WO2024005272A1 - 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법 - Google Patents

가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법 Download PDF

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전창수
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Korea Institute of Industrial Technology KITECH
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    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/06—Electric contact parts specially adapted for use with electric fuzes

Definitions

  • the present invention relates to a gas hydrate fire extinguishing agent and a flame suppression method using the same.
  • it is composed of only water and fire extinguishing gas, minimizes environmental damage, and has a higher fire penetration performance than other fire extinguishing agents, enabling effective fire suppression through remote throwing, etc.
  • This relates to a possible gas hydrate fire extinguisher and a flame suppression method using the same.
  • firefighting equipment in a building sprays water or chemicals at the location of the fire using foam fire extinguishing equipment, Halon fire extinguishing equipment, and sprinklers, which are water spray equipment, in response to fire alarm signals from automatic detectors or manual fire alarms. Extinguish the fire by doing so.
  • the foam fire extinguishing equipment is a water-based fire extinguishing method that is less effective or is used for fires involving flammable liquids that have a risk of spreading the fire.
  • Foam fire extinguishing equipment extinguishes asphyxiation by blocking the air by covering the surface of the combustion product with a collection of fine bubbles formed by foaming an aqueous solution of water and foam fire extinguishing agent in a certain ratio by air.
  • the Halon fire extinguishing equipment is a facility that extinguishes fire by suppressing the combustion reaction of a fire using a halogen compound fire extinguishing agent.
  • Halogen compound fire extinguishing agents are a mixture of halogen elements F, CL, and Br with aliphatic saturated hydrocarbons. Halogen compound fire extinguishing agents are excellent at suppressing the chain reaction of combustion.
  • the sprinkler is an automatic fire extinguishing equipment that automatically blows a fuse in the head in response to a fire, and water sprays out into each deflector in the form of a shower, extinguishing the fire and at the same time notifying the occurrence of a fire.
  • This equipment consists of a sprinkler head that produces rain, pipes that supply water, an alarm device, a pump, and a water source.
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 2022-0085974, published on June 23, 2022 discloses an upper body that is formed normally and provides an accommodating space for a powder fire extinguishing agent inside, and the lower part is open and communicates with the accommodating space,
  • a fire extinguishing agent case including an air injection stand for shielding the open lower part of the upper body is damaged by an external impact, and is provided inside the fire extinguishing agent case, and when damaged by an impact, the powder extinguishing agent is released while releasing the charged compressed air.
  • It includes a compressed air scattering means for scattering, and the fire extinguishing agent case is disclosed for a fire extinguishing agent formed using a mixture of ammonium phosphate ((NH 4 ) 3PO 4 ) and starch.
  • Patent Document 1 gaseous clean fire extinguishing agents such as carbon dioxide, HFC series, or Halon series are combined with water molecules or polar solvents to be stably stored in the form of gas hydrate, and the gas is automatically released in the event of a fire.
  • gaseous clean fire extinguishing agents such as carbon dioxide, HFC series, or Halon series are combined with water molecules or polar solvents to be stably stored in the form of gas hydrate, and the gas is automatically released in the event of a fire.
  • Patent Document 2 provides a fire extinguishing agent case that can be used as soil fertilizer after being thrown or dropped at the point of fire
  • Patent Document 3 the main body of the forest fire extinguishing container is made of eco-friendly materials to prevent environmental pollution.
  • the composition of a fire extinguishing agent filled with a powder fire extinguishing agent has been disclosed to extinguish a forest fire by being thrown through an aircraft, there was a problem that the fire extinguishing function was reduced because the oxygen blocking function and cooling chain reaction suppression function could not be performed. .
  • Another object of the present invention is to provide a gas hydrate fire extinguisher that can be provided in the form of a fire extinguisher by filling the gas hydrate with fire extinguishing gas, and a flame suppression method using the same.
  • Another object of the present invention is to provide a gas hydrate fire extinguisher that can be used as a fire delay or protection strategy by remote throwing, etc., and a flame suppression method using the same.
  • the gas hydrate fire extinguisher is a gas hydrate fire extinguisher for suppressing flames and preventing fire spread, and includes a main body, a gas hydrate member filled in the main body, and a gas hydrate member provided on the outside of the main body. It is characterized by comprising a sensing member, an expansion agent provided in a central portion of the main body, and a transmission member that transmits the shock sensitivity or temperature state sensed by the sensing member to the expansion agent.
  • the gas hydrate fire extinguishing coal in the gas hydrate fire extinguishing coal according to the present invention, it is characterized in that it further includes a hydrate breaker (Hydrate Breaker) provided to surround the expanding agent.
  • a hydrate breaker Hydrophilic Breaker
  • the main body is made of non-combustible plastic, and the expanding agent contains sodium azide or guanidine nitrate.
  • the gas hydrate member is characterized in that it is provided as powder or pellets.
  • the fire extinguishing gas without the gas hydrate is characterized in that it consists of any one or a mixture of CO 2 , HFC-125, HFC-23, and FIC-1311.
  • the gas hydrate fire extinguisher according to the present invention further includes an igniter that operates the expanding agent, the transmission member is made of an ignition wire, and the ignition wire is connected between the igniter and the expanding agent.
  • the sensing member is a shock sensor that detects shock sensitivity during free fall
  • the igniter is a piezoelectric element that operates according to the shock sensitivity detected by the shock sensor. It is characterized by being.
  • the piezoelectric element is characterized in that it is ignited when free falling from an altitude of 10 m or more.
  • the diameter of the main body is 150 to 250 mm.
  • the sensing member is a heat sensor that detects the temperature around the main body, and two or more heat sensors are provided in the main body.
  • the transfer member is made of a heat transfer wire, and the heat transfer wire is connected between the heat detection sensor and the expansion agent.
  • the expanding agent is ignited at 300°C or higher.
  • the flame suppression method includes (a) a main body made of non-flammable plastic and having a ball shape, a gas hydrate member filled in the main body, and an expanding agent provided in the central portion of the main body. , a weight member provided at the lower center of the main body and made of a different material from the main body, a shock sensor and a piezoelectric element provided on the weight member, and a gas hydrate fire extinguisher including an ignition wire connected between the piezoelectric element and the expansion agent.
  • the weight member is located at the lower center of the main body, and the piezoelectric element is positioned at an altitude of 10 m above the aircraft. Ignition in abnormal free fall, (c) expansion of the expansion agent by ignition in step (b), (d) expansion of the expansion agent in step (c), crushing of the main body and the gas
  • the hydrate member is characterized in that it is sprayed onto the flame portion.
  • a method of extinguishing a flame by throwing a gas hydrate fire extinguisher containing two or more heat detection sensors provided in the main body to detect the surrounding temperature, and a heat transfer wire connected between the heat detection sensor and an expanding agent comprising: (a) the Throwing a fire extinguisher around a flame, (b) the heat detection sensor detects the temperature around the flame, and expanding the expanding agent when it detects a temperature of 300°C or higher, (c) the expanding agent in step (b) The expansion of the main body is broken and the gas hydrate member is sprayed onto the flame portion.
  • the throwing is performed by a launcher.
  • the fire suppression range per unit volume is wide, so it has an innovative combustion blocking function (efficient combustion blocking) and a physical property of absorbing surrounding heat (cooling effect). ), the high-density filling of fire extinguishing gas (density ⁇ 0.95) prevents it from being pushed around by the flame flow, resulting in the effect of being excellent for suppressing initial throwing (possible for long-distance throwing).
  • the gas hydrate fire extinguisher and the flame suppression method using the same according to the present invention has an oxygen blocking function, a cooling effect, a flame chain reaction suppression effect, a large fire suppression range, a physical property of quickly absorbing heat from the surrounding area, a long-distance throwing function, etc. It has the advantage of being applicable to various fires.
  • Figure 2 is a configuration diagram of a gas hydrate fire extinguisher according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a process diagram of flame suppression using the fire extinguisher shown in Figure 2;
  • Figure 4 is a configuration diagram of a gas hydrate fire extinguisher according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a process diagram of flame suppression using the fire extinguisher shown in Figure 4.
  • Figure 6 is a configuration diagram showing an example of a launcher used in the throwing process shown in Figure 5.
  • Gas Hydrate used herein is a state in which fire extinguishing gas and water (fire-fighting solvent) are physically combined, and more than 50 times more fire-fighting gas can be stored in the water lattice.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of the gas hydrate structure used in the present invention.
  • These hydrates can quickly extinguish fires by generating a large amount of fire extinguishing gas and spewing out water when a fire occurs, so these crystal-type fire extinguishing charcoals have a wide fire suppression range per unit volume and can be thrown from long distances, making it possible to use various types of fire extinguishing charcoal. It can be efficiently applied to industrial fire suppression (class A, B, C fires).
  • the gas hydrate used in the present invention is capable of hydrogen bonding, called the host, and is composed of water or a polar solvent, which is a non-flammable solvent, and a gas called the guest, and exists stably in a solid state at appropriate pressure and temperature.
  • the solvent can be one or more selected from the group consisting of water, phenol, and ketone
  • the gas is carbon dioxide, nitrogen gas, SF6 gas, HFC series gas, and halon, which are gases with excellent insulation and combustion blocking functions.
  • One or more types selected from the group consisting of (Halon) series gases, other disaster prevention gases, and clean fire extinguishing agents can be applied.
  • Table 1 below shows the fire extinguishing gas species that do not destroy the global environment in accordance with the National Fire Agency's notice "Fire Safety Standards for Halogen Compound and Inert Gas Fire Extinguishing Equipment” implemented in 2018, including CO 2 , HFC-125, HFC-23, and FIC. -This is basic physical property analysis data for the application of three types of 13I1 gas hydrates to fire extinguishers. Therefore, in the present invention, HFC-125, HFC-23, FIC-1311, etc. can be applied as fire extinguishing gas.
  • Flame extinguishing concentration is a measure of the concentration of the fire extinguishing agent required to put out the fire. The smaller the value, the better the fire extinguishing ability, and 2) Enthalpy is the amount per unit weight when dissociating gas hydrate. It is the amount of heat absorption, and 3) it is the gas storage rate per unit volume of gas hydrate (STP condition).
  • the gas hydrate can be composed of multiple combinations of subject and object groups, for example, it is preferable to be composed of (one type or multiple types of subject material) - (one type or multiple types of object material). Additionally, gas hydrate can be produced by further including additives as needed.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a gas hydrate fire extinguisher according to the first embodiment of the present invention.
  • the fire extinguisher according to the first embodiment of the present invention may be mounted on, for example, a drone or helicopter, which is an aircraft capable of moving in the sky, and be provided to extinguish flames by free falling.
  • the gas hydrate extinguisher 100 is a gas hydrate extinguisher for suppressing flames and preventing fire spread, and is approximately spherical in shape.
  • It may include a transmission member that transmits impact sensitivity to the expansion agent 140 and an igniter 170 that operates the expansion agent.
  • the main body 110 is a relatively lightweight plastic material that reduces the overall weight of the fire extinguisher 100 and can be easily crushed by expansion of the expansion agent 140. It may be made of non-flammable plastic, but is not limited thereto. No, it may be made of flame-retardant vinyl material. In addition, the main body 110 can be prepared as one piece using a conventional injection technique with the portion (opening portion) where the weight member 130 is to be joined opened. In addition, in the above description, the main body 110 is described as having a spherical shape, but it is not limited to this and may also have a polygonal shape.
  • the gas hydrate member 120 is, for example, made of powder or pellets made of pure water, HFC-125, HFC-23, and FIC-1311, and is connected to the main body 110 through an opening to which the weight member 130 is coupled. Can be recharged within
  • the weight member 130 is provided in an approximately circular shape so that when the fire extinguisher 100 freely falls from a movable aircraft, the sensing member is positioned at the lower center of the main body 110 to detect the impact of the fall. It can be made of a material with a weight greater than (110). That is, for example, it is provided in a size corresponding to the above-mentioned opening, and may be made of a metal material that is heavier than plastic or a ceramic material that can be easily damaged by contact with the ground when the fire extinguisher 100 falls.
  • the swelling agent 140 may include sodium azide or guanidine nitrate.
  • the sodium azide has the chemical formula: NaN 3 (Sodium Trinitride, Smite, Azium), melting point: 275 [°C], flash point: 300 [°C], substance amount: 65.0 [g/Mol], color: colorless (Colorless to White), Odor: Odorless, guanidine nitrate has the chemical formula: [C(NH 2 ) 3 ]NO 3 or CH 6 N 4 O 3 , and is composed of nitric acid (HNO 3 ) and guanidine (C(NH)(NH).
  • the above-described sodium azide is a chemically stable material, but reacts violently with iron oxide (Fe 2 O 3 ) as shown in the formula below, producing nitrogen in a very short time (0.03 to 0.05 seconds).
  • sodium azide is decomposed by spark ignition, producing a large amount of nitrogen gas.
  • This chemical reaction is, for example, applied to automobile airbags, and in the present invention, this technology can be used as an expanding agent for gas hydrate fire extinguisher 100.
  • the hydrate breaker 150 is made of, for example, sand, and is provided to crush the main body 110 by applying pressure to the gas hydrate member 120 when the expansion agent 140 expands.
  • the above-described expansion agent 140 is provided in a substantially spherical shape corresponding to the main body 110, and the hydrate breaker 150 is provided in a circular shape to surround the entire expansion agent 140, and is provided at approximately the center of the main body 110 through the opening. It is prepared to be inserted into the part.
  • the sensing member is provided as a crash sensor (160) that detects the impact sensitivity of the fire extinguisher 100 according to the first embodiment of the present invention when it freely falls.
  • the shock sensor 160 is set to shock sensor sensitivity according to height designation. For example, the speed generated when an aircraft is free-falling from an altitude of about 10 m or more is given in the following equation (1).
  • the igniter 170 may be provided with a structure in which the igniter 170 is ignited with impact sensitivity when the impact sensor 160 is free-falled from an altitude of about 10 [m] or more, that is, at a speed of about 50 [km/h] or more.
  • the igniter 170 does not require a separate power supply and can use a highly reliable piezoelectric element.
  • This piezoelectric element is an element part of a control system using a material (PZT lead zirconate titanate) that exhibits a piezoelectric effect, and is also called a piezoelectric element.
  • a pressure of 0.25 [kN] is applied upward by the shock sensor 160, electricity is induced. At this time, it is provided to generate a spark using the induced electricity.
  • the piezoelectric element is applied to the hydrate fire extinguisher 100, so that the piezoelectric element operates by an impact force of 0.25 [kN] or higher, and the electricity induced at this time generates a spark to operate the expansion agent (140).
  • the piezoelectric element operates even at a downward tilt of 45°.
  • the impact sensor 160 and the piezoelectric element 170 as described above are provided in the central portion of the weight member 130 to control the fire extinguisher 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • an impact is sensed at the lower center of the fire bomb 100 and ignited.
  • the transmission member is made of an ignition wire (Wire, 180) connected between the igniter 170 and the expansion agent 140, and is provided to transmit electricity induced in the igniter 170 to the expansion agent 140.
  • the diameter of the fire extinguisher 100 according to the first embodiment as described above is, for example, 150 to 250 mm in diameter, preferably about 200 mm, so as to have an effective fire extinguishing area with a radius of 3 m or more, and has a weight of about 500 mm. It can be prepared in ⁇ 800g.
  • the fire bomb 100 according to the first embodiment of the present invention is mainly used for dropping from a flying drone or helicopter, and can be used by mounting multiple fire bombs on 30 kg, which is the maximum load weight of a fire drone.
  • Figure 3 is a process diagram of flame suppression using the fire extinguisher shown in Figure 2.
  • a gas hydrate fire bomb (100) including a weight member made of a different material, an impact sensor and a piezoelectric element provided on the weight member, and an ignition wire connected between the piezoelectric element and an expansion agent is mounted on an aircraft that can move in the sky. (S10).
  • the weight member When the fire extinguisher 100 freely falls (S20) from the aircraft toward the flame portion, the weight member is located at the lower center of the main body, and the piezoelectric element is ignited when it freely falls from an altitude of 10 m or more from the aircraft, The expanding agent expands due to the ignition (S30).
  • the impact sensor type fire extinguisher 100 is directly dropped by a drone or the like in front of the direction of progress of an open fire such as a forest fire. It can be extinguished, and the weight of the fire extinguisher (100) is set at about 500 to 800 g considering the weight of the drone (up to 30 kg), so multiple fire bombs (100) can be dropped in one movement of the aircraft.
  • gas hydrate fire extinguishing charcoal (100) function of the present invention is combined with various functions of previously developed swarm drones (thermal image analysis, AI autonomous mission performance, etc.), making it possible to not only extinguish fires at night but also monitor and extinguish remaining fires.
  • a drone can be used to throw gas hydrate fire extinguishers (100) onto the rooftop or veranda of the high-rise building to minimize casualties.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a gas hydrate fire extinguisher according to a second embodiment of the present invention.
  • the fire extinguisher according to the second embodiment of the present invention can be prepared to extinguish a flame by, for example, being thrown directly by a user, such as a firefighter, or by being mounted on a dedicated launcher and throwing it.
  • a user such as a firefighter
  • the same parts as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.
  • the gas hydrate extinguisher 100 is a gas hydrate extinguisher for suppressing flames and preventing fire spread, and is approximately spherical in shape.
  • a main body 110 a gas hydrate member 120 filled in the main body 110, a plurality of sensing members provided on the outside of the main body 110, and an expansion agent 140 provided at approximately the center of the main body 110.
  • a hydrate breaker 150 provided surrounding the expansion agent 140, and a transmission member that transmits the temperature state detected by the plurality of sensing members to the expansion agent 140.
  • the main body 110 is a relatively lightweight plastic material that reduces the overall weight of the fire extinguisher 100 and can be easily crushed by the expansion of the expansion agent 140. It can be made of non-flammable plastic, and can be thrown directly by the user.
  • the diameter may be 60 to 80 mm, preferably 70 mm, so that it can be thrown by being mounted on a dedicated launcher.
  • the gas hydrate member 120 is, for example, a powder or pellet made of pure water, HFC-125, HFC-23, or FIC-1311, and can be filled into the main body 110 through an opening to which the sensing member is coupled.
  • the swelling agent 140 may include sodium azide or guanidine nitrate.
  • the hydrate breaker 150 is made of, for example, sand, and is provided to crush the main body 110 by applying pressure to the gas hydrate member 120 when the expansion agent 140 expands.
  • the transfer member is made of a heat transfer wire (Wire, 185), and the heat transfer wire is connected between the heat detection sensor 190, which is a plurality of sensing members, and the expansion agent 140.
  • Two or more thermal sensors 190 may be provided on the main body 110 to detect the temperature around the main body 110. That is, the structure shown in FIG. 4 shows a structure in which three thermal sensors 190 are provided at intervals of 120 degrees, but the structure is not limited to this and four or more may be provided.
  • the heat detection sensor 190 may be provided in a structure that ignites when heat from the fire scene is conducted and the temperature exceeds about 300°C.
  • the diameter of the fire extinguisher 100 according to the second embodiment as described above is, for example, 60 to 80 mm in diameter, preferably about 70 mm, so as to have an effective fire extinguishing area of 1 m or more in radius, and has a weight of about 50 mm. It can be prepared in ⁇ 60g.
  • the fire extinguisher 100 according to the second embodiment of the present invention is thrown directly by a user such as a firefighter or is thrown by being mounted on a dedicated launcher, etc., it can be prepared on a smaller scale compared to the first embodiment.
  • a gas hydrate fire extinguisher (100) including one or more heat sensors and a heat transfer wire connected between the heat sensors and the expansion agent is prepared (S100).
  • the fire extinguisher 100 prepared in step S100 can be thrown directly by a user such as a firefighter, or, as shown in FIG. 6, it is mounted on a dedicated launcher 300 that can be used as a personal portable, mounted on a vehicle, or mounted on a helicopter, etc., and is thrown around the flame. Throw it at (S110).
  • FIG 6 is a configuration diagram showing an example of the launcher 300 used in the throwing process shown in Figure 5, which includes a gun barrel coupled with a fire extinguisher feeder 200 that supplies fire bombs 100, and an extruded air charging connector ( 310), a compressed air cylinder 320, a sight 330, a body 340, etc.
  • the heat detection sensor provided on the fire extinguisher of the second embodiment thrown in step S110 detects the temperature around the flame, and when it detects a temperature of 300°C or higher, the expanding agent expands (S120).
  • heat-sensitive fire extinguishers are concentrated in front of the direction of the fire at regular intervals and widths (belt type) to fire the fire. You can prevent it from crossing.
  • the heat-sensitive fire extinguisher 100 and a launcher according to the second embodiment are mounted on a drone to throw the fire extinguisher into an open space in the horizontal position of a high-rise building or fire characteristics. Depending on the situation, fire extinguishers can be thrown inside the building using an impact sensor.
  • the fire extinguishing agent 100 according to the second embodiment can be applied, and the fire extinguishing agent 100 according to the second embodiment can be applied to the fire surrounding a battery fire mounted on an electric vehicle or ESS. Due to its physical property of quickly absorbing heat from the surroundings and the ejection of water and fire extinguishing gas from the flame, it is possible to dramatically control the thermal runaway phenomenon caused by battery fires.
  • gas hydrate fire extinguisher according to the present invention and the flame suppression method using the same, oxygen blocking function, cooling effect, flame chain reaction suppression effect, large fire suppression range, physical property to quickly absorb heat from the surrounding area, and long-distance throwing function It has the following advantages and can be applied to various fires.

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Abstract

환경피해를 최소화하며, 화재 심부 침투 성능이 타 소화약제보다 높아 원격 투척 등으로 효과적인 화재 진압이 가능한 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법에 관한 것으로, 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재, 상기 본체의 외부에 마련된 감지 부재, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 감지 부재에서의 감지된 충격 감도 또는 온도 상태를 상기 팽창제에 전달하는 전달 부재를 포함하는 구성을 마련하여, 산소 차단 기능, 냉각작용, 화염 연쇄반응 억제 작용, 큰 화재진압 범위, 주변을 열을 신속히 흡열하는 물리적 성질, 장거리 투척 기능 등의 장점이 있어 다양한 화재에 적용할 수 있다.

Description

가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법
본 발명은 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법에 관한 것으로, 특히 물과 소화가스만으로 이루어지고, 환경피해를 최소화하며, 화재 심부 침투 성능이 타 소화약제보다 높아 원격 투척 등으로 효과적인 화재 진압이 가능한 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법에 관한 것이다.
전형적으로 건축물 내 소방설비는 화재발생시 자동 감지기 또는 수동 화재경보기에 의한 화재 경보 신호에 따라 포소화설비, 하론소화설비 및 살수설비인 스프링쿨러 등을 이용하여 화재발생장소에 물이나 화학약품 등을 살포함으로써 화재를 진압한다.
상기 포소화설비는 물에 의한 소화방법으로 효과가 적거나 화재가 확대될 위험성이 있는 가연성 액체 등의 화재에 사용하는 설비이다. 포소화설비는 물과 포소화약제가 일정한 비율로 혼합된 수용액이 공기에 의하여 발포시켜 형성된 미세한 기포의 집합체가 연소물의 표면을 덮어 공기를 차단함으로써 질식소화한다.
상기 하론소화설비는 할로겐화합물 소화약제를 사용하여 화재의 연소반응을 억제하여 소화하는 설비이다. 할로겐화합물 소화약제는 지방족 포화 탄화수소에 할로겐 원소인 F, CL, Br를 혼합한 것을 말한다. 할로겐화합물 소화약제는 연소의 연쇄반응 억제작용이 우수하다.
상기 스프링쿨러(springcooler)는 헤드에서 화재에 따라 자동적으로 퓨즈가 끊어져 물이 튀어나와 디플렉터마다 샤워 모양으로 쏟아지고 소화를 행함과 동시에 화재의 발생을 알리는 자동소화설비이다. 이 설비는 비를 내리는 스프링쿨러 헤드, 물을 공급하는 배관, 경보장치, 펌프, 수원 등으로 구성된다.
그러나 상술한 바와 같은 소화설비는 그 시공 및 설치비용이 고가인데도 불구하고, 건축물 내의 주변부에 위치한 화재발생장소의 진압에 취약하여 건축물 내 소화에 대한 사각지대가 존재한다.
최근에는 기후변화 등의 원인으로 초대형 산불과 산업현장에서의 난접근성 화재가 자주 발생하여 범 국제적 재난으로 부각되고 있다. 산불화재의 경우에는 야간진화나 원거리 투척에 의한 화재 진압이 어렵고, 고층빌딩화재에서도 15층 이상의 화재는 펌프의 성능의 한계로 진압이 어렵다. 따라서 기존 소화시스템에 대비하여 성능이 우수한 소화재나 시스템 개발이 요구되고 있다.
이러한 요구에 따른 소화 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1(대한민국 등록특허공보 제10-1034564호, 2011.05.04 등록)에는 가스 하이드레이트가 저장된 저장부 및 상기 저장부와 연결되고, 상기 저장부에 저장된 가스 하이드레이트로부터 해리된 가스를 화재발생장소로 분사하는 노즐부를 포함하고, 상기 가스 하이드레이트는 용매와 가스를 포함하고, 상기 가스는 이산화탄소, SF6 가스, HFC계열 가스 및 할론(Halon)계열 가스로 이루어진 군에서 선택되는 다종인 자동소화장치에 대해 개시되어 있다.
또 특허문헌 2(대한민국 공개특허공보 제2022-0085974호, 2022.06.23 공개)에는 통상으로 형성되어 내부에 분말소화제의 수용공간을 제공하며, 하부가 개방되어 상기 수용공간과 연통되는 상부 보디, 상기 상부 보디의 개방된 하부를 차폐하기 위한 공기주입 받침대를 포함하는 소화약제 케이스 및 외부 충격에 의해 파손되며, 상기 소화약제 케이스 내부에 구비되어 충격에 의해 파손될 경우 충전된 압축공기를 방출하면서 상기 분말 소화제를 비산시키는 압축공기 비산수단을 포함하며, 상기 소화약제 케이스는 인산암모늄((NH4)3PO4)과 녹말의 혼합물을 이용하여 형성되는 소화탄에 대해 개시되어 있다.
한편, 특허문헌 3(대한민국 등록특허공보 제10-2112321호, 2020.05.12 등록)에는 비행체를 통해 투척하여 산불을 진압하도록 분말 소화제가 충전된 소화탄으로서, 내부에 수용공간이 마련된 산불 소화용기 본체, 상기 산불 소화용기 본체의 수용 공간에 충전되는 분말 소화제 및 상기 산불 소화용기 본체의 수용 공간에 충전되어 습기를 제거하도록 된 제습제, 상기 산불 소화용기 본체에서 내부에 충전된 압축 공기에 의해 충전된 분말 소화제를 비산시키는 압축공기 비산수단, 비행체에서 투척 후 공중에서 폭발하여 충전된 분말 소화제를 공중에서 비산시키는 공중 폭발 수단이 마련된 대형 산불 진화용 소화탄에 대해 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌 1에는 이산화탄소 또는 HFC 계열 또는 할론(Halon)계열 등의 가스상태의 청정 소화약제를 물 분자 또는 극성용매와 결합시켜 가스하이드레이트 형태로 안정하게 저장하였다가 화재시 자동으로 가스를 분출시켜 소화시키는 기능에 대해 개시되어 있지만, 고층빌딩, 산불, 산업현장의 난접근성 화재 현장에는 적용할 수 없다는 문제가 있었다.
또, 상기 특허문헌 2의 기술은 화재지점에 투척 또는 투하된 이후 토양의 거름으로 활용될 수 있는 소화약제 케이스를 제공하고, 상기 특허문헌 3에는 산불 소화용기 본체가 친환경 소재로 형성되어 환경오염을 방지하고, 비행체를 통해 투척하여 산불을 진압하도록 분말 소화제가 충전된 소화탄의 구성에 대해 개시되어 있지만, 산소 차단 기능, 냉각작용 연쇄반응 억제 작용 등을 실행할 수 없어 소화 기능이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 화재시 소화가스의 대량발생과 물이 분출됨으로써 고층빌딩 화재 및 산불을 포함한 다양한 난접근성 화재 진압에 적용가능 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스 하이드레이트 내에 소화가스를 충전하여 소화탄 형태로 제공할 수 있는 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 원격 투척 등에 의해 화재 지연전략 또는 방호전략으로 활용할 수 있는 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄은 화염 진압 및 화재 확산 방지를 위한 가스 하이드레이트(Gas Hydrate) 소화탄으로서, 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재, 상기 본체의 외부에 마련된 감지 부재, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 감지 부재에서의 감지된 충격 감도 또는 온도 상태를 상기 팽창제에 전달하는 전달 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 팽창제를 둘러싸게 마련된 하이드레이트 브레이커(Hydrate Breaker)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 본체는 비가연성 플라스틱으로 이루어지고, 상기 팽창제는 아지드화 나트륨(Sodium Azide) 또는 구아니딘 니트레이트(Guanidine Nitrate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 가스 하이드레이트 부재는 분말 또는 팰릿으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 가스 하이드레이트 부재의 소화 가스는 CO2, HFC-125, HFC-23, FIC-1311 중의 어느 하나 또는 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 팽창제를 작동시키는 점화기를 더 포함하고, 상기 전달 부재는 점화 와이어(Wire)로 이루어지고, 상기 점화 와이어는 상기 점화기와 팽창제 사이에 연결된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 감지 부재는 자유 낙하시의 충격 감도를 감지하는 충격 센서이고, 상기 점화기는 상기 충격 센서에서 감지되는 충격 감도에 따라 작동하는 피에조 압전소자(Piezoelectric Element)인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 본체의 중앙 하부에는 상기 본체와 다른 재질로 이루어진 중량 부재가 마련되고, 상기 충격 센서 및 피에조 압전소자는 상기 중량 부재에 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 피에조 압전소자는 상공 10m 이상 자유낙하시 점화되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 본체의 직경은 150~250㎜로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 감지 부재는 상기 본체 주변의 온도를 검출하는 열감지 센서이고, 상기 열감지 센서는 상기 본체에 2개 이상 마련되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 전달 부재는 열 전달 와이어(Wire)로 이루어지고, 상기 열 전달 와이어는 상기 열감지 센서와 팽창제 사이에 연결된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 팽창제는 300℃ 이상에서 점화되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄에서, 상기 본체의 직경은 60~80㎜로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 화염 진압 방법은 (a) 비가연성 플라스틱으로 이루어지고 구(ball) 형상인 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 본체의 중앙 하부에 마련되고 상기 본체와 다른 재질로 이루어진 중량 부재, 상기 중량 부재에 마련된 충격 센서 및 피에조 압전소자, 상기 피에조 압전소자와 팽창제 사이에 연결된 점화 와이어를 포함하는 가스 하이드레이트 소화탄을 상공에서 이동 가능한 비행체에 장착하는 단계, (b) 상기 비행체에서 화염 부분을 향한 상기 소화탄의 자유 낙하시 상기 중량 부재가 상기 본체의 중앙 하부에 위치하며, 상기 피에조 압전소자는 상기 비행체에서 상공 10m 이상 자유낙하시 점화되는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서의 점화에 의해 상기 팽창제가 팽창하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 상기 팽창제의 팽창에 의해 상기 본체가 파쇄되어 상기 가스 하이드레이트 부재가 화염 부분에 분사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 화염 진압 방법은 비가연성 플라스틱으로 이루어지고 구(ball) 형상인 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 본체 주변의 온도를 검출하도록 상기 본체에 2개 이상 마련된 열감지 센서, 상기 열감지 센서와 팽창제 사이에 연결된 열 전달 와이어를 포함하는 가스 하이드레이트 소화탄을 투척하여 화염을 진압하는 방법으로서, (a) 상기 소화탄을 화염 주위에 투척하는 단계, (b) 상기 열감지 센서가 화염 주위의 온도를 감지하고, 300℃ 이상으로 감지되면 상기 팽창제가 팽창하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 상기 팽창제의 팽창에 의해 상기 본체가 파쇄되어 상기 가스 하이드레이트 부재가 화염 부분에 분사되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 화염 진압 방법에서, 상기 투척은 발사기에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법에 의하면, 단위부피당 화재 진압 범위가 넓어서 획기적인 연소 차단 기능(효율적 연소차단), 주변의 열을 흡수하는 물리적 성질(냉각 효과), 소화가스의 고밀도 충진(밀도 ~ 0.95)으로 화염류에 떠밀리지 않아 초기 투척 진압에 탁월(장거리 투척 가능)하다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법에 의하면, 산소 차단 기능, 냉각작용, 화염 연쇄반응 억제 작용, 큰 화재진압 범위, 주변을 열을 신속히 흡열하는 물리적 성질, 장거리 투척 기능 등의 장점이 있어 다양한 화재에 적용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에서 사용하는 가스 하이드레이트 구조의 설명도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 하이드레이트 소화탄의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 소화탄을 이용한 화염 진압의 공정도,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가스 하이드레이트 소화탄의 구성도,
도 5는 도 4에 도시된 소화탄을 이용한 화염 진압의 공정도,
도 6은 도 5에 도시된 투척 과정에 사용되는 발사기의 일 예를 나타내는 구성도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "가스 하이드레이트(Gas Hydrate)"는 도 1에 도시된 바와 같이, 소화가스와 물(소화 용매)이 물리적으로 결합하고 있는 상태로서 물의 격자 내에 소화가스가 50배 이상 저장될 수 있다. 도 1은 본 발명에서 사용하는 가스 하이드레이트 구조의 설명도이다.
이러한 하이드레이트는 화재 발생 때 소화가스의 대량 발생과 물이 분출됨으로써 신속한 화재진압 가능하므로, 이러한 결정체 형태의 소화탄은 단위 부피당 화재진압 범위가 넓으며 또한 장거리에서도 소화탄을 투척할 수 있어서 여러 종류의 산업 화재진압(A, B, C급 화재)에 효율적인 적용 가능하다.
즉, 본 발명에 사용되는 가스 하이드레이트는 주체(Host)라고 불리우는 수소결합이 가능하고 불연성 용매인 물 또는 극성용매와 객체(Guest)라고 불리우는 가스로 이루어져 있으며, 적정압력과 온도에서 고상으로 안정하게 존재하는 물질이다. 상기 용매는 물, 페놀 및 케톤으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 적용할 수 있으며, 상기 가스는 절연성과 연소를 차단하는 기능이 우수한 가스인 이산화탄소, 질소 가스, SF6 가스, HFC계열 가스, 할론(Halon)계열 가스, 기타 방재가스 및 청정소화약제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 적용할 수 있다.
하기 표 1은 2018년 시행된 소방청 고시 "할로겐화합물 및 불활성 기체 소화설비의 화재안전기준"에 따라 지구환경을 파괴하지 않는 소화가스 종을 나타낸 것으로서, CO2, HFC-125, HFC-23, FIC-13I1 가스 하이드레이트 3종의 소화탄 적용을 위한 기초물성 분석 데이터이다. 따라서, 본 발명에서는 소화가스로서, HFC-125, HFC-23, FIC-1311 등을 적용할 수 있다.
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상기 표 1에서, 1) 불꽃 소화 농도(Flame extinguishing concentration)는 불을 끄는데 필요한 소화약제의 농도를 측정한 것이며, 값이 적을수록 소화능력이 좋고, 2) Enthalpy는 가스하이드레이트 해리시 단위 무게당 열흡수 량이고, 3) 가스하이드레이트 단위 부피당 가스 저장율(STP 조건)이다.
상기 가스 하이드레이트는 주체-객체군으로 이루어진 다중 조합이 가능하며, 예를 들면 (주체물질 1종 또는 다종)-(객체물질 1종 또는 다종)으로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 가스 하이드레이트는 필요에 따라 첨가제를 더 포함시켜 생성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
[ 제1 실시 예 ]
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 하이드레이트 소화탄의 구성도 이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소화탄은 예를 들어, 상공에서 이동 가능한 비행체인 드론 또는 헬기 등에 장착되고 자유 낙하에 의해 화염을 진압할 수 있게 마련될 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 하이드레이트 소화탄(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 화염 진압 및 화재 확산 방지를 위한 가스 하이드레이트(Gas Hydrate) 소화탄으로서, 대략 구(ball) 형상으로 이루어진 본체(110), 상기 본체 내(110)에 충전된 가스 하이드레이트 부재(120), 상기 본체(110)의 중앙 하부에 마련되고, 상기 본체와 다른 재질로 이루어진 중량 부재(130), 상기 본체(110)의 외부에 마련된 감지 부재, 상기 본체(110) 내의 대략 중앙 부분에 마련된 팽창제(140), 상기 팽창제(140)를 둘러싸게 마련된 하이드레이트 브레이커(Hydrate Breaker, 150), 상기 감지 부재에서의 감지된 충격 감도를 상기 팽창제(140)에 전달하는 전달 부재, 상기 팽창제를 작동시키는 점화기(170)를 포함할 수 있다.
상기 본체(110)는 소화탄(100)의 전체 중량을 감소시키고 팽창제(140)의 팽창에 따라 용이하게 파쇄될 수 있고 비교적 경량인 플라스틱 재료로서, 비가연성 플라스틱으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 난연성 비닐 재질로 마련될 수도 있다. 또, 상기 본체(110)는 중량 부재(130)가 결합될 부분(개방부)을 개방한 상태에서 통상의 사출 기법에 의해 일체로 마련될 수 있다. 또한, 상기 설명에서는 본체(110)가 구 형상으로 이루어진 구성으로 설명을 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 다각형 형상으로 이루어질 수도 있다.
상기 가스 하이드레이트 부재(120)는 예를 들어, 순수 물과 HFC-125, HFC-23, FIC-1311로 이루어진 분말 또는 팰릿으로 이루어지며, 중량 부재(130)가 결합될 개방부를 통해 본체(110) 내에 충전될 수 있다
상기 중량 부재(130)는 이동 가능한 비행체에서 소화탄(100)이 자유 낙하할 때, 감지 부재가 본체(110)의 하부 중앙에 위치하여 낙하에 따른 충격을 감지할 수 있도록 대략 원형으로 마련되고 본체(110)보다 중량이 큰 재질로 마련될 수 있다. 즉, 예를 들어 상술한 개구부에 대응한 크기로 마련되며, 플라스틱 재질보다 무거운 금속재 또는 소화탄(100)의 낙하시 지면과 접촉하여 용이하게 파손될 수 있는 도자기 재질로 마련될 수 있다.
상기 팽창제(140)는 아지드화 나트륨(Sodium Azide) 또는 구아니딘 니트레이트(Guanidine Nitrate)를 포함할 수 있다.
상기 아지드화 나트륨은 화학식 : NaN3(Sodium Trinitride, Smite, Azium)로서, 녹는점 : 275[℃], 인화점 : 300[℃], 물질량 : 65.0[g/Mol], 색깔 : 무색(Colorless to White), 냄새 : 무취(Odorless)이며, 구아니딘 니트레이트는 화학식 : [C(NH2)3]NO3 or CH6N4O3으로서, 질산(HNO3)과 구아니딘(C(NH)(NH2)2의 화합물이며, 녹는점 : 216[℃], 밀도 : 1.44[g/cm3], 물질량 : 122.0833[g/Mol], 백색의 수용성이 있는 결정 분말이며, 250℃ 이상에서 분해한다. 이러한 구아니딘 니트레이트는 가연물과의 혼합물은 발화할 수 있고, 가열하면 폭발하며, 불꽃놀이 및 가스 발생기, 폭발물 제조, 로켓 추진제 연료로 사용하며, 에어백의 아지드화 나트륨이 습기에 약한 단점을 극복하기 위한 대체제로 사용 가능하다.
상술한 아지드화 나트륨은 화학적으로 안정된 물질이나 하기 식과 같이, 산화철(Fe2O3)과 격렬히 반응하여 매우 짧은 시간내(0.03~0.05초)에 질소를 생성한다.
6NaN3(S) + Fe2O3(S) → 3Na2O(S) + 2Fe(S) + 9N2(g)
또 아지드화 나트륨이 불꽃점화에 의하여 분해되면서 많은 양의 질소가스를 생성한다.
2NaN3(S) → 2Na(S) + 3N2(g)
이와 같은 화학 반응은 예를 들어, 자동차 에어백에 응용되고 있으며, 본 발명에서는 이 기술을 원용하여 가스 하이드레이트 소화탄(100)의 팽창제로 사용할 수 있다.
상기 하이드레이트 브레이커(150)는 예를 들어 모래(Sand)로 마련되며, 팽창제(140)의 팽창시 가스 하이드레이트 부재(120)에 압력을 부가하여 본체(110)를 파쇄하게 마련된다. 상술한 팽창제(140)는 본체(110)와 대응하여 대략 구형으로 마련되고, 하이드레이트 브레이커(150)는 팽창제(140)의 전체를 둘러싸게 원형으로 마련되며, 개구부를 통해 본체(110)의 대략 중앙 부분에 삽입되게 마련된다.
상기 감지 부재는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소화탄(100)의 자유 낙하시의 충격 감도를 감지하는 충격 센서(Crash Sensor, 160)로 마련된다.
상기 충격 센서(160)는 높이 지정에 따른 충격 센서 감도로 설정된다. 예를 들어, 비행체에 의해 상공 약 10m 이상에서 자유낙하를 시킬 때 발생하는 속도는 다음 식 (1)과 같다.
v=sqrt(2gh)=sqrt(2×9.8×10.0)≒14.0[m/s]≒50.4[㎞/h]… 식(1)
이 경우 낙하속도는 약 50[km/h]가 되고, 소화탄의 무게가 약 500[g]이라면 충격력은 다음 식 (2)와 같다.
Ft=(m×Δv)/Δt=m×(v2-v1)/Δt=0.5×(50-0)/0.1=250[N]=0.25[kN]… 식(2)
즉, 충격 센서(160)는 0.25[kN] 이상의 충격력에서 작동하도록 충격감도를 설정할 수 있다. 예를 들어, 지상 20[m]에서 떨어뜨릴 경우 속도 v ≒ 19.8[m/s] = 71.3[㎞/h] 정도가 되고, 이때 충격력 Ft = 0.5 × (71.3-0)/0.1 = 356.5[N] ≒ 0.357[kN] 정도가 된다.
따라서, 충격 센서(160)가 상공 약 10[m] 이상 즉, 약 50[km/h] 이상의 속도로 자유낙하를 시킬 때의 충격 감도로 점화기(170)가 점화되는 구조로 마련될 수 있다.
따라서, 점화기(170)는 별도의 전원공급이 필요 없고 신뢰성이 높은 피에조 압전소자(Piezoelectric Element)를 이용할 수 있다. 이러한 피에조 압전소자는 압전효과를 나타내는 물질(PZT 티탄산지르콘산연)을 이용한 제어 시스템의 요소부품으로 피에조 소자라고도 하며, 충격 센서(160)에 의해 상방으로 0.25[kN]의 압력이 주어지면 전기가 유도되고 이때 유도된 전기를 이용하여 스파크를 일으킬 수 있도록 마련된다. 즉, 본 발명의 제1 실시 예에서 점화기(170)로서, 피에조 압전소자를 하이드레이트 소화탄(100)에 적용하는 것에 의해 0.25[kN] 레벨 이상의 충격력에 의하여 압전소자가 작동하게 하고 이때 유도된 전기가 스파크를 일으켜 팽창제(140)를 작동하게 한다. 또한, 상기 피에조 압전소자는 하방 45°기울기에서도 작동하게 마련하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 충격 센서(160) 및 피에조 압전소자(170)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중량 부재(130)의 중앙 부분에 마련되어 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소화탄(100)의 자유 낙하시 소화탄(100)의 중앙 하부에서 충격을 감지하여 점화되게 마련된다.
상기 전달 부재는 상기 점화기(170)와 팽창제(140) 사이에 연결된 점화 와이어(Wire, 180)로 이루어지며, 점화기(170)에서의 유도된 전기를 팽창제(140)에 전달하기 위해 마련된다.
상술한 바와 같은 제1 실시 예에 따른 소화탄(100)의 직경은 예를 들어, 반경 3m 이상의 유효 소화구역을 갖도록, 직경 150~250㎜, 바람직하게는 약 200㎜로 마련되고 무게는 약 500~800g으로 마련될 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소화탄(100)은 비행체인 드론이나 헬기에서 떨어뜨리는 목적에 주로 사용하며 소방 드론 최고 탑재 중량인 30kg에 다수 개 장착하여 사용할 수 있다.
다음에 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소화탄(100)을 적용하여 화염을 진압하는 과정에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 소화탄을 이용한 화염 진압의 공정도 이다.
먼저, 상술한 바와 같은 비가연성 플라스틱으로 이루어지고 구(ball) 형상인 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 분말 또는 팰릿, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 본체의 중앙 하부에 마련되고 상기 본체와 다른 재질로 이루어진 중량 부재, 상기 중량 부재에 마련된 충격 센서 및 피에조 압전소자, 상기 피에조 압전소자와 팽창제 사이에 연결된 점화 와이어를 포함하는 가스 하이드레이트 소화탄(100)을 상공에서 이동 가능한 비행체에 장착한다(S10).
상기 비행체에서 화염 부분을 향한 상기 소화탄(100)의 자유 낙하(S20)시 상기 중량 부재가 상기 본체의 중앙 하부에 위치하며, 상기 피에조 압전소자는 상기 비행체에서 상공 10m 이상 자유낙하시 점화되고, 상기 점화에 의해 상기 팽창제가 팽창한다(S30).
상기 단계 S30에서 상기 팽창제의 팽창에 의해 상기 본체가 파쇄되어 상기 가스 하이드레이트 부재가 화염 부분에 분사되어 화염을 진압할 수 있다(S40).
즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소화탄(100)을 적용하여 산불화재를 진압하는 경우, 산불과 같은 개방형 화재진행방향 전방에 충격 센서형 소화탄(100)을 드론 등으로 투하하여 직접 진화할 수 있으며, 소화탄(100)의 중량은 드론의 중량탑재(최고 30kg)를 고려하여 약 500~800g으로 마련되므로, 한 번의 비행체 이동에서 다수 개의 소화탄(100)을 투하할 수 있다.
또한, 기개발된 군집 드론의 다양한 기능(열화상 분석, AI 자율임무 수행 등)에 본 발명의 가스 하이드레이트 소화탄(100) 기능이 접목되어 야간 화재진압뿐만 아니라 잔불 감시 및 진화 등도 가능하다. 또한, 고층빌딩 화재 진압 시, 드론을 활용하여 고층빌딩의 옥상이나 베란다 등에 가스 하이드레이트 소화탄(100)을 투척하여 인명 피해 등을 최소화 할 수 있다.
[ 제2 실시 예 ]
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가스 하이드레이트 소화탄의 구성도 이다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소화탄은 예를 들어, 소방관과 같은 사용자가 직접 투척하거나 전용 발사기 등에 장착되어 투척하는 것에 의해 화염을 진압할 수 있게 마련될 수 있다. 또, 제2 실시 예에서 제1 실시 예와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고, 반복적인 설명은 생략한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 가스 하이드레이트 소화탄(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 화염 진압 및 화재 확산 방지를 위한 가스 하이드레이트(Gas Hydrate) 소화탄으로서, 대략 구(ball) 형상으로 이루어진 본체(110), 상기 본체 내(110)에 충전된 가스 하이드레이트 부재(120), 상기 본체(110)의 외부에 마련된 다수의 감지 부재, 상기 본체(110) 내의 대략 중앙 부분에 마련된 팽창제(140), 상기 팽창제(140)를 둘러싸게 마련된 하이드레이트 브레이커(150), 상기 다수의 감지 부재에서의 감지된 온도 상태를 상기 팽창제(140)에 전달하는 전달 부재를 포함할 수 있다.
상기 본체(110)는 소화탄(100)의 전체 중량을 감소시키고 팽창제(140)의 팽창에 따라 용이하게 파쇄될 수 있고 비교적 경량인 플라스틱 재료로서, 비가연성 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 사용자가 직접 투척하거나 전용 발사기 등에 장착되어 투척할 수 있도록, 직경이 60~80㎜, 바람직하게는 70㎜로 이루어질 수 있다.
상기 가스 하이드레이트 부재(120)는 예를 들어, 순수 물과 HFC-125, HFC-23, FIC-1311로 이루어진 분말 또는 팰릿으로서, 감지 부재가 결합될 개방부를 통해 본체(110) 내에 충전될 수 있다. 상기 팽창제(140)는 아지드화 나트륨(Sodium Azide) 또는 구아니딘 니트레이트(Guanidine Nitrate)를 포함할 수 있다. 상기 하이드레이트 브레이커(150)는 예를 들어 모래(Sand)로 마련되며, 팽창제(140)의 팽창시 가스 하이드레이트 부재(120)에 압력을 부가하여 본체(110)를 파쇄하게 마련된다.
상기 전달 부재는 열 전달 와이어(Wire, 185)로 이루어지고, 상기 열 전달 와이어는 다수의 감지 부재인 열감지 센서(190)와 팽창제(140) 사이에 연결된다.
상기 열감지 센서(190)는 본체(110) 주변의 온도를 검출하기 위해 본체(110)에 2개 이상 마련될 수 있다. 즉 도 4에 도시된 구조에서는 120도 간격으로 3개의 열감지 센서(190)가 마련된 구조를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 4개 이상 마련될 수 있다. 또, 상기 열감지 센서(190)는 화재현장의 열이 전도되어 온도가 약 300℃ 이상이 되면 점화되는 구조로 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 제2 실시 예에 따른 소화탄(100)의 직경은 예를 들어, 반경 1m 이상의 유효 소화구역을 갖도록, 직경 60~80㎜, 바람직하게는 약 70㎜로 마련되고 무게는 약 50~60g으로 마련될 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소화탄(100)은 소방관과 같은 사용자가 직접 투척하거나 전용 발사기 등에 장착되어 투척되므로, 제1 실시 예에 비해 작은 규모로 마련될 수 있다.
다음에 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소화탄(100)을 적용하여 화염을 진압하는 과정에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 도 4에 도시된 소화탄을 이용한 화염 진압의 공정도 이다.
먼저, 상술한 바와 같은 비가연성 플라스틱으로 이루어지고 구(ball) 형상인 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 본체 주변의 온도를 검출하도록 상기 본체에 2개 이상 마련된 열감지 센서, 상기 열감지 센서와 팽창제 사이에 연결된 열 전달 와이어를 포함하는 가스 하이드레이트 소화탄(100)을 마련한다(S100).
상기 단계 S100에서 마련된 소화탄(100)을 소방관과 같은 사용자가 직접 투척하거나 도 6에 도시된 바와 같이 개인 휴대용, 차량 장착용 또는 헬기 장착용으로 사용될 수 있는 전용 발사기(300) 등에 장착되어 화염 주위에 투척한다(S110).
도 6은 도 5에 도시된 투척 과정에 사용되는 발사기(300)의 일 예를 나타내는 구성도로서, 소화탄(100)을 공급하는 소화탄 공급기(200)가 결합된 총신, 압출 에어 충전 연결기(310), 압축된 에어 실린더(320), 조준경(330), 몸체(340) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 단계 S110에 의해 투척된 제2 실시 예의 소화탄에 마련된 상기 열감지 센서가 화염 주위의 온도를 감지하고, 300℃ 이상으로 감지되면 상기 팽창제가 팽창한다(S120).
상기 단계 S120에서 상기 팽창제의 팽창에 의해 상기 본체가 파쇄되어 상기 가스 하이드레이트 부재가 화염 부분에 분사되어 화염을 진압할 수 있다(S130).
즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소화탄(100)을 적용하여 산불화재를 진압하는 경우, 화재 진행방향 전방에 열 감지형 소화탄을 일정한 간격과 폭으로(벨트형) 집중 투하하여 화재가 건너오지 못하게 할 수 있다.
예를 들어, 1차 방어선, 2차 방어선 등 복수의 방어선을 구축하고 각 방어선에 설치하는 소화탄의 밀도를 달리하여 유적지 또는 주요 산업 시설을 효율적으로 보호하도록 화염 진압에 대처하며, 잔불의 확산을 방지할 수 있다. 또, 투척공간 확보 가능시 화재진압 방법으로서, 제2 실시 예에 따른 열 감지형 소화탄(100)과 발사장치를 드론에 탑재하여 고층빌딩의 수평에서 개구된 공간으로 소화탄을 투척하거나 화재 특성에 따라 충격센서를 사용하여 소화탄을 건물 내부에 투척할 수도 있다.
또한, 산업단지의 강력화염 대처 방법으로서, LNG 인프라 및 화공플랜트 단지 등에서 발생하는 강력화염은 분말 소화약제(30m 거리내 방사)와 고발포(고정 설비)만 대응 가능하기 때문에 100∼200m의 원거리 투척이 가능한 제2 실시 예의 소화탄(100)을 적용할 수 있으며, 전기 자동차나 ESS에 장착된 배터리 화재에 대해서도 화재 주변에 제2 실시 예에 따른 소화탄(100)을 적용하는 것에 의해 가스하이드레이트 소화제가 주변을 열을 신속히 흡열하는 물리적 성질과 화염에서 물과 소화가스가 분출됨에 따라 획기적으로 배터리 화재에 의한 열 폭주 현상도 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 하이드레이트 소화탄 및 이를 이용한 화염 진압 방법을 사용하는 것에 의해 산소 차단 기능, 냉각작용, 화염 연쇄반응 억제 작용, 큰 화재진압 범위, 주변을 열을 신속히 흡열하는 물리적 성질, 장거리 투척 기능 등의 장점이 있어 다양한 화재에 적용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 화염 진압 및 화재 확산 방지를 위한 가스 하이드레이트(Gas Hydrate) 소화탄으로서,
    본체,
    상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재,
    상기 본체의 외부에 마련된 감지 부재,
    상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제,
    상기 감지 부재에서의 감지된 충격 감도 또는 온도 상태를 상기 팽창제에 전달하는 전달 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  2. 제1항에서,
    상기 팽창제를 둘러싸게 마련된 하이드레이트 브레이커(Hydrate Breaker)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  3. 제2항에서,
    상기 본체는 비가연성 플라스틱으로 이루어지고,
    상기 팽창제는 아지드화 나트륨(Sodium Azide) 또는 구아니딘 니트레이트(Guanidine Nitrate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  4. 제3항에서,
    상기 가스 하이드레이트 부재는 분말 또는 팰릿으로 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  5. 제4항에서,
    상기 가스 하이드레이트 부재의 소화 가스는 CO2, HFC-125, HFC-23, FIC-1311 중의 어느 하나 또는 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  6. 제4항에서,
    상기 팽창제를 작동시키는 점화기를 더 포함하고,
    상기 전달 부재는 점화 와이어(Wire)로 이루어지고, 상기 점화 와이어는 상기 점화기와 팽창제 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  7. 제6항에서,
    상기 감지 부재는 자유 낙하시의 충격 감도를 감지하는 충격 센서이고,
    상기 점화기는 상기 충격 센서에서 감지되는 충격 감도에 따라 작동하는 피에조 압전소자(Piezoelectric Element)인 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  8. 제7항에서,
    상기 본체의 중앙 하부에는 상기 본체와 다른 재질로 이루어진 중량 부재가 마련되고,
    상기 충격 센서 및 피에조 압전소자는 상기 중량 부재에 마련된 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  9. 제8항에서,
    상기 피에조 압전소자는 상공 10m 이상 자유낙하시 점화되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  10. 제8항에서,
    상기 본체의 직경은 150~250㎜로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  11. 제4항에서,
    상기 감지 부재는 상기 본체 주변의 온도를 검출하는 열감지 센서이고,
    상기 열감지 센서는 상기 본체에 2개 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  12. 제11항에서,
    상기 전달 부재는 열 전달 와이어(Wire)로 이루어지고, 상기 열 전달 와이어는 상기 열감지 센서와 팽창제 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  13. 제12항에서,
    상기 팽창제는 300℃ 이상에서 점화되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  14. 제12항에서,
    상기 본체의 직경은 60~80㎜로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 소화탄.
  15. (a) 비가연성 플라스틱으로 이루어지고 구(ball) 형상인 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 본체의 중앙 하부에 마련되고 상기 본체와 다른 재질로 이루어진 중량 부재, 상기 중량 부재에 마련된 충격 센서 및 피에조 압전소자, 상기 피에조 압전소자와 팽창제 사이에 연결된 점화 와이어를 포함하는 가스 하이드레이트 소화탄을 상공에서 이동 가능한 비행체에 장착하는 단계,
    (b) 상기 비행체에서 화염 부분을 향한 상기 소화탄의 자유 낙하시 상기 중량 부재가 상기 본체의 중앙 하부에 위치하며, 상기 피에조 압전소자는 상기 비행체에서 상공 10m 이상 자유낙하시 점화되는 단계,
    (c) 상기 단계 (b)에서의 점화에 의해 상기 팽창제가 팽창하는 단계,
    (d) 상기 단계 (c)에서 상기 팽창제의 팽창에 의해 상기 본체가 파쇄되어 상기 가스 하이드레이트 부재가 화염 부분에 분사되는 것을 특징으로 하는 화염 진압 방법.
  16. 비가연성 플라스틱으로 이루어지고 구(ball) 형상인 본체, 상기 본체 내에 충전된 가스 하이드레이트 부재, 상기 본체 내의 중앙 부분에 마련된 팽창제, 상기 본체 주변의 온도를 검출하도록 상기 본체에 2개 이상 마련된 열감지 센서, 상기 열감지 센서와 팽창제 사이에 연결된 열 전달 와이어를 포함하는 가스 하이드레이트 소화탄을 투척하여 화염을 진압하는 방법으로서,
    (a) 상기 소화탄을 화염 주위에 투척하는 단계,
    (b) 상기 열감지 센서가 화염 주위의 온도를 감지하고, 300℃ 이상으로 감지되면 상기 팽창제가 팽창하는 단계,
    (c) 상기 단계 (b)에서 상기 팽창제의 팽창에 의해 상기 본체가 파쇄되어 상기 가스 하이드레이트 부재가 화염 부분에 분사되는 것을 특징으로 하는 화염 진압 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 투척은 발사기에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 화염 진압 방법.
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