KR20120120169A - 구성 요소들에 의해 설정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 부동 내화 시스템 및 그러한 시스템의 조립식 다층 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공간(space) 또는 틈(gap)을 통한 인접 화재(nearby fire)의 확산을 방지하기 위하여, 구성 요소들에 의해 설정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 부동 내화 시스템(passive fire resistant system)으로서, 폐쇄형 셀 구조(closed cell structure)를 가진 내화성 탄성 발포체(fire resistant elastomeric foam)를 포함하는 제 1 물질로 이루어진 적어도 두 개의 제 1 층들(first layers); 및 두 개의 제 1 층들 사이에 샌드위치 되어 있는 제 2 물질로 이루어진 적어도 하나의 제 2 층(second layer);을 포함하고 있으며, 상기 제 2 물질은 폴리머를 포함하고 있고, 각각의 제 2 층은, 상온(room temperature)으로부터의 온도 상승에 대한 초기 반응(initial response)으로서, 접착제(adhesive)로의 전이를 나타내는 표면들을 가지고 있으며, 상기 제 1 층 및 제 2 층은 서로 평행하여 연장되어 있고, 상기 제 2 물질은 제 1 물질 보다 경직한 것을 특징으로 하는 시스템을 제공한다.

Description

구성 요소들에 의해 설정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 부동 내화 시스템 및 그러한 시스템의 조립식 다층 구조체 {Passive fire resistant system for filling a space or gap confined by construction elements and a prefabricated multilayered structure of such a system}

본 발명은 공간를 통한 인접 화재의 확산을 방지하도록 공간을 채우기 위한 부동 내화 시스템(passive fire resistant system)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 공간 또는 틈을 채우기 위한 시스템의 조립식 다층 구조체에 관한 것이다. 상기 용어 "부동(passive)"은 시스템이 인접 화재(nearby fire)로 인한 온도의 상승 이외의 다른 어떤 것에 의해서도 작동 개시되지(trigger) 않음을 보여주는 것으로 의도된다.

많은 건축, 해양 구조물 및 연안 구조물은, 구조물 요소들 사이에 의도적으로 설계된 공간 또는 틈들을 포함한다. 이러한 공간 또는 틈들은 연안 구조물의 천장과 벽 사이에 형성될 수 있고, 각각의 구조물 요소를 배치하는 것을 용이하게 한다. 특히 철강 구조물들(연안 또는 해양 모두) 등의 공간 또는 틈은 구조물 요소 간의 열팽창 편차를 허용하도록 설계될 수 있다. 이것은 소위 "방화벽(blast-walls)" 및 바닥에 특히 더 적용된다. 상기 공간과 틈은 비교적 클 수 있으며, 경우에 따라서 기계적 안정성을 제공하는 요소에 의해 채워질 필요가 있다. 예를 들어, 상기 공간 또는 틈은 석유 시추 장치에 위치한 리빙 유닛들(living units) 사이에서 발견될 수 있다. 이러한 공간 또는 틈이 케이블 및/또는 파이프, 기타 등등으로부터 간섭받지 않는 구조를 유지하도록 설계된다. 이러한 공간은 해외 석유 장비 또는 선박의 선상이나 돌 또는 콘크리트 벽의 창문 형태의 공간과 같은 철강 구조 코밍(coaming)에 의해 형성될 수 있다. 즉, 전기 케이블, 하수 파이프, 기타 등등과 같이 추가적인 기반시설의 미래 계획을 위해 공간이나 틈이 허용된다. 그러나, 이러한 공간 또는 틈이 항상 존재하게 하고 추가적인 기반시설의 변경을 위해 사용되게 하지 않는 것도 가능하다. 경우에 따라서는, 인접 화재의 경우, 화재가 구조 전반에 걸쳐 공간 또는 틈으로 확산되기 어렵다. 따라서, 시스템은, 선행기술에서 "개구부(openings)"로 칭해지기도 하는 그러한 공간 또는 틈을 실링하는데 사용될 수 있다.

WO2004/096369는 크러스트-포밍(crust-forming) 내화 물질과 pH-중성화 흑연 재료에, 발포체가 구체화된 거의 폐쇄형 셀 구조를 가진 탄성 발포체가 기초가 된 내화 재료를 기술한다. WO2004/096369의 도 9와 도 10, 이들 도면들의 첨부 설명, 특히 제15쪽 및 제16쪽에서 보는 바와 같이, 인접 화재에 직접적으로 노출되지 않은 방향으로 가열되기 위해 노출에 의해 팽창한다. 그 결과, 상기 실링은 온도가 감소되는 한쪽 방향으로 길어진다. 따라서, 상기 물질은 화재 및/또는 극한 열의 효과에 대한 장기적인 보호를 제공한다. 상기 물질은 상대적으로 작은 공간 또는 틈에 적합하다. 그러나, 공간 또는 틈이 클 경우, 그것은 높은 기계적인 안정성을 제공할 수 없다.

특히, WO2005/078884는 개구부의 일시적 내화성 실링으로 제 1 및 제 2 내화성 부분을 사용함으로써, 벽에 있는 개구부를 실링하기 위한 시스템을 기술한다. 제 1 부분은 대부분 내화성 고무 및/또는 내화성 플라스틱으로 제조된다. 제 2 부분은 탄성 발포체가 기초가 된 내화성 재료로 제조된다. 제 1 부분은 케이블, 도관 또는 튜브와 같은 수송 장치 주위에 그것을 위치시킬 수 있는 형태의 슬리브, 슬릿을 포함한다. 상기 시스템은 케이블, 도관, 또는 튜브가 공급되는 개구부에서만 사용된다. 즉, 상기 시스템은 내화 시스템을 개시하고 있지만, 상기 공간 및 틈에 대해 적절하지 않다.

본 발명의 목적은 공간 또는 틈을 통한 인접 화재의 확산을 방지하기 위하여 공간 또는 틈을 채우기 위한 부동 내화 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 시스템이 온도가 현저히 상승하는 쪽으로 노출되는 동안, 인접 화재에 노출되지 않는 쪽에서 장시간 저온을 유지하는 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 인접한 화재에 노출된 쪽의 냉각 후에, 화재를 진압하기 위하여 사용된 물의 흐름에 대해 방수를 보여주는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 공간(space) 또는 틈(gap)을 통한 인접 화재(nearby fire)의 확산을 방지하기 위하여, 구성 요소들에 의해 설정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 부동 내화 시스템(passive fire resistant system)을 제공한다. 상기 시스템은 폐쇄형 셀 구조(closed cell structure)를 가진 내화성 탄성 발포체(fire resistant elastomeric foam)를 포함하는 제 1 물질로 이루어진 적어도 두 개의 제 1 층들(first layers), 및 두 개의 제 1 층들 사이에 샌드위치 되어 있는 제 2 물질로 이루어진 적어도 하나의 제 2 층(second layer)을 포함하고 있으며, 상기 제 2 물질은 폴리머를 포함하고 있고, 각각의 제 2 층은, 상온(room temperature)으로부터의 온도 상승에 대한 초기 반응(initial response)으로서, 접착제(adhesive)로의 전이를 나타내는 표면들을 가지고 있으며, 상기 제 1 층 및 제 2 층은 서로 평행하여 연장되어 있고, 상기 제 2 물질은 제 1 물질 보다 경직한 구조를 포함한다.

어떠한 특정 이론에 구속받지 않는 조건으로, 상기 제 2 물질의 표면은 그들의 접촉 표면에서 상기 제 1 층 및 제 2 층이 온도의 상승에 의해 서로 단단히 붙어 있도록 접착되는 것에 의하여 인접 화재 등에 대한 신뢰성을 제공한다. 온도 상승의 결과, 탄성 발포체의 폐쇄형 셀 내의 가스 압력이 증가하더라도, 이러한 폐쇄형 셀의 팽창은 상기 제 2 물질의 제 2 층에 인접한 탄성 발포체의 접착성에 의해 억제된다. 이러한 억제는 상기 제 1 물질보다 상기 제 2 물질이 더 경직되어 있기 때문에 가능하다. 상기 내화 시스템의 단열 용량은 결과적으로 더 오랜 시간 동안 유지된다. 초기에 내화 탄성 발포체의 팽창이 억제되기 때문에, 단열성이 잘 유지되며, 부동 내화 시스템은 인접 화재에 직접 노출되지 않는 쪽에서 장시간 동안 그것의 초기 상태로 유지된다. 따라서, 다층 구조체의 더 깊은 곳에서의 온도가 낮은 상태를 유지하기 때문에, 시스템에 의해 제공되는 기계적 안정성 또한 계속적으로 영향을 받지 않게 된다.

본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예에서, 이러한 공간은 해외 석유 장비 또는 선박의 선상이나 돌 또는 콘크리트 벽의 창문 형태의 상기 적어도 하나의 제 2 층은 각각의 제 1 층들에 대한 제 2 층의 접착성 접촉(adhesive contact)에 의해 두 개의 제 1 층들 사이에 접착식으로 샌드위치 되어 있다. 바람직하게는, 적어도 3개의 층들은, 하나의 유닛으로 빠르고 편리하게, 부동 내화 시스템으로 채워질 필요가 있는 공간에 위치할 수 있다. 이러한 다층 구조체의 하나의 유닛의 배치에 의해, 공간이 부동 내화 시스템에 의해 직접적으로 채워질 수 있는 같은 크기로, 제 1 층 및 제 2 층의 다층 구조체을 제조하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예에서, 각각의 제 1 층은 제 2 물질로 이루어진 두 개의 제 2 층들 사이에 샌드위치 되어 있다. 이는, 부동 내화 시스템의 다수의 외층들이 항상 제 2 물질로 이루어진다는 잇점을 가진다. 온도가 상승할 때, 제 2 층들의 표면은 접착제로의 전이를 나타내며, 그로 인해 공간의 내벽에 대한 공간에 위치하는 부동 내화 시스템을 접착시킨다. 이는 부동 내화 시스템이 유지되게 되는 추가적인 "케이지(cage)"를 제공할 것이며, 탄성 발포체의 팽창에 대하여 추가적 반대 압력을 제공한다. 다시 말하면, 이는 그 공간에서 부동 내화 시스템의 초기 상태를 유지하는데 기여하며, 특히 탄성 발포체에서 셀의 폐쇄 상태를 유지하는데 기여한다.

본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예에서, 각각의 제 1 층은 제 2 층과의 점착성 접촉에 의해 제 2 물질의 2개의 제 2 층 사이에 접착식으로 샌드위치 된다. 또한, 이러한 실시예에서, 공간을 채우기 위한 부동 내화 시스템이 그러한 공간에 부동 내화 시스템으로 설치하는데 필요한 시간을 현저히 줄이는 완전히 미리 제작된 유닛으로 고려될 수 있도록, 외부층은 층들의 본체에 미리 고정되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예에서, 상기 접착성 접촉은, 제 2 층의 표면을 예열하고, 제 1 층의 표면에 대해 상기 예열된 표면을 가압한 후 상호 가압된 표면들을 방치함으로써 서로에 대해 눌러지고 냉각된 결과이다. 바람직하게는, 그러한 다층 구조체에서 제 2 층의 특성이 이용될 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 그러한 다층 구조체는 소위 브릿지 베어링(bridge bearing)으로 작용할 수 있으며, 그것은 m²당 12000 kg의 부하를 지탱할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예에서, 상기 폴리머는 가교성 폴리머(cross-linkable polymer)이다. 이는 제 2 물질의 기계적 성질에 대한 향상을 허여한다. 본질적으로, 제 2 물질은 그런 다음 온도 상승의 결과로서 고무와 같은 특성을 취하는 바, 그로 인해 경직성을 향상시킨다. 결과적으로, 제 2 물질이 내화성 탄성 발포체의 팽창 억제를 계속 억제하는 것이 가능한 상태로 유지된다. 바람직하게는, 제 2 물질은 140℃ 이상의 온도에서 활성화되는 가황제(vulcanizing agent)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예에서, 제 2 물질은 상대적으로 낮은 기 설정 온도 범위에서 제 2 물질을 열적으로 팽창하도록 야기시키는 적어도 하나의 성분을 포함하는 바, 상기 기 설정 온도의 최저 온도는 접착제로의 전이가 나타나는 온도보다 크다. 바람직하게는, 내화성 탄성 발포체의 팽창에 대하여 제 2 물질에 의해 제공된 역-압력(counter-pressure)은, 시스템이 고온에 노출될 때, 유지되고 개선되기조차 할 수 있다. 달리 말하면, 온도가 상승하고 폐쇄형 셀 구조의 압력이 증가하여 이러한 폐쇄 셀의 파열 압력에 가까워질 때, 제 2 물질 자체가 팽창하기 때문에, 제 2 물질는 더욱 강력하게 폐쇄형 셀의 팽창을 억제시킬 것이다. 따라서, 시스템의 단열 용량은 열적으로 더욱 가혹한 조건 하에도 긴 시간 동안 유지될 수 있다.

바람직하게는, 상기 적어도 하나의 성분은 열팽창성 흑연이다. 상기 흑연은 바람직하게는 pH-중성화 흑연이다.

본 발명은 또한, 공간 또는 틈을 통한 인접한 화재의 확산을 방지하고, 구성 요소 사이에 기계적인 안정성을 제공하기 위하여, 구성 요소에 의해 한정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 다층 구조체를 제공한다. 상기 구조체는 적어도 폐쇄형 셀 구조를 가지는 내화성 탄성 발포체를 포함하는 제 1 물질을 포함하는 2개의 제 1 층, 그리고 제 1 및 제 2 층이 서로 평행하게 뻗도록 2개의 제 1 층 사이에 접착식으로 샌드위치된 제 2 물질로 이루어진 제 2 층을 포함한다. 상기 제 2 물질은 폴리머를 포함하고, 제 1 물질보다 경직한 구조로 이루어져 있다.

상기 다층 구조체는, 다층 자체가 설치 장소에서 발생하는 장점을 제공하는 미리 제작된 부동 내화 시스템이다. 이러한 조립식 다층 구조체는 층 단위 방식으로 형성되지 않기 때문에 기계적인 안정성을 즉시 제공한다. 또한, 접착된 제 1 층들 사이에 샌드위치 되어 있는 제 2 층이 제 1 층에 접착 방식으로 결합되는 것을 담보하기 위하여 인접 화재를 기다리거나, 또는 의도적으로 일부에 열을 인가할 필요가 없다. 다층 구조체의 제작자는, 주의깊게 제어된 환경 하에서, 이러한 층들 사이에 최적 접착이 이미 일어났다는 것을 담보했을 것이다. 공간 또는 틈에서 피팅을 위해 국부적으로 재단되도록, 설치 장소에서 조립식 다층 구조체를 커팅하는 것이 가능하다. 그러나, 어떠한 컷팅도 설치 장소에서 회피될 수 있도록, 제작자가 소정의 크기로 다층 구조체를 생산하는 것이 가능함은 물론이다.

이러한 다층 구조체는 브리지 베어링으로 작용할 수 있고, m²당 12000 kg의 부하를 지탱하며, 다층 구조체의 불이행 없이 대략 40%의 압축을 받아들일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 공간 또는 틈을 통한 인접 화재의 확산을 방지하기 위하여 공간 또는 틈을 채우기 위한 부동 내화 시스템으로서, 시스템이 온도가 현저히 상승하는 쪽으로 노출되는 동안, 인접 화재에 노출되지 않는 쪽에서 장시간 저온을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예로서, 구성 요소에 의해 한정된 공간 또는 틈이 형성된 구조체의 도면이다;
도 2는 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 금속 소재의 벽에 위치한 코밍에 의해 한정된 공간이 형성된 구조체의 도면이다;
도 3은 본 발명에 따른 제 3 실시예에 따른 도면이다;
도 4는 상기 제 3 실시예에 따른 제 1 층 및 제 2 층에 직각을 이루는 방향으로 압축된 구조체의 도면이다.

도 1에는 벽돌 또는 콘크리트 돌(2)로 만들어진 벽(1)의 구조가 도시되어 있다. 벽(1)에는, 창문 타입 개구부가 위치한다. 이러한 창문 타입 개구부는 구성 요소들에 의해 한정된 공간 또는 틈의 실시예로 고려된다. 상기 공간 또는 틈은 본 발명에 따른 부동 내화 시스템으로 채워진다. 상기 시스템은 폐쇄형 셀 구조를 가지는 내화성 탄성 발포체를 포함한 제 1 물질의 제 1 층(3)을 포함한다. 이러한 탄성 발포체의 실시예는 WO2004/096369에 기재되어 있다. 그것의 출원인은 상표명 'Actifoam'으로 그러한 발포체를 판매한다.

"폐쇄형 셀 구조를 가진다"는 의미는 적어도 60%의 폐쇄된 셀 구조를 가지는 것을 의미하며, 바람직하게는 적어도 셀의 75%가 폐쇄되어 있다. 이러한 구조는 우수한 단열을 제공한다.

상기 시스템은 또한 제 2 물질의 제 2 층(4)을 포함한다. 제 1 층(3)과 제 2 층(4)가 서로 평행하여 연장되어 있다. 상기 제 2 물질은 폴리머를 포함하고 각각의 제 2 층(4)은 실온으로부터의 온도의 상승에 대한 초기의 반응으로서, 접착제로의 전이를 나타내는 표면을 가진다. 상기 제 2 물질은 제 1 물질보다 더 경직하다. 제 2 물질의 실시예가 WO2009/090247에 기재되어 있고, 여기에서 제 2 물질은, WO2009/090247에서 도 6을 참조할 때, 장치를 만드는 재료로서 기재되어 있다. 그것의 출원인은 상표명 'RISE Ultra'로 상기 물질를 판매한다. 상기 폴리머는 바람직하게는 가교결합할 수 있는 폴리머이다. 폴리머는 EPDM, 또는 바람직하게는 에틸렌 아세테이트 폴리머 (EVA)일 수 있다. 제 2 물질는 바람직하게는 140℃보다 높은 온도에서 활성화되는 가황제를 포함한다.

도면에 나타낸 바와 같이, 각각의 제 1 층(3)이 제 2 물질(2)의 제 2 층들(4) 사이에 샌드위치 되는 것이 또한 가능하다. 이러한 측면에서, 도 1은 본 발명에 따른 내화 시스템에 의해 채워지는 공간의 하단 및 그것의 상단의 제 2 층(4)를 보여준다. 또한, 제 2 물질의 2개의 층은 수평으로 위치된 층들과 공간의 수직 내벽 사이에 수직적으로 위치되어 있다. 이러한 두번째 층들을 제 2 층들(4a)로서 칭한다. 상기 제 2 물질은 상대적으로 낮은 소정의 온도 범위에서 제 2 물질이 열팽창 하도록 야기하는 적어도 하나의 성분을 포함하고 있고, 상기 온도 범위의 최저 온도는 접착제로의 전이가 나타나는 온도 이상이다.

또한, 상기 제 1 물질은 상대적으로 높은 소정의 온도 범위에서 제 1 물질이 열팽창 하도록 야기하는 적어도 하나의 성분을 포함하고 있고, 상기 범위의 최저 온도는 제 2 물질의 표면이 접착제로의 전이를 나타내고 가황제가 활성화되는 온도 이상이다. 이러한 성분은 제 1 물질과 제 2 물질에서 열적으로 팽창 가능한 흑연일 수 있으며, 다른 온도 범위 내에서 팽창을 위해 상업적으로 획득될 수 있다. 흑연은 바람직하게는 pH-중성화 흑연이다. 상기 제 1 물질은 적어도 하나의 크러스트-포밍(crust-forming) 단열성 성분, 예를 들면, 멜라민포스페이트(melaminephosphate)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 물질의 가능한 성분으로서, 참고문헌으로 WO2004/096369에 그 내용이 기재되어 있다..

각각의 제 1 층은 1 - 4 cm의 범위에서 다양한 두께를 가진다. 바람직하게는 2 - 3 cm의 범위에서 다양한 두께를 가진다. 더욱 바람직하게는 2.5 cm의 두께를 가진다. 도면에서 보는 바와 같이, 상기 두께는 제 1 층을 따라 일정하다. 예를 들어, 1 cm, 1.5 cm, 2.0 cm 등의 두께를 가진 제 1 층들의 제작이 가능하다.

상기 제 2 층은 약 1 내지 4 mm 범위의 두께, 바람직하게는 2 내지 3 mm 범위의 두께, 더욱 바람직하게는 약 2.5 mm의 두께를 가진다.

인접 화재의 경우에, 상기 인접 화재에 가장 가까운 벽의 측면의 온도가 상승할 것이다. 상기 내화 시스템은 뜨거운 공기에 의해 가열될 것으로 예상된다. 이것은 내화 시스템으로의 열 유입의 주요 공급원을 형성할 것이다. 달리 말하면, 벽으로부터 내화 시스템으로의 열 전달은 이 경우에 크지 않을 것으로 생각된다.

내화 시스템은, 특히 제 1 물질에 포함된 셀 구조로 인해 우수한 단열성을 제공하고, 벽의 인접 화재에 노출된 쪽으로부터 인접 화재에서 더 멀리 떨어진 쪽으로의 열의 전송을 저지한다. 이하에서는, 인접 화재에 직접적으로 노출되지 않은 쪽을 '노출면(unexposed side)'으로서 칭한다.

온도 상승에 의해 제 2 층 표면은 접착제로 전이되고, 제 1 층의 표면에 접착된다. 폐쇄형 셀의 가열된 가스가 그 셀의 압력을 높이더라도, 상기 셀의 파열은 물론, 상기 셀이 경직된 제 2 층의 셀의 접착성에 의해 억제될 것이다. 달리 말하면, 제 2 물질이 제 1 물질보다 더 경직하기 때문에, 제 2 물질이 제 1 물질에 접착된 제 1 물질에 근접한 부위의 변형은 억제될 것이다. 상기 제 2 층에 접착된 셀들의 변형 감소는 도 4에 도시되어 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 물질의 폐쇄형 셀의 팽창은 어느 정도까지 방지된다. 셀의 파열 압력에는 도달하지 않을 것이며, 제 1 물질에 의해 형성된 단열이 유지될 수 있다. 제 1 물질이 절연 상태로 유지되기 때문에, 특히 시스템의 더 깊은(deeper) 제 2 물질의 층들은 온도가 훨씬 더 상승하지 않고, 그에 따라 경직성을 유지한다. 따라서, 기계적 안정성도 유지된다.

상단부의 제 2 층과 수직으로 위치된 층들(4a)이 접착제로의 전이가 발생하는 온도에 도달할 수 있다. 이는 시스템이 개구부 안으로 "접착(glued)"되는 것을 보장한다.

부동 내화 시스템의 반응이 시스템의 상태를 유지하는 것을 목적으로 하는 메커니즘과 관련이 있다고 할지라도, 인접 화재에 직접적으로 또한 가깝게 노출되어 있는 시스템의 부위, 즉, 인접 화재로부터 절연되지 않는 부위는 매우 높은 온도 상승을 경험할 것이다. 그러나, 제 1 물질의 크러스트-포밍 단열성 성분로 인해, 그러한 크러스트는 내화 시스템의 노출면에서 형성될 것이다. 이러한 고온에서, 제 2 물질의 열 팽창이 또한 일어날 것이다. 제 2 물질은 열원쪽으로 팽창하고, 이는 제 1 물질에 의해 형성된 크러스트의 층들 사이에, 부동 내화 시스템에 대해 추가적인 보호를 제공한다.

발명자는, 인접 화재로부터 1 시간 이상 노출시킨 후에, 비 노출면에서 내화 시스템의 온도가 겨우 2℃ 오른 것을 확인하였다. 노출면에 mm의 차르 커플(couple of char)가 형성되었다. 노출면에 대해, 6 m의 기설정 거리로부터 소위 규격 호스 스트림 테스트 (노출면에서 부동 내화 시스템으로 향하는 6 bar 압력의 물 호스 스트림)를 하였을 때, 노출면으로부터 비노출면으로 부동 내화 시스템을 통한 물의 누출이 없었다. 단지 4 m 거리에서 더욱 가혹한 호스 스트림 테스트를 최대 부하로 가했을 때 내화 시스템의 차르 층의 제거가 초래되었다. 부동 내화 시스템은 모든 층들이 특히 노출면에서 각각 명확하게 층상화되어 있기 때문에, 벽의 개구부로부터 그것을 커팅하여 오직 단일 유닛으로서 제거될 수 있다.

도 2에는 금속 벽(6)과 같이, 금속으로 제조되고 금속 구성 요소에 대하여 용접된 소위 코밍(coaming: 5) 내에 위치하는 본 발명에 따른 부동 내화 시스템의 도면이 도시되어 있다. 다수의 코밍(5)에 적용된 층들의 수는 도 1에 도시된 개구부에 적용된 층들보다 외견상으로 적지만, 시스템 자체는 도 1을 참조하여 설명한 시스템과 마찬가지이다. 인접 화재의 노출시, 부동 내화 시스템으로의 열 유입은 이제 두 가지의 다른 경로를 경유하여 일어날 것이다.

부동 내화 시스템에 직접 "접촉(contacting")하는 고온 가스에 의해 형성된 직접 경로, 및 동등하게 가열된 금속 코밍(5)과 금속 벽(6)으로부터 부동 내화 시스템으로의 열 전송에 의해 형성된 간접 경로가 있다. 특히 노출면을 향하여, 최상부, 최하부 및 수직의 제 2 층들(4a)은 접착제로의 전이가 발생하는 온도보다 훨씬 높은 온도에 도달한다. 상기 위치들에서, 제 2 물질은 열적으로 팽창하기 시작하고, 가황제가 활성화됨에 따라 가교 물질를 형성하기 시작한다. 이러한 현상은 공간 또는 틈을 가진 시스템을 고정시키고 제 1 물질의 팽창을 억제시킬 수 있다. 다시, 열에 직접적으로 노출된 쪽, 즉, 내화제 자체에 의해 절연되지 않은 쪽에서, 제 2 물질는 열원쪽으로 팽창하고 제 1 물질은 크러스트를 형성할 것이다. 그러나, 내화 시스템의 더 깊은 위치에서 도달한 온도는, 도 1과의 관계에서 상술한 바와 같은 벽(1)에 위치한 내화 시스템에서 도달한 온도보다 더 높다. 결과적으로, 제 1 물질은 가장 적은 내화 방향으로 팽창할 것이고, 이 경우에 비노출면으로 향한다. 상기 비노출면에 위치한 최상부, 최하부 및 수직의 층들(4a)의 부분들 만이 접착제로의 전이가 발생하는 온도에 도달할 수 있다. 이는 특히 비노출면 쪽으로 코밍(5) 내에 부동 내화 시스템의 고정을 도울 것이다. 그러나, 발명자는 이러한 환경에서 시스템의 팽창이 노출면 방향으로 발생한다는 것을 관찰하였다. 이러한 환경에서 부동 내화 시스템이 두시간 동안 지속되는 "화재 부하(fire load)" 동안에 더욱 격렬한 반응하였음에도, 기계적인 안정성이 손실되지 않았고 어떤 스모크도 노출면에서 형성되지 않았다.

도 3은 공간 또는 틈을 통한 인접 화재의 확산을 방지하기 위하여, 구성 요소에 의해 한정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 샌드위치 구조체를 보여준다. 상기 구조체는 폐쇄된 셀 구조를 가지는 내화성 탄성 발포체를 포함한 제 1 물질의 4개의 제 1 층들(3), 및 제 2 물질의 3개의 제 2 층들(4)을 포함한다. 각각의 제 2 층은 2개의 제 1 층 사이에 접착식으로 샌드위치 되어 있다. 제 1 층 및 제 2 층은 서로에 평행하게 연장되어 있다. 이러한 구조체는 제 2 층의 표면이 큰 점착성을 가지도록 변하는 약 100℃로 제 2 물질의 층을 가열함으로써 형성될 수 있다. 이러한 층들은, 바람직하게는 약 2.5 mm 두께로서, 2개의 제 1 층 사이에서 압력하에 샌드위치 된다. 그런 다음, 이러한 다층들을 냉각한다.

제 2 물질은 폴리머를 포함하고, 제 1 물질보다 더 경직되어 있다. 설명한 바와 같이, 본 실시예에서, 각각의 제 2 층은 각각의 제 1 층(3)과 제 2 층(4)의 점착성 접촉에 2개의 제 1 층들(3) 사이에 접착식으로 샌드위치 된다. 제 1 층(3)은 제 2 물질의 2개의 제 2 층들(4) 사이에 동등하게 접착식으로 샌드위치 된다. 제 1 층(3)은 제 1 층(3)과 제 2 층(4)의 점착성 접촉에 의해 제 2 물질의 2개의 제 2 층들(4) 사이에 접착식으로 샌드위치 된다. 상기 설명한 점착성 접촉은, 제 2 층의 표면을 예열하고, 제 1 층(3)의 표면에 대하여 예열된 표면을 프레싱하며, 서로에 대해 프레싱된 이들 표면들이 냉각되도록 하여 이루어진다. 제 1 층(3)과 제 2 층(4)은 도 1 및 도 2에 관련되어 설명되어 있다.

도 4는 상기 샌드위치 구조체가 층(3, 4)의 방향에 수직인 방향으로의 압축에 어떻게 반응하는지를 보여준다. 압축 방향은 화살표(C)에 의해 도시되어 있다. 각각의 제 1 층(3)의 두께가 감소되고, 탄성 발포체가 도 4에 개시된 구조체에서 다소 옆 방향으로 팽창할지라도, 제 1 층들(3)과 제 2 층들(4) 사이의 접촉면에서, 제 1 층들(3)의 측방향 팽창이 억제되는 것은 명백하다. 상기 구조체는 이른바 브릿지 베어링(bridge bearing)로서 작용한다. 도 4에 도시된 샌드위치 구조체에 있어서, 제 2 층들(4)의 샌드위칭 없이, 4개의 제 1 층(3)의 적층에서 40%의 압축의 획득을 위해 필요한 압축력보다, 훨씬 큰 압축력이 40%의 압축을 얻기 위해 필요하다. 다층 구조체 샌드위치 구조는 m² 당 최대 12000 kg의 부하를 지탱할 수 있다. 이러한 조립식 구조체는 요구되는 곳에서 직접적인 기계적 안정성을 제공할 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 인접 화재의 노출 상태에 대한 반응은 가능한 한 원래 상태의 유지를 목적으로 한다. 그것은 기계적 안정성에 적용된다.

또한, 그러한 조립식 다층 샌드위치 구조체는 바람직하게는, 수직 방향으로 배향된 옆쪽(sideways)뿐만 아니라 상부 및 하부에서 제 2 층들이 적용된다.

요약하면, 조립식 다층 샌드위치 구조체뿐만 아니라 부동 내화 시스템은 수직 방향에서 옆쪽뿐만 아니라 상부 및 하부에서 이들 여분의 제 2 물질의 제 2 층들이 적용된다. 이는 최적의 효과를 제공한다. 다층체들 내의 제 2 물질의 제 2 층들은, 그 위치에서 기계적 안정성이 유지되도록, 열적으로 절연되어 있다. 상기 시스템 및 구조체의 하부, 상부 및 측면들의 층들은 특히 열적으로 절연되지 않은 노출면에 위치하고, 접착제로 변하여, 공간 또는 틈이 한정되는 구성 요소들에 대해 이들 공간 또는 틈 내에 시스템 및 구조체를 고정한다. 온도 상승에 직접적으로 노출되어 있는 시스템 및 구조체의 일부들은 제 1 물질의 크러스트 형성 및 열원쪽으로의 제 2 물질의 열팽창을 촉발한다. 이는, 열원으로부터 더 떨어져 있고 시스템 및 구조체 자체에 의해 절연되어 있는 시스템 및 구조체의 일부가 이들의 원래의 기계적 및 단열 특성을 유지할 수 있도록, 비교적 얇지만 효과적인 방어막을 형성한다.

본 발명은 상기에 논의된 실시예에 한정되지 않는다. 변경과 변형이 가능하다. 예를 들어, 다층 구조체를 디자인하거나, 조립되도록 하거나, 또는 설치 위치에서 함께 위치되도록 하는 것이 가능하며, 여기서 제 1 층들은 구조체 내에 그것의 위치에 따라 변화하는 두께를 가지고, 제 2 층들은 구조체 내에서 그의 위치에 따라 변화하는 두께를 가진다. 다양한 층들은 시스템의 전반적인 반응이 앞서 설명한 목적들에 더 부합하도록 최적화될 수 있다.

상기 대체 예들은 첨부하는 특허청구범위에 의해 정의된 발명의 범주에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (25)

1. 공간(space) 또는 틈(gap)을 통한 인접 화재(nearby fire)의 확산을 방지하기 위하여, 구성 요소들에 의해 설정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 부동 내화 시스템(passive fire resistant system)으로서,
   폐쇄형 셀 구조(closed cell structure)를 가진 내화성 탄성 발포체(fire resistant elastomeric foam)를 포함하는 제 1 물질로 이루어진 적어도 두 개의 제 1 층들(first layers); 및
   두 개의 제 1 층들 사이에 샌드위치 되어 있는 제 2 물질로 이루어진 적어도 하나의 제 2 층(second layer);
   을 포함하고 있으며,
   상기 제 2 물질은 폴리머를 포함하고 있고, 각각의 제 2 층은, 상온(room temperature)으로부터의 온도 상승에 대한 초기 반응(initial response)으로서, 접착제(adhesive)로의 전이를 나타내는 표면들을 가지고 있으며, 상기 제 1 층 및 제 2 층은 서로 평행하여 연장되어 있고, 상기 제 2 물질은 제 1 물질 보다 경직한 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 층은 각각의 제 1 층들에 대한 제 2 층의 접착성 접촉(adhesive contact)에 의해 두 개의 제 1 층들 사이에 접착식으로 샌드위치 되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 제 1 층은 제 2 물질로 이루어진 두 개의 제 2 층들 사이에 샌드위치 되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 각각의 제 1 층은, 제 1 층에 대한 제 2 층들의 접착성 접촉에 의해, 제 2 물질로 이루어진 두 개의 제 2 층들 사이에 접착식으로 샌드위치 되어 있는 것을 특징으로 하는 내화 시스템
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 접착성 접촉은 제 2 층의 표면을 예열하고, 제 1 층의 표면에 대해 상기 예열된 표면을 가압한 다음, 상호 눌려진 표면들이 냉각되도록 한 결과인 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리머는 가교성 폴리머(cross-linkable polymer)인 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 물질은 약 140℃ 이상의 온도에서 활성화 되는 가황제(vulcanizing agent)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리머는 EPDM 또는 EVA인 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 물질은 상대적으로 낮은 소정의 온도 범위에서 제 2 물질이 열팽창 하도록 야기하는 적어도 하나의 성분을 포함하고 있고, 상기 온도 범위의 최저 온도는 접착제로의 전이가 나타나는 온도 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 물질은 상대적으로 높은 소정의 온도 범위에서 제 1 물질이 열팽창 하도록 야기하는 적어도 하나의 성분을 포함하고 있고, 상기 범위의 최저 온도는 제 2 물질의 표면이 접착제로의 전이를 나타내고 가황제가 활성화되는 온도 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제 9 항 및 제 10 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 성분은 열팽창성 흑연(thermally expandable graphite)인 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 흑연은 pH-중성화(pH-neutralized) 흑연인 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 물질은 적어도 하나의 크러스트 포밍(crust-forming) 내화성 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 있어서, 각각의 제 1 층은 약 1 내지 4 cm 범위의 두께, 바람직하게는 2 내지 3 cm 범위의 두께, 더욱 바람직하게는 약 2.5 cm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 층은 약 1 내지 4 mm 범위의 두께, 바람직하게는 2 내지 3 mm 범위의 두께, 더욱 바람직하게는 약 2.5 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 공간 또는 틈을 통한 인접 화재의 확산을 방지하고 구성 요소들 사이에 기계적 안정성을 제공하기 위하여, 구성 요소들에 의해 설정된 공간 또는 틈을 채우기 위한 다층 구조체(multi-layered structure)로서,
    폐쇄형 셀 구조를 가지는 내화성 탄성 발포체를 포함하는 제 1 물질로 이루어진 적어도 두 개의 제 1 층들; 및
    두 개의 제 1 층 사이들에 사이에 접착식으로 샌드위치 되어 있는 제 2 물질로 이루어진 제 2 층으로서, 제 1 층과 제 2 층이 서로 평행하게 연장되어 있고, 제 2 물질이 폴리머를 포함하고 제 1 물질보다 경직한 적어도 하나의 제 2 층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 폴리머는 가교성 폴리머인 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 물질은 약 140℃ 또는 그 이상의 온도에서 활성화 되는 가황제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리머는 EPDM 또는 EVA인 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 물질은 상대적으로 낮은 소정의 온도 범위에서 제 2 물질이 열팽창 하도록 야기하는 적어도 하나의 성분을 포함하고 있고, 상기 온도 범위의 최저 온도는 접착제로의 전이가 나타나는 온도 이상인 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 성분은 열팽창성 흑연인 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 흑연은 pH-중성화 흑연인 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
23. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 물질은 적어도 하나의 크러스트 포밍 내화성 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
24. 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 하나에 있어서, 각각의 제 1 층은 약 1 내지 4 cm 범위의 두께, 바람직하게는 2 내지 3 cm 범위의 두께, 더욱 바람직하게는 약 2.5 cm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 다층 구조체.
25. 제 16 항 내지 제 24 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 층은 약 1 내지 4 mm 범위의 두께, 바람직하게는 2 내지 3 mm 범위의 두께, 더욱 바람직하게는 약 2.5 mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 다층 구조체.

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