[논문]백열전구 복사열에 의한 미송판의 발화 임계거리 및 발화시간 예측

이흥수; 김두현

doi:10.14346/jkosos.2016.31.2.18

백열전구 복사열에 의한 미송판의 발화 임계거리 및 발화시간 예측
Predicting of Ignition Time and Critical Distance for Ignition of Douglas fir by Radiant Heat of Incandescent Lamp 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.31 no.2, 2016년, pp.18 - 25

이흥수 (한국화재보험협회 방재시험연구원) , 김두현 (충북대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The incandescent lamp is an electric light fixture with a tungsten filament heated to a high temperature, by passing an electric current through it, until it glows with visible light. The hot filament is protected from oxidation with a glass bulb that is filled with inert gas. The incandescent lamp has fire risk when combustible materials are close to its glass bulb. Because its lamp has the property which converts 90~95 percents of the electric power to heat energy. 2015 national fire statistics show that fires caused by lighting fixtures were 652 cases, and incandescent lamps(44 cases) and halogen lamps(53 cases) accounted for 15 percents in those of high heating light fixtures. Since incandescent lamp fires account for about 45 percents in the high heating light fixture, we could not overlook the fire risks by the incandescent lamp. Although many studies related with those have been conducted, incandescent lamp fires are continuously occurred. This study was carried out to study the fire risk of ignition of wood due to radiant heat of incandescent lamp. Radiant heat flux of the incandescent lamp was predicted by applying point source model, and critical distance for ignition of wood was calculated by applying integral model. The results from this study could applied to fire prevention activities related to light bulb, and it could be used in fire cause investigations related to radiant heat of incandescent lamp.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 따라 백열전구 화재와 관련된 많은 연구^3-6)가 선행되었으나 조명기구 화재패턴을 통한 원인조사기법이나 화재사례 재현의 실험연구가 대부분이었고, 백열전구의 발열시 주변으로 방열되는 복사열에 의한 가연물의 발화위험성에 대한 연구는 수행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 백열전구 복사열에 의한 가연물의 발화가능성과 관련된 연구를 수행해 보고자 하였다. 백열전구의 복사열유속은 점열원 모델(Point source model)⁷⁾을 적용하여 열원의 열유속을 예측하였으며, 가연물의 최소 발화가능 임계거리 및 발화시간을 예측하기 위하여 적분 모델(Integral model)⁸⁾을 적용하였다.

가설 설정

(a) 물질 표면의 온도가 임계값에 도달했을 때 발화한다(T_ig).
(b) 고체는 발화될 때까지 불활성이다.
(c) 고체는 무한히 두껍다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 백열전구 복사열에 의한 가연물의 발화가능성과 관련된 연구를 수행해 보고자 하였다. 백열전구의 복사열유속은 점열원 모델(Point source model)⁷⁾을 적용하여 열원의 열유속을 예측하였으며, 가연물의 최소 발화가능 임계거리 및 발화시간을 예측하기 위하여 적분 모델(Integral model)⁸⁾을 적용하였다. 일반적으로 점열원 모델은 화염으로부터 방열되는 복사열유속을 예측하기 위한 이론인데 이것을 이용하여 백열전구에서 방사되는 열유속을 계산하고 가연물의 발화 임계거리를 도출해 보고자 하였다.
백열전구의 복사열유속은 점열원 모델(Point source model)⁷⁾을 적용하여 열원의 열유속을 예측하였으며, 가연물의 최소 발화가능 임계거리 및 발화시간을 예측하기 위하여 적분 모델(Integral model)⁸⁾을 적용하였다. 일반적으로 점열원 모델은 화염으로부터 방열되는 복사열유속을 예측하기 위한 이론인데 이것을 이용하여 백열전구에서 방사되는 열유속을 계산하고 가연물의 발화 임계거리를 도출해 보고자 하였다.

대상 데이터

백열전구 복사열에 의해 두꺼운 목재가 발화되기 위해서는 임계열유속 이상의 복사열이 목재 표면에 도달하여야 한다. 목재는 크게 견목재(Hard wood)와 연목재(Soft wood)로 구분할 수 있는데, 실험에 사용된 미송판은 연목재에 해당된다. 일반적으로 건조된 연목재를 구성하고 있는 물질의 구성비는 셀룰로오스(Cellulose)가 40∼44%, 헤미셀룰로오스가 20∼32%(Hemicellulose)이며 레진(Lignin)이 25∼35%를 차지하고 있다.
본 연구에서는 건축자재로 널로 사용되고 있는 미송판을 준비하여 100 ㎜ × 100 ㎜ × 20 ㎜ 크기로 재단하였다.

이론/모형

미송판은 함수율이 증가함에 따라 발화온도가 상승하고 이와 함께 발화시간도 지연되는 것으로 알려져 있는데¹²⁾, 본 연구에서는 4.02%의 함수율을 갖는 미송판에 대한 발화온도를 M.J. Spearpoint와 D. Hopkins 등^13-15)이 수행한 콘칼로리미터 방식에 의해 측정해 보고자 하였다. 우선 콘칼로리미터의 콘히터 복사열에 의해 목재가 발화되는 온도를 측정하기 위해 열전대를 목재표면에 설치하고 복사열유속 변화에 따른 발화온도를 기록하고 평균 발화온도를 구하였다.

성능/효과

1) 본 연구와 같은 조건에서 200 W 백열전구 복사열에 의해 미송판이 발화될 수 있는 임계거리 D_cr은 0.017 m이내이며, 이때 최소 사고열유속은 13.621∼14.361 kW/m²이다.
2) 점열원 모델 및 적분 모델을 적용하는 경우 백열 전구 복사열에 의해 미송판이 발화될 수 있는 임계거리 및 발화시간을 예측할 수 있다.

후속연구

3) 조명기구 등 전기 점열원의 발열체로 인한 화재원인조사 시 가연물의 복사발화 가능성 예측 및 발화 시간을 예측하여 방화 또는 실화 여부를 판단하는 자료로 활용할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	백열전구의 단점은 무엇입니까?	1879년 토머스 에디슨에 의해 발명되어 인류가 발견한두 번째 불이라고 불릴 만큼 인류의 삶을 획기적으로 바꾸어 놓았다. 하지만 이러한 백열전구는 전력의 5∼10%만을 빛으로 전환하고 대부분 열에너지로 변환되는 특성이 있기 때문에 가연물이 전구에 근접한 장소에서는 복사열 등에 의한 화재위험이 따른다고 할 수 있다. 이와 같은 이유 등으로 정부에서는 효율관리기자재 운용규정을 제정하여 2014년부터 150 W이하 백열전구의 생산을 금지하기로 하였으나 200 W 이상의 전구는 여전히 사용이 가능한 상태로 남아있어1) 그에 따른 화재위험은 상존할 것으로 보인다.
	백열전구란 무엇입니까?	백열전구는 유리구 속에 텅스텐 필라멘트를 봉입하고 불활성 가스를 넣어 빛을 내는 전기조명기구이다. 1879년 토머스 에디슨에 의해 발명되어 인류가 발견한두 번째 불이라고 불릴 만큼 인류의 삶을 획기적으로 바꾸어 놓았다.
	건조된 연목재를 구성하고 있는 물질들 각각의 열분해 온도범위는 어떠합니까?	이러한 물질이 열에 노출되는 경우 열분해를 통해 가연성 가스를 생성하며 생성된 가연성 가스는 발화온도 이상에서 발화하거나 점화원에 의해 착화된다. 연목재를 구성하는 각 물질의 열분해 온도범위는 셀룰로오스가 240∼350℃, 헤미셀룰로오스가 200∼260℃이며 레진이 280∼500℃라고 알려져 있다20). 즉 백열전구로부터 방사된 복사열에 의해 미송판이 열분해 되기 위해서는 표면온도가 최소 200℃까지 상승하여야 한다는 의미이다.

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상세보기
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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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