KR20050118271A

KR20050118271A - 빌딩 탈출 장치

Info

Publication number: KR20050118271A
Application number: KR1020057015509A
Authority: KR
Inventors: 로버트 엘. 레온
Original assignee: 라이프-팩 테크놀러지스, 인코포레이티드
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2005-12-16
Also published as: EP1628712A2; US20040168855A1; JP2007524428A; EP1628712A4; WO2004075991A2; WO2004075991A8; WO2004075991A3; US6962235B2; CA2516460A1

Abstract

사람을 빌딩의 내부에서 바깥으로 신속하게 탈출시켜 부상 없이 충분히 느린 속도로 착륙 시키기 위해 땅으로 또는 그 빌딩의 외부를 따라 더 아래쪽으로 하강시킴으로서 다층 빌딩에서 사람을 탈출시키는 장치로서, 상기 장치는, 하우징, 상기 하우징을 사람에 부착시키는 하네스, 상기 하우징 내부에 있으며 소정 길이 및 자유 단부를 가지며, 상기 자유 단부를 하강 지점의 앵커리지에 부착시키는 잠금 부재를 가지는 케이블, 및 상기 하우징 내부에 있으며 사람이 하강함에 따라 케이블의 작용에 의해 구동되는 에너지 분산 메카니즘을 구비하고, 분산된 에너지 레이트의 기울기가, 하강 속도의 함수로서, 방출된 잠재적 에너지 레이트의 기울기를 그들의 교차점에서 초과하는 특성을 가지며, 상기 교차점은 사람의 제어 없이 충분히 느린 하강 속도에서 발생되는 특성을 가진다.

Description

빌딩 탈출 장치{APPARATUS FOR EXTERIOR EVACUATION FROM BUILDINGS}

관련출원 상호참조

[0001] 본 출원은 2003년 2월 21에 출원된 가출원 제60/449,125호 ; 2003년 5월 8일 출원된 가출원 제60/468,845호 및; 2003년 8월 4일에 출원된 가출원 제60/492,398호를 우선권으로 주장한다.

[0002] 2001년 9월 11일, 뉴욕의 월드 트레이드 센터 재앙은 비상계단이 접근할 수 없거나, 사용 불가하거나, 사람이 밀집되거나, 연기로 자욱하거나, 장애물로 막혀 있거나, 또는 다른 불안전한 요인이 있는 경우에, 대형 화재 또는 다른 생명의 위협을 느끼는 위급상황에서 고층 건물 밖으로 다수의 사람들이 신속하면서도 안전하게 탈출하기 위한 장비의 필요성을 부각시켰다.

[0003] 고층 사무실 건물 또는 호텔의 대형 화재는 종종 사람들을 고층 건물 내에 가두거나, 탄소 일산화물 화염 연기질식으로 인해 사람들이 쓰러지게 하거나, 월드 트레이드 타워 재앙시 200명에 가까운 사람들이 했던 바와 같이 사람들이 목숨을 걸고 뛰어내리도록 한다. 그러므로, 사람들을 화재 건물 내에서 연기가 없고 신선한 공기가 있는 건물 밖으로 내보내어, 지면으로 내려가게 하거나, 매우 천천히 그들을 건물 내 또는 다른 건물의 위협요인이 없는 곳으로 대피시키고, 건물 높이와 형상에 상관없이 위협물이 없는 건물 지면에 안착시킬 수 있는 장비가 필요한 실정이다. 건물 밖으로의 탈출이 가장 빠를지라도 몇몇의 사람들은 적어도 잠시 동안이라도 죽음의 가스에 맞서 건물 내에 있기 때문에, 이런 장비는 이들에게 숨쉴 수 있는 공기를 제공하는 수단도 갖추는 것이 바람직하다.

[0004] 고층빌딩에서 탈출하도록 제안된 장비는 낮은 고도용 낙하산, 튜브형 그물 라이프 슈트(chute), 공기 상하 이착륙(VTOL) 구조용 플랫폼 그리고, 제어 강하장치 등이 있다. 낮은 고도용 낙하산은 15층 이하에선 사용할 수 없고, 낙하 초보자라는 인접한 빌딩 사이에서 기류에 휘말리면 낙하산 강하 경험자라 할지라도 골절 부상이 있다. 튜브형 그물 라이프 슈트는 건물 내의 설치 위치 및 설치 갯수가 제한되어, 생명 구조될 수 있는 인원수가 제한된다. 또한, 튜브형 그물 라이트 슈트는 강풍 상황에서 제어가 불가능하게 흔들리고, 실제 고층빌딩에선 사용의 실현성이 없다. VTOL 구조용 플랫폼은 정원이 최대 10명까지 수용되는 적절한 장소에만 가능하다. 제어 강하장치는 사용자 제어 형식이거나 자동화 형식일 수 있다. 사용자 제어 형식은, 출발점에서 지상까지 매달려 있는 로우프를 마찰을 고려해 사람이 연속적으로 적정하게 속도를 제어한다. 하지만, 이것은 사용자의 훈련성 및 기술을 요구하고, 정말 높은 곳에서 실용적이지 못하다. 자동화 형식은 훈련받지 않은 사람에게 사용될 수 있으나, 더 무겁고 비용도 더 비싸다. 그래서, 이것은 로우프 또는 케이블로 도달될 수 있는 출발점에 전형적으로 채택된다. 왜냐하면, 빌딩의 외관을 따라가는 안전한 강하에는 일반적으로 너무 빠르고, 각각의 제어기가 "한번에 한 사람"만을 강하시키기 때문에 수백명을 탈출시키기에는 아직 너무 느리기 때문이다.

[0005] 가장 느린 강하속도와 가장 빠른 대규모 탈출 비율을 성취하기 위해서는, 사람들 각자가 자기만 착용하고, 가벼우면서, 낮은 속도로, 자동화된 제어기와 케이블이 필요하다.

[0009] 앞서의 요약 뿐만 아니라 물리적인 원리에 대한 이하의 자세한 설명, 종래기술과의 비교, 그리고 본 발명의 적절한 실시예는 첨부된 도면을 참고하면 보다 이해가 쉬울 것이다. 그리고, 발명을 설명하기 위해서, 특정한 배열과 방법이 도면에 도시된다. 그러나, 본 발명은 상세한 설명의 정확한 배열 또는 방법으로 제한이 되는 것은 아니라 것을 이해할 수 있을 것이다.

[0010] 도 1은 종래기술 장치의 에너지 발산 비율과 하강속도 사이의 관계를 도시한 그래프;

[0011] 도 2는 다른 하강 무게에 의해 풀리는 잠재적인 에너지 방출 비율과 하강속도 사이의 관계를 도시한 그래프;

[0012] 도 3은 종래기술 장치에 대한, 에너지 방출 비율과 에너지 발산 비율 그리고 하강속도 사이의 관계를 도시한 그래프;

[0013] 도 4는 본 발명의 적절한 실시예에 따른 에너지 발산 비율과 하강속도 사이의 관계를 도시한 그래프;

[0014] 도 5는 본 발명의 적절한 실시예에 대한 에너지 방출 비율과 에너지 발산 비율 그리고 하강속도 사이의 관계를 도시한 그래프;

[0015] 도 6a는 배낭 어셈블리, 구조 하네스 및 헤드기어 어셈블리로 구성된 적절한 실시예를 입은 사람의 배면도 및 도 6b는 그 측면도;

[0016] 도 7은 기본 배낭 어셈블리의 부품들의 확대 사시도;

[0017] 도 8a1은 플라스틱 헬멧의 정면도, 도 8b는 그 측면도; 도 8b는 헤드의 상부를 위한 메모리 폼 삽입물에 대한 측단면도; 도 8c는 메모리 폼 넥 실의 측단면도; 도 8d는 필터 카니스터의 측단면도; 도 8e1은 카니스터 홀더의 정단면도, 도 8e2는 그 측단면도; 도 8f는 마우스피스의 측단면도;

[0018] 도 9a는 특정 장착 배열이 있는 적절한 실시예를 입은 사람의 정면도; 도 9b는 등 쪽의 구멍에 8개의 로우프가 작동되는 방법을 나타낸 도면; 도 9c는 인장 장치의 잠김을 나타낸 도면; 도 9d는 인장 장치가 어떻게 끼워지는지를 나타낸 도면; 도 9e는 인장 장치가 사용자에 의해 어떻게 장력 조절되는지를 나타낸 도면;

[0019] 도 10a1와 도 10a2는 대들보 클램프의 도면; 도 10b1과 도 10b2는 앵커 박스의 도면; 도 10c는 탈출 창문의 옆에 설치된 전체 셋업 기구를 나타낸 도면;

[0020] 도 11a는 탈출 창문 앞에서 사용자가 앵커 박스에 카라비너(carabiner)를 클램핑하는 모습의 도면; 도 11b는 사용자가 창문을 향해 허리를 숙인 모습의 도면; 도 11c는 사용자가 안전한 하강상태로 돌입하는 상태의 도면;

[0021] 도 12는 관련 메이팅 부품을 나타낸 자체 설치된 토크 제한 메커니즘의 "조립된" 부분 단면도이다.

발명의 요약

[0006] 간단하게 설명하면, 본 발명은 부상 없이 착륙하도록 적당히 느린 속도로 다층 건물의 소정 높이의 출발점에서 더 낮은 지지면까지 사람을 내려오게 할 수 있도록 구성된 하우징; 하우징을 사람에게 안전하게 부착시키기 위한 하네스; 출발점에서 더 낮은 지지면까지 도달되는 충분한 길이로 하우징 내에 수용되며, 고정된 출발점에서 자유 단부를 부착시키는 잠금 부재를 포함하는 자유 단부를 포함하는 케이블; 및 사람의 강하시 케이블의 동작에 의해 구동하고, 교차점에서의 하강 속도의 함수로서 발산되는 에너지 비율이 위치에너지 비율 기울기를 초과하고, 교차점에서 사람의 제어 없이 적당하게 느린 하강 속도로 제어되는 특성이 있는 하우징 내의 에너지 발산 메커니즘으로 구성된다.

[0007] 적절한 실시예는 현재 옷 위에 재빨리 덧입을 수 있는 자체 구비된 장치이다. 이것은 격리된 건물 밖을 빠져나가기 위해 대기하는 동안 사람이 숨을 쉴 수 있도록 공기 여과 시스템을 구비한 헬멧 어셈블리를 포함한다. 그리고, 이것은 1 피트/초의 평균 속도로 건물 외벽을 따라 고강도 케이블의 스풀이 자동적으로 사람을 지상까지 강하시킨다. 매우 낮은 속도일지라도, 이것은 1,431 피트인 시카고의 시어스 타워 또는 세상에서 제일 고층빌딩이라는 1,441 피트인 타이완의 타이페이 101의 최상층에서 지상까지 도착하는데 단지 24분이 걸릴 뿐이다. 간단한 앵커리지(anchorage)를 매 층마다 설치한 후에, 본 발명은 높은 건물에서 수 천명의 사람들이 신속하고 안전하게 탈출하는데 적합하다. 즉, 본 발명은, 1) 사람의 몸집 또는 물리적인 기술과 상관없이 매 층에 있는 모든 사람들을 위험한 건물에서 가능한 빨리 빠져나오게 하는 수단을 제공하고, 2) 사람들이 빠져나오기 위해 대기하는 동안 연기 또는 유독가스로부터 보호하고, 3) 건물 외형 또는 높이에 상관없이 건물 외벽을 따라 지상까지 사람을 천천히 자동으로 강하시키고, 4) 연기 또는 열 또는 떨어지는 파편으로부터 사람을 보호하기 위한 장치이다. 본 발명은 몇 분내에 건물 안에 갇힌 사람들이 탈출할 수 있고, 가장 높은 건물에서도 적어도 30분 내에 전반적으로 외상없이 지상에 착륙시킬 수 있다. 이것은 밀폐된 슈트와는 달리 최대 높이제한이 없으며, 낙하산과 달리 최저 높이 제한도 없다. 또한, 같은 크기의 장치라도 어떤 크기의 사람에도 적당하고, 무게가 60파운드에서 360파운드 범위의 사람에게 이용된다.

[0008] 본 명세서에서 설명한 적절한 실시예에서, 에너지 발산 메커니즘은 작고, 자체 구비되어 있고, 반 원통형 날개, 고속 팬으로서, 한 사이즈의 규격품으로 60 ~ 360 파운드 범위의 사람들이 1 피트/초의 매우 안전한 평균 하강속도로 케이블이 자동적으로 풀어지도록 제어할 수 있다. 본 발명의 원리를 만족시키는 다른 에너지 발산 메커니즘은 다른 실시예에 적용될 수도 있다.

물리학적 이해

[0022] 200파운드의 사람이 1,000피트 높이에서 화재 건물의 창 밖으로 뛰어내리려는 상황을 가정한다. 그는 현재 운동에너지가 없는 상태지만, 200,000 ft/lbs의 위치에너지를 보유한 상태다. 그가 뛰어내린다면, 속도 증가와 함께 공기저항이 커지면서 열에너지로 변환되는 약간의 에너지를 무시한 경우에 모든 위치에너지가 200,000 ft/lbs의 운동에너지로 변환되어, 불행하게도 그는 8초 후에 지면에 252 ft/sec(172 MPH)의 속도로 부딪치게 된다. 그를 살릴 수 있는 것은 하강속도를 점차 증가시키지 않으면서도 변환되는 운동에너지를 발산시킬 수 있는 메커니즘이다. 하강이 느리면서도 에너지를 발산하는 메커니즘은 방출되는 위치에너지가 주변의 공기여건 등에 따라 불규칙하게 증가하는 운동에너지로 변환될 것이다. 이때, 메커니즘의 각 요건에 의해 운동에너지가 불규칙하게 일시적으로 증가 되거나, 온도가 증가되기도 한다. 온도의 증가는 제한된 공기 흐름 또는 제한된 공기 유동 체적에 의해 다소 커질 수도 있다.

[0023] 하강이 느리면서도 에너지를 발산하는 메커니즘의 요소로서, 전력단위인 와트에 대한 문제점을 살펴보는 것이 유용하다. 단위값을 변환하면, 1 ft/lb는 1.355 watt/sec와 동일하므로, 200파운드 이상인 사람의 초기 위치에너지는 271,000 watt/sec와 동일하다. 즉, 이 수치는 지상에 도달하는 시점까지 여러 차례 메커니즘이 발산해야 하는 평균 동력치와도 동일하다.

[0024] 초 피트의 하강속도는 일 초당 일 와트로 에너지를 발산하는 메커니즘에 대한 에너지 발산 비율과 일 초당 일 피트의 하강속도에 대한 함수 곡선 및, 일 초당 일 와트로 위치에너지가 방출되는 비율과 일 초당 일 피트의 하강속도에 대한 함수 직선이 상호 교차되는 지점, 즉 안정된 상황을 보장하기 위해 전자의 기울기가 후자의 기울기를 초과하는 지점에 의해 결정된다.

종래기술인 ResQline^TM 시스템 분석

[0025] 첫번째로 분석할 것은, 본 발명이 아니라 M.Miller에 의해 발명된 사퍼 로세티 레스큐 라인(Safir-Rosetti ResQline)으로 불리는 장치이다. 이것은 기본적으로 지상까지 도달할 만큼 긴 강철 케이블 스풀과, 여러 사람이 빌딩을 탈출하는 경우에 창문 아래층에 설치된 안전하고 영구적인 에너지 발산 팬으로 구성된다. 이 팬은 보호 스크린에 의해 프레임 내부에 봉인된다. 프레임은 창문 밖으로 연장된 플랫폼에 지지된다. 사람은 뛰어내리기에 앞서 플랫폼에 올라선다. 하지만, 플렛폼에 올라서기 전에, 사람은 팬의 외부 축에 스풀을 결착하고, 하네스에 케이블의 자유단을 연결한다. 사람이 하강하면서, 케이블이 풀려지고 스풀을 돌리고 팬을 작동시킨다. 동일 면적의 편평한 날개는 회전저항을 위해 회전 동작이 수직되게 경사져서, 하강속도가 제한된다.

[0026] 이 분석의 목적은 각자 다른 몸무게를 가진 사람들의 하강속도를 계산하기 위해서다. 팬의 각 날개에서 발산되는 에너지 비율은 다음의 방정식에 의해 계산된다.

여기서,

P = 하나의 날개에 의해 발산되는 에너지(동력) 비율

1.355 = 와트를 ft-lbs/sec 단위로 변환하는 상수값

A = 제곱 피트 단위로 표시되는 날개의 전방 또는 예상 면적

C_D = 날개 형상에 대한 드래그 계수

ρ_ｗ = 주변 온도와 압력에 대한 공기의 중량 밀도

g = 32.2 ft/sec² 와 동일한 중력 가속도

RPM = 팬의 분 당 회전 속도

R_EFF = 피트 단위의 날개 유효 반경

[0027] 편평한 플레이트 날개에 대한 C_D는 1.2와 같다. 동일 면적의 각 날개들은 거의 동일하게 길이가 15인치이고 폭이 7.5인치이며, 1인치의 축이 사용된다. 그러므로, A 가 112.5 in² 이으로, 0.781 ft²로 표시할 수 있고, R_EFF 는 10.0 in 이므로 0.833 ft로 표시할 수 있다.

[0028] 공기의 중량 밀도는 다음의 방정식에 의해 결정된다.

여기서,

ρ_ｗ 는 lbs/ft³ 단위의 공기 중량 밀도

1.325는 공기에 대한 lbs/ft³ 단위를 Hg/˚R로 변환하는 상수값

P_b 는 인치 단위의 수은 기압계(여기서는 29.92로 가정)

T 는 Rankine 등급의 공기온도로서, 509.7˚R(50℉)로 가정.

(상기 치수를 대입하면, ρ_ｗ = 0.078 lbs/ft³ 이다.)

[0029] 에너지 발산 비율과 하강 비율 간의 관계 곡선을 수립하기 위해서는 스풀의 시작단과 끝단에서 팬의 RPM과 하강 속도와의 관계와 함께 [수학식 1]에 상기 치수를 모두 대입시켜야 한다.

[0030] 이 관계는 케이블이 감긴 스풀의 지름에 의해 결정된다. 초기 케이블이 감긴 스풀의 지름은 거의 5인치이고, 전부 풀어진 상태의 스풀의 지름은 거의 2.5인치이다. 다음은 ft/sec 단위의 하강 속도와 5인치와 2.5인치 지름에서의 팬의 RPM 과의 관계를 표로 도시한 것이다.

팬의 RPM

하강 속도(ft/sec) 5 인치 지름 2.5 인치 지름

5 229 458

10 458 916

15 687 1,374

20 916 -

25 1,145 -

[0031] 이러한 RPM 치수는 시작단과 끝단 지름에서 피트/초 단위의 하강 속도와 와트(watt) 단위의 한 날개당 에너지 발산 비율에 대한 관계 곡선을 결정하기 위해 다른 요소와 함께 [수학식 1]에 대입된다. 도 1은 시작단(5인치 지름)과 끝단(2.5인치 지름)에서 하강 속도와 4개의 날개들에 의해 발산되는 에너지 비율(4P)을 나타낸 도면이다.

[0032] 다음 단계는 방출되는 위치 에너지 비율과 하강 속도를 나타내는 선을 결정하는 것이다. 전 단계의 계산과 달리, 이것은 하강하는 사람의 무게에 의해 결정된다. 하강시 1 피트마다, 위치 에너지의 1 피트 파운드는 각각 하중 1 파운드로 방출된다. 따라서, 방출되는 위치 에너지 비율은 매 하중 1 파운드에 대한 하강 속도가 1 피트/초인 경우에 1.355 와트이다. 그러므로, 10 피트/초 속도로 하강하는 100 파운드의 사람은 1,355 와트 비율로 위치 에너지를 방출하며, 20 피트/초 속도인 경우에 2,710 와트 비율로 위치 에너지를 방출한다. 10 피트/초 속도로 하강하는 200 파운드의 사람은 2,710 와트 비율로 위치 에너지를 방출하며, 20 피트/초 속도인 경우에 5,420 와트 비율로 위치 에너지를 방출한다. 그리고, 10 피트/초도 방출하며, 20 피트/초 속도인 경우에 8,130 와트 비율로 위치 에너지를 방출한다.

[0033] 도 2는 각각 100, 200, 300 파운드인 사람들에 대한 방출하는 위치 에너지 비율(단위는 와트)과 하강 속도(단위는 피트/초)의 관계를 나타낸 선들을 도시한 것이다. 도 3은 스풀의 시작단과 끝단에서 발산되는 에너지 비율을 나타낸 곡선들과, 도 1에 동일한 3개의 선들을 도시한 것이다. 전에 언급한 바와 같이, 곡선들과 선들의 교차점은 실제 하강 속도를 결정한다.

[0034] 100 파운드의 사람은 초기 스풀 지름이 5 인치인 경우에 18.5 피트/초 속도로 시작하는 것으로 보이고, 스풀이 2.5 인치로 줄어들면서 6.5 피트/초의 느린 속도로 끝난다. 200 파운드의 사람은 26 ft/sec 속도로 시작해서, 9 피트/초의 느린 속도로 끝난다. 그리고, 3000 파운드의 사람은 29 ft/sec 속도로 시작해서, 11 피트/초의 느린 속도로 끝난다. 이런 수치는 ResQline 의 공개된 실증 결과로서, 시작점이 5 인치 스풀 지름이고 강하 시점이 3 인치 정도의 비교적 높은 건물로부터 하강하는 비교적 가벼운 물체에 적용될 것으로 보인다. ResQline 시스템에 의한 하강 동안에는 스풀에 감기지 않은 모든 케이블이 대상 물체와 같이 하강하며, 대상 물체의 하중을 증가시킨다. 이것은 끝단에서 하강 속도를 약간 증가시키며, 특히 가벼운 대상 물체에서 더 증가시킨다. 수치상으로 모든 시작점과 끝점의 속도를 고려할 때, 이것은 모든 탈출 계산법에 의해 평균 하강 속도가 15 피트/초인 ResQline의 사용과 상호 연관된다.

[0035] 최대 하강 속도인 29 피트/초(300 파운드의 사람인 경우)는 1초당 2개 층을 지나가는 수치이다. 하강 속도가 15 피트/초(완전히 하강한 모든 사람들의 평균치)도 1초당 1개 층을 지나가는 수치이다. 이런 빠른 속도는 심각한 상해를 초래할 수도 있고, 이것에 대해서는 다음 단락에서 논의될 것이다.

[0036] 이런 하강 속도는 팬의 크기를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 예를 들면, 15인치에서 18인치로 날개 길이가 증가된 것은 300 파운드의 사람인 경우에 최대 하강 속도를 29 피트/초에서 23.5 피트/초로 감소시킨다. 그러나, 이런 하강 속도가 상당 수준으로 감소했더라도 아직 만족할 수준이 아니며, 극소수의 사람들이 탈출하는 과정에서 발생된 부정적인 결과에 의해 그 긍적적인 결과가 상쇄될 수 있다. 그리고, 매번 사람들은 전 사람이 지상에 안착할 때까지 기다려야 하고, 팬이 완전히 멈춘 후에, 전 사람의 스풀을 제거하고, 스풀을 준비하고 교체하는 탈출과정을 혼자서 스스로 처리해야 한다.

본 발명의 분석

[0037] 본 발명의 적절한 실시예는, 에너지 발산 메커니즘을 이용해 어떤 사람들이라도 그 하강 속도가 2 피트/초 이하가 되도록 작동되며, 매우 작아서 케이블 스풀과 함께 하강하는 사람에 의해 착용될 수 있다. 이것은 각자가 자신의 케이블과 상당히 느린 하강 메커니즘이 할당되어, 모든 층에서 누구나 재빨리 위험한 건물 내부로 빠져나올 수 있고(전 사람이 지상에 완전히 도달할 때까지 기다릴 필요없이), 가장 높은 건물이거나 어떤 건물의 외형에서라도 외벽을 따라서(다른 모든 사람들과 같이) 지상까지 천천히 안전하게 하강할 수 있다.

[0038] ResQline 시스템을 분석한 바에 따르면, 모든 사람들의 평균 하강 속도는 엄청나게 빠른 15 피트/초이고, 에너지 발산 팬은 너무 커서 착용할 수 없으며, 본 발명에서 요구되는 사항이 여전히 남아 있다.

[0039] 물리학 이해 단락에서 언급한 바와 같이, 271,000 와트/초의 발산되는 위치 에너지는 200 파운드의 남자가 1000 피트 높이에서 안전하게 내려오는데 요구되는 수치다. 즉, 이 수치는 평균값으로 10초당 27,100 와트, 100초당 2,700 와트, 1,000초당 270 와트를 의미한다. 가장 긴 시간(가장 느린 하강 속도)의 수치는 가장 작은 동력 발산을 요구한다. 그러므로, 낮은 동력 발산과 느린 하강 속도는 상호 배타적이지 못하다. 따라서, 그 반대는 사실이라는 것이다. 실제로, 15인치에서 18인치로 ResQline 팬의 날개 길이가 증가한 종래 제시된 변형은 하강 속도의 19% 감소와 팬에 의한 동력 발산의 19% 감소를 초래했다.(도 3을 보면, 곡선형 에너지 발산 비율 기울기가 직선형 에너지 방출 비율 기울기를 초과하기 때문에, 그 교차점은 하강 스피드와 동력 발산을 결정하는 요소로서 [수학식 1]에서 'P'가 증가함에 따라 상승하지 않고 아래쪽으로 이동한다.)

[0040] 그러나, 이것은 팬 크기를 증가시키면서 동시에 수반되었다. 그럼, 본 발명은 어떻게 팬 크기를 동시에 감소시킬 수 있을까? 그 핵심은 풀어지는 케이블의 스풀보다 더 빨리 에너지 발산 메커니즘을 회전시키는 것이다. 에너지 발산 메커니즘의 회전 속도 증가는 기어, 벨트, 체인, 휠(wheel), 풀리(pulley)를 이용해 성취될 수 있다. 그러나, 벨트와 체인은 끊어질 수 있고, 휠과 풀리는 미끄럼이 발생되기 때문에, 기어가 최고의 선택이다. 속도 증가 접근 방식에 의해, 여러 형태의 에너지 발산 메커니즘이 사람이 착용할 만큼 충분히 작게 제작될 수 있다. 작은 크기일 뿐만 아니라, 하강 하중의 1 파운드당 동력 발산 결과는 실제 목표한 바와 같이 5.4 와트/lb 미만이다. 많은 공기흐름도 화장실의 핸드 드라이어보다 뜨겁지 않고(하강 하중이 400 파운드 일지라도), 사람들은 많은 경우에서 부상이 발생되지 않을 만큼 충분히 느린 수치인 4 피트/초 보다 더 빨리 하강하지 않는다. 그러나, 이것은 앞으로 논의할 적절한 실시예와 다른 실시예에서 낮은 동력 발산 등급과 낮고 안정된 하강 속도를 구현할 수 있다.

[0041] 적절한 실시예는, 에너지를 발산하는 작은 팬을 이용한다. 적정한 속도 증가가 단지 2개의 기어에 의해 실현되지만, 3개의 기어가 채택된다. 중간 기어축은 기어 톱니바퀴와 톱니바퀴 간이 적정한 비율과 적당한 분리 간격으로 설치된다. 모든 3개의 축은 일반적인 지지 프레임에 고정된다. 상부의 구동축은 케이블 스풀과 매우 큰 기어를 포함한다. 이런 큰 기어는 다소 큰 기어가 포함된 중간축에 위치한 작은 기어와 맞물린다. 그리고, 이런 기어는 팬 축에 위치한 매우 작은 기어를 구동한다.

[0042] 이런 도면에서, 스풀 축에 위치한 큰 기어는 폭이 3/4 인치이고, 12인치 피치 지름과 144개의 톱니바퀴를 갖는 12인치의 스퍼(spur) 기어이다. 이것은 폭이 3/4인치이고, 중간축에 위치하며 3인치 피치 지름과 36개의 톱니바퀴를 갖는 12인치의 스퍼 기어와 맞물린다. 또한, 중간축에는 폭이 1/2인치이고, 5인치 피치 지름과 100개의 톱니바퀴를 갖는 20인치의 스퍼 기어가 위치한다. 그리고, 이 기어는 팬 축에 위치한 작은 기어와 맞물리는데, 작은 기어는 폭이 1/2인치이고 1인치 피치 지름과 20개의 톱니바퀴를 가진 20인치의 스퍼 기어이다. 스풀 축의 매 회전마다, 중간 축은 4번 회전하고, 팬 축은 20번 회전한다.

[0043] 또한, 팬은 4개가 아닌 8개의 날개가 사용된다. 날개는 더 이상 평평한 형상(C_D가 1.2인 경우)이 아니고, 앞쪽이 개방된 반원통형이다. 이것은 드레그 계수 C_D를 2.3로 증가시킨 것과 같은 효과가 있다. 또한, 날개를 2배수인 8개까지 증가시키는 것은 반원통형 모양에 의해서 가능하고, 반원통형 모양은 일반적으로 평평한 날개 숫자를 증가시킬 수 없었던 이유인 드래프팅 문제를 감소시킨다. 각각의 반원통형 날개는 크기가 2.5인치x8인치인 경우에 전방 발사 면적(A)이 20 in² 또는 [수학식 1]에 의해 0.1389 ft²가 된다. 그리고, 날개의 유효 중심 반지름인 R_EFF 는 4.9인치이거나, [수학식 1]에 의해 0.408 피트이다.

[0044] 다음의 수치는 기어와 팬의 자세한 사항에 대해 설명하고, 건물을 막 탈출하려는 사람이 착용하는 배낭 배열에 다른 부품과 같이 어떻게 설치되는지를 보여준다. 그러나, 기본적인 정보사항은 각각 100, 200, 300 파운드 뿐만 아니라 400파운드인 하강 하중에 대한 하강 속도를 결정하기 위해 [수학식 1]을 이용해 충분히 자료분석이 수행된다.

[0045] 시작점의 최대 케이블 스풀 지름은 6인치이고, 다 풀어진 상태의 지름은 3.25인치이다. 케이블의 전체 길이는 시어스 타워의 가장 높은 층에서 지상까지 연결해도 충분한 정도이다. 기어장비 때문에, 팬은 스풀의 매 회전시마다 20번을 회전한다. 이로 인해, 본 발명은 ResQline 시스템에서와 동일한 팬 속도에서도 하강 속도가 1/20이 된다. 다음의 표는 케이블이 감겨진 상태의 6인치의 스풀 지름과 3.25인치의 스풀 지름에 대한 새로운 수치의 하강 속도와 팬의 RPM 사이의 관계를 나타낸 것이다.

팬의 RPM

하강 속도(ft/sec) 6 인치 지름 3.25 인치 지름

0.5 382 705

1.0 764 1,410

1.5 1,146 2,115

2.0 1,528 -

2.5 1,910 -

[0046] 도 4는 케이블 스풀 지름이 6인치인 시작단과 케이블 스풀 지름이 3.25인치인 거의 끝단에서의 8P(8개의 날개에 의해 발산되는 에너지 비율)에 대한 곡선을 나타낸 것이다. 이것은 수정된 값인 A, C_D 및 R과 함께 [수학식 1]에 RPM 값을 대입하고, 그에 상응하는 하강 속도에 대한 결과값을 계산함으로써 얻어진다.

[0047] 도 5는 각각 100, 200, 300, 400 파운드인 하강 하중에 대한 하강 속도의 함수로서 앞서 계산된 위치 에너지 방출을 나타내는 직선을 상기 곡선을 함께 나타낸 것이다. 앞서 말한 바와 같이, 교차점은 최대 스풀의 시작단에서의 최대 하강 속도와 다 풀어진 스풀의 끝단에서의 최저 하강 속도를 결정한다. 그러나, ResQline 시스템과는 달리, 스풀에 감겨진 케이블의 하중은 더 이상 하강하지 않기 때문에 초기 총 하중에서 감산된다. 이것은 가장 가벼운 사람에게 가장 명확하게 드러나는 끝단 부근에서 약간 느려지는 되는 원인이 된다.

[0048] 작은 에너지 발산 팬일지라도, 총 하중이 400 파운드(케이블과 장비가 최대 40파운드인 배낭을 착용한 360파운드의 사람)는 초기(1,200와트보다 작은 동력 발산)에 1.9 피트/초의 매우 느린 속도로 하강하고, 끝단에서 0.8 피트/초 정도로 느리게 속도로 하강한다. ResQline 시스템과 비교하면, 300파운드의 사람이 거의 12,000와트의 동력 발산 상태인 초기에서 29 피트/초 속도로 하강한다.

[0049] 본 발명에서 낮은 단위의 하중으로 생각한 총 100파운드의 하중(40파운드의 배낭과 60파운드의 어린이)은 초기에 1.0 피트/초의 속도로 하강하고, 끝단에서 0.35 피트/초 정도로 느린 속도로 하강한다. 비록 더 느린 하강 속도가 요구되는 어린이도 있지만, 대부분의 사람들이 본 무게 카테고리에 적합하다.

[0050] 조사 대상 무게 사이인 총 하중이 200파운드(40파운드의 배낭과 160파운드의 사람)는 초기에 1.35 피트/초의 속도로 하강하고, 끝단에서 0.55 피트/초 정도로 느린 속도로 하강한다. 그리고, 총 하중이 300파운드(40파운드의 배낭과 160파운드의 사람)는 초기에 1.7 피트/초의 속도로 하강하고, 끝단에서 0.7 피트/초 정도로 느린 속도로 하강한다. 이 모든 하강 속도는 사람이 건물을 따라 안전하게 내려올 수 있을 만큼 충분히 느리다.

[0051] 추가적으로 계산할 사항은 드레그 계수인 C_D가 전체 속도 범위에서 2.3 값을 유지하는지를 확인해야 한다. 레이놀즈 수를 증명하는 계산은 기본적으로 2x10⁵이하가 되도록 유지한다. 실제로, 이 계산을 수행하면, 레이놀즈 수는 가장 낮은 속도에서 0.16x10⁵부터 가장 높은 속도에서 0.8x10⁵까지 상승함을 알 수 있다. 반원통형 날개의 표면(특히, 복록면)이 스무스하다는 사실을 확신하는 결과는 C_D가 2.3 값으로 유지되는 것으로 확인된다.

[0052] 위치 에너지 방출 비율과 하강 속도를 나타내는 선과 에너지 발산 비율과 하강 속도를 나타내는 곡선과의 교차점은 실제 하강속도를 표시한다고 언급해왔다. 그러나, 이것은 직접적으로 보여줄 수 있다. 도 5를 보면, 200파운드 하강 하중에 대한 위치 에너지 방출 선은 1.35 피트/초의 하강 속도에서 6인치의 스풀 지름에 대한 에너지 발산 곡선 비율과 교차되는 것이 보여지고, 이때 366와트가 방출되고 366와트가 발산되는 것이 보여진다. 일시적인 현상이 하강 속도를 약간 상승시키면, 즉 1.40 피트/초가 되면, 379와트는 방출되고 400와트가 발산된다. 그래서, 200파운드 하중의 사람은 정확히 1.35 피트/초 속도로 천천히 내려간다. 반대로, 일시적인 현상이 하강 속도를 약간 하강시키면, 즉 1.30 피트/초가 되면, 352와트가 방출되는 반면에 335와트만이 발산된다. 그래서, 200 파운드 하중의 속도는 정확히 1.35 피트/초까지 상승된다. 케이블이 풀어지면서 스풀 지름이 감소하면서, 하강 속도가 주어진 하중에 대한 위치 에너지 방출 선의 고정된 기울기를 따라 더 낮게 이동되기 때문에, 발산 곡선은 좌측으로 이동된다.(케이블이 풀어져서 하중이 약간 감소하거나 풀어진 케이블이 내려오면서 ResQline 시스템에 대한 하중이 약간 증가하는 것을 고려하지 않는다는 조건하에서)

[0053] 상기 설명은 본 발명의 기본 원리 중 하나를 설명한 것으로서, 안정된 하강 속도는 에너지 발산 비율을 나타내는 곡선 기울기가 위치 에너지 방출 비율을 나타내는 선의 기울기를 교차점에서 초과하는 경우에 얻어진다. 에너지 발산 비율은 하강 속도와 비례해서 단지 증가하는 것이 불충분하다. 본 발명과 ResQline 시스템 모두 안정된 하강 속도를 나타내는 것으로 보여진다.

ResQline 시스템을 통한 대규모 탈출

[0054] ResQline 시스템의 하강 속도는 너무 빨라서 하강하는 동안 건물과 부딪치는 누구라도 다칠 가능성이 있다. 착륙 속도가 10 피트/초로 감소 되더라도 이는 2피트 플랫폼에서 점프하는 것과 같다. 이것은 착륙이 올바르게 실행되지 않으면 발목이 충분히 부러질 수 있다. 그리고, 문제를 복잡하게 만드는 것은 사람이 떨어졌거나 착륙하기 위해 뛰어내리다가 실패한 경우에, 그 주위에서 계속해서 실행되고 있는 케이블이 위험한 요소가 될 수도 있는 것이다. 그러나, ResQline 하강 속도를 감소시킬 수 없고, 여전히 적당한 탈출 비율을 유지한다. 하강하는 동안 빌딩에 부딪치는 것을 피하기 위해서 건물 밖으로 돌출된 '푸쉬 오프(push off)' 플랫폼이 설치된다.

[0055] 그러나, 이것은 다음에 말하는 바와 같이 제한된 효과가 있다. 누군가 102층 엠파이어 빌딩 중에서 70층에 있다고 가정해 보자. 약 240명이 같은 층에 근무하고 있다. 건물의 북쪽과 남쪽 면에 20개의 창문에 있고, 동쪽과 서쪽 면에 14개의 창문이 있다. 그럼 각각의 면에 2개씩, 8개의 탈출 창문에 미리 설치된 8개의 ResQline 시스템이 있다고 가정한다. 탈출 창문은 위급상황에서 쉽게 열려지는 창문이다. 8개의 ResQline 시스템과 8개의 탈출 창문은 건물의 각 층마다 설치되고, 70층의 각 시스템은 적어도 1개의 시스템과 그 상부에 2개, 적어도 2개의 시스템과 그 하부에 4개가 있다. 그래서 플랫폼이 빌딩의 다른 면에 부딪힐 가능성이 줄어들었지만, (더 위험하지는 않아도) 위험성이 있는 다른 플래폼에 실제로는 부딪히게 된다.

[0056] 그러나, 시스템 수의 감축은 선택사항이 아니다. 왜냐하면, 낮은 층에서는 일반적으로 건물의 한쪽(바람진행 방향 면)이 연기 화재 방지 지역이 되어, 건물을 탈출하는데 적합하기 때문이다. 그래서, 8개의 시스템일지라도 단지 2개만이 작동된다. 상기 예에서, 120명의 사람이 2개의 창문 앞에 줄 서 있다. 다음 차례의 사람은 전 사람의 스풀을 제거한다(추정시간 5초). 준비된 스토리지 랙(storage rack)을 준비한다(추정시간 15초). 축을 자신의 스풀에 위치시킨 후에 장착한다(추정시간 5초). 카라비너의 클립은 케이블의 끝단에 설치된 루프에 (전 단계에서 준비된) 하네스를 연결한다(추정시간 5초). 플랫폼에 올라서서 조심스럽게 마지막까지 장비를 점검한다(추정시간 20초). 그런 다음에 70층으로부터 60초가 소요되는 하강의 시작를 위해서 주저없이 밀면서 뛰어 내린다. 안전요소로서 최소 20피트의 여유분 케이블은 스풀 끝단에서 더 풀어진다(추정시간 2초). 그런 다음에 팬이 정지할 때까지 케이블은 다시 감겨진다(추정시간 10초). 그리고 다음 사람은 창문 밖으로 매달린 20파운드의 케이블 하중에 의해 케이블이 다시 풀어지면서 당겨지기 전에 스풀을 제거한다. 설령 주저함, 가벼운 사고, 지연이 없더라도 전체 과정은 한 사람당 20분 이상이 소요된다. 이것은 한 창문에서 한 시간당 30명 이하가 탈출하는 수치이다. 그러므로, 70층에 위치한 각 창문에서 줄서서 대기하는 120명이 모두 탈출하기 위해서는 4시간이 소요될 것이다. 이것은 불미한 사고가 없는 경우에만 가능한 추정이고, 앞서 언급한 플랫폼에서의 충돌과 다음에 설명할 문제가 발생된 경우에는 아마도 다른 결과가 예상된다.

[0057] 다른 문제 중의 하나는 (높은 건물에서 일반적으로 존재하는) 강한 바람이다. 바람이 불어오는 면에서의 바람은 사람을 건물로부터 밀어내며, 움직이고 있는 케이블이 다른 사람의 케이블, 플랫폼, 건물의 어떤 돌출물과 엉켜서 꼬이게 되는 원인이 된다.

[0058] 또한, 건물을 탈출하기 위해 4시간까지 기다려야 하는 사람들은 연기 흡입 또는 일산화탄소 중독의 고통을 받을 수도 있다. 연기는 건물 내에서 그 온도가 주변 공기의 온도로 감소될 때까지 발생되고, 일산화탄소는 공기보다 가볍기 때문에 무한정 발생된다. 이것은 그 자체가 죽음과 상해의 원인이 될 수 있는 정신의 혼미현상 뿐만 아니라 패닉상태와 죽음의 원인이 될 수 있다. 상기 원인에 대한 한 가지 예로서, 사람은 20파운드 정도의 케이블을 창문으로부터 끌어 당기는 과정에서 앞선 사람의 스풀을 안전하게 제거하지 못할 수도 있다. 이것이 창문 밖으로 떨어져 나간다면, 스풀과 1000피트 길이에 가까운 강철 케이블은 하강하는 사람 뿐만 아니라 지상에서 구조된 사람에게도 치명적인 무기로 갑자기 돌변된다.

[0059] 그리고, 다른 문제점도 있다. 어떤 높은 건물은 그 외형이 경사지기도 한다(트랜스아메리카 빌딩 그리고 존 행콕 센터와 같이). 많은 다른 건물은 계단형으로 형성된다(시어스 타워와 같이). ResQline 시스템은 경사진 건물에 설치 사용될 수 없고, 또한 지상 또는 지상으로부터 여전히 몇 층 높이인 낮은 위치의 계단식 지붕에 사람이 도달한 후에 케이블이 여전히 풀어져 있기 때문에 계단식 건물에도 설치 사용될 수 없다. 그 결과로서, 불행한 사람은 낮은 층에서 계속해서 하강하려 시도한다면, 높지 않은 곳에서도 죽을 수 있는 가능성이 있다.

본 발명을 통한 대규모 탈출

[0060] 이와 반대로, 본 발명은 성공적으로 상기 문제점을 극복한다. ResQline 시스템에서와 같이, 각 층에 탈출용 창문의 설치가 요구된다. 이것은 창문을 깨뜨리는 사람과 그 밑에 위치한 사람에게도 위험한 창문의 파쇄를 피할 수 있다. 전에 언급된 엠파이어 빌딩의 예와 같이, 70층에서 각각의 면에 한 쌍으로 구성된 8개의 탈출 창문이 각각 설치된다. 각각의 탈출 창문에는 20톤의 하중도 지탱할 수 있는 강철 체인에 의해 지탱되는 앵커 박스가 구비된다. 체인의 상부 끝단은 사전에 창문의 상부에 위치한 I-빔 대들보 또는 비슷한 지지체에 안전하게 연결되어 있다.

[0061] 앞에서와 같이, 바람이 불어오는 방향의 건물면(연기와 화염이 없는 면)에 위치한 2개의 탈출 창문이 (현장에서 소방대장의 지시에 의해서)이용될 것이고, 120명의 사람이 각각 창문으로부터 빠져나갈 것이다. 그러나, 이때 그들은 앵커 박스에 카라비너를 끼워 연결하고(그들의 카라비너에는 사전에 준비된 배낭에 각자의 스풀 케이블 끝단이 부착된다), 가능한 빨리 순서대로 창문 밖으로 내려간다. 이 과정은 한 사람당 단지 15초가 소요된다. 즉 30분 내에 120명이 가능하다(반면 ResQline 시스템은 4시간이 소요).

[0062] 그러나 30분일지라도, 연기와 일산화탄소는 점점 축적될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 연기, 일산화탄소 그리고 다른 혼합 생성물을 제거하여 한 시간까지 숨쉴 수 있는 공기 시스템을 포함한다. 수염이 있는 사람도 착용할 수 있는 투명한 보호 헬멧을 구비한 것으로, 이것은 사람이 보고 듣고 말하고 안경과 보청기를 착용하고 심지어 핸드폰도 사용하도록 구성된다. 이 헬멧은 동일한 디자인의 규격화된 하나의 크기이다. 이것은 배낭으로부터 분리되고, 사람이 머리를 움직이도록 목 부위가 잘 움직일 수 있도록 봉인된다.

[0063] 건물 밖에서, 수 백명 심지어 수 천명의 사람이 건물의 외면을 따라 점진적이면서도 안전하게 내려오는 광경이 펼쳐진다. 이들의 하강 속도는 적어도 1피트/초 이상으로 각각 다르지만, 모두 2 피트/초 이하이다. 이것은 한 사람이 다른 사람을 추월하는데 5초 이상이 걸린다는 것을 의미한다. 그들이 천천히 지나가기 때문에, 그들은 서로가 쉽게 떨어질 수 있다(헬멧 때문에 머리가 부딪치는 문제가 없더라도). 건물의 어떤 돌출물도(개방형 탈출 창문도 포함해서) 쉽게 주위를 피해가게 된다. 그리고 케이블이 탈출 과정에서 어딘가에 걸리거나, 꼬이고, 심지어 다른 케이블과 감겨진 경우에도 문제가 없다. 즉, ResQline 시스템과 달리 본 발명은 이미 풀어진 케이블이 움직이지 않는다.

[0064] 또한, 경사지고 계단형의 건물도 더 이상 문제가 되지 않는다. 사람은 좀 아래쪽의 지붕 위치, 계단형의 고층 위치 또는 튀어나온 부분에 부드럽게 착륙하고, 옆으로 걸어가서, 그 끝에서 다시 내려간다. 이런 느린 하강은 케이블이 느슨해지지 않도록 즉시 시작된다. 그리고, 이런 탈출과정은 필요한 만큼 여러 차례 반복될 수 있다.

[0065] 또한, 창문 밖에 매달리는 위험한 강철 케이블의 위험성도 없다. 즉 케이블이 한번(앵커 박스에 카라비너와) 장착되면, 이것들은 결코 분리되지 않는다. 그리고, 만약 위에 위치한 사람이 떨어뜨리는 어떤 작은 물체가 있더라도 헬멧이 상처가 없도록 보호해 준다. 헬멧은 또한 바람 방향이 변환되더라도 연기로부터 보호해 준다.

[0066] 마지막으로 지상에 착륙하는 것은 매우 안정되어서 적어도 1인치의 높이에서 점핑해도 된다. 이것은 지상에 존재하는 장애물을 용이하게 피하고, 착륙하는 과정에서 발생될 수 있는 부상 위험요소를 실질적으로 제거하도록 만든다. 대단위의 탈출 상황에서 구조 대원은 그들이 착륙하고서 막 착륙하는 다른 사람들을 위해서 착륙 지역으로부터 멀리 떨어지도록(가능한 일 분당 수 백명의 비율로) 그들의 케이블을 강선 절단기로 절단할 수 있다. 그들은 또한, 그렇게 하는 것이 안전하다면, 화재 아래에 위치한 루프탑에 사람들이 착륙되도록 하고, 건물 안의 계단으로 사람들이 다시 대피하도록 할 수도 있다.

(적절한 실시예의 상세한 설명)

[0067] 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 적절한 실시예를 갖추고 있는 6피트 사람의 후면 및 측면을 보여주고 있는데, 구출 하네스(2)에 고정된 배낭 어셈블리(1)에 헤드기어 어셈블리(3)를 구비하고 있다.

[0068] 배낭 어셈블리(1)에는 케이블 스풀(4), 길이 전체가 미리 감겨있는 강철 케이블(5), 8개 날개의 반 원통형 팬(6), 관련된 베어링, 기어 및 축(도면에선 보이지 않음) 모두, 디슬래커(de-slacker) 스프링(7), 케이블 가이드(8), 및 케이블(5)의 자유 단부에 고정된 카라비너(9)가 포함되어 있다. 상기 배낭 어셈블리(1)는, 팬(6)을 둘러싸고 있는 격자구조 부분(11)이 있는, 얇은, 알루미늄 또는 단단한 플라스틱 케이스(10)에 포함되어 있다. 어떠한 눌릴 수 있는 지점을 완화시키기 위해서, 등 부분을 모두 커버하는 메모리-폼 패드(12)가 배낭 어셈블리(1)의 사용자측에 부착되어 있다. 8개의 부착 로우프(13)도 배낭 어셈블리(1)에 부착되어 있는데, 구출 하네스(2)의 구출 지지 루프(14)에 단단히 고정된다. 상기 로우프 각각은 일단 단단히 조여지면 상기 로우프는 그 상태로 유지되고 배낭 어셈블리(1)는 하강에 앞서 하강 동안 사람을 단단히 조인다. (벨트, 마개, 버클, 스트랩, 클립, 밧줄, 링, 스냅, 루프, 끈, 벨크로(Velcro) 및 상기 로우프 및 인장 장치들 대신에 더 다른 것이 사용될 수도 있다.)

[0069] 구출 하네스(2)는 쉽게 사용할 수 있는 기본 물품이다. Yates Rescue Harness Model 310 및 CMC Tactical Rappel Harness 가 두 개의 허용 가능한 모델들이다. 이 두 개의 모델 모두 하나의 크기에 모든 것을 갖추고 있으며 다리 끈 및 허리 끈이 쉽게 부착된다. 상기 다리 끈으로 인해, 여자들이 느슨한 상태를 유지할 수 있도록 해준다. 그것이 없으면, 구출 하네스(2)는 스커트나 드레스 바로 아래에 있게 되고, 구출 지지 루프(14)는 상기 스커트 맨 위쪽에 있거나 또는 드레스 앞을 통해 있게 된다(동일한 문제가 ResQline 하네스 또는 구출 낙하산에 있을 수 있다).

[0070] 헤드기어 어셈블리(3)에는 투명한 플라스틱 헬멧(16), 머리 위쪽에 딱 맞도록 있으면서 그 내부 지름(위쪽이 아님)으로 헬멧(16)을 지지하는 메모리-폼 삽입물(17), 목과 헬멧(16)의 아래쪽 사이의 공기 누설을 방지하기 위해 피부 아래쪽을 제외한 모두를 시일하면서 머리는 움지일 수 있게 하는 메모리-폼 목 시일(18)이 포함되어 있다. 두 개의 여과장치 홀더(19)가 헬멧(16)의 각 측면상에 위치해 있고, 이들 각각은 두 개의 필터-여과장치(20)를 잡고 있다. 여과장치 홀더(19)와 마우스피스(21)는 필터-여과장치(20)를 통해 숨을 내뱉는 것과 마우스피스(21)를 통해 숨을 들이마시는 것을 막아주는 작은 플랩-타입 체크밸브가 포함되어 있다.

[0071] 도 7은 배낭 어셈블리(1)의 작동부분들의 분해 사시도이다. 모든 것은 세 개의 비회전축, 상부 또는 스풀 축(23), 중간 축(24), 및 하부 또는 팬 축(25)을 통해 등받이(22)에 장착된다. 각각의 축은 1/4 인치 두께의 플렌지를 가지는데, 이것은, 도시된 바와 같이, 8개의 볼트(26)와 8개의 록와셔(27)를 사용하여 1/2 인치의 알루미늄 등받이(22)내의 1/4 인치의 홈에 볼트 결합된다. 모든 축은 높은 탄성 및 강성 계수를 위해 스테인레스 스틸로 만들어진다. 상부 축(23)은 보통 1과 5/8 인치 지름을 가지며, 구부러짐 강도의 상당한 손실 없이도 무게를 줄이도록 1 인치 지름의 구멍이 뚫려있다.

[0072] 상부 축(23)을 보면, 등받이(22)이 근처에 있는 TS 타입의 테이퍼된 롤러 베어링 콘은 NTN-Bower No.336 이고, 맞춤 컵(29)은 No.332 이다. 상기 베어링 컵(29)은 케이블 스풀(4) 내의, 중간 스풀 부분이 아니라 내부 플렌지 부분에 위치해 있는, 규격화된 개구로 눌려 끼워진다. 상기 내부 플렌지 부분은 안쪽이 꼭 맞으면서 12개의 볼트(31)를 사용하여 기어 #1(30)에 볼트결합되어서 두 개가 서로 회전한다. 케이블 스풀(4)의 외부 플렌지 부분에 눌려 끼워지는 것은 베어링 컵(32)으로서, NTN-Brower No.332B 인데, 이것은 상부 축(23)의 외부 단부 근처의 1과 3/8 인치의 지름 부분에 장착되어 있는 No.339 인 베어링 콘(33)에 얹혀진다. 특정 테이퍼된 롤러 베어링 각각은 500 RPM 에서 3,000 시간동안 반경방향 힘(radial force)이 4,290 lbs 이고, 축방향 드러스트(axial thrust)는 2,010 lbs 이다. 이러한 레벨 모두는 베어링이 동작시 받게 되는 어떠한 힘에도 만족되는 정도이다. 속도는 보통 1시간 이하에서 100RPM 이하이지만, [0121] 문단에서 설명한 바와 같이 순간의 초기 자유-낙하 이후 수초 이하에서는 500RPM 이상도 될 수 있다. 상부 회전 어셈블리는, 상부 축(23)의 나사 단부에 나사결합되는 벨빌 와셔(belleville washer)(34) 및 너트(35)에 의해 붙어있다.

[0073] 알루미늄 케이블 스풀(4)의 중앙 부분은, 3.25 인치의 내부지름 및 7 인치의 플렌지 지름을 가지며, 길이가 8 인치이다. 그 지름은 6 인치 부분만이 1,555 피트의 3/32 지름 카본 강철 와이어-로우프까지 붙잡고 있을 수 있는데, 상기 로우프는 1,000 파운드의 최소 브레이킹 강도를 가진 플렉서블 7x9 구조로서, Loo & Co.사의 파트 번호 GF 09479 (군용 스팩, Mil-W-83420) 이다. 선택적으로, 케이블(5)은 고강도 폴리머 또는 합성물이다. 1,555 피트의 케이블은 시어즈 타워(Sears Tower) 또는 타이페이(Taipei) 101 의 최상층에서부터 지면에 도달할 수 있을 정도의 길이 이상이다. 스풀(4)의 별도 지름은 여러개의 하부 지붕 부분을 수용할 수 있기에 충분한 추가 케이블도 허용하며, 심지어 아직 세워지지 않은 더 높은 초고층 부분도 수용한다. 케이블(5)은 케이블 가이드(8)(도시하지 않음)을 통해 방출되며, 알루미늄 블럭이 등받이(22) 위쪽에 단단히 부착되어 있다. 스무스한 구멍이 양 단부에 퍼져 나와 있으며, 강도 및 낮은 마찰을 위해 비전도성의 니켈-도금되어 있다.

[0074] 도 7의 위쪽에 디슬래커 스프링(7) 및 커버 플레이트(36)가 도시되어 있다. 디슬래커 스프링(7)은 케이블 스풀(4)의 외부 플렌지 부분에 꼭 맞는다. 그 목적은 사람이 창문 밖으로 하강하기 전, 그리고 사람이 더 아래의 지붕 레벨에서 계속 하강해야 하는 경우 계속되는 시간 이전에 케이블(5)이 느슨해 지는 것을 자동적으로 없애준다. 이것은 그러한 경우 중 어느 경우에서도 케이블(5)이 느슨해지면, 느슨함이 완전히 감길 때까지 사람이 자유 낙하하기 때문에 중요한 특성이다. 약 6 피트 정도의 자유낙하에서, 사람은 20 피트/초의 매우 빠른 하강 속도를 하게 된다.

[0075] 디슬래커 스프링(7)의 설계는, 한 가지 예외만 빼고, 신축가능한 개 목줄의 설계와 동일한데, 상기 예외는 후술한다. 상기 스프링은, 고강도 강철, 인 청동, 또는 베릴륨 구리의 긴 밴드(band)로 형성되며, 도 7에 도시된 나선과 반대로, 상기 신축가능한 개 목줄에서 이루어지는 것처럼, 혼자만 남게되면 단단한 나선으로 코일이 감겨 들어가서, 디슬래커 스프링(7)은 케이블 스풀(4)의 바깥 보드 플렌지 부분의 안쪽 주변부의 미리-압박된 굴곡에 "대항하는" 것으로 설치된다. 그 결과, 상기 밴드의 내부 루프가 꼭 맞게 되는 내부의 스풀 축(23)의 확장된 틈이 아니라 하우징의 주변부를 끌어안게 된다. 상기 언급한 예외는, 밴드의 다른쪽과 관련되어 있다. 개 목줄의 경우, 밴드의 다른쪽은 하우징의 주변부에 영구적으로 부착되어 있는데, 그 목줄이 밴드가 틈이난 축 주변에 완전히 감기기 전에 멈출 수 있기 때문에 허용가능한 것이다. 그러나, 본 발명에서는, 케이블(5)은 상기 밴드를 스풀 축(4)의 주변으로 완전히 감는데, 사람이 완전히 하강하기 전에 어떠한 영구적인 주변 부착 길이를 꽉 문다. 따라서, 밴드의 다른 쪽에는, 도시된 바와 같이, 사전에 각인된 삼각형 리지(ledge)(37)가 3개 형성되어 있는데, 케이블 스풀(4)의 바깥 보드 단부에서 내부 주변부 주위 모두를 기계처리된 삼각형 톱니자국 내부에 꼭 맞도록 떨어져 있다. 이들은 밴드의 충분히 감긴 횟수가 충분한 반경방향 힘이 이들을 붙잡고 있을 수 있도록 그 주변부에 유지되는 동안 주어진 톱니자국 내부에 남아 있다. 그러나, 사람이 계속 하강함에 따라, 케이블 스풀(4)은 밴드를 중심 축 단부 주위로 더 감는데, 충분한 감김이 상기 주변부가 작은 삼각형 리지를 제자리에 잡고 있는 동안 유지될 때까지 계속 감는다. 그리고, 갑자기 미끄러지면, 디슬래커 스프링(7)을 그 외부 단부에서 풀어버린다. 상기 3개의 작은 삼각형 리지(37)가 3개의 다른 톱니자국으로 다시 들어가도록 힘을 받도록 상기 주변부로 충분한 감김이 있게 되면 그 미끄러짐은 바로 멈춘다. 이 과정은 강하게 지속되는 동안 계속 반복된다.

[0076] 밴드가 상기 주변부 주위에 거의 완전히 감긴 상태(풀린 상태) 및 밴드가 상기 틈이난 축 주위에 거의 감기고 상기 주변부에서 주기적으로 미끄러지는 상태(완전히 감긴 상태) 사이에서, 상기 디슬래커 스프링(7)은 케이블을 다시 감는 방향으로 돌아가려는 시도를 하면서 케이블 스풀(4)상에 거의 일정한 토크를 가한다. 상기 디슬래커 스프링(7)의 상기 밴드의 재료, 길이, 폭 및 두께는, 적어도 30 내지 45 피트의 느슨함을 고려할 때, 이 토크가 적어도 30번 회전 이상에서 거의 10 인치-lbs 와 같도록 정해진다.

[0077] 상기 디슬래커 스프링(7)이 없으면, 여러 방식으로 케이블이 느슨하게 되는 것이 발생한다. 카라비너(9)가 앵커 박스에 부착되어 있는 경우, 만일 풀린 케이블의 양이 창문을 빠져나가는데 필요한 최소량을 초과한다면, 케이블 느슨함이 발생한다. 만일 잡아당기는 힘이 케이블 스풀(4)을 돌아가게 하여 더 많은 느슨함이 발생하기도 하는데, 상기 힘이 더 이상 가해지지 않으면 이를 되돌려놓도록 하는 관성이 잠시동안 지속되어, 볼 수는 없는 등받이 어셈블리(1) 내부에 느슨함이 발생한다. 10 인치-lbs 토크를 발생하는 디슬래커 스프링(7)을 가지고, 이 회전은 급이 멈출 수 있고, 그리고 나서 그 느슨함을 감아올리도록 역추진된다. 사람은 상기 카라비너(9)를 수 피트 잡아당기면서 약 3 파운드의 저항을 느끼는데, 3 파운드 힘이 이것을 되돌려 놓으려 한다. 그는 케이블(5)이 자신을 약간의 힘을 통해 앵커 박스쪽으로 밀어내는 것을 느낄 때 창문을 빠져나가기 전에 모든 느슨함이 제거되었음을 확신할 수 있다. 상기 언급한 최소 30 내지 45 피트의 느슨함 제거 능력은 두 가지 이유 때문에 필요하다. 첫째로, 사람이 카라비너(9)를 부착하게 되면 그는 되돌아가기 전에 방 안의 어느 곳이든 가야 한다. 그리고, 두번째로, 만약 사람이 자신의 상황에 따라서 어느 한 에지로 걸어가야 하는 경우에 느슨함 정도가 발생하면, 원래 착륙지점에서 가까운 에지로 하강할 것을 결정해야 한다(또는 그가 원래 착륙지점에서 멀리 걸어가면서 밴드의 주변주에 연속적인 미끄러짐이 발생하는 곳). 삼각법에 의해, 더 아래쪽의 지붕이 200 피트 아래라면, 114 피트를 걸어가는 것이 30 피트의 케이블을 잡아당기기만 할 것이다. 그것이 그 에지까지 114 피트 이상 더 걸어가는 것을 200 피트 아래로 제한하지 않으면, 그 사람은 상기 디슬래커 스프링(7)이 모든 느슨함을 다시 감는다면 원래 시작한 방향으로 114 피트 이상을 되돌아가지 않아도 됨을 의미한다.

[0078] 도 7에서, 상부 축(23)상의 기어 #1(30)는 중간 축(24)상의 기어 #2(38)와 매칭된다. 그리고, 중간 축(24)상의 기어 #3(39)는 팬 축(25)상의 기어 #4(40)과 매칭된다. 기어 #1(30)는 폭이 3/4 인치이고, 12 개의 피치, 14.5도 압력-각 스퍼 기어(spur gear)로서, 12 인치의 피치 지름 및 144 개의 톱니를 가진다. 기어 #2(38)는 폭이 3/4 인치이고, 12 개의 피치, 14.5도 압력-각 스퍼 기어로서, 3 인치의 지름과 36 개의 톱니를 가진다. 기어 #3(39)은 폭이 1/2 인치이고, 20 개의 피치, 14.5도 압력-각 스퍼 기어로서, 5 인치의 지름과 100 개의 톱니를 가진다. 그리고, 기어 #4(40)는 폭이 1/2 인치이고, 20 개의 피치, 14.5도 압력-각 스퍼 기어로서, 1 인치의 지름과 20 개의 톱니를 가진다. 모든 기어용으로서 알루미늄이 적절하지만, 페놀 또는 마그네슘도 무게를 덜어준다.

[0079] 기어 #1(30)가 회전함에 따라 기어 #2(38) 및 기어 #3(39)가 네 번 회전하게 되고, 기어 #4(40)는 20번 회전한다. 최대 톱니력(tooth force)은 최대 400 lb 의 전체 하강 무게에서 발생하는데, 케이블 스풀(4)상의 케이블(5)이 최대 6 인치 지름인 경우 그러하다. 상기 최대 톱니력은 기어 #1(30) 및 기어 #2(38)에서는 200 lbs 이고, 기어 #3(39) 및 기어 #4(40) 에서는 120 lbs 인데, 이것은 특정한 기어의 능력 내에 있는 것이다. 관련된 최대 토크는 상부 축(23)상에서 1,200 인치 lbs 이고, 중간 축(24)에서는 300 인치 lbs 이며, 팬 축(25)에서는 60 인치 lbs 이다. 후자의 최대 토크는 팬(6)의 8개의 날개가 효과적인 반지름인 4.9 인치에서, 각각의 반-원통형 날개상에 1.53 lbs 의 최대 항력(drag force)을 해석하면, 대략 12.2 lbs 의 전체 최대 항력이 있게 됨을 의미한다.

[0080] 케이블 스풀(4)상의 케이블(5)이 400 lb의 전체 하강 무게를 위해 최소 3.25 인치 지름을 가지는 경우, 톱니력은 기어 #1(30) 및 기어 #2(38)에서는 108.33 lbs, 기어 #3(39) 및 기어 #4(40)에서는 65 lbs 까지 감소한다. 연관된 토크는 상부 축(23)에서는 650 인치 lbs, 중간 축(24)에서는 162.5 인치 lbs, 그리고 팬 축(25)에서는 32.5 인치 lbs 이다. 후자의 토크는 상기 8개의 날개가 있는 팬(6)의 날개상에 전체 항력으로 4.9 인치의 효과적 반지름인 경우에는 약 6.63 lbs의 항력, 즉, 반-원통형 날개 각각에 0.83 lbs의 항력을 요구한다. 본 명세서 및 앞서의 문단에서 언급된 속도와 힘의 값들은 다양한 움직임 부분들에 있게되는 속도와 힘을 위한 "느낌(feel)"을 제공해준다.

[0081] 또한, 앞서의 에너지 분석의 유효성을 실험해보는 수단을 제공하기도 한다. 도 5로부터, 에너지 분석은 케이블(5)이 케이블 스풀(4)에서 최대 6 인치의 지름인 경우 400 lb 무게가 1.92 피트/초로 하강하고, 케이블(5)이 최소 3.25 인치 지름인 경우에는 0.79 피트/초로 하강함을 보여준다. 1.92 피트/초의 하강율은 73.4 RPM 의 스풀 속도 및 1,467 RPM 의 팬 속도에서 발생하는데, 4.9 인치의 효과적인 날개 반지름에서 62.68 피트/초의 날개 속도를 가진다. 0.79 피트/초의 하강율은 55.7 RPM 의 스풀 속도 및 1,114 RPM 의 팬 속도에서 발생하는데, 4.9 인치의 효과적인 날개 반지름에서 47.61 피트/초의 날개 속도를 가진다. 이제 검사를 하면, 상기 항력은 62.68 피트/초 및 47.61 피트/초의 상기 날개 속도 값 각각을 다음과 같은 알려진 항력식에 도입하여 직접 계산할 수 있으며, 요구되는 힘 값인 1.53 lbs 및 0.83 lbs 와 비교한다.

여기서,

D = 하나의 날개에서의 항력(lbs)

C_D = 2.3, 반-원통형상을 위한 드래그 계수

ρw = 0.078 lbs/ft², 공개의 무게밀도

g = 32.2 ft/sec², 중력 가속도

V_6in = 62.68 ft/sec, 6 인치 스풀 지름에서 날개 속도(400 lbs 용)

V₃ _.25in = 47.61 ft/sec, 3.25 인치 지름에서 날개 속도(400 lbs 용)

A = 0.1389 ft², 2.5 인치 x 8인치 날개의 정면 면적

상기 [수학식 3]의 항력은 속도의 제곱에 비례함에 주목하라. 그러나, [파워=힘x속도]이기 때문에, 이것은 항력이 RPM 속도 항목의 세제곱에 비례함을 보여주는 [수학식 1]과 일치한다. 상기 값들을 대입하여, 항력은 1.52 lbs 및 0.87 lbs 로 각각 결정되므로, 앞서 행한 에너지 분석이 확인된다.

이 에너지 분석 확인은, 다음과 같은 [0053]문단에서 언급한 원리와 결합하여, 본 명세서에 언급된 발명 원리를 확인하는 역할을 더 한다:

- 불안전한 속도인 10피트/초가 아니라 안전한 속도인 1피트/초에서 사람을 하강시키는 것은 에너지 분산 메카니즘의 파워 분산의 10 이상이 아니라 10배 이하를 필요로 하고,

- 이러한 느린 하강 속도는 그 회전 속도가 충분히 큰 경우로서, 보통 케이블 스풀의회전 속도보다 크다면, 소형의 에너지 분산 메카니즘으로 얻어질 수 있으며,

- 에너지 분산 메카니즘을 작게 하여 그것과 케이블 모두가 다 소진될 수 있는데, 이것은 사람이 완전한 하강을 위한 긴 대기 시간을 제거해 줌으로써, 많은 사람들이 동일한 탈출 지점에서 기다리지 않고 한 사람씩 빨리 탈출할 수 있게 해준다.

[0082] 덜 중요한 여담을 간단히 한 후 도 7을 참고하면, 기어 #2(38)이 회전 슬리브(41)상에 장착되는 것으로 도시되어 있는데, 상기 회전 슬리브(41)는 회전하지 않는 1/2 인치 반지름의 중간 축(24)상에 장착되는 두 개의 니들 베어링(needle bearing)(42)상에 교대로 장착된다. 기어 #3(49)는 슬리브(41)상에 직접 장칙되지는 않지만, 대신 슬리브(41)상에 장착되는 롤러 클러치 및 베어링 어셈블리(43)상에 장착된다. 304 스테인레스 스틸 슬리브(41)는 길이가 2.0 인치로서, 0.688 인치의 I.D 및 1.178 인치의 O.D를 가진다. 전체 어셈블리는 와셔(44)와 볼트(45)에 의해 유지된다.

[0083] 베어링(42)은 Torrington drawn-cup needle roller bearing No. B-812 로서, 1/2 인치의 구경, 11/16 인치의 O.D., 3/4 인치의 폭을 가지며, 최대 작업 하중은 3,290 lbs, 그리고 최대 속도가 5,500 RPM 이다. 롤러 클러치 및 베어링 어셈블리(43)는 Torrington No. FCB-30 으로서, 1.18 인치의 내경, 1.46 인치의 O.D., 845 인치 lbs의 토크율, 1,510 lbs의 작업 하중율, 및 7,330 RPM 의 과속제한 속도를 가지고 있다. 이들 값 모두는 앞서 언급한 요구사항들을 초과하지 않는다.

[0084] 롤러 클러치 및 베어링 어셈블리(43)로 인해서, 토크가 기어 #2(38)에서 기어 #3(39)로 한 방향으로반 전달된다. 이것은 고속 팬(6)을 멈추어 다시 감을 필요 없이 단지 저속 케이블 스풀(4), 기어 #1(31) 및 기어 #2(38)을 멈추고 다시 감는 것만으로 디슬래커 스프링(7)의 동작을 최적화 시킨다.

[0085] 기어 #3(39)는 팬 축(25)의 좁은 7/6 인치의 지름상에 위치한 기어 #4(40)와 기어가 맞물린다. 기어 #4(40)는 커넥터 링(46)에 용접(또는 접착)되고, 그 두 개는 단단한 어셈블리를 형성한다. 이 어셈블리는, Torrington drawn-cup needle roller bearing No. B-78인 니들 롤러 베어링(47)상에 얹혀진다. 폭이 1/2 인치인 이 베어링은 7/16 인치의 구경, 5/8 인치의 O.D., 1,690 lbs의 최대 작업 하중, 및 6,300 RPM의 최대 속도를 가지고 있다. 8개의 정밀한 핀들이 상기 커넥터 링(46)을 팬 어셈블리(6)에 연결시킨다.

[0086] 팬(6)은 중심 튜브(48), 두 개의 8-스포크 플레이트(49), 및 8개의 반-원통형 날개(50)로 이루어진 용접된 알루미늄(또는 몰드된 플라스틱) 어셈블리이다. 튜브(48)는 두 개의 drawn-cup needle roller bearing(51)상에 얹히는데, 상기 베어링은 Torrington No. BH-78로서, 7/16 인치 구경이 있는 1/2 인치 폭 베어링, 11/16 인치 O.D., 1,600 lbs 의 최대 작업 로드, 및 8,300 RPM의 최대 속도를 가진다. 상기 팬 어셈블리(6), 및 커넥터 링(46) 및 기어 #4(40)로 만들어진 어셈블리는 축(25)의 나사 단부로 나사결합된 단부 너트(52)에 의해 위치하고 유지된다. 3.9인치 길이의 중앙 튜브(48)는 0.688 인치의 I.D., 및 1.5 인치의 O.D.를 가진다. 두 개의 1/8 인치 두께의 지지플레이트(49)는 중앙에 0.75 인치의 구멍이 있는 1.5 인치 지름의 중앙부를 가진다. 상기 1.5 인치 지름의 중앙부와 집적되고 방사상으로 퍼져나오는 8개의 동일 간격의 아암(또는 스포크)이 되며, 각각은 1/4 인치 폭으로 12 인치 지름으로 확장된다. 두 개의 지지플레이트(49)는 중앙 튜브(48)의 각 단부에 중심위치해 있고 완벽한 각 매치로 정열되고 잘 용접되어 있다. 한 단부에서, 8개의 동일 간격의 1/8 인치 지름의 핀이 커넥터 링(46)에 용접된다. 8개의 날개(50) 각각은 지름이 2.5 인치이고 길이는 8인치, 그리고 3/32 인치 두께의 연마된 알루미늄의 반-원통형 조각이다. 그리고, 각각은 도 7에 도시된 바와 같이 두 개의 정열된 스포크의 아래쪽에 네 위치에서 용접되어 있다. 이 크기의 스포크는 충분한 안전 요소를 가지는 요구되는 힘을 쉽게 수용하며 자연스러운 공기 흐름으로 충격이 거의 없다.

[0087] 도 8a1부터 도 8f는 헤드기어 어셈블리(3)의 다양한 특성들을 설명하고 있다. 도 8a1 및 도 8a2는 두 개의 여과장치 홀더(19), 및 마우스피스(21)의 추가에 앞서 기본적인 투명한 플라스틱 헬멧(16)의 측면도 및 정면도이다. 도 8b는 머리 위쪽에서 본 메모리-폼 삽입물(17)의 측단면도이다. 도 8는 메모리-폼 목 시일(18)의 측단면도이다. 도 8e1 및 도 8e2는 여과장치 홀더(19)의 측면 및 정면 단면도이다. 도 8f는 마우스피스(21)의 측단면도이다.

[0088] 도 8a1 및 도 8a2는 각각 지름이 12인치이고, 두께가 1/8인치인 무명한 폴리카보네이트(또는 하이 템프 폴리설폰(high temp polysulfone)) 헬멧(16)의 측면도 및 정면도이다. 정면도는 두 개의 여과장치 홀더(19)용의 두 개의 1/2 인치 지름 구멍(54)를 보여준다. 세 구멍 모두의 내부 에지는 폼 삽입물(17)이 삽입시 찢어지거나 파손되지 않도록 둥글게 되어 있다.

[0089] 헤드의 위쪽을 위한 메모리-폼 삽입물(17)이 도 8b에 측단면도로 도시되어 있다. 이것의 12 3/4 인치의 외부지름과 5 인치의 내부지름은 헬멧(16) 내부에 잘 지지되는 1인치 간섭 핏(interference fit)을 주어 매우 편안한데, 5 1/4 인치 및 그 이상의 머리 크기를 가진 사람을 위해 불편하지 않도록 맞추어져 있다. 이것은 널리 알려진 Tempur-Pedic^® 의 Tempur^® 물질과 같은 오픈 셀 메모리-폼, 또는 Conform 으로 불리는 덜 비싼 대체물질로 몰드된다. 사용에 있어서, 홈 삽입물(17)은 헬멧을 쓰기 전에 집어넣어지고 위쪽이 아니라 내부 지름에서 지지된다.

[0090] 메모리-폼 목 시일(18)은 도 8c에 측단면도로 도시되어 있다. 상기 시일(18)은 삽입물(17)과 동일한 메모리-폼 재료로 몰드되어 있다. 목 시일(18)을 위해서, 그 몰드 표면으로 만들어진 외피에는 바닥면을 제외한 모든 부분에 시일링 공기 장벽(55)이 형성되어 있다. 이것은 목 시일(18)이 헬멧(16) 내부면 및 목에서의 공기 누출을 시일하게 하지만 쾌적한 오픈-셀 재료로서 작용한다. 또한, 소리를 통과시켜 휴대전화 또는 말을 상대적으로 자유롭게 할 수 있게 해주기도 한다. 1/4 인치의 립(lip)은 몰드된 조각의 일부로서 헬멧으로 깊숙히 밀려들어간다. 위쪽에 일체로 몰드된 동심의 주름들은 상기 외피가 접힐 수 있게 해주는데, 펴져서는 않되며, 이것은 목 시일(18)이 목과 헬멧(16) 사이의 공간과 일치하도록 하기 위해서이다. 사용에 있어서, 목 시일(18)(앞쪽 및 위쪽이 표시된)을 먼저 쓰고, 그 다음 삽입물(17), 마지막으로, 네 개의 필터 여과장치(20)로 이미 셋업되어 있는 헬멧(16)을 쓴다.

[0091] 필터 여과장치(20) 및 그 내용물은, 미국 특허 제5,186,165호에도 기재되어 있는 바와 같이, 브룩다일 인터내셔널 시스템즈사(Brookdale International Systems, Inc.)의 Evac-U8^TM Emergency Escape Smake Hood 에 사용된 것과 유사하다. Evac-U8^TM 제품에서와 달리, 코 클립, 입출력 밸브가 있는 입 안의 마우스피스, 플렉서블 후드, 및 어두는 곳에서도 볼 수 있는 빛을 반사하는 디스크가 사용된다. Evac-U8^TM 제품에서는, 단지 하나의 여과장치만 사용되고 있으며, 분당 약 40 리터의 공기흐름율에서 적어도 10 분동안 보호를 할 수 있는 충분한 필터 재료를 가지는데, 이것은 개개인이 빠른 걸음시 숨쉬는 정도과 거의 동일하다. 본 발명에서는, 헬멧(16)상의 여과장치 홀더(19)는, 더욱 적은 활동율에서 더 긴 적어도 40 분의 보호시간을 위하여 그 필터 재료의 4배를 가진 그러한 필터 여과장치(20)가 네 개 있다. 이 필터 여과장치(20)는 지름이 2 1/4 인치이고, 길이가 약 2 3/4 인치이다. 필터 재료는, 아래쪽으로 공기 흡입용 작은 구멍이 있고 위쪽으로 상기 여과장치 홀더(19) 및 헬멧(16)과 통하는 공기 출구용 작은 구멍이 있는 두 개의 플레이트(56)를 가지는 플라스틱 하우징(ABS, 폴라카보네이트 또는 폴리설폰)내부에 포함되어 있다. 저장되어 있는 동안 상기 물질를 보호하기 위해서, 플레이트(56)는 상기 구멍은 두 개의 금속 호일(foil)(57)로 덮여 있는데, 위쪽 및 아래쪽 플레이트(56)에 접착식으로 붙어있다. 상기 호일(57) 각각에는 당김 탭(58)이 있어서, 필터 여과장치(20)를 여과장치 홀더(19)에 삽입하기 직전에 쉽게 호일을 제거할 수 있게 되어 있다. 필터 여과장치(20) 각각의 위쪽에는 여과장치 홀더(19)의 아래쪽과 꼭 맞아서 여과장치를 정열하고 제자리에 잡고 있는 작은 립(lip)이 있다.

[0092] 도 8d는 필터 여과장치(20)의 단면도로서, 아래쪽과 위쪽의 플레이트(56) 사이에 3층의 물질을 보여주고 있다. 아래쪽 플레이트 위 및 위쪽 플레이트 아래에, 그리고 상기 3층 사이에 각각을 분리하는 정전기적으로 충전된 파이버 필터(59)가 있는데, 연기 미립자 같은 특정 성분를 흡수할 수 있다. 가장 아래쪽의 파이버 필터(59) 위쪽은, 자연발화시, 방화시 또는 합성 물질이 타는 일반적인 화재에서의 짙은 연기에서 발견되는 극성의 유기물 가스를 제거하기 위한 활성화된 카본 과립(예를 들어,Calgon 타입 ASC Grade III, 12x13 메쉬)의 층이다. 다른 파이버 필터(59) 위쪽은, 물질의 최종 층을 통과하기 전에 공기 중의 수증기를 제거하기 위한 건조층(61)이다. 상기 건조층(61)은 지오라이트(ziolite) 타입 Z 3-01/3A, 8x12 메쉬일 수 있다. 최종 물질 층(62)은, 카본 일산화물질을 카본 이산화물질로 변형시키는, 카룰라이트(carulite) 타입 200 일 수 있는, 구리 망간 산화물 홉칼라이트(hopkalite) 촉매이다. 각각의 필터 여과장치의 여러 물질의 대략적인 양은, 네 개의 여과장치 필터가, 적어도 활동시간에서는 40분 및 거의 활동하지 않는 시간에서는 1시간까지 가능한 요구에 따르게 되는데: 활성화된 카본 미립자(60) 10 그램, 지오라이트 건조제(61) 55 그램, 및 카룰라이트 촉매(62) 80 그램이다. 이러한 물질들은 보호 포일 단부 시일(57)이 위치하고 있는 동안에는 무한한 선반 수명(shelf lives)을 갖는다. 사용에 있어서, 포일 단부 시일(57)은 필터 여과장치(20)를 여과장치 홀더(19)에 설치하기 직전에 제거한다.

[0093] 두 개의 여과장치 홀더(19)는 도 6에 도시한 바와 같이 헬멧(16)의 각 측면에 영구적으로 부착되어 있다. 각각의 여과장치 홀더(19)내의 0.5인치 구멍이 헬멧(16)내의 0.5인치 구멍과 정열된다. 도 8e1 및 도 8e2는 각각 여과장치 홀더(19)의 좌측의 측면 및 정면에서 본 단면도로서, 외부 하우징 부품(63), 및 밸브 및 시일 플레이트(64)로 구성된다. 하우징 부품(63)에는 두 개의 필터 여과장치(20)의 위쪽 립을 가이드하고 고정시키며, 이들을 상기 밸브 및 시일 플레이트 어셈블리(64)내에 위치한 두 개의 O-링 시일(65)에 대해 위치시키는 일체화된 전면 및 후면 스프링부가 있다. 상기 밸브 및 시일 플레이트 어셈블리(64)의 위쪽에는 두 개의 편평한 밸브 플랩(66)이 있는데, 각각은 1 인치의 편평한 랜드(land)에 의해 1 인치 너머에 있는 상기 밸브 및 시일 플레이트 어셈블리(64)내의 0.5 인치 구멍 꼭대기에 놓여있다. 상기 두 개의 밸브 플랩(66)은 길이가 3인치이고 폭이 1인치인 3 mil 캡톤(Kepton)(폴리이미드) 필름의 단일 스트립으로 형성되는데, 1 인치 x 1 인치 x 높이 1/8 인치인 플라스틱 블록(67)에 의해 중앙에 높여 있다. 이 블록(67)은 네 개의 0-80 나사에 의해 상기 밸브 및 시일 플레이트 어셈블리(64)에 부착된다. 상기 밸브 플랩(66) 각각은 들이마시는 경우, 공기가 필터 여과장치(20)를 통과하여 헬멧(16)으로 들어가게 해준다. 내쉬는 경우에는, 밸브 플랩(66)은 닫힌 상태로 유지되고, 내뱉은 공기가 마우스피스(21)를 통과하게 한다.

[0094] 마우스피스(21)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 헬멧(16)의 앞쪽에 영구적으로 부착되어 있다. 도 8f는 마우스피스(21)의 측단면도를 보여주고 있는데, 외부 하우징(68) 및 밸브 플레이트 어셈블리(69)로 구성되어 있다. 밸브 플레이트 어셈블리(69) 내의 0.5 인치 구멍이 헬멧(16) 앞쪽의 0.5 인치 구멍과 정열된다. 밸프 플레이트 어셈블리(69) 앞쪽의 상기 0.5 인치 구멍 둘레에는 1인치 x 1인치의 편평한 랜드가 놓여있는데, 길이가 1 1/4 인치이고 폭이 1 인치로서 1 인치 x 1/4 인치 x 1/8 인치 높이의 작은 플라스틱 블록(71)에 의해 꼭대기에서 한 단부상에 잠겨있는 3 mil Kapton 필름의 단일 스트립으로 형성된 밸브 플랩(70)에 의해 덮여 있다. 상기 블록(71)은 두 개의 0-80 나사에 의해 밸브 플레이트 어셈블리(69)에 부착되어 있다. 외부 하우징(68)에는 내뱉은 공기가 빠져나가게 해주는 작은 구멍으로 된 두 개의 원형 열(row)이 포함되어 있는데, 한 열은 1 1/2 인치 지름으로 앞쪽에 위치해 있고 다른 열은 그 주변부에 위치해 있다. 숨을 내쉴 때에, 밸프 플랩(70)은 그대로 유지되어 있고, 내쉰 공기는 필터 여과장치(20)로 들어가게 된다.

[0095] 헤드기어 어셈블리(3)는 다음과 같은 순서로 써야 한다: 먼저, 앞쪽의 위쪽 및 아래쪽(표시된 위쪽 및 앞쪽)에 상기 주름진 반짝이는 외피가 있는, 메모리 폼 목 시일(18)을 목 주변에 편안하게 그러나 불편하지는 않게 쓴다. 그리고나서, 메모리 폼 삽입물(17)을 그 위쪽에 사용하지 않는 전면부가 있는 머리에 편안하게 쓰는데 눈은 가리지 않도록 한다. 다음으로, 탭(58)을 제거하여 네 개의 필터 여과장치(20)의 위쪽 및 아래쪽의 보호 호일 시일(57)을 제거한다. 그리고 나서 필터 여과장치를 헬멧(16)의 두 개의 여과장치 홀더 각각에 삽입하고, 헬멧(16)을 머리 위에서 아래로 천천히 당긴다. 완전히 당기기 말고, 메모리 폼 삽입물(17)이 어느 높이에서 헬멧을 지지하게 하여, 삽입물(17)을 다시 넣는 것이 발생하지 않도록 한다. 헬멧(16)이 충분히 내려오면, 메모리 폼 목 시일(18)을 헬멧의 아래쪽으로 상기 립까지 모든 방법으로 밀어넣는다. 그리고 나서, 헬멧(16)이 너무 높다고 느끼면, 더 아래로 내릴 수 있다. 헤드기어 어셈블리(3)는 공기의 질이 의심스럽다면 등받이 어셈블리(1)를 입기 전에 써야한다.

[0096] 구출 하네스(2)는 등받이 어셈블리(1)보다 먼저 입어야 한다. 비록 등받이 어셈블리(1)가 일반적인 배낭보다 크고 무겁긴 하지만, 책상에 세워놓는다면 쉽게 입을 수 있다. 그 위치에서, 부착 로우프(13)를 몸 주변에 풀고 구출 지지 루프(14)에 스프링 클립(72)을 이용하여 부착하고, 인장 장치(15)를 사용하여 팽팽하게 한다. 이 부착은 두 개의 어께 스트랩(73)이 도 9a에 도시된 바와 같이, 어께-스트랩 벨트(74)와 함께 갖춰지면 끝난다. 어께 스트랩(73)은 등받이 어셈블리(1)의 등받이(22)에 고정되고 메모리 폼이 있는 하부 슬리브 및 어께 부착 로우프를 가이드하는 상부 슬리브가 포함되어 있다. 밤에 사용시에는, 이래쪽을 향하는 두 개의 펜 라이트(penlight)를 어께 스트랩상에 클립 고정시켜 하강하는 쪽(및 구출자를 위한 등쪽 빛을 제공하여 하강하는 사람을 볼 수 있도록)에 빛을 제공할 수 있다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 부착 로우프(13)는 어느 것도 1/2 인치 알루미늄 등받이(22)에 고정적으로 부착되지 않는다. 대신, 등받이(22)에 기계로 뚫려 있는 구멍 내부로 이동하여 인장 장치(15)가 팽팽해 지도록 한다. 상기 구멍은 3/16 인치 지름의 부착 로우프(13)가 찢어지는 것을 막도록 에지가 스무스하게 둥글게 처리되어 있다. 이 나일론(또는 폴리에틸렌) 로우프는 상당히 팽팽하게 늘어날 수 있는데, 이것은 무게가 이동하는 경우에도 그 상태를 유지하는데 도움을 준다. 도 9c는 인장 장치(15)를 근접하여 도시한 것이다. 이것은 인장을 위한 작은 로우프로 사용되는 Line-Lok^® 으로 불리는 표준 아이템의 수정된 버젼이다. 이 수정은 뒤쪽 끝단에 작은 금속 로우프-가이드(75)가 추가되어 있는데, 이것은 상기 뒤쪽 끝단으로부터 풀려나오는 두 개의 인접 로우프가 분리됨으로 인해 발생되는 예상치못한 풀림을 막아준다. 도 9d는 Line-Lok^®인장 장치(15)를 어떻게 조립하는지를 보여준다. 그리고, 도 9e는 사용자가 팽팽하게 하는 방법을 보여준다. 단지 하나의 작은 나일론 Line-Lok^®장치가 200 lb 인 사람을 쉽게 지지할 수 있고, 본 발명에서는 8개가 사용된다.

대규모 탈출을 위한 앵커리지

[0097] 단지 한 사람 또는 두 사람만을 위해서는 특별한 앵커리지(anchorage)는 필요하지 않다. 방 안에 널려있는 문의 힌지 또는 책상 및 다른 큰 물체들이 강철 케이블이 그 주변을 감싸 고리가 되는 앵커리지 역할을 하는데, 그 고리에 카라비너(9)가 클립 고정된다. 그러나, 있을 수 있는 대규모 탈출사태에서는, 하나의 창문으로 빠져나가려고 하는 수백명의 사람들을 위해서는, 각각의 출구 창문을 따라 특별한 앵커리지가 필요로 한다. 120명의 사람인 경우, 모든 기어에 평균 330 lb 가 걸리므로, 앵커리지는 단지 120 개의 카라비너(9)가 아니라 20톤을 지지할 수 있어야 한다(이 경우, 평균 1인당 200 파운드 정도로 예상할 수 있어, 12톤이면 충분하다).

[0098] 수평 대들보(girder) 및 수직 열(column)로 구성된 강철 I-빔(I-beam) 골조가, 가장 높은 사무실 빌딩(세계무역센터는 제외)의 외형 뼈대를 만든다. 따라서, 강철 I-빔 대들보는 모든 잠재적인 출구 창문의 위쪽에 있곤 한다. 그래서 I-빔은 20톤을 쉽게 지지할 수 있다. 표준의 대들보 클램프(clamp)가 20톤의 작업 하중에서 얻어지는데, 폭이 8 인치에서 24 인치인 크기의 빔 플렌지로 조정가능하다. 대들보 클램프(76)가 도 10a1 및 도 10a2에 도시되어 있는데, 아래쪽에 붙박이 걸쇠(77)가 있다. 이 대들보 클램브(76)는 출구 창문 각각의 근처 천정 위에 있는 I-빔의 바닥 플렌지에 부착되어 있다.(상부 플렌지는 바닥 위를 지지하는 것을 돕기위해 사용된다). 대들보 클램프(76)의 걸쇠(77)로 다른 걸쇠(78)가 부착되는데, 이 다른 걸쇠는 U자형 고리 핀(79)이 위쪽에서 체인(80)을 지지해 주고 있는데, 상기 체인은 30톤의 하중을 견디는 것으로 평가된다. 체인(80)은 체인(80)이 창문쪽으로 움직일 수 있게 해주는 천정 타일내의 슬롯을 통해 아래로 매달려 있다. 체인은 상기 출구 창문 옆의 외벽을 따라 아래로 매달려 있다. 외벽이 유리로 된 빌딩에서는 외부 벽이 없고 외부 열만 있다. 그래서, 선택한 출구 창문은 외부 열 옆에 위치해 있어야 한다. 콘크리트 프레임의 고층 빌딩은 강철 대들보가 없고, 체인(80)에 보통 부착되는 앵커 박스(anchor box)(후술함)가 외부 열에 꼭 맞는 강철 슬리브에 부착된다.

[0099] 도 10b1 및 도 10b2는 체인(80)의 아래쪽에 부착된 앵커 박스(81)를 보여주고 있는데, 사람들 각각은 창문을 빠져나가기 전에 상기 앵커 박스에 자신의 카라비너(9)를 부착한다. 상기 앵커 박스는 120 명의 카라비너를 수용할 수 있고, 20톤을 지지할 수 있다. 앵커 박스(81)는 높이가 21 인치이고 폭이 12 인치인 구조로서, 뒤쪽 및 옆쪽에는 두께가 1 인치인 강철 플레이트가 있다. 앞쪽에는 상기 두 측면을 떨어뜨려 놓는 지름이 1 인치인 5개의 강철 로드가 있다. 가장 아래쪽에 있는 로드는 벽에서부터 4 인치 떨어져 있고 아래쪽에서부터 3 인치 떨어져 있다. 다음 로드는 벽에서부터 6 인치 떨어져 있고 아래쪽에서부터 6 인치 떨어져 있고, 그 다음 로드는 벽에서부터 8인치, 아래쪽에서부터 9인치, 그 다음 로드는 벽에서부터 12 인치, 아래쪽에서부터는 12 인치, 그리고 마지막 로드는 벽에서부터 12 인치, 그리고 아래쪽에서부터는 15 인치 떨어져 있다. 맨 위쪽에서, 체인(80)은 1 인치의 중앙 간격이 있는 1 인치 지름의 U자형 고리 핀(82)이 있는 앵커 박스(81)와 연결된다. 도 10c는 출구 창문 근처에 설치된 전체 설치도를 설명하고 있다. 앵커 박스(81)는 로드가 보이는 쪽으로 위치해 있다. 카라비너(9)는 아래쪽에 로드로부터 시작하여 하나씩 클립 고정된다. 첫번째 사람이 자신의 카라비너(9)를 클립 고정하고 이를 창문측으로 밀어낸 다음 빠져나간다. 다음 사람이 앞 사람을 따라가는데 이는 첫번째 로드가 25개로 채워질 때까지 계속된다. 그리고 나서, 필요하다면 두번째 로드, 세번째 로드, 네번째 로드, 및 마지막으로 다섯번째 로드가 채워진다. 앵커 박스(81)는 출구 창문 옆의 외부 벽에 매달려 있는 것으로 도시되어 있다. 출구 창문이 외부 열 벽 옆에 있어서, 앵커 박스(81)는 외부 열 벽에 매달려 있는 것과 동일한 기능을 할 수 있다. 대들보 클램브(76), 매달림 체인(80), 및 앵커 박스(81)는 제자리에 놓여야 하며 이들이 필요하게 될 때 준비되어야 한다. 미학적인 목적을 위해서는, 체인(80)과 앵커 박스(81)는 이들이 필요해서 준비될 때까지는 판넬이나 드레이프(drape)에 의해 숨겨놓는다.

[0100] 도움이 되는 것으로, 표준 금속 책상을 화재 비상사태의 경우 탈출을 돕기 위해 출구 창문쪽으로 밀기도 한다. 도 11a에는, 창문을 빠져나가기 전에 앵커 박스(81)에 자신의 카라비너(9)를 클램프 고정시키는 120번째 사람이 도시되어 있다. 그는 네번째 사람의 일부로서, 훈련을 받았으며, 창문 밖에 있는 116 명의 다른 사람들을 도와주는 자원봉사 고용-팀원이다. 이제, 탈출이 시작된 후 1시간 반이면, 이들 모두(및 그의 3명의 동료 포함)는 탈출을 하게 되며, 그가 마지막으로 남게된다. 이미 모두 탈출한 사람들의 모든 카라비너(9)와 케이블(5)에 주목하라. 창문 위가 아니라 창문을 따라 앵커 박스(81)의 상황을 보면, 케이블(5) 모두가 열려 있는 창문의 단지 한쪽 구석에 바짝 붙어 있어서 그 열린 상태가 계속되어서 많은 사람들이 빠져나가게 된다. 도 11b에서, 120번째 사람이 이제 책상 위에서 몸을 웅크리고, 창문쪽으로 천천히 뒤로 간다. 그 사람의 디슬래커 스프링(7)이 케이블(5)을 어떻게 팽팽하게 유지하는지 주목하라. 도 11c에서, 이 마지막 사람은 마침내 창문쪽으로 내려서고, 책상을 잡고, 자신을 서서히 하강시킬 준비를 하고, 곧 지상으로 안전하게 100 여명의 사람들 및 수천명의 다른 사람들(다른 층의 사람들 포함)과 만나게 된다.

다른 실시예

[0101] 본 명세서에 나타난 본 발명의 다른 실시예는 에너지를 분산시키는 대안 메카니즘을 설명하는데, 에너지 각각은 앞서 [0053] 및 [0081]문단에서 구체적으로 설명하고 요약한 광범위한 발명 원리에 충실한 것이다. 따라서, 대안적인 에너지 분산 메카니즘 각각의 실제적인 구현은 케이블 스풀(4) 보다 더 빨리 회전시키는 것을 계속 포함하고 있다.

[0102] 상기 대안적인 실시예는 영구 전자기 발생기 및 에너지를 분산시키는 저항 열을 사용한다. 상기 발생기는 적절한 실시예에서 팬(6)을 대체한다. 이 선택에서, 분산된 에너지-또는 파워-의 레이트는 적절한 실시예와 관련된 바와 같이 회전 속도의 세제곱이 아니라 회전 속도의 제곱에 비례한다 (이것은 전압이 속도에 비례하고, 파워가 전압의 제곱에 비례[P=E²/R]하므로, 파워는 속도의 제곱에 비례ㅎ하기 때문이다).

[0103] 그 결과, 주어진 파워 저항값(상기 식에서 R)을 위해서, 적절한 실시예와 관련된 것 이상의 전체 무게 범위를 커버하는 더 넓은 하강 속도 범위가 있다. 그러나, 저항값이 변할 수 있기 때문에, 하강 속도 범위는, 스위치 수단을 사용하여 상기 전체 무게 범위를 더 작은 무게 범위로 쪼개어 각각에 다른 저항 값을 할당하는 것으로 매우 작게 될 수 있다. 이를 최적으로 수행하기 위해서는, 8 개의 무게 범위(각각은 자신의 대응 저항값이 있다)가 필요하다. 등받이 케이스는 전체가 알루미늄 쉘(알루미늄 슈트케이스의 절반과 같은)이 되며, 줄을 감는 파워 저항이 적절한 히트-싱크(heat-sink) 물질이 있는 쉘 내부에 장착되어 열 전달 처리를 증대시킨다. 가장 높은 저항값은 가장 낮은 파워 분산 및 가장 낮은 무게 범위에 대응하게 된다. 등받이 무게를 40 lbs(적절한 발생기는 5 lbs 이하일 수 있다)로 가정하면, 아래 표는 8개의 전체 무게 범위 및 대응하는 사람의 무게 범위를 설명하고 있다. 범위의 폭이 무게에 비례하여 커짐에 주목하라.

범위# 전체 무게 (lbs) 사람 무게 (lbs)

1 90 ~ 110 50~70

2 111~133 71~93

3 134~162 94~122

4 163~196 123~156

5 197~235 157~195

6 236~282 196~242

7 283~338 243~298

8 339~408 299~368

[0104] 만약, 적절한 실시예에서의 팬을 대체하는 상기 발생기가 1,250 RPM 에서 48 볼트를 출력하고, 모든 다른 파라메터들이 앞서 언급한 것과 동일하게 유지된다면, 발생기를 위한 매우 낮은 출력 임피던스를 가정할 때, 8개의 무게 범위용 파워 저항을 위한 다음과 같은 값들은, 6인치 스풀된 지름에서는 초기 1.5 피트/초 및 1.8 피트/초 범위 그리고 3.25 인치 스풀된 지름에서는 그 끝단 근처에서 1 피트/초 이하의 모든 하강 속도로 놓인다: 범위 1] 10.00Ω; 범위 2] 8.42Ω; 범위 3] 6.96Ω; 범위 4] 5.80Ω; 범위 5] 4.82Ω; 범위 6] 4.02Ω; 범위 7] 3.35Ω; 및 범위 8] 2.79Ω. 그리고, 적절한 실시예에서의 팬을 위한 경우에서처럼, 안정-상태의 파워는 1,200 와트 이하에서 유지도며, 안정-상태의 발생기 속도는 1,500 RPM 이하에서 유지된다.

[0105] 물론, 한가지 잠재적인 문제점은 사람 각각이 자신의 등받이의 8-위치 회전 스위치상의 자신의 무게 범위를 정확히(그리고 솔직히) 선택할 수 있어서 하강 전에 적절한 파워 저항이 적용될 수 있어야 한다는 것이다. 사람이 스스로 하는 것은 적절한 실시예를 유리하게 선택하기 위한 충분한 이유이다. 그러나, 다른 이유는 솔더 조인트 불량, 와이어의 벗거짐, 저항의 소모, 및 발생기가 쇼트되거나 드러나는 가능성으로 인한 "안전-장치"의 손실이다. 또한, 발생기의 복잡성 및 비용이다.

[0106] 적절한 실시예의 두번째 대안은 에너지-분산 메카니즘과 같이 조정 가능한 맴돌이 전류(eddy current) 브레이크를 사용하는 것이다. 발생기와 저항과 같이, 브레이크 힘이 속도에 비례하므로 그 브레이크 파워가 속도의 제곱에 비례하기 때문에 서로 다른 무게 범위를 위해 조절할 수 있는 것이 필요하다. 미국 특허 제5,711,404호는 그러한 브레이크에 대해 설명하고 있다. 로우터(rotor)는 금속 도체로 만들어진다. 스테이터(stator)는 영구 자석이 있는 플레이트이다. 이 두 개 사이의 틈은 사용자에 의해 사용자 자신의 하강 전에 기계적으로 설정하는 것에 의해 조절된다. 사실은 상기 장치는 앞서 발생기와 저항에서 언급한 잠재적인 전기적 안정성 문제점들을 완전히 기계적으로 제거한다. 그러나, 사용자 각각이 정직하게 무게를 말하고, 그에 따라 기계적인 정확한 설정을 하는 것이 요구된다.

[0107] 에너지-분산 메카니즘을 위한 간단한 마찰 브레이크의 사용은, 브레이크 힘이 속도에 독립적이어서 브레이킹 파워를 단지 속도에 비례하게 만들기 때문에 허용가능한 대안이라는 것은 아니다. 따라서, 적절한 하강 속도를 위해 [0053]에서 설명한 요구사항은 맞지가 않는다. 그리고, 일정한 마찰이 변화하는 마찰보다 크기 때문에, 그러한 장치는 꼬여있는 사람을 남겨두고 하강 도중에 쉽게 멈출 수 있다. [0053] 문단의 요구사항(자동 거버너(governor) 브레이크 포함)을 만족하는 여러가지 선택적인 에너지-분산 메카니즘이, [0081] 문단에서 요약한 다른 발명 원리가 만족하는 한 사용될 수 있다.

다른 문제들

[0108] 출구 창문의 문제가 있다. 2001년 9월 11일 이전에는, 정상적인 판단을 하는 대부분의 사람들은 높은 층 창문을 통해 큰 빌딩을 탈출하는 생각을 전혀 하지 못했다. 그러나 탈출 보조수단을 위한 거의 모든 새로운 계획이 이를 필요로 한다. 그리고, 심지어 가장 높은 빌딩의 일부 창문을 변경하기 위해 적당한 것을 설명하기 위해서, 트리젝한 코포레이션(TrizecHahn Corporation)가 듀폰(DuPont^TM)사의 새로운 폴리비닐 부티랄 중간층으로 만들어진 에너지 효과적인 박판의 안전유리로 빌딩의 16,000 개 창문 모두를 교체하는 작업을 시작한 시어즈 타워(Sears Tower)에서 발생중인 프로젝트를 생각해 보기만 필요가 있다. 입주자를 방해하지 않기 위해 저녁 6시부터 아침 6시까지 근무자들이 밤새 작업한다. 이 프로젝트의 완료일은 2007년 하반기이다. 만일 빌딩의 냉각 비용 및 외부 잡음을 줄이기 위한 일련의 노력이 조정될 수 있다면, 그리고 카펫과 가구의 쇠퇴를 보호하는 것을 도울 수 있다면, 빌딩 관리자는 일부 창문을 바꾸어서 그들의 입주자의 생명을 보고하고 그들의 걱정을 덜어줄 수 있다. 그리고, 입주자의 걱정을 덜어주는 것은 점유율(occupancy rate)를 향상시켜 비용 조정을 도와줄 수 있다.

[0109] 배낭 어셈블리(1)의 무게는, 일단 사람이 하강을 하면 - 그렇지 않다고 생각을 해도 - 문제가 될 수 있다. 그래서, 사용자는 배낭을 지지 못하고 안절부절하게 된다. 40 파운드가 큰 무게인 것처럼 보일 수 있으나, 많은 등산객들이 배낭을 짊어지고 다니고, 일부 어린이들이 학교갈 때 배낭을 가지고 다니는 것과 같을 뿐이다. 여전히, 무게를 줄이기 위해서는 가능한 기계적인 부분들 이외의 드릴링(drilling)이 요구된다. 스풀, 기어 및 배낭을 위한 플러스 대체 페놀릭, 마그네슘, 또는 다른 경량 재료들이 무게를 상당히 줄여준다. 또는, 벨트를 스위치이 하는 것이 기어를 제자리에서 운전하게 하는 것이다(이 벨트가 안전을 유지하기 위해 충분하다면). 무게 40 lb 의 대부분은 1,550 피트 길이(시어즈 타워의 경우 110 층을 위해서)의 스틸 케이블이다. 그 무게는 26 lbs (100 피트당 1.7 lbs 임)이다. 사용될 특정 높이(128 문단 참조)를 위한 케이블 스풀상에는, 어느 낮은 지붕를 건너가야 한다는 것을 고려한다 해도, 정확히 충분한 케이블이 설치되어 있어서, 대부분의 경우에는 상당한 무게 감소가 실현될 수 있다.

[0110] 분명히, 본 명세서 설명된 장치는 대규모 활동 환경으로 제한되는 것은 아니다. 고층의 아파트 및 호텔들도 이러한 생명-보호 장치의 사용이 필요한 곳이다. 이러한 경우에, 자신의 아파트나 방에서 탈출하는 사람들을 위해, 상기 앵커리지가 앞서 설명한 바와 같이 견고할 필요는 없다. 게다가, 방 안에는 이미 크고 단단한 물체들이 있으므로, 특별한 앵커리지가 설치될 필요는 없다.

[0111] 아이들이 상기 장치의 도움으로 창문 아래쪽으로 나가야 할 필요가 있다. 매우 작은 아이들 및 아기들은 상기 설명한 실시예를 사용할 수 없다. 그러나, 본 발명의 특징 모두를 가지는 작은 총알 형태의 "고치(cocoon)"를 설계할 수 있는데, 이 고치에는 아기 또는 작은 아기가 하강하는 고치를 "시일"하기 위해 상부 커버에 공기 여과 시스템이 포함되고, 가능하면 열-보호 절연 담요를 둘러싼다.

[0112] 주변장치의 도움은 설명한 실시예의 사용을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 빌딩 외벽에 대항하는 천천히 지나가는 큰 장갑, 창문으로의 탈출을 돕기 위해 창문 밖으로 수 피트 연장되어 앵커 박스에 부착된 가이드 로우프; 및 토테스(Totes®)와 같은, 화재가 난 층을 지나갈 때 필요할 수 있는, 배치될 수축가능한 코드상의 하네스 벨트 측면에 부착되는 소형이며 열고 닫는 것이 쉬운, 금속형 호일, 열을 반사하는 우산-타입 실드(shield)가 그것이다. 상기 열-반사 실드의 대안은 노멕스(Nomex®)와 같은 절연, 열-저항 물질로 만들어진 커버올(coverall)이 있는데, 이것은 본 장치를 입기 전에 옷 외부에 입는다. 열 보호는 바람이 불어오는 방향으로는 필요치 않지만, 바람을 등지는 방향에서는 필요하기도 하다. 비록 적절한 실시예의 하강 속도가 본질적으로 공기 온도가 대부분 올라가면 상승하게 되지만(수학식 (1), (2) 및 도 5 참조), 그 속도 증가는 너무 작아서 외부의 타오르는 불꽃을 통해 사람을 안전하게 운반하지 못하는 것은 아니다. 그러나, 강력한 열한 열 지역을 통화하는 하강 속도를 자동적으로 그리고 과감하게 증가시키기 위한 한가지 실질적인 수단은 [0125] 문단에 설명되어 있다.

[0113] 초기의 자유 낙하는 다른 잠재적 위험성을 일으킨다. 그러나, 앵커 박스(81)(또는 앵커 박스 대신에 그 역할을 하는 어떤 것)가 도 11에 도시된 바와 같이 탈출 지점 근방에 높게 위치해 있는 경우, 그리고, 케이블(5)이 하강에 앞서 팽해 지는 경우(디슬래커 스프링(7)으로 그럴 수 있음)에는 그러하지 않다. 그러한 경우에, 초기 자유 낙하는 없으며, 심지어 케이블이 창문 돌기상의 최종 지지 위치에 도달하기 전에라도 팬을 구동하기 위해 작동될 것이다. 그러나, 이 경우 앵커리지가 방 내부에 잘 위치해 있는 경우 - 또는 사람이 발코니로 탈출하는 경우 앵커리지가 천정에 위치해 있지 않은 경우 - 라면, 케이블이 팽팽하다 해도 팽팽한 케이블이 상기 창문의 돌기 또는 천정에 머물게 되고 케이블이 작동되어 팬을 구동시키는 것을 시작할 때 까지는 잠깐의 자유 낙하가 있을 수 있다. 1피트의 자유 낙하는 하강 속도를 8 피트/초 까지 상승시키고; 2 피트의 자유 낙하는 11 피트/초 이상이 되며; 3피트의 자유 낙하는 거의 14 피트/초; 그리고 4피트의 자유 낙하는 약 16 피트/초가 된다. 자유 낙하 끝에서는, 팬(6)이 자동적으로 그 높은 속도까지 가속되어 사람을 자신의 전체 무게에 적절한 하강 속도로 빨리 늦춘다. 불행하게도, 이 과정은 높은 일시적인-힘을 일으켜 케이블이 1,000 lb 의 최소 브레이킹 강도를 초과하게 할 수 있다. 잠재적 해결책은 앵커 위치가 탈출 위치의 위 및 근방이 되는 보증될 수 없을 때마다 하중-제한 에너지-흡수재를 케이블에 일체로 설치(카라비너(9) 바로 아래쪽에)하는 것이다. 여러 개의 간단하고, 비싸지 않으며, 상업적으로 사용가능한 효과적인 에너지-흡수 장치들이 등산객들에 의해 짧은 자유 낙하의 운동 에너지를 안전하게 분산시키기위해 공통으로 사용되고 있다. 그러한 장치들 중 하나는 예츠(Yates)의 "지퍼 스크리머(Zipper Screamer)" 부하 제한 슬링(sling) 이다. 6-인치 벗겨진 슬리브에서조차, 3온스 무게만 나간다. 내부에는 두 개의 망(web)이 있는데, 각각은 접혀서 망의 힘이 바느질이 찢어지는 시작하는 어떠한 값에 도달하는 경우 망 길이를 늘리고 그 과정에서의 에너지를 흡수하는 특별한 찢김-바느질(tear-stitch)의 3개 병렬 열(전체 6개 열)로 서로 바느질되어 있다. 상기 예츠 지퍼 스크리머를 위해, 활동력이 600 lbs, 최대 인장은 2 피트, 그리고 망이 완전히 늘어났을 때의 부하 강도는 6,000 lbs 이다.

[0114] 아래의 수로 표시되는 예는 어떻게 동작하는지를 더 잘 설명한다. 260 lbs의 사람(40 lb 배낭을 지고 있는)이 호텔 창문에서 탈출을 하려고 한다고 할 때, 결합 무게는 300 lbs 이다. 그 사람의 짐은 케이블(5)의 끝단과 카라비너(9) 사이에 설치된 작은 지퍼 스크리머 부하 제한 슬링이다. 자신의 방에 설치된 사용설명서를 따라, 그 사람은 카라비너(9)를 방 내부의 적절한 앵커리지에 부착시키고, 창문으로 걸어가서 창문을 열고, 열린 창문쪽으로 책상을 끌고가고, 그 위로 올라가 창문으로 뒷걸음친다. 이 모든 동안에, 케이블(5)을 팽팽하게 유지되어 있다. 그럼에도 불구하고, 케이블(5)이 창문-돌기에 의해 지지될 때 까지, 그 사람은 2 피트 거리를 자유 낙하하게 되고 그 하강 속도는 11.35 피트/초 에 도달한다. 자유 낙하 끝에서는, 그 사람의 케이블 스풀(6인치의 초기 스풀 지름을 가짐)이 회전하기 시작한다. 팬(6)의 회전 속도가 단지 1,797 RPM 이 되면, 케이블 힘은 600 lbs 에도달하게 되고, 지퍼 스크리머의 바느질은 찢기기 시작하고, 그 케이블 힘은 사람이 2.35 피트/초로 하강하는 동안 약 0.28 초 동안 거의 600 파운드가 유지된다. 0.28초 동안, 사람은 1.92 피트(지퍼 스크리머는 1.26 피트 늘어나고 케이블 스풀은 0.66 피트 늘어남) 하강한다. 0.28초가 끝나면, 지퍼 스크리머는 더 이상 늘어나지 않고, 팬(6)(그들 모두)은 그 힘을 600 lbs 에서 300 lbs 까지 떨어뜨리고, 하강 속도를 2.35 피트/초에서 1.66 피트/초(300 lbs 의 전체 무게에 안정적인 하강 속도)까지 떨어뜨린다. 이 예는 소형의 지퍼 스크리머가 300 lbs 전체 무게(즉, 40 lb 배낭이 있는 260 lb 의 사람)가 2 피트를 자유 낙하하는 경우, 케이블 힘을 600 lbs 에서 효과적으로 유지할 수 있음을 보여주고 있다. 더 긴 자유 낙하 또는 더 무거운 사람을 위해서는, 둘 또는 그 이상의 지퍼 스크리머를 병렬로 편성시킬 수 있다.

[0115] 비록 여러 개의 지퍼 스크리머를 직렬로 편성하는 것이 아주 짧은 자유 낙하 이후의 케이블 힘을 1,000 파운드 아래로 유지할 수 있긴 하지만, 그럼에도 불구하고, 더 나은 해결방안이 있는데 - 그 하나는 360 파운드의 사람에서 어느 자유 낙하, 어느 길이에서 동작하며, 여러개의 장치를 연결하는 것을 요구하지 않는다(잘못-연결될 수도 있음)는 것이다. 이것은 케이블 스풀과 기어 #1 사이에 설치된 일체형, 스프링-클러치 토크 제한기이다. 앞에서, 스풀 및 기어 #1은 12 개의 볼트(310로 서로 볼트 결합되는 것으로 도 7에 도시하였다. 제안된 토크-제한기의 기본 개념은, 링스팬(Ringspann) RT 시리즈 벨레빌(Bellevillee) 스프링 토크 제한기 및 루플렉스(Ruflex®) 마찰 토크 제한기에 사용된 것과 동일한데, 벨레빌 스프링이 두 개의 다이아프램 스프링으로 대체되는 것만 다르다. 이들 두 개의 동일한 스프링에는, 미리설정된 큰 축 힘이 있어서 정상 동작시에는 토크가 미끄러짐 없이 스풀로부터 전송되는 새로운 내부 망상에 수정된 기어 #1의 각 측면을 잡아주는 일체형 마찰-라이닝이 있다. 그러나, 그 토크가 현재값(축 힘, 라이닝의 기하학적 배열, 및 마찰계수에 의해 결정됨)을 초과해야 한다면, 토크를 그 현재값으로 제한하는 미끄러짐이 발생할 것이다. 에너지는 팬에 의해 계속 분산되고(미끄러짐 토크에 의해 결정된 고정 속도에서 구동함), 또한 그의 미끄러짐 마찰을 통한 토크-제한기에 의해서도 분산된다. 하강 속도가 느려짐에 따라, 미끄러짐 속도는 감소하여 결국에는 제로에 도달하여 자동적으로 되감기는 것을 억제한다. 미끄러짐 토크는 케이블 힘이 가장 무거운 사람을 감속시키기에 충분히 높고, 케이블을 계속 보호하기에 충분히 낮아지는 것으로 설정된다.

[0116] 본 발명의 기본 구성을 위한 앞서 설명한 바와 같이, 본 출원에서 토크 -제한기를 사용하는 실제적인 사용을 보여주기 위해 상세한 디자인이 수행된다. 도 12는 수정된 케이블 스풀(4a), 수정된 축(23a)(인치가 더 긴 톱니가 있음), 수정된 기어 #1(30a)(지지 망이 있음), 선체 안에 있는 테이퍼된 롤러 베어링의 롤러 콘(28) 및 메이팅 컵(mating cup)(29), 등받이(22), 8개의 장착 볼트(26)(두 개만 도시됨), 및 수정된 케이블 스풀(4a)의 선체 안의 단부에 위치하는 토크-제한기의 여러 부분들의 새로운 조립된 부분 단면도를 보여주고 있다. 왼쪽에서 오른쪽으로 바라보면, 선체 밖의, 마찰 라이닝(84)이 있는 다이아프램 스프링(83), 테프론 O-링(87)이 있는 스페이서 링(85) 및 기어 #1(86)의 지지 망, 마찰 라이닝(89)이 있는 선체 안의 다아아프램 스프링(88), 키 로드(90), 나사산이 있는 링(91), 및 잠금 핀(도시하지 않음)이 있다.

[0117] 두 개의 다이아프램 스프링(83,88)은 동일하며, 이들은 동일한 마찰 라이닝(84,89)을 수용하고 있다. 스프링 각각에는 내부 허브, 다이아프램, 및 마찰 라이닝을 유지하는 외부 허브가 있다. 내부 허브의 구경은 4.002 인치로서, 수정된 케이블 스풀이 신장되는 4.000 인치 지름에 빈틈없이 미끄러짐 결합으로 잘 맞는다. 내부 허브의 바깥 지름은 4.400 인치이다. 다이아프램의 지름은 4.400 인치에서 6.000 인치까지 연장된다. 그리고, 외부 허브 지름은 6.000 인치에서 7.000 인치까지 연장된다. 다이아프램은 허브의 축 폭인 0.380 인치 내부의 중심에 위치하는 100 밀(0.100 인치) 두께를 갖는다. 하나의, 작은 1/16 인치 지름 구멍을 변형력이 가장 작은 5.20 인치 지름에서 다이아프램을 통해 뚫어서 토크 제한기가 작동하는 동안 있을 수 있는 어떠한 공기압 증가를 제거한다. 외부 허브 각각의 면에는 90 밀 깊이의 홈이 있으며, 지름이 6.125 인치에서 6.875 인치까지 연장된다. 이것은 두께가 0.125 인치이고, 상기 외부 허브의 면에서부터 35 밀(0.035 인치)을 관통하는 마찰 라이닝의 접착을 허용한다. 90 밀 깊이와 125 밀 두께의 빽빽한 톨러런스(tolerance)를 피하기 위해서, 두께 마찰 라이닝을 사용하고 가공하여 그 접착 후에 정확한 35 밀 돌기와 맞춘다.

[0118] 수정된 기어 #1(30a)는 250 밀의 내부 망, 3/4 인치 폭의 톱니부상에 놓은 축 중심이 있다. 상기 망의 목적은 기어 #1을 방사상으로 동작 및 지지하기 위해 마찰 라이닝을 위한 공간을 제공하고, 이것을 마찰 라이닝이 미끄러질 때 중심에 유지시킨다. 이를 이루기 위해서, 250 밀 두께의 망의 구경에는 테프론 O-링(87)(파커 사이즈 #247로서, 4.484 인치의 I.D., 4.762 인치의 O.D., 그리고 0.139 인치의 단면 지름을 가진다)을 위한 홈이 있다. 상기 O-링은 시일 압축되지 않으므로, 축방향 틈이 있는 일반적인 O-링 홈은 아니다. 대신, 상기 홈은, 상기 망과 O-링이 조립되면서 스페이서 링(85)상에 설치될 때, O-링의 축방향 압축 및 통상적인 방사상 압축을 제공한다. 기어 망 및 스페이서는 둘 모두 250 밀 두께를 가지고 있어서, 기어/O-링/스페이서 어셈블리는 편평한 표면상에서 서로 눌린다(스페이서에는 그 단부에 작은 깎인 면이 있어서 조립을 용이하게 한다). 다이아프램 스프링과 같이, 스페이서의 구경은 수정된 케이블 스풀 연장상에 빈틈없이 미끄러짐 결합되어 잘 맞는다. 세 개의 구경 모두, 수정된 케이블 스풀 연장의 외부 표면에 축 홈이 있는 것과 같이, 0.096 인치 폭 및 0.048 인치의 깊이가 있어서, 1.000 인치 길이와 0.094 인치 지름의 키 로드(90), 끝단이 둥글게 처리된 316개의 강철 로드를 수용한다. 상기 키 로드는 다이아프램 스프링의 어떠한 회전 또는 케이블 스풀에 대한 스페이서의 회전을 막는다. 미끄러짐이 일어나는 동안, O-링은 스페이서의 외부 표면상에 적은 마찰로 미끄러져서, 스페이서의 외부 표면이 연마되어서 무전기성 니켈 도금된 5 미크론 두께가 되어 매끄러움 및 단단함이 향상되도록 해야 한다. 이것은 시간을 초과하는 경향이 있는 테프론의 널리 알려진 특성이며, 스페이서에서 압축력을 감소시키긴 하지만 미끄러짐이 일어나는 동안 동일중심축을 유지할 수 있는 능력을 증가시키는 특성이다. 나사산 링(91)의 구경 뿐만 아니라 1.375 인치 길이의 케이블 스풀 연장의 최종 0.375 인치는, 일체화된 왼방향 나사로, 인치당 16 나사산으로, 그들의 4 인치 O.D. 및 I.D. 각각을 따라 나사산이 만들어진다. 상기 왼방향 나사는 토크 제한기가 미끄러지는 동안 나사가 풀릴 수도 있는 것을 막아준다.

[0119] 케이블 스풀 연장상의 상기 토크-제한기 부품들의 조립은 다음과 같다: 다이아프램 스프링(마찰 라이닝 접착되고 35 밀 돌기가 있음) 중 하나가 스풀쪽으로 비-라이닝 미끄러짐 방식으로 미끄러지고, 회전하여 그 축 홈이 수정된 케이블 스풀 연장의 축 홈과 매치되도록 한다. 다음에 키 로드가 삽입된다. 다음으로, 기어/O-링/스페이서 어셈블리를 상기 키 로드를 가지고 정열하고 미끄러뜨린다(35 밀의 갭이 첫번째 다이아프램 스프링의 내부 허브와 스페이서 사이에 존재하게 된다). 그 다음으로, 두번째 다이아프램 스프링(마찰 라이닝이 접착되어 있고, 35 밀의 돌기가 있음)을 사기 키 로드를 가지고 정열하여 미끄러뜨리고, 스풀쪽으로 라이닝 미끄러뜨린다(35 밀의 갭이 상기 두번째 다이아프램 스프링의 내부 허브와 스페이서 사시에 존재하게 된다). 나사가 있는 링을 나사결합시키고 3/8 인치 지름의 스패너 구멍(911)을 사용하여 단단히 조인다. 두번째 다이아프램 스프링의 내부 허브를 안쪽으로 밀어 넣음에 따라, 두 개의 35 밀의 갭이 서로 크기가 줄어들어 다이아프램 스프링의 편향과 같은 것이 수반된다. 마지막으로, 내부 허브에 더이상 어떠한 갭도 없게 되면, 다이아프램 스프링 각각은 35 밀 편향된다. 그들의 외부 허브는 기어의 망과 면을 유지하고 그들의 마찰 라이닝을 통해 상기 망 상에 1,150 lbs의 압출력을 발휘한다. 이 점에서, 알루미늄 다이아프램 내의 최대 힘은 18,781 psi 이다(이는 다이아프램 스프링 제조에 사용되는 7075 T6 알루미늄의 73,000 psi 수율 강도 내이므로 충분한 안전 요소를 제공한다). 상기 나사가 있는 링의 더욱 단단히 조이면 다이아프램 편향, 압출력 또는 다이아프램 힘은 더 이상 증가하지 않는다. 오직 나사 풀림만이 그 힘을 감소시킨다. 따라서, 스패너로 단단히 조인 후, 그리고 통상적인 2,000 인치-파운드 토크 미끄러짐 값([0120]문단 참조)을 확인하는 처리 이후에, 1/16 인치 지름의 구멍을 그 나사 어느 곳에 축방향으로 0.20 인치 길이로 뚫고, 잠금 핀을 끼워넣어 어떠한 나사 풀림도 완전히 방지한다. 상기 잠금 핀으로는 상업적으로 사용 가능한 1/16 x 3/16 길이의 말려있는 강철 핀을 사용할 수 있다.

[0120] 본 설계에서 특정된 마찰 라이닝 재료는, 비유기 필러(filler)가 있는, Raybestos R-248, 석면이 없는, 금속이 없는, 수지 본드 이다. 이들의 높은 내고열성 및 넓은 접촉압력 범위(30 N/㎠ 에서 120 N/㎠)에서의 안정적인 0.28 마찰계수, 및 긴 미끄러짐 시간(9분)은, 브레이크/클러치 조합에 특히 매우 적합하다. 제안된 R-248 을 위한 표면 압력은 (15 내지 250) N/㎠ 이다. 이 경우 접촉 압력은 150 psi 로서(7.658 in² 로 나누어진 1,150 lbs), 103.5 N/㎠ (상기 범위의 중간)에 상당한다. 상기 R-248 물질은 1.74 백만 psi 의 매우 높은 압축성 탄성 모듈을 가지며, 그 결과, 150 psi 접촉 압력이 각각 125 밀 두께의 마찰 라이닝에 오직 약 0.01 밀의 압축만을 일으키는데, 이것은 35 밀과 비교할 때 거의 무시할 수 있다. R-248을 위해서, 미끄러짐 속도는 25m/초 이하로 유지되는 것이 권장된다. 6 피트의 초기 자유낙하를 위한 실제 미끄러짐 속도는 6m/초에서 시작하여 2초 이전에 제로로 감소한다. 거의 불가능한 15 피트의 초기 자유낙하를 위한 미끄러짐 속도는 10m/초에서 시작하여 수 초 내로 제로로 간다. 영역 및 위치를 따라 상기 두 개의 마찰 표면을 위한 0.28 의 마찰계수값을 사용하면, 미끄러짐 토크는 222.7 Nm 즉, 1.971 인치-lbs 로 계산될 것이다. 초기 3인치의 스풀된 케이블 반지름(6인치 지름)에서는, 657 파운드의 케이블 힘에서 토크가 발생한다. 그러나, 다이내믹 마찰 계수가 0.28 이고 더 높은 안정적인 마찰 계수는 없으므로, 정확한 이탈 토크는 700 lbs 의 이탈 케이블 힘에 있어서는 2,100 인치-lbs 에 가까울 것이다. 그러한 설정된 점에서, 가장 무거운 사람은 심지어 자유낙하가 없는 경우에도 잠시동안(문제되지 않음) 토크 제한기가 작동하게 하기도 한다. 이것은 부하가 걸리지 않은 스프링(이 경우, 케이블)상의 무게의 갑작스런 적용이 그 무게의 두 배까지 스프링(케이블)에 일시적인 힘을 만들 수 있기 때문이다.

[0121] 수에 의한 예들이 토크 제한기의 능력을 더 설명해준다. 360 lb 의 사람(40 lb 배낭을 진)이 자신의 케이블을 방 안에 잘 고정시켰다. 다음에 그는 창문의 돌기쪽에 선 다음 뛰어내린다. 그 결과, 그는 6피트를 자유 낙하 하는데, 그 자유낙하 속도는 케이블(방 안에 고정된)이 상기 돌기에 지지되기 전에 19.7 피트/초에 도달한다. 즉시, 케이블 풀(초기 6 인치의 스풀된 지름이 있는)이 돌아간다. 97 RPM에 도달하면, 케이블 힘은 700 lbs 까지 올라가고 토크는 2100 인치-lbs 까지 올라가는데 - 이것은 토크 제한기를 미끄러지게 한다. 곧바로, 다이내믹한 마찰이 안정적인 마찰로 대체되고 토크는 1,971 인치-lbs 까지 감소하며, 케이블 힘은 657 lbs 까지 감소하고, 그리고 팬 속도는 1941 RPM 에서 1,880 RPM 으로 감소한다. 이들 값 모두는 케이블이 19피트/초까지 풀려 하강 속도에 매치되는 동안 안정적으로 유지된다. 이것은 초기의 케이블 스풀 속도를 700 RPM 까지 올라가게 하고, 반면에 기어 #1의 속도는 약 94 RPM 으로 안정된다. 토크 제한기에서의 결과 마찰 및 팬의 에너지 분산은 조합되어 하강 속도를 19.7 피트/초에서 2.46 피트/초까지 약 0.833초 및 약 9 1/4초에서 빠르게 감소시킨다. 이 점에서, 스풀 속도는 94 RPM 까지 감소하고(기어 #1의 회전 속도와 매칭됨), 토크 제한기는 더 이상 미끄러지지 않는다. 그리고, 팬(6)(그 자체는)은 657 lbs 에서 400 lbs 로 그 힘을 떨어뜨리고, 하강 속도를 2.46 피트/초에서 1.92 피트/초(400 lbs의 총 무게를 위한 안정적인 하강 속도)로 떨어뜨린다. 이 예는 본 발명의 "안전성"을 보장하는 내장되는 토크 제한기의 주목할만한 능력에 촛점을 두고 있으며, 심지어 무모한 방식(패닉 상황에서 발생할 수 있는)으로 고려되는 것에서 사용되는 경우에도 안전하다.

[0122] 토크 제한기는, 어느 사람이 이미 천천히 하강하고 있는 때를 구할 수 있는 다른 상황은, 안전한 하강 속도가 그 창문 밖으로 자유 낙하하는 더 다른 사람에 의해 "떨어지는" 것이다. 분명히, 이것은 피할 수 없는 상황이며, 아직은 쉽게 발생하는 것은 아니다. 토크 제한기가 없으면, 그러한 상황은 과부하를 일으키고 첫번째 사람의 케이블이 끊어져서 그 사람만을 위함이 아니라 그 밑의 다른 사람 모두를 위한 비참한 결과가 나오게 된다. 그러나, 토크 제한기가 제 위치에 있으면, 케이블 힘이 700 lbs(또는 케이블이 더 긴 경우 좀 더 큰 값)에 도달하는 즉시, 토크 제한기가 미끄러져서 케이블을 보호하여 그 사람과 다른 사람 모두를 천천히 내려가는데 도움을 준다. 더욱이, 연속되는 자유 낙하를 위해 수행될 수 있을 뿐만 아니라 필요하다면 계속 진행될 수 있다.

[0123] 아직까지는, 낮은 지붕에서 연속되는 자유 낙하와 같은 것은 가능성이 적다. 이것이 디슬래커 스프링(7)의 동작에 따라 케이블이 팽팽하게 유지되는 이유이며, 사람이 에지를 건너서 뒷걸음침에 따라 거의 직선이 된다. 초기 하강 지점에서 수백 피트 아래에서는, 감소된 스풀된 지름이, 토크 제한기를 미끄러뜨리는 2,100 인치-lb 설정지점에 도착할 필요가 있는 케이블 힘을 증가시킨다. 628 피트 아래에서는, 5 인치의 스풀된 지름을 가지고, 그 힘은 840 lbs (700 lbs 에서부터)까지 증가한다. 그리고, 1,000 피트 아래에서는, 4.2 인치의 스풀된 지름이 있고, 1,000 lbs 까지 증가한다. 1,000 피트 아래 이사에서는, 0.094 인치 지름(1,000+추가 피트)의 스프링, 7x19 전기자극된 강철 케이블이 63 lbs/피트 이하로 감소시킨다. 이것이 케이블 힘이 360 lb 의 사람(40 lb 배낭을 진)이 5피트 까지 자유낙하할 때를 위해 1,000 lbs 이하로 유지되는 것을 보장하기에 충분히 낮은 이유이다. 그러나, 상기 자유 낙하 문제의 해결책처럼 카라비너에 의해 그러한 약한 스프링을 직렬로 배치하는 것은 너무 길고 추가로 16 피트까지 편향되어야 하고, 자유 낙하의 모든 가능한 길이를 커버할 수 없기 때문에 실제적이지 못하다. 배낭 내에(또는 배낭상에) "탄성이 있는" 케이블 가이드, 또는 케이블 스풀과 기어 #1 사이에 위치한 비틀림 스프링도 실제적이지 못하다. 이들 어느 것도 스프링-클러치 토크 제한기의 능력을 매칭시키지 못한다.

[0124] 앞의 문단으로부터, 토크 제한기의 초기 미끄러짐이 700 lbs 를 초과하지 않도록 초기 6 인치의 스풀된 지름을 유지하는 것의 중요성을 알 수 있다. 따라서, 케이블 스풀이 기대했던 더 짧은 하강을 위해 짧은 케이블로 감기는 때마다, 케이블 스풀은 더 큰 지름의 주축상에 감긴다. 다음과 같은 크기의 주축은 아래와 같은 더 짧은 요구되는 하강 높이(표시된 빌딩의 상부층에 적합함)를 위해 사용될 수 있으며, 여기에는 어떠한 추가적인 경사 거리는 포함되지 않는다:

3.626 인치 지름 - 1,394 피트 (엠파이어 스테이트 빌딩, 중국은행 타워)

4.002 인치 지름 - 1,224 피트 (시카고 아온 센터와 존 핸콕 센터)

4.378 인치 지름 - 1,0384 피트 (트럼프 월드 타워, 원 리버티 플레이스, GE 빌딩)

4.754 인치 지름 - 835 피트 (라퐁기 타워, 하보아플론트 랜드마크, AXA 센터)

5.130 인치 지름 - 615 피트 (유나이티드 네이션스 플라자 타워, NYC 웨스틴호텔)

5.506 인치 지름 - 378 피트 (일반적인 25층 아파트 빌딩)

케이블 스풀(4a)의 3.250 인치 지름을 1,547 피트(또는 그 이상)의 수율로 직접 감는 것은, 시어즈 타워, 페트로나스 타워 및 타이페이 101 에 적합하다. 더 큰 지름의 주축을 위해서는, 현재 케이블 스풀(4a)을 계속 사용하고(케이블 단부가 내부로 잠겨있음), 더 큰 지름은 두 개의 몰드되고, 상호잠겨있고, 경량이고, Delrin®, 구경이 3.250 인치인(도시하지 않음) 반원통형을 사용하여 얻을 수 있다. 몰드된 반원통형을 사용하지 않는 것은, 3.250 지름의 케이블 스풀이 0.094 지름의 와이어-로우프 케이블의 15개 열(row)을 포함한다. 그러나, 상기 Delrin® 을 삽입하면, 3.626 인치의 주축에는 와이어-로우프 케이블 13개 열이 포함되고; 4.002 인치 주축에는 11개 열이 포함되고; 4.378 인치 주축에는 9개의 열이 포함되고; 4.754 인치 주축에는 7개의 열이 포함되고; 5,130 인치 주축에는 5개의 열이 포함되며; 그리고 5.506 인치 주축에는 3개의 열이 포함된다. 모두는 각 열에서 85번 회전(8인치의 긴 공간이 있음)되는데, 오직 80 개만 있는 경우의 최종 열을 제외한다. 이것은 디슬래커 스프링(7)이 재가이드 메카니즘을 사용하지 않고 "풀린 것처럼 정확하게" 55를 통해서 80번 열을 되감을 수 있기 때문이다. 비록 케이블 자신이 위쪽에 다시 감기게 되는 것을 위해 7인치 지름의 벽 내부에 큰 공간이 있긴 하지만(토크 제한기가 걸리는 초기 케이블 힘에 매우 작은 감소만이 있음), 그러한 위쪽에서 다시 감기는 것은 초기의 다시 감김을 위해 피해진다. 그러나, 더 작은 지름에서 다시 감기는 것을 위해서(피할 수 없기도 한), 그 자체의 위쪽에서의 일부 다시 감기는 것은, 그렇지 않다면 증가된 걸림 힘을 약간 감소시킬 수 있는 것처럼 유리한 것으로 여겨진다.

[0125] 스프링-클러치 토크-제한기가 사람을 긴 거리의 자유 낙하를 여러 번 하게 만들기 때문에(및 여러번 떨어짐), 다른 추가적인 클러치 타입이 있을 수 있는데 - 순환 공기 온도가 아주 높아질 때마다 충격완화 팬(6)을 위한 반복가능한 자동적으로 활성화되는 열 클러치가 그것이다. 이것은 빌딩에서 바람이 부는 쪽으로 탈출을 해야만 하는 사람의 경우 하나 또는 그 이상의 화재가 난 층의 강한 열기를 통과하는데 하강 속도를 거의 자유 낙하 상태까지 자동적으로 증가시킬 수 있다. 심지어 내열성의 보호 옷 또는 배치가능한 열 시일드가 없어도, 그 사람은 마마치 서커스의 호랑이가 불이 타고 있는 루프를 뛰어 넘어가서 살아남는 것과 같이 어떠한 화상도 없이 그 경험을 잘 해나갈 수 있다. 화재가 난 층을 통과하는 즉시, 열 클러치는 스프링-클러치 토크-제한기를 미끄러지게 하여 케이블을 쌍이 해제된 팬이 그 스스로를 돌보게 되는 속도로 사람을 감속시키는 것을 돕는 동안 높은 과부하 힘으로부터 케이블을 보호하게 만들도록 교대로 팬을 다시 쌍으로 될 수 있다(앞서의 [0121]문단에서 설명한 바와 같이). 열 클러치 및 스프링-클러치 토크-제한기는 모두, 사람을 다층의 화재 층으로부터 보호할 필요가 있다면, 이 방식으로 계속 작업을 할 수 있다. 많은 열 클러치 디자인이 있을 수 있지만, 말로써(도면 없이) 설명할 수 있을 정도로 간단한 것은, 바깥 튜브의 3인치 길이의 중심부가 이제는 1/64 인치 두께의 알루미늄인, 동일 중심축상의 "튜브-내부의-튜브"와 같은 팬의 튜브 형태의 3.9인치 길이의 중심 허브를 만드는 것이다(이것은 단부에서 더 두꺼워서 8-스포크 지지 플레이트(49)를 지지한다). 바깥 튜브 및 이제는 더 길어져서 2.1 인치 지름인 내부 튜브 사이의 좁은(1/32 인치) 환형 공간은, 정확히 194℉(최소 192℉)에서 녹는, IGI 의 마이크로크리스탈린 왁스 마이크로세르(Microseree) 5999로 채워진다. 다른 혼합물을 사용할 수 있겠으나, 마이크로세르 5999 가, 좋은 견고성 및 표면 마찰을 가지면서, 높은 수준의 사우나 온도 근방의 매우 정밀한 녹는점을 제공한다. 상기 환형 공간의 끝단은 테플론 O-링(또는 테프론 또는 나일론 삽입물)으로 시일될 수 있어서 왁스가 녹으면 포함되는 왁스 및 중심에 있는 바깥 튜브를 유지한다. 왁스 자체가 단열기처럼 동작하기 때문에, 왁스의 바깥은 실제로 거의 녹지 않는 것처럼 된다. 매우 얇은 1/64 인치 알루미늄 및 왁스의 단지 바깥쪽 수 밀만이 녹는 것은 그것의 액화 및 고체화를 매우 빠르게 발생시킨다. 그리고, 고속 축의 매우 낮은 토크 요구사항(스프링-클러치 토크-제한기에 의해 거의 100 인치-파운드를 유지함)은 오직 5 psi 의 잘림 강도만을 요구하기 때문에 완전히 녹았을 때 왁스가 쉽게 변경되게 한다. 비록 스프링-클러치 토크-제한기와 공동으로 열 클러치가 빌딩의 바람이 부는 방향으로 탈출하게 되는 경우 화재로부터 보호를 받지 못하는 사람을 보호하긴 하지만, 모든 사람들이 바람이 불어오는 쪽으로 탈출하는 것이 계속 권장된다.

[0126] 본 발명은 생명을 구하는데 사용되는 것이기 때문에, 모든 장치들은 가장 종합적인 방식으로 최종 테스크가 되어서 생명-보호 기능을 만족할 수 있는 방식으로 동작되는 것이 확실해야 한다. 최종 기능 테스트는 본 명세서에 설명되어 있으며, 이것은 모든 성능뿐만 아니라 [0115] 및 [0124] 문단에서 설명됨 특징들 모두를 포함하는 각각의 특징의 성능도 입증하는 것이다.(한가지 예외라면 [0125] 문단에서 설명했던 열 클러치로서, 이것의 적절한 기능은 각 장치에서의 일체 처리 테스트로 증명될 수 있다). 최종 기능 테스트를 위해서, 각각의 제품 장치는, 6피트 자유낙하 및 추가적인 18 피트 하강, 거기다가 디슬래커 스프링(7)에 의해 케이블의 최소 30 피트 연속 되감김을 통해 360 lbs 견본을 사용하는 것이 요구된다. 본 명세서에 설명된, 설정되고, 고장나고, 그리고 평가가 있는, 완전한 테스트는 1분 이하에서 이루어진다. 상기 견본은 실제 사람 무게의 모형으로 구성되며 실제 하네스를 입힌다. 특별한 선형 베어링 배열은 마찰이 거의 없이 두 개의 평행한 수직 막대상에 24 피트 하강을 하게 한다. 바닥(그 층 레벨의 18피트 아래)은 무거운 압축 스프링이 있어서 견본의 하강을 멈춘다. 견본 내부에는 강철 블록이 있는데, 이것은 360 파운드의 부피를 제공해 준다. 2G 의 잡아당기는 힘 게이지 가속측정기가 견본에 부착되어 있으며 아래쪽의 가속을 위해 바깥쪽은 양으로 움직이면서 수직을 향하고 있다. 여기에는 자신의 파워 공급기가 있으며 조절 회로가 있는데, 고해상도의 자동 조준 특성을 포함한다. 또한, 수평을 향하면서 견본에 부착되어 있는 것도 있는데, 그것은 그 자신의 전하 증폭기가 있는 높은 자연 주파수(>5㎑) 압전 가속측정기이다. 그 층 위쪽으로 6피트에 위치한 전자석이 그 막대기의 위쪽에서 상기 견본을 붙잡고 있다. 플랫폼은 기술자가 끝과 하네스 지지 루프를 사용하여 견본에 배낭 유닛을 설치할 수 있게 해준다. 케이블은 연장되고 카라비너(9)가 그 에지쪽으로 12 피트 향하도록 정밀한 2,000 lb 부하-셀에 부착되고, 그 층의 3피트 위로 볼트결합된다. 준비가 되면, 잡아당기는 힘 게이지 가속측정기를 자동으로 제로로 만드는, 빠르게 버튼을 눌러 디지털 데이터 포착 유닛(반-엘리어싱 필터)의 시작을 트리거하여 상기 부하 셀 및 초당 1,000 개 샘플에서 두 개의 가속측정기의 출력을 시험하고(32비트 해상도로), 그 다음, 전류를 전자석으로 끊어 견본을 풀어준다. 견본은 케이블이 그 층의 둥근 코너에서 쉬게 되고 다시 케이블 스풀로 되돌아가는 것을 시작하기 전에 0.610 초에서 6 피트의 자유낙하를 한다. 팬이 회전함에 따라, 부하-셀 출력(케이블 힘을 나타냄)은 먼저 최고가 되고 토크-제한기의 트리거링 및 기어 #1의 망에 대해 마찰 라이닝의 미끄러짐을 나타내면서, 안정기로 접어든다. 문단 [0121]에서는 이러한 미끄러짐은 견본이 19.7 피트/초에서 2.46 피트/초까지 약 9.25 피트 느려지는 동안 0.8333 초 지속되어서 자동적으로 팬(그 자체로 모두)이 그러한 속도 하강을 1.92 피트/초의 낮은 안정적인 하강 속도를 가져오도록 해야 한다. 그 이후에는, 견본은 1.92 피트/초의 안정적인 속도로 약 4.45 초 동안 최종적으로 8.64 피트를 하강한다. 6 피트 자유낙하를 포함하여, 전체 하강은 약 6초 동안이 된다. 개별적인 케이블을 사용하여 디슬래커 스프링(7)이 케이블을 케이블 스풀에 감는 동안, 약 2피트/초에서 약 12초 이내에 상기 견본을 회복시킨다. 상기 1분의 시간 할당을 만족시키는 것은 배낭을 견본에 매고 전체 42초 시간에서 제거하는 것으로, 이것은 정말로 이루어질 수 있는 것이다.

[0127] 한명의 기술자가 이러한 일을 처리하는 동안, 두번째 기술자는 컴퓨터화된 데이터 획득, 분석 및 기록을 처리할 수 있다. 데이터 입력 처리는 실제로는 배낭 유닛에 부착된 바코드 일련번호를 스캔하는 것으로 시작된다. 컴퓨터 기록은 이미 그 케이블 데이터에 대해 존재하는데, 상기 케이블 데이터는; 감기 전에 케이블 스풀에서의 그것의 1,000lb 증명 테스트, 그것의 표시된 길이, 및 그것의 무게 측정 확인(예를 들어, 시어즈 타워 배낭 유닛은 엠파이어 스테이트 빌딩 배낭 유닛 보다 2 파운드 더 무겁다는 것 등등)이다. 이러한 최종 확인 테스트에서, 데이터 샘플링은 전자석이 견본을 풀기 전에 약 1초에서 시작하고, 바닥에서 스프링이 접촉한 후 약 1초에서 멈춘다. 따라서, 세 개의 샘플 기록이 약 8초 동안 있게된다. 32 비트의 샘플 해상도를 가지고, 상기 세 개의 기록은 거의 100 킬로바이트의 데이터를 포함하게 된다. 그러면 컴퓨터 프로그램으로 이를 계산하고 두 개의 추가적인 시간 도메인 기록을 모은다: 시간에 대해 상기 2G 잡아당기는 힘 게이지 가속측정기를 집적하여 얻은 속도 기록, ...및 시간에 대해 그 속도 기록을 집적하여 얻은 변위 기록. 세 개의 기록 모두는 상기 견본이 풀리기 전 제로가 되어야 한다. 프로그램은 두 개의 알려진 정보 조각인 - 자유낙하 동안의 가속(최초 600 개의 샘플 포인트는 상기 풀림 이후이다)은 정확히 1G (32.2 피트/초²)이어야 하고, 그리고 최종 변위는 정확히 24 피트이어야 한다는 것을 사용하여 상기 가속측정기의 정확한 교정을 확인한다. 상기 부하-셀 기록은 상기 풀림 이전에 제로는 아니지만 거의 제로에 가까워야 한다(디슬래커 스프링이 수 파운드의 부하-셀을 잡아당기도록). 잡음 스파이크를 제거한 후에, 상기 프로그램은 상기 부하 셀 기록내의 첫번째 다수의 피크를 위치시키고, 이를 판독하고, 그 샘플 포인트 수를 "샘플 포인트 A"라고 적는다(동일한 시간에서, 다른 어떠한 포인트도 이 힘 값을 초과하는 않음을 확인하는 것임). 이것은 케이블의 최대 힘으로서, 어떠한 소정의 허용오차 내부의 700 파운드가 되어야 한다. 샘플 포인트 A는 또한 토크-제한기가 미끄러지기 시작하는 지점이기도 하며, 상기 프로그램은 고주파 가속측정기 기록내의 출력의 대응하는 급격히 증가한 레벨을 주시하고 확인한다. 샘플 포인트 A에서, 프로그램은 또한 대략 6 피트의 변위 판독 및 대략 20 피트/초의 속도를 확인도 한다. 다름으로, 프로그램은 고주파수 가속측정기의 출력 레벨이 어디서 갑자기 증가했는지를 찾고, 이것을 샘플 포인트 B로 적는다. 기정하건데, 이것은 마찰 라이닝이 기어 #1의 망을 다시 붙잡는 곳이다. 그러면, 프로그램은 포인트 B에서 속도를 일부 사전에 결정된 허용오차 내부의 2.46 피트/초로 확인한다. 그 다음 상기 프로그램은 포인트 A와 포인트 B사이의 모든 가속 샘플의 평균을 내고 이것을 일부 미리 결정된 허용오차 내인 -0.64G(-20.69피트/초²)로 판독한다. 그 다음, 상기 프로그램은 포인트 A와 포인트 B 사이의 모든 힘 샘플들은 평균 내어 일부 미리 결정된 허용오차 내인 657 lbs 로 판독한다. 그 다음 상기 프로그램은 오버랩 프로세싱(overlap processing)을 사용하여 포인트 A 와 포인트 B 사이의 고주파수 가속측정기 기록에서의 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하고 226 Hz 근방의 세 개의 인접 주파수 포인트의 진폭을 포함한 계산을 하여 상기 FFT 해상도보다 휠씬 좋은 해상도(오직 1.953125 Hz)로서 기어 #1과 기어 #2 의 "정확한" 톱니-메쉬(tooth-mesh) 주파수를 계산한다. 그 다음, 그 결과에 60을 곱하고 144를 나누어 기어 #1의 RPM을 계산하고, 이것이 일부 미리 결정된 허용오차 내인 94RPM 과 일치하는지 확인한다. 팬(6)의 RPM은 계산된 값의 20배임에 주목하라. 그 다음, 상기 프로그램은 "포인트 B 더하기 100개의 샘플 포인트"를 포인트 C로 할당하고, 포인트 C 에서의 가속이 일부 미리결정된 허용오차 내인 0G 로 되돌아 갔는지 확인한다. 그 다음, 상기 프로그램은 상기 가속이 음(negatively)으로 뾰족해 진 곳(바닥에서 압축 스프링과 접하는 곳)을 찾고, 이 곳을 포인트 D로 할당한다. 그 다음, 상기 프로그램은 포인트 C와 포인트 D 사이의 모든 속도 판독값들의 평균을 내어, 먼저 10 개의 직렬 그룹으로 나눈 다음 각 그룹의 평균이 일부 미리 결정된 허용오차 내인 1.92 피트/초 인지 확인한다. 그 다음, 상기 프로그램은 포인트 C와 포인트 D 사이의 부하-셀 힘을 유사하게 평균낸다.

[0128] 상기 부하-셀 힘, 및 [0126] 문단의 다른 값들은, 물론 배낭 유닛 내의 케이블 길이에 따라서서 변화하지만, 전체 무게에 따라 약간 변화한다. 컴퓨터 프로그램은 바코드 기록으로부터 이를 알고 있으며, 자동적으로 이것을 고려한다. 만약 상기 프로그램이 허용오차 밖의 상황임을 알리지 못한다면, 기술자는 모든것이 허용가능한 제한 이내인 것으로 가정한다. 격자구조를 통한 시각적 체크를 한 후, 케이블이 디슬래커 스프링(7)에 의해 케이블 스풀로 적절히 감겼는지, 그리고 배낭 유닛이, 이 1분의 컴퓨터로 처리된 테스트가 다음의 경우를 증명하는 것을 확신하고, 자신의 저장소(사무실의 작은 공간 내에 튀어나오지 않게 잘 맞게 설계된 곳)에 묶여 시일되는지를 확인한다: 가장 무거운(360 lb) 사람의 경우라 해도, 토크 제한기가 적절한 힘 레벨에서 미끄러져서 매우 긴 초기 자유낙하 이후의 케이블을 보호하는지; 토크 제한기가 미끄러지는 동안 적절하게 동작하는지; 기어 #1의 망으로 마찰 라이닝의 연속되는 다시 붙잡는 동작이 적절한 속도와 토크에서 일어나는지; 팬(모두 저절로)이 빠르고 쉽게 케이블 힘을 상기 속도 하강이 적절한 하강 속도로 떨어지는 동안 전체 무게로 가져가고, 그 하강 속도가 안정적으로 유지되는지; 디슬래커 스프링(7)이 케이블 30피트를 적절히 감았는지; 그리고, 마지막으로, 스프링 클립(72), 부착 로우프(13), 및 인장 장치(15)가 모드 적절히 동작했는지를 확인한다.

[0129] 샘플 데이터 모두에, 상기 테스트 결과 이후의 프로그램에 의해 자동적으로 수행된 모든 계산들을 더하고 배낭 유닛의 시리얼 번호에 따라 보관한다. 데이터의 양은 메가바이트까지 올라가므로, 각각의 테스트 부서는 매일매일 관리 가능한 메가바이트를 저장하게 된다(8시간 동안 테스트 상황마다 분당 한 유닛을 테스트함). 각 유닛의 성능이 컴퓨터 처리된 기능적 테스트에 따라 달라지니 않음에 감사해야 한다. 테스트는 단지 성능이 매우 효과적인지를 확인하는 것일 뿐이다. 그리고, 더 낮은 수준의 테스트도 상기 성능을 동일하게 증명할 목적이라면 수용할 수 있다.

[0130] 비록 배낭 어셈블리, 헤드기어 어셈블리, 토크 제한기, 종합적인 기능적 테스트, 그리고 모든 나머지 테스트를 본 출원의 명세서에 설명하고 특정하였으나, 본 발명의 범위 이내에서 대안적인 수정은 있을 수 있다. 당업자는 본 발명의 광범위한 발명의 개념을 벗어나지 않고 상기 설명한 실시예에 대해 변화 또는 수정을 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 특정 실시예로 한정되는 것은 아니며 설명된 발명의 범위 및 정신 내부의 모든 실시예를 포함하는 것이다.

Claims

다층 빌딩의 소정 높이의 출발점에서부터 부상 없이 충분히 느린 속도로 더 낮은 지지면까지 착륙하도록 사람을 하강시킬 수 있는 탈출 장치로서,

하우징;

상기 하우징을 사람에게 단단히 고정시키는 하네스;

상기 하우징 내부에 있으면서, 상기 출발점에서부터 상기 낮은 지지면까지 도달할 수 있도록 충분히 길고, 자유 단부가 있으며, 상기 자유 단부에는 상기 출발점에 근접한 고정된 앵커에 상기 자유단부를 부착시키는 잠금 부재가 포함되어 있는 케이블; 및

상기 하우징 내부에 있으며, 사람이 내려감에 따라 상기 하우징의 케이블의 동작에 의해 구동하는 에너지-분산 메카니즘으로서, 상기 분산된 에너지 레이트의 기울기는 교차점에서의 하강 속도의 함수로서 잠재적 에너지 방출 레이트 기울기보다 크며, 상기 교차점은 사람의 제어 없이 충분히 느린 하강 속도에서 발생하는 에너지-분산 메카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 하강 속도는 초당 4피트 이하인 동안 도달하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장치에는 상기 하우징 내부에 회전 가능한 부재가 포함되어 있고, 상기 하우징의 케이블의 동작이 상기 회전 가능한 부재를 회전시키는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 회전 가능한 부재는 상기 케이블을 수용하는 스풀인 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 에너지 분산 메카니즘은 속도-가속기를 통한 상기 회전 부재의 회전에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 속도-가속기에는 기어 장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 속도-가속기에는 벨트 및 도르레 설비가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 에너지 분산 메카니즘은 다수의 날개가 있는 공기 저항 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 팬의 날개는 대략 반-원통형 형상인 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 에너지 분산 메카니즘은 제너레이터 및 저항기를 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 10 항에 있어서, 상기 저항기는 하강에 앞서 스위치-선택가능한 다수의 저항을 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 에너지 분산 메카니즘은 맴돌이 전류 브레이크를 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 맴돌이 전류 브레이크에는 그 사이에 갭이 있는 고정자와 로터가 포함되어 있으며, 상기 고정자와 로터 사이의 갭의 크기는 하강에 앞서 조정 가능한 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 하우징 내부에 케이블 디슬래킹(de-slacking) 메카니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 케이블 디슬래킹 메카니즘은 하강에 앞서 상기 케이블의 느슨함을 제거하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 케이블 디슬래킹 메카니즘은 상기 소정 높이보다 아래에 위치하는 다른 지지면으로부터 연속 하강에 앞서 상기 케이블의 느슨함을 제거하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 14 항에 있어서, 상기 케이블 디슬래킹 메카니즘은 상기 케이블을 하우징하는 상기 스풀을 되감는 충분히 일정한-토크 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장치는, 상기 케이블을 일시적인 과부하로부터 보호하는 케이블 힘 제한 메카니즘을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 장치는, 상기 케이블을 일시적인 과부하로부터 보호하는 케이블 힘 제한 메카니즘을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 케이블 힘 제한 메카니즘은 상기 케이블과 직렬의 적어도 하나의 에너지-흡수 망인 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 케이블 힘 제한 메카니즘은 상기 회전 가능한 부재에 인가되는 토크 제한 메카니즘인 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 케이블 힘 제한 메카니즘은 상기 사용된 케이블의 상기 감속된 스프링-상수인 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 21 항에 있어서, 상기 주위 온도가 미리 설정된 온도를 넘어서는 경우 상기 에너지 분산 메카니즘을 자동적으로 결합해제시키는 열 클러치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 열 클러치는 상기 주위 온도가 상기 미리 설정된 온도보다 아래인 경우 상기 에너지 분산 메카니즘을 재결합시키는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 하네스는 사람의 크기를 수용하는 스트랩, 로우프, 밧줄, 클립, 버클, 걸쇠, 끈, 링, 벨크로(Velcro), 인장장치, 마개, 밴드, 루프 및 벨트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블은 상기 최대 하강 무게의 적어도 2배 반을 지지할 수 있는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블을 강철 와이어-로프인 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블은 고강도 폴리머 케이블 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 케이블은 복합 재료로 만들어 지는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 잠금 부재는 카라비너인 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 30 항에 있어서, 상기 고정 앵커는 다수의 카라비너를 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고정 앵커는 빌딩의 열린 출구에 근접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고정 앵커는 상기 빌딩의 구조적 부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 사람이 쓰는 보호 헬멧을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 1 항에 있어서, 공기 여과 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
제 35 항에 있어서, 상기 공기 여과 시스템은 적어도 30초 동안 연기 및 기타 연소 물질을 여과시키는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
탈출 장치를 사용하여 사람을 다층 빌딩의 소정 높이에 있는 출발점에서부터 충분히 저속으로 아래쪽의 지지면까지 부상 없이 착륙하도록 하강시킬 수 있는 방법으로서, 상기 탈출 장치는 상기 출발점에서부터 상기 아래쪽의 지지면까지 도달하기에 충분히 긴 케이블 및 에너지 분산 메카니즘을 포함하고 있으며, 상기 케이블은 상기 출발점에 근접한 고정 앵커에 부착시키기 위한 잠금 부재가 있는 자유 단부 및 하네스가 있으며, 상기 방법은,

상기 하네스를 이용하여 상기 하우징에 사람을 단단히 고정시키는 단계;

상기 케이블의 자유 단부를 상기 고정 앵커에 부착시키는 단계;

상기 하강 출발점에서 상기 빌딩을 빠져나오는 단계; 및

충분히 느린 하강 속도로 상기 아래쪽의 지지면까지 하강하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
다층 빌딩 내의 소정 높이의 출발점으로부터 충분히 느린 속도로 부상 없이 착륙하도록 사람을 하강시킬 수 있는 탈출 장치로서,

케이블 및 속도 늦춤 수단을 포함하는 하우징 수단;

상기 하우징에 사람을 단단히 고정시키는 하네스 수단;

상기 출발점에서 상기 지지면까지 도달하기에 충분히 긴 소정 길이 및 자유 단부를 가지며, 상기 자유단부는 상기 출발점에 근접한 고정된 앵커에 자신을 부착시키는 수단을 포함하는 케이블; 및

사람이 하강함에 따라 상기 하우징 수단으로부터 상기 케이블 사용에 의해 구동하며, 분산된 에너지 레이트의 기울기는 교차점에서의 하강 속도의 함수로서 잠재적 에너지 방출 레이트의 기울기보다 크며, 상기 교차점은 사람의 제어 없이 충분히 낮은 하강 속도에서 발생되는 에너지-분산 메카니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
다층 빌딩 내의 소정의 높이의 출발점에서부터 다수의 사람을 더 아래의 지지면까지 구출하는 대량 탈출 시스템으로서, 상기 시스템은 다수의 탈출 장치를 포함하며, 상기 탈출 장치 각각은 사람을 부상 없이 착륙할 수 있도록 충분히 느린 속도로 하강시킬 수 있고, 각각의 구출 장치는:

하우징;

상기 하우징에 사람을 단단히 고정하는 하네스;

상기 하우징 내부에 있고, 상기 출발점으로부터 상기 아래쪽의 지지면까지 도달하기에 충분한 소정 길이 및 자유 단부를 가지며, 상기 자유 단부는 상기 출발점에 근접한 고정된 앵커에 자신을 부착시키는 잠금 부재를 포함하는 케이블; 및

상기 하우징 내부에 있고, 사람이 하강함에 따라 상기 케이블 작용에 의해 구동하고, 분산된 에너지 레이트의 기울기가 교차점의 하강 속도 함수로서 잠재적 에너지 방출 레이트의 기울기보다 큰 특성을 가지며, 상기 교차점은 사람의 제어 없이 충분히 느린 하강 속도에서 발생하는 에너지-분산 메카니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 대량 탈출 시스템.
다층 빌딩 내의 소정의 높이의 출발점에서 사람을 더 낮은 지지면까지 하강시킬 수 있는 탈출 장치로서, 케이블이 느슨해 지는 것을 제거하여 초기 및 가능한 연속 하강동안에 자유 낙하를 줄여주는 케이블-당김 메카니즘이 있는 케이블 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
다층 빌딩 내의 소정 높이의 출발점에서부터 더 아래쪽의 지지면까지 사람을 하강시킬 수 있는 탈출 장치로서, 상기 장치는 하강하는 동안 능력을 벗어나는 일시적인 과부하로부터 케이블을 보호하는 메카니즘과 조합하는 케이블을 포함하며, 상기 메카니즘은 직렬식의 에너지-흡수 망, 토크-제한 메카니즘, 사용된 케이블의 감소된 효과적인 스프링 상수 중에서 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
다층 빌딩 내의 소정 높이의 출발점에서부터 더 아래쪽의 지지면까지 사람을 하강시킬 수 있는 탈출 장치로서, 사람이 빌딩 밖으로 탈출하기 전의 시간 동안 안전하게 숨을 쉴 수 있도록 연기 및 기타 연소 물질을 여과시킬 수 있는 공기 여과 시스템과 결합되는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
다층 빌딩 내의 소정 높이의 출발점에서부터 더 아래쪽의 지지면까지 사람을 하강시킬 수 있는 탈출 장치로서, 배치가능한 내열 실드, 내열 보디-수트, 뜨거운 지역을 통과할 때 상기 장치의 하강 레이트를 증가시키는 열 메카니즘 중 적어도 하나를 구비하는 노출에 의한 화상으로부터 보호하는 장치와 결합되는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.
다층 빌딩 내의 소정 높이의 출발점에서부터 더 아래쪽의 지지면까지 사람을 하강시킬 수 있는 탈출 장치로서, 하강 동안 있게 되는 장애물과의 접촉 및 낙하하는 파편들로부터 보호하는 머리 보호 헬멧과 결합 되는 것을 특징으로 하는 탈출 장치.