KR20030019354A - 사람 점유 환경에서 저산소 화재 예방 및 화재 진압시스템 및 호흡가능한 소화 조성물 - Google Patents

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Abstract

화재 예방 및 화재 진압 장치 및 소화 조성물은 방, 주택 및 건물, 운송터널, 차량, 지하 및 수중시설, 선박, 잠수함, 여객기 및 군용 컨테이너, 우주정거장 및 차량, 군사시설과 차량 및 모든 기타 사람 점유 대상물과 시설에 제공된다. 당해 장치는 표준 대기압이나 또는 국부 대기압에서 호흡가능 저산소 화재 예방 공기를 제공한다. 당해 장치는 사람 점유 장소에 산소고갈공기를 공급하거나 또는 화재의 경우에 사용을 위한 고압 컨테이너내에 이를 저장하는 산소 추출 장치를 제공한다. 호흡가능한 소화 조성물은 대부분이 질소와 산소의 혼합물로 12% 내지 17%의 산소량을 가지고 있어서 일정한 소방 환경을 위하여 제공된다. 화재 진압 장치는 16% 보다 작은 산소 농도를 가진 소화 조성물을 사용하여 제공됨으로서, 방출하면 이산화탄소의 가능한 첨가와 더불어 10% 내지 16%의 산소 농도를 가진 호흡가능한 화재 진압 공기를 조성한다. 사람이 점유하는 밀폐된 대상물의 기상에서 호흡가능한 화재 예방 조성물의 자동 유지 기술은 저산소 임계값에서의 산소량을 자동적으로 유지하는 불활성 밸러스트를 제공함으로서 제공된다. 저산소 화재 진압제를 사용하는 항공기 화재 진압 장치는 소화 조성물을 가진 기상 호흡 가능 공기를 발생하기 위하여 제공된다.

Description

사람 점유 환경에서 저산소 화재 예방 및 화재 진압 시스템 및 호흡가능한 소화 조성물{HYPOXIC FIRE PREVENTION AND FIRE SUPPRESSION SYSTEMS AND BREATHABLE FIRE EXTINGUISHING COMPOSITIONS FOR HUMAN OCCUPIED ENVIRONMENTS}
현재의 화재 진압 시스템은 물, 화학제, 가스제(가령, Halon 1301, 이산화탄소 및 헵타풀루오르화프로판(heptafluoropropane)) 또는 이들의 배합물을 사용한다. 실제로, 이들 모두는 오존을 고갈시키며, 독성을 갖고 환경 비친화적이다. 게다가, 이러한 시스템은 연소후에만 배치 가능하다. 파이어마스터(Fire Master 200)(FM 200)진압 시스템(미국의 Kidde-Fenwal 사의 제품)의 최근 출현에도 불구하고 여전히 화학적으로 의존하고, 수분동안 화재 진행을 저지할 뿐이다. 이러한 화재 저지 가스가 소진된 경우, 그 후 스프링클러(springkler) 시스템이 작동되어, 전자 장비 및 기타 고가품을 영속적으로 파괴시킨다.
FM-200 및 기타 화재-진압제에 노출되는 것은 대부분의 경우에 독성이 강하며 생명에 위협을 주는 이들 진압제의 분해과정에서의 생성물에 노출되는 것 보다 덜 중요하다. 따라서, 안전하고도 효과적인 현재 존재하는 화재 진압/소화 조성물은 없다.
기차, 선박, 또는 항공기 화재시에, 신속히 승객들을 철수 할 수 없을 때에는 특히 위험한 상황이 초래된다. 프랑스의 몽브랑 터널 화재에서 사망한 대부분의 승객들은 수분 내에 질식사하였다. 이 사고에서, 문제는 통기수갱(ventilation shaft)이 화합을 보다 촉진시켰다는 것이다. 갇힌 사람들에게 호흡가능한 공기를제공하기 위하여 당초 설계된 이러한 통기수갱은 화재의 전파를 엄청나게 가속화시키는 불행한 부작용을 가지고 있었다. 특히 경사진 터널에서 발생한 "연돌효과(chimney effect)"는 참화를 초래하였다. 이러한 한가지 예는 오스트리아 알프스의 카푸룬(Kaprun)의 스키 터널에서 발생한 화재였다.
또한, 통기수갱(실제로 모든 다층건물과 산업시설에 존재)은 독성 흡입의 위험성을 상당히 증가시킨다. 이 문제는 또한 화재 전파를 엄청나게 가속화시킬 수 있는 가연성 물질이 널려 있기 때문에 화합을 더욱 촉진시킨다.
원격 센서의 확산으로 조기에 화재를 감지하여 이와같은 난관을 타개하였지만, 화재의 감지, 예방/진압의 개선책에 대한 요구가 아무래도 증가되고 있다.
예를 들면 터널 화재에 대처하기 위한 가장 진보적인 진압 시스템을 robogat@tin.it에서 도모네코 피아티(Domenico Piatti(PCT IT 00/00125)가 제안하고 있다. 자동화차량(ROBOGAT)을 신속하게 배치시킨 후, 이 Robogat를 재난의 터널을 통하여 화재 현장으로 이동시킨다. 도착 즉시, 이 Robogat는 제한된 물 및 포말을 방출하여 화재 진압을 시작한다. 필요시에 Robogat는 지속적인 화재-진압을 위하여 터널의 내부 송수설비에 탐침(probe)을 삽입할 수 있다. 이 시스템은 다음의 이유로 크게 제한된다.
- 화재 발생과 Robogat의 도착사이에 경과하는 시간이 용납되지 않는다.
- 터널 화재의 특징인 고온은 모노레일, 수도 및 통신선의 변형과 파괴를 초래한다.
- Robogat 구조의 내화성은 아주 회의적이다.
- 고온 터널 화재시에 물 및 포막의 사용은 부분적으로만 효과가 있으며,
갇힌 사람들의 대규모 사망을 초래하는 매우 높은 유독성의 증기를 유발시킨다.
아직도 미해결된채로 남아 있는 현대의 여객기의 주요 안전상 결함중의 하나는 적절한 소방 및 화재 예방 장비가 부족하다는 것이다.
실제로, 대부분의 승무원 및 승객의 목숨을 앗아가는 것은 기내 화재와 관련된 화염이 아니라 오히려 벤젠, 아황산가스, 포름알데히드, 염화수소, 암모니아 및 시안화수소와 같은 독소로 포화된 연기로 인한 것이다. 이들 및 그외 다른 화학물질들이 치명적이지만, 대부분의 희생자들은 일산화탄소로 사망한다. 특히 환기가 미흡한 밀폐된 격실에서 화재 중에 다량 발생하는 이러한 무색, 무취 가스는 1% 보다 작은 농도에서도 극히 치명적이다.
긴급 대피 수단이 없는 항공기내와 같은 밀폐된 격실에서 방출되는 유독성 연소 생성물은 항공 운송 산업에서 주요한 걱정거리이다. 이러한 걱정거리는 여객기에서 특히 중요한데, 그 이유는 항공기 성능이 계속적으로 증가여 노출될 수 있는 승객의 수가 증가하기 때문이다.
오늘날 향상된 재료로 객실을 설계하여도 유독성 화학물질의 확산을 초래하는데, 그 이유는 이 객실은 가스를 발생시킬 정도로 충분히 가열될 때 대단히 위험할 수 있는 배선 및 라이닝, 섬유, 플라스틱으로 이루어져 있기 때문이다. 이와 같은 유독성 환경에서 생존은 불과 수분 내로 제한된다. 최근 10년간의 통계 분석에 의하면 화재 사망의 약 70-80%는 유독성 연기 흡입으로 인한 것이다.
현대의 여객기는 수 마일에 달하는 전선과 케이블에 의해 상호 접속되는 전기 및 전자 장비로 충만되어 있다. 각종 원인으로 인한 비상사태가 절연 코팅 및 주위의 인화성 재료로 인한 점화로 인해 전기 누전을 초래할 수 있다. 화재로 인한 참사 경험에 의하면, 전기 누전이 가장 치명적인 다량의 유독성 에어로졸(aerosol)의 발생보다 앞서 발생한다.
가스 터빈 및 연료 탱크와 같은 항공기에서 가장 중요한 생존 장치에는 충분한 자동 소방 장치가 비치되어 있지만, 객실 및 조종실에는 화재 예방 수단이 극히 부족하다. Halon 2000등과 같은 표준 소화 물질의 사용으로는 이 문제를 해결할 수 없는데, 그 이유는 이들의 열분해 생성물의 유독성이 크기 때문이다. 미국 특허제 4,726,426(Miller)호는 화물 소화 시스템으로부터 환기 덕트(ventilating duct)를 이용하여 항공기 객실내의 불을 끄는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 연기, 화재 진압제 및 이들의 열분해로 인한 높은 유독성 생성물의 치명적인 조합물에 승객을 노출시킨다.
기내 화재의 경우에, 조종사는 화재 원인을 찾아내기 위하여 비상 점검 목록 검토를 완료하여야 한다. 조종사의 비상 점검 목록은 너무 장황하여 공중에서 승무원들이 화재를 제어할 수가 없다. 1998년도 노바스코치아(Nova Scotia) 근처에서 추락하여 299명의 인명을 앗아간 Swissair 111의 승무원의 경우엔, 연기 발생을 최초 보고한 후에 추락하기까지 20분이나 걸렸지만, 표준 점검 목록 검토를 완료하는데에는 30분이 걸렸다.
산소 마스크가 승객과 승무원을 유독성 개스의 흡입으로부터 구할 수 있다라고 하자. 실제에 있어서, 항공사 조종사는 산소-공급으로 인해 화재의 위험성이 상황을 악화시킬 경우에도 마스크를 해제하지 말도록 명령을 받는다. 게다가, 이러한 마스크는 실제적으로 연소 유독성 가스에 대하여 속수무책이다. 승무원 및 승객용 표준 산소 마스크는 그 내에 개구를 가지고 있어 공급된 산소와 객실 공기가 혼합됨으로써, 치명적인 가스가 폐에 도달하기 위한 직접적인 통로를 형성한다. 또한 여객기내 산소 공급은 호흡에 필요한 산소량 20% 보다 작은량으로 불과 수분동안 지속한다.
대안적으로, 캐나다에 소재한 Indoor Air Technology 사의 ECHO 에어 시스템에서 제안한 바와 같이 신선한 공기 공급을 증가시키면은 단지 화재를 전파시켜 치사율을 크게 높인다. www.indoorair.ca가 제안한 이들 특허출원은 개선된 공기 환기 시스템이 오염된 공기를 제거하고 신선한 공기를 항공기 객실 내에 보다 효율적으로 공급하는 것을 개시하고 있다. 화재 안전성을 향상시키고자 하는 요구에 대해서, 이 방법은 실질적으로 화재의 발원지에 산소를 주입시키는 것을 개선시킨 것이다.
미국 항공사 조종사 협회(ALPA)의 최근 연구에 의하면 1999년도에 평균적으로 매일 한 대의 미국 항공기가 가압 객실에 연기와 화재를 발생시키는 스파크를 초래하는 누전으로 인해 비상 착륙을 하고 있다는 것을 시사하고 있다. 배선불량이 주된 원인이다.
몇몇 기관들이 이 문제를 다루기 위하여 과감한 조치를 취한 바 있다. 1987년도에 미 해군은 항공기로부터 가장 취약한 배선을 제거하도록 명령하였으며 , 1999년도에 미 항공 우주국(NASA)은 배선 불량으로 발사가 중지되었을 때 전체 우주 왕복선 함대를 지상에 내려놓았다. 그럼에도 매일 수백만의 승객들은 여전히 적절한 고장 시험을 받을 수 없는 오래된 배선으로 되어 있는 상용 항공기를 타고 있다. 미국의 연방 비행 관리청(FAA)은 20년이상 비행하고 있는 항공기를 괴롭힐 수 있는 문제들에 탐침(probe)을 설치하고 있다. 하와이 상공에서 노후된 보잉737기로부터 지붕의 일부가 벗겨져 나간 사고에 충격을 받아 노후 항공기 프로그램이 1988년 이후 운영되고 있다. 1996년도에, TWA 800호기가 롱 아일랜드 해안을 벗어나 추락하여 탑승객 230명이 사망하였다. 연료 탱크내의 배선 불량으로 인하여 폭발하여 화염에 휩싸인 것으로 추정되었다. 이러한 추락으로 인해, 전세계의 다른 항공사를 조사한바 연료 탱크내의 센서에 이르는 노후 배선이 진동으로 인하여 마멸되거나 또는 정기 유지보수중에 손상되었다는 것을 여러 항공기에서 발견하였다.
현재 사람이 점유하는 시설 내에서 화재 진압을 하는 방법은 단지 4가지이다.
- 물 사용
- 포말 사용
- 화학적 화염 억제제 사용
- 가스 화염 억제제 사용
본 발명은 화재 예방 및 진압을 위하여 상술된 방법과 근본적으로 다른 방법인 저산소 호흡가능한 공기를 사용한다. 이러한 저산소 환경은 모든 가연성 재료의 점화 및 연소를 완전히 제거한다. 게다가, 이 저산소 환경은 사람의 호흡하는데 전혀 지장이 없다(임상 시험에 의하면 저산소 환경에 장기간 노출은 건강상 상당히이점이 있다는 것이 증명되었다). 저산소 호흡가능한 공기는 주위 공기로부터 산소를 추출함으로써 필요한 양만큼 저렴하게 생산할 수 있다.
화재 예방측면에서 볼 때, 지속적인 저산소 환경 유지는 화재 가능성을 완전히 제거할 수 있은 한편, 동시에 매우 건강한 환경을 제공한다. 진압 측면에서 보면, 이 발명은 표준 산소(normoxic) 환경을 인명에 전혀 영향을 미치지 않는 저산소 환경으로 즉각적으로 전환시킬 수 있다. 이것은 섬광 화재나 폭발의 경우에 매우 유용하다.
인체 생리학 및 연소의 물리화학적 성질간의 기본적인 차이를 이용함으로써, 이 새로운 방법은 화재 예방 및 사람에게 안전한 호흡가능한 환경간의 고유의 모순을 완전히 해결한다. 결국, 본 발명은 화재 관리면에서 급진적인 발전이며 모든 현재의 화학 시스템을 폐기토록 할 것이다.
저산소 화재 예방 및 진압 시스템은 화재 발생으로 일어나는 막대한 사회경제적인 손실을 철저히 방지할 것이다.
본 발명은 다음의 저산소 환경을 사용하는 화재 예방 및 화재 진압 시스템에서의 방법, 장비 및 조성물에 관한 것이다.
ㆍ 진행중인 화재를 즉시 소화한다.
ㆍ 화재 발생을 예방한다.
호흡가능한 화재 진압 가스의 조정 방출에 의한 작동 방법에 의해, 인간 친화적인 시스템은 전혀 비유독성이며, 완전 자동이며, 자동으로 계속 작동한다. 이에 따라서 주택, 산업단지, 교통터널, 차량, 문서보관소, 전산실 및 기타 밀폐환경에 대하여 완벽한 방화(防火)를 이상적으로 제공하는 데 적합하다.
상당량의 전자 장비를 가진 장소(산업체 및 비산업체)에서 발생하는 대부분의 화재시에, 이러한 화재 예방 및 진압 시스템(FirePASSTM)은 물, 포말(foam) 또는 기타 유해제를 전혀 필요로 하지 않는 추가 이점을 가지고 있다. 따라서, 통상적인 화재 진압 시스템에 의하여 파괴되는 복합 전기 장비(및 이 장비의 저장 데이터)를 손상시킴이 없이 이 화재 예방 및 진압 시스템을 완전히 배치할 수 있다.
이것은 은행, 보험 회사, 통신 회사, 제조업체, 의료 제공업체 및 군사 시설과 같은 기술 집약적인 사업에 아주 중요한 한편, 전자장비의 존속과 화재증가의 위험간에 직접적인 관계를 고려하여 볼 때 보다 중요한 의미를 갖는다.
도 1은 저기압 또는 자연적인 고도 환경에서 산소 및 질소 분자 밀도를 개요적으로 도시한 도면.
도 2는 산소의 동일한 분압(partial pressure)을 가진 표준기압 저산소 환경에서 산소 및 질소 분자 밀도를 개요적으로 도시한 도면.
도 3은 표준기압 표준 산소 환경 또는 해수면에서의 주위 공기에서 산소 및 질소 분자 밀도를 개요적으로 도시한 도면.
도 4는 표준기압 저산소 화재 예방 및 진압 시스템의 작동 원리를 개요적으로 도시한 도면.
도 5는 저산소 발생기 HYP-100/F의 작동 원리를 개요적으로 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시한 발생기의 또 다른 개량된 발생기를 도시한 도면.
도 7은 격막 분리 모듈의 작동 원리를 도시한 도면.
도 8은 조절된 환경하에서 감소된-산소 공기를 도입시 화염 소화 곡선 및 혈색소/산소 포화 곡선의 비교를 도시한 도면.
도 9는 주거지를 위한 본 발명의 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도 10은 다층건물을 위한 본 발명의 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도 11은 산업용 건물을 위한 본 발명의 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도 12는 임의 유형의 건물에서 선택된 실(room)을 위한 휴대용 화재 진압 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도 13은 이동 개량형의 본 발명 시스템의 특정한 특성을 도시한 도면.
도 14는 지하 군사 시설의 환기 시스템으로 수행될 때 본 발명의 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도 15는 자동차 터널에서 본 시스템의 작동 원리를 개요적으로 도시한 도면.
도 16은 국부 커튼-배치 시스템을 가진 터널의 개요적인 단면도.
도 17은 전철 궤도 또는 지하철 터널을 위한 본 발명의 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도 18은 격리 문을 가진 터널 입구의 정면도.
도 19는 산악 스키 열차나 케이블카의 터널을 위한 본 발명의 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도 20은 열차, 버스, 지하철 차량 또는 기타 승용 차량에 사용될 수 있는 탑재된 FirePASS의 개요도.
도 21은 현재의 여객기의 환기 장치에 FirePASS 기술을 적용한 것을 도시한 도면.
도 22는 지구 상공을 비행하는 차세대 항공기(또는 우주선)에 FirePASS기술을 적용한 것을 도시한 도면.
도 23은 밀폐된 사람 점유 공간을 위한 자동 공기-재생 시스템의 일반적인 작동 원리를 도시한 도면.
도 24는 군용 차량의 자동 공기-재생 시스템에 저산소 FirePASS 시스템의 개요도.
도 25는 우주 정거장의 내부 공기의 부분으로서 저산소 소화 호흡가능한 조성물을 개략적으로 도시한 도면.
도 26은 선박, 예를 들어 유조선, 화물선, 순양함, 또는 군용 선박에 사용하기 위한 선박 FirePASS 시스템의 개요도.
도 27은 선박 FirePASS의 작동 원리를 도시한 도면.
도 28은 항공기 객실 설계에 항공기 화재 진압 시스템을 적용한 것을 도시한 도면.
도 29, 30, 31 및 32는 AFSS의 작동 원리를 개요적으로 도시한 도면.
도 33은 한 경우에 주위 공기의 CO2농도 및 또다른 경우에 4%까지 증가되는 CO2량을 포함하는 흡입된 공기에서 10%의 O2에서의 산소혈색소(oxyhemoglobin) 포화 상태의 변화를 도시한 도면.
도 34는 고도 2,5km 또는 현대의 여객기의 기내에서의 본 발명의 호흡가능한 저산소 화재 진압 조성물에 노출에 대한 평균적인 생리학적 반응을 도시한 도면.
본 발명의 주 목적은 다음과 같다:
ㆍ호흡가능한 소화 조성물 제공
ㆍ 사람이 점유하는 환경에서 화재 예방, 저산소 공기를 생성하기위한 방법.
ㆍ 소화특성을 가진 호흡가능한 저산소 공기를 생성하는 산소-고갈 장치의 제공. 이와같은 장치는 분자체 흡착(molecular-sieve adsorption), 격막-분리 및그외 다른 산소 추출 기술의 공정을 사용한다.
ㆍ 사람이 점유하는 환경에서 연속적 또는 일시적인 사용을 위한 호흡가능한소화 조성물 제공.
ㆍ 순간적으로 화재 진압, 산소가 고갈된 공기를 생성하기 위한 장치 및 방법 제공, 이 경우, 사람들은 안전하게 호흡이 가능하다(호흡 지원 수단 없이). 이것은 저산소 화재 진압제를 방출하고 10% 내지 l7%의 산소량을 가진 화재 진압 공기를 생성함으로써 이루어질 수 있다.
ㆍ 조절된 온도 및 습도 수준에 의하여 밀폐된 대상물 내에서 화재 예방 공기를 생성하기 위한 방법의 제공. 이것은 불활성 밸러스트(inert ballast)를 인위적인 공기로 도입하고 현재의 생명 지원 시스템의 초기 설정을 변경하고 이를 재 프로그래밍함으로써 이루어질 수 있다.
ㆍ 터널, 차량, 개인 주택(별실 또는 전체 구조물), 공공/산업 시설 및 밀폐되지 않은 사람 점유 환경을 위한 그외 다른 모든 용도물 내부에 저산소 화재 예방/진압 환경의 제공.
ㆍ 고압 기압 시스템 또는 자동 컨테이너로부터 저장된 산소-고갈된 가스 혼합물을 즉각적으로 방출하는 화재 진압 시스템 제공.
ㆍ드롭 커튼(drop curtain), 문, 또는 물리적 분리시키는 그외 다른 수단의 사용에 의하여 화재 지점을 탐색하여 호흡가능한 화재 진압 가스 혼합물을 방출하는 방법 및 성능 제공.
ㆍ소화 특성을 가진 기내의 호흡가능한 공기를 생성하기 위한 저산소 화재진압제를 사용하는 항공기 화재 진압 시스템 제공.
ㆍ저산소 화재 진압제를 저장하기 위한 유연성이 있으며, 팽창 가능한 컨테이너를 가진 항공기 화재 진압 시스템 제공.
본 발명은 Hypoxico 사가 제작한 저산소실 시스템(Hypoxic Room System)에서 행한 연구중에 이루어진 발견을 토대로 한 것이다. 본 발명자는 표준기압, 저산소 환경에서의 점화 및 연소 과정이 동일한 산소 분압을 갖는 저산소 또는 자연적인고도 환경하에서 발생하는 점화 및 연소 과정과는 전혀 다르다는 것을 발견하게 되었다.
예를 들면, 9,000'(2700m) 고도에서 산소 분압이 4.51"(수은주 114.5mm)인 공기는 초의 연소 또는 종이의 점화를 용이하게 촉진시킬 수 있다.
그러나, 동일한 산소 분압(4.51"또는 수은주 114.5mm)에 대응하는 표준기압 환경을 조성할 경우, 초는 타지 않으며 종이는 점화되지 않는다. 성냥이라 할지라도 산소 운반하는 화학물질의 고갈이 절정에 이른 후에는 순간적으로 꺼진다. 이 경우에, 이러한 표준기압, 저산소 환경에서 일어나는 어떠한 화재라도 즉시 소화된다. 프로판 가스 라이터 또는 가스 토치(torch)라도 이 환경에서는 점화되지 않는다.
이러한 놀라운 관찰은 다음과 같은 의문점을 갖게됐다. "동일한 산소 분압(비 체적(specific volume)당 동일한 산소 분자수)을 포함하는 2가지 환경이 왜 점화 및 연소 과정을 달리 할까?".
그 답은 간단하다: 이 2가지 환경에서의 산소 농도의 차이는 연소를 지원하는 산소의 이용율을 감소시킨다. 이것은 산소 분자의 동역학 특성(kinetic property)과 간섭하는 질소 분자로 인한 것이다. 다른 말로서, 증가되는 질소 분자의 밀도가 산소 이용율을 방해하는 "완충 지대"를 제공한다.
도 1은 고도 9,000'/2.7km상에서 저산소 또는 자연 환경하에서 산소 및 질소 분자의 밀도를 개요적으로 도시한 것이다(모든 다른 공기 가스는 이하의 설명을 간단하게 하기 위하여 무시한다).
흑색 원은 산소 분자를, 중공 원은 질소 분자를 나타낸다.
도2는 동일한 산소 분압(4.51" 또는 수은주 114.5mm)을 갖지만, 수은주 760mm인 표준 대기압에서의 저산소 환경하에서 분자 밀도를 도시한다.
알수 있는 바와같이, 2가지 환경은 비체적당 동일한 산소 분자량을 포함하고 있다. 그러나, 제2 의 경우(도 2에 도시)에서, 질소 분자 대 산소 분자의 상대 량은 각각 대략 6:1 내지 4:1이다.
두 가스의 동역학 특성을 비교하면, 질소 분자가 산소 분자보다 느리고 침투성(계수 2.5 계수에 의하여)이 작다는 것을 발견하게 된다. 불활성 질소 분자수의 이러한 상대적인 증가가 산소 분자의 동역학 작용을 방해한다. 이것이 점화와 연소를 지원하는 능력을 감소시킨다.
도 3은 해수면에서 주위 공기의 산소/질소 조성물이 9,000'(114.5mm)고도상의 공기보다 산소의 분압(수은주 159.16mm)이 크다는 것을 보여준다. 지구의 대기(해수면에서 에베레스트산에 이르기까지)의 어떤 부분에서의 주위 공기는 20.94%의 산소 농도를 가지고 있다는 점을 주지하여야 한다. 그러나, 해수면의 주위 공기는 실질적으로 보다 큰 압력을 받는다. 그러므로, 비체적당 가스 분자수는 가스 분자간 거리가 감소함에 따라서 증가한다.
"저산소 임계값" 및 그의 생리학적 배경
지난 십년간에 저산소 환경의 생리학적인 효과에 대한 상당한 양의 데이터가 축적되었다. 철저한 임상연구와 더불어 광범위한 실험실에서의 실험은 체력 훈련 및 질병 예방에 있어서 표준기압, 저산소 공기가 확실히 이점이 있다는 것을 입증하였다. 대응하는 산소 분압을 가진 표준기압의 호흡 공기(고도 2600m까지)의 산소 농도는 인체에 전혀 유해한 부작용을 일으키지 않는다(Peacock 1998).
전혀 건강을 해침이 없이, 전세계에 걸쳐 수백만 인구가 이 고도에서 살고 있다(Hochacka 1998).
본 발명자에 의한 여러 실험으로부터 도출된 데이터 분석에 의하면, 표준기압 상태하에서는 동시에 점화와 연소를 동시에 진압할 수 있는 호흡가능한 저산소 공기를 가진 인위적인 환경을 조성할 수 있다는 결론을 얻게 되었다.
다양한 실험이 저산소, 호흡가능한 공기의 표준기압 환경하에서 점화 진압과 화염 소화에 역점을 두고 행하였다. 그 결과 통상의 연소가능한 재료의 점화는 산소량이 16.8%이하로 떨어지면 불가능하다는 것을 발견하였다. 연소 시험 중에, 여러 가지 시험 재료의 확산 화염은 산소량이 16.2%이하로 떨어질 때 완전히 소화된다.
이러한 발견은 산소량이 16.2%인 인위적인 공기에서 어떠한 연료의 절대 인화성 한계를 나타내는 "저산소 임계값"이란 신 과학 용어의 제정을 정당화시켜주고 있다. 저산소 임계값에서의 화염 소화로 백열(glowing)의 신속한 진압을 포함하여 연소를 순간적으로 제거시킨다.
이러한 실험은 16.2% 아래의 산소량을 가진 호흡가능한, 인간-친화적인 환경이 점화 및 연소를 완전히 진압할 수 있다는 것을 명백히 입증한다.
산소의 분압과 관련하여, 저산소 임계값(16.2% O2)은 고도 2200m에 해당한다. 이것은 정기 비행중에 여객기에 가압하는 고도와 동일하다. 심폐부전증과 같은 만성 질환자라도 절대 안전하다는 것이 입증되었다(Peacock 1998).
저산소 임계값에서의 표준기압 환경은 개인 주택이나 작업장에 대하여 절대 안전한 화재 예방 공기를 제공한다. 경미한 표준기압 산소 고갈증의 생리학적 작용은 대응하는 자연 고도에서 나타나는 작용과 동일하다는 것이 과학적으로 증명되었다. 수백만의 사람들이 전혀 유해한 부작용 없이 이러한 고도(2 내지 3km)에서 휴가를 보내고 있다.
도 8에 개요적으로 도시된 곡선은 저산소 환경에 노출될 때의 2가지 산소-종속 시스템(화염 및 인체)의 상이한 반응을 비교하고 있다.
곡선 Y는 조절된 환경하에서 감소하는 산소량에 대한 연소 세기(안정한 확산화염의 높이에 대응)의 감소를 나타낸다. 100%는 주위 공기 산소량 20.94%에서 최대 화염 높이에 대응한다. 조절된 공기에서의 산소량이 18% 보다 아래로 떨어지면, 화염 높이가 현저히 감소될 수 있다는 것을 볼 수 있다. 저산소 임계값 X(16.2% O2)에서, 화염 및 이와 관계되는 백열은 완전히 소화된다.
예방과 관련하여, 저산소 임계값은 16.8%로 설정될 수 있다. 이것은 확산 화염이 대류 및 점화 후까지 존재하지 않는 인자인 분해 연료의 자유 라디칼(free radical) 생성물의 조합에 의한 보충 산소를 받는 사실로 인한 것이다. 그러나 최대 예방을 보장하기 위하여, 각각의 향후 실시예는 "저산소 임계값"(16.2%) 또는 그 보다 아래의 산소량을 가진 환경을 필요로 할 것이다.
곡선 Z는 흡입된 산소의 분압과 관계되는 혈색소의 산소 포화도의 변화를 예시한다. 주위 공기(해수면)에서, 생체내 평균 혈색소 포화도는 98%이다. 동적 평형시에, 산소 분자가 해제되는 속도와 동일한 속도로 산소 분자는 산소 분자에서의 헴(heme)(혈색소 분자의 활성-산소운반 부분)에 결합된다. PO2(산소 분압)가 증가되면, 산소 분자가 혈색소에 결합하는 속도는 이들이 해제되는 속도를 초과한다. PO2가 감소하면, 산소 분자는 결합되는 속도를 초과하는 속도로 혈색소로부터 해제된다.
통상적인 열 상태하에서, 혈색소의 포화도는 60mmHg(3300m 고도에 대응하거나 표준기압 저산소 공기의 14% O2에 대응) 액포(alveolar) PO2에 노출되어도 90%이보다 크게 된다. 이것은 산소 운반이 액포 공기의 산소량의 상당한 감소에도 불구하고 허용 속도로 지속된다는 것을 의미한다.
흡입된 산소의 분압은 액포내의 혈색소 포화도를 결정할 수 있다는 것을 주지하는 것이 중요하다. 모든 후속의 산소 운반 및 신진 대사는 인체의 세포 요구와 인체의 혈관 공급 능력간의 균형에 의해서만 좌우된다. 표준 공기 상태에서, 중성희석 가스의 분압은 신진대사 및 산소의 운반에 하등의 영향을 주지 않는다.
이와 대조적으로, 연소를 지원하는 산소 분자의 능력은 실질적으로 중성 또는 불활성 가스(이 경우에는 -질소)의 상대 농도가 증가함에 따라서 감소한다.
이러한 산소 의존 시스템의 근본적인 특성 차이는 저산소 임계값에서의 저산소 환경이 인명에는 절대적으로 안전하면서도 연소를 지원하지 않도록 하는 중요한 요인이다.
도 8에 제공된 도표는 저산소 임계값은 생체내의 혈색소의 포화도를 거의 변화시키지 않는다는 것을 명백히 예시한다. 이와 반대로, 저산소 임계값은 순간적으로 어떠한 화염도 소화시킨다. 곡선 Z는 사전 적응없이 저산소에 노출되는 개인의 혈색소 포화 곡선을 나타낸다는 것이다. 저산소 환경이 사전작용으로(화재 예방) 사용되는 경우에, 개인들은 감소된 산소 수준에 신속히 적응하여 정상적인 혈색소포화 수준을 가지게 된다.
결국, 저산소 환경에서 상당한 기간을 보내는 사람들에게 절대로 위험이 없다. 실제로, 다수의 의학 간행물은 표준기압의 저산소에 장기간 노출이 상당한 건강상의 이점을 제공한다는 것을 설명하고 있다. 이러한 연구에 관한 보다 상세한 정보는 Hypoxio Inc사의 웹사이트에서 볼 수 있다(www.hypoxio.com).
게다가, 추가 연구는 습도 수준이 높으면 연소를 진압하기 위한 저산소 환경 능력을 향상시켜준다는 것을 나타낸다. 이것은 고속 이동하는 물분자가 점화 또는 연소를 지원하는데 이용될 수 있는 산소 분자를 감소시키는 제2 완충 지대를 생성한다는 사실에 기인한다.
도 4는 생활 또는 작업을 위하여 화재 예방 표준기압(또는 약간 고비중의)사람 점유 공간에 관한 기본 개념을 개요적으로 도시한 것이다.
도 4는 저산소 임계값 또는 그 보다 아래의 산소 농도의 표준기압 환경하에 배치된 전자 장치(13)(또는 저장된 인화성 재료)의 선반을 가진 실(11)의 특수한 경우를 설명한다. 이러한 환경은 이하에 따라서 절대적으로 화재에 안전하다:
ㆍ 연소가능한 재료가 점화되는 것을 방지
ㆍ 전기 또는 화학적 화재의 신속한 진압.
산소량 17% 내지 18%의 저산소 환경은 또한 점화와 연소에 대한 제한적인 예방 수단을 제공할 수 있다. 그러나 공공 장소(예, 박물관, 문서 보관서등)는 15% 내지 16.8% 수준의 산소 농도를 유지하는 것이 바람직하다. 보다 우수한 화재 예방을 요하는 사람 점유 공공 시설에 대해서는 14% 내지 15%의 산소량이 추천된다. 단기간만 사람이 찾는 시설은 산소량이 12% 내지 14%의 환경을 사용할 수 있다. 이것은 고도가 3km 내지 4.5km(10,000' 내지 14,500')에 해당한다.
전산실(11)내 저산소 공기는 분리형 공기조절기(14)에 의하여 약 67°F(18℃)로 유지되며 호스(16)에 의하여 외부 열 교환기(15)로 연결된다. 뜨거운 공기는 흡입관(17)을 통하여 장치(14)에 들어가서 냉각된 다음 출구(18)를 통하여 장치(14)를 빠져 나온다. 뜨거운 냉매 및 응축수(공기로부터)는 연결 호스(16)를 통하여 외부 장치(15)로 전송된다. 이때, 냉매는 냉각되며 응축수는 증발 또는 제거된다. 분리형 공조기의 작동 원리는 널리 공지되어 있음으로 본 특허에서는 기술하지 않는다. 이태리 회사인 Delonghi사에 의해 적절한 장치, 즉 PAC/GSR가 제조된다. 대형 분리형 공조 시스템 또한 즉시 구입 가능하다. 전산 장비를 포함하지 않는 시설에 대해서는 공기 조절이 불필요하다.
저산소 발생기(20)가 실(11)외에 설치된다. 발생기(20)는 흡입관(21)을 통하여 주위 공기를 흡입하고 산소를 추출한다. 산소가 풍부한 공기는 이제 출구(22)를 통하여 처리된다. 잔여 저산소 가스 혼합은 공급 출구(23)를 통하여 실(11)내로 이전된다. 과다 저산소 공기는 문(12)을 통하여 실(11)을 떠나서 실(11)내 기압은 외기 환경과 평형을 이룬다.
사람이 출입하는 문(12)은 기밀이 유지되어 있지 않아, 과다 공기를 실(room) 출구(11)로 내보낸다. 20m3실에 대하여 약 5mm의 틈새는 즉각적으로 압력 을 평형시키는데 충분하다. 어떤 적용에 대해서는 약간의 고비중의 환경을 조성하는 것이 유리하다. 이것은 실(11)의 기밀을 유지하여 문(12)주위의 틈새를 제거함으로서 용이하게 성취될 수 있다. 그외 다른 가능성은 선행 미국 특허 번호 제 5,799.652호 및 제 5,887.439호에 개시되어 있다.
실(11)에 필요한 저산소 발생기의 수는 그의 크기 및 점유하는 사람수의 조합에 따른다. 20m3실에 최적의 발생기는 HYP-100/F이다. 이것은 New York의 Hypoxico 사로부터 현재 구입 가능하다. HYP-100/F는 주위 공기로부터 산소를 추출하는 PSA(압력-스윙 흡착(pressure-swing adsorption))기술을 사용한다. 이러한 유지보수가 자유로운 장치의 무게는 55lbs(25kg)에 불과하며 450W만을 필요로 한다. 동일 성능의 질소 발생기는 3배 더 무겁고 2-3배의 동력을 소비한다. 저산소 발생기의 추가 이점은 저산소 공기의 습도를 증가시켜주는 성능을 갖고 있다는 것이다. 사고를 예방하기 위하여 산소 농도 설정은 사용자가 변경할 수가 없다.
도5는 저산소 발생기(20)의 작동 원리를 설명한다. 압축기(24)가 흡입 필터(21)를 통하여 주위 공기를 취하여 18psi까지 압축한다. 그리고 나서, 압축 공기는 냉각기(25)에서 냉각되어 도관(26)을 통하여 분배 밸브(27)로 전송된다. 이것은 매니폴드(28)를 거쳐서 다중 분활 컨테이너나 분자체 베드(molecular sieve bed)(29)에 연결된다. 설계의 필요성에 따라 분자체의 수는 1에서 12에 이른다. HYP-100/F는 원형의 12개 분자체 베드로 설계되어 한번에 4개의 베드를 3 사이클로 압축시킨다. 이것은 회전형 분배 밸브(27)로 이루어진다. 이러한 특수한 경우에서 소형 전기 액추에이터 모터(30)가 회전 밸브(27)를 구동시킨다. 회전형 분배 밸브, 모터 및 액추에이터의 설계와 작동 원리는 널리 공지되어 있으므로 더이상 설명하지 않는다. 모든 이러한 부품은 밸브 대리점에서 구할 수 있다.
각 분자체 베드(29)(또는 HYP-100/F의 경우는 베드군)는 선택적으로 압축 공기를 각 베드로 전송하는 밸브(27)를 거쳐서 반복하여 압축된다. 이러한 베드(29)는 수증기(이것은 최종 생성물을 위하여 중요하다)를 비롯한 대부분의 다른 가스를 흡착하는 동안에 산소가 통과하도록 하는 분자체 재료(바람직하게는, 제올라이트(zeolites))로 충진된다. 제올라이트를 통과하는 산소(또는 산소-강화된 분획(oxygen-enriched fraction))는 컬렉터(collector)(31)에 수집되며 방출 밸브(32)를 통하여 방출된다. 그리고 나서, 출구(22)를 통하여 대기로 배출된다.
베드(29)중 한 베드에서 제올라이트가 산소 고갈된 공기로 포화 상태가 되면 압축 공기 공급을 밸브(27)로 차단한다. 이러한 베드는 이제 감압 되어 산소 고갈된 공기를 베드(29)내의 제올라이트로부터 새어나오도록 한다. 그리고 나서, 이것은 매니폴드(28)를 통하여 저산소 공급 도관(23)으로 전송된다. 이러한 한 방향 방출 밸브(32)는 최소 압력(약 5psi)하에 컬렉터(31)에 산소 보강된 분획을 유지토록 한다. 이것은 베드(29)의 감압중에 충분한 공기가 재유입할 수 있도록 한다. 이것은 질소와 물로 오염된 제올라이트를 정화시켜서 이들의 흡착 능력을 높여준다.
모터 구동 회전 액추에이터(30)는 기계식 공기 분배 밸브(27)를 가진 선형 액추에이터로 교체 가능하다. 모터 구동 액추에이터(30)는 또한 솔레노이드 세트, 또는 전기식 작동 공기 밸브(27)로도 교체 가능하다. 그러나 이것은 회로 보드를 추가로 필요로 하며 발생기(20)의 비용을 높이고 신뢰도를 저하시킨다. 솔레노이드밸브, 기계식 밸브, 전기식 밸브 및 선형 액추에이터는 널리 구입가능하며 더 이상 기술하지 않는다.
도 6은 Hypoxico 사로부터 구입 가능한 저산소 발생기(40)를 도시한다. 이 모델은 압축기(24)로 제공되는 압축 공기에 대해 작용하며, 추가적인 전기 모터, 스위치나 회로 보드를 필요로 하지 않는다. 이 경우에, 분배 밸브(47)는 매니폴드(48)에 설치된 한 개 또는 복수개의 공기-제어 밸브로 되어 있다. 공기-제어 밸브는 압축 공기로 구동되며 추가 지원을 요하지 않는다. 압축 공기는 Hypoxico 사로부터 구입 가능한 수명이 긴 HEPA 필터(49)로 정화된다. 적절한 공기-제어 밸브는 미국의 MI, Kalamazoo소재 Humphrey Products사에서 구입 가능하다. 다양한 조합체가 순환적인 방법에 의하여 압축 공기를 분배하기 위하여 분배 밸브(47)에서 사용될 수 있다. 전기식, 기계식, 공기 제어식 또는 솔레노이드 밸브를 포함하는 이러한 그룹으로부터 적절한 밸브를 선택할 수 있다. 선형과 회전형의 두 가지가 압력, 기계적인 스프링, 전기 모터, 타이머로 제어되는 액추에이터와 함께 사용될 수 있다. 본 특허에서 모든 잠재적인 공기 분배 해결을 포괄하는 것은 가능하지 않다. 이러한 모델의 분자체 베드수량은 1 에서 12까지(또는 그 이상) 변화할 수 있다.
HYP-100/F는 분당 100 리터 속도로 15% 산소(10% 내지 18%의 다양한 설정이 가능하며 공장에서 미리 설정되어야 한다)로 저산소 공기를 공급한다. HYP-100/F는 관계자 외에 산소 설정을 할 수 없도록 터치(touch) 불가능하게 되어 있다. 1200L/분에 이르는 대형 발생기도 Hypoxio사로부터 구입 가능하다.
저산소 발생기(20)는 둘러싸인 주위 공기보다 습도가 15%정도 많은 저산소 공기를 공급한다. 온화한 기후에서 적당한 온도와 함께 이러한 습도 증가로 컴퓨터의 완전한 환경을 제공한다. 건조한 기후에서 또는 질소 발생기가 저산소 발생기(20) 대신에 사용되는 경우에, 40%정도의 상대 습도를 유지하기 위하여 가습기(19)(다른 경우에는 임의 선택)를 설치하는 것이 좋다. 보편적인 사용을 위하여 보증된 어떠한 가습기도 사용 가능하다.
다수의 발생기(20)는 공조기를 갖고 각 HYP-100/F발생기당 500ft3/시간(14m3/시간)이상의 신선한 공기를 공급하는 특수한 발생기 실(room)에 배치될 수 있다. 이것은 다수의 실(11)을 갖는 대형 시설에 편리하다. 이 경우에, 리사이클 모드로 작동하는 대형 공조기를 설치해야 한다. 저산소 발생기는 충분한 환기와 신선한 공기 공급을 제공한다. 각 저산소 발생기는 거의 무균 공기를 제공하는 HEPA(고효율분진 포집) 필터를 구비한다. 또한, 이러한 "청결한 환경"은 일반적으로 전산 장비에 분진 퇴적을 감소시킴으로써 화재 예방에도 유용하다.
실(11)은 또한 컴퓨터 캐비닛(13)을 나타낼 수도 있다. 이 경우에 미니사이즈의 발생기(20)가 공급한 저산소 공기는 소형 열 교환기 모듈(14)(둘다 Hypoxico 사로부터 구입가능)로 냉각된다.
질소 발생기 또는 산소 농축기와 같은 임의의 산소 추출 장치는 저산소 발생기(20) 대신 사용 가능하다. PSA(압력-스윙 흡착) 및 격막 분리 질소 발생기는 보다 높은 압력을 필요로 한다. 이로 인해, 유지하는데 있어 보다 무겁고, 소음이 크며 고가인 저 효율 장치가 된다. 게다가, 질소 발생기는 비효율적이며 막대한 가습을 요하는 극도의 습기 없는 생성물을 발생시킨다. 온도 스윙 또는 전류 스윙 흡착과 같은 다른 산소 추출 기술 또한 산소 추출 장치(20)에 사용될 수 있다. 대부분의 이러한 기술은 공기 펌프의 사용과 공기 분리 모듈에 의존한다. 그러한 공기 분리 모듈(분자체 흡착 및 격막 분리 기술 둘다 사용)의 설계와 작동 원리는 널리 공지되어 있고 광범위하게 사용되고 있다.
도 7은 산소 농축 격막 모듈(50)을 사용하는 질소 발생기 또는 산소 농축기를 개요적으로 도시한 것이다. 추출 산소는 출구(53)를 통하여 배출된다. 건조 압축 공기는 입구(51)를 통해서 중공-섬유 격막 모듈(50)내로 공급된다. 가압하에서 고속 이동하는 산소 분자는 중공 섬유 벽을 통하여 확산되며 출구(53)를 통하여 배출된다. 중공 섬유를 통과하는 건조 질소나 질소 농축 가스 혼합물은 출구(52)를 통하여 실(11)내로 전달된다. 저산소 FirePASS 시스템의 이러한 기술의 적용은 실(11) 환경의 추가 가습을 요한다.
발생기와 산소 농축기 둘다는 산소 수준의 조절 및 감시를 위하여 복잡한 전산화 감시 장비를 요한다. 이것이 사람 점유 시설에 대하여 불안전하게 한다.
화재 예방 및 진압에 대한 표준기압 저산소 환경의 원리는 어떠한 실에도 적용 가능하다. 건물, 선박, 화물 컨테이너, 여객기, 우주선/우주정거장, 전산실, 가정집과 대부분의 산업 및 비산업 시설의 여하한 형태와 크기의 밀폐 공간은 화재 예방 저산소 환경으로부터 이점을 얻는다.
대형 전산 시설에서, 컴퓨터 장비(13)의 각 선반은 자신의 저산소실에 밀폐될 수 있다. 이러한 에너지 절감 방침은 선반(13)사이에 표준산소 환경을 제공한다. 또한, 그것은 시설의 현재 화재 진압 시스템에 장애를 주지 않는다. 게다가, 이 시설은 물이 저산소실의 방수 패널 밀폐 공간내부에 밀폐된 전산 장비를 훼손할 수 없기 때문에 보다 저렴한 스프링클러 시스템을 사용할 수 있다. New York 소재 Hypoxio사는 모든 크기의 적합한 모듈러 패널 밀폐 공간을 제작한다. 이 경우에, 각 밀폐 공간에 대한 공조는 시설이 이미 충분히 냉각될 때에는 선택사양이다.
도 8은 산소의 점진적인 감소 중에 제어된 공기 상태에서의 화염 소화 곡선 Y 및 혈색소 곡선 Z의 비교를 도시한 것이다(이것은 이하에 설명되어 있다).
도 9는 FirePASS 시스템의 이중 모드 개량형을 갖는 가정집을 개요적으로 도시한 것이다. 이 시스템은 예방 모드나 진압 모드로 설정 가능하다.
Home FirePASS 시스템을 설치한 집(91)은 외부 공기 흡입(93) 및 분배 관(94)을 가진 저산소 발생기(92)를 포함한다. 방출 노즐(95)은 각 실내에 위치한다.
이러한 유형의 저산소 발생기(92)는 관(96)에 의하여 고압 저장 컨테이너(97)내에 저산소 공기가 저장 유지되도록 하는 추가 압축기(도시되어 있지않음)를 포함한다.
화재 예방 모드에 사용되는 저산소 공기는 16%정도의 산소량을 가져야 한다. 진압 모드에서 내부 공기(FirePASS 배치 후)의 산소량은 12%과 14%사이에 있어야 한다.
집에 설치된 연기 및 화재 감지기(98)는 진압 모드(예방 모드에서 화재 점화는 불가능)에서 HomeFirePASS를 작동시킨다. 모든 검출 및 제어 장치는 시판되고 있으므로 더 이상 설명하지 않는다.
저장 컨테이너(97)는 소형 탱크가 소요될 때 100bar 정도(또는 이 보다 높은)의 가압하의 저산소 공기를 포함할 수 있다. 컨테이너(97)는 옥외(1)에, 바람직한 것은 방호 주택내에 설치하여야 한다. 고압 가스 저장 컨테이너 및 압축기는 시판되고 있다. HomeFirePASS의 저산소 발생기(92)는 Hypoxico사로부터 구입 가능하다.
이 시스템은 작동 원리는 다음과 같이 서술될 수 있다. 저산소 발생기(92)는 흡입(93)을 통하여 신선한 옥외 공기를 끌어들여 저산소 공기를 내장형 압축기를 통하여 고압 컨테이너(97)내로 저산소 공기를 공급한다. 탱크내의 권장 저장 압력은 대략 100bar이다.
장치는 2가지 작동 모드, 즉 예방 모드 및 진압 모드를 갖고 있다. 집에 거주하지 않고 비어 있을 때(작업 시간 또는 휴가중) 화재 예방 모드는 주 제어 패널(도시되어 있지 않음)의 버튼을 눌러서 작동된다. 이것은 저산소 발생기를 시동하여 시스템을 작동시켜 컨테이너(97)로부터 분배 관(94)으로 저산소 공기를 서서히 방출하도록 한다. 노즐(95)은 집안 각 실에 위치한다. 따라서 화재 예방 환경(16%의 산소량)이 대략 15분후에 확립될 수 있다. 또한, 저산소 환경을 10% 보다 아래의 산소 농도로서도 조성이 가능하다. 이것은 도둑이 들면 아주 불쾌한 분위기가 되어서 방범에도 아주 효과가 있다. 사람들이 집에 돌아오면 창문을 열거나 환기 장치(도시되어 있지 않음)를 사용하여 즉시 표준산소 공기를 조성할 수 있다. 화재 예방 환경이 조성되면 발생기(92)는 저산소 공기를 컨테이너(97)내에 재 충진한다.
필요한 경우에, 저산소 화재 예방 공기가 영구적으로 설정되어, 컨테이너(97)를 폐기하도록 한다. 예방 모드에서 HomeFirePASS의 발생기(92)는 계속하여 16%의 산소량으로 사람 친화적인 표준기압의 저산소 환경을 제공한다. 이는 해수면 보다 위의 2200m에 해당한다. 이러한 호흡가능한 화재 예방 공기는 여러 가지 건강상 이점을 제공하며(www.hypoxico.com 참조) 연소(집(91)내의 연기 조차도 불가)가능성을 배제한다. 요리를 위하여 가전 기구를 사용해야 한다. 가스나 액체 연료를 사용하는 가정용 가열 기구는 연소를 위하여 외부 공기를 흡인하도록 공기 공급 덕트를 설치함으로써 작동이 이루어질 수 있다.
시스템의 화재 진압 모드는 집안의 각 실에 설치된 연기 또는 열 감지기(98)에 직접 연결된다. 연기 감지기(98)로부터의 신호는 주 제어 패널로 전달되어 자동 방출 밸브(도시되어 있지 않음)를 개방시킨다. 이 결과 컨테이너(97)로부터 저산소 가스 혼합물의 신속한 공급이 이루어진다. 방출 노즐은 저산소 공기 방출시 작동하는 소형 공기 구동 사이렌을 구비할 수 있다. 저산소 가스는 모든 실에 동시에 방출되는 것이 바람직하다. 그러나, 컨테이너(97)의 크기를 줄이기 위하여 저산소 공기의 방출은 연기가 검출된 실로 제한될 할 수 있다. FirePASS의 반응 시간을 1초 보다 작게하면, 이 시간은 국부적인 화재를 진압하는데 충분해야 한다. 산소량이 0.1% 내지 10%의 보다 농축된 저산소 화재 진압제가 또한 저장 컨테이너(97)의 크기를 줄이기 위하여 사용가능하다. 화재 진압제의 정확한 크기와 양은, 방출시에 산소 농도가 10% 내지 16%의 산소 농도를 가진 호흡가능한 화재 진압 공기를 조성하도록, 계산되어야 한다.
비용 절감을 위하여, HomeFirePASS는 발생기(92)를 설치함이 없이 진압 모드에서 작동될 수 있다. 이 경우에, 장치는 고압 탱크(97)와, 가스 공급관(94)과, 검출 및 제어 시스템(98)으로 되어 있다. 지역 서비스 회사는 필요한 유지보수를 행하고 가스 저장 탱크(97)를 재충전할 수 있다.
도 10은 화재 진압 모드로 설치된 BuilidngFirePASS를 구비한 다층건물(101)를 개요적으로 도시한 것이다.
건물(101)지붕 위에 설치된 eogudFirePASS블록(Hypoxico사로부터 구입가능)은 주위 공기로부터 산소 추출에 의하여 저산소 공기(또는 소화제)를 제공하는 저산소 발생기(102)를 가지고 있다. 발생기(102)는 압축기(103)와 연결되어 고압의 저산소 공기를 저장 컨테이너(104)에 공급한다. 거기에 이르면, 대략 200bar(또는 이보다 높은)의 정압하에 유지된다.
도10에 도시한 바와 같이 각 층에 방출 노즐(106)을 가진 수직 소화제 공급관(105)을 전체 건물에 걸쳐서 외부에 또는 엘레베이터축에 설치 가능하다. 방출노즐(106)에는 고압 소화제의 방출로 발생하는 소음을 줄이기 위하여 소음기가 설치된다.
화재가 감지되면, 중앙 제어 패널로부터의 신호가 저장된 저산소 공기(소화제)를 분배 관(105)으로 유입되도록 하는 방출 밸브(107)를 개방시키기 시작한다. FirePASS의 반응 시간을 신속하게 하면, 영향받는 층의 호흡가능한 화재 억제 환경의 조성이 충분해야 한다. 그러나, 추가 예방 조치로서 저산소제는 인접 층에도 방출되어야 한다. BuildingFirePASS는 충분한 양의 저산소 진압제(10%보다 아래의 산소량)를 방출하여 12%-15%정도의 산소량을 가진 호흡가능한 화재 억제 공기를 조성한다.
저산소 공기의 정의 압력은 모든 아파트로의 침투를 보장하며 어떠한 실(room)에서의 화재원을 즉시 진압한다. 또한, 인접 층에 대해 저산소 환경을 조성함으로서 화재가 건물의 상부에 퍼지지 못한다. 이러한 장치의 중요한 이점은 현재 사용중인(스프링클러 시스템, 가스-진압 시스템등에 의하여 사용되는 바와 같은) 화재 감지/소화 시스템과 결합될 수 있다는 것이다.
각 층은 도 10의 하부에 도시된 바와 같이 각 층의 FirePASS에 연결된 각각의 화재 감지 시스템을 가질 수 있다. 고압 저산소 가스 컨테이너(108)는 각 실의 방출 노즐에 의하여 분배 관(109)을 통해서 전체 층에 저산소제를 방출할 수 있다. 컨테이너의 저장 압력 및 크기를 감소시키기 위하여, 안전한 호흡가능한 공기가 약 12%-15%의 산소량으로 각 실에 조성되면, 매우 낮은 산소 농도가 저장된 가스에 사용될 수 있다. 저산소 소화제를 가진 자립형 소화 장치가 건물내 선택된 실에서사용 가능하다. 그러한 장치는 후에 도 12와 관련하여 설명한다.
도 11은 산업 건물(110)을 개요적으로 도시한 것이다. 1층은 분리 벽이 없고, 예를 들어 로딩되지 않도록 하기 위하여 외부 공기에 개방될 수 있다. 이러한 경우에, FirePASS는 화재의 경우에 분리가능하거나 영구 설치(예를 들어, 연질의 클리어 플랩(soft clear flaps))가능한 분리 격벽 또는 커튼(115)을 포함해야 한다.
저산소 발생기/압축기 블록(111) 및 가스 저장 컨테이너(112)는 건물(110)의 지붕이나 건물밖에 설치 가능하다. BuildingFirePASS는 분배관(113)과 방출 노즐을 통하여 저산소 공기를 공급한다. 국부적인 화재(실내 또는 상층)가 발생하는 경우에 FirePASS는 16.8%O2의 저산소 임계값을 조성하기에 충분하면서 사람의 호흡(14-15% 권장 또는 경우에 따라서 10-14%)에 충분히 안전한 저산소 공기량을 즉시 방출한다.
연기 및 /또는 화재가 1층에서 감지되면 커튼(115)(커튼 홀더(116)에 저장되어 있는)이 풀려서 층을 국부 영역과 분리한다. 이것은 공기의 환기와 이동을 차단한다. 화재가 감지되면 건물의 환기 시스템은 즉시 폐쇄되어야 한다. 저산소 공기는 즉각적으로 재난 지역(및 인접 지역)으로 방출하여 화재를 신속하게 소화시킨다..
커튼(115)은 유연하며 투명한 내화성 합성 재료로 제작되어야 한다. 커튼(115)의 수직 플랩(vertical flap)은 재난 지역에 갇힌 사람들이 빠져나오도록 하는 출구로서 작용한다.
FirePASS장치는 특정한 층이나 전체 건물에서 저산소 임계값이하의 저산소 환경을 조성할 수 있다. 필요시에는 이러한 충분히 호흡가능한 화재 진압 공기는 무제한 유지할 수가 있어서 갇힌 사람들에게 생명선을 제공한다. 이러한 실시예는 다양한 용도의 화재 예방 및 화재 진압 환경의 제공에 적합하다.
예를 들면 원자력 발전소는 화재 예방 상태로 유지 가능하다. 사고가 발생하면 산소량은 대략 10%정도로 감소되어야 한다. 이러한 극단적인 저산소 환경은 최소한 20분간 안전하여 갇힌 사람들에게 대피할 시간을 주며 산소 혈색소 포화도가 80%이하로 떨어 질 때 적은 손상을 주는 방사열로부터 신체를 보호한다. 보다 낮은 산소 농도를 사용하면 화재 진압제에 이산화탄소를 첨가하여 더욱 더 호흡을 자극한다.
FirePASS 및 BuildingFirePASS 둘 다 철저한 예방 모드로 설치가능 하다. 이러한 경우에 저장 컨테이너(97, 104 및 112)는 발생기가 분배관으로 계속 저산소를 펌핑(pumping)한다. 이것이 영구적인 화재 예방 환경을 조성한다.
비용 면에서 효과적인 다른 해결 방안은 각 실에 그 자체의 자동 화재 진압 장치를 구비하는 것이다. 도 12는 그 안에 가스 저장 컨테이너(22)를 가진 자립형 소화 장치(121)를 도시한다. 방출 밸브(123)(버스트 디스크형이 바람직)는 제어 블록(125)위의 열/연기-검출 장치에 의하여 구동되는 전기 폭발 개시체(electro-explosive initiator)(124)에 의하여 개방된다. 연기 또는 화재가 감지되면 제어블록(125)으로부터의 신호가 개시체(124)를 구동시킨다. 이것이 밸브(123)를 개방시키며 각 실에서의 방출 노즐(126)을 통하여 저산소 소화 조성물을 방출하도록 한다. 선택적인 AC 전원 접속부를 가진 재충전 배터리가 제어 블록(125)에 동력을 공급할 수 있다.
저장 컨테이너(122)는 고압의 저산소 화재 진압제의 적정량을 포함한다. 화재 진압 조성물의 산소량은 대략 10%보다 아래이며 방출될 때 저산소 임계값에서 또는 그보다 다소 아래에서 호흡가능한 화재 진압 공기를 제공한다. 컨테이너(122)내의 저산소 화재 진압제 량은 가스 저장 압력을 변화시켜서 각 실에 대하여 용이하게 조정이 가능하다.
이산화탄소는 필요한 양만큼 화재 진압제에 첨가됨으로써 대응하는 질소 부분을 대체할 수 있다. 이것은 저산소 공기가 14%보다 아래의 산소량을 가지면 호흡과정을 자극한다. 소화제에 첨가된 이산화탄소 량은 조성된 화재 진압 공기중의 그의 농도가 4%-5%정도가 되도록 산출되어야 한다.
컨테이너(122)는 충격을 완충시키고 열 보호를 제공하는 보호 충진재(127)에 의하여 둘러싸인다. 방출 노즐(126)은 배출 가스의 소음을 줄이기 위하여 소음기나 잡음 트랩(noise trap)이 설치된다.
장치(121)는 잠정 설치가 가능하며 영구적인 설치를 요하는 고비용의 화재 억제 장치에 대한 우수한 대안이 된다.
도 13은 산업용의 이동 FirePASS장치의 특정한 능력을 증명한다. 예를 들면 해치(131)를 가진 파손된 탱크나 컨테이너(130)를 저산소 환경에서 용접할 수 있다. 이것은 빈 컨테이너가 계속 폭발 증기를 포함할 수 있음으로 현재의 진압 장치를 사용하는 것은 적합치가 않다.
dlehdFirePASS장치(132)는 분당 저산소 공기 2m3정도를 생산하며 탱크의 130 산소량을 14%로 신속히 줄일 수 있다. 이러한 저산소 소화 조성물은 대기에서 폭발 증기압보다도 더 무겁다. 이에 따라서 담요와 같은 작용을 하여 인화성 액체표면을 덮어준다. 따라서 절대 안전한 작업 환경이 탱크(130)내에 조성된다. 용접자가 헌신적인 산소 공급을 가지고 있으면 저산소 농도의 사용이 가능하다. 이 경우에서 용접자는 16.5%정도의 산소량으로 공기를 방출한다. 이러한 수준은 저산소 임계값에 근접하며 주위 환경에 부정적인 영향을 미치지 않는다.
이러한 환경에서 모든 유형의 절삭이나 또는 용접은 전극토치와 산소 아세틸린 토치를 포함하여 안전하게 택할 수 있다. 스파크나 용융금속이 석유를 접촉한다 할지라도 점화는 일어나지 않는다.
유사한 이동 FirePASS장치는 예를 들면 탱커, 지하 가솔린 컨테이너, 원유관등 수리 작업이 폭발 또는 화재에 위험한 환경하에 행해야 하는 여러 용도로 사용이 가능하다.
도 14는 일정한 저산소 화재 예방 환경에서 유지되는 지하 군사 시설(140)을 개요적으로 도시한 것이다. 이것은 특수한 wlgkFirePASS장치에 의하여 제공된다. 주위 공기는 원격 위치에 설치된 환기 흡입(141)을 경유하여 취해진다. 그 다음 통기수갱(142)을 통하여 저산소 발생기 모듈(143)로 공급된다. 하류측 여과 장치(14)는 공기를 정화하여 화학 및 세균성 오염물질을 제거한다.
15%정도의 산소량을 가진 저산소 공기는 발생기(143)로부터 방출 노즐(146)에 의하여 환기 덕트(145)로 공급되어 시설을 통하여 균일하게 배분된다. 이것은 약간의 정기압하에서 자체포함 호흡가능 화재 예방 공기를 각 실에 제공한다. 과대한 저산소 공기는 보호 일방 환기구를 가진 승강기 축(147)을 거쳐서 지하 시설(140)을 떠난(도시되어 있지 않음). 축(147)의 출구 커버(148)가 열리면 정압 및 고밀도의 저산소 공기가 당해 장치의 추가적인 중요한 특징을 제공하는 외부 공기의 유입을 방지한다. 이러한 화재 예방 공기는 화재가 시설 내부로 확산되는 것을 막아서 폭발(예, 관통하는 폭탄이나 내부사고)로부터 추가 보호를 제공한다.
도 15는 자동차 터널에 대한 TunnelFirePASS 시스템을 개요적으로 도시한 것이다. 이러한 화재 진압 장치는 자율 조정이며 완전 자동이다.
고압관(152)이 터널(151)을 통과한다. 이것은 벽(151)에 따라서 또는 천장 밑에 설치 가능하다. 관(152)은 터널(151)외부의 고압 컨테이너(153)에 연결되어 있다. 이러한 형태의 결과는 완전 밀폐-압력 가스 회로(152-153)가 된다. 보다 긴 터널에 대해서는 각 단부에 별개의 장치를 가지는 것이 바람직하다. 필요시에는 선택 부분에 추가 장치의 설치도 가능하다. 예를 들면 노르웨이에서 최근에 개통된 25km터널(tunnel)은 그의 전체 길이를 통하여 설치된 최소한 10개의 추가 FirePASS를 필요로 한다.
가스 방출 노즐(154)은 터널 전 길이에 걸쳐서 균일하게 분배된다. 각 노즐(154)은 예를 들면 터널 A, B, C등의 분리 부분을 분담한다. 터널의 환기 장치는 이러한 설명을 간단히 하기 위하여 본 도면에 도시되어 있지 않다. 화재가 발생한 경우에 각 섹터(sector)는 일반적으로 커튼에 지지된 연질 랩튼(155)-홀더(156)에 의하여 분리 가능하다.
저산소 발생기(157)는 터널밖에 설치되어 압축기 블록(158)에 의하여 고압컨테이너(153)와 연결된다. 고압 컨테이너(153)와 관(152)은 15%미만의 산소량을 가진 호흡가능한 저산소 공기를 포함한다. 저산소 발생기(157)에 의하여 발생되며 압축기 블록(158)을 거쳐서 컨테이너(153)로 공급된다. 이러한 공기는 약 200-300bar의 기압 하에 존재한다. 보다 긴 터널은 도 15에 도시한 바와 같은 다중터널 FirePASS의 설치를 요한다.
본 실시예의 작동 원리는 다음과 같이 설명할 수 있다. 화재가 C 부에서 발생하면 터널을 통하여 5m간격으로 분포된 열/연기 감지기(159)에 의하여 즉시 감지된다. A, B, C, D 및 E부 사이에 위치한 커튼 홀더(156)는 연질의 투명 커튼을 푼다. 이것은 터널의 잔여부와 C부의 화재 지역을 분리시킨다.
도 16에 도시한 바와 같이 커튼(155)은 합성 재료로 제작되며 연질 투명 플랩을 가진다. 이러한 커튼(155)은 고압 가스 카트리지(cartridge)나 불꽃 점화 카트리지(161)에 의하여 즉시 팽창 가능하다. 이러한 카트리지는 팽창 자동차 백에서 사용하는 것과 유사하다. 카트리지는 연기/화재 감지기(159)신호에 의하여 작동된다. 적절한 감지 장치는 여러 제작자로부터 입수 가능하다.
동시에 터널 내부 환기 시스템이 폐쇄되고 C부의 방출 노즐(154)은 고압의 저산소 공기를 방출한다. 이러한 저산소는 관(152)과 컨테이너(153)내에 저장된다. C부로의 저산소 공기 방출 체적은 C부 체적의 수배를 초과한다. 따라서 B, C 및 D부는 완전한 공기 교환을 하게되며 호흡가능한 화재 진압 환경의 신속한 조성을 보장한다. 짧은 터널(1000m 이하)에서 저산소 공기 체적은 전체 터널을 충진하는 데 충분해야 한다.
회로(152-153)로부터 B, C 및 D로 방출할 필요가 있는 저산소 소화 조성물의 량을 산출하기 위하여 13% 내지 15%의 최종 농도가 방출할 화재 진압 공기에 사용되어야 한다. 이것은 사람이 호흡하기에 아직도 적합한 고도가 2700 및 3800m에 해당한다. 이러한 저산소 환경은 즉시 어떠한 화재도 진압한다. 이것은 화학적 화재, 전기화재, 가연성 액체에 의하여 유발된 화재 및 가스 폭발에 의한 화재를 포함한다. 또한 이러한 환경은 폭발에 의한 화재를 즉시 진압한다. 이것은 테러리스트의 공격에 대하여 상당한 안전을 제공한다.
노즐(154)은 특수 소음기를 설치하여 고압 가스 방출 소음을 줄일 수 있다. 터널내외 모든 사람들에게 경고를 주기 위하여 공기 사이렌을 소음기에 부착하는 것도 바람직하다. 또한 산소량이 저산소 임계값이하로 떨어짐에 따라서 갇힌 자동차의 내연 기관은 작동불능이 되어버린다. 따라서 수시간동안 충분한 호흡가능한 공기가 존재한다.
노즐(154)로부터 가스 방출은 화재 감지기(159)의 자동 장치로부터의 신호로 작동된다. 장치(152-153)의 저산소 공기는 전체 터널을 충진하기에 충분한 것이 바람직하다. 이것이 적합치 않으면 체적은 영향력과 그에 인접한 영역을 충진하기에 충분해야 한다.
일부 적용에서 관(152)은 표준기압으로 유지 가능케 함으로서 그의 중량을 줄일 수 있다. 이것은 컨테이너(153)내에 고압 저산소 공기를 철저히 유지함으로서이루어질 수 있다. 그리하여 화재 발생시에 관(152)으로 방출된다. 이에 따라서 라이터(lighter)와 노즐(154)의 저렴한 배출기구의 사용도 가능하다. 그러나 이것은 저산소 화재 감지 장치와 컨테이너(153)로부터 자동적으로 방출 밸브를 열어서 관(152)내로 저산소 공기를 공급하고 노즐(154)을 통하여 소요 부분에 방출하는 가스 방출 장치를 요한다.
화재가 터널(151)내에 발생하는 경우 국부 낙하 커튼(155)이 전체 터널(매 50 내지 100m가 바람직)에 걸쳐서 방출된다. 이것은 터널을 통하여 흡입가능 화재 진압 저산소 환경을 조성하고 여하한 환기를 방지한다. 또한 저산소 환경이 자동차엔진내의 연소를 방지함에 따라서 사고를 피할 수 있다.
담당자가 터널이 안전하다고 언급한 수에 배출 장치는 폐쇄되고 커튼(155)은 커튼 홀더(156)로 원 위치한다. 터널(151)의 환기 장치가 재개방되어 신선한 공기를 들여온다.
터널 안의 산소량은 20.9%(어떠한 고도상의 표준공기 농도)로 급속히 증가하여 내연기관의 정상작동을 허용한다.
컨테이너(153)에 설치된 압력 감시 변환기는 유지보수나 화재 비상시에 발생할 수 있는 저장 압력이 떨어지는 경우에 저산소 발생기(157)와 압축기 블록(158)을 돌린다. 이러한 자동 재충진은 장치가 항상 화재를 진압할 태세가 되어 있음을 보장한다.
저산소 발생기(157)는 외기로부터 주위 공기를 흡수하며 이것으로부터 일부산소를 추출한다. 그 다음 그것은 15%미만의 O2량을 산소 고갈 공기를 압축기블록(158)에 이송한다. 200bar정도의 기압으로 압축되어 관(152)과 직접 통하는(또는 방출 밸브를 통하여) 컨테이너 또는 저장 컨테이너(153)에 직접 공급된다.
상기와 같이 커튼은 합성 재료로 제작되어야 한다. 이 커튼은 연성, 투명하고 충분히 팽창되어야 한다. 이것들은 서로간에 수평으로 각각 중첩되는 긴 수직플랩을 가져야 한다(도 16에 도시된 바와 같은).
이러한 사양은 이들 투명성이 운전자의 시야를 방해하지 않음으로 커튼(155)을 통한 차량이 용이한 통과를 보장한다. 커튼은 트럭이 직접 커튼 밑에 정지할 지라도 충분한 부분 분리를 제공한다. 유사 커튼은 외기와 저산소 환경을 분리하기 위하여 Hypoxico Inc사의 Hypoxic Room System에 의하여 성공적으로 사용되어 왔다.
도 16은 커튼 배치 시스템의 바람직한 실시에 중점을 둔 원통형 터널(151)의 단면도이다.
커튼(155)은 커튼 홀더(156)내로 접혀진다. 연기/화재 감지 장치로부터의 신호가 가스 방출 결과로 되는 고압 또는 불꽃 카트리지(161)를 작동시킨다. 이것은 커튼(155)으로 하여금 팽창되도록 한다. 팽창 커튼(155)은 커튼 홀더(156)의 커버(162)를 밀고 열어 도로 포장면으로 내린다. 분리 카트리지(161)는 각 차량 대열위에 설치 가능하다.
추가 분리 세그먼트(163)가 커튼 양측에서 도로 포장면 상하에 설치하여 통신 케이블 및 관을 통고시킨다. 세그먼트(163)는 커튼(155)이 설치된 곳에서만 설치된다. 이러한 조합은 분리 부간에서 실제적인 공기 장애물을 제공하여 자연 환기를 방지한다. 그러나 커튼(155)은 FirePASS가 방출한 저산소 공기의 커튼 통과를 방지하지 못한다. 수직 세그먼트(163)는 차량에 대한 손상을 방지하기 위하여 연질플라스틱 재료로 제작되어야 한다.
터널 내에 설치된 전자 스위치, 열/연기 감지기, 밸브 및 모니터(monitor)는 저산소제를 방출시킨다. 이러한 조성물들은 널리 유통되고 있음으로 여기에서는 더 이상 다루지 않는다. 여러 가지 모델의 저산소 발생기(157)는 New York 소재 Hypoxico사가 독점 제공하고 있다. 여러 가지 산호 추출 장치는 압력-변화 흡착기, 격막 분리기 및 전류 흡착 기술을 포함하며 이에 국한하지 않은 것을 포함하는 본 출원을 위하여 사용 가능하다. 공기를 200bar 또는 그 이상압력으로 압축시키는 다단 압축기(158)도 범세계의 다수 제작자로부터 구입가능 하다.
어떤 경우에서 질소 산출량을 사용하여 고압 시스템을 충진가능하다. 이것은 당해 장치의 크기와 중량을 감소시키나 추가 안전 및 제어 장치를 요한다. 방출될 때 질소의 정확한 양은 필요하다면 15% 또는 그 이하의 산소량을 가진 저산소 환경을 제공하는 내부 공기와 혼합한다.
도 17은 내연기관을 사용하지 않는 전기 동력기와 기타 차량용 비용효과의 터널 FirePASS를 개략적으로 도시한 것이다. 이러한 실시예는 터널(171)의 내부가 저산소 임계값에서 또는 그 이하에서 화재 예방 환경으로 유지하도록 한다. 그러나 이러한 실시예는 내연기관이 그러한 저산소 환경하에 작동하지 않음으로 자동차 터널에는 부적합하다.
터널(171)은 각 단 부에서 하나씩 폐쇄된 위치에서 2개의 분리 도어(172)로구비되어 있다 열차가 터널(171)에 접근하면 제1 도어(172)가 열려서 열차를 통과시킨 다음 다시 닫힌다 열차가 터널의 단부에 접근하면 제2 도어가 열려서 열차를 통과시킨다. 터널밖에 설치된 한 개 또는 다수개의 저산소 발생기는 저산소 공기를 터널(171)내부로 공급한다. 14 및 15%의 산소량을 가진 저산소 공기는 발생기에 의하여 조성된 다음 도관을 통하여 터널(171)내부로 공급된다.
도어(172)는 여러 가지 형태 측 슬라이드형, 선회형 또는 절첩형 도어로 수직 또는 수평으로 제작 가능하다. 그러한 도어는 여러 제작자가 공급하고 있다. 도어는 터널안측으로 10 내지 20m정도로 설치하여 눈이나 얼음에 의하여 차단을 방지하도록 해야 한다. 전기 접속 케이블(176)은 도어(172)나 기타 조인트와 장애물에서 차단될 수 있다.
도 18은 폐쇄 도어(172)를 가진 터널 입구의 정면도를 도시한다.
도 19는 오스트리아 캅룬(Kaprun)(2000년도 11월에 화재로 159명이 사망한 곳)의 것과 유사한 스키 터널(171)의 약도이다. 길이가 3.3km이고 직경이 3.6m인 터널은 평균 구배가 39°이다. 이것은 터널 밑에서 공기를 흡입하는 "연돌 효과"의 원인이 됨으로서 화염을 가속화시켰다.
도어(192)는 터널(191)내에 화재 예방 환경을 유지하여 그러한 통풍을 방지한다. 관(194)과 균일하게 배치된(50m 간격)방출 노즐(195)을 통하여 저산소 발생기(193)는 터널에 15-16%산소량에서 흡입가능한 소화 조성물을 제공한다. 열차가 앞의 실시예의 도어(172)와 유사하게 접근할 때 자동도어(192)가 열린다.
또한 추출 과정중에 발생하는 산소 강화된 분획은 폐수 처리 공장, 어선,금속 공장, 종이표백 및 식품 가공 공장과 기타 사업에 대하여 기대되며 지역경제에 큰 이익을 제공한다.
도 20은 여객 열차, 버스, 지하철 열차와 기타 여객 차량에 대한 기상FirePASS를 개요적으로 도시한 것이다.
이러한 실시예는 여객 열차(201)내에 화재 진압 시스템을 설치한 것이다. 저산소 화재 진압제로 충진된 고압 저장 컨테이너(202)가 차(201)의 천장 또는 지붕에 설치된다. 컨테이너(202)는 분배관(203)에 연결된 방출 밸브를 가지고 있다. 그리고 나서, 저산소제는 방출 노즐(204)을 통하여 배출된다.
화재가 감지되면 버스트디스크방출 밸브(도시되어 있지 않음)가 전기-폭발 개시체(electro-explosive initiator)에 의하여 작동된다. 버스트 디스크 밸브와 전기-폭발 개시체는 미국의Kidde-Fenwal사에서 구입할 수 있다. 적당한 컨테이너, 관 및 노즐 또한 여러 제작자로부터 구할 수 있다.
저산소 임계값이하의 산소량을 가진 저산소 화재 진압제는 약 100bar의 기압 하에 컨테이너(202)에 저장된다. 저산소 임계값에서 호흡가능한 화재 진압 환경을 조성하기 위하여 방출에 필요한 소화제의 체적을 개선하기 용이하게 때문에 상당히 낮은 산소 농도를 사용할 수 있다(0.01 내지 10% O2). 이러한 저산소량은 고압컨테이너(202)의 체적과 중량을 다 같이 줄이도록 한다.
예: 16%의 산소 농도에서 화재 진압 을 달성하기 위하여 200m3체적을 가진 차 또는 버스 내부는 2% 산소 저산소 가스 혼합물의 약 75m3를 요한다. 100기압에서는 700 리터 저장 컨테이너 또는 7개의 100 리터 컨테이너를 요한다. 후자의 컨테이너는 실제로 차(201)에 설치하는 것이 보다 용이하다. 순수 질소도 보다 양호한 분배를 위하여 다중 노즐을 통하여 방출하는 한 사용 가능하다. 이러한 경우에 카의 내부산소량은 12%와 16%범위 내에 들어 있다. 이것은 60m3만의 질소만을 요한다. 이것은 100기압(또는 200기압에서 300리터 컨테이너)에서 600리터 컨테이너에 저장이 가능하다.
모든 노즐은 소음기를 갖추어 고압 가스 방출시에 발생되는 소음을 줄여야 한다.
기상 FirePASS는 버스, 페리, 케이블카와 기타 승합 차량에 설치 가능하다. 승용 자동차 화재 진압 장치 또한 동일한 해결 방안으로 사용하여 장착 가능하다.
여객기 탑승중에 화재의 성공적인 진압은 이러한 화재 대부분이 항공기내의 전기고장에 의하여 일어남으로 극히 어렵다.
중량을 절약하기 위하여 항공기 구조는 해수면상의 가압을 하기에는 충분한 강도를 가지고 있지 않다. 따라서 모든 여객기는 2 내지 3km 범위내의 고도에서 가압된다. 이것으로 항공기가 비행중에 내외부 기압간의 압력 차를 줄여준다. 이러한 결과로 항공기내 공기 압력은 산소의 낮은 분압을 가진다. 그러나 그러한 내압은 여전히 20.94%의 산소량을 가지고 있다. 따라서 화재 예방 상태(저산소 임계값)를 달성하기 위하여 약 4km고도에 대응하는 기압을 조성하지 않으면 안 된다. 이것은 대부분의 승객에게 지나치게 불쾌감을 준다. 이러한 불리한 조건은 현재의 여객기내에 예방 모드에서 FirePASS의 사용을 제한하고 있다.
도 21은 FirePASS기술을 여객기의 환기 장치에 적용한 경우를 도시한다. 모든 그러한 항공기는 신선한 공기의 외부 기압에 따른다. 이것은 여기에서 다루지 않는 복잡한 공기 흡입 장치를 요한다. 분배관(212) 및 노즐(213)을 가진 환기 장치가 재생 공기(소량의 신선한 공기와 함께)의 일반적인 혼합물을 제공한다. 관(212)은 저산소 화재 진압제로 충진된 고압 저장 컨테이너(214)와 연결되어 있다. 컨테이너(214)는 방출 밸브를 가지고 있어서 도 20에 도시한 상기 실시예에서 기술한 전기-기폭 장치에 의하여 작동된다.
화재시에 탑재 화재/연기 감지 장치는 전기-기폭 장치에 의하여 버스트 디스크 밸브의 작동을 일으키는 신호를 제공한다. 저산소 화재 진압제는 환기 장치로 방출되어 균일하게 기내를 통하여 분배된다. 도 21의 상부는 비행기를 통하여 흐르는 저산소 공기의 이동을 도시한다. 방출되는 저산소제량은 전체 항공기를 통하여 저산소 임계값을 제공해야 한다. 화재/연기 감지 장치로부터의 신호는 또한 신선한 공기를 기내로 유입시키는 흡입 밸브를 닫는다. 약 50bar정도의 기압에서 저산소제를 포함하는 저장 컨테이너(또는 다중컨테이너(214))는 점진 방출 밸브와 소음기를 갖추어야 한다.
과도한 기내 기압은 기내의 압력 증가에 의하여 작동되는 압력 감응 릴리프밸브(215)(pressure sensitive relief valve)를 통하여 방출된다. 이것은 기내로 충분한 공기 교환을 제공하여 화재원으로부터의 연기이나 유독성 가스를 제거한다. 항공기내 대기는 이제 저산소 임계값에 있게 되며 멀미하는 승객이나 노약자까지에도 제한된 시간동안 호흡에 적합하게 된다. 이러한 제한된 호흡기간은 화재가 수초 후에 진압되기 때문에 충분하다. 그러나 저산소 환경에 노출이 연장되어야 할 경우에 산소마스크의 동시 방출로 승객이 안정상태를 유지하도록 한다. 저산소 인체의 영향을 보완하기 위하여 필요한 양의 이산화탄소가 방출되면 4%-5%의 이산화탄소로 호흡가능한 화재 진압 기압을 조성하는 저산소 소화제에 첨가할 수 있다. 이것은 승객의 건강에 대하여 여하한 불쾌감이나 위험 없이도 수시간동안 그러한 기압을 안전하게 유지하도록 한다. 보충 이산화탄소의 작용은 도 33과 도34에서 보다 상세히 설명한다.
화재 진압의 이러한 방법은 어떠한 화재도 즉시 진압한다. 불꽃에 의하여 생성된 연기라도 제거된다. 따라서 기내 탑승객의 안전이 보장된다.
도 22는 지구 대기권 이상(우주선 포함)을 비행하는 차세대 항공기에 탑재할 FirePASS를 제공한다. NASA의 우주선에 유사한 이러한 운반 수단은 자율 공기 재생장치를 구비하고 있지 않음으로 신선한 공기의 흡입에 좌우되지 못한다. 따라서 이러한 운반 수단은 해면상에서 가압된다.
수십 년간 NASA 과학자들(다른 우주기관과 함께) 우주선상(및 우주 정거장)의 화재를 진압하기 위한 인간-친화적 해결 방안을 찾고자 노력하여 오고 있다. 현재의 가장 진보적인 화재 진압 기술은 화재 진압제로서 이산화탄소를 사용한다. 이산화탄소의 장점은 생명 유지 장치에 사용되는 흡수재로 밀폐 공기로부터 제거가 용이하다는 데 있다. 그러나 이산화탄소의 주요 결점은 방출되는 즉시 대기 호흡 불가한 상태로 된다는 점이다.
그러한 기상(또는 우주선(221))의 FirePASS의 실시는 기내 공기에 저산소 임계값의 초기 설정과 유지를 요한다. 지상에서 운반 수단(221)은 이동 FirePASS 발생기(222)로 공급된 저산소 공기를 통하여 환기된다. 승객들은 대기실형 게이트를 통하여 동시에 탑승할 수 있다.
공기 교체가 완료된 후에 대기는 저산소 임계값에 있게 된다. 운반 수단(221)의 도어는 이제 닫히며 객실은 가압이 가능하다. 실내 대기는 이제 자율공기 재생 장치(223)에 의하여 재생 가능하다. 이러한 장치(223)는 이산화탄소를 흡수하여 산소를 생성하는 특수 화학 흡수제(리듐과 포타슘 과산화물의 복합 조성물)을 포함한다. 이 제어 장치는 소요수준(15% 권장)의 산소량을 유지하도록 설정된다.
FirePASS 기술의 주요 이득중의 하나는 하등의 하드웨어 개량을 요하지 않음으로 이러한 성질의 운반 수단에 용이하게 설치 가능한 점이다.
환경은 기내 대기의 질소 함유량을 증가시켜서 변경 가능하다. 공기 제어 장치는 재프로그래밍하여 저산소 임계값에서 또는 그 이하에서 인공대기를 유지할 수 있다. 이러한 저산소 조성물은 화재에 대하여 100% 안전한 건전하고 안전한 환경을 제공한다.
알곤과 크세논등(또는 이의 혼합물)과 같은 기타 불활성 가스도 소화 안정제로서 사용 가능하다. 그러나 저산소 임계값은 각 가스 혼합물에 대하여 약간 다르다.
동일한 화재 예방 조성물은 우주선, 행성간 우주정거장 및 수중/지하 시설을포함하는 모든 기밀 대상물에 대하여 적합하다. 미래에 있어서 대부분의 건물은 16.8%이하의 산소량을 가진 저산소 환경을 조성함으로서 화재 예방가 가능한 인공대기를 포함하게 된다.
도 23은 인공 대기를 가춘 기밀 대상물체를 도시한다. 기상 생명 유지 장치(도시되어 있지 않음)는 자율 공기 재생 장치(231)를 포함하고 있어서 저산소 임계값에서 건강에 좋은 안전한 환경을 유지한다.
재생 블록(232)은 공기 흡입(233) 및 관(234)을 통하여 방출된 공기를 포집한다. 이러한 블록(232)의 장비는 물의 일부를 제거하여 주 생명 유지 장치의 물 재생 블록에 보낸다. 건조된 공기는 블록의 재생 흡수제(232)로 보내지며 여기에서 과도한 이산화탄소가 흡수된다. 또한 적당량의 산소가 첨가됨으로서 기내 대기가 저산소 임계값에서 유지되도록 보장한다. 전산 제어 장치(235)는 공기 공급 장치(237)의 온도, 습도 및 산소/이산화탄소 평형을 유지한다. 노즐(238)은 밀폐 공간을 통하여 또는 각 기밀 격실에 균일하게 분포되어 있다. 보충 산소( 및 필요시 질소)는 컨테이너(239)내에 저장된다. 그러나 질소의 불활성 밸러스트(inert ballast)가 기내 공기로 유입되면 추가 재생의 필요 없이 거기에 잔존하게 된다. 이러한 밸러스트는 전산 제어 장치가 고장난 경우에 추가 안전을 제공하여 자동적으로 초기 설정 이상의 산소량 증가를 방지한다.
동일한 호흡가능한 화재 예방 조성물은 잠수함, 지하 및 수중시설, 우주 및 행성간 우주정거장에서 사용이 가능하다.
이러한 환경에서 한가지 공통점은 다음과 같다: 이것들은 환기나 또는 공기교환을 위하여 외기에 의존할 수 없다. 그러한 환경하에서의 화재는 극히 위험하며 진압하기가 어렵다. 산소는 일반적으로 화학적, 생물학적 또는 전해 수단에 의하여 생성된다. 최신 우주선(또는 우주정거장)에서 산소는 발사 전에 운반체내에 저장되어야 한다.
일정한 저산소 환경(화재 예방 모드)의 유지가 적당치 않으면 당해 장치는 그의 화재 진압 모드로 유지 가능하다. 환경의 크기에 따라서 운반 수단은 여러 개의 화재 진압 영역으로 분활 가능하다. 제한하는 팽창식 공기 커튼, 기밀 도어 또는 해치로 환경의 상이한 섹터를 분리함으로서 가능하다. 화재시에 필요한 양의 저산소 화재 진압제가 한정된 섹터에 유입되는 즉시 저산소 임계값의 저산소 환경을 조성하게 된다.
도 24는 군용 차량의 자율 공기 재생 장치에 FirePASS의 실시를 도시한다. 탱크(241)는 저산소 임계값에서 내부 호흡 가능 대기를 가진 기밀 유지 환경이다. 이러한 장치의 작동 원리는 상기 실시 예(도 23)에서 기술된 것과 동일하다.
공기 재생 장치(242)는 이산화탄소를 흡수하는 화학 흡수제를 사용하며 적당한 양의 산소를 방출한다. 이것은 저산소 임계값(12 내지 13%가 바람직)이하로 운반 수단의 기내 대기를 유지한다. 군인들은 Hypoxico사에서 제작한 Hypoxic Room System(저산소 텐트 시스템)에서 수면함으로서 이러한 환경에 용이하게 적응이 가능하다.
동일한 개념은 군용 항공기, 잠수함과 기타 운반 수단에 적용된다. 군용 운반 수단에 있어 저산소, 소화 조성물을 이용하는 주요한 장점은 그것이 운반 수단이 폭약에 의하여 침투되더라도 병사에게 화재 안전 내부 환경을 제공한다는 데 있다.
FirePASS 기술을 사용하는 저산소 화재 예방 조성물 및 방법은 화재가 어떠한 환경하에서도 발생하지 않는 다는 것을 보장한다.
도 25는 우주정거장(251)의 개요도이며 호흡가능한 저산소 화재 예방 조성물을 그의 영구적인 내부 대기로 사용한다. 공기 재생 장치(252)는 계속 우주정거장의 점유자로부터 방출된 공기를 포집한다. 그것은 이때 저산소 임계값(15%수준권장)에서나 또는 그 이하에서의 산소량을 가진 안전한 화재 예방 공기를 제공한다. 이 장치의 작동 원리는 도 23에 약도로 도시되어 있다.
호흡가능, 화재 예방조성물을 기밀의 사람점유환경하에 실시하는 데 있어서 최대의 이점은 저산소 임계값을 자동적으로 유지하는 그의 능력이다. 유입이 되면 저산소 조성물으로부터의 불활성 질소 가스가 그의 당초 농도로 그러한 인공 대기 상태로 항상 존재하며- 재충전이나 재생을 요하지 않는다. 그것은 점유자가 소비할 수 없거나 공기 재생 장치에 의하여 흡수될 수 없다. 이러한 요소가 자동적으로 일정한 기압에서 유지되는 기밀 인공 대기내에서 저산소 임계값(또는 호흡 범위내의 저산소 수준)을 유지한다.
도 26은 탱커, 화물선, 순양함이나 군용 운반 수단과 같은 선박(121)을 개요적으로 도시한 것이다. 선박은 일부 선실이 자주 표준산소 공기와 환기되어야 함으로 화재 예방 대기로 완벽하게 보호가 불가능하다. 따라서 선박 FirePASS를 이중 모드로 설치해야 한다. Fire PASS(그의 진압 모드로 작동)는 자주 개폐 및/또는 환기되는 실을 보호할 수 있다. 다음은 주어진 영역에서 작동의 적당한 작동 모드의 간단한 목록이다:
- 화재 진압 회로(예, 기계와 상갑판 승무원실)
- 화재 예방 회로(예, 군용 선박의 액체 또는 건조 화물 영역, 무기고, 전 산 센터 및 하드 저장실)
선박 FirePASS는 주위 공기에서 취한 저산소 발생기(262)로 구성되어 화재 예방 회로(263)를 통하여 호흡가능한 화재 예방 조성물을 공급한다. 방출 노즐(264)은 각 화물 또는 군용 하드웨어 격실에 위치한다. 당해 장치는 저산소 임계값이하의 산소 농도를 가지고 공기의 연속적인 공급을 통하여 화재 예방 공기를 유지한다. 과다 공기는 간단한 환기구나 또는 압력 평형 밸브(도시되어 있지 않음)를 통하여 빠져나간다.
선박 FirePASS의 화재 진압 회로는 고압 컨테이너(265), 압축기(266)와 분배관(267)으로 구성되어 있다. 노즐(268)은 각 실과 회로가 커버하는 추가영역에 위치한다.
선박 FirePASS의 작동 원리가 도 27에 약도로 도시되어 있다. 발생기(262)는 주위 공기를 취하여 산소를 추출한 다음 산소 고갈 부분을 화재 예방 회로(271)에 공급한다. 덮여진 영역(272)은 환기공(273)을 통하여 보호 환경(272)을 떠나는 신선한 저산소 공기로 계속 환기된다.
화재 진압 조성물은 저장 컨테이너(265)내에서 압축기(266)에 의하여 고압 하에 유지된다. 화재시에 상기의 전기-폭발 개시체가 방출 밸브(274)를 작동시킨다. 이것은 컨테이너(265)로부터의 저산소 화재 진압 조성물으로 하여금 화재 진압 회로 영역(275)에서 대기를 교체(또는 희석)토록 한다. 따라서 저산소 임계값(10%와 14%범위 내가 바람직)하의 산소량을 가진 호흡가능한 화재 진압 공기가 회로를 통하여 조성된다.
개선된 항공기 화재 진압 장치
본 명세서의 나머지에서 기술하는 항공기 화재 진압 장치(AFSS)는 2-3km에서 가압을 요하는 여하한 항공기상 특히 현재의 여객기의 화재 진압 에 대한 경제적이며 고도의 신뢰성과 실제적인 해결방안을 제시하며 이것은 앞서 도 21에서 도시된 실시예의 개량형을 나타낸다.
도 28은 천정뒤의 상체 돌출부에 설치된 AFSS(항공기화재 진압 장치)가스 저장 컨테이너를 가진 여객기 격실(281)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
일부 항공기 설계는 상체 돌출부에 컨테이너(282)를 설치하기 위한 충분한 공간을 제공하지 못한다. 이러한 경우에 컨테이너(282)는 하체 돌출부나 또는 기체의 어느 곳에 설치할 수 있다. 컨테이너(282)는 임의의 형태와 외관을 가질 수 있으며 - 항공기 표피하의 절연 패널로서 다량으로 설치 가능하다. 기존 항공기의 개조 비용을 줄이기 위하여 항공기 화물 격실에 맞는 표준 항공 화물 컨테이너중의 하나에 설치 가능하다.
컨테이너(282)의 가장 바람직한 실시예는 얇고 경량인 인조 합성 재료로 되어 있는 연질 팽창 가스 저장백(284)내부에 포함하고 있는 가볍고 견고한 플라스틱, 금속 또는 합성 외피(283)로 되어 있다. 정상적인 항공기 운항중에저장백(284)은 팽창되어 있으며 작은 압력 하에 증가된 이산화탄소 량과 저산소(산소 고갈)로 되어 있는 호흡가능한 화재 진압제를 포함하고 있다. 보다 정확한 용어를 사용하면 AFSS 화재 진압제는 산소, 질소와 이산화탄소와 기타 첨가된 대기가스로 된 혼합물로 구성되어 있으며 질소는 일부 또는 완전히 기타 불활성 가스나 가스 혼합물로 대체 가능하다.
화재 진압제가 방출된 후에 압력 격실의 호흡가능한 화재 진압 대기내의 산소량은 16.8%의 저산소 임계값이하에 있어야 하며 그 범위가 14% -16%(기내 가압 수준에 따라) 또는 다음에 설명하는 특수한 경우에는 이보다 더 낮은 것이 바람직하다. 이러한 실내 공기의 이산화탄소 량은 대략 4-5%이어야 한다. 잔여 가스 혼합물(79% - 82%)은 질소와 기타 대기 가스로 구성되어 있다.
도 29는 압력 격실(281)을 통하여 분배된 연기 또는 열 감지기(285)에 직접 연결된 AFSS의 작동 원리이다. 감지기(285)로부터의 신호가 국부 자동 방출 밸브(286)(또는 필요시에 동시에)를 개방하며 또한 주 제어 패널에 전달되고 이것이 자동적으로 AFSS를 작동하는 블로어(blower)(287)를 돌린다. 당해 장치의 신뢰도를 증가시키기 위하여 어떠한 감지기(285)로부터의 신호는 모든 방출 밸브(286)를 개방해야 한다. 그러나 어떤 경우에는 화재나 연기를 최초 감지한 감지기(285)가 밸브(286)중의 국부 밸브 또는 그룹만을 열 수 있다.
방출 밸브(286)의 개방 결과는 저장백(284)으로부터 저산소 화재 진압제를 압력 격실(281)로 신속히 유동시킨다. 동시에 고효율 블로어(287)는 공기 포집 장치(289)를 통하여 격실로부터의 연기로 오염된 공기를 흡입하여 그것을컨테이너(282)내에 가압하여 백(284)을 완전히 수축시켜서 저산소 화재 전량을 백(284)으로부터 도관(288)과 방출 밸브(286)를 거쳐서 격실(281)로 유입시킨다.
대안으로, 격실 공기로부터 연기와 기타 열분해 생성물의 미량을 제거하기 위하여 블로어(287)에 의하여 작동되는 공기 포집 장치(289)가 백(284)이 완전히 축소된 후에도 계속 작동한다. 이러한 경우에 컨테이너(282)내의 압력은 선택적인 릴리프밸브(여기에 도시되어 있지 않음)에 의하여 제어된 일정한 값이 될 때까지 증가하여 과도한 가스 혼합물을 외기로 배출한다.
정상적인 항공기 운전중에 컨테이너(282)는 블로어(287)를 통하여 압력 격실(281)과 통하여 비행중에 그의 압력의 평형화를 허용한다.
저산소제는 동시에 모든 격실 장치에 동시에 방출되어야 바람직하다. 그러나 컨테이너의 크기를 줄이기 위하여 저산소 화재제의 방출은 연기 또는 화재가 감지된 공간으로 제한 할 수 있다. 1초 보다 작은 AFSS의 반응 시간에서, 이것은 국부화재를 진압하기에 보다 충분해야 한다. 필요시에 압력 격실(281)은 도 11, 15 및 16에서 설명한 바와 같은 분활 커튼으로 상이한 구역으로도 분리 가능하다.
방출 노즐(286)은 각기 전기 또는 전기-폭발 개시체를 가진 방출 밸브를 갖고 있다. 정전의 경우에는 수동 조작 또한 가능하며-- 필요시에는 승무원이 가장 가까운 방출 밸브를 당겨 열 수 있다. 적당한 솔레노이드나 버스트 디스크형 밸브, 개시체와 감지기는 다수의 화재 장비 공급 업체로부터 구입 가능하다.
일반적으로 항공기에 설치된 릴리프밸브(290)는 격실(281)내 기압이 저산소소화제 방출중에 안전 한계내에서 유지된다는 보증을 제공한다. AFSS가 개시될 때격실(11)의 환기 장치(복잡하기 때문에 여기에 도시되어 있지 않음)를 차단할 필요가 있다. 환기 장치는 5-10분 후에 다시 돌릴 수 있으며 이러한 시간은 진압 화재원을 감지하고 재점화를 방지하는 데 충분하다.
도 29는 사용개시의 AFSS를 도시하는 한편 도 30은 단부에 접근한 동일한 실시예를 도시하며 이 때 가스 저장백(284)은 거의 수축되어 화재를 소화한다.
AFSS를 간단히 하기 위하여 국부 방출 노즐(286)은 도 31과 32에 도시한 바와 같은 공급관(288)의 상부에 단 한 개의 메인 밸브로 교체할 수 있다.
도 31과 32에 제공된 실시예는 기밀이 안된 컨테이너 내에 설치된 2개의 팽창백(302 및 303) 또는 양 백을 지지하기 위하여 단지 필요한 프레임(304)을 사용하는 것 외에는 동일한 해결방안을 도시한다. AFSS가 사용될 때 블로어(307)는 격실(301)로부터 원래 수축된 백(302)내로 공기를 펌핑한다. 팽창 중에 백(303)은 밸브(311)와 노즐(306)을 통하여 저산소 화재 진압제를 이미 배출하기 시작하는 백(302)에 압력을 가한다. 밸브(311)는 화재/연기 감지기(305)로부터의 신호 또는 승무원에 의해 수동으로 열린다. 팽창백(303)은 장치로부터 모든 가스의 배출을 허용하여 완전히 백(302)을 수축시킨다. 압력 릴리프밸브(310)는 격실(301)내의 소요 압력을 보증한다.
호흡가능한 소화제는 가능한 한 격실내의 완전한 공기 교환을 위하여 충분한 양을 기내에 공급해야 한다. 소화제의 초기 산소량과 백(14)의 저장 압력은 변한다. 이것은 기상의 저장 공간의 유무에 따른다. 어떠한 경우에도 이러한 매개 변수는 소화제가 방출될 때 약 15%의 산소량을 가진 기상 화재 진압 공기를 제공한다.가스 저장 압력은 표준기압으로부터 2-3bar 또는 보다 높게 변화한다.
AFSS가 사용되면 격실의 신선한 공기 공급 장치는 자동적으로 닫혀야 한다. 잔여 비행중에 또한 그것을 사용하지 않는 것이 바람직하다. 보통 전기사고중에 발생하는 화재가 재발할 경우에 소화 공기의 유지를 허용한다. 신선한 공기는 15%와 16%범위의 격실 공기중의 산소량을 유지하기 위하여 정확히 조정된 양을 첨가할 수 있다.
저산소 소화제는 Hypoxico사가 제작한 기상 저산소 발생기에 의하여 비행중에 발생이 가능하며 또는 도 22에 도시된 지상 서비스 차량(222)이 장치를 재 충진가능하다. 이러한 차량은 저산소 발생기와 저장 이산화탄소 실린더를 구비한다. 저산소 발생기의 작동 원리는 본 명세서의 서두와 상기 종전의 특허출원에 상세히 설명이 되어 있다. 차량(222)은 AFSS에 지상 서비스를 제공하며 필요시 장치에 호흡가능한 소화제 조성물을 재충진시킨다. 이러한 조성물은 주위 공기로부터 현지에서 발생된 저산소 공기가스의 혼합물과 혼합물에 첨가된 이산화탄소로 구성되어 있다. 저산소 발생기는 주위 공기로부터 산소 정량을 추출하여 정확한 산소량을 산소 고갈 공기에 제공토록하는 분자체 흡착 기술을 사용한다. 소화 조성물내의 산소 농도는 16%으로부터 1% 또는 더 작게까지 변화하며 항상 방출될 때 기내 공기는 약 15%의 산소(군용 운반 수단에 대하여서는 보다 작을 수 있다)를 포함한다.
2.5km의 기압에서 15%산소량을 가진 저산소 공기는 화재원의 위치를 감지하고 제어하는 데 필요한 시간(최소 15분)이나 항공기가 낮은 고도로 하강하여 기내기압을 증가시켜서 저산소의 균형 효과를 증가시키는 시간동안 일반대중(보충산소없이도)에게는 절대 안전하다.
그러나 저산소 가스 혼합물에 4-5%만의 이산화탄소 첨가는 승객의 건강에 유해한 부작용 없이도 수시간동안 화재 진압 저산소 공기를 보유하도록 한다.
도 33에 제공된 도표는 혈색소는 다음의 2가지 조건하에서 주위로부터의 흡입공기내 산소량이 20.9%로부터 10%로 강하하는 것과 관계가 있어서 혈색소의 산소포화도의 변화를,
a) 주위의 대기 이산화탄소 량 0.035%에서, 및
b)증가된 이산화탄소량 4%에서
설명한다.
이러한 설명은 펜실바니아 메디칼 센터에 의하여 1995 NASA를 위하여 행한 광범위한 연구 결과인 "심한 저산소증에 대한 허용 범위내의 CO2-O2상호작용"에 의하여 확인되었다(Labertsen, C.J.).
곡선 R은 주위 대기 이산화탄소량을 가진 흡입 공기내 10% O2에 노출 중에 98%로부터 약 70%수준까지 동맥 산소 혈색소의 강하를 설명한다.
곡선 S는 4% CO2가 10% O2를 가진 흡입 저산소 가스 혼합물에 첨가될 때 저산소증의 회복된 정상탄산상태(normocapnia)에 대한 생리학적인 반응을 나타낸다. 그것은 명백히 저산소증에 대한 이산화탄소 유도 급성 생리학적 적응을 제시하고 있다.
NASA 연구보고서에 의하면: "...이산화탄소는 뇌혈관을 확장함으로서 뇌혈류와 산소화를 증가시킬 수 있다. 이 증가된 혈(산소)류는 허용할 수 없는 저산소량에 정확하고, 유용하게 적응한다."
"저산소 노출에서 동맥간 이산화탄소 압력 증가는 뇌산소화와 정신능력을 유지할 수 있다."
이 모든 것은 호흡가능한 저산소 소화제에 4-5%의 첨가는 항공기의 기내에 그러한 소화제의 사용은 절대적으로 안전하다는 보증을 제공한다. 더욱이 다수의 연구자들은 수일동안 계속하는 그러한 저산소 탄산상태에 대한 노출은 인체 기관에 하등 해롭지 않다는 점을 확인하고 있다.
도 34는 2.5km고도에서 본 발명의 호흡가능한 저산소 화재 진압 조성물에 대한 노출의 평균 생리학적 반응을 나타내는 도표를 도시하고 있는 데 이러한 압력은 이러한 고도에서 최신 여객기내 가압으로 인한 기내기압과 일치한다.
비행중에 혈색소의 평균 산소 포화도는 약 96%이다. 호흡가능한 저산소 화재 진압 가스 혼합물의 방출에 따른 약 20분 후에 동맥 산소 혈색소 포화는 가스 혼합물이 약 15% O2와 4% CO2포함한다면 도표상의 곡선 Q에 의하여 도시한 바와 같이 평균 93%로 떨어진다. 산소 혈색소 포화의 상당한 강하는 절대로 안전한 해면상의 적당한 운동 중에 관찰 할 수 있다.
AFSS는 필요시에는 간단히 압력 격실의 신선한-공기-흡입 및 환기 장치를 차단함으로서 나머지 비행 시간중에 저산소 화재 억제 환경을 유지하도록 한다. 신선한 공기는 약 16%의 수준으로 기내 산소량을 유지하기 위하여 자동적으로 제한된양을 첨가 가능하다. 그러한 자동 장치는 산소 변환기를 제공함으로서 용이하게 부설 가능하다.
현재 새로운 조성물은 고도에서 가압함으로서 기내기압을 줄일 필요 없이 보다 견고하고 경량인 항공기를 설계할 수 있게 되었다. 그러한 항공기는 비행중에 기내에 표준기압을 제공하고 또한 약간의 내압 증가도 조정할 수 있다. 그러한 항공기내에 AFSS를 적용하면 탑승객에 거의 느끼지 못하는 98%로부터 95%정도로 동맥산소 혈색소의 평균 강하를 유도한다.
본 발명의 저산소 FirePASS, AFSS와 호흡가능한 저산소 소화 조성물은 다음을 포함하지만 이에 국한되지 않는 어떠한 밀폐된 사람 점유 공간(데이터 처리실, 원격 통신스위치, 공정 제어 및 인터넷 서버, 은행/금융 기관, 박물관, 문서보관소, 도서관 및 미술관, 군용 및 해상 시설, 여객기/군용 항공기, 우주선/우주정거장, 지하/수중시설, 선박, 인화/폭발제를 취급하는 시설, 원자력 발전소, 교통 터널 및 운반 수단, 아파트 및 사무실 복합 단지, 병원, 개인 주택과 기타 생활, 작업, 여행, 스포츠, 여흥 및 기타 사람의 활동을 위한 기타 밀폐된 사람 점유 대상물)에 사용가능하다. 인터넷:www.firepass.com에서 제공되어 있다.

Claims (34)

  1. 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 저산소 소화 조성물로서,
    화재 예방 공기로서 영구적인 사용을 위한 18% 보다 작은 산소량을 포함하거나 화재 진압제로서 일시적인 사용을 위하여 16.8% 보다 작은 산소를 포함하는 산소와 질소를 포함하는 가스 혼합물을 포함하는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 저산소 소화 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호흡가능한 화재 예방 공기는, 수증기, 이산화탄소와 호흡을 위하여 허용가능한 양의 기타 대기 가스를 포함하는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 저산소 소화 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화재 진압제는 99% 보다 작은 질소량을 가지는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 저산소 소화 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화재 진압제는 인체내 평형 저산소증에 대한 충분한 이산화탄소 량을포함하여 상기 화재 진압제가 방출되면 10% 내지 16% 범위의 산소량을 가진 호흡가능한 화재 진압 공기와 5%-10%에 이르는 이산화탄소를 제공하는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 저산소 소화 조성물.
  5. 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 화재 예방 공기를 제공하기 위한 시스템으로서,
    그 안에 18% 보다 작은 산소량을 가진 호흡가능 소화 조성물을 포함하는 내부 환경(11, 91, 101, 110, 130, 140, 171, 191, 221, 241, 251, 272)을 가진 밀폐 구조와, 상기 내부 환경과 통하는 입구(12, 131, 172, 192)를 포함하며,
    상기 내부 환경은 상기 조성물로 계속 환기가 되며, 산소 추출 장치(20, 50, 92, 102, 111, 132, 143, 173, 193, 262)에 의하여 새로이 생성 또는 생명 유지 장치(223, 232, 242, 252)에 의하여 재생되는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 화재 예방 공기를 제공하기 위한 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산소 추출 장치(20, 50, 92, 102, 111, 143, 157, 173, 193, 262)는 흡입 가스 혼합물을 흡인하는 입구(21, 51, 93)와 제1 (22, 53) 및 제2 (23, 52, 94, 105, 113, 145, 174, 194, 271) 출구를 가지며, 상기 제1 출구는 흡입 가스 혼합물보다 고산소량을 가진 제1 가스 혼합물을 전달하는 장치이며,
    상기 제2 출구는 흡입 가스 혼합물보다 저산소량을 가진 제2 가스 혼합물을 전달하며,
    상기 제2 출구는 상기 내부 환경과 통하여 상기 제2 혼합물이 상기 내부 환경의 공기와 혼합하도록 상기 제2 혼합물을 상기 내부 환경으로 전달하며,
    상기 제1 출구는 상기 제1 혼합물을 상기 내부 환경에서 상기 공기와 혼합하지 않는 위치에 전달하며,
    상기 내부 환경은 선택적으로 외부 공기와 통하여 과다한 내부 가스 혼합물을 외부 공기로 방출하며,
    상기 흡입 가스 혼합물은 상기 내부 환경 밖의 외부 공기로부터 취해진 주위 공기인, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 화재 예방 공기를 제공하기 위한 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산소 추출 장치는 상기 흡입 가스 혼합물로부터 일부 산소를 추출하기 위하여 분자체 흡착 기술(20)을 사용하는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 화재 예방 공기를 제공하기 위한 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 산소 추출 장치는 상기 흡입 가스 혼합물로부터 일부 산소를 추출하기 위하여 산소 농축 격막(50) 또는 기타 공기 분리 기술을 사용하는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 화재 예방 공기를 제공하기 위한 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 출구는 추가로 상기 내부 환경이 당초에 상기 제2 가스 혼합물을 포함하지 않을 때 가능한 화재를 진압하기 위하여 상기 내부 환경에 방출될 수 있는 상기 제2 가스 혼합물의 충분한 공급을 위하여 고압 저장 컨테이너(97, 104, 112, 153, 265)와 통하는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡가능한 화재 예방 공기를 제공하기 위한 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 생명 유지 장치는 상기 호흡가능한 소화 조성물로부터 과도한 흡기, 이산화탄소, 분진과 인간 활동의 기타 가스 생성물을 제거하는 공기 재생 모듈을 가지며,
    상기 재생 모듈은 계속하여 상기 내부 환경으로부터 상기 호흡가능한 화재 예방 공기를 받아서, 과다한 이산화탄소를 산소로 교체하며 상기 공기의 호흡의 질을 유지하기 위하여 필요한 양의 상기 호흡 가능 소화 조성물을 제공하며,
    상기 호흡가능 공기와 조성물은 또한 상기 재생 모듈에 의하여 영향을 받지 않는 당초 필요한 양만큼 그 안에 유도되는 83% 내지 88% 범위의 질소 또는 기타 불활성 가스의 영속적인 안정저항(ballast)을 포함하며,
    상기 밸러스트는 자동적으로 산소량이 17% 보다 높게 증가하는 것을 방지하는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 화재 예방 공기를 제공하기 위한 시스템.
  11. 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 장치로서,
    내부 환경(91, 101, 110, 140, 151, 201, 211, 275, 281, 301)을 가지고 그 안에 그의 위치 및 목적을 위한 내부 주위 공기를 포함하는 밀폐 구조 및 상기 내부 환경과 통하는 입구와;
    16% 보다 작은 범위내의 산소량을 포함하는 저산소 화재 진압제와 질소를 유지하는 가스 저장 컨테이너(97, 104, 108, 112, 122, 153, 202, 214, 265, 284, 302)이며; 상기 진압제는 이산화탄소와 기타 대기가스를 포함할 수 있으며;
    상기 컨테이너에 유치되거나 또는 컨테이너로부터 방출된 상기 진압제의 양은 진압제가 상기 밀폐 공간으로 방출될 때 10% 내지 16%범위의 산소 농도와 10% 보다 작은 이산화탄소의 선택 량을 가지는 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하도록 산출되는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 컨테이너는 고기압, 바람직하기로는 10 bar 보다 높은 고기압에서의 상기 진압제를 포함하며 화재 및 연기 감지 장치(98, 125, 159, 285, 305)로부터 신호를 받을 때 진압제를 방출하며,
    상기 컨테이너는 상기 신호에 의하여 작동되는 개시체 (initiator)에 의하여 구동되는 방출 밸브(107, 123, 274, 286, 311)를 가지며,
    상기 컨테이너는 직접 연결 또는 선택적인 가스분배관(94, 105, 109, 113, 145, 152, 174, 194, 203, 212, 267, 288, 308)을 통하여 연결된 가스방출노즐(95, 106, 114, 146, 154, 175, 195, 204, 213, 268, 306)을 가지며,
    상기 노즐은 진압제 방출에 의한 소음 수준을 줄이기 위하여 선택적 소음장치를 가지는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨테이너(97, 104, 112, 153, 265)는 산소 추출 장치(92, 102, 111, 157, 262)와 조합 설치되어 상기 가스 진압제를 그로부터 받으며, 진압제는 상기 장치 및/또는 고압 압축기(103, 158, 266)에 의하여 선택된 기압 하에 계속 유지되는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨테이너는 화재시에 상기 가스제의 방출을 개시하도록 하는 개별 화재 및 연기 감지 장치를 가지는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 환경을 가진 상기 밀폐 구조는 다음에 국한되지 않는 것으로 구성되는 그룹 중에서 선택된 한 영역으로: 데이터 처리 및 공정 제어 장비, 원격 스위치와 인터넷서버가 수용되어 있는 실(room)이나 밀폐된 공간, 은행 및 금융기관, 박물관, 문서 보관소, 도서관 및 미술관, 점유용 및 사무실 건물, 군용 및 해양시설, 항공기, 우주선 및 우주정거장, 선박 및 화물선, 인화 및 폭발 물질을 다루는 산업 제조 및 저장 시설 및 사람이 점유한 환경에 화재 안전을 요하는 기타 산업 및 비산업 시설 및 기타 대상물인, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 시스템.
  16. 교통 및 통신터널, 산업 및 비산업 건물과 구조물을 위한 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템으로,
    출입구와 내부 공간의 선택부분(A, B, C, D)을 형성하는 다중 격간(115, 155)을 가진 벽 구조에 의하여 제한된 내부 공간(110, 151)으로서, 상기 격간이 닫히면, 세그먼트가 서로간에 및 외부와 유리되도록 화재시에 선택적으로 닫힐 수 있는 것과;
    흡입 및 제1 및 제2 출구를 가지며, 상기 장치는 상기 흡입구를 통하여 주위 공기를 흡인하고 감소된 산소 가스 혼합물을 방출하며, 상기 제1 및 출구를 통하여 주위 공기보다 저산소 농도를 가지며 농축된 산소 가스 혼합물은 상기 제2 출구를 통하여 주위 공기보다 큰 농도의 산소를 가지는 산소 추출 장치(20, 50, 111, 157)와,
    수납 도관과 분배관(113, 152)을 가지며 주위 기압보다 높은 압력 하에 상기 감소된 산소 가스 혼합물을 포함하며 상기 수납 도관은 상기 제1 출구와 연동되며 그로부터 중간 압축후에 상기 감소된 산소 가스 혼합물을 수납하는 가스 저장 컨테이너(112,153)를 구비하며,
    상기 분배 도관은 감소된 산소 가스 혼합물이 화재시에 상기 컨테이너로부터 상기 내부 공간내 한 개 또는 다중 세그먼트로 방출되도록 상기 내부 공간과 통하며,
    상기 제2 출구는 외기와 통하여 상기 농축 산소 혼합물을 외부 환경으로 방출하며,
    상기 감소된 산소 가스 혼합물은 16% 보다 작은 산소 농도를 가지며,
    상기 감산소 가스 혼합물은 화재시에 상기 내부 공간의 선택된 세그먼트로 방출되어 12%내지 16% 범위의 산소량을 가진 호흡 가능한 화재 진압 조성물을 제공하며,
    상기 조성물은 외부 대기압과 상기 내부 공간내 공기압을 같게 하는 데 필요한 양만큼 상기 내부 공간으로부터 방출하는, 교통 및 통신터널, 산업 및 비산업 건물과 구조물을 위한 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 다중 격간은 내부 공간을 통하여 천장 밑에 설치된 커튼홀더(116, 156)에서 보통 수축 및 절첩되어 있는 팽창 드롭 커튼이며,
    상기 드롭 커튼은 팽창되면 팽창 플랩(inflatable flaps)형태의 투명, 연질합성 재료로 되어 있으며, 이 커튼은 선택된 세그먼트로의 통풍 또는 여하한 실제적 공기 이동에 대하여도 충분한 장애물을 제공하며,
    상기 커튼은 화재 감지 장치로부터의 신호에 의하여 개시되는 불꽃 장치 또는 컨테이너로부터의 가스에 의하여 팽창되는, 교통 및 통신터널, 산업 및 비산업 건물과 구조물을 위한 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 내부 공간은 방, 주택 및 건물, 교통터널 및 차량, 지하 및 수중시설, 선박, 항공기, 군용시설 및 차량, 원자력발전소와 기타 사람이 점유하고 있는 대상물을 포함하는 그룹 중에서 선택된, 교통 및 통신터널, 산업 및 비산업 건물과 구조물을 위한 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  19. 교통, 통신터널, 산업용, 비산업용 건물과 구조물에 일정한 호흡 가능한 화재 예방 저산소 공기를 제공하기 위한 자동 시스템으로서,
    출입구 및 밀폐 공간을 형성하는 벽구조를 포함하는 밀폐 공간(91, 101, 130, 171, 191, 272)으로서, 상기 출입구는 닫히면 밀폐 공간이 실제로 외부환경과 격리되도록 선택적으로 닫히는 도어(131,148,172,192)를 가지는 것과;
    흡입 및 제1 및 제2 출구를 가진 가스 처리 장치(20, 50, 92, 102, 132, 143, 173, 193, 262)이며;
    상기 장치는 상기 흡입구를 통하여 주위 공기를 흡입하며 주위 공기보다 저산소 농도를 가진 감산소 가스 혼합물을 상기 제1 출구를 통하여 방출하고 주위 공기보다 고농도 산소를 가진 농축 산소 가스 혼합물을 상기 제2 출구를 통하여 방출하며,
    상기 제1 출구는 감소된 산소 가스 혼합물이 상기 밀폐 공간으로 전달되도록 밀폐 공간에 다중 방출 노즐(95, 106, 146, 175, 195, 264)을 가진 가스 분배관(94, 105, 145, 174, 194, 263, 271)과 통하며,
    상기 감소된 산소 가스 혼합물은 17% 보다 아래 및 12% 보다 높은 산소량을 가지며,
    상기 가스 처리 장치는 외부 공기로부터 흡입(21, 51)을 통하여 주위 공기를 수납하는 공기 펌프(24)를 포함하며, 산소 추출 모듈(20, 50)은 펌프로부터 압축 공기를 수납하며, 상기 산소 추출 모듈은 감소된 산소 혼합 도관(23, 52) 및 농축산소 혼합 도관(22, 53)을 가지며,
    상기 제1 출구는 상기 감소된 산소 혼합 도관과 연동이 되어 상기 감소된 산소 가스 혼합물을 그로부터 수납하며, 상기 제2 출구는 상기 농축 산소 혼합 도관과 연동되어 그로부터 상기 농축산소 가스 혼합물을 수납하여 상기 혼합물을 외부환경으로 방출하며,
    상기 감소된 산소 가스 혼합물은 외부 기압과 상기 공간내의 공기압과 일치하는 데 필요한 양만큼 상기 밀폐 공간으로부터 방출되는, 교통, 통신터널, 산업용, 비산업용 건물과 구조물에 일정한 호흡 가능한 화재 예방 저산소 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 밀폐 공간은 전산실, 주택 및 건물, 교통 및 통신터널, 원자력발전소, 지하 및 수중시설, 선박 및 기타 밀폐되지 않은 사람이 점유하고 있는 대상물을 포함한 그룹에서 선택되는, 교통, 통신터널, 산업용, 비산업용 건물과 구조물에 일정한 호흡 가능한 화재 예방 저산소 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  21. 사람이 점유하고 있는 환경에 호흡 가능한 소화 조성물을 제공하기 위한 장치로서,
    흡입구(21, 51)와 제1 (23, 52) 및 제2 출구(22, 53)를 가진 압축기(24)와 공기 분리 장치(20 ,50)이며;
    상기 장치는 상기 흡입을 통하여 상기 압축기에 의하여 공급된 압축 공기를 흡입하며 상기 제1 출구를 통하여 상기 가스 혼합물의 저농도 산소를 가진 감산소 가스 혼합물을 방출하고, 상기 가스 혼합물보다 고농도 산소를 가진 농축산소 가스 혼합물을 상기 제2 출구를 통하여 방출하며,
    상기 흡입구는 분배 밸브(27, 47)에 연결되어 가압하에 질소와 수증기를 흡수하는 분자체 물질로 충진된 개별 분리 컨테이너(29)와 각기 통하는다중입구(28,48)에 압축 공기 분배를 제공하고, 농축산소 가스 혼합물을 상기 제2 출구와 통하여 모든 상기 분리 컨테이너와 연동되어 상기 농축 산소 가스 혼합물을 수납하는 가스 포집 탱크(31)로 유입토록 하며,
    각 상기 분리 컨테이너는 가압되고 정기적으로 감압되며, 각 감압 사이클 중에 공급된 상기 감산소 가스 혼합물을 상기 제1 출구로 방출하는, 사람이 점유하고 있는 환경에 호흡 가능한 소화 조성물을 제공하기 위한 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    방출 밸브(32)를 가진 상기 제2 출구는 증가된 공기압으로 상기 가스 포집 탱크(31)에 수집된 상기 농축산소 가스 혼합물을 유지토록 하며, 상기 분리 컨테이너중의 어느 것이 감압될 때 상기 농축산소 가스 혼합물의 일부가 상기 탱크로부터 잔여 질소와 물로부터 상기 분자체 물질을 정화하는 상기 컨테이너로 재 방출되며,
    상기 분배 밸브(27, 47)는 전기, 기계, 둘 다 선형 및 회전형인 공기조정 및 솔레노이드밸브로 구성된 그룹 중에서 선택된 공기 분배 장치이며, 압력, 기계 스프링, 모터와 타이머로 조정되는 액추에이터를 구비하고 있으며,
    상기 분배 밸브는 상기 다중 분리 컨테이너(29) 및 상기 제1 출구와 선택적으로 통하는 매니폴드(28, 48)에 설치되어 있으며, 선택적으로 상기 컨테이너내 압축 공기의 주기적 접근 및 그로부터의 상기 감산소 가스 혼합물의 유출을 허용하는, 사람이 점유하고 있는 환경에 호흡 가능한 소화 조성물을 제공하기 위한 장치.
  23. 사람이 점유하고 있는 밀폐된 대상물에서 호흡 가능한 화재 예방 조성물이 자동적으로 유지되도록 하기 위한 시스템으로서,
    산소와 질소를 포함하는 상기 조성물을 상기 밀폐 대상물(221, 241, 251)에 초기 유입이며;
    상기 유입은 직접 또는 중간 가스저장 컨테이너를 거쳐 산소 추출 장치(222)에 의하여 제공되며, 이래서 상기 조성물이 완전히 상기 대상물 내부의 공기를 교체하고 내부 공기가 생성될 때 그 대상물은 기밀이 유지되며 또한 공기 재생은 기상 생명 유지 장치(223, 232, 242, 252)에 의하여 제공되며,
    상기 조성물과 내부 공기는 불활성 가스 밸러스트를 포함하여, 산소량이 16.8% 보다 높게 증가할 수 없도록 하며,
    상기 밸러스트는 불활성 가스로 83.2% 및 88% 범위에서 상기 내부 공기중에 항상 존재하는 질소가 바람직하며,
    상기 조성물과 내부 공기는 12% 내지 16.8% 범위의 산소 농도를 가지며,
    상기 생명 유지 장치는 기내의 일정 기압을 유지하며 산소, 이산화탄소와 습도의 소요 수준을 제공하되 여하한 방법으로도 불활성 밸러스트에 영향을 주지 않음으로서 상기 내부 공기를 재생하는, 사람이 타고 있는 밀폐된 대상물에서 호흡 가능한 화재 예방 조성물이 자동적으로 유지되도록 하기 위한 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 밀폐 대상물은, 항공기, 우주정거장 또는 우주선, 잠수함, 군용차량 및시설, 수중 또는 지하시설 및 생활, 작업, 운송을 위한 기타 격리된 사람이 점유하고 있는 대상물을 형성하는 그룹으로부터 선택되는, 사람이 타고 있는 밀폐된 대상물에서 호흡 가능한 화재 예방 조성물이 자동적으로 유지되도록 하기 위한 시스템.
  25. 항공기내에 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템으로서,
    항공기내부 또는 압축 격실(211, 281, 301)이며;
    상기 압축격실은 입구와 저산소 화재 진압제의 저장 및 방출 시스템을 가진 벽체에 의하여 외기로부터 실제로 격리되어 있으며, 상기 저장 및 방출 시스템은 가압하의 상기 소화제를 포함하고 방출 밸브(286, 311)와 가스 방출 노즐(213, 286, 306)에 의하여 제한을 받는 가스 분배관(212, 288, 308)을 통하여 항공기 내부와 통하는 저장 컨테이너(214,284,302)를 가지며,
    상기 화재 진압제는 16% 보다 작은 산소 농도와 5% 보다 높은 이산화탄소를 가진 산소, 질소 및 이산화탄소의 혼합물이며, 상기 혼합물은 기타 대기 가스를 포함할 수 있으며,
    상기 화재 진압제는 화재시에 상기 실내에 방출되어 12% 내지 16% 범위의 산소량과 4% 내지 5%정도의 이산화탄소를 가진 상기 호흡 가능한 화재 진압 공기를 제공하며, 그로 인하여 항공기 신선 공기공급장치가 자동적으로 차단되며;
    방출 밸브(들)를 개방하고 항공기환기장치를 폐쇄함으로서 당해 장치를 시동하는 기내화재 및 연기 감지 장치(285,305)를 구비한, 항공기내에 호흡가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 저장 및 방출 시스템은 소요 압력까지 상기 소화제와 함께 팽창되고 공기펌프 수단(287)을 통하여 항공기 실내와 통하는 기밀이 유지된 견고한 컨테이너(282)내에 위치한 연질 저장 컨테이너(284)를 가지며,
    기내 화재 감지 장치(285)로부터의 신호는 방출 밸브(들)(286)를 열어, 공기펌프 수단이 기내로부터 연기로 오염된 공기를 상기 견고한 컨테이너로 펌핑을 개시하는 동안에 저장 컨테이너로부터 화재 진압제를 기내로 방출하며, 이러한 방법은 저장 컨테이너 외부로 정압(positive pressure)을 발생시켜서 소화제 전량을 그의 밖으로 밀어내며,
    상기 화재 진압 공기의 과도 량은 필요시에 압력 릴리프밸브(290)를 통하여 외부로 방출되는, 항공기내에 호흡가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 저장 및 방출 시스템은 소요 압력까지 상기 소화제와 함께 팽창되며, 수축되어 상기 공기 펌핑 수단(307)을 통하여 기내(301)와 통하는 추가 연질 컨테이너(303)내부에 가지고 있는 기밀이 되어 있지 않은 견고한 컨테이너(304) 내에위치한 연질 저장 컨테이너(302)를 가지며,
    연기 또는 화재가 감지될 때 방출 밸브(들)(311)가 열려서 저장 컨테이너(302)로부터 화재 진압제를 기내로 방출하며, 공기 펌핑 수단(307)은 오염된 공기를 기내로부터 팽창되는 동안에 저장 컨테이너(302)에 정압을 가하는 상기 추가 수축 컨테이너(303)로 펌핑하기 시작하여 소화제 전량을 컨테이너로부터 밀어내며,
    상기 화재 진압 공기의 과도 량은 필요시에 압력 릴리프밸브(310)를 통하여 외부로 방출되는, 항공기내에 호흡가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  28. 제 1 항 내지 제27항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장 및 방출 시스템은 상기 소화제가 충전된 고압 저장 컨테이너(214)를 가지고 화재 및 연기 감지 장치로부터의 신호에 의하여 구동되는 개시체에 의하여 개방이 가능한 방출 밸브(들)에 의하여 제한을 받는 가스 분배관(212)을 통하여 항공기내(211)와 통하며,
    연기 또는 화재가 감지될 때 개시체는 방출 밸브(들)를 열어서 화재 진압제를 항공기내로 방출하며,
    상기 화재 진압 공기의 과도한 양은 압력 릴리프밸브(215)에 의하여 외기로 방출되는, 항공기내에 호흡가능한 화재 진압 공기를 제공하기 위한 자동 시스템.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항중 어느 한 항을 따른 호흡가능한 소화 공기, 조성물 및 화재 진압제로서,
    질소는 기타 불활성 가스 또는 불활성특성을 가진 가스 혼합물에 의하여 일부 또는 전부의 교체가 가능한, 호흡가능한 소화 공기, 조성물 및 화재 진압제.
  30. 제 1 항 내지 제29항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호흡가능한 화재 예방 공기는 상기 사람이 점유한 공간내의 온도와 습도를 조정하기 위하여 분리형 공조기(14)에 의하여 재생되는, 사람이 점유하고 있는 밀폐된 대상물에서 호흡가능한 화재 예방 조성물이 자동적으로 유지되도록 하기 위한 시스템.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호흡가능한 소화 공기는 모든 사람이 점유하고 있는 밀폐 공간, 즉, 항공기, 우주정거장 또는 우주선, 수중 또는 지하시설 및 운반 수단, 교통터널 및 생활, 작업, 여행, 스포츠, 여흥 및 기타 사람활동을 위한 기타 격리된 사람이 점유하는 대상물내의 화재 예방 및 화재 진압 용으로 사용되는, 밀폐된 사람이 점유하고 있는 공간에서 호흡 가능한 소화공기를 제공하기 위한 시스템.
  32. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항을 따른 저산소 소화 조성물이 밀폐된 사람이 점유한 공간내로 유입되는, 밀폐된 사람이 점유한 공간에 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    사람이 점유한 공간내의 공기는 12% 보다 높은 산소량과 88% 보다 작은 질소량을 가진 정상 호흡가능한 화재 예방 공기를 생성하는 상기 가스 혼합물에 의하여 완전히 또는 일부 교체되며,
    상기 조성물은 공기의 호흡 질을 유지하기 위하여 상기 사람점유공간의 환기를 위하여 충분한 양이 계속 공급되는, 밀폐된 사람이 점유한 공간에 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 화재 진압제는 99% 보다 작은 질소량을 가지며 정확한 양과 체적은 소화제가 방출될 때 상기 밀폐된 사람이 점유한 공간내의 내부 공기와 혼합하여 10%내지 16%범위 또는 필요시 그 보다 작은 산소량을 가진 호흡가능한 화재 진압 공기를 제공하는, 밀폐된 사람이 점유한 공간에 호흡가능한 소화 공기를 제공하기 위한 방법.
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