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문제 정의
- 본 연구에서는 최근 3M에서 개발되어 널리 알려진 Novec(이하 노벡)이라는 소화약제를 가지고 대표적 인 불활성가스인 질소와 혼합하여 소화능력을평가하고자 한다. 이는 국내에 사용되고 있는 할론계 소화약제를 대신해서 사용할 경우 소화성능을 알아보기 위하여 진행된 것으로, 국내 친환경 차세대소화약제 개발에 기초적인 자료를 제공하고자 한다.
- 한다. 이는 국내에 사용되고 있는 할론계 소화약제를 대신해서 사용할 경우 소화성능을 알아보기 위하여 진행된 것으로, 국내 친환경 차세대소화약제 개발에 기초적인 자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 2) 혼합가스의 소화농도실험에 있어서는 순수 질소만의 소화농도를 기준으로 0.60, 0.65, 0.70, 0.75, 0.80의 몰분율에 해당되는 질소량에 소화가 이루어질 때까지의 투입된 노벡의 양을 각각 측정하여, 이 값들로부터 소화농도와 한계산소농도를 구하였다. n-헵탄은 소화농도 24.
- 가스계 소화약제의 소화농도 실험장치인 컵 버너 실험 장치를 이용하여 질소와 노벡 혼합가스의 소화농도 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- O1 Umin) 를 통하여 연소통으로 수송되는 방식으로 되어있다. 노벡은 상온에서 액체이고, 49E에서 기화되기 때문에 항온조를 90℃로 설정하여 노벡이 계속해서기화되어 공급될 수 있도록 하였으며, 연결배관 또한 히팅코일을 사용하여 일정온도가 유지될 수 있도록 하였다.
- 노벡을 사용하여 실험을 실시하는 경우는 항온조를 가열하여 90℃ 정온상태에서 1시간 이상을 방치한 다음, 노벡의 방출량을 조절하는 유량조절밸브를 통해 일정량을 외부로 방출하여 배관 내부의가스를 완전히 노벡으로 치환시 킨 후, 실험을 진행하였다.
- 소화가 이루어지면 소화로 판정하였다. 단, 실험은 1회 시험이 끝난 후, 컵버너의 온도를 상온까지 냉각시킨 다음 다시 새로운 연료를 투입하여 실험을 하는 방식으로 진행하였다.
- 소화농도의 판정은 소화약제를 흘렸을 때 3분 안에 소화가 이루어지는 지점을 소회농도로 판정하였으며, 3회 반복에 있어서 단 1회라도 소화가 이루어지지 않으면 비소화로, 동일조건에서 3회 반복하여 소화가 이루어지면 소화로 판정하였다. 단, 실험은 1회 시험이 끝난 후, 컵버너의 온도를 상온까지 냉각시킨 다음 다시 새로운 연료를 투입하여 실험을 하는 방식으로 진행하였다.
- 소화약제 질소와 노벡 각각의 순수물질에 대한 소화농도를 먼저 측정한 다음, 혼합 소화약제에 대하여 소화농도 실험을 하였다.
- 소화약제의 소화성능평가 실험에 사용된 연료는 가연성 액체의 연소시험에 표준이 되는 n-헵탄을 기준으로 청정에너지에 해당하는 G~G에 해당하는 알코올류에 대하여 소화농도실험을 수행하였다. 이들 메탄올, 에탄올, iso-프로판올, 1-부탄올은 순정화학 제품의 시험용 시약으로 실험을 진행하였으며, Table 2에는 이들 연료시약에 대한 물리 화학적 성질들을 나타내었다.
- 순수 노벡은 n-헵탄의 소화에 있어서 할론 1301 과 비슷한 효능을 지니고 있으므로, 소화농도가 높은 질소와 함께 사용하면 보다 적은 방출량으로 빠른 시간 내에 소화가 이루어 질수 있다고 판단하여 실험을 진행하였다.
- 혼합소화약제에 대한 실험에서는 순수 질소만의 소화농도를 몰분율 1로 하였을 때 질소의 몰분율0.60, 0.65, 0.70, 0.75, 0.80에 해당하는 질소를 투입하고, 각각의 농도에 해당하는 노벡을 투입하여불꽃이 소화되는 농도를 구하였다. 예를 들어 X물질에 대한 순수 질소만의 소화농도가 50L/min이라면, 이를 기준으로 0.
대상 데이터
- 나타내었다. 불활성가스인 질소CS)는 국내 삼보특수가스에서 생산되는 99.99%의 초고순도를 사용하였으며, 노벡(Novec)은 순도 99%의 것으로 FK- 5-1-12 소화약제로 잘 알려져 있는 것을 사용하였다친환경기술로 개발된 소화약제 노벡의 분자구조는 CF3CF2C(O)CF(CF3)2로 되어 있으며 상온에서액체 상태인 특징이 있고, 끓는점이 49℃로 약간의열을 받으면 기화되는 성질이 있다.
- 소화농도에 대한 실험은 연소실험의 표준물질이되는 n-헵탄을 기준으로 메탄올, 에탄올, iso-프로판, 1-부탄올 순서로 실험을 진행하였으며, 이들 물질을사용한 이유는 정확한 실험을 위해서 연소시 연기발생량이 적은 알코올계 연료를 사용하였다.
- 소화약제 공급부는 공기, 질소 노벡을 저장한 탱크들과 유량조절 장치로 구성되어져 있으며, 공기, 질소 탱크의 경우 압축가스를 사용하였고, 압력조절기를 통과한 유체가 전자유량조절장치(H).O1 Umin) 를 통하여 연소통으로 수송되는 방식으로 되어있다.
- 소화약제로 사용된 실험시료는 대표적인 불활성가스인 질소와 3M에서 개발되어 소화성능을 인정받고 있는 노벡을 사용하였으며, 그 특성치를 Table 1에 나타내었다. 불활성가스인 질소CS)는 국내 삼보특수가스에서 생산되는 99.
- 수행하였다. 이들 메탄올, 에탄올, iso-프로판올, 1-부탄올은 순정화학 제품의 시험용 시약으로 실험을 진행하였으며, Table 2에는 이들 연료시약에 대한 물리 화학적 성질들을 나타내었다. 메탄올에서부터 1-부탄올에 이르기까지 분자량이 증가하면서 끓는점은 증가하고 있으나 위험특성의 중요한 인자인 인화점은 분자량에 상관없이 메탄과 프로판이 비슷한 온도를 나타내고 있다.
- 컵버너 시험장치부는 중심에 컵 버너가 있으며, 이 컵버너는 석영으로 만들어진 원통형 의연 소통 속에 삽입되어 있다. 컵버너의 크기는 ISO 14520에서 규정한 철강재질의 컵을 사용하였으며, 컵버너의 크기는 직경 30mm, 두께 1mm로 제작되어있다. 분산장치로 사용된 컵버너의 하단부에는 직경 4mm 유리공이 들어있어 연소통내부에 투입되는 가스가 잘 분산되도록 되어있다.
이론/모형
- Fig. 2는 실험장치의 사진을 나타낸 것으로 사용방법은 NFPA Code 2001에 준하여 진행되었다. 먼저 질소만을 소화약제로 사용하여 실험을 할 경우연료시료를 연료공급탱크에 넣은 다음 펌프를 가동시키고, 펌프를 통해 수송된 연료는 액면높이 조절장치를 통해서 컵버너에 채워지게 된다.
- 있다. 가스계 소화약제의 소화농도 실험은 Cup Burner Test 를 사용하고 있으며, 이 장치는 가스계 소화 시스템에 관한 ISO-14520 표준규격에 따른다. 이 규정에는 Cup Burner에 관한 모든 부품의 모양과 크기를 정밀하게 규정하고 있으며 가스유량, 초기 불꽃 안정화 시간 등을 표준화하여 측정오차를 가능한 줄일 수 있도록 유도하고 있다°
성능/효과
- n-헵탄의 결과를 보면 질소 몰분율 기준 0.70에서 혼합가스의 소화농도는 27.84%이고, 한계산소농도는 15% 이상을 유지하므로 상대적으로 소화효과가 좋은 것으로 사료된다").
- 1) 순수 질소와 노벡을 사용한 소화농도 실험에서 n-헵탄은 질소만의 소화농도는 32.77%이고, 노벡만에 대한 소화농도는 6.54%로 나타났다. 결과적으로 노벡은 할론 1301의 소화농도인 6%와 거의 유사한 값으로 소화효과가 좋은 것으로 나타났다.
- 3) n-헵탄과 동일한 조건에서 메탄올의 소화농도 범위는 33.11-38.18%, 한계산소농도는 12.98- 14.05%로 나타났으며, 에탄올은 소화농도가 26.85- 31.65%, 한계산소농도 14.35-15.36%, iso-프로판올은 소화농도 22.78 -26.87%, 한계산소농도 15.36- 16.22%, 1-부탄올은 소화농도 26.87-31.62%, 한계산소농도 14.36~15.36%로 나타났다.
- n-헵탄에 노벡만을 사용하여 소화농도를 실험한결과 2.8L/mmn에서 소화가 일어났으며, 소화농도는 6.54%로 구하여졌다. 이 값은 할론 1301의 소회농도인 6%와 거의 유사하며, 청정소화약제로 개발된 HFC- 125(8.
- 54%로 나타났다. 결과적으로 노벡은 할론 1301의 소화농도인 6%와 거의 유사한 값으로 소화효과가 좋은 것으로 나타났다. 또한 메탄올, 에탄올, iso-프로판, 1-부탄올에대한 소화농도는 질소만을 소화약제로 사용하였을 때는 30.
- 24%로 나타났다. 따라서 불꽃화염이 꺼지는 소화농도는 24.39%, 25.62%, 26.67%, 27.84%, 28.95%로구하여졌으며, 이 실험조건에서 계속해서 투입 된공기의 양 40L/min 중 21%를 산소의 양으로 보고 한계산소농도를 계산한 값은, 각각의 조건에서 15.88%, 15.62%, 15.40%, 15.15%, 14.92%로 구하여졌다. 따라서 질소의 양이 증가하면 한계산소량은 감소하는 경향을 나타내었다.
- 따라서 불꽃화염이 꺼지는 소화농도는 26.87% 28.19%, 29.33%, 30.56%, 31.62%로 나타났으며, 이에 따른 한계산소농도는 15.36%, 15.08%, 14.84%, 14.58%, 14.36%로 계산되어졌고, 질소기준 몰비율 0.65 이하의 비율에서는 소화가 잘 이루어지는 것으로 나타났다.
- 57%로 나타났다. 따라서 질소와 노벡 혼합가스에 대한 소화농도는 26.85% 28.21%, 29.38%, 30.48%, 31.65%로 구하여졌고, 한계산소농도는 15.36%, 15.08% 14.83% 14.60% 14.35% 로 계산되어졌다. 이 결과로부터 에탄올의 경우 질소기준 몰분율 0.
- 70%로 나타났다. 따라서 화염이소멸하는 소화농도는 질소와 노벡의 양을 합산한 33.11%, 34.67%, 36.05%, 37.14%, 38.18%로 구하여졌다. 이때의 소화농도를 기준으로 한계산소농도를계산해 보면 14.
- 따라서, n-헵탄은 순수 질소 소화농도량 19.5L/min 을 기준으로 0.60, 0.65, 0.70, 0.75, 0.80의 몰분율에해당되는 22.12%, 23.58%, 25.02%, 26.39%, 27.71% 의 질소를 투입하였을 때 각각의 조건에서 소화가이루어지는 노벡의 양은 2.27% 2.05%, 1.65%, 1.44% 1.24%로 나타났다. 따라서 불꽃화염이 꺼지는 소화농도는 24.
- 결과적으로 노벡은 할론 1301의 소화농도인 6%와 거의 유사한 값으로 소화효과가 좋은 것으로 나타났다. 또한 메탄올, 에탄올, iso-프로판, 1-부탄올에대한 소화농도는 질소만을 소화약제로 사용하였을 때는 30.4~42.5%의 범위에서 소화가 이루어졌고, 노벡만을 소화약제로 사용하였을 때는 6.10-8.47% 의 범위에서 소화가 이루어져 많은 차이를 나타내었다.
- 87%로 구하여졌다. 또한 한계산소농도는 16.22%, 15.98%, 15.75%, 15.55%, 15.36%로 iso-프로판올의 경우는 질소기준 0.80 몰 비율 이하농도에서 소화가 잘 이루어지는 것으로 나타났다.
- 77%로 나타났다. 이 결과 값은 권©과 Vahdat'》가 실험한 질소를 이용한 n-헵탄의 소화농도 값 35%와 33.6% 보다는 약간 낮게 나타났다. 그러나 가스계 소화약제의 경우 한負의 논문에서도제시되었듯이 국제적으로 통용되는 NFPA 2001, 의권장 안전율 20%를 감안하면, 소화성능평가에 대한 연구로서는 문제가 없을 것으로 사료된다.
- 5L/min로 주입하였을 때 소화가 일어났다. 이론에서 제시한 것과 같이 투입된 공기유량과 질소유량을 측정하면 소화농도를 계산 할 수 있으며, 실험결과 n-헵탄의 소화농도는 32.77%로 나타났다. 이 결과 값은 권©과 Vahdat'》가 실험한 질소를 이용한 n-헵탄의 소화농도 값 35%와 33.
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