[논문]소화약제 누기 감시장치의 모듈개발 및 성능검증에 관한 연구

손봉세; 홍성호; 고아라

doi:10.7731/kifse.2016.30.2.043

소화약제 누기 감시장치의 모듈개발 및 성능검증에 관한 연구
A Study on the Development of a Fire Extinguishing Agent Leakage Monitoring Module and its Performance Assessment 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.2, 2016년, pp.43 - 48

손봉세 (가천대학교 소방방재공학과) , 홍성호 (한국화재보험협회 부설 방재시험연구원) , 고아라 (가천대학교 일반대학원 소방방재공학과)

초록
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가스계소화설비는 소화약제의 자연 누기와 소화설비 노후로 인한 누기 등으로 화재진압 능력이 저하되는 문제점이 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 소화약제의 누기를 실시간으로 감지하는 압력누기 체크센서 모듈을 개발하였으며, 개발 모듈에 대한 성능평가를 하였다. 국내 외적으로 압력누기 감시 시스템에 대한 명확한 시험기준이 마련되어 있지 않다. 따라서 국외 유사 기준 ISO 7240, FM 1421와 국내 수신기 형식승인 및 제품검사의 기술기준을 참고하여 개발 모듈에 맞게 기본 성능과 내환경성에 대한 기준을 마련하고 평가를 실행하였다. 기본 성능 평가는 압축공기를 모듈에 인가하는 방식으로 최저작동 압력이 0.3 bar인 것을 확인하였다. 내환경성 검증은 통상적으로 발생할 수 있는 기후변화에도 오작동 없이 정상적으로 작동하는지를 확인하였다. 그 결과, 고온($50^{\circ}C$) 및 저온($-10^{\circ}C$) 환경 기준에서 이상 없이 정상 작동하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

One of the main problems with gaseous fire extinguishers is the decrease in fire suppression capability due to the leakage of the fire extinguishing agents, either naturally or caused by obsolete equipment. Therefore, in this study, a real-time detector module for monitoring pressure leakages was developed and an assessment on its performance was carried out. Currently, there are no domestic or global standards for testing pressure leakage detection systems. Therefore, similar global standards, such as ISO 7240 and FM 1421, and the domestic law on "Receiver type-approval and technical standards for product inspection" were used as a reference for assessing the performance of the newly developed module. Its basic performance was assessed by applying compressed air to the module, and, as a result, the minimum working pressure was identified as 0.3 bar. Its environmental qualification was carried out to confirm the proper functioning of the module in different climates and the module was confirmed to function properly at both high ($50^{\circ}C$) and low ($-10^{\circ}C$) temperatures.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Install Number of Gaseous Fire Extinguishing System ⁽³⁾
표 Table 2. Annual Satisfactory Rate (%) of Fire Fighting Equipments⁽³⁾
표 Table 3. Accident Case of Gaseous Fire Extinguishing System in Korea
그림 Figure 1. Installation position for pressure leakage device.
그림 Figure 2. Monitoring devices module of pressure leakage.
그림 Figure 3. Fundamental performance test device.
그림 Figure 4. Environmental qualification test.

AI 본문요약
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문제 정의

국내에서도 가스계소화설비의 문제점을 개선하고 신뢰성을 높이고자 한 다양한 연구가 있었으며 그 동안 연구된 내용을 요약하면 다음과 같다. 도어 팬 실험(door fan test)을 통해 방호구역 내의 누기 면적과 설계농도 유지시간을 확인함으로써 가스계소화설비의 신뢰성 확보를 위한 연구를 하였다⁽⁵⁾. 또한 가스계소화설비의 누출되는 소화약제의 양은 개구 면적뿐만 아니라 개구부의 위치, 소화약제의 농도 및 누출 시간에 따라 달라진다.
또한 로드셀을 이용하여 소화약제량 감시를 할 수 있는 시스템이 일부 개발되어 있지만 정밀하게 약제량의 누기를 감시하는 실시간 모니터링 시스템은 없기 때문에 정확하게 성능을 검증할 수 있는 평가방법도 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 유사 기준을 참고하여 압력누기 감시장치에 최적화된 성능 검증 기준을 마련하고 평가하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
이에 소방시설 설치 · 유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령에서는 전기실, 변 · 발전실, 축전지실, 통신기기실, 전산실, 그 밖에 이와 유사한 용도의 방호구역으로 바닥면적이 300 m² 이상인 경우에 물분무등소화설비를 설치하도록 되어 있다⁽²⁾. 따라서 이산화탄소가스, 할로겐화합물소화약제, 청정소화약제 등을 사용하여 특수방호구역인 전기실, 발전실, 전산실 등에서 발생하는 화재를 효과적으로 진압하기 위하여 설치하는 가스계소화설비에 대한 성능향상의 필요성이 요구됨에 따라 본 연구를 실시하게 되었다. 본 소화설비는 인명안전과 재산피해에 영향을 미칠 수 있으므로 완벽한 시공에 의한 작동 및 신뢰성이 요구되는 소화설비이다.
본 연구에서는 용기밸브에 압력체크센서를 일체형으로 장착하여 약제 누기 여부를 실시간으로 감시하는 시스템을 개발하였다. 네트워크 기술에 접목하여 중앙감시센터나 원격관리 장소에서 실시간으로 상황이 모니터링 되며, 이상상태 시 자동으로 통보할 수 있도록 하였다.
이 경우 사람이 직접 점검하기 때문에 휴먼에러가 발생될 수 있으며, 관리 비용이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 현황을 보완할 수 있는 압력누기 감시장치 모듈을 개발하였다.

제안 방법

(2) 내환경성 시험은 환경 변화에 따른 성능 검증으로 −10℃ 및 50℃의 주위 온도에서 각각 12시간 이상 방치한 후 기능에 대한 이상 여부를 확인하였다.
1 bar씩 일정 압력을 가하며 모듈의 작동압력을 측정한다. 가해진 공기압축기의 압력에 의해 모듈에 부착된 마이크로 스위치가 작동되면 접점을 닫아 경종과 램프를 구동시키는 방식으로 작동 여부를 확인한다. 이 경우 모듈이 완제품이 아니므로 소화 약제를 사용하는 대신 공기압축기를 사용한다.
용기밸브 일체형 압력누기 감시장치는 국내에서 보편적으로 사용하는 이산화탄소 소화약제와 HFC 계열 소화약제의 용기밸브로 개발하였다. 각각의 용기밸브에 약제누기체크센서를 장착하여 약제 누기 및 약제 방출 감시가 가능하도록 하였으며, 밸브 바디(valve body)와 패킹 누르개, 마이크로 스위치 등으로 구성하였다. 다음은 이산화탄소 소화약제와 HFC 계열 소화약제의 설계 조건 및 규격이다.
압력누기 감시장치는 국내외에 정해진 기준이 없는 신제품으로 유사 기준을 참고하되 개발 모듈 기능에 적합하게 수정하여 다음과 같이 기본 기능을 시험하였다. 개발모듈에 압력계, 경종 및 램프를 설치하고, 공기압축기를 사용하여 0.1 bar씩 일정 압력을 가하며 모듈의 작동압력을 측정한다. 가해진 공기압축기의 압력에 의해 모듈에 부착된 마이크로 스위치가 작동되면 접점을 닫아 경종과 램프를 구동시키는 방식으로 작동 여부를 확인한다.
3가지 유사 기준에서 압력누기 감시장치 모듈에 공통적으로 적용할 수 있는 것은 기능 시험과 온도시험으로 판단하였다. 기능 시험은 기준별로 내용이 상이하여 압력누기 감시장치 모듈에 맞게 변형하여 성능 검증을 실행하였다. 또한 환경 변화에 대한 시스템의 성능 적합성을 확인하기 위하여 온도시험을 진행하였다.
본 연구에서는 용기밸브에 압력체크센서를 일체형으로 장착하여 약제 누기 여부를 실시간으로 감시하는 시스템을 개발하였다. 네트워크 기술에 접목하여 중앙감시센터나 원격관리 장소에서 실시간으로 상황이 모니터링 되며, 이상상태 시 자동으로 통보할 수 있도록 하였다. 이러한 개발 시스템의 구성 요소인 압력누기 감시장치 모듈에 대한 최적 성능 검증 기준을 마련하고 평가하였으며 이를 통해, 가스계소화설비의 신뢰성 확보 및 화재에 따른 인명 · 재산피해 감소를 기대해볼 수 있다.
기능 시험은 기준별로 내용이 상이하여 압력누기 감시장치 모듈에 맞게 변형하여 성능 검증을 실행하였다. 또한 환경 변화에 대한 시스템의 성능 적합성을 확인하기 위하여 온도시험을 진행하였다.
따라서 이러한 시스템뿐만 아니라 구성품인 압력누기 감시장치 모듈에 대하여 성능을 검증하고 평가하는 기준이 없다. 본 연구에서는 시스템 관련 평가 방법을 정립하기 위하여 모듈 자체보다는 모듈이 장착되는 시스템과 유사한 국내외 시험기준을 참고하였다. 기술개발 시스템은 각 감시장치로부터 입력되는 센서 신호를 모니터링하는 장치이기 때문에 각 화재감지기로부터 발신되는 신호를 수신받아 연산 처리하여 화재 경보를 발하는 수신기와 비슷하다고 볼 수 있다.
압력누기 감시장치는 국내외에 정해진 기준이 없는 신제품으로 유사 기준을 참고하되 개발 모듈 기능에 적합하게 수정하여 다음과 같이 기본 기능을 시험하였다. 개발모듈에 압력계, 경종 및 램프를 설치하고, 공기압축기를 사용하여 0.
용기밸브 일체형 압력누기 감시장치는 국내에서 보편적으로 사용하는 이산화탄소 소화약제와 HFC 계열 소화약제의 용기밸브로 개발하였다. 각각의 용기밸브에 약제누기체크센서를 장착하여 약제 누기 및 약제 방출 감시가 가능하도록 하였으며, 밸브 바디(valve body)와 패킹 누르개, 마이크로 스위치 등으로 구성하였다.

대상 데이터

Figure 4는 온도 변화와 극심한 환경에서 개발된 제품이 정상적으로 작동하는가를 확인하는 내환경성 시험 장면이다. 실험장치는 항온항습조(ALL THREE, ATH-100M, 한국)를 사용하였다. 내환경성 시험 방법은 시험체를 −10℃ 및 50℃의 주위 온도에서 각각 12시간 이상 방치한 후, 기능에 이상 여부를 확인하는 것이다.

이론/모형

(1) 기본 성능 검증은 압력 변화에 따른 모듈의 작동 압력을 측정하기 위하여 압축공기를 이용한 압력 인가 방식을 사용하였다. 그 결과, 압력누기에 따른 최저 작동 압력은 0.
기술개발 시스템은 각 감시장치로부터 입력되는 센서 신호를 모니터링하는 장치이기 때문에 각 화재감지기로부터 발신되는 신호를 수신받아 연산 처리하여 화재 경보를 발하는 수신기와 비슷하다고 볼 수 있다. 따라서 국내 유사 기준으로는 국민안전처 고시 제2015-1호(수신기 형식승인 및 제품검사의 기술기준)⁽¹⁰⁾를 참고하였다. 수신기와 관련된 해외 기준은 UL864 등 여러 기준이 있으나 대부분 ISO 7240-2와 동일하거나 매우 유사하여 ISO 7240-2 (Fire detection and alarm systems-Part 2 : Control and indicating equipment)⁽¹¹⁾를 해외 유사 기준으로 참고하였다.

성능/효과

(2) 내환경성 시험은 환경 변화에 따른 성능 검증으로 −10℃ 및 50℃의 주위 온도에서 각각 12시간 이상 방치한 후 기능에 대한 이상 여부를 확인하였다. 그 결과, 고온 환경과 저온 환경 이후 최저 작동 압력 0.3 bar로 시험체의 구조 및 성능에 이상 없이 작동하는 것을 확인하였다.
국내에서 발생한 가스계소화설비의 주요 사고사례는 Table 3과 같다. 사고 사례를 분석한 결과, 약 63%의 사고는 이산화탄소 소화설비 설치된 곳에서 발생하였으며, 사고 원인은 시스템의 오작동과 허술한 유지관리이다. 인명피해는 약 88%가 시설물 관계자 및 직원들에게 발생하는 것으로 조사되었다⁽⁴⁾.
이 경우 모듈이 완제품이 아니므로 소화 약제를 사용하는 대신 공기압축기를 사용한다. 이 시험에서 마이크로 스위치가 작동하는 압력은 개발 제품의 최저 작동 압력으로, 경종이 울리고 램프가 점등되는 것은 선택밸브 개방유무로 판단하였다. 이산화탄소 소화약제와 HFC 계열 소화약제용 압력누기 감시장치 모듈의 마이크로 스위치는 같으므로 각 모듈의 기본 기능 시험방법은 동일하다.
이러한 개발 시스템의 구성 요소인 압력누기 감시장치 모듈에 대한 최적 성능 검증 기준을 마련하고 평가하였으며 이를 통해, 가스계소화설비의 신뢰성 확보 및 화재에 따른 인명 · 재산피해 감소를 기대해볼 수 있다.
2 bar를 인가하였을 때 램프가 점등되지 않았다. 즉, 0.1~0.2 bar의 압력에서는 압력누기 감시장치 모듈이 동작하지 않았다는 것을 확인할 수 있었다. 0.
해당 개발 모듈을 가스계소화설비 시스템에 적용 시 실시간 모니터링을 통한 소화가스 약제량을 감시하며, 약제 누기 시 즉각적인 대처가 가능하여 소화설비의 안정적인 기동을 보장한다. 또한 이상상태 발생 시에만 현장 접근하여 해결함으로 매우 안정적이므로 신뢰성 있는 예방조치를 행할 수 있다.

후속연구

또한 이상상태 발생 시에만 현장 접근하여 해결함으로 매우 안정적이므로 신뢰성 있는 예방조치를 행할 수 있다. 이러한 소화약제 누기를 감시하는 압력 누기 감시장치는 능동형 기술 개발로 소화시스템의 신뢰성이 제고되며, 화재로 인한 인명 및 재산 피해를 최소화할 수 있음을 기대한다.
이는 전기실, 변전실, 통신기기실의 규모가 과거에 비하여 커지거나 신규물건이 증가함으로 발생하는 현상이라 할 수 있다. 즉, 특수방호구역에서 발생하는 화재를 초기에 효과적으로 진압하기 위해서는 본 소화설비의 작동성능 및 신뢰성 향상에 대한 요구는 앞으로 더욱 증가할 것으로 판단된다.
3 bar로 확인하였다. 해당 실험은 압력누기 감시장치 모듈 자체만을 가지고 검증한 것으로 다음 시험 시에는 시스템에 압력누기 감시장치 모듈을 설치한 후 압력누기 감시장치의 작동 압력 범위에 따라 약제가 누기 되는 것을 확인할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소화 약제를 점검하는 방법은 무엇이 있는가?	현행법상 가스소화설비의 소화약제는 저장용기의 약제량 손실이 5%를 초과하거나 압력손실이 10%를 초과할 경우(불활성가스 청정소화약제는 압력손실 5% 초과 시) 재충전하거나 저장용기를 교체하도록 규정하고 있다(2). 소화 약제를 점검하는 방법으로는 약제용기의 무게를 저울 등으로 직접 측정하는 중량 측정법과 액화가스 레벨메터를 이용한 측정법 등이 있다. 이러한 기존 소화약제량 점검 방법은 인력의 과다 투입 및 현장 접근을 통하여 확인해야 한다.
	본 논문에서 서술하는 가스계소화설비의 대표적인 문제점은 무엇인가?	가스계소화설비는 소화약제의 자연 누기와 소화설비 노후로 인한 누기 등으로 화재진압 능력이 저하되는 문제점이 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 소화약제의 누기를 실시간으로 감지하는 압력누기 체크센서 모듈을 개발하였으며, 개발 모듈에 대한 성능평가를 하였다.
	본 연구에서 가스계소화설비의 화재진압 능력 저하 문제를 해결하기 위해 개발한 것은 무엇인가?	가스계소화설비는 소화약제의 자연 누기와 소화설비 노후로 인한 누기 등으로 화재진압 능력이 저하되는 문제점이 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 소화약제의 누기를 실시간으로 감지하는 압력누기 체크센서 모듈을 개발하였으며, 개발 모듈에 대한 성능평가를 하였다. 국내 외적으로 압력누기 감시 시스템에 대한 명확한 시험기준이 마련되어 있지 않다.

참고문헌 (12)

Y. H. Jun, "Case Analysis and Prevention Measures Study of the Carbon Dioxide Fire Extinguishing Discharge at Non-fire Condition", Yeungnam University (2010).
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A. R. Hong, C. W. Lee, A. R. Ko and B. S. Son, "A Study on the Analysis of Accident cases for Gaseous Fire Fighting Extinguish System", Proceedings of 2014 fall Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 189-190 (2014).
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J. H. Son, "A Study on Continuous Gas Weight Monitoring for Gas Based Fire Extinguishing Systems", Gachon University (2014).
S. H. So, J. H. Oh, C. W. Cha and D. K. Lee, "Development of Monitoring RF System on Leakage of Gas Cylinder in Gaseous Fire Extinguishing System", Proceedings of 2008 fall Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 7-10 (2008).
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ISO 7240-2, Fire detection and alarm systems-Part 2 : Control and indicating equipment (2003).
FM 1421, Approval Standard for Monitor Assembly (2007).

저자의 다른 논문 :

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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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