[논문]고팽창포소화약제 발포특성에 영향을 미치는 요인 연구

오규형; 이성은; 인세진; 이만수

고팽창포소화약제 발포특성에 영향을 미치는 요인 연구
A Study on the Effect Factor to the Foam Generating Characteristics of High Expansion Foam 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.22 no.5, 2008년, pp.83 - 89

오규형 (호서대학교 소방방재학과) , 이성은 (호서대학교 산업안전기술연구센터) , 인세진 (우송대학교 소방방재학과) , 이만수 (호서대학교 안전보건학과)

초록
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ISO 7203-2의 고팽창포 표준 발포기를 이용하여 포수용액을 5기압에서 6리터로 방사하면서 풍량, 스크린 매쉬, 포수용액의 농도 및 소금물의 농도 등 외적 요인에 의한 발포 특성을 살펴보았다. 연구결과 풍량이 증가할수록 발포배율이 증가하는 경향을 보였으며 표준발포용 스크린이 평직 철망에 비해 발포배율이 높았다. 포수용액의 농도 증가에 따라 발포 배율과 환원시간이 긴 안정성이 좋은 포를 발생하였으며 소금물의 농도가 증가하는 경우는 발포 배율과 환원시간 모두 감소하는 경향을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Using the high expansion foam generator of ISO 7203-2 which spray 6 liter at 5 bar, foam generation characteristics was studied. Wind flow rate, foam screen, concentration of foam agent solution and concentration of salt of water were varied to find the effect of the parameters on foam generation. Research result showed that expansion ratio of foam was increased with wind flow rate. The expansion ratio of foam in the perforated type standard screen was higher than the wire mesh screen. Expansion ratio and drainage time were increased with increase of foam solution concentration. But a increase of salt concentration in solution showed the decrease of expansion ratio and drainage time.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고팽창포의 발포특성에 영향을 미치는 요인들 중 약제의 물성을 제외하고 포원액의 농도, 약제 희석용액의 염도, 발포기의 풍량변화 및 스크린매쉬를 변화시키면서 발포를 하여 이들 외적 요인의 변화에 따른 포의 안정성 및 환원시간 등 발포특성을 측정하고자 하였다.
본 연구에서는 합성계면활성제 포소화약제를 기반으로 포원액의 물성을 제외하고 외적인 요인에 따른 포수용액의 발포특성을 알아보기 위해 다음과 같이 발포 실험 변수를 두어 발포된 포의 특성을 알아보았다.
본 연구에서는 합성계면활성제 포소화약제를 사용하였기 때문에 Table 1과 같은 합성계면활성제 포소화약제의 요구성능과 이론적 내용을 간략히 고찰하였다.
이 실험은 포원액 농도나 풍량의 변화없이 발포장치의 스크린 매쉬를 앞에서 보여준 3종류로 교체하면서 실험하여 발표배율과 환원시간에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 즉, 농도는 3%, 인버터의 주파수는 60 Hz로 일정하게 유지시키며, 스크린 매쉬를 세 종류 즉 표준형(Ø2 mm, Pitch 3 mm), No.

제안 방법

D-Hifoam은 사용농도 3%에서 가장 이상적인 소화효과를 나타내며 1%, 2%, 3%, 6%형으로 다양 하게 사용되며 사용 온도범위는 −10℃~30℃로서 주성분이 합성계면활성제로 본 연구의 목적인 고팽창포 발포성능 및 특성을 알아보기 위한 시료로 적합하여 선택하여 사용하였다.
농도 변화에 따른 발포특성을 측정하기 위해 모터팬을 60 Hz로, 발포 스크린은 표준형으로 고정시키고 포수용액의 농도만 1%, 2%, 3%, 6%로 변화시켜 발포배율과 환원시간을 측정하여 분석하였다.
무게비로 염도가 1%, 2%, 3% 4%가 되도록 소금의 무게를 저울에 달아 20리터 용기에 넣고 수용액 20 kg이 되도록 물로 용해하였으며 각각의 농도에서 포원액 1% 수용액을 만들어 발포시켜 이때의 발포특성을 측정하였다.
원인을 분석하기 위하여 순수한 물을 사용하여 4가지 경우로 매쉬를 교체하면서 2분간 방사시켜 스크린에 부딪혀 흘러내리는 물의 채집된 부피를 비교하였다. 발포장치의 특성상 스크린에 부딪히는 수용액이 포를 형성하며 스크린의 구멍을 통해 손실되는 양은 발포에 기여하지 못하기 때문에 손실량을 비교하여 발포배율이 차이가 발생하는 원인을 확인하였다. Table 3은 측정된 채수량과 손실량을 나타내고 있다.
본 실험에서는 고팽창포 발포특성을 알아보기 위해 위에서 설명한 4가지의 외적 요인을 변수로 하여 실험한 결과 각 변수들에 따른 고팽창포의 발포특성은 다음과 같다.
농도변화에 따른 발포특성 실험 역시 ISO 7203-2의 기준에 따라 발포배율과 환원시간을 측정하였으며 그 결과를 Figure 4에 나타내었다. 사용된 스크린 매쉬는 표준형 이었으며 인버터의 주파수는 60 Hz로 고정하여 풍량은 일정하게 유지시키고 포 수용액 농도만 변화시키면서 발포실험을 하였다.
스크린 매쉬 형태에 따른 발포특성을 알아보기 위한 실험에서는 포의 농도는 3%로 유지시키고 모터팬도 60 Hz로 일정한 풍량을 유지시켰으며 다만 ISO 7203-2에서 정하고 있는 표준형(Ø2 mm, Pitch 3 mm), 표준 사이즈보다 큰 mesh No.7, mesh No.8을 겹친 것과, 표준사이즈보다 작은 mesh No.10과 mesh No.12를 겹친 것으로 변경시키며 총 세 종류로 발포실험을 하여 각각의 발포배율과 환원시간을 측정하여 분석하였다.
12를 겹친 것 모두 기준에 적합한 200배 이상의 발포배율을 보였으나 표준 screen외에 평직 철망을 사용한 경우는 표준 screen보다 현저하게 낮은 발포배율을 보였다. 원인을 분석하기 위하여 순수한 물을 사용하여 4가지 경우로 매쉬를 교체하면서 2분간 방사시켜 스크린에 부딪혀 흘러내리는 물의 채집된 부피를 비교하였다. 발포장치의 특성상 스크린에 부딪히는 수용액이 포를 형성하며 스크린의 구멍을 통해 손실되는 양은 발포에 기여하지 못하기 때문에 손실량을 비교하여 발포배율이 차이가 발생하는 원인을 확인하였다.
이러한 ISO 7203-2의 발포장치에서 풍량의 변화 따른 발포특성을 살펴보기 위해 인버터를 사용하여 발포기의 모터 팬의 회전 속도 조절이 가능하도록 제작하였고, , 스크린 매쉬 변화에 따른 발포특성 실험을 위해서는 ISO 7203-2에서 규정하고 있는 표준형(Ø2 mm, Pitch 3 mm) 외에 mesh No.7, mesh No.8, mesh No.10, mesh No.12의 5 종류를 제작하였다.
풍량변화에 대한 발포특성을 알아보기 위한 실험에서는 포의 농도는 3%로 고정시키고 발포 스크린은 표준형으로 고정하여 주파수(풍량) 변화에만 변수를 두어 발포배율과 환원시간을 측정하여 분석하였다.

대상 데이터

12를 겹친 것으로 변경시키며 총 세 종류로 발포실험을 하여 각각의 발포배율과 환원시간을 측정하여 분석하였다. Figure 2는 본 연구에 사용된 3type의 스크린 매쉬의 사진이다.
고팽창포의 발포시험 장치는 포약제의 적용 장소에 따라 육상의 경우는 소방검정공사 검정기술기준(KOFEIS 0103)에 준하는 규정을 적용하며 선박의 경우는 국제 해사기구 IMO(International Maritime Organization)의 국제표준화기구에 따른 ISO(International standards for Organization)의 기준을 따른다. 본 실험에서는 Figure 1과 같이 ISO 7203-2 기준에 따라 제작한 발포장치를 사용하여 실험하였다. 이 발포장치의 성능은 시간당 2000 m3의 풍량과 5 bar에서 6 l/min의 방사가 되어야 한다.
본 연구에서는 포원액으로는 D-Hifoam 과 호서대학교에서 만든 합성계면활성제 포소화약제를 시료로 사용하였다. D-Hifoam은 사용농도 3%에서 가장 이상적인 소화효과를 나타내며 1%, 2%, 3%, 6%형으로 다양 하게 사용되며 사용 온도범위는 −10℃~30℃로서 주성분이 합성계면활성제로 본 연구의 목적인 고팽창포 발포성능 및 특성을 알아보기 위한 시료로 적합하여 선택하여 사용하였다.
앞에서 사용한 포소화약제는 담수용으로 염수에서는 발포가 곤란하여 염수용으로 개발된 1% 용 합성계면활성제 포소화약제를 이용하여 실험하였다. 이 소화약제를 이용하여 담수와 소금물 1%~4%까지 5종류의 수용액에 대하여 발포실험한 결과는 Table 4와 같다.
8 mm의 스텐레스 판에 타공을 한 것이며 다른 4종류는 평직 철망으로 되어 있다. 환원시간 측정을 위해 ISO 7203-2에서 요구하는 형태의 500 l 포 채집 용기를 제작하여 사용하였다.

이론/모형

고팽창포의 발포시험 장치는 포약제의 적용 장소에 따라 육상의 경우는 소방검정공사 검정기술기준(KOFEIS 0103)에 준하는 규정을 적용하며 선박의 경우는 국제 해사기구 IMO(International Maritime Organization)의 국제표준화기구에 따른 ISO(International standards for Organization)의 기준을 따른다. 본 실험에서는 Figure 1과 같이 ISO 7203-2 기준에 따라 제작한 발포장치를 사용하여 실험하였다.
농도변화에 따른 발포특성 실험 역시 ISO 7203-2의 기준에 따라 발포배율과 환원시간을 측정하였으며 그 결과를 Figure 4에 나타내었다. 사용된 스크린 매쉬는 표준형 이었으며 인버터의 주파수는 60 Hz로 고정하여 풍량은 일정하게 유지시키고 포 수용액 농도만 변화시키면서 발포실험을 하였다.

성능/효과

1. 풍량이 증가할수록 발포배율과 환원시간은 증가하는 경항이 있다.
이 중에서 포소화약제는 인화성 및 가연성 액체를 방호하며 주된 소화효과인 냉각효과와 가연물질과 공기사이에 일정한 폼을 형성시켜 가연물질과 공기의 접촉부위를 차단하고 외부 공기로부터 가연물질에 공급되는 산소를 분리하여 차단시키는 질식소화 기능이 있어 석유 탱크화재, 선박화재, 항공기화재 등에 적용되고 있다.^2,3)발포 메카니즌에 따라 분류하면 화학포와 공기포로 나눌 수 있으며, 공기포는 팽창비에 따라 저팽창포, 중팽창포, 고팽창포로 나눌 수 있으며 우리나라의 경우에는 팽창비가 20미만인 저팽창포와 80이상인 고팽창포의 2가지로 구분하고 있다.^1,2)
2. 포소화약제 수용액의 농도가 정해진 농도 이상에서는 비슷한 발포배율을 나타내는 반면 환원시간이 증가하여 포 안정성이 증가됨을 알 수 있으며 소화효과도 증가될 것으로 판단된다.
3. 스크린 매쉬의 형태가 평직철망 형태인 경우 표준 타공망에 비해 노즐에서 방출되는 수용액의 손실 때문에 발포배율이 감소하였다. 이는 노즐에서 분사된 포수용액이 스크린 매쉬에 부딪쳐 액상으로 흘러내리는 것이 포로 전환되는 메카니즘에 의한 것으로 보인다.
4. 소금물에서 염도가 증가할수록 음이온과 양이온의 결합으로 발포 성능이 떨어져 발포 배율과 환원시간이 감소하였으며 이는 소화성능을 낮추는 요인이 될 것으로 판단되었다.
농도 1%, 2%, 3%, 6% 모두 발포배율이 기준치 이상이었으며 농도가 높아질수록 발포배율도 증가하는 현상을 볼 수 있다. 그리고 50% 환원시간은 농도가 1%, 2%일 때에는 기준시간보다 짧았지만 3%, 6%일 때에는 환원시간이 기준시간 이상으로 길어진 것을 볼 수 있다.
실험결과 발포배율의 특성은 표준 스크린 매쉬를 포함한 No.7, No.8을 겹친 것과 No.10, No.12를 겹친 것 모두 기준에 적합한 200배 이상의 발포배율을 보였으나 표준 screen외에 평직 철망을 사용한 경우는 표준 screen보다 현저하게 낮은 발포배율을 보였다. 원인을 분석하기 위하여 순수한 물을 사용하여 4가지 경우로 매쉬를 교체하면서 2분간 방사시켜 스크린에 부딪혀 흘러내리는 물의 채집된 부피를 비교하였다.
또한 Figure 3의 b)에서 50% 환원시간은 모든 풍량에서 10분 이상이었으며 풍량이 증가 할수록 환원시간도 길어진다는 것을 알 수 있다. 여기에 사용된 포원액은 3% 또는 6% 형으로 3% 수용액에서의 발포특성은 풍량에 관계없이 기준을 만족함을 나타내었다.

후속연구

Table 3에서 보여주는 것처럼 평직 철망의 경우 망을 통과하여 발포되지 못하는 손실량이 크기 때문에 발포 배율이 작아짐을 알 수 있었다. 이러한 결과는 향후 고팽창포 발포기의 개발에 참고 자료가 될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화학포란?	포소화약제는 발포기구(mechanism)에 의해 크게 화학포 소화약제와 공기포 소화약제로 나누어진다. 화학포(chemical foam)는 산성액과 알칼리성액의 화학 반응에 의해 발생되는 탄산가스를 핵으로 한 포이고, 공기포(air foam)는 물과 약제의 혼합액의 흐름에 공기를 불어넣어서 발생시킨 포이다. 화학포는 화학 반응에 의해 만들어진 포인 반면에 공기포는 기계적으로 발생시켰기 때문에 기계포(mechanical foam)라고도 부른다.
	포소화약제는 어떻게 나뉘어 지는가?	포소화약제는 발포기구(mechanism)에 의해 크게 화학포 소화약제와 공기포 소화약제로 나누어진다. 화학포(chemical foam)는 산성액과 알칼리성액의 화학 반응에 의해 발생되는 탄산가스를 핵으로 한 포이고, 공기포(air foam)는 물과 약제의 혼합액의 흐름에 공기를 불어넣어서 발생시킨 포이다.
	ISO 7203-2의 고팽창포 표준 발포기를 이용하여 포수용액을 5기압에서 6리터로 방사하면서 풍량, 스크린 매쉬, 포수용액의 농도 및 소금물의 농도 등 외적 요인에 의한 발포 특성을 살펴보았는데 연구 결과는?	ISO 7203-2의 고팽창포 표준 발포기를 이용하여 포수용액을 5기압에서 6리터로 방사하면서 풍량, 스크린 매쉬, 포수용액의 농도 및 소금물의 농도 등 외적 요인에 의한 발포 특성을 살펴보았다. 연구결과 풍량이 증가할수록 발포배율이 증가하는 경향을 보였으며 표준발포용 스크린이 평직 철망에 비해 발포배율이 높았다. 포수용액의 농도 증가에 따라 발포 배율과 환원시간이 긴 안정성이 좋은 포를 발생하였으며 소금물의 농도가 증가하는 경우는 발포 배율과 환원시간 모두 감소하는 경향을 나타내었다.

참고문헌 (9)

김영수, 조경, 황용구, 황용현, "최신 소방약제화학", 신광문화사, pp.79-85(2005)
Harry E. Hickey, SFPE Handbook of Fire Protection Engineering 3rd ed., Chapter 4-5, "Foam System Calculation", NFPA(2002)
A.A. Briggs, "Interaction of Fire Fighting Foams with Burning Hydrocarbons", Industrial Application of Surfactants, pp.90-101(1986)
Steven P. Wood Worth, John A. Frank, "Fighting Fire with Foam", Van Norstrand Reinhold(1994)
남기대, 계면활성제, 수서원, pp.199-209(2007)
D.R. Karsa, Industrial Application of Surfactants- an overview, Industrial Application of Surfactants, pp.1-23(1986)
ISO, "ISO 7203-2 Fire Extinguishing Media-foam Concentrates"(2005)
한국소방검정공사, "포소화약제의 형식승인 및 검정기술기준.검정시험세칙 [3] (KOFEIS 0103)"(2005)
진봉경, "환경친화적 산림화재 소화약제 개발에 대한 연구", 호서대학교 대학원, [3](2006)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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