KR20030014674A - 방화제 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

소화 및 방화 방법이 제공된다. 이 방법은 슬러리, 액체 또는 가스 상태의 소화제 및 방화제를 고체 상태의 약제를 포함하는 쉘 내에 가둬 넣는 단계를 포함한다. 치명적이지 않은 무기로서 쉘을 사용할 때는 얼음물 또는 액체 이산화탄소와 같은 약제가 유용하다. 고체 쉘은 승화되며 목표 지점에서의 환경 조건에 노출되거나 충격을 받아 파괴되어, 그 내용물뿐만 아니라 자신의 파편을 목표 지점에 방출시킨다.

Description

방화제 공급 시스템{FIRE RETARDANT DELIVERY SYSTEM}

본 발명은, 소화(fire extinguish) 방법 및 시스템에 적용되도록 설계된 상 변화 캐니스터 재료(phase-change canister materials) 공급 시스템의 실시예에 대한 것으로서, 이러한 시스템에 따르면 고체 형태의 소화제 쉘(fire extinguishing agent shell)을 포함하도록 설계된 상 변화 컨테이너 내에 소화제를 집어넣음으로써 공급 캡슐(delivery capsule)이 형성된다. 이 컨테이너가 연소되는 물질 부근에 공급되며, 파괴된 컨테이너에서 나오는 약제(agent), 그리고 컨테이너 자체가 불을 끄거나 억제한다.

본 발명은 화재 특히 산불(wildfire)을 소화하고 억제하기 위한 소화 및 방화 공급 방법 및 시스템에 대한 것이다. 숲의 화재 및 넓은 범위의 화재(range fire)를 포함하는 개념으로서의 산불은, 전적으로 스스로 지속되며 그 규모나 범위가 넓어 종래의 방법으로는 관리할 수가 없다. 산불 억제를 위한 현재의 기술은 연료 고갈(fuel starvation) 및/또는 연료 제거, 그리고 물이나 방화 슬러리(retardant slurries)와 같은 억제제(suppression agents)를 공중에서 공급하는 방법 등이 있다. 산불은 스스로 유지되는 그 특성에 따라 엄청난 양의 유입 공기(incoming airflows), 수직 상승기류(vertical updrafts)를 제공하며, 이에 따라 연료/공기가 공급 및 혼합된다. 이러한 화재에 의해 발생되는 공기 유입 패턴 때문에, 방화 슬러리 및/또는 물을 화재의 중심에 공급하기가 어려워진다. 이러한 물질을 화재의 중심에 공급하면 냉각 작용을 하고 적외선 전달을 막으며 화염에 공급되는 연료를 고갈시킬 수 있다. 본 발명의 시스템은, 목표 화재에 열 컨테이너 및/또는 감압성(pressure-sensitive) 컨테이너 내의 방화제 또는 소화 물질을 공급하기 위한 수단과 방법을 제공한다.

본 출원에서 구현되는 컨테이너 형태를 직접적으로 응용할 수 있는 분야는 치명적이지 않은 무기(non-lethal weapon)로서 사용하는 경우이다. 캐니스터가 파괴되면, 내용물이 분사되면서 군중을 놀라게 하는 효과가 있다.

본원 발명의 화재 억제 또는 소화 방법은, 슬러리, 액체 또는 가스 형태의 소화제 또는 억제제를, 이들 약제의 고체 형태 쉘을 포함하는 상 변화 캐니스터 내에 집어넣는 단계를 포함한다. 최적의 시스템은 고체 형태의 약제를 사용하는데, 이는 대기압 하에서 온도가 -150℃보다 높으면 승화된다. 컨테이너는 연소되는 물질 바로 옆에 공급되어 파괴됨으로써 약제를 연소 물질 위에 방출시키도록 설계된다.

컨테이너는, 쉘은 약제를 고체 형태로 포함하고 내부 코어는 약제를 슬러리, 액체 또는 가스 형태로 포함하도록 형성된다.

컨테이너는, 액체 약제를 수용하여 쉘을 형성하기 위한 성형된 몰딩 공동(shaped molding cavity); 표면을 냉각시켜 액체를 응고시킴으로써 쉘을 형성하기 위한 피쳐(features), 쉘을 액체 약제로 충전하고 쉘을 밀봉하여 컨테이너를 형성하기 위한 피쳐, 및 몰딩 면으로부터 컨테이너를 방출시키기 위한 피쳐를 포함하는 장치에 의해 만들어질 수 있다. 컨테이너를 형성하는 다른 장치는, 액체 약제를 수용하여 쉘을 형성하기 위한 성형된 몰딩 공동; 감압 제어식 상 변화에 의해 액체를 응고시켜 쉘을 형성하는 피쳐 및 몰딩 면으로부터 컨테이너를 방출시키기 위한 피쳐를 포함한다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명에 따라 화재에 공급될 컨테이너의 부분 절취도이다.

도 2는 도 1에 나타난 컨테이너를 제조하는 장치의 단면도이다.

본 발명에서 일반적으로 사용되는 소화제 또는 방화제는 목표가 되는 환경에 완전히 흡착 및/또는 분산되면서도 악영향을 주지 않는 물질이다. 컨테이너의 고체 쉘로서 적당한 물질은 고체 이산화탄소, 얼음 또는 다른 고체 방화제나 소화제이다. 치명적이지 않은 무기로서 사용될 때는 이산화탄소 및 얼음이 쉘로서 적절한 재료이다. 이하 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 컨테이너는 가압되어 밀봉될 수도 있고 가압되지 않을 수도 있다. 쉘 재료는 그 자체가 소화제나 방화제로서 작용하여 컨테이너로부터 분산되는 물질의 효과를 높일 수 있도록 선택된다. 쉘의 조성 및 두께는, 쉘 안의 재료의 상 변화 즉 용융이나 승화 및/또는 충격에 따른 쉘의 파괴에 의해 쉘이 약화되거나 파괴되어 포함된 물질이 방출되게끔 설계된다.

컨테이너의 쉘 두께는 분산되는 물질의 종류, 원하는 분산 반경, 컨테이너를 놓는 순간과 분사하는 순간 사이의 시간 지연(있을 경우), 및 안에 있는 재료를 분산시키기 위한 목표 환경의 조건에 따라 당업자가 쉽게 결정할 수 있다. 컨테이너 벽은, 목표 환경에 잘 분산되거나 흡착될 수 있게 하는 상 변화를 겪는 특성을 가진다. 쉘은 타겟 환경의 시스템 상태 변수(system state variables)에 따라 그 물리적 상태가 바뀐다. 즉 쉘 재료는 타겟 위치에서의 온도 또는 다른 환경 상태에 따라 용융 및/또는 승화된다.

이들 물질은 컨테이너가 파괴됨으로써 타겟 위치에 분배될 수 있다. 예를 들어, 고체 이산화탄소 쉘은 액체 이산화탄소, 물 또는 다른 소화제나 방화제의 코어를 포함할 수 있다. 또 쉘은 예를 들어 얼음으로 만들어지고, 액체 이산화탄소, 물 또는 다른 소화제나 방화제의 코어를 포함할 수 있다. 더욱이 쉘은 고체 방화제 및/또는 소화제로 만들어질 수 있고, 코어는 액체 이산화탄소, 물 또는 다른 소화제 및/또는 방화제를 포함할 수 있다. 내용물은 파괴 시점, 원하는 분사 반경(radius of dissipation) 또는 분산 방법(dispersion method)에 따라, 가압될 수도 있고 가압되지 않을 수도 있다. 보통 코어 물질은 약 -150℃를 넘어 100℃까지의 온도에서 승화될 것이다. 컨테이너는 폭약에 의해 파괴되는 것보다는 환경 조건의 변화 또는 타겟 위치에서의 충격에 따라 파괴되는 것이 훨씬 바람직하다. 폭파 파괴 장약(explosive bursting charges)은 환경 문제로 인해서도 수용될 수 없으며, 또 주변에 바람직하지 않은 파편(debris)을 제공하며, 폭파 공정의 결과로 발화 물질(incendiary material)을 발생시킬 수 있다.

물질을 방출시키는 다른 방법으로는 확산 혼합이 있다. 컨테이너 내의 물질, 즉 박테리아 약제나 화학 약제는 확산에 의해 이동되어 분산될 수 있으며 따라서 컨테이너 벽의 부식과 관련된 방출 기구가 필요할 수 있다.

최종적으로, 방출은 쉘의 열역학적 성질 및 기계적 성질과 같은 주변 작용(environmental effect)에 의해 기동될 수 있고, 내용물은 컨테이너 내의 파괴 기동장치(rupture triggers)로서 기능한다.

컨테이너는 비행기로 공급되거나 캐타펄트(catapult), 공기압총(air pressure guns) 등을 사용하여 목표 위치로 투하 또는 발사될 수 있다.

도 1에 본 발명에 따른 컨테이너의 한 실시예에 대한 일부 절취도가 나타나 있다. 컨테이너는 쉘(10), 및 슬러리, 액체 또는 가스 소화제나 방화제 물질(11)을 함유하는 내부의 중공부를 포함한다. 또 쉘(10) 자체도 소화 물질이나 방화 물질로 만들어질 수 있다. 파임부(indentation, 10a)는 컨테이너를 만드는 몰드로부터 컨테이너가 쉽게 방출될 수 있도록 해준다. 컨테이너는 상대적으로 크기가 크며, 화재 억제에의 적용에 의해 내부 부피가 결정되는 것이 바람직하다. 이는 이산화탄소와 같은 물질을 충분히 장입하여 이동할 수 있는데, 이산화탄소는 상온에서는 큰 부피의 가스 이산화탄소 및 약간의 액체 이산화탄소로 변환될 수 있다. 액체 이산화탄소의 증기압은 온도에 따라 높아지며, 약 160℃에서 약 1,000기압까지 이를 수 있다. 따라서 본 발명의 실시에 필요한 컨테이너는, 내부 성분으로서 이산화탄소를 사용하면, 불 속으로 투입될 경우, 형성된 내부 압력 또는 외부 힘 중 어느 하나 또는 양자에 쉘 벽의 최대 내부 스트레스를 초과할 때까지는 파괴에저항하도록 형성되어야 한다. 실제로, 장입된 컨테이너는, 떨어뜨리거나 던져지거나 발사됨으로써 불 속에 투입된다. 불의 열은 쉘의 두께 따라서 내부 압력에 의해 쉘이 파괴되어 내용물이 분배되는 점까지의 전체 강도를 현저하게 감소시킨다. 쉘은 충격을 받을 때에 파괴되지 않도록 설계되는 것으로 가정된다. 화재의 열기는 컨테이너 디자인 내의 온도를 약간 상승시킨다. 컨테이너는 파괴되어 그 내용물을 주변 영역으로 퍼지게 한다. 액체 및 가스 형태의 내용물은 액체 상 물질이 가스로 변화됨에 따라 급속하게 확장되며, 따라서 주변 영역을 냉각시키고 고온 가스를 이산화탄소로 대체한다. 부서진 컨테이너 입자 뿐만 아니라 컨테이너의 내용물도 급속히 기화되어 타겟 영역 전면을 덮고, 이에 따라 화염은 약화되어 꺼진다.

본 발명의 방법은 다양한 크기의 컨테이너, 즉 매우 작아서 불 속에 손으로 던질 수 있거나 떨어뜨릴 수 있는 것에서부터, 기계의 작용에 의해 불 속으로 사출되거나 비행기 또는 불 위에 떠있는 풍선으로부터 투하될 수 있는 크기까지의 다양한 컨테이너에 적용될 수 있다.

도 2에는, 온도 시간 상 변화에 의해 제어되는 도 1에 따른 컨테이너를 형성하는 장치가 나타나 있다. 편의상 장치는 반만이 나타나 있으며, 완전한 장치를 구성하기 위한 나머지 반(미도시)은 거울상 대칭이다. 몰드로부터 쉘의 방출을 촉진하는 10a와 같은 쉘 외부 표면의 파임부를 형성하는 (도시되지 않은) 능선부(ridge)가 구비되어 있는 원하는 형태의 컨테이너 형태의 표면(13)을 가지는 피스톤(12)이 나타나 있다. 이 피스톤은 액체 질소와 같은 냉각제에 의해 냉각될 수 있는데, 액체 질소는 도관(14)을 통해 도입된다. 피스톤(12)이 압축되어, 초기에 라인(15)을 통해 도입된 (액체, 슬러리 또는 가스 상태의) 유체로부터 쉘이 형성된다. 이후 쉘은 도관(15)을 통해 코어를 형성할 액체, 슬러리 또는 가스 물질로 채워진다. 밀봉 피스톤(16)이 사용되어 내용물을 쉘 내에 밀봉시킨다. 형성 및 밀봉 피스톤(12, 16)은 각각 형성된 컨테이너로부터 회수되고, 컨테이너는 표면(13)으로부터 방출된다. 이와 달리, 고체 쉘은 유사한 장치를 사용하여 형성될 수도 있는데, 이 장치는 제어식 압력 시간 상 전이에 필요한 압력을 충분히 견딜 수 있는 벽을 가진다.

도시된 바와 같이, 액체 질소 냉각제는 가압된 탱크(17)로부터 공급되는데, 이 탱크에서 질소 냉각제는 갑압된 트랩(18) 내에 수집된다. 과잉의 질소 가스는 통기구(19)를 통해 배기된다.

이산화탄소는 탱크(20)에서 필터(21)를 통해 걸러지고 트랩(22) 내에서 감압된다. 냉각되어 캐니스터의 쉘을 형성할 이산화탄소는 도관(23)을 통해 표면(13)으로 도입된다. 컨테이너의 액체/가스/고체 내용물을 형성할 이산화탄소는 도관(15)을 통해 라인으로 도입된다.

유압 유체 저장 탱크(24) 및 펌프(25)에 의해 조작 피스톤(manipulating piston, 12, 16)의 유압 시스템이 제공된다. 유압 유체의 유동은 밸브 컨트롤러(26)에 의해 제어되어, 컴파트먼트(compartments, 26, 27)를 누름으로써 각 피스톤(16, 12)을 누른다. 피스톤(16, 12)은 컴파트먼트(29, 28)를 누름으로써 회수된다.

물이나 수성 슬러리 또는 방화제 용액과 같은 이산화탄소 외의 물질도탱크(20) 내에서 사용될 수 있다.

본 발명의 사상을 벗어나지 않고 상기 컨테이너 및 장치를 변형시키기거나 수정할 수 있으며, 본 명세서에 포함된 사항은 모두 예시적인 것으로서 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.

Claims (16)

1. 액체, 슬러리 또는 기체 상태의 소화제 및 방화제를 가둬 넣는 단계로서, 상기 약제는 컨테이너 내에서 약 -150℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 고체 상태로부터 승화되며, 상기 컨테이너가 쉘을 포함하며 상기 쉘이 고체 상태의 소화제 및 방화제를 포함하는 단계; 및

   상기 컨테이너를 화재 중의 연소되는 물질 가까이 공급하고, 상기 컨테이너를 파괴시켜 상기 액체, 고체 또는 가스 상태의 약제를 상기 연소되는 물질에 방출시키는 단계를 포함하는 소화 및 방화 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 액체, 슬러리 또는 가스 상태 및 고체 상태의 약제 중에 이산화탄소가 포함되는 소화 및 방화 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 액체 상태의 약제에는 물이 포함되고 고체 상태 약제에는 얼음이 포함되는 소화 및 방화 방법.
4. 약 -150℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 승화되는 고체 소화제 및 방화제를 포함하는 쉘, 및 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 소화제 및 방화제를 포함하는 코어를 포함하는 투사체(projectile) 형성 방법으로서,

   상기 고체 약제를 포함하는 미리 설정된 형태 및 크기의 쉘을 형성하는 단계; 상기 쉘을 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 소화제 및 방화제로 충전하는 단계; 및 상기 쉘을 밀봉하는 단계를 포함하는 투사체 형성 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 고체 약제 및 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 약제 중에 이산화탄소가 포함되는 투사체 형성 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 약제 중에는 물이 포함되고 상기 고체 약제 중에는 얼음이 포함되는 투사체 형성 방법.
7. 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 치명적이지 않은 약제를 가둬 넣으며, 상기 약제가 자신을 포함하는 쉘을 포함하는 컨테이너 내에서 약 -150℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 그 고체 상태로부터 승화되는 단계; 상기 컨테이너를 군중 내의 사람들에 가까이 공급하여, 상기 컨테이너가 파괴되어 상기 액체, 고체 및 가스 상태의 약제를 방출하는 단계를 포함하는 군중 해산 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 고체 약제 및 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 약제에 이산화탄소가 포함되는 군중 해산 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 약제 중에는 물이 포함되고 상기 고체 약제 중에는 얼음이 포함되는 군중 해산 방법.
10. 약 -150℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 승화되는 고체 상태의 치명적이지 않은 약제를 포함하는 쉘, 및 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 치명적이지 않은 약제를 포함하는 코어를 포함하는 투사체 형성 방법으로서,

    상기 고체 약제를 포함하는 미리 설정된 형태 및 크기의 쉘을 형성하는 단계; 상기 쉘을 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 상기 약제로 충전하는 단계; 및 상기 쉘을 밀봉하는 단계를 포함하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 고체 약제 및 액체 상태의 약제에 이산화탄소가 포함되는 투사체 형성 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 액체, 슬러리 또는 가스 형태의 약제 중에는 물이 포함되고 상기 고체 약제 중에는 얼음이 포함되는 투사체 형성 방법.
13. 투사체를 형성하는 장치로서, 유체를 수용하여 자신의 형상대로 쉘을 형성하는 성형된 몰딩 공동; 상기 공동을 냉각시킴으로써 상기 유체를 응고시켜, 약 -150℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 승화되는 쉘을 형성하기 위해 냉각제를 유동시키는 제1도관; 액체, 슬러리 또는 가스 상태의 내용물로 상기 쉘을 충전시키기 위한 제2도관; 및 상기 투사체를 형성하기 위해, 상기 쉘을 압축하여 상기 액체, 슬러리 또는 가스를 상기 쉘 내에 밀봉하는 압축 피스톤을 포함하는 투사체 형성 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 공동이 쉘을 형성하기 위해 냉각되는 피스톤 위에 있는 투사체 형성 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 공동이 상기 쉘을 형성하기에 필요한 압력을 견뎌내는 피스톤 위에 있는 투사체 형성 장치.
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면이 리지(ridges)를 포함하여 상기 쉘 위에 파임부를 형성하는 투사체 형성 장치.