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문제 정의
- 본 연구에서는 COz, N2, Ar 등 환경영향성이 적으며 인체에 미치는 독성이 적은 불활성가스 소화약제 중 효율이 높은 것으로 알려진 IG-541 을 기준으로 하여 소화 성능을 높이기 위한 첨가제의 영향을 분석하였다. IG-541 이 가지는 소화농도를 측정하고 이를 기초로 하여 첨가물의 조성을 변화하여 불활성 가스계 소화약 제의 소화성능을 높이고자 하였으며, 이를 위하여 국제적으로 통용되는 실험 방법이며 비교적 빠른 시간 내에 정확한 측정이 가능한 cup-bumer를 이용한 불꽃소화법(flame extinguish test)으로 상대적 소화농도를 측정하였다.
제안 방법
- 가스계 소화약제의 불꽃소화농도를 International Standard Oganization(ISO)9 National Fire Protection Association, Standard(NFPA), Underwriters Labora- tories(UL) 등의 국제 규격의 fire code에서 권장하고 있는 cup-burner test장치로 측정하였다. Cupburner test장치는 1961년 Creiz가 발표한 N旧S장礼 Hrist와 Booth가 발표한 ICI장치, Moore 등이 발표한 NMERI장치 등이 있으나, 이 장치들에 의해 측정된 불꽃소화농도는 연료의 종류나 액위 흔들림, 연료나 주위환경의 온도, 주입되는 공기와 소화약 제의 혼합정도 등의 영향을 받기 때문에 발표자에 따라 약간의 차이가 있다.
- 본 연구에서는 n-Heptane을 연료로 한 cup-bumer test장치를 NFPA 2001 Standard에서 제시하는 기준으로 제작하고, 이들 소화농도 측정장치들이 가지는 단점을 보완하여 실험장치를 설치하였으며, IG-541 (Ny 52vol%, Ar; 40vol%& CO2 : 8vol%)과 불활성 가스 중 단일 성분으로 현재 소화약제로 사용 중인 N2, C&, Ar의 불꽃 연소에 대한 소화 농도를 측정하였다 그리고 첨가제로는 환경에 대한 영향성과 인체에 대해 독성의 위험이 적은 가스인 He과 소화 성능이 우수한 COz를 각각 추가하여 그 영향을 측정하였으며 보정과정을 거쳐 실험장치의 건전성을 높였다.
- 본 연구에서는 소화능력이 고수한 것으로 알려진 혼합 소화 약제인 IG-541에 He과 CCfe를 첨가하여 소화농도의 변화를 검토하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 불꽃에 소화약제가 확산되어 소화가 진행될 때의 온도변화를 측정하기 위하여 열전대를 유리 굴뚝의 중앙부에 설치하여 불꽃의 온도변화를 측정하였다.
- 불활성가스계 소화약제로서 가장 많이 사용되는 혼합 소화 약제인 IG-541에 단일 소화약제 중 소화 성능이 뛰어난 He과 CO를 첨가하였을 때의 소화농도의 변화를 측정하였다. Fig.
- 소화농도측정 실험시 소화약제에 의하여 불꽃이 꺼졌을 때의 산소농도를 측정하기 위한 장치로 연소 가스 분석기의 센서를 연소가 이루어지는 유리 굴뚝의 중앙부에 위치하도록 하여 불꽃 주위의 산소농도를 측정하도록 하였다.
- 실험장치는 소화농도를 측정할 수 있도록 산소공급 부와 시료공급부로 구성된 cupbumer와 산소농도 측정부, 불꽃온도 측정부의 세 가지의 부분으로 나누었으며 개략도는 Fig. 1과 같다.
- 공급한다. 액체를 연료로 사용한 cup-bumer 방식의 단점인 액위변경시의 소화농도값의 변화를 방지하기 위해, 유리로 된 용기를 제작하여 일정높이가 되면 액체연료가 넘치도록 하여 cup의 높이와 맞추어 액위를 일정하게 조절하였다. 소화약제 공급부는 불활성가스 봄베, 유량계, 혼합 조로 구성하였다.
대상 데이터
- 나타내었다. 불활성가스로는 고순도의 질소(N2), 이산화탄소 (CQ), 아르곤(Ar), 헬륨(He)을 사용하였으며, 연소에 사용된 표준시료는 NFPA 2001 standard 의 불꽃 소화농도 실험방법에 제시된 기준시료인 n-Heptane (Molecaular weight: 100.2, boiling point: 98.4, 순도: 99%, Junsei Chemical Co., Ltd)을 사용하였다.
이론/모형
- 분석하였다. IG-541 이 가지는 소화농도를 측정하고 이를 기초로 하여 첨가물의 조성을 변화하여 불활성 가스계 소화약 제의 소화성능을 높이고자 하였으며, 이를 위하여 국제적으로 통용되는 실험 방법이며 비교적 빠른 시간 내에 정확한 측정이 가능한 cup-bumer를 이용한 불꽃소화법(flame extinguish test)으로 상대적 소화농도를 측정하였다.
- NFPA 2001의 기준에 따라 소화농도는 공기유량(F2)를 일정하게 고정시켜 두고 측정하고자 하는 가스 소화약 제의 유량饵I)을 서서히 증가시킬 때 소화되는 조건에서의 유량(Fi)과 (&)를 측정한 후 식 (1)에 대입하여 소화농도를 구하였다.
성능/효과
- 1) 각 소화약제의 소화농도를 측정한 결과 공기 유량의 변화에 관계없이 소화농도가 일정하게 측정되었으며, 소화약제의 소화농도는 IG-541 이 33.3vol %, CO?는 32.1vol%인데에 비하여 Hee 21.
- 2) 불활성가스계 혼합소화약제인 IG-541에 He과 CCh를 첨가하여 소화농도의 변화를 측정한 결과 He 을 첨가제로 넣었을 경우의 소화농도 감소율이 CCh 를 첨가하였을 경우보다 크게 나타나 효율이 높았다.
- 3) 공기중 소화약제의 비가 증가할수록 소화시 산소의 농도가 높게 나타났으며, IG-541에 C6를 첨가하였을 경우보다는 He을 첨가하였을 때 산소의 농도가 높았다.
- 4) 소화약제를 투여한 후 불꽃이 소화될 때의 온도를 측정한 결과 온도변화는 비슷한 양상으로 나타났으며, 소화시간은 4가지 소화약제 중 N2가 가장 빠르고 Ar이 비교적 느렸다.
- Cipbumer를 이용하여 공기 유량을 lOL/min부터 시작하여 50L/tniii까지 증가시키며 소화약제의 소화농도를 측정한 결과 IG-541은 33.3vol%, C6는 32.1 vol%, Hee 21.6vol%의 소화농도를 나타내었다. Fig.
- 공기유량이 301面n일 때, He을 첨가한 소화약 제의 최소소화 한계유량은 IG-541과 He의 첨가량의 비를 85:15, 70:30, 55:45의 비율로 약 15%씩 증가시키며 측정한 결과 각각 B.l, 11.8, 10.41血血으로첨가하지 않았을 때의 IG541의 최소 소화 한계 유량인 15.0L/H血보다 최대 5L/min정도 낮아 졌다. g 의 경우는 동일 조건에서 14.
- 각각의 소화약제의 소화농도는 공기의 유량 변화와는 관계없이 일정함을 알 수 있다. 또한, 연소 후 유리 굴뚝내의 산소농도를 측정한 결과 He이 가장 높았으며, 다음으로 COz, IG-541의 순으로 측정되었다. 유리 굴뚝내의 산소농도가 높다는 것은 높은 산소농도에서도 소화가 가능하다는 뜻으로 이의 농도가 높을수록 소화능력이 뛰어난 것을 의미한다.
- 또한 소화농도의 감소율도 COz 를 첨가하였을 경우보다 커 첨가제로써 유리함을 알 수 있다. 본 실험에서의 불활성가스에 의한 소화 원리를 질식 및 희석소화라는 관점에서 접근할 수 있으며, 냉각소화효과가 높은 CO2보다 He을 첨가하였을 때 소화가 더욱 잘되는 것이 이를 반증하는 것으로 사료된다.
- 소화가 진행될 때 불꽃의 온도변화는 4가지 소화 약제가 모두 비슷한 양상을 나타내었으나, 소염의 형태는 Hee 불꽃이 요동치다 한순간 꺼지는 형태를 나타내었으며, N2와 COz, Are 불꽃의 크기가 점점 작아지다 냉염(冷炎)의 형태를 보이며 소화가 진행되었다. Fig.
- 표에서 볼 수 있듯이 IG-541에 He과 CQ 등 첨가물질을 넣었을 때 소화농도가 급격히 떨어지는 것을 알 수 있다. 즉, 혼합소화약제에 He과 CO의 농도가 높아질수록 소화 성능이 좋아지는 것을 의미하며, COj를 첨가하였을 때보다 He을 첨가하였을 때가 성능이 우수한 것으로 나타났다.
후속연구
- 그러나 이들은 오존파괴지수(ODP, Ozone depletion potential)와 지구온난화지수(Global warming potential)와 같이 환경에 미치는 악영향이 적으며, 인체에 미치는 급성 및 만성독성이 낮아야 하는 등 많은 조건을 충족하여야 하지만 HTC 등은 이러한 조건을 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 따라서 앞으로 개발될 청정소화약제는 이러한 조건을 충족시키는 물질이어야 하며, 이를 위하여 최근에는 대기 중 존재물질로서 환경영향성과 독성에 대한 위험이 낮은 불활성가스를 이용한 소화 약제에 대한 연구가 주목되고 있으며 이에 개발된 소화 약제가 IG-541, IG-55, IG-01 등이 있다.
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