KR20130118723A - 저연 주택용 소방 스프링클러 - Google Patents

Abstract

두 가지 용도나 다용도 공급으로 사용될 수 있는 소방 스프링클러(100)는 스프링클러 본체(110), 스프링클러 본체로 물을 유입하는 유입구 및 스프링클러 작동 시 물을 스프링클러 본체로부터 배출하는 배출구(130), 물이 스프링클러 배출구로부터 배출될 때 원하는 패턴으로 물을 보내는 디플렉터(145) 및 화재 상황의 검출 시 적어도 스프링클러 배출구를 개방하는 작동 장치를 가질 수 있다. 수로의 전체 내부면은 흡수한 납으로부터 스프링클러 내의 물을 보호하게 될 재료로 제조된다. 전체 스프링클러 본체 또한 동일한 물질로 제조될 수 있고, 밀봉부(들)도 동일한 재료 또는 언급한 속성을 갖는 다른 재료로 제조될 수 있다. 그러한 재료는 바람직하게는 금속이지만, 플라스틱 또는 유리일 수 도 있다.

Description

저연 주택용 소방 스프링클러{LOW-LEAD RESIDENTIAL FIRE PROTECTION SPRINKLERS}

관련 출원

본 출원은 2010년 3월 15일에 출원된 가출원 제 61/313,987호의 전체 내용을 참조로서 병합하며, U.S.C. 35조 119(e) 하에서 이 가출원의 출원일의 이익을 청구한다.

본 출원은, 다른 거주지에도 적용될 수 있지만, 특히 주택 거주지의 보호를 위한 소방 방법 및 시스템에 관한 것이다.

1800년대로 거슬러 올라가는, 미국의 소방 기술의 오랜 역사 속에서, 식수를 거주지에 공급하는 것과는 별도의 파이프 시스템으로부터 공급된 물을 그 화재-억제 액으로서 사용하는 소방 스프링클러 시스템을 설계하고 구성하는 것은 관례화되어왔다.

정부 화재 법령 및 보험사가 부과하는 요건은, 대형 공동 주택 거주지를 포함한 상업용 및 기타 공공 건물에는 처음 건축될 때, 보통 그러한 시스템이 구비되어야 함을 오랫동안 담고 있다. 단독-세대 가정에서 화재 안전에 대한 주의가 높아지면서, 그러나 그러한 시스템을 단독-세대 가정에 더욱 쉽고 더 저가로 설치하는 방법을 찾는 것이 바람직할 것이다. 만약 건물의 휴대용 급수시설이 소방 시스템에 물을 공급하는데 또한 사용될 수 있다면, 그렇지 않을 경우에 필요할 수 있었던 막대한 양의 추가 파이프가 필요치 않게 될 수 있다. 이점은 특히, 배관 공간에 여유가 없는 건물에서, 그러한 설치에 수반되는 비용을 상당히 낮출 수 있는 가능성이 있다.

게다가, 환경적 고려사항으로 인해 또한, 건물의 가정용수와 동일한 내부 파이프 공급으로부터 그 물을 얻을 수 있는 소방 스프링클러 시스템이 선호될 수 도 있다.

종래의 소방 스프링클러 시스템으로는, 그러나 이것은 불가능하다. 그 이유는, 소방 스프링클러를 구성하는데 사용하기에 적절한 것으로 알려진 종래의 재료가, 식수의 그러한 재료로의 노출을 막는 다양한 물질(예컨대, 납)의 레벨을 함유하고 있기 때문이다. 음용수와 접촉하는 소방 스프링클러가 충족해야 하는 요건의 일 예로서는, 그러한 스프링클러는 0.25중량% 보다 적은 납 함량을 가져야 한다. 음용수와 접촉하는 소방 스프링클러가 충족해야 하는 요건의 다른 예로는, 스프링클러가 리터 당 0.5μg 이하의 납에 대한 단일 제품 허용 가능 농도(SPAC: Single Product Allowable Concentration)를 가져야 하고, 납에 대한 총 허용 가능 농도(TAC: Total Allowable Concentration)가 리터 당 5μg(0.5 ppb(part per billion: 십억분율))이하이어야 하며, 납 시험 통계량 Q는, 1리터의 첫 채취 샘플에 대해 공칭화할 경우 5μg미만이어야 하는 것- 여기서 시험 통계량 Q은 NSF/ANSI 61-2010a 부속서 F에 따라 한정되며, 그 내용이 본 명세서에서 참조로 병합됨 -이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 식수 공급과 접촉하도록 안전하게 허용될 수 있는 소방 스프링클러를 제공할 목적으로 개발되었다.

본 개시는, 더욱 상세하게는, 두 가지 용도나 다용도 공급(즉, 동일한 내부-파이프 시스템의 물이 욕실 및 부엌 수도꼭지와 같은 가정 내 배출구에 공급되어 음용으로 허용가능함)으로 사용될 수 있는 소방 스프링클러를 제공한다. 그러한 스프링클러는, 일 예에서, 스프링클러 본체, 물을 스프링클러 본체로 유입하는 유입구와 스프링클러 작동 시 물을 스프링클러 본체에서 배출할 수 있는 배출구를 규정하는 구조물, 유입구에서 배출구로 본체를 관통하는 수로, 그리고 물이 스프링클러 배출구에서 배출될 때 원하는 패턴으로 물을 보내는 디플렉터(deflector), 및 화재 상황의 검출 시 적어도 스프링클러 배출구를 개방하는 작동 장치를 포함할 수 있다. 수로의 전체 내부면은 일 예로 납을 포함한 잠재적으로 해로운 물질로 된 스프링클러에서 물로의 방출이 방지되어야 하는 재료로 제조된다. 전체 스프링클러 본체는 또한 그러한 동일한 재료로 제조될 수 있으며, 밀봉부(들)는 동일한 재료로 제조될 수 있거나, 앞서 언급한 속성의 다른 재료로 제조될 수 있다. 본 발명을 구현할 수 있는 스프링클러 구조물의 몇 가지 예를 이후에 도시하며 설명할 것이다.

스프링클러의 공칭 K-팩터나, 스프링클러가 팬던트(pendent)식인지, 직립식인지, 측벽식인지나, 이것이 제어 모드 스프링클러, 억제 모드 스프링클러, 또는 기타 다른 식으로 사용하기 위해 설계된 것인지에 대한 어떤 제한도 없이, 본 발명이 스프링클러 구성에 충분히 적용 가능해 보임을 주목해야 한다. 또한, 주택 적용을 구체적으로 구상하면서, 본 발명은 다른 주거지 식에도 사용하도록 스프링클러에 충분히 적용될 수 있다고 믿어진다.

본 발명은 스프링클러 본체 수로의 내부 재료로서 금속 재료, 특히 합금을 활용하는 것으로 실현될 것임을 대부분 상정하지만, 식수에서 허용 불가능할 수 있는 상당한 양의 중금속이나 기타 재료를 스프링클러 본체의 내부와 접촉하는 물에 방출하지 않아야 한다는 면에서 필요한 화학적 안정성을 보이는 기타 재료들을 활용하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

예컨대, 플라스틱 재료로 스프링클러 본체를 형성하거나, 전체 내부(물-노출)면이 플라스틱으로 코팅된 종래의 금속으로 스프링클러 본체를 만들어, 금속 자체에 존재하는 어떤 납이나 기타 해로운 재료가 물에 방출되는 것을 막는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

유사하게, 유리 재료로 스프링클러 본체를 형성하거나, 전체 내부(물-노출)면이 그러한 유리 재료로 코팅된 종래의 금속으로 스프링클러 본체를 만들어, 금속 자체에 존재하는 어떤 납이나 기타 해로운 재료가 물에 방출되는 것을 막는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명의 추가 구성, 목적, 특성 및 장점은, 수반하는 도면과 연계한, 특정한 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 충분하게 더 이해될 것이다.

도 1은, 소방 스프링클러의 제 1 바람직한 실시예의 측면도이다.
도 1a는 도 1의 소방 스프링클러의 저면도이다.
도 2는 도 1의 절단선 2-2에서 취한 부분 단면도이다.
도 3은 도 2의 단면도와 유사하지만, 도 2의 절단선 3-3에서 취한 단면도이다.
도 3a는 도 3의 일부분을 상세하게 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 소방 스프링클러의 한 구성요소의 평면도이다.
도 5는 도 4의 절단선 5-5에서 취한 단면도이다.

본 발명의 여러 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 후술할 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 도면에 걸쳐서 유사한 요소를 나타낸다.

도 1 내지 도 3은 주택용 설치에 적절한 소방 스프링클러(100)의 제 1 실시예를 예시한다. 예시한 실시예는 드롭-다운 펜던트(drop-down pendent) 스프링클러(100)이며, 이들 도면에서는, 후술될 바와 같이, 드롭 또는 연장된 위치에 디플렉터가 도시되어 있다. 그러나 예시한 구조물은 펜던트 또는 직립식, 은폐 또는 비-은폐, 및 수평 구성의 스프링클러에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 펜던트 소방 스프링클러(100)는, 물과 같은 가압 소화액을 공급하는 도관(미도시)에 연결하기 위한 나사 베이스(threaded base)(105)가 있는 본체(110)를 갖는다. 본체(110)는 배출 구멍(130)이 있는 축방향 보어(bore)(125)를 가지며, 밀봉 캡(135)을 풀자마자, 이 구멍(130)으로부터 액이 배출된다. 배출 구멍(130)은 대략 3/8인치(1인치=2.54센티미터)의 직경을 가질 수 있다. 스프링클러는 예컨대 4.3과 같은 공칭 K-팩터를 가질 수 있고, 이것은

에 의해 한정되며, 여기서 Q는 분당 갤런(1갤런=3.8리터(미국))의 흐름율이며, p는 제곱인치 당 파운드(1파운드=0.454킬로그램) 단위의 스프링클러 유입구에서의 잔류압이다. 주목한 바와 같이, 본 발명의 범위가 그러나 이러한 직경이나 K-팩터로 제한되지는 않는다. 본체(110)는 또한 그 출력 단부 주위에 육각형 플랜지(미도시)를 갖는다.

디플렉터(145)가 스프링클러 본체(110)의 반대 측에서 두 개의 디플렉터 지지 부재(150)에 결합된다(도 1a를 참조하여 디플렉터(145)의 페이스-온 뷰를 알 수 있으며, 도 3a를 참조하여 후술될 바와 같이 디플렉터가 스프링클러 본체에 의해 지지되는 방식의 상세한 내용에 대해 알 수 있다). 지지 부재(150) 각각은 스프링클러 본체(110)로부터 아래로 연장하는 하우징 부재(155)와, 하우징 부재(155)에 대해 움직일 수 있는 로드(165)를 포함한다.

예컨대, 하우징 부재(155)는, 스프링클러 본체(110) 내에 위치하고 이로부터 아래로 연장하는 관상 구조물일 수 있으며, 로드(165)는 하우징 부재(155) 내에 포함된 단단한 일반적으로 원통형 부재일 수 있다. 그러나 하우징 부재(155) 및 로드(165)에 대해 수많은 다른 구성이 가능하다. 예컨대, 로드(165)는 단단한 부재이기보다는 관상 부재일 수 있고, 다른 형상, 예컨대 정사각형, 육각형, 원통형, 망원경형이 또한 가능하다. 게다가, 하우징 부재(155)는 도시한 바와 같이 별도의 구성요소일 수 있거나, 예컨대 스프링클러 본체의 기타 부분과 일체로 형성될 수 있다.

동작 동안, 로드(165)는, 로드(165)의 길이 중 많은 부분이 하우징 부재(155) 내에 있는 초기 위치로부터, 로드(165)의 길이의 상당한 부분이 (도면에 도시한 바와 같이) 하우징 부재(155)의 바닥으로부터 연장한 배치 위치로 활주한다. 따라서, 배치 위치에서, 디플렉터(145)는 로드(165)를 따라 아래로 움직인다(도 2 참조).

스프링클러 본체(110)의 정상부는 그 바깥면에 나사 부분(175)이 있어서, 스프링클러가 가압수를 액 통로의 입력단부(115)에 제공하는 도관(미도시)에 연결되게 한다. (당연히, 스프링클러가 다른 소화액과 사용될 수 있지만, 휴대용 급수부와 사용될 수 있는 스프링클러를 제공하는 것이 목적이므로, 이후에 사용된 액으로서는 물만을 참조할 것임을 이해해야 할 것이다.)

스프링클러 본체(110)는, 상표명 Teflon®(DuPont de Nemours Co.의 등록 상표)으로 판매되고 있는 것과 같은 불소 수지 재료의 테이프(예시 안 됨)가 있는 와셔(105) 및 캡(135)을 포함한 캡 어셈블리에 의해 보통은 닫힌 채로 유지되는 배출구(130)를 갖는다. 요크(180) 및 부하 나사(185)가 캡 어셈블리 아래에 위치하며, 부하 나사(185)는 캡(135)을 배출구 쪽으로 위쪽으로 가압한다. 두 개의 레버(190)가, 각 측면에 하나씩, 요크(180)와 부하 나사(4) 주위에 놓인다. 배출구(130) 아래에서, 스프링클러 본체(110)의 내부는 넓어지며, 쇼울더 구조물이 각 레버(190)의 상단부를 받치는 면을 제공한다. 각 레버(190)의 하단면은 링크 메커니즘(195)과 탄성적으로 맞물리며, 이 메커니즘(195)은 요크(180), 부하 나사(185) 및 레버(190)와 협력하여, 캡 조립체를 구멍(130) 내의 장소로 가압하여, 스프링클러가 작동할 때까지 물이 구멍에서 누출되는 것을 막는다.

스프링클러는 또한, 밀봉 캡(135)을 배출 구멍 위의 제자리에 유지하는 열-반응 요소(미도시)를 갖는다. 그러한 요소는 종래기술에서 잘 알려져 있으며, 따라서 상세하게 기술하지는 않을 것이다. 링크(195)는, 각 플레이트에서 개구들이 레버(190)의 하단부를 수용하도록 겹치는, 예컨대 베릴륨-니켈 합금과 같은 얇은 금속 플레이트(미도시)를 포함할 수 있다. 그러한 배열에서, 플레이트는 미리 결정된 온도에서 녹는 땜납으로 부착할 수 있다. 링크(195)는 레버(190)에 의해 가해진 힘으로 인해 미리 결정된 온도에서 분리되어, 레버(190)가 바깥쪽으로 스윙할 수 있어서, 밀봉 캡(135)을 해제하여, 물이 구멍(130)으로부터 배출되게 될 수 있다. 예컨대 파열성 벌브(frangible bulb) 및 레버 어셈블리, 또는 센서, 스트러트(strut), 및 레버 어셈블리를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는 다른 식의 열-반응 요소를 사용할 수 있다.

링크(195), 레버(190) 및 열 반응 요소의 한 가지 가능한 구조 및 동작 방식에 대한 더 상세한 설명은, 여기 공통 양도되고, 그 내용이 본 명세서에서 참조로서 병합된 미국특허 제 7,275,603호에서 볼 수 도 있다.

스프링클러(100)는, 원통형 나사 외벽(175)을 갖는 지지 컵(200)에 탑재되며, 이 벽(175)은 설치된 스프링클러(100)의 일부분을 에워싸 천장 공동 내에 설치되게 한다. 지지 컵(200)은 또한, 중앙에 구멍이 있는 탑재 플랫폼(210)을 가지며, 이 구멍 내로 스프링클러 본체(100)가 삽입된다. 이 구멍은, 스프링클러 베이스의 나사와 인터로킹되도록 구성된 나사 림 부분이나 탭을 갖는다.

도시한 바와 같이, 하우징 부재(155) 내의 한 위치와 연장된 위치 사이에서 활주하는 디플렉터 지지 부재(150)의 로드(165)는 각각 정상부에 절두 원추 부분을 가지며, 이 부분은 로드의 종축과 작은 각도를 이룬다. 절두 원추 부분은 정상 단부로부터 바닥 단부로 갈수록 작아진다.

스프링클러가 배치되면(도면들 참조), 로드(165)는 하우징 부재(155)에 박힌다. 상술한 구성을 사용함으로써, 디플렉터는 배치될 경우 더 안정되어, 일관된 스프링클러 스프레이 패턴을 허용한다.

스프링클러가 설치되면, 물은, 스프링클러 본체(125)의 내부면 및 캡(135)과 같은 스프링클러 구조물의 많은 표면들과 접촉하게 된다. 그러한 접촉으로 인해, 스프링클러의 재료에 함유된 물질은 물에 방출되게 될 것이다. 예컨대 K-팩터가 2.8인 스프링클러에서, 그러한 접촉이 존재하는 표면적이 1제곱인치를 초과하며, K-팩터가 4.4인 스프링클러에서, 표면적은 1.16제곱인치를 초과할 수 있고, 더 큰 K-팩터의 경우, 물론 표면적은 더 커질 것이다. 노출된 면적이 커질수록, 허용 불가능한 양의 납이나 다른 해로운 물질이 물에 존재하게 될 가능성은 더 커진다.

이러한 염려는, 문제를 야기할 수 있는 양의 납이나 다른 해로운 물질을 물에 방출하지 않을 물질로 된, 급수부에 접촉하는 면을 제조함으로써, 해소된다. 성공적인 시험을 거친 재료의 예로는 스프링클러 본체 및 밀봉 캡용으로 사용되는 합금 2745 및 ECO 황동(Brass)이 있다. (편의상, 이들 재료 및 유사한 재료는 집합적으로 "저연 방출 재료"라고 할 것이다.)

상술한 재료로 인해, 훨씬 적은 양의 납 및 기타 해로운 또는 해로울 수 있는 물질이 스프링클러가 접촉하게 되는 물에 방출되게 된다. 그러한 기타 해로운 또는 해로울 수 있는 물질은 안티몬, 비소, 베릴륨, 구리, 수은, 탈륨, 바륨 및 탈륨을 포함함을 주목해야 한다. 사실, 스프링클러가 접촉하게 되는 물에서 그러한 물질의 방출을, (예컨대) 납에 대한 물의 표준 시험이, 가까운 장래에 시행되거나 될 수 있는 여러 표준에 의해 요구되는 바에 따라, 0.25% 미만 레벨의 존재(가중된 평균 납 함량)를 보여주는 지점까지 감소시킬 수 있음을 알게 되었다. 본 발명에 따라 제조된 몇몇 스프링클러는, 식수에 접촉하게 될 제품에 요구되는 엄격한 시험을 받게 되었고, NSF 인터내셔널에 의해 게재가 허용되었다. 특히, 본 발명의 양수인은, 기존의 제품 RFC49, RFC43 및 F1-RES30, 44, 49 및 58의 구조를 실질적으로 갖는 스프링클러가 그러한 재료를 사용해 성공적으로 제조될 수 있고, NSF 61 45 부속서 G(이 표준은 본 문단에서 상술한 것을 포함한, 납 이외의 물질의 허용 불가능한 또는 문제를 야기할 수 있는 레벨에 대한 시험을 포함함) 하에서 성공적으로 시험되었음을 알게 되었다.

스프링클러의 관련 부분들을 상기 식별한 합금 중 하나로 제조하는 것이 바람직하며, 이는 그렇게 하면, 이들 부분들이 종래의 스프링클러를 제조하는데 사용한 것과 매우 다르지 않은 기술을 사용하여 제조될 수 있어서, 불합리하게 비싸지 않고도 저연 스프링클러를 제조할 수 있다. 그러나 다른 재료가 사용될 수 있다. 일 예로서, 물과 접촉하게 될 표면들은, 스프링클러 본체와 밀봉 캡에서 수로의 표면들에서 퇴적되어 형성된 고분자 재료(예컨대, PTFE 및 FEP) 층으로 코팅될 수 있거나, 이들 부분은 전체가 고분자 재료로 제조될 수 있다. 또한, 이들 부분은 유리 재료로 제조될 수 있거나, 유리 재료로 코팅될 수 있다. 다른 예로서, 이들 부분은, 그 강도, 신뢰도, 저가 또는 기타 속성 면에서 그 밖에 사용이 바람직한 금속이나 합금으로, 이들 합금 중 하나의 코팅이 급수부와 접촉하게 될 표면들에 적용된 채로, 제조될 수 있다.

본 발명은 현재 바람직한 실시예인 것으로 간주되는 것에 관해 기술되었지만, 본 발명은 개시한 실시예로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 수반한 청구범위의 사상과 범주 내에 포함된 여러 변형 및 등가의 배치를 포함하고자 한다.

Claims (12)

1. 수로(water passage)가 그 내부에 규정된 본체- 상기 수로는 유입 구멍과 배출 구멍을 포함하며, 저연(low-lead) 방출 재료로 형성된 그 내부면을 가짐 -;
   상기 배출 구멍으로부터의 액 흐름을 밀봉하는 밀봉 캡- 상기 밀봉 캡의 물-노출면들은 저연 방출 재료로 형성됨 -;
   상기 밀봉 캡을 해제 가능하게 유지하도록 위치한 열-반응 요소; 및
   상기 본체 상에 지지된 디플렉터(deflector)를 포함하는 소방 스프링클러.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 저연 방출 재료는 합금 2745인, 소방 스프링클러.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 저연 방출 재료는 ECO 황동(brass)인, 소방 스프링클러.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 수로 및 상기 밀봉 캡의 상기 면들만이 합금 2745로 제조되는, 소방 스프링클러.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 수로 및 상기 밀봉 캡의 상기 면들만이 ECO 황동으로 제조되는, 소방 스프링클러.
6. 청구항 2에 있어서, 상기 본체 전부가 합금 2745로 제조되는, 소방 스프링클러.
7. 청구항 3에 있어서, 상기 본체 전부가 ECO 황동으로 제조되는, 소방 스프링클러.
8. 청구항 2에 있어서, 상기 밀봉 캡 전부가 합금 2745로 제조되는, 소방 스프링클러.
9. 청구항 3에 있어서, 상기 밀봉 캡 전부가 ECO 황동으로 제조되는, 소방 스프링클러.
10. 청구항 1에 있어서, 주택용 소방 스프링클러인 소방 스프링클러.
11. 청구항 1에 있어서, 2.8 내지 5.8(경계값 포함) 범위의 K-팩터(factor)를 갖는 소방 스프링클러.
12. 청구항 1에 있어서, 상기 저연 방출 재료는 고분자 재료인, 소방 스프링클러.

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