吸气型除烟设备

技术领域

本发明涉及一种用于设置在建筑物上的除烟设备，更详细地，涉及一种吸气型除烟设备，该吸气型除烟设备在火灾时，通过将产生的烟气及有毒气体快速吸入后与水进行混合而除去(除去/Removal),使得烟气不会扩散到设定除烟(除烟/Smoke Removal Zone)区域、火灾室(客厅)、作为避难路线的楼道、楼梯等，从而能够防止烟气及有毒气体的流入，使得人员伤亡最小化。

背景技术

近期被建筑的大部分建筑物中义务性地设置有多种用于消防的设备以满足被强化的建筑消防法所规定的基准。这种消防相关设备包括消火设备、排烟设备、除烟(控制)设备、警报设备、避难设备、消防用水设备、消火行动相关设备等。消防设备的基本目的显然是用于提前检测火灾来保护或疏散建筑物内人员，以能够初期进行针对火灾的消火行动等，使得因火灾引起的人命及财产损失最小化。

上述多种设备中，除烟(控制)设备作为正压设备具有如下功能，诸如在火灾时向各个层内吹入空气，使得建筑物内逃生通道的内部压力高于烟气及有毒气体的压力，以阻断逃生通道内烟气及有毒气体的流入，从而防止逃生者发生窒息。如果说排烟设备是用于将有毒气体排出至建筑物外的设施，那除烟设备是用于阻断并保持以避免有毒气体进入的设备。

即，除烟(控制)设备作为消火行动设备的一种是如下的设备，即，通过检测建筑物的火灾初期阶段所产生的烟气等，排出火灾室(客厅)的烟气并使得作为避难路线的楼道、楼梯等中的烟气不会发生扩散，从而能够从烟气中保护居民而使居民安全地进行避难，同时为了使得消防队进行消火行动，能够控制(制御/Smoke Control)烟气而向外排出(排烟/排煙/Fire Smoke Ventilation)。

除烟(控制)设备根据所设置的场所，虽然可以分为客厅除烟(控制)设备和楼梯室及附属室除烟(控制)设备，但技术内容基本相同。

客厅除烟(客厅)设备包括用于将在发生火灾的客厅内的烟气和热气排出的供气风机和排气风机。供气风机以大于排气风机的排气的方式进行供气以能够进行避难和消火行动。另外，楼梯室及附属室除烟(控制)设备用作如下设备，即，通过使楼梯室及附属室(以下为除烟区域)的内部压力大于客厅的内部压力，使得客厅的烟气不会渗入其中，从而从有毒气体中保护疏散人员。

另外，用于楼梯室及附属室的现有除烟(控制)设备具有利用用于控制的送风机和垂直风道向除烟(控制)区域供入外部空气的方式。即，利用地下或屋顶上设置的送风机将空气通过除烟风门供给至除烟(控制)区域内，以提升压力来阻断向除烟(控制)区域的烟气流入。然而，通过各种新闻报道及正式现场实验、检验被揭露出这种除烟(控制)设备因现出如下巨大问题而成为无用之物这早已成为事实，即，在压力向控制区域的外部(窗户、出入口)泄露的情况下，无法执行正常的功能而在控制区域楼道、楼梯等中充满烟气和有毒气体致使逃离人员窒息(窒息/Suffocations)。

图1和图2为用于说明现有除烟(控制)设备的问题的图。

如图所示，建筑物10的居住空间13与除烟(控制)区域15之间提供有风道11。风道11作为设置在共同沟(未图示)内的垂直的管道，对从地下室的送风扇17所供给的空气进行向上导向。经过多次现场实验、检验被揭露出，通过风道流动的空气经过各个层的除烟(控制)15区域楼道、楼梯等上的各个层的除烟风门15a过度流入空气的误操作，致使除烟区域内部的压力相比允许值过度上升，这不仅使得老弱人员连带健康的成人男性也无法从居住空间13打开门而存在本身不可能实现逃离行为本身的问题。

除烟(控制)区域15的窗户15c或出入口15e被打开的情况下，如同车轮被爆胎一样，使得除烟(控制)区域的内压无法上升，由此不管利用送风扇17送风，也无法提升除烟区域的内部压力。

另外，对除烟(控制)区域15楼道、楼梯等进行密闭或为了对其进行密闭而适用有多种附加装置，然而在对楼道、楼梯等进行完全密闭时，实际生活中全然无法进行换气，使得除烟(控制)区域15内部的温度在盛夏时会上升至高温40℃以上，致使入住民(尤其，儿童、老人、残疾人)在电梯等候时间内引发其衣物被汗浸湿等不便，这是难以言表的，且会衍生出诸多副作用。

与除烟(控制)区域的密闭与否无关地，无论在任何季节，为了使日常实际生活空间随时保持舒适、且在火灾时最大限度地确保安全避难通道及避难时间、哪怕为救出一个人命，迫切需要一种从避难通道最大限度地除去致使人体致命的氯化氢(HCL)、氰化氢(HCN)等剧毒性气体等而使得各种有毒气体的致死量降低至安全范围以下的技术力。

发明内容

(发明所要解决的问题)

本发明是为了解决上述问题而提出，其目的在于，提供一种吸气型除烟设备，该吸气型除烟设备在火灾时能够阻断烟气和有毒气体朝向除烟区域移动而使得人员伤亡最小化，在不发生火灾的情况下也能够谋求室内的空气净化，可以活用于排出污染物质的产业现场中防止污染物的排出。

(解决问题所采用的措施)

为达到上述目的，作为课题解决手段的本发明的吸气型除烟设备用于将流入除烟区域的气体向除烟区域外部排气，包括：真空发生多级文丘里，该真空发生多级文丘里用于供从外部提供的水通过，且在水通过期间根据文丘里效应产生负压，以能够吸入除烟区域内部的气体并将吸入的气体与水混合而排出；供水部，该供水部用于向真空发生多级文丘里供给水；以及喷嘴，该喷嘴用于向真空发生多级文丘里的内部喷射由供水部供给的水。

另外，所述真空发生多级文丘里设置在共同沟内，该共同沟通过管道与各个层的除烟区域连通，供水部包括：供水泵，该供水泵用于泵送水；主供水管，该主供水管用于将由供水泵泵送的水导向至真空发生多级文丘里侧；及支管，该支管与主供水管连接，且朝向真空发生多级文丘里的入口部侧延伸并与所述喷嘴连接。

此外，所述真空发生多级文丘里以上下间隔布置有多个，各个真空发生多级文丘里之间具备有阻隔导向板，该阻隔导向板用于防止从上侧真空发生多级文丘里喷射的水打击下侧真空发生多级文丘里。

另外，所述吸气型除烟设备还包括混合道管，该混合道管垂直地延伸且容纳有真空发生多级文丘里和阻隔导向板，所述混合道管用于对从真空发生多级文丘里喷出的水及气体混合物进行向下部导向。

并且，所述真空发生多级文丘里具备有：喷射管，该喷射管的上端部具备有所述喷嘴，所述喷射管用于将从喷嘴喷射的水向下部喷出；以及文丘里壳体，该文丘里壳体围绕喷射管，且用于对由喷射管喷射的水进行向下导向，所述文丘里壳体呈朝向下部直径被扩张的形状。

另外，所述喷射管包括：第一喷射管，该第一喷射管具有与喷嘴结合并用于一同接收水和气体的流入口以及用于将与气体混合的水流出的出口部；以及第二喷射管，该第二喷射管容纳有第一喷射管，且具有用于吸入气体的流入口以及用于将流入的气体与从第一喷射管喷出的气体混合水进行混合而排出的出口部，第一喷射管和第二喷射管的出口部上形成有混合叶片，该混合叶片能够通过与流入的水及气体发生冲撞以使得水与气体混合。

另外，所述文丘里壳体包括：固定管，该固定管容纳有第二喷射管，且在上端部具有用于吸入气体的流入口；旋转管，该旋转管可旋转地设置在固定管的下端部上；以及叶轮叶片，该叶轮叶片位于旋转管的内侧，且能够通过与喷射的水发生冲撞以接收来自水的动能而使得旋转管旋转。

此外，所述固定管的下端部上形成有容纳槽，该容纳槽沿圆周方向延伸且沿圆周方向具有预设截面形状，旋转管的上端部上形成有弯曲插入端部，该弯曲插入端部插入并支撑在容纳槽内，且在插入到容纳槽的状态下能够沿圆周方向滑动。

另外，所述弯曲插入端部与容纳槽之间还设置有无供油固体润滑涂层或环形轴承。

另外，所述吸气型除烟设备还具备有供水泵，该供水泵用于再利用通过混合道管排出的水。

(发明的效果)

如上所述构成的本发明的吸气型除烟设备在火灾时通过形成负压将周围的烟气和有毒气体吸入后与水进行混合而向外部排出，从而能够防止烟气和有毒气体向除烟区域移动，使得人员伤亡最小化。

另外，在没有发生火灾的情况下，也能够将室内的黄沙或微尘等各种悬浮性污染物质吸入而除去，从而谋求室内空气的净化，更进一步地，不仅可以活用于排出粉尘、油蒸汽或有毒性化学物质等的储煤场、混凝土工程、建设现场、炼油设施、制铁厂或造船厂等产业现场，而且也可以活用作用于农水产或军事的空气净化装置。

附图说明

图1和图2为用于说明现有除烟(控制/Smoke Control)并向外部排出(排烟/排煙/Fire Smoke Ventilation)的设备的问题的图。

图3和图4为用于说明根据本发明一实施例的吸气型除烟(除煙/Smoke RemovalSystem)设备的基本结构以及工作方式的图。

图5和图6为示出根据本发明一实施例的吸气型除烟(除煙/Smoke RemovalSystem)设备的结构的图。

图7a至图7c为用于说明图5所示的真空发生多级文丘里的结构的图。

具体实施方式

以下，将参照附图更详细地描述根据本发明的一个实施例。

本发明的吸气型除烟设备在火灾时，通过将产生的烟气及有毒气体快速吸入后与水进行混合而向外部排出,从而能够防止烟气及有毒气体流入到设定除烟区域，使得人员伤亡最小化。

即，在火灾时，通过将产生的烟气及有毒气体快速吸入后与水进行混合而除去(除去/Removal),使得烟气不会扩散到设定除烟(除煙/Smoke Removal Zone)区域、火灾室(客厅)、作为避难路线的楼道、楼梯等，从而能够防止烟气及有毒气体的流入，使得人员伤亡最小化。

具有如下结构，即通过将因热气膨胀且压力升高的高温烟气、有毒气体吸入并与水进行混合(Mixing)，在水中通过溶解(dissolution)、稀释(dilution)气体及液体微粒子系有毒气体而除去并冷却，通过物理吸附(physical adsorption)固体微粒子系烟尘、黑灰、超微尘、超微粉尘等而除去。

这种本发明可以适用于地铁车站、地下设施及地下停车场、各种公共实施、各种通道的除烟[除煙]、用于产业的固体微粒子系超微细各种粉尘除去[粉塵除去]、用于军事的气体及液体微粒子系、固体微粒子系、各种化学物质及有毒气体除毒设备、用于产业及医院、农畜产杀菌[殺菌]及防疫[防疫]设备、用于吸附除去气体及液体微粒子系恶臭成分[惡臭成分的吸着除去]的领域等多种领域。

图3和图4为用于说明根据本发明一实施例的吸气型除烟设备(Smoke RemovalSystem)的基本概念以及工作方式的图，图5和图6为更详细地示出根据本发明一实施例的吸气型除烟设备的结构的图。

如图所示，根据本发明的吸气型除烟设备30包括混合道管43、多个真空发生多级文丘里50、阻隔导向板37、供水部以及喷嘴51。本实施例的除烟设备30位于建筑物10内的居住空间13与除烟区域15之间的位置。

通常，建筑物的居住空间13与除烟区域15之间提供有垂直的共同沟(无附图标记)，本实施例的除烟设备30可以设置在共同沟内。共同沟并非隔绝居住空间13与除烟区域15。当然，居住空间13内的人员可以移动到除烟区域15。

同时，本说明中的居住空间13为使用建筑物10的人员通常所处的空间。例如，若建筑物为办公楼，则居住空间13为办公室、会议室或食堂。另外，若建筑物为公寓或商务公寓，则居住空间13为各个户内空间。

除烟区域15可以为在非常情况下逃离建筑物时所使用的楼道、楼梯室或其它附属室。除烟区域例如作为在火灾时供建筑物内人员通过或疏散的通道，不应使烟气或有毒气体渗入。

根据本实施例的吸气型除烟设备30设置在除烟区域15的外部且通过除烟风门15a与各个层的除烟区域15连通。假设混合道管43内形成有负压时，除烟区域15内部的空气会快速吸入到混合道管43侧。除烟风门15a将除烟区域15的外部与内部连接。

其结果，本实施例的吸气型除烟设备30处于设置在除烟区域15外部的状态，在火灾时能够使流入除烟区域的气体向除烟区域外部排出，从而能够通过除烟区域实现逃离或疏散。在火灾时，从居住空间13逃离的待救人员能够转移至除烟区域15而向建筑物外部进行安全脱离。

另外，混合道管43作为垂直地延伸的管，其中容纳有真空发生多级文丘里50、阻隔导向板37和供水部，并使由真空发生多级文丘里50喷出的水和气体混合物朝向下部流动。

从混合道管43排出的水可以被独立回收来进行下水处理，根据情况通过将其汇聚到独立的水罐中后进行净化处理而实现循环再利用。即，对通过混合道管43的下部排出的水进行独立回收来实现下水处理或捕获到水罐中并对其水进行净化，将其在烟气、有毒气体吸气除去型(除煙/Intake type Smoke Removal facility)设备中进行循环，从而能够对水进行再利用而节约水。对于混合道管43的形状可以进行任意变更。同时，主供水管31也可以在混合道管43的外侧独立配管。

供水部用于向各个真空发生多级文丘里50供给水，包括供水泵39、主供水管31和支管33。

供水泵39起到对从外部供给的水进行泵送而通过主供水管31进行向上输送的功能。从外部供给的水可以是由消防车供给的用于消防的水、或者储存在独立的水罐中的水、或者可以用作上水。

主供水管31作为垂直向上部延伸的管，其上升至建筑物的最上层位置。支管33为与主供水管31连接且朝向各个真空发生多级文丘里50侧延伸的管。通过主供水管31向上流动的水穿过支管33供给至真空发生多级文丘里50。支管33的延伸端部到位至真空发生多级文丘里50的上端部中央的位置且与喷嘴51结合。喷嘴51为内置有涡旋引导体(Swirl)的喷嘴，其以螺旋形的流动模式(Vortex Effect Pattern)高速喷射水，并朝向后述的第一喷射管53的流入口53a高速向下喷射通过支管33的水。对于涡旋引导体的形状，其能够形成螺旋形流线的情况下可以以任意多种形式实现。

由喷嘴51朝向真空发生多级文丘里50的内部喷射的水通过负压作用吸入烟气、有毒气体粉尘、微尘、烟尘、黑灰、各种未燃烧可燃性气体或热气等压力升高的高温烟气、有毒气体，并将其与水进行混合，其中在水中通过溶解(dissolution)、稀释(dilution)液体气体及液体微粒子系有毒气体而将其除去，通过物理吸附(physical adsorption)固体微粒子系烟尘、黑灰、超微尘、产业现场各种超微粉尘等而将其除去，并使其以与水混合的状态向下流落。在火灾时产生的水溶性有毒气体氰化氢(HCN)、氟化氢(HF)会无限地溶解在水中，氯化氢(HCl)会十分容易地溶解在水中，光气(COCl

另外，真空发生多级文丘里50具有如下功能，即，使得通过支管33供给的水通过，且在水通过期间根据文丘里效应产生负压而吸入除烟区域15内部的气体，并将吸入的气体与水进行混合而排出。即，如图5所示，将除烟区域15内部的气体朝向箭头e方向抽吸并与水混合后使其朝向下方流动。

同时，本实施例中，在每个层中并列适用有各三个真空发生多级文丘里50，对于每个层的真空发生多级文丘里50的适用数量可以进行任意变更。

阻隔导向板37作为设置在上下布置的真空发生多级文丘里50之间的板状构件，例如防止从上侧真空发生多级文丘里向下喷射的水击打下侧真空发生多级文丘里。通过真空发生多级文丘里50的水与阻隔导向板37发生冲撞后朝向图5的箭头e方向流动后落下。

阻隔导向板37的另一种功能为如下，即对通过除烟风门15a引出的气体进行导向，使得气体顺畅地流动至真空发生多级文丘里50的入口部即上端部。换言之，对所引出的气体进行导向成使其不会朝向上部散开而会迅速地吸入至真空发生多级文丘里50内。只要能够执行上种功能，可以对阻隔导向板37的结构进行任意变更。

图7a至图7c为用于说明图5所示的真空发生多级文丘里50的结构的图。

如图所示，真空发生多级文丘里50具有第一喷射管53、第二喷射管55以及文丘里壳体57的三重结构。根据实施例，真空发生多级文丘里50也可以以四重以上制造。

第一喷射管53作为上端部具有流入口53a且下端部具有出口部53e的圆筒状管，在其上端部上固定有喷嘴51。从喷嘴51喷射的水通过第一喷射管53的流入口53a朝向下部流下。第一喷射管53的下侧形成有多个混合叶片53b。

混合叶片53b与朝向下部流下的水发生冲撞，起到使得水与气体均匀混合的作用。该气体为由真空发生多级文丘里50内所形成的负压而通过流入口53a流入的气体。

混合叶片53b是通过将第一喷射管53的下侧部以等间距或沿长度方向平行地切割后向内侧进行预设折叠而成的部分。通过第一喷射管53通过的水与混合叶片53b发生冲撞后处于与气体混合的状态而具有螺旋形的流动模式(Vortex Effect Pattern)。

第二喷射管55为其内部容纳有第一喷射管53的管。第二喷射管55的长度大约为第一喷射管53的长度的两倍左右。然而对于第二喷射管55的长度可以进行变更。第二喷射管55的内向表面与第一喷射管55的外周表面的间距由连接支柱54来保持。连接支柱54沿第一喷射管53的圆周方向成预设间距且支撑第二喷射管55。

第二喷射管55的上端部提供有流入口55c且在下端部提供有出口部55e。流入口55c为用于吸入周围气体的通道。另外，出口部55e为用于将通过流入口55c流入的气体与从第一喷射管喷射的气体混合水(水与气体混合的流体)进行混合而排出的通道。

第二喷射管55的下端部上也形成有多个混合叶片55b。混合叶片55b是通过将第二喷射管55的下侧部以等间距切割后对切割的部分进行向内侧折叠而成的部分。通过第二喷射管55通过的气体和水的混合物与混合叶片55b发生冲撞后再次进行混合。

文丘里壳体57内容纳有第一喷射管53和第二喷射管55，文丘里壳体57对通过第一喷射管和第二喷射管喷射的水进行向下导向，并且具有朝向下部其直径被扩张的形状。

文丘里壳体57由固定管58和旋转管59构成。固定管58为通过连接支柱56固定在第二喷射管55上的管，旋转管59为可旋转地安装在固定管58的下端部上的向下扩张型管。

固定管58的上端部上提供有用于吸入气体的流入口57a，且下端部上形成有支撑部58a。支撑部58a作为将旋转管59支撑为可绕轴旋转的部分，支撑部58a通过对固定管58的下端部进行弯曲而构成。支撑部58a沿固定管58的圆周方向具有预设截面形状且提供有向内侧开放的容纳槽58b。

旋转管59为其下端部的直径相比上端部扩张的管，上端具有弯曲插入端部59a。弯曲插入端部59a为通过对旋转管的上端部进行向外侧弯曲而成的部分，其插入支撑在容纳槽58b内。另外，弯曲插入端部59a在容纳在容纳槽58b内的状态下能够沿圆周方向滑动。

尤其，弯曲插入端部59a的上部和下部上安装有轴承59e。轴承59e起到减小弯曲插入端部59a与容纳槽58b之间的摩擦的功能。旋转管59在轴承59e的作用下以支撑在支撑部58a的状态顺利地进行旋转。

另外，旋转管59的内侧设置有叶轮叶片59g。叶轮叶片59g为以螺旋形布置的叶片，且具有如下功能，即该叶轮叶片59g与水发生冲撞后接收来自水的动能，使得旋转管59沿箭头k方向进行绕轴旋转。

尤其，从喷嘴51喷射的水根据烟气、有毒气体的高温热气迅速成为水蒸气状态，在1气压、100℃下其体积会气化膨胀为约1700倍、在260℃下为2400倍、在650℃下为4200倍以上。

在火灾时高温的烟气、有毒气体会持续地朝向室内空间的上层部上升而汇聚使上层部压力升高、则压力升高的烟气、有毒气体(未燃烧可燃性气体、黑烟)朝向压力低的方向扩散直至约3分钟内到达预设临界点时，因辐射热被点燃(着火/点火/點火)而引发闪络(Flashover)现象，致使火灾更加朝向周围扩散。高温的烟气、有毒气体的上层部温度因辐射热而可以上升至600℃～900℃。

通过流动场内部的流体的体积由于高温的热气瞬间增大，必然使得流速更加速，因此高速的流体即混杂有水蒸气、气体和水的混合流体根据文丘里原理能够使得真空发生多级文丘里50内部的压力急剧下降而更进一步增幅吸引力，这是因为在内部的压力低于1气压的状态下比100℃低的温度能够诱导气化膨胀，且在压力低的状态下使得气化膨胀率更加变大而进一步提高喷射流速。

其结果，通过混合流体的气化膨胀，使得文丘里内部实现高速的流体喷射，进而使得吸入烟气及有毒气体的吸引力获得大增幅。这就是在火灾时产生的气体吸入至真空发生多级文丘里50内部的原理。

根据这种真空发生多级文丘里50的作用，本实施例的除烟设备中，通过真空发生多级文丘里50的气体中，液体微粒子系有毒气体会在水中溶解或稀释，固体微粒子系烟尘、黑灰、超微尘等会在水中物理吸附，滚烫的热气及膨胀的水蒸气通过水被冷却。

在火灾时产生的气体作为燃烧可燃物时生成的物质，是由高温且很黏的固相微粒子、液相如焦油等的液滴粒子、雾相蒸气及气相分子构成的复合混合物，这种有毒气体以在水中溶解或稀释的状态朝向混合道管43的下部流动而向外部排出。

以上虽然通过具体实施例对本发明进行了详细描述，但本发明并不限定于上述实施例，在本发明的技术思想范围内可以通过具有通常知识的人员进行多种变型。