WO2023013838A1 - 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치 - Google Patents

회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치 Download PDF

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WO2023013838A1
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venturi
nozzle
water
casing
rotating
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김성우
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주식회사 에스피앤이
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    • A62C37/10—Releasing means, e.g. electrically released
    • A62C37/11—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive

Definitions

  • the present invention relates to a sprinkler for simultaneous removal of smoke and toxic gases, and more particularly, by using the kinetic energy of water sprayed in the event of a fire to absorb smoke and toxic gases in the vicinity, dissolve them in water and spray them at the same time, thereby extinguishing and toxic gases. It relates to a smoke and toxic gas removal type sprinkler head device having a rotary venturi capable of removing gas at once.
  • firefighting equipment that meets the standards stipulated in the strengthened building firefighting laws are installed compulsorily.
  • These firefighting facilities include fire extinguishing facilities, alarm facilities, evacuation facilities, fire fighting water facilities, and facilities related to fire extinguishing activities.
  • firefighting equipment has a common purpose of minimizing human casualties by early detection and suppression of a fire.
  • a sprinkler is an automatic fire extinguishing facility that ejects fire extinguishing water in the event of a fire. It is usually placed on the ceiling of a building and extinguishes a fire by spraying water supplied through a riser pipe and a branch pipe in a radial direction. do.
  • the closed type is a type in which a heat sensor is installed, and has a structure in which a spray nozzle is normally closed.
  • the closed type includes melting type and rupture type. In the melting type, the fuse metal melts at the operating temperature and falls off, and water is sprayed. In the rupture type, the glass bulb is broken at the operating temperature, and the fuse metal is removed and water is sprayed.
  • smoke and toxic gases generated at the fire location gain buoyancy due to heat and gather on the ceiling, gradually forming an airflow. For example, it rides on the ceiling surface and spreads in the direction of less heat, which is the direction of low pressure, gradually forming a thick layer and finally filling the room.
  • the causes of movement of smoke and fluid gases are heat and pressure.
  • the high-temperature smoke generated by the fire continuously rises by its buoyancy and is transported to increase the pressure in the upper layer, and the smoke (unburned combustible gas) moves to the place where the pressure is low, and is ignited at a certain critical point by radiant heat ( The fire spreads due to the flashover phenomenon.
  • 1 is a diagram for explaining a smoke logging phenomenon that occurs in case of fire.
  • Efforts are required to lower the lethal dose of the toxic gas to a safe range or less within a short period of time as a device that removes the toxic gas itself in the room.
  • the present invention was created to solve the above problems, in case of fire, by spraying water and sucking in and removing surrounding smoke and toxic gas at the same time, the lethal amount of toxic gas is reduced as much as possible within a safe range in a short time, and the visibility is secured. It is an object of the present invention to provide a smoke and toxic gas removal type sprinkler head device equipped with a rotary venturi that can minimize human casualties by doing so.
  • a smoke and toxic gas removal type sprinkler head device having a rotary venturi of the present invention as a means of solving problems for achieving the above object includes a nozzle for spraying water supplied from the outside; Water injected from the nozzle is received and passed through the inlet while being rotatably supported by the nozzle, and while the water passes, negative pressure is generated according to the Venturi effect to suck in the surrounding gas and turn the sucked gas into water.
  • a venturi casing for mixing and discharging, and a rotating blade fixed inside the venturi casing, receiving kinetic energy of water and transmitting rotational force to the venturi casing; It is located at an upstream end of the venturi casing, and includes press-fitting blades for pulling gas around and press-fitting it into the venturi casing when the venturi casing rotates.
  • a nozzle holding ring fixed to the upstream end of the venturi casing via the press-fit vane, taking the shape of a ring, and being rotatably caught and supported by the nozzle while covering the nozzle is further included.
  • push-up wings for guiding gas around the venturi casing to the inlet side of the venturi casing are further provided on the outer circumferential surface of the venturi casing.
  • venturi casing It is composed of an upper case and a lower case that are coupled to each other.
  • the lower case is partially accommodated inside the upper case, and expands to the outside of the upper case by the action of water pressure when water is sprayed.
  • a spiral groove extending in a spiral shape is formed in the upper case, and a groove insertion protrusion movable along the spiral groove while being fitted into the spiral groove is provided in the lower casing.
  • the smoke and toxic gas removal type sprinkler head device having a rotary venturi of the present invention as a means of solving the problems for achieving the above object includes a nozzle for spraying water supplied from the outside; It is supported on the nozzle and passes water injected from the nozzle, generates negative pressure according to the Venturi effect while the water passes, sucks in surrounding gas, mixes the sucked gas with water and discharges it, a venturi casing having a fixed case that is fixed and providing an inlet for receiving gas, and a rotating case that is rotatably coupled to the fixed case; It is fixed to the inside of the rotating case and includes a rotating blade that receives the kinetic energy of the water sprayed from the nozzle and rotates the rotating case.
  • a rotating ring extending along the circumferential direction of the fixed case is formed on an outer circumferential surface of the fixed case, and a ring receiving groove is provided on an inner circumferential surface of the rotating casing to accommodate the rotating ring and receive a support force from the rotating ring.
  • a vortex inductor that swirls the flow of water passing through the nozzle is built-in.
  • the smoke and toxic gas removal type sprinkler head device having the rotary venturi of the present invention made as described above in case of fire, sprays water and at the same time absorbs and removes surrounding smoke and toxic gas, thereby reducing the lethal amount of toxic gas in a short time. It is possible to minimize human casualties by lowering it as much as possible within a safe range and securing a visible distance.
  • FIG. 1 is a view for explaining a smoke-logging phenomenon that occurs when a conventional sprinkler operates in case of fire.
  • FIGS. 2A to 2C are views showing the configuration of a sprinkler head device according to a first embodiment of the present invention.
  • 3A to 3C are views showing modified examples of the sprinkler head device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a mounting structure of a nozzle mounted on a sprinkler head device according to a first embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are views showing another modified example of the sprinkler head device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams illustrating a use example of the sprinkler head device shown in FIG. 5A.
  • FIG. 7A to 8D are views for explaining the configuration of a sprinkler head device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the sprinkler head device shown in FIG. 7A.
  • FIG. 9 is a view showing the internal configuration of a nozzle applicable to the sprinkler head device according to the first and second embodiments of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing another modified example of the vortex inductor shown in FIG. 9;
  • FIG. 2A to 2C are views showing the configuration of a sprinkler head device according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2A is a perspective view of the head device 10
  • Fig. 2B is a bottom view.
  • Figure 2c is a bottom perspective view.
  • the smoke and toxic gas removal type sprinkler head device 10 having a rotary venturi includes a nozzle 31, a nozzle locking ring 12, a bearing 21, and a venturi casing. (16), first and second rotary blades 18 and 19, press-fitting blades 14, and push-up blades 17 are provided.
  • the nozzle 31 serves to spray the water supplied from the outside through and to the bottom.
  • nozzles There are various types of ideal nozzles that perform the function of ejecting water.
  • a nozzle of a closed type sprinkler and a nozzle of an open type sprinkler are all included in the nozzle in this description.
  • nozzle is illustrated as a nozzle of an open type sprinkler.
  • nozzles of closed sprinklers are also applicable.
  • the nozzle of the closed type sprinkler is a type in which a heat sensor is installed and has a structure in which the nozzle is normally closed, and the nozzle of the open type sprinkler has no heat sensor and the nozzle is also open.
  • the heat sensor installed in the nozzle of the closed type sprinkler is crushed by the water pressure through the nozzle, and the fragments escape directly from the lower part of the venturi casing.
  • the nozzle 31 is connected to the end of the firefighting pipe, and sprays the water supplied through the pipe downward through the pipe.
  • the nozzle 31 has an engaging screw portion 31a and a torque input portion 31c.
  • Coupling screw portion (31a) is a portion that is screwed to the firefighting pipe
  • torque input portion (31c) is a hexagonal portion that is bitten by a clamping tool when fixing the nozzle (31).
  • the hexagonal corner portion of the torque input portion 31c protrudes from the coupling screw portion 31a in the radial direction. Accordingly, as shown in FIG. 4, the nozzle locking ring 12 can be supported by the torque input unit 31c.
  • a vortex inductor 33 is built into the nozzle 31.
  • the vortex flow conductor 33 swirls the flow of water passing through the nozzle 31 . That is, to make the water streamline spiral. The reason for doing this is to spread the ejected water widely to improve the mixing efficiency of water and gas.
  • 9A to 9F are views showing a nozzle 31 and a state in which a vortex inductor 33 is mounted in the nozzle 31.
  • vortex inductors 33 of various shapes are installed inside the nozzle 31.
  • the vortex inductor 63 swirls the water passing through the nozzle 31.
  • the shape or material of the vortex inductor 33 can be implemented in various ways.
  • the vortex inductor 33 itself can be manufactured in the shape of a screw.
  • the material of the vortex inductor may be synthetic resin or metal.
  • the venturi casing 16 is a cylindrical member installed below the nozzle and opened up and down, and has an inlet portion 16a, an accelerator portion 16c, and an outlet portion 16e.
  • the inlet portion 16a is a portion that flares upward
  • the accelerator portion 16c is a narrow portion.
  • the outlet portion 16e is a portion that flares downward.
  • the inner diameter of the accelerator part 16c is smaller than the inner diameters of the inlet part 16a and the outlet part 16e.
  • the accelerating part 16c includes a portion of the venturi casing 16 having the smallest flow sectional area. Therefore, the water injected from the nozzle 31 passes through the accelerator and is accelerated. As the water accelerates, it goes without saying that negative pressure is created by the Venturi principle.
  • the venturi casing 16 passes the water injected from the nozzle in a state rotatably caught on the nozzle 31 through the nozzle holding ring 12 and the press-fitting wing 14, and according to the venturi effect to create negative pressure.
  • the generated negative pressure is a pressure lower than the surrounding atmospheric pressure, and allows the surrounding gas to be sucked into the venturi casing 16 .
  • the nozzle locking ring 12 is a ring-shaped member that is engaged with the torque input unit 31 of the nozzle 31 and has a locking groove 12a.
  • the locking groove 12a is a groove for accommodating the upper corner of the torque input unit 31c.
  • a bearing 21 is installed inside the locking groove 12a.
  • the bearing 21 is a ring-shaped member made of synthetic resin, and prevents friction between the nozzle 31 and the nozzle locking ring 12.
  • the bearing 21 can be made of acetal.
  • a plurality of press-fitting blades 14 are positioned between the nozzle locking ring 12 and the upper end of the venturi casing 16.
  • the press-fitting wing 14 is symmetrical with the nozzle holding ring 12 at the center.
  • the press-fitting wing 14 serves to pull the surrounding gas and press it into the venturi casing when the venturi casing 16 rotates, and also serves to connect the nozzle locking ring 12 and the venturi casing 16. do.
  • the venturi casing 16 is connected to the nozzle retaining ring 12 through the press-fitting blades 14.
  • the first and second rotary blades 18 and 19 are a plurality of wing members fixed to the inside of the lower end of the venturi casing 16, and transmit rotational force to the venturi casing by receiving kinetic energy of water.
  • the first rotor blades 18 have a larger area than the second rotor blades 19 and are arranged in a conformal shape in the circumferential direction of the venturi casing 16 .
  • the second rotary blades 19 are located between the first rotary blades 18 and collide with water passing between the first rotary blades 18.
  • the first and second rotary blades 18 and 19 collide with water passing through the venturi casing 16 and rotate the venturi casing 16 by receiving kinetic energy of the water.
  • the push-up wing 17 is a wing piece fixed to the outer circumferential surface of the venturi casing 16, and serves to raise the gas around the venturi casing to the upper part of the inlet 16a of the venturi casing when the venturi casing rotates. do In other words, the gas stagnant around the venturi casing 16 is raised higher than the venturi casing, so that the gas is sucked into the inlet portion 16a more quickly.
  • 3A to 3C are views showing modified examples of the sprinkler head device according to the first embodiment of the present invention.
  • the venturi casing 16 is assembled into an upper case 16g and a lower case 16m.
  • the lower end of the upper case 16g and the upper end of the lower case 16m are coupled through coupling flanges 16h and 16n in a state of contact.
  • various combinations of the upper case 16g and the lower case 16m can be implemented. For example, it is possible to secure lower cases of various sizes and replace and operate the lower case 16m coupled to the upper case 16g.
  • FIGS. 5A and 5B are views showing another modified example of the sprinkler head device according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 6A and 6B are views showing a use example of the sprinkler head device shown in FIG. 5A. .
  • the venturi casing 40 is composed of an upper case 41 and a lower case 43 .
  • the surrounding gas is taken in through the inlet portion 40a of the venturi casing 40, and water and a gas mixed with water are discharged through the outlet portion 40e.
  • the lower case 43 has a configuration that can be partially accommodated into the upper case 41 . That is, as shown in FIG. 6A, a part of the lower case 43 waits in a state accommodated inside the upper case 41, and then moves to the lower part of the upper case 41 by the action of water pressure when water is ejected. It will fall and expand. To this end, of course, the inner diameter of the lower end of the upper case 41 should be larger than the outer diameter of the upper end of the lower case 43 .
  • a spiral groove 41a is formed on the inner circumferential surface of the upper case 41, and a groove insertion protrusion 43a is formed on the outer circumferential surface of the lower case 43. is provided.
  • the spiral groove 41a is a groove extending spirally on the inner circumferential surface of the upper case 41, and two grooves are formed to face each other.
  • the groove insertion projection 43a is a projection fixed to the outer circumferential surface of the lower case 43, and is movable along the longitudinal direction of the spiral groove in a state accommodated in the spiral groove 41a. Therefore, as shown in FIG. 6A, the lower case 43 inserted into the upper case 41 descends and rotates at the same time when the hydraulic pressure is applied.
  • first and second rotary blades 43c and 43e are provided inside the lower case 43 .
  • the first and second rotary blades 43c and 43e receive kinetic energy of water injected through the nozzle 31 and rotate the venturi casing 40 .
  • Reference numeral 42 denotes a push-up wing.
  • the push-up wings 42 play the same role as the push-up wings (17 in FIG. 2A) described through FIG. 2A.
  • FIGS. 7C and 7D 7d are views for explaining the configuration of a sprinkler head device according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 7A is a perspective view partially cut away, FIG. 7B is a plan view of the head device in a partially cut state, FIGS. 7C and 7D 7d is a front and side view of the head device in a partially ablated state. 8 is a diagram schematically showing an operating state of the sprinkler head device according to the second embodiment.
  • the sprinkler head device 10 includes a nozzle 31, a venturi casing 50, and first and second rotary blades 55e and 55f.
  • the nozzle 31 has a vortex inductor 33 therein, and a description thereof is as described above.
  • the venturi casing 50 is supported by the nozzle 31, passes water injected from the nozzle, generates a negative pressure according to the venturi effect while the water passes, sucks in the surrounding gas, and removes the sucked gas. It mixes with water and releases it.
  • This venturi casing 50 is composed of a fixed case 51 and a rotating case 55.
  • the fixed case 51 is fixed to the nozzle 31 and provides an inlet 51f for receiving gas.
  • the fixed case 51 is coupled to the nozzle 31 through the nozzle support ring 51c and the press-fitting wing 51b, but does not rotate. Gas is merely passed downward through the inlet 51f, and the rotating case 55 is rotatably supported.
  • the configuration of the nozzle support ring 51c and the press-fit wing 51b is the same as the nozzle support ring 12 and the press-fit wing 14 described with reference to FIG. 2A.
  • a rotating ring 51e is provided on the outer circumferential surface of the fixed case.
  • the rotating ring 51e is a ring-shaped member extending along the circumferential direction of the fixed case 51 .
  • the rotating ring 51e has a certain cross-sectional shape along the extending direction.
  • the rotating case 55 is a member rotatably coupled to the fixed case 51 and has a ring receiving groove 55b on an inner circumferential surface.
  • the ring accommodating groove 55b is a circular groove accommodating the rotary ring 51e.
  • the rotating case 55 is axially rotatable while accommodating the rotating ring 51e.
  • first and second rotary blades 55e and 55f are provided inside the lower end of the rotating case 55 . The first and second rotary blades 55e and 55f rotate the rotary case 55 by receiving the flow energy of the water ejected from the nozzle.

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Abstract

본 발명은 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치에 관한 것이다. 이는, 외부로부터 공급되는 물을 분사하는 노즐과; 상기 노즐에 회전 가능하게 지지된 상태로 노즐로부터 분사되는 물을 입구부를 통해 받아들여 통과시키는 것으로서, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 생성하여 주변의 가스를 흡기하고 흡기된 가스를 물과 혼합시켜 배출하는 벤투리케이싱과, 벤투리케이싱의 내부에 고정되고, 물의 운동에너지를 전달받아 벤투리케이싱에 회전력을 전달하는 회전날개와; 벤투리케이싱의 상류측 단부에 위치하며, 벤투리케이싱의 회전 시 주변의 가스를 당겨 벤투리케이싱 내부로 압입하는 압입날개를 구비한다. 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치는, 화재 시, 물을 분사함과 동시에 주변 연기 및 유독가스를 빨아들여 제거함으로써 빠른 시간 안에 유독가스의 치사량을 안전한 범위 내로 최대한 낮추며, 가시거리를 확보하게 함으로써 인명피해를 최소화 할 수 있다.

Description

회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치
본 발명은 연기 및 유독가스 동시 제거형 스프링클러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화재 시 분사되는 물의 운동에너지를 이용해 주변의 연기 및 유독가스를 흡기하여 물에 용해시킴과 동시에 분사하여, 소화와 유독가스 제거를 한 번에 수행할 수 있는, 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치에 관한 것이다.
근래 건축되는 건물에는, 강화된 건축 소방법에 규정된 기준을 충족하는 여러 가지 소방용 설비가 의무적으로 설치된다. 이러한 소방용 설비에는, 소화설비, 경보설비, 피난설비, 소방용수설비, 소화활동 관련 설비 등이 포함되며, 최근에는 보다 성능이 좋고 오동작이 없는 제연설비나 스프링클러 장치 등이 개발 및 적용되고 있다. 당연히, 소방설비는, 화재를 조기 탐지 및 진압하여 인명피해를 최소화 하는 것을 공통의 목적으로 한다.
위의 여러 가지 설비 중, 스프링클러는, 화재 발생 시 소화용수를 분출하는 자동소화설비로서, 보통, 건물의 천장에 배치되며, 입상관과 지관을 통해 공급되는 물을 방사 방향으로 분사함으로써 화재를 진압한다.
스프링클러에는 다양한 종류가 있으며, 그 중에는, 폐쇄형과 개방형도 포함된다. 폐쇄형은 감열부가 설치된 타입으로서 평상시 분사노즐이 폐쇄되어 있는 구조를 가지고, 개방형은 감열부가 없고 분사노즐도 개방된 구성을 갖는다. 또한 폐쇄형에는 용융형과 파열형이 포함된다. 용융형은 퓨즈메탈이 작동 온도에 녹으면서 탈락되어 물이 살수되는 것이고, 파열형은 작동 온도에 글라스벌브가 깨짐으로서 탈락되어 물을 살수하게 된다.
한편, 화재 위치에서 발생하는 연기 및 유독가스는 열에 의한 부력을 얻어 천장에 모이고, 점차 기류를 형성하게 된다. 이를테면, 천장면을 타고, 압력이 낮은 방향인 덜 뜨거운 방향으로 퍼져 나가며 점차 두터운 층을 이루고 마침내 실내에 가득 차게 된다. 연기 및 유동가스의 이동의 원인은 열기와 압력이다.
화재에 의해 발생한 고온의 연기는 그 부력에 의해 지속적으로 상승하며, 운반되어 상층부의 압력이 높아지게 하고, 압력이 낮은 곳으로 연기(미연소 가연성 가스)가 이동하며, 복사열에 의해 일정 임계점에서 착화(着火)되는 플래시오버(FLACH OVER) 현상에 의해 화재는 확산하게 된다.
그런데, 종래의 일반적인 스프링클러는, (물을 분사하는 것이므로) 화염은 어느 정도 소화할 수 있지만, 연기 및 유독가스는 제거하지 못한다. 그 이유는, 물을 분사하면, 실내 상층부의 고온의 연기 및 유독가스가 물에 의해 냉각되어 농축하면서 하강하기 때문이다. 하강되는 연기 및 유독가스는 질식 환경을 만들고 더욱이 탈출구를 찾을 수 없도록 시야를 완전히 차단하여, 이른바, 스모크로깅 현상(Smoke Logging) 환경을 만든다. 바닥에 깔리는 농축된 유독 가스는 요구조자를 불과 몇 초 내에 질식시키고 시야를 차단함으로써 탈출을 거의 불가능하게 한다.
도 1은 화재 시 발생하는 스모크 로깅 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 A) 및 B)에 도시한 바와 같이, 화재 초기에는 고온의 연기, 유독가스가 실내 공간의 상층부로 지속적으로 올라가 모이며 압력을 높이고, 연기, 유독가스(미연소 가연성 가스)는 압력이 낮은 방향으로 퍼져나가며 착화 되어 플래쉬오버(Flashover) 현상으로 화재는 주변으로 확산하게 된다.
이 상태에서 스프링클러가 작동하여 소방용수가 분사되면, 도 1의 C)에 도시한 것처럼, 유독가스가 소방용수에 의해 냉각 및 농축되며 하강하기 시작한다. 이에 따라, D)에 나타낸 바와 같이 실내 공간의 상층부와 하층부 할 것 없이 전부가 암흑의 상태가 되고, 더욱이 화재로 정전된 상태에서 시간이 지날수록 독(毒- Poison)가스의 농도는 짙어지며, 한치 앞을 볼 수 없는 캄캄한 상황에서 요구조자는 공황에 빠져 호흡이 3배 이상 빨라져, 유독가스 흡입속도가 빨라져, 판단력 상실, 서로 엉키며 탈출하지 못하고 질식사 하게 된다. 참고로, 화재 독가스에 10~15초 노출 시 의식불명 상태가 되고, 화재 시 다량 발생되는 시안화수소(HCN) 가스는 한두 모금에도 사망한다.
또한, 유독가스를 배기시키는 배기장치를 구동한다 하더라도, 건물 내부를 채우고 있는 연기, 유독가스를 배기시켜, 호흡할 수 있을 정도로 만드는 정도에는 (사람이 숨을 참을 수 있는 시간 보다 훨씬) 오랜 시간이 소요되므로, 사람들이 안전하게 대피 할 수 있는 골든타임을 지킬 수 없다.
실내의 유독가스 자체를 제거하는 장치로 빠른 시간 내에 유독가스의 치사량을 안전한 범위 이하로 낮추는 노력이 요구되고 있는 것이다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 화재 시, 물을 분사함과 동시에 주변 연기 및 유독가스를 빨아들여 제거함으로써 빠른 시간 안에 유독가스의 치사량을 안전한 범위 내로 최대한 낮추며, 가시거리를 확보하게 함으로써 인명피해를 최소화 할 수 있는, 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치는, 외부로부터 공급되는 물을 분사하는 노즐과; 상기 노즐에 회전 가능하게 지지된 상태로 노즐로부터 분사되는 물을 입구부를 통해 받아들여 통과시키는 것으로서, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 생성하여 주변의 가스를 흡기하고 흡기된 가스를 물과 혼합시켜 배출하는 벤투리케이싱과, 벤투리케이싱의 내부에 고정되고, 물의 운동에너지를 전달받아 벤투리케이싱에 회전력을 전달하는 회전날개와; 벤투리케이싱의 상류측 단부에 위치하며, 벤투리케이싱의 회전 시 주변의 가스를 당겨 벤투리케이싱 내부로 압입하는 압입날개를 구비한다.
또한, 상기 압입날개를 매개로 하여 벤투리케이싱의 상류측 단부에 고정되는 것으로서, 링의 형상을 취하며 노즐을 감싼 상태로 노즐에 회전 가능하도록 걸려 지지되는 노즐걸림링이 더 포함된다.
그리고, 상기 벤투리케이싱의 외주면에는, 벤투리케이싱 주변의 가스를, 벤투리케이싱의 입구부 측으로 유도하는 푸쉬업날개가 더 마련되어 있다.
또한, 상기 벤투리케이싱은; 상호 결합하는 상부케이스 및 하부케이스로 조립 구성된다.
또한, 상기 하부케이스는 상부케이스의 내부에 부분적으로 수용되며, 물의 분사 시 수압의 작용에 의해 상부케이스 외부로 확장된다.
아울러, 상부케이스에는, 나선형으로 연장된 나선홈이 형성되고, 하부케이싱에는, 상기 나선홈에 끼워진 상태로 나선홈을 따라 이동 가능한 홈삽입돌기가 마련된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치는, 외부로부터 공급되는 물을 분사하는 노즐과; 상기 노즐에 지지되며 노즐로부터 분사되는 물을 통과시키고, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 생성하여 주변의 가스를 흡기하고, 흡기된 가스를 물에 혼합시켜 배출하는 것으로서, 상기 노즐에 고정되며 가스를 받아들이는 유입구를 제공하는 고정케이스, 고정케이스에 회전 가능하도록 결합하는 회전케이스를 갖는 벤투리케이싱과; 회전케이스의 내측에 고정되며, 노즐로부터 분사된 물의 운동에너지를 전달받아 회전케이스가 회전하게 하는 회전날개를 포함한다.
그리고, 상기 고정케이스의 외주면에는, 고정케이스의 원주방향을 따라 연장된 회전링이 형성되고, 회전케이싱의 내주면에는, 상기 회전링을 수용하며 회전링으로부터 지지력을 전달받는 링수용홈이 마련된다.
또한, 상기 노즐의 내부에는; 노즐을 통과하는 물의 흐름을 소용돌이치게 하는 와류유도체가 내장된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치는, 화재 시, 물을 분사함과 동시에 주변 연기 및 유독가스를 빨아들여 제거함으로써 빠른 시간 안에 유독가스의 치사량을 안전한 범위 내로 최대한 낮추며, 가시거리를 확보하게 함으로써 인명피해를 최소화 할 수 있다.
도 1은 화재 시 기존의 스프링클러가 작동할 때 발생하는 스모크로깅(Smoke-Logging) 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 구성을 나타내 보인 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 변형 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 스프링클러 헤드장치에 장착되는 노즐의 장착 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 다른 변형 예를 나타내 보인 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5a에 도시한 스프링클러 헤드장치의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 8d는 본 발명의 제2실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도7a에 도시한 스프링클러 헤드장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1,2실시예에 따른 스프링클러 헤드장치에 적용 가능한 노즐의 내부 구성을 나타내 보인 도면이다.
도 10은 도 9에 도시한 와류유도체의 다른 변형 예를 나타내 보인 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 구성을 나타내 보인 도면이다. 도 2a는 헤드장치(10)의 사시도이도, 도 2b는 저면도이다. 또한, 도 2c는 저면 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치(10)는, 노즐(31), 노즐걸림링(12), 베어링(21), 벤투리케이싱(16), 제1,2회전날개(18,19), 압입날개(14), 푸쉬업날개(17)를 구비한다.
노즐(31)은, 외부로부터 공급된 물을 통과시키며 하부로 분사하는 역할을 한다. 물을 분출하는 기능을 수행하는 이상 노즐의 종류는 다양하다. 가령, 폐쇄형 스프링클러의 노즐이나, 개방형 스프링클러의 노즐이 모두 본 설명에서의 노즐에 포함되는 것이다.
본 실시예와 후술하는 제2실시예의 설명을 위한 도면에서는, 편의상, 노즐을 개방형 스프링클러의 노즐로 도시하였다. 하지만 폐쇄형 스프링클러의 노즐도 당연히 적용 가능하다.
참고로, 폐쇄형 스프링클러의 노즐은 감열부가 설치된 타입으로서 평상시 노즐이 폐쇄되어 있는 구조를 가지고, 개방형 스프링클러의 노즐은 감열부가 없고 노즐도 개방된 구성을 갖는다. 화재 발생 시, 폐쇄형 스프링클러의 노즐에 설치되는 감열부는, 노즐을 통한 물의 수압에 의해 파쇄되어 파편이 벤투리케이싱의 하부로 바로 빠져나간다.
노즐(31)은 소방용 배관의 단부에 연결되며, 배관을 통해 공급된 물을 통과시켜 하향 분사한다. 노즐(31)은, 결합나사부(31a)와 토크입력부(31c)를 갖는다. 결합나사부(31a)는 소방배관에 나사식으로 결합하는 부분이고, 토크입력부(31c)는 노즐(31)을 고정할 때 죔 공구에 물리는 육각 부분이다. 토크입력부(31c)의 육각 모서리부는 결합나사부(31a)보다 반지름 방향으로 튀어 나와 있다. 이에 따라 도 4에 도시한 바와 같이, 노즐걸림링(12)을 토크입력부(31c)에 지지시킬 수 있게 된다.
노즐(31)의 내부에는 와류유도체(33)가 내장된다. 와유류도체(33)는, 노즐(31)을 통과하는 물의 흐름을 소용돌이치게 한다. 즉, 물의 스트림라인을 나선형으로 만드는 것이다. 이와 같이 하는 이유는, 분출되는 물의 넓게 퍼뜨려 물과 가스와의 혼합효율을 향상시키기 위한 것이다.
도 9a 내지 도 9f는 노즐(31) 및 노즐(31) 내에 와류유도체(33)가 장착된 모습을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 노즐(31)의 내부에 다양한 모양의 와류유도체(33)가 설치되어 있다. 위에 언급한 바와 같이, 와류유도체(63)는 노즐(31)을 통과하는 물을 소용돌이치게 한다. 이러한 역할을 할 수 있는 한 와류유도체(33)의 모양이나 재질은 얼마든지 다양하게 구현 가능하다.
가령, 도 10a 및 10b에 도시한 바와 같이, 와류유도체(33) 자체를 스크류의 형상으로 제작할 수 있는 것이다. 와류유도체의 재질은 합성수지나 금속 일 수 있다.
벤투리케이싱(16)은, 노즐의 하부에 설치되며 상하로 개방된 원통형 부재로서, 입구부(16a), 가속부(16c), 출구부(16e)를 갖는다. 입구부(16a)는 상부로 벌어진 부분이고, 가속부(16c)는 잘록하게 형성된 부분이다. 또한 출구부(16e)는 하부로 벌어진 부분이다.
가속부(16c)의 내경은 입구부(16a) 및 출구부(16e)의 내경에 비해 작다. 가속부(16c)는 벤투리케이싱(16)에 있어서, 유동단면적이 가장 작은 부분을 포함한다. 따라서 노즐(31)로부터 분사된 물은 가속부를 통과하며 가속된다. 물이 가속됨에 따라 벤투리원리에 의해 음압이 생성됨은 물론이다.
즉, 벤투리케이싱(16)은, 노즐걸림링(12) 및 압입날개(14)를 통해, 노즐(31)에 회전 가능하게 걸린 상태로, 노즐로부터 분사되는 물을 통과시키며 벤투리효과에 따른 음압을 생성하는 것이다. 생성된 음압은 주변의 대기압보다 낮은 압력으로서, 주변의 가스가 벤투리케이싱(16)으로 빨려들어가게 한다.
노즐걸림링(12)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 노즐(31)의 토크입력부(31)에 걸리는 링형 부재로서 걸림홈(12a)을 갖는다. 걸림홈(12a)은 토크입력부(31c)의 상부 모서리부를 수용하는 홈이다. 아울러, 걸림홈(12a)의 내부에는 베어링(21)이 설치된다. 베어링(21)은 합성수지로 제작된 링형 부재로서, 노즐(31)과 노즐걸림링(12) 사이의 마찰을 방지한다. 베어링(21)은 아세탈로 제작 가능하다.
노즐걸림링(12)과 벤투리케이싱(16)의 상단부 사이에는 다수의 압입날개(14)가 위치한다. 압입날개(14)는 노즐걸림링(12)을 중심에 두고 대칭을 이룬다. 압입날개(14)는, 벤투리케이싱(16)의 회전 시 주변의 가스를 당겨 벤투리케이싱 내부로 압입하는 역할과, 노즐걸림링(12)과 벤투리케이싱(16)을 연결하는 역할을 겸한다. 벤투리케이싱(16)이 압입날개(14)를 통해 노즐걸림링(12)에 연결되는 것이다.
제1,2회전날개(18,19)는, 벤투리케이싱(16)의 하단부 내측에 고정되는 다수의 날개부재로서, 물의 운동에너지를 전달받아 벤투리케이싱에 회전력을 전달한다. 제1회전날개(18)는 제2회전날개(19)에 비해 넓은 면적의 날개로서, 벤투리케이싱(16)의 원주방향으로 등각 배치된다. 제2회전날개(19)는 제1회전날개(18)의 사이에 위치하며, 제1회전날개(18)의 사이를 통과한 물과 충돌한다. 제1,2회전날개(18,19)는 벤투리케이싱(16)을 통과하는 물과 충돌하며, 물의 운동에너지를 받아 벤투리케이싱(16)을 회전시킨다.
푸쉬업날개(17)는, 벤투리케이싱(16)의 외주면에 고정된 날개편으로서, 벤투리케이싱의 회전 시, 벤투리케이싱 주변의 가스를 벤투리케이싱의 입구부(16a) 상부로 올리는 역할을 한다. 말하자면, 벤투리케이싱(16)의 주변에 정체되어 있는 가스를, 벤투리케이싱 보다 높게 올려, 가스가 입구부(16a)로 보다 신속히 빨려 들어가게 하는 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 변형 예를 도시한 도면이다.
이하, 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.
도면을 참조하면, 벤투리케이싱(16)이 상부케이스(16g)와 하부케이스(16m)로 조립 구성됨을 알 수 있다. 상부케이스(16g)의 하단부와 하부케이스(16m)의 상단부는 맞닿은 상태로 결합플랜지(16h,16n)을 통해 결합한다. 이처럼 상하부케이스(16g,16m)를 조립방식으로 구현함으로써 상부케이스(16g)와 하부케이스(16m)의 조합을 다양하게 구현 할 수 있다. 이를테면, 다양한 사이즈의 하부케이스를 확보하고, 상부케이스(16g)에 결합하는 하부케이스(16m)를 교체 운용할 수 있는 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 다른 변형 예를 나타내 보인 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 도 5a에 도시한 스프링클러 헤드장치의 사용 예를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b의 스프링클러 헤드장치(10)는, 벤투리케이싱(40)이 상부케이스(41)와 하부케이스(43)로 구성된다. 벤투리케이싱(40)의 입구부(40a)로는 주변의 가스가 흡기되고, 출구부(40e)를 통해서는 물 및 물과 혼합된 가스가 배출된다.
도시한 바와 같이, 하부케이스(43)는 상부케이스(41)의 내부로 부분적으로 수용 가능한 구성을 갖는다. 즉, 도 6a에 도시한 바와 같이, 하부케이스(43)의 일부가, 상부케이스(41)의 내부에 수용된 상태로 대기하다가, 물의 분출 시 수압의 작용에 의해, 상부케이스(41)의 하부로 빠지며 확장되는 것이다. 이를 위해, 상부케이스(41) 하단부의 내경이, 하부케이스(43) 상단부의 외경보다 커야 함은 물론이다.
또한, 하부케이스(43)를 상부케이스(41)에 지지시키기 위해, 상부케이스(41)의 내주면에는 나선홈(41a)이 형성되어 있고, 하부케이스(43)의 외주면에는 홈삽입돌기(43a)가 마련되어 있다.
나선홈(41a)은 상부케이스(41)의 내주면에 나선형으로 연장된 홈으로서, 두 개가 상호 대향하도록 형성된다. 홈삽입돌기(43a)는 하부케이스(43)의 외주면에 고정되어 있는 돌기로서, 나선홈(41a)에 수용된 상태로 나선홈의 길이방향을 따라 이동 가능하다. 따라서, 도 6a에 도시한 것처럼, 상부케이스(41)에 삽입되어 있는 하부케이스(43)는, 수압 작용 시, 하강함과 동시에 회전하게 된다.
이처럼 나선홈(41a)을 적용하고, 하부케이스(43)가 하강하면서 회전하게 설계한 이유는, 하부케이스(43)가 직선으로 빠질 경우, 상부케이스로부터 아예 이탈할 수 있기 때문이기도 하다.
아울러, 하부케이스(43)의 내측에는 제1,2회전날개(43c,43e)가 마련되어 있다. 제1,2회전날개(43c,43e)는 노즐(31)을 통해 분사되는 물의 운동에너지를 전달받아 벤투리케이싱(40)이 회전하게 한다.
도면부호 42는 푸쉬업날개이다. 푸쉬업날개(42)는 도 2a 통해 설명한 푸쉬업날개(도 2a의 17)과 같은 역할을 한다.
도 7a 내지 도 8d는 본 발명의 제2실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 7a는 일부 절제 사시도, 도 7b는 일부 절제된 상태의 헤드장치의 평면도, 도 7c 및 도 7d는 일부 절제된 상태의 헤드장치의 정면도 및 측면도이다. 또한, 도 8은 제2실시예에 따른 스프링클러 헤드장치의 작동 상태를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도시한 바와 같이, 제2실시예에 따른 스프링클러 헤드장치(10)는, 노즐(31), 벤투리케이싱(50), 제1,2 회전날개(55e,55f)를 포함하여 구성된다.
노즐(31)은 내부에 와류유도체(33)를 갖는 것으로서 그에 관한 설명은 상기한 바와 같다.
벤투리케이싱(50)은, 노즐(31)에 걸려 지지되며 노즐로부터 분사되는 물을 통과시키고, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 생성하여 주변의 가스를 흡기하고, 흡기된 가스를 물에 혼합시켜 배출하는 역할을 한다.
이러한 벤투리케이싱(50)은, 고정케이스(51)와 회전케이스(55)로 구성된다. 고정케이스(51)는, 노즐(31)에 고정되며 가스를 받아들이는 유입구(51f)를 제공한다.
고정케이스(51)는 노즐지지링(51c)과 압입날개(51b)을 통해 노즐(31)에 결합하고 있지만 회전하지는 않는다. 단지 유입구(51f)를 통해 가스를 하향 통과시킴과 아울러, 회전케이스(55)를 회전 가능하게 지지한다. 노즐지지링(51c)과 압입날개(51b)의 구성은 도 2a를 통해 설명한 노즐지지링(12) 및 압입날개(14)와 같다.
이를 위하여 고정케이스의 외주면에는 회전링(51e)이 구비된다. 회전링(51e)은 고정케이스(51)의 원주방향을 따라 연장된 링형부재이다. 회전링(51e)은 연장방향을 따라 일정단면 형상을 갖는다.
회전케이스(55)는 고정케이스(51)에 회전 가능하도록 결합하는 부재로서 내주면에 링수용홈(55b)을 구비한다. 링수용홈(55b)은 회전링(51e)을 수용하는 원형 홈이다. 회전케이스(55)는 회전링(51e)을 수용한 상태로 축회전 가능하다. 아울러, 회전케이스(55)의 하단부 내측에는 제1,2회전날개(55e,55f)가 마련되어 있다. 제1,2회전날개(55e,55f)는 노즐로부터 분출되는 물의 유동에너지를 받아 회전케이스(55)가 회전되게 한다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 외부로부터 공급되는 물을 분사하는 노즐과;
    상기 노즐에 회전 가능하게 지지된 상태로 노즐로부터 분사되는 물을 입구부를 통해 받아들여 통과시키는 것으로서, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 생성하여 주변의 가스를 흡기하고 흡기된 가스를 물과 혼합시켜 배출하는 벤투리케이싱과,
    벤투리케이싱의 내부에 고정되고, 물의 운동에너지를 전달받아 벤투리케이싱에 회전력을 전달하는 회전날개와;
    벤투리케이싱의 상류측 단부에 위치하며, 벤투리케이싱의 회전 시 주변의 가스를 당겨 벤투리케이싱 내부로 압입하는 압입날개를 구비하는,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압입날개를 매개로 하여 벤투리케이싱의 상류측 단부에 고정되는 것으로서, 링의 형상을 취하며 노즐을 감싼 상태로 노즐에 회전 가능하도록 걸려 지지되는 노즐걸림링이 더 포함되는,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤투리케이싱의 외주면에는, 벤투리케이싱 주변의 가스를, 벤투리케이싱의 입구부 측으로 유도하는 푸쉬업날개가 더 마련되어 있는,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤투리케이싱은;
    상호 결합하는 상부케이스 및 하부케이스로 조립 구성된,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부케이스는 상부케이스의 내부에 부분적으로 수용되며, 물의 분사 시 수압의 작용에 의해 상부케이스 외부로 확장되는,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상부케이스에는, 나선형으로 연장된 나선홈이 형성되고,
    하부케이싱에는, 상기 나선홈에 끼워진 상태로 나선홈을 따라 이동 가능한 홈삽입돌기가 형성된,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  7. 외부로부터 공급되는 물을 분사하는 노즐과;
    상기 노즐에 지지되며 노즐로부터 분사되는 물을 통과시키고, 물이 통과하는 동안 벤투리효과에 따른 음압을 생성하여 주변의 가스를 흡기하고, 흡기된 가스를 물에 혼합시켜 배출하는 것으로서, 상기 노즐에 고정되며 가스를 받아들이는 유입구를 제공하는 고정케이스, 고정케이스에 회전 가능하도록 결합하는 회전케이스를 갖는 벤투리케이싱과;
    회전케이스의 내측에 고정되며, 노즐로부터 분사된 물의 운동에너지를 전달받아 회전케이스가 회전하게 하는 회전날개를 포함하는,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정케이스의 외주면에는, 고정케이스의 원주방향을 따라 연장된 회전링이 형성되고,
    회전케이싱의 내주면에는, 상기 회전링을 수용하며 회전링으로부터 지지력을 전달받는 링수용홈이 마련된,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
  9. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 노즐의 내부에는;
    노즐을 통과하는 물의 흐름을 소용돌이치게 하는 와류유도체가 내장된,
    회전식 벤투리를 구비한 연기 및 유독가스 제거형 스프링클러 헤드장치.
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