[논문]친환경 소화약제 Novec1230을 적용하는 궤도차량용 소화기밸브 개발

김종열; 구학근; 오상석

doi:10.5762/kais.2011.12.4.1539

초록
AI-Helper

할론(Halon)은 소화능력이 뛰어나 특수용도의 소화약제로 사용되었지만 오존층 파괴물질로 지목되어 생산 및 사용이 중단되었다. 할론의 대체 소화약제로 Novec1230이 유력하여, 이를 궤도차량용 소화기의 소화약제로 사용하기 위해 소화기 밸브의 구조를 Novec1230의 특성에 맞게 개발해야 한다. 따라서 대체 소화약제용 소화기 밸브의 구조를 6가지로 제작을 완료하였다. 이들의 성능을 검증하기 위해 시험실을 제작하여 비화재시의 소화약제의 분사 형상과 분사 시간을 실험하였으며, 화재시 소화능력을 파악하였다. 그 결과 A타입과 F타입의 밸브가 다른 4가지 타입보다 20% 이상 그리고 미군의 육군기준(MIL-DTL-62547)인 2-3초보다 178%이상 빠른 시간에 진화되는 친환경 소화약제이므로 Novec1230에 적합하다는 것을 알았다.

Abstract ▼ AI-Helper

Halon which is one of the typical fire extinguishing agents for special purposes was banned not only to use but to manufacture because it destroys the earth's ozone layer. There have been many efforts to find or create Halon alternatives and Novec1230 which is one of the eco-friendly fire extinguish...

Halon which is one of the typical fire extinguishing agents for special purposes was banned not only to use but to manufacture because it destroys the earth's ozone layer. There have been many efforts to find or create Halon alternatives and Novec1230 which is one of the eco-friendly fire extinguishing agents is nominated. In this paper 6 kinds of valve structures were suggested to apply Novec1230 to fire extinguishing agents for railroad vehicles as Novec1230 needs different valve specifications from Halon and spray shapes and action time were compared and measured. As the results, the extinguishing times of A type and F type valves are 20% faster than the other 4 types, and 178% faster than MIL-DTL-62547(USA). Therefore, they can be suggested to the eco-friendly extinguishing agents and Novec1230.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 할론 대체소화약제인 Novec1230용 소화기 분사노즐의 구조를 몇가지 제안하고 분사성능 및 소화성능을 평가하여 최적의 분사노즐을 선정하여 궤도차량용 소화기에 적용하고자 한다.
따라서 앞으로의 연구에서는 Novec 소화약제의 분사노즐의 적정 직경과 출구단면적이 분사시간과 소화능력에 어떤 상관관계가 있는지를 시뮬레이션을 통해 물리적현상을 파악하고 분사노즐의 설계에 기초자료를 제공하고자 한다.

제안 방법

다음으로 제안한 것이 기존 분사노즐의 출구 단면적과 동일하지만 분사노즐의 구경을 미세하게 하여 액체를 분무시킬 수 있도록 도면 작업하여 제작하였다.
A/B 타입의 노즐은 소화약제가 분사되는 미세구멍의 직경이 3.2 mm이고 그 수량은 136개이며 경사면에 6mm 간격으로 5줄로 배열하였으며, 특히 A타입은 노즐끝단에 미세구멍을 설치하여 소화약제의 분사거리를 확보하고자 하였으며 출구 단면적이 1093.2 mm²이다. B타입은 노즐 끝단에 미세구멍을 설치하지 않았으며, 출구단면적이 1085.
E와 F타입의 노즐은 미세구멍의 직경을 2.1 mm, 수량은 176개로 변화시켜, 분사시간 및 분출압력 등 분사형상을 고려하였으며, 경사면에 5 mm간격으로 7줄로 배열하였다. 이중 E타입은 소화약제의 분사거리를 위해 노즐 끝단에 미세구멍을 작업하였으며 출구 단면적이 605.
5 mm로 제작하였으며, 시험실 내를 외부에서 살펴보기 위해 두께 8 mm인 플라스틱을 측면과 전면에 설치하였다. 그리고 6가지 형상의 노즐을 5lb(2.3 kg)의 소화병에 조립한 뒤, Novec1230을 3 kg 넣은 후 질소를 5.27 MPa의 압력으로 가압하여 분사형상을 실험하였다.
실험에 사용한 노즐 타입 6가지 모두 동일한 소화약제의 양에 동일한 질소압으로 실험하였다. 소화약제를 충진한 소화병은 그림 2와 같이 시험실 벽면에 설치하고 표4와 같은 시험조건에서 외부에 설치된 솔레노이드 시험기에 전기적 신호를 주어 소화기 밸브를 열고 소화약제를 시험실 내로 분사한다.
시험실 벽면에 설치된 노즐에서 분사되는 소화약제의 분출형상과 분출시간을 파악하기 위해 카메라로 촬영하였다. 촬영에 사용한 카메라는 카시오 EX-F1 모델로, 소화병의 소화약제 분사시 촬영속도는 300 fps, 재생속도는 29.
소화시험의 경우 시험실내에 일정 양의 휘발유를 사각철통에 부어 화재를 발생시킴과 동시에, 각 타입의 노즐에서 분사되는 소화약제의 분사형상과 소화 양상 및 소화시간을 파악하기 위해 카메라로 촬영하여 소화약제의 분사 직전부터 소화가 완료된 시점까지의 촬영하여 소화진압시간을 확인하고자 한다. 다만 군장비용 소화기 시험
궤도차량용 소화기의 소화약제인 Halon을 대체할 수 있는 친환경 소화약제인 Novec1230용 소화기 밸브를 개발하기 위해 6가지 형태의 노즐을 제안하고 이를 분사실험 및 소화실험 한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

할론이 최초로 개발된 것은 항공기의 소화설비용이었으나 그 우수성에 의해 특수분야의 소화용으로도 사용되고 있으며, 고가의 소화약제로 항공기, 컴퓨터실, 전기실등에 주로 사용되고 있으며, 통상 액화된 상태로 저장되어 가스로 방사한다. 할로겐소화약제는 할론1211, 할론 2402, 할론1301 등이 주로 사용되었다. 그러나 현재 사용
하지만 할론용 소화성능에 대해서는 군장비 소화능력의 요구도가 있기 때문에, 제안된 노즐의 형상을 시험하기 위한 시험실은 전차의 승무원실과 동일한 구조와 동일한 크기인 1600 × 3200 × 1800 mm의 시험실을 그림1과 같이 철판 두께 1.5 mm로 제작하였으며, 시험실 내를 외부에서 살펴보기 위해 두께 8 mm인 플라스틱을 측면과 전면에 설치하였다.
시험실 벽면에 설치된 노즐에서 분사되는 소화약제의 분출형상과 분출시간을 파악하기 위해 카메라로 촬영하였다. 촬영에 사용한 카메라는 카시오 EX-F1 모델로, 소화병의 소화약제 분사시 촬영속도는 300 fps, 재생속도는 29.97 fps이다.

성능/효과

따라서 출구단면적이 가장 큰 A/B타입은 순간적으로 많은 소화약제를 분사시켜 분사시간이 짧았으며, 다음으로 출구단면적이 큰 E/F 타입이 짧았으며, 미세구멍의 면적이 가장 작은 C/D타입은 분사에 가장 많은 시간이 걸렸으며 특히 이 타입은 소화약제의 분사시 후방으로 작용하는 힘이 다른 타입에 비해 매우 크게 발생했다. 이는 출구단면적이 소화약제의 분사시간에 밀접한 관계를 맺고 있음을 알 수 있다.
0133초이다. 실험결과를 살펴보면 소화가 가장 빨리 이루어진 형상은 A와 F타입인 0.7182초로서 A타입은 15 프레임에서 불꽃이 없어졌지만 진압 후 붉은 상태가 지속되었다. 이에 비해 F타입은 51 프레임에서 불꽃은 사라졌지만 재점화없이 54 프레임에서 완전 소화되었다.
B타입은 94 프레임에서 불꽃이 사라지고 96 프레임에서 완전 소화가 이루어졌으며, D타입은 다른 형상의 노즐에 비해 가장 늦은 소화능력을 보였는데, 353프레임까지 불꽃이 지속되다가 완전 소화가 이루어졌다.
2) 화재시 소화시험의 결과를 살펴보면 제안된 분사노즐의 모든 타입에서 군 장비용 소화기 소화능력시험기준인 2∼3초 이내에 진화를 완료하였으며, 특히 A타입과 F타입이 0.7182초로 가장 짧은 시간에 화재를 진압하였다.
A타입과 F타입은 군장비용 소화기의 소화기준 표 3을 토대로 성능을 살펴보면 2-3초보다 178%이상 빠른 시간에 진화되어 실험한 타입 중에서는 가장 적합하다는 것을 알았다.
이번 결과에서 노즐의 출구단면적이 소화성능에 영향을 미치는 것은 아니며, 적정 크기(600 mm²)의 출구단면적이 확보되면 소화성능에는 또 다른 변수가 있을 것으로 판단된다.
1) 화재없이 소화약제를 분사시켰을 경우 제안된 모든 타입에서 10초 이내에 약제의 95% 이상이 방출되었으며, 소화분사 시간의 순서는 A/B 타입, E/F, C/D 타입 순이었다. 이는 미세구멍의 지름과 수에 의한 출구단면적이 큰 순이었으며, 노즐 끝단에 설치한 미세구멍은 분사시간에는 영향을 주지 않음을 알았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	할론은 무엇으로 사용되었는가?	할론(Halon)은 소화능력이 뛰어나 특수용도의 소화약제로 사용되었지만 오존층 파괴물질로 지목되어 생산 및 사용이 중단되었다. 할론의 대체 소화약제로 Novec1230이 유력하여, 이를 궤도차량용 소화기의 소화약제로 사용하기 위해 소화기 밸브의 구조를 Novec1230의 특성에 맞게 개발해야 한다.
	할론의 생산 및 사용이 중단된 이유는 무엇인가?	할론(Halon)은 소화능력이 뛰어나 특수용도의 소화약제로 사용되었지만 오존층 파괴물질로 지목되어 생산 및 사용이 중단되었다. 할론의 대체 소화약제로 Novec1230이 유력하여, 이를 궤도차량용 소화기의 소화약제로 사용하기 위해 소화기 밸브의 구조를 Novec1230의 특성에 맞게 개발해야 한다.
	궤도차량용 소화기의 종류는 무엇이 있는가?	따라서 산악지형 및 사계절 기후변화 등의 열악한 환경에서 운용되는 전차의 특성상 소화기 또한 동일한 조건에서 성능을 발휘해야 하므로, 소화약제를 고압으로 충진한 상태에서 야전의 환경(고온, 저온, 온도충격, 진동, 낙하충격, 습도 등)에서도 누설없이 유지할 수 있어야 하며, 비상시에는 신속히 소화약제를 분사하여 화재를 진압해야 한다. 이러한 전차내의 화재를 진압하기 위한 소화기로는 고정된 위치에서 화염이 발생한 곳을 향해 자동으로 분출하여 화재를 진압하는 장착용 소화기와 그 외에 소화범위를 벗어나는 부분 혹은 이를 보조할 필요가 있는 곳에 수동으로 화재를 진압할 수 있는 휴대용 소화기가 있다.

참고문헌 (9)

김재덕, "할론 대체물질 개발현황", 한국소방학회지, 제7권, 제2호, pp. 44-53, 1993.
김재덕 외, "할론대체물질의 새로운 불꽃소화농도 측정에 관한 연구", 한국화재소방학회, 제8권, 제1호, pp. 3-7, 1994.
정기창 외, "Halon 1301과 Halon 대체 소화약제를 기포제로 이용한 포 소화약제에 대한 연구", 한국화재소방학회지, 제10권, 제3호, pp. 29-40, 1996.
박재만 외, "질소가스를 이용한 청정 소화시스템의 개발", Proceeding of The Fourth National Congress on Fluids Engineering, pp.809-810, 2006.
National Fire Protection Association, "NFPA 2001 Standard on Clean Agent Fire Extinguishing System 1996 Edition,", Quincy, MA, February 2, 1996.
노경호 외, "Halon-1301과 CO2의 물성에 관한 실험식", 한국화재소방학회, 제16권, 제12호, pp. 51-52, 2002.
정기창 외, "Halon 1301과 Halon 대체 소화약제를 기포제로 이용한 포 소화약제에 대한 연구", 한국화재소방학회, 제10권, 제3호, pp. 29-30, 1996.
임우섭 외, "가스계 소화약제의 소화성능 평가에 관한 연구", 한국화재소방학회, 2009년 춘계학술논문발표대회, pp 483-486, 2009.
김재덕, "가스계 소화시스템의 평가", 한국화재소방학회, 제14권, 제1호, pp.10-18, 2000.

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