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KR101184790B1 - 자립형 소화장치 - Google Patents

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KR101184790B1
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Abstract

본 발명은 소화 설비와 관련된 것으로서 특별히 자립형 자동 소화장치와 관련된 것이며, 화재 발생 초기에 화재를 진압하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기판(Electric Board), 전기박스(Electric box), 자동차 엔진 격실, 변압기 및 서버 그리고 기타 전기 배전반 및 전원 장치 등의 내부에 설치되어 사용될 수 있다.
본 자립형 소화장치는 소화용 합성물과 결합제를 포함하고 있는 미세캡슐들이 포함되어 있는 소화용 물질로 만들어진다. 소화용 합성물을 포함하고 있는 미세캡슐들은 폴리우레아 및/또는 폴리우레탄 기반의 프리폴리머 Polyisocyanate 재질의 폴리머쉘 내에 보관되는 할로겐화 탄소들을 의미한다. 이 미세캡슐들은 각각의 크기가 2에서 100미크론 정도이다. 결합제는 하나의 복합적 물질로써 중합 성분(Polymer Component)과 더불어 광물섬유들 및/또한 광물입자들을 포함하고 있다. 허용 가능한 할로겐화 탄소들은 1,1,2,2-tetrafluordibromethane 및/또는 1,1,2-triftortrichlorethane 및/또는 2-iodo-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane 및/또는 이러한 물질들의 혼합물과 기타 할로겐화 탄소들을 혼합한 물질 등이다.

Description

자립형 소화장치{Standalone Means for Firefighting}
본 발명은 자립형 소화장치로서, 보다 상세하게는 자립(단독)형으로 작동되는 자동 소화장치에 대한 것으로서, 본 장치를 사용하게 되면 화재 발생 초기에 효과적으로 화재를 진압할 수 있는 자립형 소화장치에 관한 것이다.
자립형 소화수단(장치)은 일반적으로 화재 소화 기능을 가지고 있는 물질로 만들어지는데, 이러한 물질은 중합결합제(Polymeric Binder) 내에 소화용 합성물(Fire Extinguishing Compound)이 농축 저장되어 있는 미세캡슐(Microcapsule)들을 포함하고 있다. 미세캡슐이란 액상 소화 약제인 유기할로겐 화합물질(Organohalogen Compound)들로 가득찬 구형의 젤라틴 쉘(Spherical Gelatin Shell)들을 포함하고 있는 마이크로스피어(Microsphere)를 의미한다.
미세캡슐들은 열에 의해 반응하는데, 관련 화학적 공식은 C3F7I, CnF2n +2 혹은 (C2F5)2N(CmF2m+1) 이며, 이때 n=5 내지 7 이고, m=1 내지 2 이다. 미세캡슐들은 직경이 100 내지 140 미크론 정도이며, 130 내지 149℃ 에서 166 내지 190℃ 사이의 온도에서 껍질이 깨지어 터지게 된다(러시아 연방 특허 2161520, 1998년).
상기의 자립형 소화장치의 단점은 소화용 화합물을 캡슐화시키기 위한 미세캡슐과 관련된 젤라틴 쉘을 만들어 내는 것이 기술적으로 매우 복잡하고 그 관련 비용이 많이 든다는 사실에 있다. 또한, 소화장치의 최저 작동온도가 130℃라는 것도 또 하나의 단점인데, 이는 130℃ 라는 것이 일반적으로 받아들이기 어려운 최저 작동 온도라는데 있다.
러시아연방 특허 2161520(1998년) 러시아연방 특허 제90994호(2009년)
본 청구 솔루션은 기존의 자립형 소화장치의 단점을 보완한 것으로써, 진정한 자립형 자동 소화장치라고 말할 수 있다. 본 솔루션은 크기가 2에서 100미크론 정도의 미세캡슐들을 포함하고 있는 물질로 만들어지는데 관련 물질은 화재 소화에 효과적인 성분을 포함하고 있다. 이러한 미세캡슐은 소화용 화합물인 할로겐화 탄소(Halocarbon)로 가득찬 폴리우레아(Polyurea) 및/또는 폴리우레탄(Polyurethan) 재질의 폴리머쉘(Polymeric Shell)을 의미한다. 또한, 고분자 수지(Polymer Resin)는 미세캡슐들의 결합제(Binder) 역할을 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 소화물질로 만들어지는 자동 소화장치로서, 할로겐화 탄소(Halocarbons)들로 구성되며, 2 내지 100 미크론(㎛) 크기의 미세캡슐들과; 중합제 성분(Polymeric Component)과 광물섬유 및/또는 광물입자들을 포함하고 있는 결합제;를 포함하며, 상기 할로겐화 탄소들은 폴리우레아 및/또는 폴리우레탄 재질의 폴리머쉘에 보관 및 저장되는 소화용 합성물인 것을 특징으로 한다.
상기 할로겐화 탄소들은 폴리우레아 및/또는 폴리우레탄 기반의 프리폴리머 폴리이소시아네이트(Prepolymer Polyisocyanate) 재질의 폴리머쉘에 보관 및 저장되는 것을 특징으로 한다.
상기 할로겐화 탄소들은 1,1,2,2-tetrafluordibromethane 및/또는 1,1,2-triftortrichlorethane 및/또는 2-iodo-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane 및/또는 상기 물질들의 혼합물과 다른 할로겐화 탄소의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 자동 소화장치는 판(Plate) 형태인 것을 특징으로 한다.
본 실용신안 특허는 최고로 우수한 소화 성능을 보유하고 있는 소화장치에 대한 것이며, 강력한 소화약제의 분사 및 뛰어난 유연성, 견고성, 시간안정성, 신뢰성 및 사용상의 편리성 등을 제공한다.
도 1은 본 발명의 관련 장치(자립형 자동 소화장치)에 대한 대략적인 형태이다.
도 2는 복합 소화 물질의 미세구조(Microstructure)를 보여준다.
도 3은 소화장치가 보호 대상 함체인 Manchester Plate에 설치된 예를 보여준다.
도 4는 소화장치가 보호 대상 함체인 전기배전반에 설치된 예를 보여준다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "자립형 소화장치"를 설명한다.
기존의 소화 장치는 70~90% 정도의 할로겐화 탄소를 포함하고 있다. 소화용 물질은 고체상태의 기반 위에, 예를 들면 금속성의 물질 위에 농축된다(러시아연방 특허 제90994호, 2009년).
이 방식의 장치는 110-165°C 사이의 온도에서 미세캡슐이 터지도록 동작이 가능하며, 더 높은 기술적 수준과 더불어 생산 비용을 더 낮출 수 있는 장점을 가지고 있다.
하지만, 이 방식에는 몇 가지 단점들이 있다. 예를 들어, 시간 및/또는 주변 온도 및 습도의 변화에 따라 소화약제 층이 부서지거나 깨질 가능성이 있는데, 그렇게 되면, 소화 성능이 저하되고 실제 화재 발생시 제 역할을 하지 못할 수가 있게 된다. 게다가, 보호하기 위한 대상 함체(캐비닛 혹은 박스) 내의 표면에 작용물질(Substrate Material)을 안전하게 부착 또는 설치(예: 소화용 코팅이 된 금속성 판의 경우)하기 위하여 대상 함체의 표면은 특정 요구조건(예: 표면이 평평하고 매끄러워야 함) 들을 만족해야 한다. 하지만, 실제 설치 환경에서는 그렇지 못한 경우가 많다. 실제 설치 환경을 고려해 볼 때, 소화 물질이 최상의 성능을 내게 하기 위해서는 할로겐화 탄소의 농도가 기존의 70-90%와는 달라야 한다.
이러한 문제는 본 청구 문서에 설명된 발명을 통해 해결될 수 있는데, 이는 소화 속성들을 가지고 있는 하나의 복합적인 물질로부터 자립적 자동 소화장치를 만들어 낼 수 있기 때문이다. 이 새로운 방식은 미세캡슐화(Microencapsulated)된 소화 약제를 구현함으로써 가능하며, 고체상태의 소화 물질을 사용하지 않고도 실제 환경에서 충분히 사용 가능한 시간 안정성(Temporal Stability), 강도, 유연성 등을 갖출 수가 있다.
이와 관련하여 얻어진 공학적 연구결과는 다음과 같다. 본 발명을 통해 개발된 자립형 자동 소화장치는 소화 기능을 가지고 있는 물질과 결합제로 이루어져 있는데, 소화 물질은 크기가 2에서 100미크론 정도 되는 미세캡슐들을 포함하고 있다. 미세캡슐은 폴리우레아(Polyurea) 및/또는 폴리우레탄(Polyurethan) 재질의 폴리머쉘 내에 저장되어 있는 소화용 합성물인 할로겐화 탄소들이라고 말할 수 있다.
또한, 결합제는 폴리머 성분(Polymer Component)과 광물섬유(Mineral Fiber) 및/또는 광물입자(Mineral Particles)들을 포함하고 있는 복합적인 물질이다.
또한, 할로겐화 탄소는 폴리우레아 및/또는 폴리우레탄 기반의 프리폴리머 폴리이소시아네이트(Prepolymer Polyisocyanate) 재질의 폴리머쉘 내에 보관되며, 할로겐화 탄소들은 1,1,2,2-tetrafluordibromethane 및/또는 1,1,2-triftortrichlorethane 및/또는 2-iodo-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane 및/또는 이러한 물질들의 혼합물과 다른 할로겐화 탄소들을 혼합한 물질일 수 있다. 이 새로운 방식으로 개발되는 소화장치는 가급적이면 평평한 판(Plate)의 형태로 만들어지는 것이 좋다.
폴리우레아 혹은 폴리우레탄 기반의 프리폴리머 폴리이소시아네이트 재질로 미세캡슐들을 만들게 되면, 할로겐화 탄소로 가득차 있는 미세캡슐들을 안전하게 보호 및 보관할 수가 있을 뿐만 아니라, 110-165°C 사이의 원하는 온도에서 안정적으로 폭발이 가능한 얇은 미세캡슐의 껍질도 만들어 낼 수가 있다. 아울러, 미세캡슐의 껍질은 수년이라는 오랜 기간 동안 10% 미만의 누출 혹은 손실율 내에서 소화약제를 안전하게 저장 및 보관할 수 있게 해준다.
프리폴리머 폴리이소시아네이트를 사용함으로써 더욱 강력한 화학 결합(Chemical Bond)을 이끌어 냄으로써, 더욱 밀접하게 교차 결합(Cross-linked)된 폴리우레아 및/또는 폴리우레탄 폴리머를 만들어 낼 수 있게 해준다. 이는 폴리이소시아네이트가 수천 개의 수산기(Hydroxyl Group) 혹은 아미노기(Amino Group)들과 반응하는 한은 가능하다.
폴리머 성분 및 광물섬유 및/또는 광물입자들을 포함하고 있는 복합 물질인 결합제의 사용은 소화장치가 적절한 강도, 유연성 및 시간 안정성을 갖출 수 있도록 도와준다. 이러한 광물 성분은 소화장치의 생산 과정에서 미세캡슐들이 Filler내에 골고루 균등하게 분배되도록 해준다. 미세캡슐들이 마른 후에도, Filler는 캡슐들을 부수거나 파열시키지 않는다. 광물섬유들은 제조된 소화 물질들이 깨지거나 훼손되는 것을 방지해 주며, 광물입자들은 소화 물질 내에서의 공기 공극(Air Void)의 형성을 촉진시켜 화재 발생시 소화 물질 내에 포함되어 있는 모든 캡슐들이 터질 수 있도록 도와 준다. 따라서, 캡슐들 속에 보관되어 있는 가스 중 일부만이 사용되는 것이 아니라 모든 가스들이 화재를 소화시키는데 사용될 수 있도록 한다.
일정한 판(Plate)의 형태로 모양을 만드는 것은 소화장치의 사용시 최대한의 효율성을 확보하기 위함이다. 하지만, 특별한 보호 목적을 위해 다른 형태가 필요하고, 그것이 그 상황에서 최상의 방법이라면 기존의 판의 형태가 아닌 상황에 맞는 다른 형태로 제조될 수도 있다.
본 발명의 관련 장치(자립형 자동 소화장치)에 대한 대략적인 형태(모습)는 도 1에 나타나 있다. 도 2는 복합 소화 물질의 미세구조(Microstructure)를 보여준다. 도 3과 도 4는 소화장치가 보호 대상 함체에 설치된 예를 보여주는데, 도 3에 있는 함체는 Manchester Plate이고, 도 4에 있는 함체는 전기배전반이다.
자립형 자동 소화장치들은 소화 약제의 특성을 가지고 있는 복합 물질(1)이 말라서 경화된 상태로 농축되어 있는 얇고 넓은 판(Sheet)을 적당한 크기로 잘라서 만들어지게 된다. 그 물질들에는 크기가 2~100미크론 정도 되는 소화용 복합 성분인 미세캡슐(2)들이 들어있는데 그 미세캡슐들은 1,1,2,2-tetrafluordibromethane 및/또는 1,1,2-triftortrichlorethane 및/또는 2-iodo-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane 및/또는 이러한 물질들의 혼합물과 다른 할로겐화 탄소들을 혼합한 물질과 같은 할로겐화 탄소들이라고 할 수 있다.
이러한 탄소들은 폴리우레아 혹은 폴리우레탄 기반의 프리폴리머 폴리이소시아네이트 재질의 폴리머쉘에 보관 및 저장되어 있다. 미세캡슐(2)들은 복합 결합 물질(3) 내로 고르게 분배되는데, 이 복합 결합 물질(3)은 중합(Polymeric) 및 광물(Mineral) 성분(4)들을 포함하고 있으며, 이러한 성분들은 섬유(5) 및/또는 입자의 형태로 포함되어 있다. 또한, 자연적 그리고 인위적 광물질 두 가지 모두 광물 성분으로서 사용될 수 있다.
광물섬유들은 섬유유리(fiberglass), 현무암 섬유(Basalt Fiber) 및 기타 섬유들을 만드는데 사용되는 것들이며, 광물입자로써 좋은 것은 방해석(Calsite), 대리석(Marble), 백악(Chalk) 및 이와 유사한 종류들이다.
성형 틀을 통해 말려지고 굳혀진 소화용 복합 물질(1)의 한쪽 면은 접착층(6)으로 코팅되어 있는데 해당 접착면은 보호 필름(7)으로 덮여 접착면이 보호된다. 이 코팅된 접착층은 보호 대상 함체의 표면에 복합 물질(자립형 자동 소화장치)을 붙여서 설치하기 위한 것이다.
미세캡슐화 된 할로겐화 탄소들은 상계면(Phase Boundary) 표면에서 중합(Polymerization) 방식을 통해 생산된다. 할로겐화 탄소를 생산하기 위해서는 소화약제와 폴리이소시아네이트의 혼합물을 준비한 후 이 혼합물을 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol)의 수용액(Aqueous solution) 속에 넣어 유탁액(Emulsion)을 얻어 낸다. 이 유탁액에 폴리에틸렌 폴리아민(Polyethylene Polyamine)의 수용액을 첨가하여 미세캡슐(2)들의 껍질(Shell)을 형성시킨 후 소화 약제로 가득찬 미세캡슐(2)들을 결합제(3)와 혼합시킨다.
최종적으로 만들어진 전체 소화용 복합물질들을 특정 틀(Tray)에 고르게 펴서 경화시키며 말린다. 경화되어 마른 복합물질(1)은 원하는 형태로 잘라 제품화 시킨다. 제품화된 복합물질은 자립형 자동 소화장치로써 배전반 등과 같은 폐쇄형 구조의 소공간에 부착 및 설치되어 사용된다. 본 자립형 자동 소화장치를 보호 대상 함체 내의 표면에 부착하기 위해서 접착층(6)이 코팅되어 있는데 이 접착층(Adhesive Layer)은 쉽게 분리가 되는 보호 필름(7)으로 덮여 보호되어 있다.
본 자립형 소화장치는 잠재적인 화재의 발화 지점에 설치되어 화재가 발생하면 즉시 소화를 시키도록 되어 있다. 이는 주변 온도가 110℃ 이상 상승하게 되면 미세캡슐의 껍질이 터지며 할로겐화 탄소들이 기화되어 활성화 분사됨으로써 가능하게 된다. 보호 대상 함체 내에서 화재가 발생된 후, 미세캡슐이 터지고 나서 10-20초 이내에 발생된 화재는 소화된다. 본 소화장치는 전기 배전반, 전기 박스, 자동차의 엔진 격실, 변압기 및 서버 그리고 기타 전기 스위치 박스 및 전원 장치 내에 설치되어 효과적 및 효율적으로 사용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 소화물질로 만들어지는 자동 소화장치로서,
    할로겐화 탄소(Halocarbons)들로 구성되며, 2 내지 100 미크론(㎛) 크기의 미세캡슐들과;
    중합제 성분(Polymeric Component)과 광물섬유 및/또는 광물입자들을 포함하고 있는 결합제;를 포함하며,
    상기 할로겐화 탄소들은 폴리우레아 및/또는 폴리우레탄 재질의 폴리머쉘에 보관 및 저장되는 소화용 합성물인 것을 특징으로 하는, 자립형 소화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 할로겐화 탄소들은 폴리우레아 및/또는 폴리우레탄 기반의 프리폴리머 폴리이소시아네이트(Prepolymer Polyisocyanate) 재질의 폴리머쉘에 보관 및 저장되는 것을 특징으로 하는, 자립형 소화장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 할로겐화 탄소들은 1,1,2,2-tetrafluordibromethane 및/또는 1,1,2-triftortrichlorethane 및/또는 2-iodo-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane 및/또는 상기 물질들의 혼합물과 다른 할로겐화 탄소의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 자립형 소화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동 소화장치는 판(Plate) 형태인 것을 특징으로 하는, 자립형 소화장치.
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