KR200334297Y1 - 터널의 수벽차단 소화시스템 - Google Patents

터널의 수벽차단 소화시스템 Download PDF

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KR200334297Y1
KR200334297Y1 KR20-2003-0027553U KR20030027553U KR200334297Y1 KR 200334297 Y1 KR200334297 Y1 KR 200334297Y1 KR 20030027553 U KR20030027553 U KR 20030027553U KR 200334297 Y1 KR200334297 Y1 KR 200334297Y1
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KR20-2003-0027553U
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박형주
이화종
김동현
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주식회사 파라다이스산업
학교법인 경원학원
한국철도기술연구원
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    • A62C3/0221Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for area conflagrations, e.g. forest fires, subterranean fires for tunnels

Abstract

터널의 수벽차단 소화시스템이 개시된다. 개시된 터널의 수벽차단 소화시스템은 터널의 천정에 설치되어 소화제를 공급하는 주 배관과, 주배관으로부터 분기하는 가지배관에 소정간격으로 설치되는 것으로 터널의 길이방향으로 화재발화점의 양 인근지점을 차단시키는 수벽을 형성시켜, 화재로 인하여 발생되는 열 및 연기가 터널 내로 확산되는 것을 방지하는 복수개의 제 1소화부와, 제 1소화부 사이에 설치되어 화재발화점에 직접 소화제를 분무 시켜 소화시키는 복수개의 제 2소화부를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 발화점을 소화제를 이용하여 주위와 차단시켜 열, 연기 및 유독가스 등을 축적시킨 후 화원에 직접 소화제를 다량 분사시켜 소화함으로써 화재로 인한 열, 연기 및 유독가스가 터널 내로 확산되는 것을 조기에 방지함으로써 터널 내 피난자에게 피난통로를 확보하여 인명피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

터널의 수벽차단 소화시스템{fire extinguishing system of the tunnel using water wall intercept}
본 고안은 터널의 수벽차단 소화시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발화점의 양옆으로 소정공간을 물을 이용하여 수벽을 형성시켜 화재로 인하여 발생되는 열, 연기 및 유독성 가스의 확산을 막아 수벽에 의하여 형성되는 소정공간 내에 축적시킨 상태에서 화재를 진압할 수 있는 터널 수벽차단 소화시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 화재발생 시 이를 진압하거나 소화하기 위하여 소화전, 스프링쿨러, 소화기 등과 같이 다양한 소화설비가 보급되거나 설치되어 있다. 또한, 이 같은 다양한 소화설비 들은 소방수를 사용하는 소화설비와 가스를 사용하는 소화설비로 구분될 수 있다.
이 중에서 소방수를 사용하는 소화설비는 소화전 및 소방대의 각종장치를 비롯하여 자동화재탐지장치와 연동되어 분무형태로 물을 방출하는 스프링쿨러, 스프레이설비, 미 분무수 설비 등이 있다.
또한, 이와 같이 소방수를 이용하는 소방설비는 미리 정해진 모양, 입자크기, 속도 등을 갖는 노즐 또는 스프레이 등을 갖추고 있어, 그 소방수가 다양한 형태로 분사될 수 있다.
한편, 터널과 같은 좁고 긴 통로로 이루어진 곳은 그 특성상, 화재발생시 조기에 화재를 진압하지 못하면 큰 인명피해를 발생시킬 수 있기 때문에, 그 어느 곳보다도 화재를 감지하고 소화할 수 있는 시스템이 잘 갖추어져 있어야 한다.
터널 등에 사용되는 종래의 소화시스템은 화재가 감지된 일부 구간에만 물 분무노즐이 작동되는 소화기능만 갖고 있거나, 터널의 천정에 대형 환기팬을 설치하여 화재로 발생되는 연기와 열을 외부로 배출시키는 설비가 설치되어 있다.
하지만, 이러한 종래의 소화장비들은 화재가 감지된 일부구간에만 물을 분사하기 때문에, 화재가 급속도로 번져 가는 경우에 효과적으로 대처할 수 없으며, 화재 시 발생되는 연기와 열이 터널의 천정에 설치된 대형 팬에 의하여 긴 터널 밖으로 효과적으로 배출되지 못함으로 인하여 연기에 의하여 피난 전 구간에서 시야를 막고, 유독가스에 의하여 질식사를 유발하게 된다.
특히, 화재 시 발생되는 열이 발화점을 중심으로 양옆으로 확산되면서 화재 열 감지기가 조기에 작동되지 못함으로 인하여 화재진화를 어렵게 하거나, 피난구간의 온도를 상승시킴으로 인하여 대피에 지장을 초래하는 문제점이 있다.
본 고안은 상기 문제점을 극복하기 위한 것으로, 터널 내에서 발생된 발화점의 양옆을 소화제를 이용하여 막을 형성시켜 화재가 발화점을 기준으로 양옆으로 확산되는 것을 방지함과 아울러 화재를 신속하게 진압할 수 있는 수벽차단 소화시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 터널의 수벽차단 소화시스템의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템이 터널에 설치된 상태를 나타내는 평면도,
도 3은 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템의 동작을 도시한 도면,
도 4는 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템에서 개방형 노즐에 의한 소화제를 이용하여 수벽 형성의 동작을 보여주는 도면,
도 5는 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템에서 속동형 스프링쿨러에 의한 화재 억제 및 진압동작을 보여주는 도면,
도 6은 본 고안의 바람직한 제 2실시예에 따른 터널의 수벽차단 소화시스템의 구성을 도시한 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 수벽차단 소화시스템이 터널에 설치된 평면도,
도 8은 도 6에 도시된 터널의 수벽차단 소화시스템에서 개방형 노즐에 의한 소화제를 이용하여 수벽 형성의 동작을 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...터널 20,90...주배관
30...연결부 40,91,92...가지배관
41...제1가지배관 42...제2가지배관
43...제3가지배관 50...제1소화부
51...수벽 52...공간
60...제2소화부 70...감지부
80...콘트롤러
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안인 터널의 수벽차단 소화시스템은 터널의 천정에 설치되어 소화제를 공급하는 주 배관과, 상기 주배관에 소정간격으로 설치되는 것으로, 터널의 길이방향으로 화재발화점의 양 인근지점을 차단시키는 수벽을 형성시켜, 화재로 인하여 발생되는 열 및 연기가 터널 내로 확산되는 것을 방지하는 복수개의 제 1소화부와, 상기 제 1소화부 사이에 설치되어 화재발화점에 직접 소화제를 분무 시켜 소화시키는 복수개의 제 2소화부를 포함한다.
본 고안에 따르면, 상기 제 1소화부는 개방형 노즐로 이루어져 있으며, 상기 제2소화부는 속동형 폐쇄형 스프링쿨러로 이루어져 있다.
본 고안에 따르면, 상기 소화제는 물이다.
본 고안에 따르면, 상기 주배관에는 화재의 발생위치를 감지할 수 있는 감지부가 더 설치되어 있으며, 상기 감지부로부터 화재발생신호를 수신하거나 카메라등의 육안관찰에 의해 화재발화점의 양 인근지점으로 가장 근접하게 설치되어 있는 상기 제1소화부를 작동시키기 위해 상기 제1소화부를 제어하기 위한 콘트롤러를 더포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안의 바람직한 제1실시 예에 따른 터널의 수벽차단 소화시스템의 구성을 도시한 사시도, 도 2는 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템이 터널에 설치된 상태를 나타내는 평면도, 도 3은 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템의 동작을 도시한 도면, 도 4는 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템에서 개방형 노즐에 의한 소화제를 이용하여 수벽형성의 동작을 보여주는 도면, 도 5는 도 1에 도시 된 수벽차단 소화시스템에서 속동형 스프링쿨러에 의한 화재 억제 및 진압동작을 보여주는 도면.
도 1을 참조하면, 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 터널의 수벽차단 소화시스템에서 터널(10)의 천정에는 주배관(20)이 터널의 길이방향으로 설치되어 있으며, 상기 주배관(20)에는 소정간격으로 복수개의 가지배관(40)이 상기 주배관(20)에 대하여 직각방향으로 소정간격을 두고 배치되어 있다.
상기 주배관(20)과 가지배관(40)은 연결부(30)에 의하여 연결되어 있다. 상기 가지배관(40)은 상기 주배관(20)에 등 간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 가지배관(40)의 양 끝단은 하방으로 연장되어 있다.
임의의 제 1가지배관(41)의 양 끝 단에는 제 1소화부(50)가 각각 설치되어 있으며, 상기 제 1가지배관(41)으로부터 소정간격을 두고 설치되어 있는 제 2가지배관(42)의 양 끝 단에도 상기 제1소화부(50)가 각각 설치되어 있다.
상기 제1가지배관(41)과 제2가지배관(42)의 사이에 소정간격을 두고 배치되는 복수개의 제3가지배관(43)의 양 끝 단에는 제 2소화부(60)가 각각 설치되어 있다.
도 6은 본 고안의 바람직한 제2실시예에 따른 터널의 수벽차단 소화시스템의 구성을 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 수벽차단 소화시스템이 터널에 설치된 평면도, 도 8은 도 6에 도시된 터널의 수벽차단 소화시스템에서 개방형 노즐에 의한 소화제를 이용하여 수벽형성의 동작을 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시된 제2실시예의 기본적인 구성은 도 1 및 도 4에 도시된 제1실시예와 유사하며, 다만, 주배관(90)으로부터 복수개의 가지배관(91)(92)을 분기시켜서 터널의 길이방향으로 서로 나란하게 설치하고, 이에 소정간격으로 상기 제1소화부(50) 및 제2소화부(60)를 각각 설치하였다. 이렇게 함으로써, 상기 주배관(90)과 복수개의 가지배관(91)(92)의 설치가 용이한 이점이 있다.
상기 제1소화부(50)의 배치간격은 화재로 인한 연기 및 열 발생량과 터널공간의 크기를 고려하여 피난조건에 맞추어 결정될 수 있으며, 상기 제 2소화부(60)의 배치간격은 화원의 크기 및 소화범위 등 조건에 따라 결정될 수 있다.
상기 제1소화부(50)는 개방형 노즐로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 제2소화부(60)는 속동형 폐쇄형 스프링쿨러로 이루어지는 바람직하다.
상기 개방형 노즐은 화재발생신호에 따라 공급되는 소화제를 사방으로 신속하게 분산시킴으로써 화재발생위치(발화점(F))(도 5참조)를 다른 주위와 차단시키는 수벽을 형성한다. 따라서, 발화점(F)은 상기 개방형 노즐에 의하여 형성되는 수벽에 의하여 다른 주위와 차단되어 밀폐된다. 따라서, 상기 제1소화부(50)는 수벽을 형성할 수 있도록 소화제를 분무형태로 분사시키는 것이 바람직하다.
상기 개방형 노즐은 일반적인 형태의 것을 사용하며, 복수개의 개방형 노즐을 상 방과 하 방으로 배치하여 이를 통하여 방출되는 소화수가 사방으로 퍼져 나가도록 하여 터널 내에 수 막을 형성시키는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제 1소화부(50)는 수 막을 형성시킬 수 있도록 다양한 변형 예가 가능하다.
상기 속동형 폐쇄형 스프링쿨러는 화재발생으로부터 발생되는 열을 감지하여 일정온도 이상이 되면 작동하여 소화제를 공급하여 화재를 소화시키는 장치로, 상기 개방형 노즐이 작동되어 발화점(F)의 양옆으로 수막이 형성된 후에 수막에 의하여 형성되는 소정공간 내의 열에 의하여 작동되어 발화점(F)에 소화제를 직접 분사 시켜 화재를 소화한다.
따라서, 상기 제2소화부(60)는 화원을 애워싸서 공기를 차단하고 열을 식일 수 있도록 소화제를 분사시키는 것이 바람직하다.
상기 제1소화부(50)와 제2소화부(60)에 사용되는 소화제는 다양한 종류가 사용될 수 있으나, 본 고안의 실시 예에서는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 소화시스템에는 소정간격을 두고 복수개의 감지부(70)가 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 화재발생 시 수동으로 작동할 수 있도록 복수개의 수동경보기를 설치할 수도 있다.
그리고, 상기 감지부(70)로부터 감지된 화재신호를 받아 화재발생위치(발화점,F)로부터 가장 근접하게 설치되어 있는 상기 제1소화부(50)를 작동시켜 막을 형성하도록 상기 제1소화부(50)를 제어하는 콘트롤러(80)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 터널 내에는 폐쇄회로티브(CCTV) 또는 카메라 등을 설치하여 육안으로 화재발생여부를 관찰할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 터널의 수벽차단 소화시스템의 동작을 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 상기 감지부(70)로부터 화재발생신호를 수신한 상기 콘트롤러(80)는 상기 화재발생신호를 보낸 상기 감지부(70)의 양 쪽에 가장 근접하게 설치되어 있는 상기 제1소화부(50)에 신호를 보내 상기 제1소화부(50)를 동작시킨다.
그러면, 상기 제1소화부(50)는 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이 소화제를 분무형태로 사방으로 분사시켜, 수막(51)을 형성시킨다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이 화재로 인하여 발생되는 연기와 열은 상기 제1소화부(50)에 형성되는 상기 수막(51)에 의하여 차단되어 상기 수막(51)에 의하여 형성되는 소정공간(52)에 갇히게 되어 터널(10) 내로 확산되는 것이 방지된다.
그 후에, 상기 공간(52)내의 온도가 상승함에 따라 상기 제2소화부(60)가 열을 감지하여 자동 개방되어 소화제를 화재발생위치(발화점,F)에 직접 분사시킴으로써 소화한다.
상기 제2소화부(60)는 복수개가 설치되어 있으며, 상기 공간(52)내의 온도편차가 존재할 수 있지만 시간차를 고려하더라도 모두가 소화제를 분사시킴으로써 화재발생위치(발화점,F)에 대하여 소화제를 대량으로 살포함으로써 화재를 진압할 수있다.
상기와 같은 본 고안에 따른 터널의 수벽차단 소화시스템에서 화재로 인하여 발생되는 열, 연기의 수벽에 의한 차단효과를 증명하기 위하여 도 9에 도시된 같은 실험을 하였다.
도 9는 실험장치를 나타내는 측면도이다. 도 9를 참조하면, 실험터널은 높이 5m, 길이 21m이며, 실험터널의 내부의 천정에는 입구쪽에서 5m 거리에 유효춤 0.9m 의 제연스크린이 설치되어 화열이 직접 물분무 시스템에 도달하여 분무되지 않도록 하고, 출구 쪽의 장비 방입구 전면 또한 동일한 크기의 제연스크린을 설치하여 화열과 연기가 외부로 나가는 것을 방지하도록 한다. 터널의 중앙부에는 물 공급이 가능한 주배관을 천정 상부에 고정시켜 0.5m 간격으로 가지배관이 연결되도록 하였으며, 가지배관의 끝 단부에는 물 분무노즐의 부착이 가능하도록 하였다.
노즐은 상, 하 원뿔형 몸체에 상 하단으로 분사방향을 가진 노즐을 각각 4개씩 삽입하여 상, 하 양방향의 분무수를 형성하도록 한다. 열감지기에 의해 68℃에 조절밸브가 작동하여 개방형 물분무노즐이 4㎏/㎥의 압력으로 물공급하며, 압력 4㎏/㎥일 경우에 유량은 노즐 1개당 50ℓ로 산정하였다.
실험터널내부에서의 온도변화를 측정하기 위하여 0.32mm 두께의 T-type(구리 -콘스탄탄, 측정범위;-270~400℃)를 화원의 가까운 위치에 설치하였고, K-type 열전대를 화원과 비교적 먼 위치에 설치하였다.
또한, 실험터널 내부의 유속을 측정하기 위해, 프로펠러의 가동으로 유속의변화를 감지하고 온도센서를 통한 환기구로 나오는 연기의 온도를 동시에 기록할 수 있는 포터블 유속측정계(0 ~ ±200㎝/sec)를 사용하였다.
일산화탄소(CO)의 수벽통과량을 측정하기 위해 수벽이 형성되는 지점의 전, 후에 포집기를 설치하여 비분산 정필터형 적외선 가스 분석법을 사용하여 일산화탄소(CO)의 농도를 수벽 통과전과 통과후의 농도(PPM)를 비교하는 방법으로 측정하였다.
실험에 사용되는 화원의 위치는 실험 터널 내부의 단면의 정 중앙에 설치하였고, 사용한 화원은 폭 1m, 길이 1m에 높이 0.3m의 스테인레스 스틸로 제작된 화재접시에 가연물질인 공업용 메칠알콜(IMS)을 사용하여 터널실험장 바닥에서 15㎝정도 높이에 설치하였으며, 총 발열량이 약 0.6㎿정도 되도록 하였다.
상기와 같은 조건에서 실험을 한 결과가 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. 도 10은 불분무헤드 설치 후 유속변화상태를 나타낸 그래프이며, 도 11은 물분무헤드 설치 후 온도분포를 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 노즐에서 물분무가 분사되기 전의 유속은 0.5m/s에서 3m/s까지 일정하게 증가하는 경향이 나타나다가 물분무노즐에 의한 방호수벽이 형성된 시점으로부터는 급격하게 감소하여 공기유속이 0.5m/s까지 저하되는 것을 알 수 있었다. 또한 터널 내 기류의 영향을 받아 유속이 재상승하지만 1.75m/s이상은 상승하지 못하고 다시 0.5m/s 이하로 내려가는 경향을 나타내고 있었다.
도 11을 참조하면, 유해가스인 일산화탄소(CO)농도의 변화를 측정하기 위해 비교적 일산화탄소(CO)발생량이 많은 경유를 알콜대신에 사용하여 연소하였으며,일산화탄소(CO)농도의 채취는 방호수벽이 형성되는 지점의 전, 후 5m 거리에 포집기를 설치하여 포집하였다. 포집된 일산화탄소(CO)는 비분산 정필터형 적외선 분석법을 사용하여 측정한 결과 수벽 형성전에는 약 77.3PPM 의 농도가 채집되었지만, 수벽을 통과한 후에는 51.6PPM으로 채집됨에 따라 약 35%이상의 감소율을 나타내었다.
상기한 바와 같이, 방호수벽이 갖는 연기의 차단효과가 크다는 점은 실험결과에 의해서 확인되었다. 즉, 균일한 입자를 가진 물 분무수가 터널의 단면을 완벽히 차단 가능하고자 한다면 너비 2m 정도의 수벽형성이 이루어 질 경우 연기의 확산을 다음과 같이 차단할 수 있음을 알 수 있었다.
첫째, 150℃ 이상의 고온의 연기층이 수벽을 통과하고 난 후에는 50℃미만의 온도를 가진 연기층으로 변화하여 대피하는 피난자에게 위해를 주지 않는 중저온의 기류로 변화됨을 알 수 있었다.
둘째, 연기가 방호수벽을 통과할 경우 유속이 3m/s에서 1m/s 정도까지 거의 2/3이상이 감소하였는데, 그 이유는 연기온도의 저하가 상대적으로 연기의 확산속도를 저하시켰음을 알 수 있었다.
셋째, 입자가 비교적 큰 일산화탄소는 수벽을 통과하지만, 30%정도는 물분부수의 모멘텀에 의해 바닥으로 떨어짐을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이 본 고안인 터널의 수벽차단 소화시스템은 화재가 발생된위치를 중심으로 소정공간을 소화제를 이용하여 주위와 차단하여 열, 연기 및 유독가스 등을 축적시킨 후 화원에 직접 소화제를 다량 분사시켜 소화함으로써 화재로 인한 연기, 열 및 유독가스가 터널 내로 조기에 확산되는 것을 방지함으로써 터널 내 피난자에게 피난통로를 확보하여 인명피해를 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 고안은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 터널의 천정에 설치되어 소화제를 공급하는 주 배관과;
    상기 주배관으로부터 분기하는 가지배관에 소정간격으로 설치되는 것으로, 터널의 길이방향으로 화재발화점의 양 인근지점을 차단시키는 수벽을 형성시켜, 화재로 인하여 발생되는 열 및 연기가 터널 내로 확산되는 것을 방지하는 복수개의 제 1소화부와,
    상기 제 1소화부 사이에 설치되어 상기 화재발화점에 직접 소화제를 분무 시켜 소화시키는 복수개의 제 2소화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널의 수벽차단 소화시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1소화부는 복수개의 개방형 노즐을 상, 하로 배치시켜 이루어져 있으며, 상기 제2소화부는 속동형 폐쇄형 스프링쿨러로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 터널의 수벽차단 소화시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소화제는 물 인 것을 특징으로 하는 터널의 수벽차단 소화시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 주배관에는 화재의 발생위치를 감지할 수 있는 감지부가 더 설치되어 있으며, 상기 감지부로부터 화재발생신호를 수신하거나 카메라 등의 육안관찰에 의해 화재발화점의 양 인근지점으로 가장 근접하게 설치되어 있는 상기 제1소화부를 작동시키기 위해 상기 제1소화부를 제어하기 위한 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널의 수벽차단 소화시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가지배관은 상기 주배관에 소정간격을 두고 직각으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 터널의 수벽차단 소화시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 가지배관은 상기 주배관으로부터 분기되어 터널의 길이방향으로 나란하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 터널의 수벽차단 소화시스템.
KR20-2003-0027553U 2003-08-27 2003-08-27 터널의 수벽차단 소화시스템 KR200334297Y1 (ko)

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