KR102661448B1 - 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치에 관한 것이다. 이는, 실내 천장에 매립되며 하부로 개방된 아우터하우징과; 아우터하우징 내에 배치되고 하부로 개방된 인너하우징과; 인너하우징의 내부에 설치되며 외부로부터 제공된 물을 통과시켜 분사하는 것으로서, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생하여 주변의 가스를 흡기하고 물과 가스를 혼합시켜 배출하는 흡기형분사헤드와; 상기 아우터하우징의 하부에 착탈 가능하도록 끼워지며, 아우터하우징 및 인너하우징을 커버하고 흡기형분사헤드로부터 분사되는 물의 압력을 받아 분리되는 커버플레이트와; 상기 흡기형분사헤드로 공급되는 물의 운동에너지를 받아 전력을 생산하는 발전부와; 발전부로부터 전력을 공급받아 동작하는 조명수단을 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치는, 화재 시, 물을 분사함과 동시에 주변 연기, 독가스를 빨아들여 제거하고, 빠른 시간 내에 유독가스의 치사량을 안전한 범위 이하로 낮추어 질식사를 방지하고, 화재 정전 시에도 조명을 제공함으로써 신속한 대피를 유도할 수 있다.

Description

연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치{Concealed ceiling type multi-functional sprinkler system capable of simultaneous removal of smoke and toxic gas}

본 발명은 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화재 시 소화수를 분사함과 동시에 음압을 형성하여 주변 연기, 유독가스를 흡기 및 제거하고, 조명을 제공함으로써 신속한 대피를 유도하는, 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치에 관한 것이다.

근래 건축되는 건물에는, 강화된 건축 소방법에 규정된 기준을 충족하는 다양한 소방설비가 의무적으로 설치된다. 소방용 설비에는, 소화설비, 경보설비, 피난설비, 소방용수설비, 소화활동 관련 설비 등이 포함되며, 최근에는 보다 성능이 좋고 오동작이 없는 제연설비나 스프링클러 장치 등이 개발 및 적용되고 있다. 이러한 소방설비는, 화재를 조기 탐지 및 진압하여 인명피해를 최소화 하는 것을 목적으로 한다.

위의 여러 가지 설비 중, 스프링클러는, 화재 발생 시 소화용수를 분출하는 자동소화설비로서, 보통, 건물의 천장에 배치되며, 입상관과 지관을 통해 공급되는 물을 방사 방향으로 분사함으로써 화재를 진압한다.

스프링클러에는 다양한 종류가 있으며, 그 중에는, 폐쇄형과 개방형도 포함된다. 폐쇄형은 감열부가 설치된 타입으로서 평상시 분사노즐이 폐쇄되어 있는 구조를 가지고, 개방형은 감열부가 없고 분사노즐도 개방된 구성을 갖는다.

또한 폐쇄형에는 용융형과 파열형이 포함된다. 프래쉬헤드 용융형은 퓨즈메탈이 작동 온도에 녹으면서 탈락되어 물이 살수되는 것이고, 파열형은 작동 온도에 글라스벌브가 깨짐으로서 탈락되어 물을 살수하게 된다.

화재 위치에서 발생한 연기, 유독가스는 열에 의한 부력을 얻어 천장부에 이르며 천장부의 압력을 높아지는 뜨거운 기류를 형성하고, 압력이 낮은 방향인 차가운 쪽으로 퍼지며 두터운 층을 형성하면서 실내에 가득 차게 된다.

연기 이동의 원인은 첫째 열기이고, 둘째 압력이다.

화재에 의해 발생한 고온의 연기는 그 부력에 의해 지속적으로 상승하며, 운반되어 상층부의 압력을 높아지게 하고, 당연히 압력이 낮은 곳으로 연기(미연소 가연성 가스)가 이동하며, 복사열에 의해 일정 임계점에서 착화(着火)되는 플래시오버(FLACH OVER) 현상에 의해 화재는 확산하게 된다.

"기존의 스프링클러"는 연기 및 유독가스를 제거하지 못하며, "기존의 스프링클러"가 작동하면 상층부의 고온의 연기, 유독가스가 냉각되어 바닥 쪽으로 "농축, 하강" 하면서 질식 환경을 만들고, 하강한 농축된 검은 연기 때문에 탈출구를 더욱 찾을 수 없도록 시야 "O" 스모크로깅 현상 (Smoke Logging) 환경을 만드는 "치명적인 문제"가 있다.

바닥에 깔리는 농축된 유독 가스는 요구조자를 불과 몇 초 내에 질식시키고 시야를 차단함으로써 탈출을 거의 불가능하게 한다.

도 1은 화재 시 발생하는 스모크 로깅 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 1의 A) 및 B)에 도시한 바와 같이, 화재 초기에는 고온의 연기, 유독가스가 실내 공간의 상층부로 지속적으로 올라가 모이며 압력을 높이고, 연기, 유독가스(미 연소 가연성 가스)는 압력이 낮은 방향으로 퍼져나가며 착화 되어 플래쉬오버(Flashover) 현상으로 화재는 주변으로 확산하게 된다.

이 상태에서 스프링클러가 작동하여 소방용수가 분사되면(C)), 유독가스가 소방용수에 의해 냉각 및 농축되며 하강하기 시작한다. 이에 따라, D)에 나타낸 바와 같이 실내 공간의 상층부와 하층부 할 것 없이 전부가 암흑의 상태가 되고, 더욱이 화재로 정전된 상태에서 시간이 지날수록 독(毒- Poison)가스의 농도는 짙어지며, 한치 앞을 볼 수 없는 캄캄한 상황에서 요 구조자는 공황에 빠져 호흡이 3배 이상 빨라져, 유독가스 흡입속도가 빨라져, 판단력 상실, 서로 엉키며 탈출하지 못하고 질식사 하게 된다. 참고로, 화재 독가스에 10~15초 노출 시 의식불명 상태가 되고, 화재 시 다량 발생되는 시안화수소(HCN) 가스는 한두 모금에도 사망한다.

또한, 유독가스를 배기시키는 배기장치를 구동한다 하더라도, 건물 내부를 채우고 있는 연기, 유독가스를 배기시켜, 호흡할 수 있을 정도로 만드는 정도에는 (사람이 숨을 참을 수 있는 시간 보다 훨씬) 오랜 시간이 소요되므로, 사람들이 안전하게 대피 할 수 있는 골든타임을 지킬 수 없다.

실내의 유독가스 자체를 제거하는 장치로 빠른 시간 내에 유독가스의 치사량을 안전한 범위 이하로 낮추는 노력이 요구되고 있는 것이다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 화재 시 물을 분사함과 동시에 주변 연기, 유독가스를 빨아들여 제거하고, 정전 상태에서 조명을 제공함으로써 신속한 대피를 유도할 수 있는, 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치는, 실내 천장에 매립되며 하부로 개방된 아우터하우징과; 아우터하우징 내에 배치되고 하부로 개방된 인너하우징과; 인너하우징의 내부에 설치되며 외부로부터 제공된 물을 통과시켜 분사하는 것으로서, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생하여 주변의 가스를 흡기하고 물과 가스를 혼합시켜 배출하는 흡기형분사헤드와; 상기 아우터하우징의 하부에 착탈 가능하도록 배치되며, 아우터하우징 및 인너하우징을 커버하고 흡기형분사헤드로부터 분사되는 물의 압력을 받아 분리되는 커버플레이트와; 상기 흡기형분사헤드로 공급되는 물의 운동에너지를 받아 전력을 생산하는 발전부와; 발전부로부터 전력을 공급받아 동작하는 조명수단을 포함한다.

또한, 상기 인너하우징의 내측에는, 음압에 의해 인너하우징 내부로 유입한 가스와 반응하여, 가스 내에 포함되어 있는 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시키는 촉매가 구비된다.

또한, 상기 흡기형분사헤드는; 외부로부터 제공된 물을 하향 분사하는 노즐과, 노즐로부터 분사된 물을 통과시키되, 벤투리효과에 따른 음압을 형성하여, 주변 가스를 흡기하고, 물과의 혼합을 유도하는 벤투리케이싱과, 벤투리케이싱에 승강 가능하도록 지지되는 것으로서, 상승한 상태에서 대기하고, 물이 분사될 때 하강하며 하단부에 디플렉터를 구비한 승강케이싱이 포함된다.

그리고, 상기 승강케이싱의 하단부에는, 수직의 가이드구멍을 갖는 다수의 디플렉터홀더가 구비되고, 상기 디플렉터는; 각 가이드구멍에 삽입되며 승강 가능한 수직봉, 수직봉의 상단부에 고정되고 수직봉이 가이드구멍으로부터 빠지는 것을 방지하는 이탈방지턱, 수직봉의 하단부에 고정된 상태로 승강케이싱의 연직 하부에 위치하며 분사된 물을 주변으로 살수하는 디플렉터본체를 갖는다.

아울러, 상기 승강케이싱과 디플렉터본체의 사이에는, 노즐로부터 분사된 물과 충돌하며 가스와 물의 혼합을 수행하는 말단믹싱부가 마련되어 있다.

또한, 상기 노즐의 내부에는, 노즐을 통과하는 물의 흐름을 소용돌이치게 하는 와류유도부가 내장된다.

또한, 상기 벤투리케이싱의 내부에는, 벤투리케이싱의 내부를 통과하는 물과 가스의 혼합을 수행하는 상측믹싱부가 더 구비된다.

그리고, 상기 아우터하우징 또는 인너하우징의 내부에는, 제어신호를 출력하는 제어기와, 화재발생을 감지하고 감지 내용을 제어기로 전달하는 센서와, 제어기에 의해 동작하여 화재 경보신호를 출력하는 경보장치가 더 포함된다.

또한, 상기 흡기형분사헤드에는, 설정온도 도달 시 작동하여 물이 분사되게 하는 감열기가 장착되고, 감열기와 제어기의 사이에, 온도컨트롤러, 온도컨트롤러에 의해 발열하는 발열패드, 발열패드의 열을 감열기로 전달하여 감열기를 동작시키는 열전달부재가 설치된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치는, 화재 시, 물을 분사함과 동시에 주변 연기, 유독가스를 빨아들여 제거하고, 빠른 시간 안에 유독가스의 치사량을 안전한 범위 내로 최대한 낮추며, 가시거리를 확보하게 하고, 정전 시에도 조명을 제공함으로써 신속한 대피를 유도할 수 있다.

도 1은 화재 시 기존의 스프링클러가 작동하면 발생하는 스모크로깅(Smoke-Logging) 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치의 전체적인 구성과 작동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1에 도시한 흡기형분사헤드를 별도로 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러 장치에 적용 가능한 다른 흡기형분사헤드의 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄형 스프링클러 장치에 적용 가능한 또 다른 흡기형분사헤드의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 스프링클러 장치에 적용 가능한 또 다른 흡기형분사헤드의 단면도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치에 장착 가능한 와류(Swirl)유도체를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 도 5a에 도시한 상측믹싱부의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치에 적용 가능한 승강케이싱의 변형 예를 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치의 승강케이싱에 설치 가능한 말단믹싱부의 평면도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치에서의 흡기형분사헤드의 변형 예를 도시한 단면도이다.

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

기본적으로 본 발명의 다기능 스프링클러 장치는, 화재 시 발생하는 유독가스를 흡기한 후 물에 용해 시킴으로써 유독가스 제거 장치의 역할을 하며, 또한, 화재 연기 속 최소 약 78%의 불활성 질소가스( Unaffected Nitrogen Gas) 혼합된 물을 소방용수로 사용하므로 화염에 대한 냉각소화와산소 차단(질식소화)을 동시에 수행하여 그만큼 진화 능력이 뛰어나다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치(10)의 전체적인 구성과 작동 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 대기상태의 모습, 도 3은 화재 발생 시 스프링클러 장치(10)의 작동이 시작되는 모습, 도 4는 스프링클러 장치의 작동 중의 모습을 나타낸다. 또한, 도 5a 및 도 5b는 도 1에 도시한 흡기 형분사패쇄형 헤드를, 도 6a 및 도 6b는 별도로 개방형 헤드를 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 연기, 연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치(10)는, 아우터하우징(13), 인너하우징(17), 흡기형분사헤드(50), 커버플레이트(15), 홀더(14), 발전부, 조명수단을 구비한다.

아우터하우징(13)은 천장(100)에 형성되어 있는 설치구멍(101)에 매립된 대략 원통형 케이스로서, 하부로 개방된 공간부(13c)를 제공한다. 아우터하우징(13)의 사이즈나 모양은 얼마든지 달라질 수 있다.

아우터하우징(13)의 하단부에는 홀더(14)가 고정된다. 홀더14)는 링의 형상을 취하며 원주방향을 따라 일정 단면형상을 가지고 고정주름부(14a)를 제공한다. 고정주름부(14a)는 톱니형 요철부로서, 커버플레이트(15)의 장착유지부(15a)가 걸리는 부분이다.

인너하우징(17)은 아우터하우징(13)의 공간부(13c)에 수용되는 원통형 케이스로서 하부로 개방된 유독가스집중공간(17a)을 갖는다. 유독가스집중공간(17a)은, 후술할 흡기형분사헤드(50)의 작동 시, 흡기형분사헤드(50)로 모여드는 주변의 유독가스가 채워지는 공간이다. 유독가스는 일단 유독가스집중공간(17a)에 모인 후 흡기형분사헤드(50)의 입구부(53e)로 빨려 들어간다.

인너하우징(17)의 내부에는 촉매(19)와 밀폐챔버(18)가 위치한다. 밀폐챔버(18)는 인너하우징의 내부 상측에 배치되며, 제어기(41), 온도컨트롤러(43), 발열패드(45), 안정기(48)를 수용한다. 온도컨트롤러(43)와 발열패드(45)는, 흡기형분사헤드(50)가 개방형 일 경우에는 생략 가능하다.

촉매(19)는, 유독가스집중공간(17a) 내부의 유독가스 중 일산화탄소와 접하며 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시키는 역할을 한다. 이산화탄소로 전환시키는 이유는, 일산화탄소가 물에 잘 녹지 않기 때문이다. 일산화탄소는 촉매에 의해 이산화탄소로 전환 된 후 물에 용해된다. 유독가스 중 일산화탄소가 제거되는 것이다. 이러한 촉매 자체는 일반적인 것이다.

아울러, 인너하우징(17)의 하단부 외측에는 조명수단으로서의 엘이디램프(37)와, 센서(38)와, 경보장치(39)가 설치된다. 엘이디램프(37)는 소수력발전기(35)로부터 전력선(36)을 통해 인가된 전력에 의해 동작하여 실내에 빛을 조사한다. 요구조자는 엘이디램프(37)의 불빛을 보고 대피로를 찾을 수 있다.

소수력발전기(35)는 전력을 생산하는 발전부로서, 연결튜브(21)의 외측에 설치된다. 연결튜브(21)는 외부의 급수파이프와 흡기형분사헤드(50)를 연결하는 도관이다. 소수력발전기(35)는 연결튜브(21)을 통과하는 물의 운동에너지를 전달받아 작동하여 전력을 생산한다. 도면부호 33은 필터이다. 필터(33)는 소수력발전기(35)로 공급되는 물에서 불순물을 걸러낸다.

센서(38)는 화재를 감지하는 역할을 한다. 가령 실내의 온도나 농도의 변화를 감지하는 것이다. 센서(38)는 신호케이블(38a)을 통해 제어기(41)로 전달된다. 제어기(41)는, 신호케이블(38a)로부터 전달받은 정보를 기초로 적절한 제어신호를 출력한다. 이를테면 경보장치(39)를 구동한다거나 화재 사실을 관리자에게 무선 전송하는 것이다.

경보장치(39)는 신호케이블(39a)을 통해 제어기(41)와 유선 접속되며, 제어기(41)에 의해 동작하여 화재 경보신호를 출력한다. 경보장치로서 경광등이나 스피커를 적용할 수 있다.

한편 상기한 바와 같이, 온도컨트롤러(43)와 발열패드(45)는, 적용된 흡기형분사헤드(50)가 폐쇄형 일 경우에 사용되는 것이다. 발열패드(45)는 열전달부재(47)를 통해 감열부(54)와 연결된다. 열전달부재(47)는 발열패드(45)의 열을 감열부(54)로 전달한다. 감열부(54)는, 열전달부재(47)로부터 전달받은 열이, 설정 온도 이상이 될 때 동작하여, 통상의 감열부(54)와 동일하게 작동한다. 감열부(54)가 녹거나 깨지면 막혀있던 노즐(51)을 통해 물의 분사가 시작된다.

온도컨트롤러(43)는 발열패드(45)의 발열 온도를 조절한다. 이를테면 화재 발생 시 발열패드(45)를 가열하여, 정확한 작동 온도에 유리벌브나 퓨즈메탈이 깨지거나 녹으면서 탈락되고 노즐 내부의 물이 분사되도록 감열부(54)가 작동하게 하는 것이다. 온도컨트롤러(43)도 제어부(41)에 의해 제어된다. 도면부호 11은 외부의 전력을 제어기(41)로 인가하는 전력인입선이다.

커버플레이트(15)는, 아우터하우징(13)의 하부에 착탈 가능하도록 배치된 상태로 아우터하우징 및 인너하우징을 커버하는 원판이다. 아우터하우징(13)과 인너하우징(17)과 흡기형분사헤드(50)와 설치구멍(101)은 커버플레이트(15)에 가려져 보이지 않는다. 커버플레이트(15)의 상면에는 장착유지부(15a)가 탄성 변형 가능하게 구비된다. 장착유지부(15a)는 고정주름부(14a)에 끼움 결합하는 부분이다. 커버플레이트(15)는 흡기형분사헤드(50)로부터 물이 분사될 때, 물의 압력을 받아 하부로 분리되거나, 장착유지부(15a)에 특수 합금이 접합된 메탈이 작동 온도에 녹으면서 커버플레이트(15)는 탈락 된다.

흡기형분사헤드(50)는, 인너하우징(17)의 내부 중앙에 배치된 상태로, 연결튜브(21)를 통해 외부로부터 제공된 물을 통과시켜 하향 분사한다. 특히 흡기형분사헤드(50)는, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생한다. 흡기형분사헤드(50) 내부의 압력이 주변 압력보다 낮아지는 것이다. 내부 압력이 낮아지면, 당연히, 지속적인 상승으로 주변의 압력이 높아진 천장부 고온의 유독가스가 흡기형분사헤드(50)의 내부로 빨려 들어간다.

흡기형분사헤드(50)로 유입된 액체 미립자계 유독가스는 물에 용해 (dissolution), 희석 (dilution)되어 제거되고, 고체 미립자계 그을음, 검댕, 초 미세먼지 등은 물리 흡착 (physical adsorption) 되어 없어지며, 나머지 질소 (N2) 가스는 물에 혼합된 상태로 화염에 분사되어 화염을 냉각 및 질식소화 시킨다. 가령, 약 78%의 질소가스(Unaffected Nitrogen)와 같은 비활성 가스가 물의 운동에너지를 얻어 화염에 가해지는 것이다. 다시 말하면, 물살에 편승하여 화염에 도달하는 것이다.

도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 흡기형분사헤드천장(50)는, 수직의 노즐(51), 벤투리케이싱(53), 승강케이싱(57), 상측믹싱부(55), 말단믹싱부(57k), 디플렉터(59)를 구비한다.

노즐(51)은 연결튜브(21)를 통해 공급된 물을 통과시키며 하부로 분사하는 역할을 한다. 도 5a에 도시한 타입의 흡기형분사헤드(50)는 폐쇄형이므로 노즐(51)의 하단부가 감열부(54)로 막혀있다. 감열부(54)는 화재 발생 시 제거되어 노즐(51a)을 통한 물의 분사가 이루어지게 한다. 도 5a에서는 글라스벌브형 감열부(54)를 도시하였지만, 용융형 감열부도 마찬가지이다.

벤투리케이싱(53)은, 상하로 개방된 원통형 부재로서, 다수의 스트럿(52)을 통해 노즐(51)과 결합한다. 스트럿(52)은, 노즐(51)을, 벤투리케이싱(53)의 입구부(53e) 중앙에 수직으로 고정시키는 지지부재이다.

벤투리케이싱(53)의 내경은, 도 6에 도시한 바와 같이, 입구부(53e)가 가장 크다. 이에 따라, 벤투리케이싱(53)을 통과하는 유체의 유속은 벤투리케이싱(53) 내에서 가속된다. 유속이 빨라지면, 벤투리 원리에 따라, 벤투리케이싱(53) 내부의 압력이 낮아지고 음압(주변의 압력보다 낮은 압력)이 형성된다. 이러한 벤투리효과를 더욱 증대시키기 위하여 벤투리케이싱(53)의 내주면의 형상을 허용 범위 안에서 잘록하게 형성할 수도 있다.

결국 벤투리케이싱(53)은, 노즐(51)로 부터 분사된 물을 통과시키되, 벤투리효과에 따른 음압을 형성하여, 천장부 고온 고압의 주변 가스를 내부로 빨아들이고, 물과의 혼합을 도모한다. 벤투리케이싱(53)으로 유입한 유독가스가 물과 믹싱(Mixing)되는 것이다.

벤투리케이싱(53)의 하단부에는 지지턱(53c)이 마련되어 있다. 지지턱(53c)은 승강케이싱(57) 상단의 걸림부(57h)를 걸어 지지하며, 승강케이싱(57)이 하부로 빠지지 않게 한다.

상측믹싱부(55)는, 벤투리케이싱(53)의 내부에 장착되며, 벤투리케이싱을 통과하는 물과 가스를 혼합한다.

도 10a 내지 도 10d는 도 5a에 도시한 상측믹싱부의 평면도이다.

도시한 바와 같이, 상측믹싱부(55)는 가속덕트(55a)와 믹싱블레이드(55c)를 갖는다. 가속덕트(55a)는 상하로 개방된 덕트로서, 상하단부의 내경보다 중앙부이 내경이 작다. 가속덕트(55a)를 통과하는 유체의 속도가 빨라짐은 물론이다. 유속이 빨라지면 압력이 떨어지고 외부의 가스를 빨아들이는 벤투리 현상을 발생한다.

믹싱블레이드(55c)는 가속덕트(55a)의 내주면에 일체로 형성된 나선형 날개로서, 가속덕트(55a)를 통과하는 물과 가스의 혼합물을 소용돌이 치게하여 더욱 고른 혼합을 유도한다. 또한, 믹싱블레이드(55c)를 적용함으로써 가속덕트(55a) 내부의 유체의 유동길이가 길어져, 물과 가스가 혼합될 시간도 길어진다.

승강케이싱(57)은, 벤투리케이싱(53)에 승강 가능하도록 지지되는 것으로서, 상승한 상태에서 대기하고, 물이 분사될 때 하강한다. 승강케이싱(57)은 도 5a에 도시한 것처럼 벤투리케이싱(53)을 그 내부에 수용할 수도 있고, 도 14a 및 도 14b와 같이 벤투리케이싱(53) 내부에 수용될 수도 있다.

승강케이싱(57)은, 평상시에는 벤투리케이싱(53)을 감싼 상태로 대기하고(도 5a), 화재 발생 시, 분사되는 물의 압력을 받아 하부로 떨어져, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 물과 가스 혼합물의 유동을 제어한다.

이러한 기능을 할 수 있는 한, 승강케이싱의 모양은 얼마든지 달라질 수 있다. 가령, 도 11처럼 유도바디(57a)를 가질 수 있는 것이다.

말단믹싱부(57k)는, 벤투리케이싱(53)과 승강케이싱(57)을 통과한 가스 및 물의 혼합물과 충돌하며, 가스와 물을 다시 한 번 더 믹싱하는 역할을 한다. 말단믹싱부(57k)도 다양하게 구현 가능하며, 가령, 도 12나 도 13에 도시한 구조를 가질 수 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치(10)의 승강케이싱(57)에 설치 가능한 말단믹싱부(57k)의 평면도이다.

도 12에 도시한 말단믹싱부(57k)는, 고정판부(57p)와, 날개부(57q)를 갖는다. 말단믹싱부(57k)는 원판형 부재의 테두리부를 반지름 방향으로 절단하고 절단 부분을 위로 접어 올려 제작된 것이다. 접어 올린 부분이 날개부(57q)이다. 날개부(57q)는 물과 가스 혼합류와 부딪히며 믹싱 작용 및 물을 일정한 넓이로 분산해주는 디플렉터(Deflector) 역할을 한다. 고정판부(57p)의 중앙에는 센터홀(57r)이 형성되어 있다. 센터홀(57r)은 물이 빠지는 구멍이다. 분리된 감열부의 파편은 도 6 (b)에 59(59C 와 59a 사이)로 수압에 의해 빠져나가게 된다.

또한 말단믹싱부(57k)의 양측에는 디플렉터홀더(57m)가 구비된다. 디플렉터홀더(57m)는 고정막대(57s)의 양단부에 고정되는 부재로서, 수직의 가이드구멍(57n)을 제공한다. 가이드구멍(57n)은 수직봉(59b)을 수용 지지한다.

도 13에 나타내 보인 말단믹싱부(57k)는, 프레싱 방식으로 제작된 것으로서, 날개부(57q)가 고정판부(57p)의 외주 에지라인과, 센터홀(57r)의 사이에 위치한다. 도 13의 말단믹싱부(57k) 양측에도 디플렉터홀더(57m)가 고정되어 있다.

한편, 디플렉터(59)는, 말단믹싱부(57k)를 통과한 물과 부딪히며 물을 측방향으로 비산시키는 역할을 한다. 즉, 물을 주변으로 뿌리는 것이다. 디플렉터 자체의 역할은 일반적인 스프링클러와 동일하다.

디플렉터(59)는, 한 쌍의 수직봉(59b), 이탈방지턱(59c), 디플렉터본체(59a)를 갖는다.

디플렉터본체(59a)는 하부로 분사되는 물과 충돌하며 물을 주변으로 퍼뜨린다. 물에는 가스가 녹아 있거나 혼합되어 있음은 물론이다. 수직봉(59b)은 디플렉터본체(59a)의 중심부를 사이에 두고 반대편에 고정된 직선형 부재로서, 하단부가 디플렉터본체(59a)에 결합한 상태로 수직 상부로 연장된다. 수직봉(59b)은 디플렉터홀더(57m)의 가이드구멍(57n)에 삽입된 상태로 승강 가능하다. 이탈방지턱(59c)은 수직봉의 상단에 고정된 부재로서, 수직봉이 가이드구멍으로부터 하부로 빠지는 것을 방지한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러 장치에 적용 가능한 다른 흡기형분사헤드(50)의 단면도이다.

도면에 있어서, 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리키며 그에 관한 설명은 생략하기로 한다.

도 6a 및 도 6b에 도시한 흡기형 분사헤드(50)는 개방형이다. 즉, 노즐(51)의 하단부에 감열부가 생략된 것이다. 외부로부터 공급된 물은 노즐(51)을 그대로 통과한 후 벤투리케이싱(53), 승강케이싱(57), 말단믹싱부(57k)을 거쳐 디플렉터본체(59a)와 부딪힌 후 주변으로 퍼진다. 도 6a의 벤투리케이싱(53)의 내부는 비어 있지만, 위에 설명한 상측믹싱부(55)가 장착된다.

도 7a는 폐쇄형 분사헤드이며, 감열부로서 글라스벌브를 갖는 타입이고, 도 7b는 감열부로서 용융 납을 내장한 타입이다. 이러한 감열부 자체는 일반적인 것이다.

도 8a 및 도 8b는 개방형 분사헤드이며, 본 발명에 따른 다른 종류의물 분사노즐 장치에 적용 가능한 흡기형 분사헤드의 단면도이다.

도 8a와 도 8b에 도시한 흡기형분사헤드(50)는 노즐(51) 내부에 와류유도체(63)를 갖는다. 와류(Swirl)유도체(63)는, 노즐(51)을 통과하는 물의 흐름을 소용돌이치게 한다. 물의 스트림라인을 나선형으로 만드는 것이다. 이와 같이 하는 이유는, 당연히 물과 가스와의 혼합효율을 향상시키기 위한 것이다.

도 9a 내지 도 9f는 노즐(51) 내부에 와류유도체(63)가 장착된 모습을 여러 각도에서 바라본 모습을 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 노즐(51)의 내부에 와류유도체(63)가 고정되어 있다. 와류유도체(63)는 노즐(51)을 통과하는 물을 소용돌이치게 한다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치(10) 및 물분사 노즐에 적용 가능한 또 다른 흡기형분사헤드(50)의 단면도이다.

도 8a 및 도 8b는 개방형이다. 즉 감열부가 없는 것이다. 도시한 바와 같이, 노즐(51) 내부에 와류유도체(63)가 설치되어 있음을 볼 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치에 적용 가능한 승강케이싱(57)의 변형 예를 도시한 도면이다.

도 11에 도시한 승강케이싱(57)은, 하부로 갈수록 넓어지는 원통형 유도바디(57a)와, 유도바디(57a)의 하단부 양측에 구비된 디플렉터홀더(57m)와, 유도바디(57a)의 상단부에 일체를 이루는 걸림나사장착부(57e)를 구비한다.

유도바디(57a)에는 나선형 유도요철부(57b)가 형성되어 있다. 유도요철부(57b)는, 하부로 흐르는 물의 흐름을 와류 형태로 유도하여 말단믹싱부(57k) 측으로 가이드 한다. 가스가 혼합된 물은 유도요철부를 따라 흐르다가 말단믹싱부(57k)에 충돌하며 다시한 번 더 믹싱된다.

걸림나사장착부(57e)에는 암나사구멍(57f)이 형성되어 있다. 암나사구멍(57f)은 걸림나사(57g)가 결합하는 구멍이다. 걸림나사(57g)는 암나사구멍(57f)에 나사 결합하며 선단부가 유도바디(57a)의 내측 영역으로 돌출된다. 걸림나사(57g)는 걸림부(도 5b의 57h)를 대신 하는 것으로서, 지지턱(53c)에 걸려 승강케이싱(57)이 하부로 빠지지 않게 한다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스프링클러장치에서의 흡기형분사헤드의 변형 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 14에 도시한 타입의 흡기형분사헤드(50)는, 승강케이싱(57)이 벤투리케이싱(53)의 내측에 수용되는 구조를 갖는다. 즉 승강케이싱(57)이 상승한 상태에서 벤투리케이싱(53)내에 수용되고, 화재시에는 벤투리케이싱(53)으로부터 하부로 빠지는 것이다.

결국 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 스프링클러장치(10)는, 화재 시, 실내에 퍼지는 연기, 유독가스를 빨아들여 제거함과 동시에 (비활성 가스가 혼합되어 있는) 물을 화염에 가함으로써, 화재를 신속 진화함을 물론 질식에 의한 인명사고를 최소화 할 수 있는 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:스프링클러장치 11:전력인입선 13:아우터하우징
13a:관통구멍 13c:공간부 14:홀더
14a:고정주름부 15:커버플레이트 15a:장착유지부
17:인너하우징 17a:유독가스집중공간 18:밀폐챔버
19:촉매 21:연결튜브 33:필터
35:소수력발전기 36:전력선 37:엘이디램프
38:센서 38a:신호케이블 39:경보장치
39a:신호케이블 41:제어기 43:온도컨트롤러
45:발열패드 47:열전달부재 48:안정기
50:흡기형분사헤드 51:노즐 52:스트럿
53:벤투리케이싱 53c:지지턱 53e:입구부
54:감열부 55:상측믹싱부 55a:가속덕트
55c:믹싱블레이드 57:승강케이싱 57a:유도바디
57b:유도요철부 57e:걸림나사장착부 57f:암나사구멍
57g:걸림나사 57h:걸림부 57k:말단믹싱부
57m:디플렉터홀더 57n:가이드구멍 57p:고정판부
57q:날개부 57r:센터홀 57s:고정막대
59:디플렉터 59a:디플렉터본체 59b:수직봉
59c:이탈방지턱 63:와류유도체 100:천장
101:설치구멍

Claims (9)

1. 실내 천장에 매립되며 하부로 개방된 아우터하우징과;
   아우터하우징 내에 배치되고 하부로 개방된 인너하우징과;
   인너하우징의 내부에 설치되며 외부로부터 제공된 물을 통과시켜 분사하는 것으로서, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 발생하여 주변의 가스를 흡기하고 물과 가스를 혼합시켜 배출하는 흡기형분사헤드와;
   상기 아우터하우징의 하부에 착탈 가능하도록 배치되며, 아우터하우징 및 인너하우징을 커버하고 흡기형분사헤드로부터 분사되는 물의 압력을 받아 분리되는 커버플레이트와;
   상기 흡기형분사헤드로 공급되는 물의 운동에너지를 받아 전력을 생산하는 발전부와;
   발전부로부터 전력을 공급받아 동작하는 조명수단을 포함하고,
   상기 흡기형분사헤드는,
   벤투리케이싱에 승강 가능하도록 지지되는 것으로서, 상승한 상태에서 대기하고, 물이 분사될 때 하강하며 하단부에 디플렉터를 구비한 승강케이싱을 포함하며,
   상기 승강케이싱은,
   하부로 갈수록 넓어지는 원통형의 유도바디; 및
   상기 유도바디의 내주면에 나선형으로 형성되고, 하부로 흐르는 물의 흐름을 와류 형태로 유도하여 말단믹싱부 측으로 가이드 하는 유도요철부가 형성된,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인너하우징의 내측에는,
   음압에 의해 인너하우징 내부로 유입한 가스와 반응하여, 가스 내에 포함되어 있는 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시키는 촉매가 구비된,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 흡기형분사헤드는;
   외부로부터 제공된 물을 하향 분사하는 노즐과,
   노즐로부터 분사된 물을 통과시키되, 벤투리효과에 따른 음압을 형성하여, 주변 가스를 흡기하고, 물과의 혼합을 유도하는 벤투리케이싱이 포함된,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 승강케이싱의 하단부에는, 수직의 가이드구멍을 갖는 다수의 디플렉터홀더가 구비되고,
   상기 디플렉터는;
   각 가이드구멍에 삽입되며 승강 가능한 수직봉, 수직봉의 상단부에 고정되고 수직봉이 가이드구멍으로부터 빠지는 것을 방지하는 이탈방지턱, 수직봉의 하단부에 고정된 상태로 승강케이싱의 연직 하부에 위치하며 분사된 물을 주변으로 살수하는 디플렉터본체를 갖는,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 승강케이싱과 디플렉터본체의 사이에는,
   노즐로부터 분사된 물과 충돌하며 가스와 물의 혼합을 수행하는 말단믹싱부가 마련되어 있는,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 노즐의 내부에는,
   노즐을 통과하는 물의 흐름을 소용돌이치게 하는 와류유도부가 내장된,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 벤투리케이싱의 내부에는, 벤투리케이싱의 내부를 통과하는 물과 가스의 혼합을 수행하는 상측믹싱부가 더 구비된,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 아우터하우징 또는 인너하우징의 내부에는,
   제어신호를 출력하는 제어기와,
   화재발생을 감지하고 감지 내용을 제어기로 전달하는 센서와,
   제어기에 의해 동작하여 화재 경보신호를 출력하는 경보장치가 더 포함되는,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 흡기형분사헤드에는, 설정온도 도달 시 작동하여 물이 분사되게 하는 감열기가 장착되고,
   감열기와 제어기의 사이에,
   온도컨트롤러, 온도컨트롤러에 의해 발열하는 발열패드, 발열패드의 열을 감열기로 전달하여 감열기를 동작시키는 열전달부재가 설치된,
   연기, 유독가스 동시 제거형 천장 은폐식 다기능 스프링클러 장치.