KR102009957B1

KR102009957B1 - 화재 대피용 방호복

Info

Publication number: KR102009957B1
Application number: KR1020170160383A
Authority: KR
Inventors: 김창준; 이재헌; 경림규; 박송미; 김승철; 변수현; 정초예
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-08-12
Also published as: KR20190061718A

Abstract

본 발명은 화재 대피용 방호복에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재 발생시 부피를 팽창시킬 수 있는 충격완화용 다중 내피 및 방염원단으로 형성되어 화염 및 외부 충격으로부터 신체를 보호할 뿐만 아니라, 산소발생기 및 일산화탄소 흡착제가 구비되어 대피하는 동안 호흡을 용이하게 할 수 있어, 구조 전까지 피해자의 골든타임 확보 확률을 높일 수 있다.

Description

화재 대피용 방호복{Protective clothing for fire shelter}

본 발명은 화재 대피용 방호복에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재 발생시 부피를 팽창시킬 수 있는 충격완화용 다중 내피 및 방염원단으로 형성되어 화염 및 외부 충격으로부터 신체를 보호할 뿐만 아니라, 산소발생기 및 일산화탄소 흡착제가 구비되어 대피하는 동안 호흡을 용이하게 할 수 있어, 구조 전까지 피해자의 골든타임 확보 확률을 높일 수 있는 화재 대피용 방호복에 관한 것이다.

현재 많은 건물에는 화재가 발생했을 경우 화재를 예방하기 위한 화재 감지 장치나 불길을 막을 수 있는 소화기, 스프링클러 등의 다양한 방화도구들이 존재한다. 하지만 위의 방화도구로도 진압이 불가능한 대형 화재가 발생했을 시에는 신속한 대피만이 화재 피해를 줄이는 유일한 방법일 것이다. 그러나 밀폐된 공간에 갇히게 되었을 때처럼 신속한 대피마저도 불가능할 경우에는 참혹한 화재현장 속에서 구조대원의 구조를 마냥 기다리는 수밖에 없다. 따라서 구조대원의 구조가 이루어지기 전까지의 골든타임 동안 화재로 인한 화염, 유독가스, 및 낙하물체에 의한 충격으로부터 신체를 보호하기 위한 방법이 절실히 필요한 실정이다.

화재 시 대피하는 종래의 방법으로는 한국 공개특허 공보 제10-2017-0055349호에 화재 발생시 화염으로부터 신생아를 대피시키기 위한 신생아 대피용 배낭이 개시되어 있고, 한국 공개실용신안 공보 제20-2010-0006465호에는 화재 발생시 대피하기 위한 원터치식 방염 및 방연 아라미드 텐트가 개시되어 있으며, 한국 공개실용신안 공보 제20-2016-0003725호에는 화재 발생시 대피하기 위한 비상탈출 캡슐이 개시되어 있으며, 이외에도 화재시 대피하는 방법들이 다수 존재한다.

그러나, 신생아 대피용 배낭의 경우에는 대피하는 동안 배낭 내의 밀폐된 공간에 산소가 공급되지 않기 때문에 호흡이 어렵다는 단점이 있고, 원터치식 방염 및 방연 아라미드 텐트 및 비상탈출 캡슐의 경우에는 화재시 필연적으로 발생되는 일산화탄소가 제거되지 않아 질식사를 방지하기 어려운 문제점이 존재한다.

따라서, 본 발명자는 화재 발생시 외부 충격으로부터 신체를 보호할 뿐만 아니라, 호흡을 용이하게 할 수 있는 화재 대피용 방호복을 구성할 수 있으면, 이를 이용하여 구조 전까지 피해자의 골든타임 확보 확률을 높일 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

특허문헌 1. 한국 공개특허 공보 제10-2017-0055349호 특허문헌 2. 한국 공개실용신안 공보 제20-2010-0006465호 특허문헌 3. 한국 공개특허 공보 제10-2017-0055349호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 화재 발생시 부피를 팽창시킬 수 있는 충격완화용 다중 내피 및 방염원단으로 형성되어 화염 및 외부 충격으로부터 신체를 보호할 뿐만 아니라, 산소발생기 및 일산화탄소 흡착제가 구비되어 대피하는 동안 호흡을 용이하게 할 수 있어, 구조 전까지 피해자의 골든타임 확보 확률을 높일 수 있는 화재 대피용 방호복을 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전신을 둘러싸는 화재 대피용 방호복에 있어서, 투시창 및 호흡 배출구가 형성되는 머리부; 상기 머리부의 내부 공간에 삽입되고 상기 머리부의 내부에 일단이 노출되어 산소가 유입되는 산소공급라인; 상기 산소공급라인의 타단에 설치되는 산소발생기; 상기 머리부와 분리가능하게 결합되는 몸통부; 및 상기 머리부 및 상기 몸통부가 결합되는 결합부에 형성되는 일산화탄소 흡착제;를 포함하고, 상기 방호복은 방염원단으로 된 외피, 상기 외피의 내측면에 형성되는 충격완화용 다중 내피, 및 상기 충격완화용 다중 내피 사이에 구비되어 상기 충격완화용 다중 내피 사이에 가스를 공급하는 가스발생기로 형성된 것을 특징으로 하는 화재 대피용 방호복을 제공한다.

상기 일산화탄소 흡착제는 첨착활성탄, 구리 이온이 교환된 제올라이트, 구리이온이 코팅된 알루미나 및 MOF(다공성 금속유기 골격체) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 방염원단은 탄소섬유, PBO(polyphenylene benzobisoxazole), 아라미드 섬유(aramid fiber), 케블라(Kevlar), PPS 섬유(polyphenylene sulfide), PBI 섬유(polybenzimidazole), 양모(wool), 폴리크랄 섬유 (polychlal) 및 PTFE 섬유 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 충격완화용 다중 내피는 나일론계 원단, 폴리에스테르계 원단, 폴리올레핀계 원단 및 아라미드계 원단 중에서 선택되는 1종 이상의 원단일 수 있다.

상기 가스발생기의 가스는 이산화탄소, 헬륨, 아르곤 및 네온 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 산소발생기는 상측에 형성되고 촉매가 저장되는 제1 저장부; 상기 제1 저장부의 하측에 회전가능하게 설치되고 내부에 과산화수소가 저장되며, 상기 제1 저장부와 연결되어 회전되면서 상기 촉매 및 과산화수소가 혼합되어 산소가 발생되는 제2 저장부; 및 상기 제1 저장부의 상측면에 형성되고 상기 산소공급라인의 타단과 연결되어 상기 발생되는 산소를 상기 산소공급라인으로 배출시키는 배출구;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 화재 발생시 부피를 팽창시킬 수 있는 충격완화용 다중 내피 및 방염원단으로 형성되어 화염 및 외부 충격으로부터 신체를 보호할 뿐만 아니라, 산소발생기 및 일산화탄소 흡착제가 구비되어 대피하는 동안 호흡을 용이하게 할 수 있어, 구조 전까지 피해자의 골든타임 확보 확률을 높일 수 있는 화재 대피용 방호복을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복을 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복의 머리부의 (a) 정면도 및 (b) 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복의 머리부와 몸통부가 결합되는 결합부 및 상기 결합부에 형성되는 일산화탄소 흡착제를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복의 외피 및 충격완화용 다중 내피를 구체적으로 묘사한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생기의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생기의, 제2 저장부의 회전 전 단계에서의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생기의, 제2 저장부의 회전 후 단계에서의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방호장갑 및 방호안전화를 더욱 포함하는 화재 대피용 방호복을 도시한 정면도이다.
도 9는 열전도도 측정기를 이용하여 탄소섬유의 열전도도를 측정하는 과정을 나타낸 이미지이다.
도 10은 밀폐된 공간에서 인간의 호흡 및 과산화수소 분해반응이 동시에 일어날 경우, 이상적인 반응속도 상수(K=0.009 min^-1)에서의 호흡모델을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 이산화탄소 가스를 채운 나일론 튜브의 충격완화 효과 측정 실험을 간략하게 나타낸 모식도이다.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

이하의 실시예들은, 화재 발생시 부피를 팽창시킬 수 있는 충격완화용 다중 내피 및 방염원단으로 형성되어 화염 및 외부 충격으로부터 신체를 보호할 뿐만 아니라, 산소발생기 및 일산화탄소 흡착제가 구비되어 대피하는 동안 호흡을 용이하게 할 수 있어, 구조 전까지 피해자의 골든타임 확보 확률을 높일 수 있는 화재 대피용 방호복에 관한 것이다.

본 발명에 따른 화재 대피용 방호복의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복을 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복의 머리부의 (a) 정면도 및 (b) 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복의 머리부와 몸통부가 결합되는 결합부 및 상기 결합부에 형성되는 일산화탄소 흡착제를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 대피용 방호복의 외피 및 충격완화용 다중 내피를 구체적으로 묘사한 도면이다.

도 1, 2, 3 및 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 화재 대피용 방호복은 투시창(110) 및 호흡 배출구(120)가 형성되는 머리부(100); 상기 머리부의 내부 공간에 삽입되고 상기 머리부의 내부에 일단이 노출되어 산소가 유입되는 산소공급라인(130); 상기 산소공급라인의 타단에 설치되는 산소발생기(140); 상기 머리부와 분리가능하게 결합되는 몸통부(200); 및 상기 머리부 및 상기 몸통부가 결합되는 결합부에 형성되는 일산화탄소 흡착제(300);를 포함하고, 상기 방호복은 방염원단으로 된 외피(210), 상기 외피의 내측면에 형성되는 충격완화용 다중 내피(220), 및 상기 충격완화용 다중 내피 사이에 구비되어 상기 충격완화용 다중 내피 사이에 가스를 공급하는 가스발생기(230)로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 화재 대피용 방호복에는 산소가 발생되는 산소발생기(140) 및 상기 발생된 산소가 방호복의 내부에 유입되는 산소공급라인(130)이 설치되고, 일산화탄소를 흡착시키는 일산화탄소 흡착제(300) 및 호흡 배출구(120)가 형성되기 때문에 화재 발생시 피해자가 구조되기 전의 골든타임 동안 정상적인 호흡을 가능하게 할 수 있다. 또한 불과 직접적으로 맞닿거나 고열의 영향을 받게 되는 외피(210)는 방염원단을 사용하기 때문에 고열로부터 안전하고, 상기 충격완화용 다중 내피(220) 사이에 구비된 가스발생기(230)로부터 배출되는 가스로 인하여 충격완화용 다중 내피의 부피를 팽창시켜 화재로 인한 건물붕괴에도 신체를 보호하는 효과가 있다.

또한, 상기 머리부(100)에 형성되는 투시창(110)을 통하여 시야를 확보할 수 있고, 호흡 배출구(120)를 통하여 사람의 호흡으로 발생되는 이산화탄소를 배출할 수 있다.

또한, 상기 일산화탄소 흡착제(300)는 첨착활성탄, 구리 이온이 교환된 제올라이트, 구리이온이 코팅된 알루미나 및 MOF(다공성 금속유기 골격체) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며 바람직하게는 첨착활성탄을 사용할 수 있으며, 상기 일산화탄소 흡착제는 고어텍스를 이용한 원형 띠 형태로 사용될 수 있다.

상기 첨착활성탄은 망간, 구리 등의 금속을 담시시킨 활성탄을 의미하며, 상온에서 고체 표면에 일산화탄소를 흡착시켜 제거시킬 뿐만 아니라, 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되는 산화반응을 촉진시키는 촉매로도 작용할 수 있다.

구체적인 예로, 상기한 반응에 대한 Roginskii의 이론에 따르면 MnO₂촉매에 의하여 아래 반응식 1과 같이 MnO₂는 CO를 먼저 흡착하고 다시 흡착된 CO는 두 단계에 걸쳐 CO₂로 산화된다.

이로부터 첨착활성탄은 이산화탄소보다 일산화탄소를 선택적으로 흡착하여 화재시 유독가스 제거에 적합함을 알 수 있다.

[반응식 1]

또한, 상기 방염섬유는 탄소섬유, PBO(polyphenylene benzobisoxazole), 아라미드 섬유(aramid fiber), 케블라(Kevlar), PPS 섬유(polyphenylene sulfide), PBI 섬유(polybenzimidazole), 양모(wool), 폴리크랄 섬유 (polychlal) 및 PTFE 섬유 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 열전도도가 현저히 낮은 탄소섬유를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 충격완화용 다중 내피(220)는 나일론계 원단, 폴리에스테르계 원단, 폴리올레핀계 원단 및 아라미드계 원단 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 인장강도가 현저히 우수한 나일론 66을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 가스발생기(230)의 가스는 이산화탄소, 헬륨, 아르곤 및 네온 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 불활성 기체는 저온 고압에서 저장해야 하고 가격이 높기 때문에 이산화탄소를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기 가스발생기(230)는 가스를 발생시켜 충격완화용 다중 내피의 부피를 팽창시킬 수 있는 장치라면 어느 것이든 적용이 가능하다. 바람직한 예로, 일정 이상의 압력을 가할 경우 가스가 발생되는 가스캡슐 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 화재 대피용 방호복은 가로 30 내지 100 cm, 세로 10 내지 100 cm 및 높이 100 내지 300 cm, 바람직하게는 가로 40 내지 60 cm, 세로 20 내지 50 cm 및 높이 150 내지 200 cm의 크기를 가질 수 있다.

특히, 상기한 크기의 화재 대피용 방호복이 상기 일산화탄소 흡착제로써 첨착활성탄을 사용할 경우에는 상기 첨착활성탄을 50 내지 150 g, 바람직하게는 70 내지 130 g, 더욱 바람직하게는 90 내지 110 g 사용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생기의 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 산소발생기(140)는, 상측에 형성되고 촉매가 저장되는 제1 저장부(141); 상기 제1 저장부의 하측에 회전가능하게 설치되고 내부에 과산화수소가 저장되며, 상기 제1 저장부와 연결되어 회전되면서 상기 촉매 및 과산화수소가 혼합되어 산소가 발생되는 제2 저장부(142); 및 상기 제1 저장부의 상측면에 형성되고 상기 산소공급라인의 타단과 연결되어 상기 발생되는 산소를 상기 산소공급라인으로 배출시키는 배출구(143);를 주요 구성으로 한다.

이하에서는 전술한 구성을 가지는 본 실시예에 따른 산소발생기의 동작에 대해서 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생기의 제2 저장부의 회전 전 단계에서의 종단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생기의 제2 저장부의 회전 후 단계에서의 종단면도이다.

상기 산소발생기(140)는 상기된 주요 구성요소 외에 추가적으로, 상기 제1 저장부(141)의 하면에 적어도 하나 형성되는 제1 공(141a, 141b), 상기 제2 저장부(142)의 상면에 적어도 하나 형성되는 제2 공(142a, 142b)을 포함한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2 저장부의 회전 전 단계에서 상기 제1 공(141a, 141b)은 상기 제2 저장부(142)의 상면으로 막혀있다가, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 저장부의 회전 후 단계에서는 상기 제1 공(141a, 141b)이 상기 제2 공(142a, 142b)과 동일한 위치에 배치되어, 상기 촉매가 상기 제2 저장부(142)로 유입됨과 동시에 상기 과산화수소와 혼합되어 산소가 발생되고, 상기 발생된 산소는 상기 배출구(143)를 통하여 상기 산소공급라인(130)으로 배출된다.

상기 제1 공(141a, 141b) 및 제2 공(142a, 142b)의 개수, 크기, 위치 등은 필요에 따라 적절하게 설정이 가능하며, 상기 촉매 및 과산화수소가 상기 제1 저장부(141) 및 제2 저장부(142) 내에 저장되는 양은 필요에 따라서 적절하게 조절될 수 있다.

상기 촉매 및 과산화수소가 혼합되면, 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이 과산화수소가 물과 산소로 분해되는 분해반응이 일어난다. 여기서 이산화망간은 촉매 역할로, 화학반응에 영향을 끼치지 않고 반응속도에만 관여한다.

[반응식 2]

MnO₂ + H₂O₂ → 1/2O₂ + H₂O + MnO₂

또한, 상기 촉매 및 과산화수소의 중량비는 1 : 2500 내지 3000, 바람직하게는 1 : 2850 내지 2950일 수 있다. 상기 촉매 및 과산화수소의 중량비가 상기 중량비 범위일 경우에는 밀폐된 공간에서 산소의 농도가 20 내지 25 부피%로 유지되기 때문에 화재 발생시 피해자가 구조되기 전의 골든타임 동안 정상적인 호흡을 가능하게 할 수 있다. 만일 상기 중량비 범위를 벗어날 경우에는 산소의 농도를 상기 범위로 유지하기 어렵게 된다.

또한, 상기 촉매는 이산화망간, 요오드화칼륨, 탄소가루 및 카탈라아제 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는 이산화망간을 사용할 수 있다.

또한, 상기 배출구(143)는 고어텍스 막에 의해 막혀있을 수 있다. 상기 고어텍스막은 기체와 같은 작은 분자는 통과하고 물과 같은 큰 분자는 통과하지 못하도록 만들어진 섬유이다. 그러므로 물 분자보다 큰 분자 크기를 갖는 과산화수소 및 이산화망간을 안전하게 보관할 수 있고, 산소가 발생될 경우에는 산소를 용이하게 배출하는 효과가 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방호장갑 및 방호안전화를 더욱 포함하는 화재 대피용 방호복을 도시한 정면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 화재 대피용 방호복은 한 쌍의 방호장갑(400) 및/또는 방호안전화(500)를 더욱 포함할 수 있다.

또한, 상기 화재 대피용 방호복의 탈·착의가 가능하도록 상기 몸통부의 전면 또는 후면에 상하 길이 방향으로 지퍼 형식의 개구부가 더욱 형성될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 제조예 및 실시예를 첨부된 도면과 함께 구체적으로 설명한다.

도 9는 열전도도 측정기를 이용하여 탄소섬유의 열전도도를 측정하는 과정을 나타낸 이미지이다.

탄소섬유의 열전도도 측정방법은 다음과 같다. 도 9에 도시된 열전도도 측정기의 6~7 구간에 탄소섬유를 설치하고 유량계를 통하여 냉각수를 일정량 하부로 통과시켰다. 그다음 열전도도 측정기의 전원을 키고 열전도도 측정기에 부착되어 있는 heater 조절계로 전력을 상승시킨 후 온도와 냉각수량을 조절하였다(최고 온도 350 ℃). 그 다음 온도 지시계의 전환 스위치를 전환하고 10, 7, 6 구간 정상 상태의 온도를 측정한 후 하기 수학식 1을 통하여 실험기기의 열량을 계산하였으며, 하기 수학식 2를 통하여 탄소섬유의 열전도도를 계산하였다. 상기 10, 7, 6 구간의 정상 상태의 온도는 각각 255 ℃, 254 ℃ 및 72 ℃로 측정되었다.

하기 수학식 1에서 실험기기인 철의 열전도도(K_steel)는 73 W/m·k이고, 7~10 구간의 단면적(A)은 12.6×10^-4 m²이며, 7~10 구간의 온도차(△T₁)는 (528-527) K이며, 7~10 구간의 길이(L₁)는 0.1 m임을 참고하여 계산하였다.

하기 수학식 2에서 탄소섬유의 단면적(A_c _.f)은 12.6×10^-4 m²이고, 탄소섬유의 두께(L₂)는×10^-3 m이며, 6~7 구간의 온도차(△T₂)는 (527-345) K임을 참고하여 계산하였다. 그 결과, 탄소섬유의 열전도도는 0.01003 W/m·K임을 확인하였다.

[수학식 1]

[수학식 2]

하기 표 1에는 다양한 기체, 액체 및 고체 종류에 대한 열전도도를 나타내었다.

기체		액체		고체
종류	열전도도 (W/m·K)	종류	열전도도 (W/m·K)	종류	열전도도 (W/m·K)
수증기	0.25	엔진오일	0.14	유리섬유	0.038
헬륨	0.15	글리세린	0.28	나무	0.1
공기	0.26	물	0.59	유리	0.878
이산화탄소	0.25	수은	8.69	스테인레스강	19
산소	0.02			철	73
질산	0.02			알루미늄	204
				구리	386
				은	419
				마그네슘보드	0.24
				CRC 보드	0.24
				글라스울	0.042
				미네랄울(규산칼슘계)	0.044
				경질우레탄	0.024
				아라미드 섬유	0.05

상기 표 1을 참조하면, 탄소섬유의 열전도도(0.01003 W/m·K)가 일반적인 고체와 액체들보다 상당히 낮으며, 기체 중에서도 낮은 열전도도를 가지는 성분보다 더 낮음을 확인할 수 있다. 또한 일반적으로 성능이 우수한 단열재들의 열전도도보다 낮으며 현재 소방복의 주 섬유인 아라미드 섬유보다도 열전도도 값이 낮은 것으로 볼 때 화재 대피용 방화복의 외피로써 가장 적합한 원단임을 확인할 수 있다.

도 10은 밀폐된 공간에서 인간의 호흡 및 과산화수소 분해반응이 동시에 일어날 경우, 이상적인 반응속도 상수(K=0.009 min^-1)에서의 호흡모델을 나타낸 그래프이다.

밀폐된 공간에서 과산화수소가 분해되어 산소가 발생될 시 산소농도가 20 내지 25 부피%로 유지되는 이상적인 반응속도를 산출하고, 상기 이상적인 반응속도를 나타내는 과산화수소 및 이산화망간의 비율을 결정하였다.

(1) 이상적인 반응속도 상수의 산출

부피 70 L 공간의 닫힌계를 설정하였고, 상기 닫힌계의 초기 산소 농도는 21 부피%, 질소 농도는 79부피%로 측정되었다. 문헌을 참고하여 인간의 통상적인 호흡 과정은 4초당 1회의 호흡이 진행되고, 날숨(0.5 L)에는 질소(0.0785 L) 74.5부피%, 산소(0.3725 L) 15.7 부피%, 수증기(0.031 L) 6.2 부피%, 및 이산화탄소(0.018 L) 3.6 부피%로 조성됨을 확인하였다.

상기 닫힌계에서 호흡 후 각 성분의 부피량을 산출하고, 호흡 후 각 성분의 부피량을 비부피로 나눠 산출된 값(mol)에 과산화수소 분해 반응으로 인해 생성되는 추가 생성기체 값(mol)을 합하여 각 성분의 몰수를 구하였다. 이후 각 성분의 몰수에 비부피를 곱하여 각 성분의 부피를 산출하고, 호흡 후 각 성분의 부피량을 산출하였다. 상기 계산을 반복적으로 수행하여, 산소의 농도가 20 내지 25 부피%로 유지되는 반응속도 상수를 구하여, 이상적인 반응속도 상수로 하였다. 그 결과, 이상적인 반응속도 상수 k는 0.009 min^-1로 산출되었다.

도 10을 참조하면, 밀폐된 공간에서 인간의 호흡 및 과산화수소 분해반응이 동시에 일어날 경우, 상기 이상적인 반응속도 상수(k=0.009 min^-1)에서는 15 분 동안 산소의 농도가 20 내지 25 부피%로 유지됨을 확인할 수 있다.

(2) 과산화수소 및 이산화망간의 비율 결정

과산화수소 분해 반응에서 이산화망간의 양에 따른 반응속도 상수를 다음의 방법으로 측정하였다.

먼저, 과망간산칼륨 7.9 g을 취하여 100 ml 부피플라스크에 넣은 후 소량의 증류수를 넣고 흔들어서 완전히 용해시킨 후 눈금까지 증류수로 채워 0.5 M 과망간산칼륨 용액을 제조하였다. 그 다음, 제조된 0.5 M 과망간산칼륨 용액 100 ml에 황산 5 ml를 가한 과망간산칼륨 표준용액을 제조하여 이를 과산화수소 용액의 초기 농도를 적정하는 데 사용하였다(희미한 분홍색이 없어지는 점이 종말점). 그 다음, 과산화수소 용액 200 ml에 이산화망간 0.1 g을 넣고 반응시킨 후 4, 8, 12 및 16 분 반응 후의 과산화수소 용액의 농도를 상기 과망간산칼륨 표준용액으로 적정하였다. 상기 적정은 이산화망간의 양을 0.1 g, 0.2 g 및 0.3 g으로 변화시켜 반복하였다.

하기 표 2에는 반응 시간에 따른 과산화수소의 적정량을 나타내었고, 하기 표 2 및 하기 수학식 3을 이용하여 반응시간에 따른 과산화수소 용액의 농도를 계산하여 하기 표 3에 나타내었다.

	0 min	4 min	8 min	12 min	16 min
0.1g(MnO₂)	10.72mL	11mL	11.99mL	12.3mL	12.99mL
0.2g(MnO₂)	10.72mL	11.49mL	12.4mL	12.9mL	13.5mL
0.3g(MnO₂)	10.72mL	11.69mL	12.7mL	13.79mL	15.1mL

[수학식 3]

상기 수학식 3에서,

n = 과산화수소 용액의 전자수(2)

M = 과산화수소 용액의 농도(M)

V = 과산화수소 용액의 부피(ml)

n＇ = 과망간산칼륨 용액의 전자수(5)

M＇ = 과망간산칼륨 용액의 농도(0.5 M)

V＇= 과망간산칼륨 용액의 부피(ml)

	0 min	4 min	8 min	12 min	16 min
0.1g(MnO₂)	11.66M	11.36M	10.43M	10.16M	9.62M
0.2g(MnO₂)	11.66M	10.88M	10.08M	9.69M	9.26M
0.3g(MnO₂)	11.66M	10.69M	9.84M	9.06M	8.28M

다음으로, 상기 표 3의 반응 시간에 따른 과산화수소 용액의 농도, 하기 수학식 4 및 수학식 5(최소자승법)를 이용하여 이산화망간 양에 따른 과산화수소의 분해 시 반응속도 상수를 산출하였고, 그 산출과정을 하기에 나타내었다.

[수학식 4]

상기 수학식 4에서,

[H₂O₂]₀ = 과산화수소 용액의 초기농도

[H₂O₂]_f = 과산화수소 용액의 분해반응 후 농도

k = 반응속도 상수(min^-1)

t = 시간(min)

[수학식 5]

(3) 이산화망간 양에 따른 과산화수소 분해 시 반응속도 상수 산출

① 이산화망간 0.1 g 조건

② 이산화망간 0.2 g 및 0.3 g 조건에서도 상기와 같은 산출과정을 통하여 반응속도 상수를 산출하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

하기 표 4를 참조하면, 상기 이상적인 반응속도 k = 0.009 min^-1와 가장 유사한 반응속도를 나타내는 과산화수소와 이산화망간의 비율은, 200 ml의 과산화수소 사용조건에서 0.1 g의 이산화망간을 사용하는 경우임을 확인하였다.

	k(min^-1)
0.1g(MnO₂)	0.0119 min^-1
0.2g(MnO₂)	0.0153 min^-1
0.3g(MnO₂)	0.0212 min^-1

도 11은 본 발명의 이산화탄소 가스를 채운 나일론 튜브의 충격완화 효과 측정 실험을 간략하게 나타낸 모식도이다. 상기 충격완화 효과 측정 실험은 다음과 같이 진행하였다.

먼저, 나일론 튜브에 튜브 부피의 약 1.5 배의 이산화탄소로 가득 채운 후 바닥에 고정하였고, 쇠구슬(1.03 kg) 두 개를 준비하여 쇠구슬이 이동할 일직선의 마찰력이 적은 아크릴판 레일을 튜브 양 옆으로 설치하였으며, 한 쪽은 쇠구슬을 튜브에 어느 정도 띄우고(A) 한 쪽은 쇠구슬을 튜브에 밀착(B)시켰다. 띄운 쇠구슬을 튜브 쪽으로 적당한 힘으로 굴리면 튜브에 붙은 쇠구슬이 밀려나간다. 양쪽의 움직인 거리와 시간을 체크하여 속력을 구한 후 각각 운동량을 계산하여 차이를 구하였다. 상기 운동량 측정을 반복하여, 운동량의 변화량(충격량)의 평균을 구하여 하기 표 5에 그 결과를 나타내었다.

하기 표 5를 참조하여 운동량의 변화량 평균을 계산한 결과 약 1.47±0.25 kg·m/s 만큼의 충격량을 흡수함을 알 수 있다. 이는 약 96.8%의 충격을 흡수함을 의미한다.

물체 A(1.03 kg)			물체 B(1.03 kg)			^**△운동량 (kg·m/s)	^***충격 흡수율(%)
^*이동시간 (sec)	속도 (m/sec)	운동량 (kg·m/s)	^*이동시간 (sec)	속도 (m/sec)	운동량 (kg·m/s)	^**△운동량 (kg·m/s)	^***충격 흡수율(%)
0.28±0.05	1.48±0.25	1.52±0.25	1.32±0.24	0.05±0.01	0.05±0.01	1.47±0.25	96.8±0.4

*물체가 40 cm 이동하는데 소요된 시간

**물체 A 운동량과 물체 B 운동량의 차

***운동량 차(△운동량)을 물체 A의 운동량으로 나눈 값의 백분율

그러므로 본 발명에 따르면, 화재 발생시 외부 충격으로부터 신체를 보호할 뿐만 아니라, 호흡을 용이하게 할 수 있는 화재 대피용 방호복을 구성할 수 있으며, 이를 이용하여 구조 전까지 피해자의 골든타임 확보 확률을 높일 수 있다.

100: 머리부 110: 투시창
120: 호흡 배출구 130: 산소공급라인
140: 산소발생기 141: 제1 저장부
142: 제2 저장부 143: 배출구
141a, 141b: 제1 공 142a, 142b: 제2 공
200: 몸통부 210: 외피
220: 충격완화용 다중 내피 230: 가스발생기
300: 일산화탄소 흡착제

Claims

전신을 둘러싸는 화재 대피용 방호복에 있어서,
투시창 및 호흡 배출구가 형성되는 머리부;
상기 머리부의 내부 공간에 삽입되고 상기 머리부의 내부에 일단이 노출되어 산소가 유입되는 산소공급라인;
상기 산소공급라인의 타단에 설치되는 산소발생기;
상기 머리부와 분리가능하게 결합되는 몸통부; 및
상기 머리부 및 상기 몸통부가 결합되는 결합부에 형성되는 일산화탄소 흡착제;를 포함하고,
상기 방호복은 방염원단으로 된 외피, 상기 외피의 내측면에 형성되는 충격완화용 다중 내피, 및 상기 충격완화용 다중 내피 사이에 구비되어 상기 충격완화용 다중 내피 사이에 가스를 공급하는 가스발생기로 형성된 것이며,
상기 산소발생기는 상측에 형성되고 촉매가 저장되는 제1 저장부; 상기 제1 저장부의 하측에 회전가능하게 설치되고 내부에 과산화수소가 저장되며, 상기 제1 저장부와 연결되어 회전되면서 상기 촉매 및 과산화수소가 혼합되어 산소가 발생되는 제2 저장부; 및 상기 제1 저장부의 상측면에 형성되고 상기 산소공급라인의 일단과 연결되어 상기 발생되는 산소를 상기 산소공급라인으로 배출시키는 산소 배출구;를 포함하며,
상기 산소 배출구는 고어텍스 막에 의해 막혀있으며,
상기 촉매는 이산화망간이며,
상기 이산화망간 및 과산화수소의 중량비는 1 : 2500 내지 3000이며,
상기 일산화탄소 흡착제는 첨착활성탄이며,
상기 방염원단은 탄소섬유이며,
상기 충격완화용 다중 내피는 나일론이며,
상기 가스발생기는 일정 이상의 압력을 가할 시 가스가 발생되는 가스캡슐이며,
상기 가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 화재 대피용 방호복.
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