KR102586829B1

KR102586829B1 - 흡기형 제연설비

Info

Publication number: KR102586829B1
Application number: KR1020210136047A
Authority: KR
Inventors: 김성우
Original assignee: 김정규
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2023-10-11
Also published as: KR20220055413A

Abstract

본 발명은 흡기형 제연설비에 관한 것이다. 이는, 제연구역으로 유입하는 가스를, 제연구역 외부로 배기시키는 것으로서, 외부로부터 제공된 물을 통과시키되, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생하여 제연구역 내부의 가스를 흡기하고, 흡기된 가스를 물과 혼합시켜 배출하는 진공발생 다단 벤투리와; 진공발생 다단 벤투리에 물을 공급하는 급수부와; 급수부를 통해 공급된 물을 진공발생 다단 벤투리 내부로 분사하는 노즐을 구비한다. 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 흡기형 제연설비는, 화재 시 음압을 형성하여, 주변의 연기와 유독가스를 흡기한 후 물에 섞어 외부로 배출함으로써, 연기와 유독가스가 제연구역으로 이동하는 것을 방지하고, 인명피해를 최소화 할 수 있다. 또한, 화재가 발생하지 않는 상황에서도, 실내의 황사나 미세먼지 등의 각종 부유성 오염물질을 흡기 제거하여 실내공기의 청정화를 도모하고, 더 나아가, 분진이나 유증기 또는 유독성 화학물질 등을 배출하는, 저탄장, 시멘트공장, 건설현장, 정유시설, 제철소나, 조선소 등의 산업현장은 물론, 농수산용이나 군사용의 공기 정화장치로도 활용 가능하다.

Description

흡기형 제연설비{Intake type smoke removal facility}

본 발명은 건물에 설치되는 제연설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화재 시 발생하는 연기 및 유독가스를 빠른 속도로 흡기한 후 물에 혼합하여 제거(除去/ Removal)함으로써, 설정된 제연(除煙/Smoke Removal Zone)구역, 화재실(거실), 피난 경로인 복도, 계단 등에는 연기가 확산되지 않도록 함으로서, 연기 및 유독가스의 유입을 방지하여 인명피해를 최소화 할 수 있는, 흡기형 제연설비에 관한 것이다.

근래 건축되는 대부분의 건물에는, 강화된 건축 소방법에 규정된 기준을 충족하는 여러 가지 소방용 설비가 의무적으로 설치된다. 이러한 소방관련 설비에는, 소화설비, 배연설비, 제연(제어)설비, 경보설비, 피난설비, 소방용수설비, 소화활동 관련 설비 등이 포함된다. 소방설비의 기본 목적은, 당연히, 화재를 조기에 감지하여 건물 내 사람들을 보호하거나 대피시키고, 초기 화재의 소화활동을 할 수 있도록 하는 등의 화재로 인한 인명과 재산의 피해를 최소화하기 위한 것이다.

위의 여러 설비 중, 제연(제어)설비는, 양압(陽壓) 설비로서, 이를테면, 화재 시 각 층에 공기를 불어넣어, 건물 내 탈출통로의 내부 압력을, 연기 및 유독가스의 압력보다 높여 탈출통로내 연기와 유독가스의 유입을 차단하고, 탈출자들의 질식을 막는 역할을 한다. 배연설비가 유독가스를 건물 밖으로 배출하는 시설이라면, 제연설비는 유독가스가 들어오지 못하도록 차단하고 유지시키는 것이다.

즉, 제연(제어)설비는 소화 활동 설비의 일종으로 건축물의 화재 초기 단계에서 발생하는 연기 등을 감지하여 화재실(거실)의 연기는 배출하고 피난 경로인 복도, 계단 등에는 연기가 확산되지 않도록 함으로써 거주자를 연기로부터 보호하고 안전하게 피난할 수 있도록 함과 동시에 소방대가 소화 활동을 할 수 있도록 연기를 제어(制御/ Smoke Control)하여, 외부로 배출(배연/排煙/ Fire Smoke Ventilation) 하는 설비이다.

제연(제어)설비는 설치된 장소에 따라, 거실 제연(제어)설비와 계단실 및 부속실 제연(제어)설비로 구분할 수 있으나 기술 내용은 거의 동일하다.

거실 제연(제어)설비는, 화재가 발생한 거실 내의 연기와 열기를 배출하는 급기 송풍기와 배기 송풍기를 포함한다. 급기 송풍기는, 배기 송풍기가 배기한 것 이상으로 급기 하여 피난과 소방활동을 할 수 있도록 한다. 또한, 계단실 및 부속실 제연(제어)설비는, 계단실 및 부속실(이하, 제연구역)의 내부압력을 거실보다 높게 함으로서 거실의 연기가 침투하지 않도록 하여, 대피자를 유독가스로부터 보호하기 위한 설비이다.

한편, 계단실 및 부속실용 종래 제연(제어)설비는, 제어용 송풍기와 수직풍도를 이용하여 제연(제어)구역에 외부 공기를 급기하는 방식을 갖는다. 즉, 지하 또는 옥상에 설치된 송풍기로 공기를 제연댐퍼를 통해 제연(제어)구역 내에 공급함으로써 압력을 높여 제연(제어)구역으로의 연기 유입을 막으려는 것이다. 그런데 이러한 제연(제어)설비는, 압력이 제어구역의 외부로(창문, 출입구) 빠질 경우, 정상적인 기능을 수행하지 못하여 제어구역 복도, 계단 등으로 연기와 유독가스가 가득 차, 탈출자들을 질식(窒息/Suffocations)시키는 커다란 문제점에 노출되어있다는 것은 각종 뉴스 보도 및 공식 현장 실험, 점검에서 이미 무용지물로 밝혀진 것이 사실이다.

도 1 및 도 2는 종래 제연(제어)설비의 문제를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 건물(10)의 주거공간(13)과 제연(제어)구역(15) 사이에 풍도(11)가 마련되어 있다. 풍도(11)는 공동구(미도시)에 설치된 수직의 덕트로서, 지하실의 송풍팬(17)에서 공급되는 공기를 상향 유도한다. 풍도를 통해 이동하는 공기는, 각 층의 제연(제어)(15) 복도, 계단 등에 설치되어있는 각층의 제연댐퍼(15a)를 통하여 공기를 과도하게 유입하는 오작동은 제연구역 내부의 압력을 허용치보다 과도하게 상승시켜, 노약자들은 물론 건장한 성인 남성들도 주거공간(13)에서 문을 열 수 없어 탈출 자체가 불가능한 커다란 문제점이라는 것은, 여러 차례 현장 실험, 점검을 통하여 밝혀졌다.

제연(제어)구역(15)의 창문(15c)이나 출입구(15e)가 개방되어 있는 경우에는, 자동차 타이어에 펑크가 나듯 제연(제어)구역의 내압이 상승 될 수 없으므로, 송풍팬(17)으로 아무리 바람을 공급하여도, 제연구역의 내부 압력이 높아지지 않는다.

또한, 제연(제어)구역(15) 복도, 계단 등을 밀폐시키거나, 밀폐하기 위하여 여러 가지 추가적인 장치가 적용되고 있으나, 복도, 계단 등을 완전히 밀폐시키게 되면, 실생활에서 환기가 전혀 되지 않아, 제연(제어)구역(15) 내부의 온도가 한여름에는 40℃ 이상 고온으로 올라가, 엘리베이터 대기 시간에 옷이 땀에 흠뻑 젖는 등 입주민(특히 어린이, 노약자, 장애인)들의 불편은 이루 말할 수 없으며, 많은 부작용이 파생되고 있다.

제연(제어)구역의 밀폐 여부와 관계없이, 어느 계절에도 일상적인 실생활 공간에서 항시 쾌적하고, 화재 시 안전한 피난 통로 및 피난 시간을 최대한으로 확보하며, 한 명의 인명이라도 구하기 위하여서는 인체에 치명적인 염화수소(HCL), 시안화수소(HCN) 등 맹독성 가스등을 피난 통로에서 최대한 제거하여, 각종 유독가스의 치사량을 안전한 범위 이하로 낮추는 기술력이 절실히 요구된다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 화재 시 연기와 유독가스가 제연구역으로 이동하는 것을 막아 인명피해를 최소화 할 수 있고, 화재가 발생하지 않는 상황에서도 실내의 공기정화를 도모하고, 오염물질을 배출하는 산업현장에서의 오염물 배출방지용으로 활용 가능한, 흡기형 제연설비를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 흡기형 제연설비는, 제연구역으로 유입하는 가스를, 제연구역 외부로 배기시키는 것으로서, 외부로부터 제공된 물을 통과시키되, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생하여 제연구역 내부의 가스를 흡기하고, 흡기된 가스를 물과 혼합시켜 배출하는 진공발생 다단 벤투리와; 진공발생 다단 벤투리에 물을 공급하는 급수부와; 급수부를 통해 공급된 물을 진공발생 다단 벤투리 내부로 분사하는 노즐을 구비한다.

또한, 상기 진공발생 다단 벤투리는, 관통로를 통해 각 층의 제연구역과 연통하는 공동구 내에 설치되며, 급수부는; 물을 펌핑하는 급수펌프, 급수펌프에 의해 펌핑된 물을 진공발생 다단 벤투리측으로 유도하는 메인급수관, 메인급수관에 연결되며 진공발생 다단 벤투리의 입구부측으로 연장되고 상기 노즐과 연결된 가지관을 갖는다.

그리고, 상기 진공발생 다단 벤투리는 다수 개가 상하로 이격 배치되고, 각 진공발생 다단 벤투리의 사이에는, 상측 진공발생 다단 벤투리에서 분사된 물이 하측 진공발생 다단 벤투리를 타격하는 것을 방지하는 차단유도판이 구비된다.

또한, 수직으로 연장되며 진공발생 다단 벤투리 및 차단유도판을 수용하고, 진공발생 다단 벤투리로부터 분출된 물과 가스 혼합물을 하부로 유도하는 믹싱도관이 더 포함된다.

아울러, 상기 진공발생 다단 벤투리는; 상단부에 상기 노즐을 구비하고, 노즐로부터 분사되는 물을 하부로 분출하는 분사관과, 분사관을 감싸며 분사관을 통해 분사되는 물을 하향 유도하는 것으로서, 하부로 내려갈수록 직경이 확장되는 형상의 벤투리케이싱을 구비한다.

또한, 상기 분사관은; 노즐과 결합하며 물과 동시에 가스를 받아들이는 유입구, 가스와 혼합된 물이 빠지는 출구부를 갖는 제1분사관과, 제1분사관을 수용하는 것으로서, 가스를 흡기하는 유입구, 유입된 가스와 제1분사관으로부터 분출된 가스혼합수를 혼합시켜 배출하는 출구부를 갖는 제2분사관을 포함하고, 제1분사관과 제2분사관의 출부부에는, 유입된 물 및 가스와 충돌하여, 물과 가스가 혼합되게 하는 믹싱날개가 형성된다.

또한, 상기 벤투리케이싱은; 제2분사관을 수용하며, 상단부에, 가스를 흡기하는 유입구를 갖는 고정관과, 고정관의 하단부에 회전 가능하도록 설치되는 회전관과, 회전관의 내측에 위치하며, 분사되는 물과 충돌하여, 물로부터 운동에너지를 전달받아 회전관을 회전시키는 임펠러블레이드를 포함한다.

그리고, 상기 고정관의 하단부에는, 원주방향으로 연장되며 원주방향을 따라 일정 단면 형상을 갖는 수용홈이 형성되어 있고, 회전관의 상단부에는, 수용홈에 삽입 지지되며 수용홈에 삽입된 상태로 원주방향으로 슬라이딩 가능한 절곡삽입단부가 형성된다.

또한, 상기 절곡삽입단부와 수용홈의 사이에 무 급유 고체 윤활 코팅 또는링형 베어링이 더 설치된다.

또한, 믹싱도관을 통하여 배출되는 물을 재활용하기 위한 급수펌프가 더 구비된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 흡기형 제연설비는, 화재 시 음압을 형성하여, 주변의 연기와 유독가스를 흡기한 후 물에 섞어 외부로 배출함으로써, 연기와 유독가스가 제연구역으로 이동하는 것을 방지하고, 인명피해를 최소화 할 수 있다.

또한, 화재가 발생하지 않는 상황에서도, 실내의 황사나 미세먼지 등의 각종 부유성 오염물질을 흡기 제거하여 실내공기의 청정화를 도모 하고, 더 나아가, 분진이나 유증기 또는 유독성 화학물질 등을 배출하는, 저탄장, 시멘트공장, 건설현장, 정유시설, 제철소나, 조선소 등의 산업현장은 물론, 농수산용이나 군사용의 공기 정화장치로도 활용 가능하다.

도 1 및 도 2는 종래 제연(제어(制御/ Smoke Control)하여, 외부로 배출(배연/排煙/ Fire Smoke Ventilation) 하는 설비의 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기형 제연(除煙/ Smoke Removal System)설비의 기본 구조 및 작동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기형 제연(除煙/ Smoke Removal System)설비의 구성을 나타내 보인 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 5에 도시한 진공발생 다단 벤투리의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 흡기형 제연설비는, 화재 시 발생하는 연기 및 유독가스를 빠른 속도로 흡기한 후 물에 혼합하여 외부로 배출함으로써, 설정된 제연구역으로의 연기 및 유독가스의 유입을 방지하여 인명피해를 최소화 할 수 있는 것이다.

즉, 화재 시 발생하는 연기 및 유독가스를 빠른 속도로 흡기한 후 물에 혼합하여 제거(除去/Removal)함으로써, 설정된 제연(除煙/Smoke Removal Zone)구역, 화재실(거실), 피난 경로인 복도, 계단 등에는 연기가 확산되지 않도록 함으로서, 연기 및 유독가스의 유입을 방지하여 인명피해를 최소화 할 수 있는 것이다.

열기에 의해 팽창되고 압력이 높아진 고온의 연기, 유독가스를 흡기하고, 물과 혼합(Mixing)시켜 기체 및 액체 미립자계 유독가스는 물에 용해 (dissolution), 희석 (dilution) 되어 제거 및 냉각하고, 고체 미립자계 그을음, 검댕, 초미세먼지, 초미세 분진, 등은 물리흡착(physical adsorption) 시켜 제거하는 구조를 갖는다.

이러한 본 발명은, 지하철 역사, 지하 시설 및 지하 주차장, 각종 다중 이용시설, 각종 터널의 제연[除煙], 산업용 고체 미립자계 초미세 각종 분진 제거[粉塵除去], 군사용 기체 및 액체 미립자계, 고체 미립자계, 각종 화학물질 및 유독가스 제독 설비[除毒], 상업용 및 병원, 농-축산 살균[殺菌] 및 방역[防疫]설비, 기체 및 액체 미립자계 악취 성분은 흡착 제거 [惡臭成分의 吸着除去] 하는 분야 등 다양하게 적용 가능하다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기형 제연설비(除煙/ Smoke Removal System)의 기본 컨셉 및 작동 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기형 제연설비의 구성을 보다 자세히 나타내 보인 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 흡기형 제연설비(30)는, 믹싱도관(43), 다수의 진공발생 다단 벤투리(50), 차단유도판(37), 급수부, 노즐(51)을 포함한다. 본 실시예의 제연설비(30)는, 건물(10)내 주거공간(13)과 제연구역(15)의 사이에 위치한다.

일반적으로, 건물의 주거공간(13)과 제연구역(15)의 사이에는 수직의 공동구(도면부호 없음)가 마련되어 있는데, 본 실시예의 제연설비(30)는 공동구에 설치될 수 있는 것이다. 공동구가, 주거공간(13)과 제연구역(15)을 단절시키는 것은 아니다. 당연히, 주거공간(13)에 있던 사람들이 제연구역(15)으로 이동할 수 있는 것이다.

아울러, 본 설명에서의 주거공간(13)은, 건물(10)을 사용하는 사람들이 주로 위치하는 공간이다. 이를테면, 건물이 오피스 빌딩이라면 주거공간(13)는 사무실이나 회의실 또는 식당이다. 또한, 건물이 아파트나 오피스텔이라면, 주거공간은 각 세대내 공간이 된다.

제연구역(15)은 비상 상황 시 건물을 탈출할 때 사용하는 복도나 계단실 또는 기타 부속실 일 수 있다. 제연구역은 이를테면, 화재 시, 건물 내 사람들이 통과하거나 대피하는 통로이므로 연기나 유독가스가 침투하지 않아야 한다.

본 실시예에 따른 흡기형 제연설비(30)는 제연구역(15)의 외부에 배치되며, 제연댐퍼(15a)을 통해 각 층의 제연구역(15)에 연통(聯通)한다. 가령, 믹싱도관(43)에 음압이 형성될 경우, 제연구역(15) 내부의 공기가 믹싱도관(43) 측으로 빨려 들어가는 것이다. 제연댐퍼(15a)는 제연구역(15)의 외부와 내부를 연결한다.

결국 본 실시예의 흡기형 제연설비(30)는, 제연구역(15) 외부에 설치된 상태로, 화재 시, 제연구역으로 유입하는 가스를, 제연구역 외부로 배기시켜, 제연구역을 통한 탈출이나 대피를 가능하게 하는 것이다. 화재 시 주거공간(13)에서 탈출한 요구조자는 제연구역(15)으로 넘어가 건물 외부로 안전하게 탈출할 수 있다.

한편, 믹싱도관(43)은 수직으로 연장된 파이프로서, 진공발생 다단 벤투리(50), 차단유도판(37), 급수부를 수용하고, 진공발생 다단 벤투리(50)로부터 분출된 물과 가스 혼합물을 하부로 내려 보낸다.

믹싱도관(43)에서 배출되는 물은 별로로 수거되어 하수 처리될 수 있고, 경우에 따라 별도의 물탱크에 모아들인 후 정화처리하여 순환 재사용이 가능하다. 즉, 믹싱도관(43)의 하부를 통하여 배출되는 물은 별도로 수거되어 하수 처리하거나 물탱크에 포집하여 그 물을 정화하여, 연기, 유독가스 흡기 제거형 (除煙/ Intake type Smoke Removal facility) 설비에 순환시켜, 물을 재활용하여 물을 절약할 수 있도록 한다. 믹싱도관(43)의 형태는 얼마든지 변경 가능하다. 아울러 메인급수관(31)은 믹싱도관(43)의 외측에 별도로 배관할 수도 있다.

급수부는, 각 진공발생 다단 벤투리(50)에 물을 공급하는 것으로서, 급수펌프(39), 메인급수관(31), 가지관(33)을 구비한다.

급수펌프(39)는 외부로부터 공급된 물을 펌핑하여 메인급수관(31)을 통해 올려 보내는 역할을 한다. 외부로부터 공급되는 물은 소방차로부터 공급되는 소방용수이거나, 별도의 물탱크에 저장되어 있는 물 일 수 있다. 또는 상수를 사용할 수 있다.

메인급수관(31)은 수직 상부로 연장된 파이프로서, 건물의 최상층까지 올라간다. 가지관(33)은 메인급수관(31)에 연결되며 각 진공발생 다단 벤투리(50)측으로 연장된 파이프이다. 메인급수관(31)을 통해 상향 이동하는 물은, 가지관(33)으로 빠져 진공발생 다단 벤투리(50)로 공급된다. 가지관(33)의 연장단부는 진공발생 다단 벤투리(50)의 상단부 중앙에 도달하고 노즐(51)과 결합한다. 노즐(51)은 소용돌이 유도체(Swirl)를 내장한 노즐로, 나선형의 흐름 패턴(Vortex Effect Pattern)으로 물을 고속 분사하며, 가지관(33)을 통과한 물을, 후술할 제1분사관(53)의 유입구(53a)로 고속 하향 분출한다. 나선형 스트림라인을 형성할 수 있는 한 소용돌이 유도체의 모양은 얼마든지 다양하게 구현 가능하다.

노즐(51)에 의해 진공발생 다단 벤투리(50) 내부로 분사된 물은, 음압의 작용에 의해 화재 시 발생하는 연기나 유독가스 분진, 미세먼지, 그을음, 검댕, 각종 미연소 가연성 가스, 열기 등 압력이 높아진 고온의 연기, 유독가스를 흡기하고, 물과 혼합시켜 액체 미립자계 유독가스는 물에 용해 (dissolution), 희석 (dilution) 되어 제거하고, 고체 미립자계 그을음, 검댕, 초미세먼지, 산업현장 각종 초미세 분진, 등은 물리흡착(physical adsorption) 되어 제거하며, 물과 혼합된 상태로 하부로 빠진다. 화재 시 발생 되는 수용성 유독가스 시안화수소(HCN), 불화수소(HF)는 물에 무한대 용해되며, 염화수소(HCl)는 물에 대단히 잘 녹고, 포스겐(COCl2), 아황산가스(SO2), 이산화질소(NO2), 이산화탄소(CO2) 등은 물에 쉽게 녹는다.

한편, 진공발생 다단 벤투리(50)는, 가지관(33)을 통해 공급된 물을 통과시키되, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생하여 제연구역(15) 내부의 가스를 흡기하고, 흡기된 가스를 물과 혼합시켜 배출하는 역할을 한다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 제연구역(15) 내부의 가스를 화살표 e방향으로 뽑아내어 물과 혼합 후 하부로 내려 보내는 것이다.

아울러, 본 실시예에서는 진공발생 다단 벤투리(50)가, 각 층마다 3개씩 병렬 적용되어 있다. 각 층마다의 진공발생 다단 벤투리(50)의 적용 개수는 얼마든지 달라질 수 있다.

차단유도판(37)은, 상하로 위치하는 진공발생 다단 벤투리(50)의 사이에 설치되는 판상부재로서, 이를테면, 상측 진공발생 다단 벤투리에서 하향 분사된 물이 하측 진공발생 다단 벤투리를 타격하는 것을 방지한다. 진공발생 다단 벤투리(50)를 통과한 물은 차단유도판(37)에 부딪힌 후 도 5의 화살표 g방향으로 흐른 후 낙하한다.

차단유도판(37)의 또 다른 기능은, 제연댐퍼(15a)을 통해 인출된 가스를 유도하여, 가스가 진공발생 다단 벤투리(50)의 입구부, 즉 상단부로 원활히 이동하게 하는 것이다. 다시 말하면, 인출된 가스가 상부로 흩어지지 않고, 진공발생 다단 벤투리(50)로 신속히 흡기되게 가이드하는 것이다. 이러한 역할을 수행할 수 있는 한 차단유도판(37)의 구조는 얼마든지 달라질 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 도 5에 도시한 진공발생 다단 벤투리(50)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 진공발생 다단 벤투리(50)는, 제1분사관(53), 제2분사관(55), 벤투리케이싱(57)의 3중 구조를 갖는다. 실시예에 따라 벤투리케이싱은 4중 이상으로 제작도 가능하다.

제1분사관(53)은, 상단부에 유입구(53a), 하단부에 출구부(53e)를 갖는 원통형 덕트로서, 상단부에 노즐(51)이 고정된다. 노즐(51)에서 분사되는 물은 제1분사관(53)의 유입구(53a)를 통과해 하부로 내려간다. 제1분사관(53)의 하측에는 다수의 믹싱날개(53b)가 형성되어 있다.

믹싱날개(53b)는, 하부로 내려가는 물과 충돌하며, 물이 가스와 균일하게 혼합되도록 작용한다. 가스는, 진공발생 다단 벤투리(50) 내에 형성된 음압에 의해 유입구(53a)를 통해 유입된 가스이다.

믹싱날개(53b)는, 제1분사관(53)의 하측부를, 등간격으로, 또한 길이방향으로 평행하게 절개한 후, 안쪽으로 일정하게 접어 형성된 부분이다. 제1분사관(53)을 통화하는 물은, 믹싱날개(53b)에 부딪힌 후 가스와 혼합된 상태로 나선형의 흐름패턴(Vortex Effect Pattern)을 갖게 된다.

제2분사관(55)은 제1분사관(53)을 그 내부에 수용하는 덕트이다. 제2분사관(55)의 길이는 제1분사관(53) 길이의 대략 2배 내외이다. 하지만 제2분사관(55)의 길이는 달라질 수 있다. 제2분사관(55)의 내향면과 제1분사관(53) 외주면의 간격은 연결스트럿(54)에 의해 유지된다. 연결스트럿(54)은 제1분사관(53)의 원주방향으로 일정 간격을 이루며 제2분사관(55)을 지지한다.

제2분사관(55)의 상단부에는 유입구(55c)가, 하단부에는 출구부(55e)가 마련되어 있다. 유입구(55c)는 주변 가스가 흡기되는 통로이다. 또한 출구부(55e)는, 유입구(55c)를 통해 유입된 가스와, 제1분사관으로부터 분출된 가스혼합수(물과 가스가 혼합된 유체)를 혼합시켜 배출하는 통로이다.

제2분사관(55)의 하단부에도 다수의 믹싱날개(55b)가 형성되어 있다. 믹싱날개(55b)는, 제2분사관(55)의 하측부를 길이방향으로 일정간격으로 절개한 후 절개된 부분을 안쪽으로 접어 형성한 부분이다. 제2분사관(55)을 통과하는 가스와 물의 혼합물은 믹싱날개(55b)에 부딪히며 다시 한 번 혼합된다.

벤투리케이싱(57)은, 제1,2분사관(53,55)을 수용하며, 제1,2분사관을 통과해 분사되는 물을 하향 유도하는 것으로서, 하부로 내려갈수록 직경이 확장되는 형상을 갖는다.

벤투리케이싱(57)은 고정관(58)과 회전관(59)으로 구성된다. 고정관(58)은 연결스트럿(56)을 통해 제2분사관(55)에 고정되는 덕트이고, 회전관(59)은 고정관(58)의 하단부에 회전 가능하도록 장착되는 하향 확장형 덕트이다.

고정관(58)의 상단부에는 가스를 흡기하는 유입구(57a)가 마련되어 있고, 하단부에는 지지부(58a)가 형성되어 있다. 지지부(58a)는 회전관(59)을 축회전 가능하도록 지지하는 부분으로서 고정관(58)의 하단부를 절곡하여 형성된다. 지지부(58a)는 고정관(58)의 원주방향을 따라 일정 단면 형상을 가지며 내측으로 개방된 수용홈(58b)을 제공한다.

회전관(59)은 상단부에 비해 하단부의 직경이 확장된 덕트로서 상단에 절곡삽입단부(59a)를 갖는다. 절곡삽입단부(59a)는 회전관의 상단부를 바깥쪽으로 절곡시킨 부분으로서, 수용홈(58b)에 삽입 지지된다. 또한 절곡삽입단부(59a)는 수용홈(58b)에 수용된 상태로 원주방향으로 슬라이딩 가능하다.

특히 절곡삽입단부(59a)의 상하부에는 베어링(59e)이 장착된다. 베어링(59e)은 절곡삽입단부(59a)와 수용홈(58b) 사이의 마찰을 감소시키는 역할을 한다. 회전관(59)은 베어링(59e)의 작용에 의해, 지지부(58a)에 지지된 상태로 원활히 회전한다.

또한, 회전관(59)의 내측에는 임펠러블레이드(59g)가 설치된다. 임펠러블레이드(59g)는 나선형으로 배치된 블레이드로서, 분사되는 물과 충돌하여, 물로부터 운동에너지를 전달받아 회전관(59)을 화살표 k방향으로 축회전시키는 역할을 한다.

특히 노즐(51)로부터 분사되는 물은, 연기, 유독가스의 높은 열기에 따라 급속히 수증기 상태가 되며, 1기압, 100℃에서 그 체적은 약1,700배, 260℃에서 2,400배, 650℃에서 4,200배 이상 기화 팽창한다.

화재 시 고온의 연기, 유독가스가 실내 공간의 상층부로 지속적으로 올라가 모이며 상층부 압력을 높이고, 압력이 높아진 연기, 유독가스(미 연소 가연성 가스, 검은 연기)는 압력이 낮은 방향으로 퍼져나가 약 3분 이내에 일정 임계점에 도달하면 복사열에 의해 착화(着火/점화/點火)되어 플래쉬오버(Flashover) 현상을 일으켜, 화재는 더욱 주변으로 확산하게 된다. 고온의 연기, 유독가스의 상층부 온도는 복사열에 의해 600~900℃ 이상 상승할 수 있다.

유동장 내부를 통과하는 유체의 부피가 고온의 열기에 의해 순간적으로 증가하면 유속이 더욱 빨라지기 마련이므로, 고속의 유체 즉, 수증기와 가스와 물이 복잡하게 섞여 있는 혼합유체는, 벤투리 원리에 따라, 진공발생 다단 벤투리(50) 내부의 압력을 급속히 낮추어 흡입력을 더욱 증폭시킬 수 있는데, 그것은, 내부의 압력이 1기압 보다 낮아진 상태에서 100℃보다 낮은 온도에서 기화 팽창을 유도할 수 있으며, 압력이 낮아진 상태에서 기화 팽창률은 더욱 커져 분사 유속을 더욱 증가시키기 때문이다.

결국, 혼합 유체의 기화 팽창에 의한, 벤투리 내부에서 고속의 유체 분사가 이루어져 연기 및 유독가스를 빨아들이는 흡입력이 크게 증폭되게 된다. 화재 시 발생하는 가스가 진공발생 다단 벤투리(50) 내부로 흡기되는 원리이다.

이러한 진공발생 다단 벤투리(50)의 작용에 의해, 본 실시예의 제연설비에서 진공발생 다단 벤투리(50)를 통과하는 가스 중, 액체 미립자계 유독 가스는 물에 용해 또는 희석되고, 고체 미립자계 그을음, 검댕, 초 미세먼지 등은 물에 물리 흡착 되며, 뜨거운 열기 및 팽창되었던 수증기는 물에 의해 냉각된다.

화재 시 발생하는 가스는, 가연물이 연소할 때 생성되는 물질로서, 고온이며, 매우 끈적거리는 고체상의 미립자, 액체상의 타르와 같은 액적 입자, 무상의 증기 및 기체상의 분자로 이루어진 복합 혼합물인데, 이러한 유독 가스가 물에 용해되거나 희석된 상태로 믹싱도관(43)의 하부로 흘러 외부로 배출되는 것이다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10:건물 11:풍도 13:주거공간
15:제연구역 15a:제연댐퍼 15c:창문
15e:출입구 17:송풍팬 30:제연설비
31:메인급수관 33:가지관 37:차단유도판
39;급수펌프 43:믹싱도관 50:진공발생 다단 벤투리
51:노즐 53:제1분사관 53a:유입구
53b:믹싱날개 53e:출구부 54:연결스트럿
55:제2분사관 55b:믹싱날개 55c:유입구
55e:출구부 56:연결스트럿 57:벤투리케이싱
57a:유입구 58:고정관 58a:지지부
58b:수용홈 59:회전관 59a:절곡삽입단부
59e:베어링 59g:임펠러블레이드

Claims

제연구역으로 유입하는 가스를, 제연구역 외부로 배기시키는 것으로서,
외부로부터 제공된 물을 통과시키되, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생하여 제연구역 내부의 가스를 흡기하고, 흡기된 가스를 물과 혼합시켜 배출하는 진공발생 다단 벤투리와;
진공발생 다단 벤투리에 물을 공급하는 급수부와;
급수부를 통해 공급된 물을 진공발생 다단 벤투리 내부로 분사하는 노즐을 구비하고,
상기 진공발생 다단 벤투리는,
관통로를 통해 각 층의 제연구역과 연통하는 공동구 내에 설치되며,
급수부는;
물을 펌핑하는 급수펌프, 급수펌프에 의해 펌핑된 물을 진공발생 다단 벤투리측으로 유도하는 메인급수관, 메인급수관에 연결되며 진공발생 다단 벤투리의 입구부측으로 연장되고 상기 노즐과 연결된 가지관을 갖고,
상기 진공발생 다단 벤투리는 다수 개가 상하로 이격 배치되고,
각 진공발생 다단 벤투리의 사이에는, 상측 진공발생 다단 벤투리에서 분사된 물이 하측 진공발생 다단 벤투리를 타격하는 것을 방지하는 차단유도판이 구비된,
흡기형 제연설비.
삭제
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제1항에 있어서,
수직으로 연장되며 진공발생 다단 벤투리 및 차단유도판을 수용하고, 진공발생 다단 벤투리로부터 분출된 물과 가스 혼합물을 하부로 유도하는 믹싱도관이 더 포함되는,
흡기형 제연설비.
제1항에 있어서,
상기 진공발생 다단 벤투리는;
상단부에 상기 노즐을 구비하고, 노즐로부터 분사되는 물을 하부로 분출하는 분사관과,
분사관을 감싸며 분사관을 통해 분사되는 물을 하향 유도하는 것으로서, 하부로 내려갈수록 직경이 확장되는 형상의 벤투리케이싱을 구비하는,
흡기형 제연설비.
제5항에 있어서,
상기 분사관은;
노즐과 결합하며 물과 동시에 가스를 받아들이는 유입구, 가스와 혼합된 물이 빠지는 출구부를 갖는 제1분사관과,
제1분사관을 수용하는 것으로서, 가스를 흡기하는 유입구, 유입된 가스와 제1분사관으로부터 분출된 가스혼합수를 혼합시켜 배출하는 출구부를 갖는 제2분사관을 포함하고,
제1분사관과 제2분사관의 출부부에는,
유입된 물 및 가스와 충돌하여, 물과 가스가 혼합되게 하는 믹싱날개가 형성된,
흡기형 제연설비.
제6항에 있어서,
상기 벤투리케이싱은;
제2분사관을 수용하며, 상단부에, 가스를 흡기하는 유입구를 갖는 고정관과,
고정관의 하단부에 회전 가능하도록 설치되는 회전관과,
회전관의 내측에 위치하며, 분사되는 물과 충돌하여, 물로부터 운동에너지를 전달받아 회전관을 회전시키는 임펠러블레이드를 포함하는,
흡기형 제연설비.
제7항에 있어서,
상기 고정관의 하단부에는, 원주방향으로 연장되며 원주방향을 따라 일정 단면 형상을 갖는 수용홈이 형성되어 있고,
회전관의 상단부에는, 수용홈에 삽입 지지되며 수용홈에 삽입된 상태로 원주방향으로 슬라이딩 가능한 절곡삽입단부가 형성된,
흡기형 제연설비.
제8항에 있어서,
상기 절곡삽입단부와 수용홈의 사이에 무 급유 고체 윤활 코팅 또는링형 베어링이 더 설치된,
흡기형 제연설비.
제4항에 있어서,
믹싱도관을 통하여 배출되는 물을 재활용하기 위한 급수펌프가 더 구비된,
흡기형 제연설비.