KR20180052462A - 소방차용 압축공기 포 방출장치와 이를 이용한 소방용 압축공기 포 혼합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존 사용 중인 소방차의 잉여공간에 설비할 수 있는 크기로 컴팩트 하게 구성 가능하고 값 비싼 포소화약제의 소비를 최소로 하면서도 포소화약제 수용액과 압축공기의 혼합비를 정확하게 제어할 수 있고, 기존 사용 중인 소방차의 잉여공간에 설비할 수 있도록 최소의 크기로 구성되는 소방차용 압축공기포 방출장치와 소방용 압축공기포 혼합방법을 제공하는 것이며, 상기 소방차용 압축공기포 방출장치는 에어 클러치(8)로 동작되는 급유식 스크류 컴프레서(10)와, 여기에서 생성되는 오일 섞인 압축공기로 와류를 형성하여 오일을 분리해내는 기액분리탱크(16)와, 방화수와 압축공기 사이가 균형을 이루도록 제어하는 레귤레이터(30)와, 압축공기의 방출량을 측정하여 신호를 송출하는 급기플로미터(26)와, 방화수의 수량을 측정하여 전기신호를 송출하는 방수량 플로미터(36)와, 폼 탱크(46)의 포소화약제를 흡인하여 압송하는 피스톤펌프(482)를 갖춘 포소화약제 공급수단(48)과, 방화수에 포소화약제가 희석 혼합되어 포소화약제 수용액으로 되는 방화수 공급통로(40)에 배치되는 능동조절밸브(62)를 구비하고, 방화수의 공급량 측정신호를 입력받아 연산처리한 값으로 포소화약제의 공급량을 증감시켜 소망의 포소화약제 수용액으로 희석 혼합되도록 제어하는 수용액 컨트롤러(42)와, 압축공기의 공급량에 맞춰 능동조절밸브(62)의 개도를 조절하여 소망의 혼합비로 되는 압축공기포가 생성되게 하는 혼합시스템 컨트롤러(60)로 이루어지고, 소방용 압축공기포 혼합방법은 방화수와 압축공기의 압력이 균형을 이루도록 레귤레이터(30)가 제어하면서 수용액 컨트롤러(42)로 포소화약제의 공급을 조절하여 소망의 혼합비로 되는 포소화약제 수용액을 얻고, 혼합시스템 컨트롤러(60)에 의해 제어되는 능동조절밸브(62)를 통하여 공급되는 포소화약제 수용액에, 상기 방화수와 균형을 이루는 압력의 압축공기를 공급하여 상기 포소화약제 수용액이 발포되면서 압축공기포로 생성되게 한 것이다.

Description

소방차용 압축공기포 방출장치와 이를 이용한 소방용 압축공기포 혼합방법{Compressed air foam discharger for fire truck and mixing method thereof}

본 발명은 포소화약제를 방화수에 혼입하여 살포하는 소방기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 방화수와 포소화약제를 혼합하여 얻어지는 포소화약제 수용액에 압축공기를 주입함으로써 얻어지는 매끈매끈하고 부드럽게 발포된 크림 형태의 압축공기포를 연소체에 분사하여 화재진압시간과 방화수의 소모량을 현저히 줄일 수 있는 소방차용 압축공기포 방출장치와 이를 이용한 소방용 압축공기포 혼합방법에 관한 것이다.

화재는 통상의 물로 진화 가능한 A급과, 물로는 진화되지 않아 포소화약제를 사용해야 하는 B급으로 분류된다.

물은 경제적이고 자연친화적인 소화제라는 장점에 비해, 실제 진화 효율은 대단히 낮다.

그 이유는 물의 표면장력이 매우 크기 때문에 연소체에 뿌려진 대부분의 물은 떨어져 버리거나 튕겨 나가버리므로 실제 진화작용에 쓰이는 물은 방수량의 10% 정도에 지나지 않는다.

게다가 유류나 합성수지가 발화원인인 화재에서는 더욱 진화 효과가 반감된다.

그런데 방화수에 포소화약제를 혼합하면 물의 표면장력이 현저하게 저하되어 진화 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

실 예를 인용하여 설명하면, 다음 사진 1은 연소체에 통상의 물을 떨어뜨렸을 때의 예로서, 연소체 표면에서 물은 표면장력의 작용으로 퍼지지 않고 일정범위로 뭉쳐진 형태를 보여준다. 이렇게 방화수가 연소체에 달라붙는 면적이 좁을 수록진화 효과는 낮게 나타난다.

[사진 1]

다음 사진 2는 물과 포소화약제를 혼합한 포소화약제 수용액을 떨어뜨렸을 때의 연소체 표면 사진이다.

연소체는 상기 사진 1과 동일한 것을 사용하였고, 물과 포소화약제의 혼합비는 단순하게 1:1로 하여 시험하였다.

결과를 보면, 연소체의 표면에서 포소화약제 수용액은 넓게 퍼져 침투된 형태로 나타나며, 이것은 당연히 진화 효과가 향상되어 물로만 진화하였을 때와 비교하여 적은 양의 포소화약제 수용액으로 동일한 진화효과를 나타낸다.

[사진 2]

이와 같이 포소화약제 수용액이 진화에 탁월한 효과가 있음에 따라, 소방차에도 방화수에 포소화약제를 혼입하여 포소화약제 수용액을 방수할 수 있는 기술의 개발 결과로 다음 몇 종류의 방식이 시행되고 있다.

포소화약제 수용액을 얻는 방식은 소방펌프의 방출구 압력을 이용하여 포소화약제가 물탱크에서 혼합된 것을 방출하는 펌프 조절방식(pump proportioner)과, 소방펌프의 방출구 압력을 포소화약제 탱크로 순환시켜 방수포트로 포소화약제가 공급되게 하여 방화수와 혼합되게 하는 압력 조절방식(pressure portioner)과, 소방펌프의 방출 압력으로 흡인력을 일으켜 포소화약제가 방수관로로 흡인 혼합되게 하는 배관조절방식(line portioner), 그리고 별도의 약제펌프로 포소화약제탱크의 포소화약제를 압송시켜 소방펌프의 방출 측에서 혼합되게 하는 별도압력 조절방식(presure side portioner) 등이 알려져있다.

본 발명자들은 소방차에 설비하여 포소화약제를 혼합하여 방출할 수 있는 장치로서 별도압력 조절방식에 따른 다음 특허문헌 1의 시스템을 제안한 바 있다.

이 시스템은 소방차의 동력인출장치(PTO)에 포소화약제 펌프를 접속하여 포소화약제와 방화수를 혼합실에서 강제 혼합시켜서 방수하는 구조를 채용하고, 방화수와 포소화약제의 혼합비 조절은 방수센서와, 포소화약제 유량센서에서 출력되는 신호를 연산한 값으로 능동 혼합조절밸브를 개폐 조절하여 포소화약제의 공급량을 가감 제어하는 것이다.

상술한 방식 외에 다른 진화 기술의 하나로 압출 기포방식이 소개된 바 있다.

압축공기포는 발포에 의해 포소화수용액의 포 알갱이 자체가 매우 촘촘하게 되어 매끈매끈하고 부드러운 크림형태의 성상을 지니고 단위 체적 당 포의 개수도 비교할 수 없을 만큼 많아지게 된다.

촘촘하게 생성된 포 알갱이는 연소체에 쉽게 흡착되어 침투와 동시에 질식효과로 불을 소멸시키고, 또 포 알갱이의 지속시간이 길어서 화재를 질식시키고 열을 흡수하는 작용 또한 상대적으로 오래 나타나게 된다.

이와 같은 압축공기포는 연소체 종류에 상관없이 표면에 달라붙어 진화하므로 거의 모든 화재 진압에 탁월한 효과를 나타낸다.

압축공기포방식은 일찍부터 사용되고 있지만, 대개는 미리 포소화약제 수용액과 압축공기를 봄베 타입의 용기에 저장하여 비치해두는 소화기, 또는 다음 특허문헌 2에 개시된 바와 같이, 수성막포 소화약제를 사용하고 발포 배율 20 이하인 저압축공기포와, 합성 계면활성제 포 소화 약제를 사용하고 발포 배율 80~1000 미만인 고압축공기포를 혼합하여 방출하는 설비로서 격납고, 건물 등에 비치하는 소방설비가 공지되어 있다.

압축공기포를 소방차에 적용하면 화재 진압에 대단한 성과를 얻을 것으로 기대할 수 있으나, 압축공기포는 단시간에 대량의 압축공기를 생성할 수 있는 설비가 필요하여 소방차에 적용하기가 쉽지 않다.

다음 특허문헌 3은 소방차량에 압축공기포를 적용한 예를 개시하고 있으며, 클러치를 통해 엔진의 동력을 전달받는 공기압축기에서 생성되는 압축공기를, 방수포트에 접속된 혼합실로 공급하여 방화수와 계면활성제를 팽창 혼합하는 장치를 묘사하고 있다.

압축공기포를 얻으려면 통상의 공기압축기로는 불가능하므로 상기 방식은 실제 적용이 어려울 것이고, 다른 예로서 다음 특허문헌 4 및 5는 진공펌프를 통해 공기를 도입하여 압축공기를 생성하고, 포소화약제와 물, 압축공기를 교반부재에 통과시키는 것으로 상호 뒤섞여 압축공기포를 형성한다고 기술하고 있다.

그런데 본 발명자의 실험에 따르면, 포소화약제 수용액에 압축공기를 투입하는 것으로 발포가 이루어져 압축공기포를 얻을 수 있었으며 상기 방식의 교반부재는 필요하지 않았다.

결국, 상기 방식은 진공펌프로 단시간에 대량의 압축공기를 생성하는데 어려움이 있어서 교반부재로 2차적 혼합이 이루어지게 하는 구조임을 알 수 있다.

압축공기포를 소방차에 적용하려면, 가장 중요한 것은 공기압축기의 형식이고, 다음에는 물과 포소화약제를 섞어 얻어지는 포소화약제 수용액과 압축공기의 배합비가 중요하다.

소방차에 적용할 수 있는 공기압축기의 형식으로는, 실린더 내부에서 1쌍의 로터를 고속회전시켜 압축공기를 연속으로 생성할 수 있는 스크류 컴프레서가 적당하고, 그 중에서 실린더에 외부공기와 오일을 같이 공급하여 로터에 의한 압축과정에서 유막 형성으로 공기누설이 억제되게 함으로써 고효율로 압축공기를 생성하는 급유식 스크류 컴프레서가 최적이다.

그러나 급유식 스크류 컴프레서로 얻어지는 압축공기에는 다량의 오일이 함유되어 있으므로 이를 신속하게 분리할 수 있는 기액 분리설비를 겸비해야 한다.

그런데 종래 설비에서 기액 분리탱크는 오일필터가 상하 2개의 공간 사이로 배치되고, 오일 섞인 압축공기는 하부 공간으로 주입되어서 오일필터를 통과하여 상부공간으로 분리 배출되는 구조이므로, 내부 용적이 충분히 커야만 대량의 압축공기를 얻을 수 있는 구조이다.

따라서 이미 사용 중인 소방차의 제한된 공간에는 기존의 기액 분리탱크를 설비할 수 없고, 설계단계에서 소방수탱크의 용적을 줄여 얻어지는 공간을 기액 분리탱크에 배정하는 방식으로 공간을 확보해주어야만 설비 가능한 것이다.

즉, 기존 사용중인 소방차에 남아있는 잉여공간은 국내 규격의 소방차에서 가로 X 세로 X 높이 = 200 X 120 X 250(cm)으로 상당한 공간상의 제약이 있어서 기존의 부피가 큰 기액 분리탱크를 채용하면 다른 필수 장비가 제약받게 되어 배치가 불가능하게 되는 것이다.

또한, 물과 포소화약제를 섞어 얻어지는 포소화약제 수용액과 압축공기의 혼합비가 중요한 이유는 물보다 비싼 포소화약제의 소모량에 관계가 있기 때문이다.

압축공기포를 생성하는 포소화약제 수용액과 압축공기의 혼합비는 화재 등급별로 포소화약제 수용액 1에 압축공기 3 ~ 15의 비율로 정해져 있다.

이 경우 모든 화재에 혼합비 1 : 3을 적용하면 포소화약제 비용이 올라가고, 1 : 15를 적용하면 비용은 낮출 수 있지만 방출되는 압축공기포가 화재현장의 연소체에 맞지 않는 것이 될 염려가 있다.

국내 소방분야에서는 혼합비 1 : 3 ~ 5의 압축공기포는 포소화약제 수용액이 다량 함유된 습식포로서, 목재가 연소 되는 경우처럼 불씨가 심부에 존재하여 방화수 침투가 필요한 경우나, 장거리 방수 및 직접적인 화염 진화에, 그리고 혼합비 1 : 6 ~ 10의 압축공기포는 연소체 표면에 잘 달라붙는 성질이 있어서 통상적인 화재 진압에 적용하고, 혼합비 1 : 11 ~ 15의 압축공기포는 압축공기 함량이 높은 건식포로서, 화재 확산을 막기 위하여 연소체 주변으로 압축공기포를 살포하는 경우에 적용하도록 기준을 정해놓고 있다.

이에 따라 압축공기포를 사용하여 진화작업을 수행하는 소방요원이 임의로 압축공기포를 변화시킬 수 있게 해야 한다.

압축공기포의 혼합비를 변경하는 방식으로서 특허문헌 3은 방화수에 포소화약제를 혼합하여 포소화약제 수용액으로 희석하는 혼합비는 불변으로 정해놓고, 컴프레서의 공기압과 소방펌프에서 나오는 방화수 압력 사이의 평형을 유지시켜 주는 레귤레이터를 급기컨트롤러로 제어하여 상기 컴프레서의 흡기 스로틀밸브가 개폐되도록 하여, 포소화약제 수용액으로 분사되는 압축공기의 양을 가감하여 압축공기포의 혼합비를 변화시키고 있다.

그런데 이 방식은 진화작업 중에 포소화약제 수용액의 방출량이 불변이므로 필요 이상으로 값 비싼 포소화약제가 낭비된다.

한국 특허등록 제10-1334367호 한국 특허등록 제10-1367487호 미국특허 제4,981,178호 일본특허 제4919919호 일본공개특허 제2014-3999호

본 발명의 목적은 기존 사용 중인 소방차의 잉여공간에 설비할 수 있는 크기로 컴팩트 하게 구성되는 소방차용 압축공기포 방출장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존 사용 중인 소방차의 잉여공간에 설비할 수 있는 크기로 컴팩트 하게 구성되고, 상기 소방차의 동력인출장치 위치에 구애받지 않고 장착할 수 있는 소방차용 압축공기포 방출장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 포소화약제 수용액의 증감으로 정확한 혼합비로 생성되는 압축공기포를 얻도록 하여 값 비싼 포소화약제의 낭비를 최소화하면서도 화재 현장에 맞는 압축공기포를 제공할 수 있는 소방용 압축공기포 혼합방법을 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적은, 에어 클러치를 개재하여 기존 소방차의 동력인출장치로 동력 연결되어서 외부공기를 연속하여 압축공기로 생성하는 급유식 스크류 컴프레서와; 상기 급유식 스크류 컴프레서의 출력단에 접속 연결되어서 압축공기에 혼입된 오일을 분리하는 기액분리탱크와; 기존 소방차의 물 펌프에서 공급되는 방화수의 압력과 압축공기의 압력이 균형을 이루도록 상기 급유식 로터리 스크류 컴프레서에 구비된 스로틀밸브의 개도를 제어하여 흡기필터를 통한 외부공기의 도입량을 증감시키는 레귤레이터와; 상기 급유식 스크류 컴프레서에서 공급되는 압축공기의 방출량을 측정하여 신호를 송출하는 급기플로미터와; 물 펌프에서 방출포트나 방수포 방출포트로 접속 연결되는 방화수 공급통로와; 상기 방화수 공급통로를 통해 공급되는 방화수의 수량을 측정하여 전기신호를 송출하는 방수량 플로미터와; 폼 탱크의 포소화약제를 흡인하여 압송하는 피스톤펌프를 갖춘 포소화약제 공급수단과; 상기 포소화약제 공급수단의 피스톤펌프에서 압송되는 포소화약제를 상기 방화수 공급통로로 인도하여 포소화약제 수용액으로 희석 혼합되게 하는 약제 공급통로와; 상기 방수량 플로미터의 측정신호를 입력받아 연산처리한 값으로 상기 포소화약제 공급수단을 제어하여 방화수와 포소화약제의 혼합비를 증감 조절하는 수용액 컨트롤러와; 상기 방화수 공급통로에서 상기 포소화약제 수용액을 증감 조절하면서 방출포트나 방수포 방출포트로 공급하도록 상기 약제 공급통로의 출력 측으로 접속 연결되는 능동조절밸브와; 상기 급기플로미터를 경유한 압축공기를 전자개폐밸브의 개방으로 상기 능동조절밸브의 출력단에 공급할 수 있도록 방화수 공급통로에 접속 연결되는 급기통로와; 상기 수용액 컨트롤러로 입력되는 데이터를 공유하고 상기 급기플로미터의 입력신호를 연산처리한 값으로 상기 능동조절밸브의 개도를 조절하여 포소화약제 수용액과 압축공기의 혼합비를 증감시키는 혼합시스템 컨트롤러를 갖춘 소방차용 압축공기포 방출장치로 구현될 수 있다.

상기 구성의 소방차용 압축공기포 방출장치에서, 기액분리탱크와, 레귤레이터, 급기플로미터, 방출포트, 방수포 방출포트와, 방화수 공급통로, 방수량 플로미터와, 포소화약제 탱크, 포소화약제 공급수단과, 약제 공급통로, 수용액 컨트롤러와, 능동조절밸브, 급기통로와, 혼합시스템 컨트롤러가 프레임에 하나로 조합된 메인 구성부와, 나머지 스로틀 밸브와 흡기필터, 그리고 급유식 스크류 컴프레서와 솔레노이드밸브로 작동되는 에어 클러치가 하우징 내에 다른 하나로 조합된 서브 구성부로 분리 조립하면, 상기 에어 클러치를 기존 소방차의 동력인출장치의 위치에 관계없이 동력 연결할 수 있다.

상기 구성의 소방차용 압축공기포 방출장치에서, 상기 기액분리탱크를 내부 상측에 중심방향으로 연장된 분리관이 구비된 격벽으로 공기실과 원심분리실로 구분 형성하고, 상기 공기실에는 오일에서 분리된 압축공기의 배출통로가 되는 배기구와 오일 보충용 주유구를 장착함과 아울러, 상기 원심분리실에는 상기 격벽의 밑면 상측에서 외주 원주방향을 향하도록 주입구를 배치한 구성으로 하여, 압축공기에 혼입된 오일이 와류를 형성하면서 하측의 배유구로 배출되고, 와류의 중심으로 모이는 압축공기는 분리관을 통해 공기실로 인도되어 배기구로 배출되는 구조로 구성할 수 있다.

또, 상기 구성의 소방차용 압축공기포 방출장치에서, 포소화약제 공급수단의 출력단과 바이패스 통로 사이로 리필라인을 더 설치하고, 상기 포소화약제 탱크와 포소화약제 공급수단의 입력단 사이, 그리고 포소화약제 공급수단의 출력단과 방수량 플로미터의 출력단 및 리필라인 사이로 각각 수동식 3상밸브를 더 배치함과 아울러, 상기 포소화약제 탱크 측의 수동식 3상밸브에 더미 피팅을 장착한 구성으로 실시할 수 있다.

또, 상기 구성을 이용한 본 발명의 소방차용 압축공기포 혼합방법은, 레귤레이터로 급유식 스크류 컴프레서의 스로틀 밸브를 개도 조절하여 방화수 공급통로의 방화수 압력과 급기통로의 압축공기 압력이 상호 균형을 이루도록 제어하고, 방수량 플로미터의 방화수 공급량 신호를 입력받는 수용액 컨트롤러의 출력신호로 포소화약제 공급수단의 피스톤펌프를 증 감속구동시켜 약제 공급통로를 통한 포소화약제의 공급량을 제어하면서 포소화약제 수용액으로 희석 혼합되게 하고, 혼합시스템 컨트롤러가 수용액 컨트롤러와 공유하는 방수량 플로미터의 입력신호를 참조하고, 급기플로미터에서 압축공기의 통과량으로 검출되어 입력되는 신호를 연산처리한 값으로 출력하여 전자개폐밸브의 개폐와 능동조절밸브의 개도를 제어함으로써, 상기 레귤레이터에 의해 방화수와 균형을 이루는 압축공기가, 상기 전자개폐밸브에서 급기통로를 거쳐 방화수 공급통로로 공급되면서 상기 능동조절밸브를 통해 공급되는 포소화약제 수용액을 발포시켜 연속으로 압축공기포가 생성되게 하는 것으로 구현된다.

상술한 구성에 의해 본 발명의 청구항 제1항 기재의 소방차용 압축공기포 방출장치는, 급유식 스크류 컴프레서를 채용함에 따라 대량의 압축공기를 연속 생성할 수 있고, 레귤레이터가 방화수 압력과 압축공기 압력이 균형을 유지하도록 제어해줌으로써 압축공기포 생성을 위한 압축공기를 일정 압력으로 공급하면서 포소화약제 수용액의 혼합비를 결정하는 포소화약제의 공급량을 증감시켜 변화되게 한 것이므로 원하는 압축공기포를 값 비싼 포소화약제의 낭비 없이 얻을 수 있는 이점이 있다.

또, 본 발명의 청구항 제2항 기재의 소방차용 압축공기포 방출장치에 의하면, 기존 소방차의 잉여공간에서 동력인출장치와 에어 클러치를 접속연결하기 어려운 경우에도, 별개의 서브 구성부가 작은 크기로 형성됨으로써 급유식 스크류 컴프레서와 일체로 배치된 에어 클러치를 어렵지 않게 위치 변경시켜 동력인출장치와 접속 연결할 수 있는 이점을 얻게 한다.

본 발명의 청구항 제3항 기재의 소방차용 압축공기포 방출장치에 의하면, 오일 섞인 압축공기가 기액분리탱크의 내부에서 와류를 형성하면서 기액 분리되게 한 것이므로 작은 용적의 탱크 내에서도 고효율로 오일과 압축공기의 분리가 이루어지게 됨으로써, 상기 기액분리탱크를 최소의 크기로 설정할 수 있고, 이에 따라 장치 전체의 크기를 대폭 축소할 수 있어서 기존 소방차의 좁은 잉여공간에도 어렵지 않게 설비할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 청구항 제4항 기재의 소방차용 압축공기포 방출장치에 의하면, 2개의 수동식 3상밸브 조작으로, 피스톤펌프가 포소화약제를 더미 피팅에서 흡인하여 포소화약제 탱크로 압송하게 할 수 있으므로 포소화약제의 재충전작업을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 청구항 제5항 기재의 소방용 압축공기포 혼합방법에 의하면, 방화수와 압축공기의 압력이 균형을 이루게 한 상태에서 포소화약제의 공급량을 증감하면서 방화수에 공급하여 포소화약제 수용액으로 희석 혼합되도록 한 다음, 이 포소화약제 수용액을 상기 방화수와 균형을 이루는 압축공기로 발포시켜 압축공기포로 연속 생성되게 하는 것이므로 값 비싼 포소화약제의 낭비를 최소로 줄일 수 있고, 또한 혼합시스템 컨트롤러에 의한 제어로 화재 현장에 알맞은 혼합비로 되는 압축공기포를 연속 방출할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 소방용 압축공기포 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 적용된 기액분리탱크의 구조를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명에서 포소화약제 공급수단과 포소화약제 공급량 조절용 능동조절밸브의 접속관계를 나타내는 사시도.
도 4는 능동조절밸브의 밸브체 구조를 나타내는 사시도.
도 5는 능동조절밸브의 개도 변화에 따른 개방면적 변화를 나타내는 개념도.
도 6은 능동조절밸브의 출력단에서 압축공기포가 생성되는 예를 설명하는 사시도.
도 7은 능동조절밸브를 중심으로 방화수 공급통로와 약제 공급통로, 및 급기통로의 접속 예를 도시하는 사시도.
도 8은 본 발명의 소방차용 압축공기포 방출장치로서, 급유식 스크류 컴프레서 일체형의 예를 나타내는 배면 사시도.
도 9는 도 7의 정면 사시도.
도 10은 본 발명의 소방차용 압축공기포 방출장치로서, 급유식 스크류 컴프레서 분리형의 예를 나타내는 배면 사시도.

이하 본 발명을 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 통상의 소방차에 적용한 본 발명의 소방용 압축공기포 방출장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 도면에서 실선 표시는 물의 흐름을 나타내고 점선 표시는 공기의 흐름을 나타내며, 1점 쇄선 표시는 제어용 전기신호의 흐름을, 그리고 2점 쇄선표시는 엔진의 동력 전달계통을 나타내고, 구슬 달린 주렴선은 오일의 순환경로를 나타낸다.

통상적인 소방차에 갖추어진 동력인출장치(PTO: 2)는 물탱크(4)의 방화수를 방출하는 물 펌프(6)를 구동하는 한편, 에어 클러치(8)를 개재하여 급유식 스크류 컴프레서(10)를 구동할 수 있게 연결되고, 상기 에어 클러치(8)는 솔레노이드밸브(SV)가 개방되면 소방차의 압축공기로 동작하여 동력인출장치(2)와 급유식 스크류 컴프레서(10) 사이를 동력 연결시키는 것이다.

상기 급유식 스크류 컴프레서(10)의 급기단에는 스로틀밸브(12)를 개재하여 에어필터(14)가 접속되어서 외부 공기를 흡인할 수 있게 되어 있다.

급유식 스크류 컴프레서(10)는 쌍으로 배치된 로터가 회전하면서 외부 공기를 흡인할 때 오일이 동시에 공급되어 연속으로 압축공기를 생성하는 장치로서, 오일에 의한 유막 형성으로 누설이 방지되는 작용에 의해 단시간에 대량의 압축공기를 생성할 수 있지만 출력단을 통해 오일 섞인 압축공기를 방출하는 통상의 장치이다.

또, 스로틀 밸브(12)는 내장된 피스톤, 또는 다이어프램이 외부에서 공급되는 공기압에 연동하여 흡기통로의 단면적을 조절함으로써 급유식 스크류 컴프레서(10)의 출력단으러 나오는 압축공기의 토출량을 변화시키는 것이다.

급유식 스크류 컴프레서(10)에서 오일 섞인 압축공기는 기액 분리탱크(16)로 보내져서 압축공기와 오일로 분리된다.

본 발명에서 기액 분리탱크(16)는 최소한의 용적을 가져야 하므로 고효율로 오일과 압축공기를 분리하는 구조를 포함하고 있어야 한다.

이를 위하여 본 발명에 채용된 기액 분리탱크(16)는, 도 2의 도시와 같이, 내부 상측에 중심방향으로 연장된 분리관(160)을 갖춘 격벽(162)에 의해 공기실(164)과 원심분리실(166)로 구분 형성된 내부 구조를 갖는다.

상기 공기실(164)에는 오일에서 분리된 압축공기의 배출통로가 되는 배기구(168)와 오일 보충용 주유구(170), 그리고 압축공기의 압력이 일정 기준을 초과하여 기액 분리탱크(16)에 위험을 초래할 정도로 상승하면 배기시켜 압력을 낮추는 안전밸브(172)가 장착된다.

원심분리실(166)에는 주입구(174)가 상기 격벽(162)의 밑면에서 외주 원주방향을 향하도록 배치되어서 급유식 스크류 컴프레서(10)에서 생성되는 오일 섞인 압축공기를 주입하게 되어 있고, 또 하측에는 분리되는 오일의 배출통로인 배유구(176), 그리고 외주 중간부에는 상하로 2개의 점검창(178)이 설치되어서 눈으로 오일 저유량이 하이레벨과 로우레벨 사이에 위치하는가를 확인할 수 있게 되어 있다.

상기 주입구(174)로 주입되는 오일 섞인 압축공기는 내부에서 도 2의 소용돌이 화살표로 나타낸 바와 같이, 와류를 형성하면서 분리관(160)의 외주면을 타고 돌아 하강하고, 이때 비중이 큰 오일은 외주 측으로 몰리면서 하강하고, 비중이 가벼운 압축공기는 중심으로 모여져서 분리관(160)을 타고 공기실(164)로 인도된다.

공기실(164)로 들어오는 압축공기는 배기구(168)를 통해 외부로 빠져나가는 한편, 와류를 형성하면서 하강하는 오일은 배유구(176)를 통해 빠져나감으로써 상호 분리된다.

상술한 바와 같이, 내부에서 와류가 형성되게 하면 오일에서 압축공기가 효율적으로 신속하게 분리되기 때문에 기액 분리탱크(16)의 용적을 작게 구성하여도 대량의 압축공기를 연속으로 얻을 수 있다.

원심분리실(166)에서 배유구(176)를 통해 배출되는 오일은, 도 1을 참조하면 통상의 오일필터(18)를 경유하여 이물 제거되고 오일쿨러(20)를 순환하여 냉각된 다음 다시 급유식 스크류 컴프레서(10)로 순환한다.

본 발명에서, 오일쿨러(20)에는 물 펌프(6)의 출력단에서 갈라져 뻗은 냉각관로(22)를 통해 공급되는 물이 내부를 순환하여 상기 급유식 스크류 컴프레서(10)에서 나오는 뜨거워진 오일을 냉각시키고 다시 물탱크(4)로 되돌려 보내는 냉각시스템이 형성되어 있다.

한편, 도 2에서 배기구(168)를 통해 빠져나가는 압축공기는 2차 세퍼레이터(24)를 거치면서 잔존할 수도 있는 오일이 제거되어 순수 압축공기만 남게 된다.

상기 2차 세퍼레이터(24)는 혹시라도 오일이 섞여 나가는 것을 막기 위하여 배치되는 것이므로 생략될 수도 있는 것이며, 여기에서 걸러진 오일도 상기 오일쿨러(20)로 보내진다.

2차 세퍼레이터(24)를 거쳐 얻어지는 압축공기는 급기플로미터(26)를 거쳐 전자개폐밸브(28)로 공급됨과 동시에, 상기 급유식 스크류 컴프레서(10)의 급기밸브(12)에 병렬 접속된 레귤레이터(30)와 과압배출밸브(32)에 상시 공급된다.

레귤레이터(30)는 압축공기가 인가되는 입력통로(a)와 상기 스로틀 밸브(12)로 접속되는 출력통로(b), 그리고 양 통로(a, b) 사이를 개폐하는 밸브체를 연동시키는 다이어프램(c)과, 이것에 의해 구분된 공간으로 접속되는 인풋단(I)을 갖춘 것이며, 상기 입력통로(a)에는 압축공기가 공급되어서 출력통로(b)로 배기되고, 또 인풋단(I)에는 물 펌프(6)의 출력단 측 방화수 압력이 조정라인(34)을 경유하여 인가된다.

또, 과압배출밸브(32)는 기액 분리탱크(16)에서 공급되는 압축공기의 압력이 규정 이상으로 급증하면 개방되면서 그 압력을 배기시켜 규정치로 낮춰지게 하는 안전밸브이다.

레귤레이터(30)의 내부에서는 다이어프램(c)을 사이에 두고 양 통로(a, b)로 채워지는 압축공기압과, 인풋단(I)을 통해 공급되는 스로틀밸브이 균형을 이루고 있게 된다.

압축공기압과 방화수 압력이 균형을 이루고 있으면 양 통로(a, b) 사이가 개방되어 압축공기가 스로틀 밸브(12)로 가해져서 일정 개도로 고정 시켜 놓게 된다.

반대로, 방화수 압력이 높아지면 다이어프램(C)이 작동하여 양 통로(a, b) 사이가 폐쇄되고, 이에 따라 스로틀 밸브(12)로 가해지던 압축공기압이 소멸 되면 흡기 통로의 단면적은 넓어져 급유식 스크류 컴프레서(10)로 흡인되는 공기량이 증가한다.

이렇게 스로틀 밸브(12)의 개도 변화에 따라 급유식 스크류 컴프레서(10)의 출력단 측 압축공기의 압력도 증감하며, 이러한 조절과정은 방화수의 압력과 균형을 이룰 때까지 계속되고, 그 결과로 방화수 압력과 압축공기의 압력은 항상 균형을 이루고 있게 된다.

한편, 물 펌프(6)의 출력단은 방수량 플로미터(36)를 경유하여 방수포트(38)로 접속 연결되는 방화수 공급통로(40)와 접속되고, 상기 방수량 플로미터(36)를 통과하는 방화수의 수량은 측정되어 데이터로서 수용액 컨트롤러(42)로 입력된다.

그리고 방화수 공급통로(40)에 배치된 방수량 플로미터(36)의 출력 측에는 약제공급통로(44)가 체크밸브(CV2)를 개재하여 접속 연결됨으로써 이를 통하여 포소화약제가 방화수에 공급되고 희석 혼합되어 상기 방수량 플로미터(36)의 출력단에는 포소화약제 수용액으로 충만하게 된다.

또, 포소화약제는 포소화약제 탱크(46)에서 포소화약제 공급수단(48)이 흡인하여 압송하는 것으로 공급된다.

포소화약제 공급수단(48)은, 도 3으로 나타낸 바와 같이, 전동모터(480)로 구동되는 피스톤펌프(482)를 포함한다.

피스톤펌프(482)는 상기 전동모터(480)의 회전축과 연결된 크랭크축에 의해 실린더 내부에서 전 후진 작동하는 피스톤이 배열된 구조로 된 것이며, 이 예에서는 적어도 실린더가 3기통 형태로 배열되어서 번갈아 포소화약제를 흡인 분사하여 연속으로 공급하는 것이다.

피스톤펌프(482)의 한쪽에는 하측에 흡인구, 상측에 분사구의 2개 통로가 열려있고, 상측 분사구에는 릴리프밸브(484)가 장착되고 하측 흡인구는 인렛(486)과 연통되어 있다.

또, 상측 분사구에는 상기 릴리프밸브(484)의 한쪽으로 아울렛(488)이 연통되어서 포소화약제를 외부로 압송하게 되어 있고, 상기 릴리프밸브(484)에는 다른 경로를 형성하도록 바이패스관(490)이 배치되어 있다.

그리고 전동모터(480)의 주변에는 그 회전속도를 증감 제어하기 위하여 상기 수용액 컨트로러(42)의 출력신호로 작동되는 모터컨트롤러(492)와, 현재의 회전속도를 측정하여 상기 수용액 컨트롤러(42)로 피드백시키는 스피드 센서(494)가 설치된다.

상기 인렛(486)은 포소화약제탱크(46)에 수용된 포소화약제를 피스톤펌프(482)로 흡인하는 통로이고, 아울렛(488)은 피스톤펌프(482)에서 릴리프밸브(484)를 경유하여 압송되는 포소화약제를 상기 방수량 플로미터(36)의 출력단에서 연장되는 방화수 공급통로(40)의 도중으로 압송하는 포소화약제 통로(44)와 접속되는 출구이다.

바이패스관(490)은 뜻하지 않은 원인으로 아울렛(488) 측에 과부하가 작용하였을 때, 릴리프밸브(484)의 작동으로 아울렛(488)을 일시 폐쇄하고 상기 피스톤펌프(482)에서 압송되는 포소화약제를 바이패스통로(50)로 보내어 포소화약제 탱크(46)로 복귀시키고자 마련되는 것이다.

또한, 도 1에서 포소화약제 공급수단(48)의 출력단과 바이패스 통로(50) 사이로 리필라인(52)을 더 설치하고, 상기 포소화약제 탱크(46)와 포소화약제 공급수단(48)의 입력단 사이, 그리고 포소화약제 공급수단(48)의 출력단과 방수량 플로미터(36)의 출력단 및 리필라인(52) 사이로 각각 수동식 3상밸브(54)(56)를 설치하고, 상기 포소화약제 탱크(46) 측의 수동식 3상밸브(54)에 더미 피팅(58)을 장착한 구성으로 해도 좋다.

이 경우, 양 3상밸브(54)(56)는 소방요원이 조작하여 평상시에는 바이패스통로(50)만 개방상태로 놓고 리필라인(52)은 폐쇄하여 두고 사용한다.

하지만, 포소화약제 리필 시에는 상기 포소화약제 탱크(46)와 포소화약제 공급수단(48)의 입력단 사이를 차단하고, 더미 피팅(58)과 포소화약제 공급수단(48) 사이를 연통시킨다.

다음에 포소화약제 공급수단(48)의 출력단을 방화수 공급통로(40)에서 리필라인(52)으로 접속 연통시키면, 더미 피팅(58)을 통해 리필용 포소화약제가 포소화약제 공급수단(48)으로 흡인되어서 리필라인(52)으로 압송되어 바이패스통로(50)를 거쳐 포소화약제 탱크(46)로 재충전되므로 포소화약제의 재충전작업을 힘들이지 않고 할 수 있다.

진화작업 중에, 소방요원이 메인밸브(MV)를 잠그면 방수량 플로미터(36)의 출력신호가 방화수 통과량 "0"의 신호로 수용액 컨트롤러(42)에 입력되고, 그로 인하여 수용액 컨트롤러(42)는 전동모터(480)로 인가되는 전원을 즉시 차단하여 피스톤펌프(482)를 정지 시켜 포소화약제의 낭비를 막아준다.

릴리프밸브(484)는 아울렛(488) 측에서 부압이 작용하는 경우에 작동한다.

부압은 방화수 공급통로(40) 측의 흐름이 정지되면 발생하고 이것에 의해 포소화약제의 주입이 방해되어 피스톤펌프(482)의 피스톤 작동에 무리를 주는 것이며, 실제로는 소방요원이 진화작업 중에 방출포트(38) 측으로 연결되는 관창의 개도를 조절하거나 차단하였을 때에 발생하는 것이다.

릴리프밸브(484)는 부압이 발생하여 피스톤펌프(482)의 출력 측 압력이 일정 이상으로 높아지면, 상기 아울렛(488) 측을 차단하고 바이패스관(490)을 개방함으로써 바이패스통로(50)를 통해 포소화약제가 포소화약제 탱크(46)로 복귀되게 하여 상기 피스톤펌프(482)가 정지하기 전까지 불필요하게 포소화약제가 낭비되는 일이 없게 한다.

상기 모터컨트롤러(492)는 수용액 컨트롤러(42)의 출력으로 제어되면서 전동모터(480)를 구동시킨다.

즉, 수용액 컨트롤러(42)는 방수량 플로미터(36)에서 입력되는 방수량 측정 신호를 입력받으면 내장된 프로그램에 따라 그 방수량 측정값에 대응하는 포소화약제 공급신호를 출력하고, 이 신호가 모터컨트롤러(492)에 입력되어 전동모터(480)를 제어하는 것이며, 이 과정에서 전동모터(480)의 스피드 센서(494)는 현재의 회전수 검출신호를 상기 수용액 컨트롤러(42)로 피드백하여 제어의 정확도를 높여준다.

다시, 도 1을 참조하면, 포소화약제 공급수단(48)의 아울렛(488)을 통해 포소화약제가 공급되어 방화수 공급통로(40)에서 희석 혼합되는 포소화약제 수용액은, 혼합시스템 컨트롤러(60)에 의해 개폐 조절되는 능동조절밸브(62)를 경유하여 공급된다.

능동조절밸브(62)는 도 3의 도시에서, 서보모터(620)로 구동되는 워엄기어가 수용된 워엄기어박스(622)의 하측으로 밸브하우징(624)이 마련되고, 그 내부에 볼형태의 밸브체(626)가 회동 가능하게 수용된 구성으로 되어 있다.

밸브체(626)는 도 4의 도시와 같이, 원형의 입구(628)와, 이것에 직교하는 위치에 옆으로 전도된 부채꼴 형태의 출구(630)를 갖추고 있으며, 이 밸브체(626)는 상기 워엄기어박스(622)에 수용된 워엄기어축(632)과 연결되어서 대략 45도의 원주각으로 정역 회전하고, 이때의 회전각은 워엄기어박스(622)의 상면에 장착된 포지션센서(634)가 검출하여 상기 혼합시스템 컨트롤러(60)로 입력한다.

또한, 상기 밸브체(626)는 도 5로 나타낸 바와 같이, 초기 작동위치가 워엄기어축(632)에 의해 완전 개방의 회전각에 대하여 1/3회전 한 위치에서 시작하도록, 초기에 일부 개방된 위치에서 출발하여 개폐 제어되고, 이 밸브체(626)의 출구(630)는 옆으로 전도된 델타형태의 특징으로 인하여, 회전에 의한 이동거리가 배수로 증감할 때 개방면적은 기수배(奇數: 1, 3, 5)+1로 증감하게 된다.

이에 따라 밸브체(626)는 약간만 회동하여도 포소화약제 수용액의 공급은 큰 폭으로 증감되기 때문에, 화재현장에서 포소화약제 수용액의 공급량 증감에 따른 방출포트(38)의 출력 측 압축공기포의 성상 변화가 신속하게 나타난다.

다시 도 1을 참조하면, 능동조절밸브(62)의 출력단에서 방화수 공급통로(40)에는 상기 전자개폐밸브(28)에서 연장되는 급기통로(64)가 접속 연결되어서 방출포트(38)로 이어진다.

급기통로(64)는 도 6의 도시와 같이, 능동조절밸브(62)의 출력단에 근접하는 위치로 접속되는 것이며, 더 구체적으로는 상기 능동조절밸브(62)에서 밸브체(626)의 출구(630)에 가까운 위치로 장착되어, 도면의 화살표로 나타낸 바와 같이, 상기 출구(630)를 통하여 공급되는 포소화약제 수용액이 직교방향에서 공급되는 압축공기와 충돌하여 흩어지면서 발포되어 즉시 압축공기포로 생성되는 것이다.

여기서, 상기 밸브체(626)의 출구(630)가 한쪽으로 치우치게 형성되어 있음에 따라, 능동조절밸브(62)의 출력단 측에서 포소화약제 수용액이 출구(630)를 통해 방출될 때, 한쪽의 막힌 영역은 낮은 압력지역으로 되어 포소화약제 수용액이 방화수 공급통로(40) 전체를 채우지 못하면서 흐르게 되고, 이때 압축공기가 공급되면 상기 낮은 압력지역은 포소화약제 수용액이 충분하게 발포할 수 있는 공간으로 제공된다.

이에 따라 충실하게 발포된 압축공기포가 생성되면서 방출포트(38) 측으로 빠져나가고 후속하는 포소화약제 수용액에 계속하여 공간을 계승하게 되므로 같은 조건으로 연속하여 충실하게 발포된 압축공기포가 제공된다.

이렇게 생성되는 압축공기포는 방수포트(38)를 통해 소방요원이 취급하는 관창이나, 또는 별도로 분지된 서브통로(40a)의 방수포 포트(66)를 통해 방출 분사된다.

도 7은 방화수 공급통로(40)와 약제 공급통로(44), 그리고 급기통로(64)의 접속 연결 예를 나타내는 부분 사시도로서, 소방요원이 수동 조작하는 메인밸브(MV)는 방출포트(38)의 전단에 장착되고 약제 공급통로(44)가 능동조절밸브(62)의 입력 측으로, 그리고 급기통로(64)는 방화수 공급통로(40)에서 상기 능동조절밸브(62)의 출력 측에 위치하는 부분으로 접속 연결된 구성을 보여주고 있다.

그리고 메인조절밸브(MV)에 인접하는 위치에서 분지되는 서브통로(40a)를 통하여 상기 방수포 포트(66)가 접속 연결된 구성도 포함하고 있으나, 이들 구성은 생략될 수도 있는 것이다.

본 발명에서, 방수포트(38)나 방수포 포트(66)를 통해 방출되는 압축공기포의 혼합비는 혼합시스템 컨트롤러(60)가 상기 능동조절밸브(62)를 개폐 제어하는 것으로 구현된다.

상술한 혼합시스템 컨트롤러(60)는 급기플로미터(26)에서 입력되는 압축공기 통과량 측정신호를 입력받고, 이를 미리 입력된 프로그램으로 연산한 값을 상기 능동조절밸브(62)의 서보모터(620)로 출력하여 개도를 변화시키도록 제어함에 따라 포소화약제 수용액의 공급량이 가감된다.

또 능동조절밸브(62)의 포지션센서(634)는 조절 후의 개도 위치를 검출하고 혼합시스템 컨트롤러(40)로 피드백하여 정확한 위치로 조절되었는지를 체크 하게 한다.

한편, 혼합시스템 컨트롤러(60)는 본 발명에서 수용액 컨트롤러(42)와 데이터를 고유하고 있는데, 이는 방수량 플로미터(36)를 통해 방화수 공급통로(40)에서의 방화수 유통상황, 그리고 포소화약제 공급수단(48)의 동작 여부 등의 정보를 토대로 능동조절밸브(62)를 제어하여도 되는가를 판단하는 척도로 삼기 위함이다.

또, 혼합시스템 컨트롤러(60)에는 소방요원이 지령하는 데이터도 컨트롤 패널(68)을 통해 입력된다. 컨트롤패널(68)은 소방요원이 화재 현장에서 간편하게 취급할 수 있는 위치에 마련하여 두는 것이 좋다.

또, 컨트롤패널(68)의 버튼 조작 횟수에 따라 압축공기포를 생성하는 포소화약제의 혼합비가 기본값에서 0.5, 또는 1만큼 증가, 혹은 감소 되도록 설정하여 둘 수 있다.

이와 같이 혼합시스템 컨트롤러(60)로 데이터가 입력되는 결과로, 방수포트(38)를 통해 방출되는 압축공기포는 언제라도 진화작업 중에 소방요원이 원하는 비율로 혼합된 성상으로 즉시 방출되어 진화작업을 효율적으로 할 수 있다.

본 발명의 소방차용 압축공기포 방출장치는, 엔진의 출력으로 물 펌프(6)와 급유식 스크류 컴프레서(10)를 가동시켜 방화수 압력과 압축공기 압력이 생성되게 한 상태에서, 소방요원은 컨트롤패널(68)을 조작하여 화재 현장에 맞는 압축공기포에 적합한 혼합비를 입력하고, 메인밸브(MV)를 개방하는 것으로 방출포트(38)에 접속 연결되는 소방호스나 방수포 포트(66)에 접속 연결되는 방수포를 통해 압축공기포를 방출할 수 있게 된다.

여기서 압축공기포는 능동조절밸브(62)를 통과한 포소화약제 수용액이 압축공기와 만나 생성되는 것이므로, 예를 들어 소방호스의 끝단 관창이나, 방수포를 잠가서 방화수 공급통로(40)에 물 흐름이 생기지 않으면 방수량 플로미터(36)의 신호 입력으로 수용액 컨트롤러(42)의 출력신호가 피스톤펌프(482)를 정지시키는 신호로 출력되어 포소화약제 수용액의 혼합은 중단된다.

마찬가지로 방수량 플로미터(36)의 신호를 공유하는 혼합시스템 컨트롤러(60)는 전자개폐밸브(28)를 폐쇄하여 급기통로(64)로 압축공기가 공급되지 않는 상태로 놓여진다.

이 상태에서 물 펌프(6)의 출력단에서 나오는 물은 자체 바이패스 계통을 따라 물탱크로 복귀 순환하면서 상기 레귤레이터(30)로 인가되는 방화수 압력을 일정하게 유지시킨다.

그리고 급유식 스크류 컴프레서(10)에서 생성되는 압축공기의 압력은 급기플로미터(26)를 통과하여 전자개폐밸브(28)의 전단까지 충만하고 있으면서 과도하게 압력이 상승하면 과압배출밸브(32)로 배기하고, 상기 방화수 압력보다 낮으면 스로틀 밸브(12)를 제어하여 압력이 상승되도록 함으로써 일정 압력을 유지하고 있게 된다.

다음에 방출포트(38)나 방수포 포트(66)가 개방되어 방화수의 흐름이 방수량 플로미터(36)에서 검출되어 수용액 컨트롤러(42)로 입력되면, 전동모터(480)의 작동신호를 출력하여 피스톤펌프(482)가 포소화약제를 소방요원이 입력 지시한 혼합비로 압송함에 따라, 방화수 공급통로(40)에는 포소화약제 수용액이 충만하고 있게 된다.

혼합시스템 컨트롤러(60)는 방수량 플로미터(36)에서 방화수의 흐름을 검출한 신호가 수용액 컨트롤러(42)로 입력되면, 이 데이터를 공유하여 전자개폐밸브(28)를 개방함과 동시에, 소방요원이 컨트롤 패널(68)로 입력한 혼합비에 맞는 개방도로 능동조절밸브(62)를 열어 적정량의 포소화약제 수용액이 공급되게 함으로써 방출포트(38), 또는 방수포포트(66)로 소망의 혼합비로 생성된 압축공기포가 공급되는 것이다.

상술한 바와 같은 소방차용 압축공기포 방출장치를 이용한 소방용 압축공기포 혼합방법은 다음과 같다.

급유식 스크류 컴프레서(10)에서 출력되는 압축공기 압력과 물 펌프(6)에서 급송되는 방화수 압력을 레귤레이터(30)에 인가하여 상호 균형을 이루게 하면서, 수용액 컨트롤러(42)가 방수량 플로미터(36)의 방화수 공급량 신호를 입력받아 데이터 처리한 값으로 포소화약제 공급수단(48)의 전동모터(480)를 통해 피스톤펌프(482)를 증 감속 구동시켜 약제 공급통로(44)를 통한 포소화약제의 공급량을 제어하여 얻어지는 포소화약제 수용액을, 혼합시스템 컨트롤러(60)로 제어되는 능동조절밸브(62)를 통해 증감 조절하여 공급함과 동시에, 상기 능동조절밸브(62)의 출력 측으로 급기통로(64)를 경유하여 상시 방화수 압력과 균형을 이루는 압력의 압축공기를 공급하여 상기 포소화약제 수용액이 압축공기포로 연속 발포 생성되게 하는 것이다.

상기와 같은 소방용 압축공기포 혼합방법에 의하면, 방화수와 압축공기의 공급량을 일정하게 유지하면서 포소화약제의 공급량을 증감하여 압축공기포를 얻는 것이므로 화재 현장에 맞는 등급으로 압축공기포를 생성 방출할 때, 포소화약제의 공급량을 조절하여 원하는 압축공기포가 생성되게 한 것이므로 실제 화재현장에서 요구되는 압축공기 : 포소화약제 수용액의 혼합비 3 ~ 15 : 1의 범위로 조절하기 위하여 공급되는 포소화약제의 낭비를 최소로 줄일 수 있고, 정밀한 혼합비의 압축공기포를 얻을 수 있으므로 종래 방식에 비해 화재진압 효과가 우수하게 나타나 소방시간이 단축된다.

상술한 구성을 갖춘 본 발명의 소방차용 압축공기포 방출장치는 도 8 ~ 도 10으로 나타낸 바와 같이, 최소의 부피를 갖도록 조립할 수 있는 것이므로 기존의 사용 중인 소방차에도 어렵지 않게 탑재 설비할 수 있다.

도 8 및 도 9에서, 케이싱(F)의 바닥에 전동모터(480)와 피스톤펌프(482)를 고정하여 포소화약제 공급수단(48)을 배치하고, 케이싱(F)의 한쪽 중간부로 급유식 스크류 컴프레서(10)를 수평으로 배치함과 동시에 에어필터(14)는 수직으로 설치하여 데드스페이스를 최소화하고, 또 상기 에어필터(14)에 마주보는 위치로 저장탱크(16)와 오일필터(20), 그리고 기액 분리탱크(16)를 상하로 배열하여 상기 피스톤펌프(482)의 상방으로 배치하고, 에어필터(14)와 저장탱크(16) 사이의 공간에 급기 플로미터(26)와 오일쿨러(20), 능동조절밸브(62), 그리고 방수포트(38)와 서브방출구(64)를 순차 배열하여, 가로 X 세로 X 높이 = 101 X 183 X 225(cm)의 규격을 얻음으로써 기존 소방차의 동력인출장치에 에어클러치(8)를 개재한 직결 타입으로 탑재할 수 있었다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 소방차용 압축공기포 방출장치에서, 방출포트(38) 이전에 설치되는 메인밸브(MV)는, 도 8의 도시와 같이, 컨트롤패널(68)과 나란히 전면으로 노출되도록 설치하여 소방요원이 수동조작할 수 있게 해야 한다.

또, 도 8 및 도 9의 소방차용 압축공기포 방출장치를 도 10의 도시와 같이 급유식 스크류 컴프레서(10)가 분리된 구성으로도 실시할 수 있다.

도 10에 도시한 소방차용 압축공기포 방출장치에서는 급유식 스크류 컴프레서(10)와 그에 부속하는 스로틀 밸브(12)와 에어필터(14)를 케이싱(F)에서 분리하여 별도의 하우징(H)에 에어클러치(8)와 함께 상하로 층을 이루도록 수납 배치하고, 상기 에어클러치(8)와 급유식 스크류 컴프레서(10) 사이를 벨트로 동력 연결 시킨 구성으로 하고 있다.

이와 같이 급유식 스크류 컴프레서(10)를 분리 구성하면, 케이싱(F)의 내부 공간에 여유가 생기고, 이 여유공간을 기액 분리탱크(16)의 용적에 할애하여 기액 분리용량을 키울 수 있는 이점이 있다.

즉, 이 구성에서 기액 분리탱크(16)는 그 하단이 직교방향으로 구부러져 급기플로미터(16)의 하측으로 연장되는 형태로 설치될 수 있고, 이에 따르면 기액분리탱크(16)의 내부용적이, 도 8 및 도 9의 구성 예에 비해 2배 정도 증가 될 수 있으며, 그 결과로 기액 분리탱크(16) 내부에서 오일과 압축공기가 분리되는 영역도 2배로 확장되기 때문에 압축공기의 생성이 더욱 효율적으로 되는 이점을 얻는다.

2: 동력인출장치 4: 물탱크
6: 물 펌프 8: 에어클러치
10: 급유식 스크류 컴프레서 12: 상개형 밸브
14: 에어필터 16: 기액분리탱크
160: 분리관 162: 격벽
164: 공기실 166: 원심분리실
168: 배기구 170: 주유구
172: 안전밸브 174: 주입구
176: 배유구 178: 점검창
18: 오일필터 20: 오일쿨러
22: 냉각관로 24: 2차 세퍼레이터
26: 급기플로미터 28: 전자개폐밸브
30: 레귤레이터 32: 과압방지밸브
34: 조정라인 36: 방수량 플로미터
38: 방수포트 40: 방화수 공급통로
40a: 서브통로 42: 수용액 컨트롤러
44: 약제 공급통로 46: 포소화약제 탱크
48: 포소화약제 공급수단 480: 전동모터
482: 피스톤펌프 484: 릴리프밸브
486: 인렛 488: 아울렛
490: 바이패스관 492: 모터컨트롤러
494: 스피드 센서 50: 바이패스통로
52: 리필라인 54, 56: 수동식 3상밸브
58: 더미 피팅 60: 혼합시스템 컨트롤러
62: 능동조절밸브 620: 서보모터
622: 워엄기어박스 624: 밸브하우징
626: 밸브체 628: 입구
630: 출구 632: 워엄기어축
634: 포지션센서 64: 급기통로
66: 방수포 포트 SV: 솔레노이드 밸브
F: 케이싱 H: 하우징

Claims (5)

1. 에어 클러치(8)를 개재하여 기존 소방차의 동력인출장치(2)로 동력 연결되어서 외부공기를 연속하여 압축공기로 생성하는 급유식 스크류 컴프레서(10)와;
   상기 급유식 스크류 컴프레서(10)의 출력단에 접속 연결되어서 압축공기에 혼입된 오일을 분리하는 기액분리탱크(16)와;
   기존 소방차의 물 펌프(6)에서 공급되는 방화수의 압력과 압축공기의 압력이 균형을 이루도록 상기 급유식 로터리 스크류 컴프레서(10)에 구비된 스로틀밸브(12)의 개도를 제어하여 흡기필터(14)를 통한 외부공기의 도입량을 증감시키는 레귤레이터(30)와;
   상기 급유식 스크류 컴프레서(10)에서 공급되는 압축공기의 방출량을 측정하여 신호를 송출하는 급기플로미터(26)와;
   물 펌프(6)에서 방출포트(38)나 방수포 방출포트(66)로 접속 연결되는 방화수 공급통로(40)와;
   상기 방화수 공급통로(40)를 통해 공급되는 방화수의 수량을 측정하여 전기신호를 송출하는 방수량 플로미터(36)와;
   폼 탱크(46)의 포소화약제를 흡인하여 압송하는 피스톤펌프(482)를 갖춘 포소화약제 공급수단(48)과;
   상기 포소화약제 공급수단(48)의 피스톤펌프(482)에서 압송되는 포소화약제를 상기 방화수 공급통로(40)로 인도하여 포소화약제 수용액으로 희석 혼합되게 하는 약제 공급통로(44)와;
   상기 방수량 플로미터(36)의 측정신호를 입력받아 연산처리한 값으로 상기 포소화약제 공급수단(48)을 제어하여 방화수와 포소화약제의 혼합비를 증감 조절하는 수용액 컨트롤러(42)와;
   상기 방화수 공급통로(40)에서 상기 포소화약제 수용액을 증감 조절하면서 방출포트(38)나 방수포 방출포트(66)로 공급하도록 상기 약제 공급통로(44)의 출력 측으로 접속 연결되는 능동조절밸브(62)와;
   상기 급기플로미터(26)를 경유한 압축공기를 전자개폐밸브(28)의 개방으로 상기 능동조절밸브(62)의 출력단에 공급할 수 있도록 방화수 공급통로(40)에 접속 연결되는 급기통로(64)와;
   상기 수용액 컨트롤러(42)로 입력되는 데이터를 공유하고 상기 급기플로미터(26)의 입력신호를 연산처리한 값으로 상기 능동조절밸브(62)의 개도를 조절하여 포소화약제 수용액과 압축공기의 혼합비를 증감시키는 혼합시스템 컨트롤러(60)와;
   로 이루어진 소방차용 압축공기포 방출장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기액분리탱크(12)와, 레귤레이터(30), 급기플로미터(26)와, 방출포트(38), 방수포 방출포트(66)와, 방화수 공급통로(40), 방수량 플로미터(36)와, 포소화약제 탱크(46), 포소화약제 공급수단(48)과, 약제 공급통로(44), 수용액 컨트롤러(42)와, 능동조절밸브(62), 급기통로(64)와, 혼합시스템 컨트롤러(60)가 프레임(F)에 하나의 메인 구성부로 조합되고, 나머지 상기 스로틀 밸브(12)와 흡기필터(14), 그리고 급유식 스크류 컴프레서(10)와 솔레노이드밸브(SV)로 작동되는 에어 클러치(8)가 하우징(H)에 별개의 다른 하나를 이루는 서브 구성부로 조합되어서, 상기 에어 클러치(8)를 기존 소방차의 동력인출장치(2)의 위치에 관계없이 동력 연결할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 소방차용 압축공기포 방출장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기액분리탱크(16)는 내부 상측에 중심방향으로 연장된 분리관(160)을 갖춘 격벽(162)에 의해 공기실(164)과 원심분리실(166)로 구분 형성되고, 상기 공기실(164)에는 오일에서 분리된 압축공기의 배출통로가 되는 배기구(168)와 오일 보충용 주유구(170)가 장착됨과 아울러, 상기 원심분리실(166)에는 상기 격벽(162)의 밑면 상측에서 외주 원주방향을 향하도록 주입구(174)가 배치되어서 압축공기에 혼입된 오일이 와류를 형성하면서 하강하여 하측의 배유구(176)로 배출되고, 와류의 중심으로 모이는 압축공기는 분리관(160)을 통해 공기실(164)로 인도되어서 배기구(168)로 배출하게 구성된 것을 특징으로 하는 소방차용 압축공기포 방출장치.
4. 제1항에 있어서,
   포소화약제 공급수단(48)의 출력단과 바이패스 통로(50) 사이로 리필라인(52)이 더 설치되고, 상기 포소화약제 탱크(46)와 포소화약제 공급수단(48)의 입력단 사이, 그리고 포소화약제 공급수단(48)의 출력단과 방수량 플로미터(36)의 출력단 및 리필라인(52) 사이로 각각 수동식 3상밸브(54)(56)가 배치됨과 아울러, 상기 포소화약제 탱크(46) 측의 수동식 3상밸브(54)에 더미 피팅(58)이 장착되어 상기 피스톤펌프(482)의 동력으로 포소화약제를 재충전할 수 있게 한 구성으로 됨을 특징으로 하는 소방차용 압축공기포 방출장치.
5. ⅰ) 레귤레이터(30)로 급유식 스크류 컴프레서(10)의 스로틀 밸브(12)를 개도 조절하여 방화수 공급통로(40)의 방화수와 급기통로(64)의 압축공기 사이가 상호 균형을 이루도록 제어하고,
   ⅱ) 방수량 플로미터(36)의 방화수 공급량 신호를 입력받는 수용액 컨트롤러(42)의 출력신호로 포소화약제 공급수단(48)의 피스톤펌프(482)를 증 감속구동시켜 약제 공급통로(44)를 통한 포소화약제의 공급량을 제어하면서 포소화약제 수용액으로 희석 혼합되게 하고,
   ⅲ) 혼합시스템 컨트롤러(60)가 수용액 컨트롤러(42)와 공유하는 방수량 플로미터(36)의 입력신호를 참조하고, 급기플로미터(26)에서 압축공기의 통과량으로 검출되어 입력되는 신호를 연산처리한 값으로 출력하여 전자개폐밸브(28)의 개폐와 능동조절밸브(62)의 개도를 제어함으로써,
   ⅳ) 상기 레귤레이터(30)를 통해 방화수와 균형을 이루는 압축공기가, 상기 전자개폐밸브(28)에서 급기통로(64)를 거쳐 방화수 공급통로(40)로 공급되면서 상기 능동조절밸브(62)를 통해 공급되는 포소화약제 수용액을 발포시켜 연속으로 압축공기포가 생성되게 하는 소방용 압축공기포 혼합방법.

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