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문제 정의
- 본 논문에서는 고체에어로졸 자동소화장치의 특징, 구조 및 설계 개념, 제조 공정, 특성 평가 방법 및 결과를 소개하고자 한다.
제안 방법
- Figure 10 및 Figure 11처럼 3 m×3 m×3 m (27 m3)의 시험장치내 각 모서리에서 바닥면과 천정에서300 mm 떨어진 8곳에 설치된 연료통(직경:77 mm, 높이:153 mm)에 물 51 mm, n-Heptane 51 mm를 채우고 점화하여 30초간 예비 연소 후, 고체에어로졸자동소화장치를 작동하여 소화농도를 측정하였다.
- SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer)를 이용하여 작은 입자, 즉 20~6 00 nm 크기 범위의 입자들을 측정하였으며, PSD(Particle Size Distribution Analyzer)를 이용하여 큰 입자, 즉 0.3~10 μm 입자를 측정하였다.
- SMPS는 2분 30초, PSD는 30초 간격으로 입도를 측정하였다.
- 고체에어로졸 자동소화장치를 샘플 챔버(3×3×3 m) 내에서 작동시키고, MFC(Mass Flow Controller)와 펌프를 이용하여 에어로졸 입자를 샘플링한다.
- 5 L의 n-헵탄을 넣고 소화시험실 바닥에서 6 00 mm 높이로 소화시험실 중앙에 설치한다(Figure 11). 소화모형의 n-헵탄에 점화하여 30초간 예비연소 후 시험장치의 문을 닫고 즉시 소화약제를 화원에 직접 방출시켜 소화유무를 확인한다.
- 위의 요구조건을 만족시키는 조성을 개발하기 위하여 연소 시 열역학 특성을 계산할 수 있는 컴퓨터 코드[6]를 사용하였으며, 원료의 입도, 바인더의 열적 안정성, 소화약제 제조 조건 등을 변경하는 시험 제조와 평가를 통해 최적의 소화약제 조성을 개발하였다.
- 이 시험에서 최대높이시험과 동일 소화약제량으로 실시하여 소화능력을 확인하였다. 이상의 두 시험을 통해 에어로졸 자동소화장치가 직접방사와 간접방사 조건에서 모두 만족스런 소화능력을 가졌음을 입증하였다.
- 이 소화장치의 핵심인 소화약제는 K염의 산화제, 바인더, 가소제 및 기술적 첨가제로 만들어 진다. 조성의 비율은 고농도 K염을 함유하는 소화물질의 방출량을 극대화함과 동시에 유해물질을 최소화하고 알맞은 가공성을 갖도록 설계하였으며, 제조공정조건 최적화를 통해 일정한 밀도와 연소속도를 가질 수 있도록 하였다.
- 중합재료화재 시험은 전기 부품의 재료로 상용되는 PMMA, PP 및 ABS를 405 mm×200 mm×10 mm 크기로 시편을 만들고 한국소방검정공사 인정기준에 따라 간접소화 시험치구에 설치하여 3분 30초 동안 예비 연소 후 소화시험실의 문을 닫고 즉시 소화약제를 방출시켜 소화유무를 확인하였다.
대상 데이터
- 냉각제는 소화약제의 연소에 의해 생성되는 연소열을 제거하여 방출되는 에어로졸의 온도를 최소화 하면서 에어로졸의 방출에 영향을 주면 안 되며, 내부 연소열에 의해 연소되어 유해 성분을 발생시키거나 물리적으로 파손되어 노즐 밖으로 배출되어서도 안 된다. 당사는 이러한 점을 고려하여 무기물인 구형의 활성알루미나를 냉각제로 사용하였다.
- 원료로는 K이온을 공급할 수 있는 산화제(KNO3, KClO4 등), 산화제와 반응하여 연소반응을 할 수 있는 바인더(C, H, O 공급원), 연소 촉매제 및 기술적 첨가제가 사용된다.
이론/모형
- 고체에어로졸 자동소화장치의 소화성능 평가는 한국소방검정공사의 “고체에어로졸 자동화장치 인정기준”에 따라 실시하였다[11].
성능/효과
- Figure 4와 Figure 5는 에탄올로 원료 혼화 후 성형 시, 성형 압력에 따라 밀도 및 연소속도 변화를 나타낸 것이다. 결과에 의하면 가온 성형 시 상온 성형에 비해 낮은 압력에서 균일한 밀도와 연소속도를 얻을 수 있다.
- 중합재료화재 시험은 전기 부품의 재료로 상용되는 PMMA, PP 및 ABS를 405 mm×200 mm×10 mm 크기로 시편을 만들고 한국소방검정공사 인정기준에 따라 간접소화 시험치구에 설치하여 3분 30초 동안 예비 연소 후 소화시험실의 문을 닫고 즉시 소화약제를 방출시켜 소화유무를 확인하였다. 방출 종료 후 60초 이내에 소화되어야 하며 6 00초 이내에 재연하지 아니하여야 하는 기준을 충분히 만족하였다.
- 방출된 에어로졸의 전기전도도를 분석한 결과, 배전반 등 고전압 환경에 적용하더라도 유사시 에어로졸의 전기전도로 인한 2차적인 위험은 없는 것으로 판명되었다.
- 소화장치 작동 후 방출되는 에어로졸의 입자크기는 평균 0.2 μm로, 입자가 매우 작아 확산이 빠르고, 표면적이 커서 소화능력이 월등히 증가함을 추정할 수 있었다.
- 시험함을 개방한 조건에서 동일한 시험을 실시한 결과 에어로졸에 의한 전류량 증가는 12 μA이다.
- 이 시험에서 최대높이시험과 동일 소화약제량으로 실시하여 소화능력을 확인하였다. 이상의 두 시험을 통해 에어로졸 자동소화장치가 직접방사와 간접방사 조건에서 모두 만족스런 소화능력을 가졌음을 입증하였다.
후속연구
- 고체에어로졸 자동소화장치는 무인공간, 전기시설, 산업시설 및 운송장비 등의 초기 화재 진압에 적용될 수 있으며, 높은 소화성능, 설치와 유지보수의 편리함, 친환경적인 특성 등으로 기존의 소화설비를 대체하는 소화시스템으로 각광받을 것으로 기대된다.
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