화재지역으로 송출하여 화재를 진압하는 방식을 취하고 있는 바, 이는 일반적인 소방차에 의한 소화 개념에 근접하므로, 전술된 바와 같은 근본적인 문제점을 내포하고 있다.In addition, Chinese patent CN-1110184 discloses a gas turbine driven generator, which operates a feed pump to pump a large amount of water into a fire zone to extinguish a fire. Because of its proximity to the concept of extinguishing by fire, it contains a fundamental problem as described above.
독일특허 DE-19625559에는 기계실 또는 작은 규모의 빌딩 등과 같이 협소한 공간에 발생하는 화재를 진압하기 위한 소형의 가스터빈을 사용하는 화재 진압장비가 개시되어 있다. 이 화재진압 장비는 공기 중의 산소와 질산을 반응시켜 질소와 물을 만들어 화재지역에 투입하는 방식으로 화재를 진압하고 있다. 이는, 반응 물질에 이산화탄소 및 다른 유해물질이 포함되지 않으므로 환경적으로 친화하다는 장점이 있다. 그러나, 이 화재진압장치는 공정이 복잡하고 대량의 질소가스와 물을 생산하기가 곤란하여 대형화재를 진압하기 곤란한 문제점이 있다.German patent DE-19625559 discloses a fire suppression apparatus using a small gas turbine for extinguishing a fire occurring in a narrow space such as a machine room or a small building. The fire suppression equipment suppresses fires by reacting oxygen in the air with nitric acid to produce nitrogen and water and put them into the fire zone. This has the advantage of being environmentally friendly since carbon dioxide and other harmful substances are not included in the reactants. However, this fire suppression apparatus has a problem that it is difficult to extinguish a large fire because the process is complicated and it is difficult to produce a large amount of nitrogen gas and water.
본 발명은 화재 진압장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화재를 진압하기 위해 산소 농도가 매우 낮은 비활성 가스를 단시간에 다량을 생상하여 화재를 진압할 수 있는 화재 진압용 가스 제너레이터에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그 같은 가스 발생장치를 탑재한 화재진압용 차량에 관한 것이다.The present invention relates to a fire suppression apparatus, and more particularly, to a fire suppression gas generator capable of extinguishing a fire by generating a large amount of an inert gas having a very low oxygen concentration in a short time in order to extinguish a fire. The present invention also relates to a fire suppression vehicle equipped with such a gas generator.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비활성가스 제너레이터를 보여주는 구성도;1 is a block diagram showing an inert gas generator according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 비활성가스 제너레이터에 적용되는 기화기를 상세하게 보여주는 사시도; 및2 is a perspective view showing in detail the vaporizer applied to the inert gas generator of FIG. And
도 3은 도 1의 비활성가스 제너레이터를 이동수단에 탑재된 상태를 보여주는 사시도.3 is a perspective view showing a state in which the inert gas generator of Figure 1 mounted on the moving means.
이에, 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 터보젯 가스터빈을 사용하여 화재를 진압하기 위한 화재진압용 비활성 가스 제너레이터를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an inert gas generator for fire suppression for extinguishing a fire using a turbojet gas turbine.
본 발명의 다른 목적은, 터보젯 가스터빈을 사용하여 대기중의 공기를 흡입한 후 이를 연소 작용을 통하여 산소량이 현저히 감소되며, 저온의 불활성 가스를 단시간에 대량으로 생산할 수 있는 화재진압용 비활성가스 제너레이터를 제공하는데있다.Another object of the present invention is to inhale the air in the air using a turbojet gas turbine and then the amount of oxygen is significantly reduced through the combustion action, inert gas generator for fire suppression that can produce a large amount of low temperature inert gas in a short time In providing it.
이 같은 목적들은 초기구동을 위한 시동모터와, 상기 시동모터에 작동적으로 연결되며 공기를 흡입하여 압축하기 위한 압축기와, 상기 압축기에 후방에 설치되며 동력을 발생시키기 위한 터빈본체를 구비하는 터빈장치; 상기 압축기에서 압축된 일부의 공기를 연소시켜 상기 터빈본체로 공급하며, 연료공급을 위한 연료펌프가 연결되는 연소기; 상기 터빈장치의 터빈 본체의 후방에 연결되어 설치되고, 압축기에서 압축된 일부의 공기를 공급받기 위해 압축공기 배출라인에 의해 상기 압축기에 연결되며, 공급된 압축공기를 연소시키기 위한 후방 연소기와, 상기 후방 연소기에서 발생되는 화염을 안정화시키기 위한 화염안정기를 구비하는 연소장치; 상기 연소장치에서 연소된 가스를 냉각시키기 위해 상기 연소장치의 후방연소기에 연통 설치되고, 연소된 가스에 냉각수를 살포하기 위한 스프레이노즐을 구비하는 냉각챔버; 상기 냉각챔버 및 스프레이노즐에서 냉각된 가스를 더 냉각시키기 위해 상기 냉각챔버 후방에 설치되는 기화기; 상기 기화기에서 냉각되고 산소의 농도가 하강된 비활성가스를 화재지역으로 토출시키기 위한 배기노즐; 및 상기 시동모터, 상기 연료펌프, 연소장치를 제어하기 위한 콘트롤러에 의해 달성될 수 있다.These objects include a turbine motor having a starting motor for initial driving, a compressor operatively connected to the starting motor, a compressor for sucking and compressing air, and a turbine body installed at the rear of the compressor for generating power. ; A combustor configured to combust some of the air compressed by the compressor to supply the turbine body, and a fuel pump for supplying fuel is connected to the turbine body; A rear combustor connected to the rear of the turbine body of the turbine apparatus and connected to the compressor by a compressed air discharge line to receive a part of the compressed air from the compressor, and combusting the supplied compressed air; Combustion apparatus having a flame stabilizer for stabilizing the flame generated in the rear combustor; A cooling chamber in communication with the rear combustor of the combustion device for cooling the gas burnt in the combustion device, the cooling chamber having a spray nozzle for spraying cooling water on the burned gas; A vaporizer installed behind the cooling chamber to further cool the gas cooled in the cooling chamber and the spray nozzle; An exhaust nozzle for discharging an inert gas cooled in the vaporizer and having a reduced oxygen concentration to a fire zone; And a controller for controlling the starting motor, the fuel pump and the combustion device.
화재 진안용 비활성가스 제너레이터에 의하면, 가스터빈이 기동이 될 때 초기에는 터빈이 생산하는 동력이 압축기 소요동력 및 연료 펌프 구동을 위한 동력을 만족할 만한 충분한 동력을 생산하지 못하므로 자가 구동 회전수(속도)전까지 외부로부터 동력을 공급해주는 시동 모터를 포함한다. 그 모터는 가스터빈 엔진이 자가구동 회전 속도에 이르게 되면 자동적으로 분리된다.According to the fire inert gas generator, when the gas turbine is started, the power generated by the turbine initially does not produce enough power to satisfy the power required for the compressor and the fuel pump. It includes a starter motor that supplies power from before. The motor is automatically disconnected when the gas turbine engine reaches self-driving speed.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가스제너레이터는 가스터빈장치(10)를 포함한다. 가스터빈장치(10)는 초기에 그 가스터빈장치의 초기 구동을 위한 시동모터(12)를 구비하는 것이 바람직하다. 시동모터(12)는 가스터빈장치의 초기 작동시 그 가스터빈장치가 포함하거나 그 가스터빈장치에 연계된 보조장치를 구동할 충분한 동력을 발생시키거나 일정회전수 이상으로 상승시키는 역할을 한다. 물론, 가스터빈장치가 자가 구동능력을 갖게되면, 시동모터(12)는 그로부터 분리되도록 구성된다.First, as shown in FIG. 1, the gas generator according to one embodiment of the present invention includes a gas turbine device 10. Preferably, the gas turbine device 10 includes a starting motor 12 for initial driving of the gas turbine device. The starting motor 12 serves to generate sufficient power or to rise above a certain number of revolutions in the initial operation of the gas turbine device to drive auxiliary devices included in or associated with the gas turbine device. Of course, when the gas turbine device has a self drive capability, the starting motor 12 is configured to be separated therefrom.
시동모터(12)에는 압축기(14)가 작동적으로 연결되어 흡입되는 공기를 압축한다. 압축기(14)는 축류식 또는 원심식 모두 사용이 가능하다. 압축기(14)에는 그 압축기내로 공기를 효과적으로 안내하여 유입시키기 위해, 일명 벨마우스라 칭하는공기 흡입장치(16)가 설치되는 것이 바람직하다. 이 공기 흡입장치(16)는 압축기에서의 압력손실이 최소화 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 압축기(14)에는 그 압축기는 물론 주변의 보조장치를 작동시키기 위한 터빈본체(18)가 작동적으로 연결된다.Compressor 14 is operatively connected to the starting motor 12 to compress the intake air. Compressor 14 can be used both axial and centrifugal. The compressor 14 is preferably provided with an air suction device 16, also called bell mouse, for effectively guiding and introducing air into the compressor. This air intake device 16 is preferably configured to minimize pressure loss in the compressor. Compressor 14 is operatively connected to the turbine body 18 for operating the compressor as well as peripherals.
압축기(14)와 터빈본체(18)사이에는 연소기(20)가 설치된다. 이 연소기(20)는 압축기에서 압축된 후 터빈본체(18)로 유입되는 공기 중 일부를 연소시키는 역할을 한다. 물론, 그 연소기(20)에는 그 연소기에 연료를 공급하기 위한 연료펌프(22)가 연통된다.A combustor 20 is installed between the compressor 14 and the turbine body 18. The combustor 20 serves to combust some of the air introduced into the turbine body 18 after being compressed by the compressor. Of course, the combustor 20 communicates with a fuel pump 22 for supplying fuel to the combustor.
또한, 터빈 본체(18)에는 상술된 연소기(20)에 의한 연소 후에도 가스 내에 남아있는 산소농도를 낮추기 위한 연소장치(24)가 작동적으로 설치된다. 연소장치(24)는 본체(18)의 후방에 일체적으로 연통설치되는 후방 연소기(26)를 포함한다. 그 후방 연소기(26)에는 물론 연료를 공급하기 위해 상기 연료펌프(22)가 연결된다. 그리고, 후방 연소기(26)에는 연소기에서 발생되는 화염을 안정화시키기 위한 화염안정기(flame stabilizer)(28)가 설치된다. 특히, 후방연소기(26)의 후방에는 냉각챔버(cooling chamber)(30)가 일체적으로 형성되는 바, 그 냉각챔버(30)는 화염안정기(28)를 완전히 포위하여 그 화염안정기(28)를 냉각시키는 역할을 한다. 또한, 연소장치(24)는 압축기(14)내의 압축공기의 일부가 연소장치(24)내로 공급될 수 있도록 압축공기 배출라인(32)을 통해 압축기(14)에 연결된다.The turbine body 18 is also operatively provided with a combustion device 24 for lowering the oxygen concentration remaining in the gas even after combustion by the combustor 20 described above. The combustion device 24 includes a rear combustor 26 integrally installed at the rear of the main body 18. The rear combustor 26 is of course connected to the fuel pump 22 for supplying fuel. The rear combustor 26 is provided with a flame stabilizer 28 for stabilizing the flame generated in the combustor. In particular, a cooling chamber 30 is integrally formed at the rear of the rear combustor 26, and the cooling chamber 30 completely surrounds the flame stabilizer 28 so as to surround the flame stabilizer 28. It serves to cool. In addition, the combustion device 24 is connected to the compressor 14 via a compressed air discharge line 32 so that a portion of the compressed air in the compressor 14 can be supplied into the combustion device 24.
특히, 냉각챔버(30)의 후방 또는 후술되는 기화기의 전방에는 연소에 의해 온도가 상승된 가스를 냉각시키기 위한 냉각수를 살포하기 위한 다수의 스프레이노즐(34)이 설치된다. 그 스프레이 노즐(34)에는 그 노즐에 냉각수를 공급하거나 그 냉각수의 공급량을 조절하기 위한 물탱크(36), 급수펌프(38), 급수밸브(40) 등이 차례로 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 스프레이 노즐은 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.In particular, a plurality of spray nozzles 34 for spraying the cooling water for cooling the gas whose temperature has risen by combustion are provided at the rear of the cooling chamber 30 or in front of the vaporizer described later. The spray nozzle 34 is preferably connected with a water tank 36, a water feed pump 38, a water supply valve 40, etc., in order to supply cooling water to the nozzle or to adjust the supply amount of the cooling water. In addition, the spray nozzle is preferably formed spirally.
연소장치(24)의 냉각챔버(30)의 후방에는 그 냉각챔버에 의해 냉각된 가스의 온도를 더욱 낮추기 위한 기화기(42)가 일체적으로 설치된다. 그 기화기(42)에는 가스의 냉각에 사용된 냉각수의 일부를 배출시키기 위한 드레인밸브(44)가 설치된다.The vaporizer 42 for lowering the temperature of the gas cooled by the cooling chamber is integrally provided at the rear of the cooling chamber 30 of the combustion device 24. The vaporizer 42 is provided with a drain valve 44 for discharging a part of the cooling water used for cooling the gas.
기화기(42)는 도 2에 상세히 도시된 바와 같이, 다수의 원통관(46)이 일정간격으로 상호 이격되어 격층식으로 구성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 각각의 원통관(46)사이에는 가스통로가 형성되는 것이다. 특히, 각각의 원통관(46)에는 그 길이방향을 따라 상호 교대로 이격되어 형성되는 요부(48) 와 철부(50)가 형성된다. 이와 같이, 각각의 원통관(46)에 요부 및 철부가 형성되면, 열교환 면적 및 그 열교환 성능이 향상되는 것이다. 즉, 기화기(42)의 짧은 거리내에서 가스의 평균온도가 예컨대, 100℃ 내지 150℃에 이르도록 설계되는 것이 바람직하다.As shown in detail in Fig. 2, the vaporizer 42, a plurality of cylindrical pipes 46 are preferably spaced apart from each other at a predetermined interval is configured in a layered manner. Accordingly, a gas passage is formed between each cylindrical tube 46. In particular, each cylindrical tube 46 is formed with a recessed portion 48 and the convex portion 50 are formed to be alternately spaced apart from each other along the longitudinal direction. Thus, when the recessed part and the iron part are formed in each cylindrical pipe 46, a heat exchange area and the heat exchange performance will improve. In other words, it is preferable that the average temperature of the gas within a short distance of the vaporizer 42 is designed to reach, for example, 100 ℃ to 150 ℃.
기화기(42)의 후방에는, 기화기에서 기화된 불활성 가스를 외부로 토출시키기 위한 배기노즐(52)이 설치된다. 그 배기노즐(52)은 그로부터 토출되는 불활성가스의 토출거리를 조절하기 위해 수축 및 팽창 가능한 망원경식으로 형성되는 것이 바람직하다.Behind the vaporizer 42, an exhaust nozzle 52 for discharging the inert gas vaporized in the vaporizer to the outside is provided. The exhaust nozzle 52 is preferably formed telescopically contractible and expandable to adjust the discharge distance of the inert gas discharged therefrom.
한편, 본 발명에 따른 비활성 가스 제너레이터는 그 것을 자동으로 제어하기위한 콘트롤러(54)를 포함한다. 그 콘트롤러(54)는 시동모터(12)에 연결되어 그것의 작동을 제어하고, 연료펌프(22)에 연결되어 연료공급량 및 연소기(20)의 작동을 제어하며, 또한 연소장치(24)의 후방연소기(26)에 연결되어 그 후방연소기의 연소작용을 제어하도록 구성된다.On the other hand, the inert gas generator according to the present invention includes a controller 54 for controlling it automatically. The controller 54 is connected to the starting motor 12 to control its operation, and is connected to the fuel pump 22 to control the fuel supply amount and the operation of the combustor 20, and also the rear of the combustion device 24 It is connected to the combustor 26 and is configured to control the combustion action of the rear combustor.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비활성가스 제너레이터는, 그것의 기동성 및 야전성을 향상시키기 위해 트럭과 같은 차량에 적합하게 탑재될 수 있다. 즉, 터빈본체(18), 연소장치(24), 기화기(42), 배기노즐(50) 등으로 구성되는 비활성가스 제너레이터가 예컨대, 5톤 이상의 트럭에 탑재된다. 선택적으로, 비활성가스 제너레이터는 전후로 회동가능하고 좌우로 회전가능하게 작동되는 크레인(56)에 의해 차량에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 비활성가스 제너레이터의 가스의 분사각도를 조절하기 위해 붐(58)이 설치되는 것이 바람직하다. 그 차량에는 전술된 바와 같이 소정의 용량을 갖는 물탱크(36)가 설치되어 있으며, 그 물탱크(36)에는 스프레이노즐(34)로 냉각수를 공급하기 위한 급수펌프(38)가 설치되어 있다. 또한, 차량에는 연소기(20) 및 연소장치(24)에 연료를 공급하기 위한 연료탱크(22)가 설치된다. 또한, 차량에는, 배기노즐(52)의 길이를 조절하기 위해 수축 및 팽창가능한 붐조립체(60)가 설치된다.On the other hand, as shown in Fig. 3, the inert gas generator according to the present invention can be suitably mounted in a vehicle such as a truck to improve its maneuverability and field. That is, an inert gas generator composed of the turbine body 18, the combustion device 24, the carburetor 42, the exhaust nozzle 50, and the like is mounted in, for example, a truck of 5 tons or more. Optionally, the inert gas generator is preferably installed in the vehicle by a crane 56 which is rotatable back and forth and is rotatable from side to side. In addition, it is preferable that a boom 58 is provided to adjust the injection angle of the gas of the inert gas generator. As described above, the vehicle is provided with a water tank 36 having a predetermined capacity, and the water tank 36 is provided with a water supply pump 38 for supplying cooling water to the spray nozzle 34. In addition, the vehicle is provided with a fuel tank 22 for supplying fuel to the combustor 20 and the combustion device 24. In addition, the vehicle is provided with a retractable and expandable boom assembly 60 to adjust the length of the exhaust nozzle 52.
이하, 본 발명에 따른 화재 진압용 비활성가스 제너레이터의 작동방식 및 그 작용모드에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation mode and the operation mode of the fire suppression inert gas generator according to the present invention will be described in detail.
예컨대, 화재가 발생하여, 이를 진압하기 위해 작업자가 콘트롤러(54)를 이용하여, 가스터빈장치(10)의 터빈본체(18)가 압축기(14) 및 주변의 다른 보조장치를 정상적으로 구동시키기에 충분한 동력을 발생시킬 수 있도록 시동모터(12)를 작동시킨다. 이후, 터빈본체(18)가 일정 회전수 이상으로 구동되어 자가구동능력을 갖게되면, 시동모터(10)는 터빈본체(18)로부터 분리된다.For example, if a fire occurs and the operator uses the controller 54 to extinguish it, the turbine body 18 of the gas turbine device 10 is sufficient to normally drive the compressor 14 and other auxiliary devices around it. The starter motor 12 is operated to generate power. Thereafter, when the turbine body 18 is driven at a predetermined rotation speed or more to have a self-driving capability, the starting motor 10 is separated from the turbine body 18.
한편, 압축기(14)가 작동되면서 흡입장치(16)를 통해 최소의 압력손실상태로 공기가 압축기(14)내로 흡입된다. 압축기(14)내로 공급된 공기는 압축기(14)를 지나면서 압력과 온도가 동시에 상승된다. 여기서 압축기(14)를 통과하는 기체의 일부는 압축공기 배출라인(32)을 통해 연소기(20)와 터빈본체(18)를 우회하여 연소장치(24)내로 유입된다. 동시에, 압축공기 배출라인(32)을 통해 배출되지 않은 공기는 연소기(20)에 유입되어 연료펌프(22)를 통해 공급되는 연료에 의해 연소된다. 이 같은 연소에 의해 압축공기는 연소가스로 변하게 되며, 이때 온도가 더욱 상승되며가스중의 산소의 일부가 연소되어 소모된다. 이때의 산소의 소모량은 연소기(20)의 입구 온도와 출구 온도에 의하여 좌우된다. 즉, 연소기(20)의 입구온도가 낮을수록 또는 출구온도가 높을수록 가스에 잔존하는 산소량은 적게 된다.On the other hand, while the compressor 14 is operated, air is sucked into the compressor 14 with a minimum pressure loss through the suction device 16. As the air supplied into the compressor 14 passes through the compressor 14, the pressure and the temperature are simultaneously raised. Here, a part of the gas passing through the compressor 14 is introduced into the combustion device 24 by bypassing the combustor 20 and the turbine body 18 through the compressed air discharge line 32. At the same time, air not discharged through the compressed air discharge line 32 is introduced into the combustor 20 and combusted by fuel supplied through the fuel pump 22. Compressed air is converted into the combustion gas by this combustion. At this time, the temperature is further increased and a part of oxygen in the gas is burned and consumed. The amount of oxygen consumed at this time depends on the inlet and outlet temperatures of the combustor 20. That is, the lower the inlet temperature of the combustor 20 or the higher the outlet temperature, the smaller the amount of oxygen remaining in the gas.
이후, 연소기(20)에서 연소된 가스는 터빈본체(18)로 유입되어 팽창됨으로서, 가스가 가지고 있는 운동에너지 및 열에너지가 기계적 에너지로 변환된다. 이때, 터빈본체(18)의 작동에 의해 발생되는 에너지의 일부는 압축기(14) 및 주변의 다른 보조장치들의 동력으로 사용된다. 터빈본체(18)를 빠져나온 가스는 그 후방에 위치한 연소장치(24)의 후방연소기(26)로 유입되어 연소된다. 이 같은 연소에 의해, 가스 내에 잔존하는 산소가 연소되어 소모됨으로써, 화재 진압을 위한 소화제로 적정한 산소 농도를 갖게 된다. 예컨대, 후방연소기(26)를 통과한 가스의 산소농도는 대기 공기 대비 2% 수준까지 하강된다. 이때, 가스의 온도는 연소열에 의해 예컨대, 1800K로 매우 높다.Thereafter, the gas combusted in the combustor 20 is introduced into the turbine body 18 and expanded, thereby converting kinetic energy and thermal energy of the gas into mechanical energy. At this time, a part of the energy generated by the operation of the turbine body 18 is used as the power of the compressor 14 and other peripheral devices. The gas exiting the turbine body 18 flows into the rear combustor 26 of the combustion device 24 located behind and combusts. By this combustion, the oxygen remaining in the gas is burned and consumed, so that it has an appropriate oxygen concentration as a fire extinguishing agent for fire suppression. For example, the oxygen concentration of the gas passing through the rear combustor 26 is lowered to 2% of the atmospheric air. At this time, the temperature of the gas is very high, for example, 1800K by the heat of combustion.
이후, 후방연소기(26)를 통과한 고온의 가스는 냉각챔버(30)를 지나면서 다수의 스프레이노즐(32)로부터 분사되는 냉각수에 의해 냉각되어 온도가 하강된다. 이때, 스프레이노즐로부터 분사되는 냉각수가 가스와 혼합되어 가스-스팀 혼합체가 형성된다. 또한, 냉각챔버(30)에서 일차적으로 냉각된 가스는 기화기(42)를 지나면서 다시 강하된다. 이때, 도2에 도시된 바와 같이, 기화기(42)를 구성하는 각각의 원통관(46) 사이를 지나는 가스는 예컨대 약 6-7ton/h의 충분한 양으로 될 수 있다. 이와 같이 온도가 강하된 가스는 배기노즐(52)을 통해 분사되어 화재를 진압하게 되는 것이다. 이때, 배기노즐(52)의 출구에서의 가스 또는 가스-스팀(부분적으로 액적이 포함될 수 있음)의 온도는 100℃∼150oC로 유지되는 것이 바람직하다.Subsequently, the hot gas passing through the rear combustor 26 is cooled by the coolant injected from the plurality of spray nozzles 32 while passing through the cooling chamber 30 to lower the temperature. At this time, the cooling water injected from the spray nozzle is mixed with the gas to form a gas-steam mixture. In addition, the gas, which is primarily cooled in the cooling chamber 30, drops again while passing through the vaporizer 42. At this time, as shown in FIG. 2, the gas passing between each cylindrical tube 46 constituting the vaporizer 42 may be, for example, a sufficient amount of about 6-7 ton / h. As such, the gas having the lowered temperature is injected through the exhaust nozzle 52 to extinguish the fire. At this time, it is preferable that the temperature of the gas or the gas-steam (partly including droplets) at the outlet of the exhaust nozzle 52 is maintained at 100 ° C to 150 ° C.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 비활성 가스 제너레이터가 차량의 적재함에 탑재된 경우에는, 그 제너레이터를 지지하는 크레인(56)에 의해 비활성 가스의 분사각도가 조절될 수 있다. 즉, 작업자는 예컨대 차량의 크레인(50)을 조작하여 가스제너레이터의 비활성 가스 분사방향을 결정할 수 있다. 또한, 운전석에 배치된 콘트롤러(54)를 이용하여 붐(56)을 조작하면, 화살표(A1)방향으로 회동되어 배기노즐(52)을 통한 불활성 가스의 분사각을 조절할 수 있다. 또한, 붐조립체(60)를 제어하여 배기노즐(52)의 길이를 화살표(A2)방향으로 조절함으로써, 그 배기노즐(52)을 통한 비활성가스의 분사거리를 조절할 수 있다. 물론, 물펌프(38),연료펌프(22) 등을 구동하기 위한 동력은 별도의 배터리를 사용하거나 차량의 엔진구동시 발생되는 동력을 이용할 수 있다.On the other hand, when the inert gas generator is mounted on the loading box of the vehicle as shown in Figure 3, the injection angle of the inert gas can be adjusted by the crane 56 supporting the generator. That is, the operator can operate the crane 50 of the vehicle, for example, to determine the inert gas injection direction of the gas generator. In addition, when the boom 56 is operated using the controller 54 arranged in the driver's seat, the boom 56 is rotated in the direction of the arrow A1 to adjust the injection angle of the inert gas through the exhaust nozzle 52. In addition, by controlling the boom assembly 60 to adjust the length of the exhaust nozzle 52 in the direction of the arrow A2, the injection distance of the inert gas through the exhaust nozzle 52 can be adjusted. Of course, the power for driving the water pump 38, fuel pump 22, etc. may use a separate battery or power generated when driving the engine of the vehicle.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 화재 진압용 비활성가스 제너레이터에 의하면, 약 100∼150oC의 저온이며 대기대비 약 2∼5% 의 비교적 낮은 산소농도를 갖는 비활성가스를 다량으로 발생시켜 화재 지역에 살포할 수 있어 예컨대, 대형 구조물, 주거 지역, 선박, 산 등에서 발생되는 화재뿐 아니라 군사적 활동에 의해 발생되는 화재를 단시간에 효과적으로 진압할 수 있으므로 적용성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.As described above, the inert gas generator for extinguishing fire according to the present invention generates a large amount of inert gas having a low temperature of about 100 to 150 ° C. and a relatively low oxygen concentration of about 2 to 5% relative to the atmosphere. Since it can be spread, for example, fires generated by military activities as well as fires generated in large structures, residential areas, ships, mountains, etc. can be effectively suppressed in a short time, thereby improving applicability and reliability.
그리고, 대기 공기 및 물을 사용하여 가스를 생산하므로 비용이 절감되며 배기가스 내의 유해가스함량이 적어 환경 친화적인 장점이 있다.In addition, since gas is produced using atmospheric air and water, the cost is reduced, and the amount of harmful gases in the exhaust gas is small, which is environmentally friendly.
또한, 화재 진압 중에도 물을 사용하지 않고 스팀 가스를 사용할 수 있어 구조물 내부의 고가장비가 손상되는 위험을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.In addition, since the steam gas can be used without using water even during fire suppression, there is an advantage of minimizing the risk of damage to expensive equipment inside the structure.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.While the preferred embodiments of the present invention have been described above, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the appended claims.
Claims (6)
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