[국내논문]이산화탄소를 가압원으로 하는 할론대체 소화기용 청정소화약제에 대한 연구 A Study on Clean Agents for Halon Replacement in the Portable Extinguisher with CO2 as an Expellant Gas원문보기
CFC의 오존층 파괴로 인해 이를 대체할 냉매, 세정제, 발포제의 개발과 더불어 소방분야에서는 할론대체소화약제개발에 주력하여 왔다. 특히 소화기분야에서는 할론1211 소화기를 대체할 청정소화약제를 개발하여 왔다. 그 결과로 개발된 소화기용 청정소화약제 중 가장 널리 사용되는 소화약제가 HCFC-123이다. 대부분의 청정소화약제들은 자체 증기압이 약하기 때문에 어떠한 가압원을 사용할 것인가가 중요한 문제 중 하나이다. 본 연구에서는 소화기용 소화약제들 중 HCFC-123, HCFC-124, HFC-125, Novec-1230을 선정하여 이들 약제에 대한 가압원으로 보조소화효과를 기대할 수 있는 CO2를 사용하였다. 각 소화약제별로 약제량과 CO2량을 조절하며 시험을 실시한 결과 HCFC-123 소화약제로부터 기대한 소화효과를 확인할 수 있었다. 현재 시중에 판매되고 있는 소화기인 HCFC-123 2.5 kg을 질소로 가압하여 소화능력 ABC 각 1단위인 소화기보다 소화약제가 적은 HCFC-123 1.5 kg과 CO2 1.5 kg을 혼합한 소화기로 동일한 소화능력시험에 성공하였다. 이러한 소화시험의 결과는 가압원인 CO2의 보조소화효과를 확인한 것이라 할 수 있다. 이는 중간대체물질로 분류되어 있는 HCFC계열의 소화약제를 줄일 수 있어 기존의 소화기보다 친환경적이고 경제적이라 할 수 있으며 B,C급 화재용 소화기인 CO2 소화기로 A급 가연물이 많은 전기, 전자 관련 시설을 방호하는 불합리함을 해결하는데 기여할 수 있으리라 기대한다.
CFC의 오존층 파괴로 인해 이를 대체할 냉매, 세정제, 발포제의 개발과 더불어 소방분야에서는 할론대체소화약제개발에 주력하여 왔다. 특히 소화기분야에서는 할론1211 소화기를 대체할 청정소화약제를 개발하여 왔다. 그 결과로 개발된 소화기용 청정소화약제 중 가장 널리 사용되는 소화약제가 HCFC-123이다. 대부분의 청정소화약제들은 자체 증기압이 약하기 때문에 어떠한 가압원을 사용할 것인가가 중요한 문제 중 하나이다. 본 연구에서는 소화기용 소화약제들 중 HCFC-123, HCFC-124, HFC-125, Novec-1230을 선정하여 이들 약제에 대한 가압원으로 보조소화효과를 기대할 수 있는 CO2를 사용하였다. 각 소화약제별로 약제량과 CO2량을 조절하며 시험을 실시한 결과 HCFC-123 소화약제로부터 기대한 소화효과를 확인할 수 있었다. 현재 시중에 판매되고 있는 소화기인 HCFC-123 2.5 kg을 질소로 가압하여 소화능력 ABC 각 1단위인 소화기보다 소화약제가 적은 HCFC-123 1.5 kg과 CO2 1.5 kg을 혼합한 소화기로 동일한 소화능력시험에 성공하였다. 이러한 소화시험의 결과는 가압원인 CO2의 보조소화효과를 확인한 것이라 할 수 있다. 이는 중간대체물질로 분류되어 있는 HCFC계열의 소화약제를 줄일 수 있어 기존의 소화기보다 친환경적이고 경제적이라 할 수 있으며 B,C급 화재용 소화기인 CO2 소화기로 A급 가연물이 많은 전기, 전자 관련 시설을 방호하는 불합리함을 해결하는데 기여할 수 있으리라 기대한다.
To prevent ozone depletion caused by CFCs, the replacement of Halon with clean agents has been developed in the fire protection field along with refrigerants, detergents, and foaming agents. The alternatives for Halon 1211 have been developed in the portable fire extinguisher area and HCFC-123 is us...
To prevent ozone depletion caused by CFCs, the replacement of Halon with clean agents has been developed in the fire protection field along with refrigerants, detergents, and foaming agents. The alternatives for Halon 1211 have been developed in the portable fire extinguisher area and HCFC-123 is used widely as a clean fire extinguishing agent. The type of expellant gas is important because their own vapor pressure is low. In this study, HCFC-123, HCFC-124, HFC-125, and Novec-1230 were selected as fire extinguishing agents and CO2, which is expected to improve the fire extinguishing ability, was chosen as the expellant gas. For each agent, experiments changing the agent and CO2 amount were carried out and HCFC-123 showed a good result, as expected. The extinguisher, HCFC-123 of 1.5 kg, showed the same ability to suppress a class A and B fire as the extinguisher, HCFC-123 of 2.5 kg, which is currently sold on the market. According to this result, the expellant gas has a subsidiary fire extinguish effect. This can reduce the amount of HCFC fire extinguishing agent, which is categorized in the phase-out alternatives, and is a more eco-friendly and economical fire extinguisher than the previous one. This study can also help solve the problems of CO2 fire extinguishers for class B and C fires, and can be used to extinguish electric and electron facilities fire, which contains large amounts of class A fire combustibles.
To prevent ozone depletion caused by CFCs, the replacement of Halon with clean agents has been developed in the fire protection field along with refrigerants, detergents, and foaming agents. The alternatives for Halon 1211 have been developed in the portable fire extinguisher area and HCFC-123 is used widely as a clean fire extinguishing agent. The type of expellant gas is important because their own vapor pressure is low. In this study, HCFC-123, HCFC-124, HFC-125, and Novec-1230 were selected as fire extinguishing agents and CO2, which is expected to improve the fire extinguishing ability, was chosen as the expellant gas. For each agent, experiments changing the agent and CO2 amount were carried out and HCFC-123 showed a good result, as expected. The extinguisher, HCFC-123 of 1.5 kg, showed the same ability to suppress a class A and B fire as the extinguisher, HCFC-123 of 2.5 kg, which is currently sold on the market. According to this result, the expellant gas has a subsidiary fire extinguish effect. This can reduce the amount of HCFC fire extinguishing agent, which is categorized in the phase-out alternatives, and is a more eco-friendly and economical fire extinguisher than the previous one. This study can also help solve the problems of CO2 fire extinguishers for class B and C fires, and can be used to extinguish electric and electron facilities fire, which contains large amounts of class A fire combustibles.
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문제 정의
이러한 국내 상황에 대하여 A, B, C급의 화재에 모두 적응 가능하며 특히 A급 화재에 좋은 성능을 보일 수 있는 할론대체 청정소화약제 개발을 목표로 본 연구를 시작하였다. 또한 대부분의 청정소화약제가 자체증기압이 부족하여 약제방출을 위한 가압원으로 질소, 아르곤 등 불활성, 불연성가스를 사용하고 있으나 이들은 소화에 직접적인 영향을 주지 못하는 가스들이다.
그 결과로 많은 할론대체 청정소화약제들이 개발되어 왔으나 그 소화약제의 대부분이 밀폐공간에서 사용되는 전역방출방식용 소화약제로 대기 중에서 사용되는 국소방출방식이나 소화기용 소화약제 개발에는 한계를 보여 왔다. 할론대체 청정소화약제의 개발은 Halon 1211소화기를 대체하는 것을 목표로 하고 있다. Halon 1211를 대체할 소화기를 개발하며 충족 시켜야할 조건들로 다음의 사항들을 들고 있다(1-3).
가설 설정
① Halon 1211이상의 소화효과가 있을 것
② 화재진압 후 잔유물이 남지 않을 것
③ 오존파괴지수(ODP)가 0일 것
제안 방법
또한 대부분의 청정소화약제가 자체증기압이 부족하여 약제방출을 위한 가압원으로 질소, 아르곤 등 불활성, 불연성가스를 사용하고 있으나 이들은 소화에 직접적인 영향을 주지 못하는 가스들이다. 따라서 소화약제로 사용되는 CO2를 가압원으로 사용하여 보조소화효과를 나타내도록 하였다.
하론 대체 청정소화약제들에 있어 충분한 자체증기압을 갖는 일부의 약제를 제외하고 대부분의 소화약제에는 어떠한 가압원을 사용할 것이냐가 중요한 문제 중의 하나이다. 본 연구에서는 세계적으로 가장 널리 사용되는 하론 대체 소화기용 소화약제인 HCFC-123 (Halotrom-1TM)과 가장 최근에 개발된 소화약제인 FK-5-1-12 (Novec-1230TM) 등 4종류의 소화약제를 선정하였으며, 시험용 소화기를 제작하여 실제 화재소화시험을 실시하였다. 각 소화약제별로 약제량과 CO2량을 조정하며 총 26회의 소화시험을 실시한 결과 HCFC-123소화약제로부터 기대한 소화효과를 확인할 수 있었다.
소화시험결과로 나타난 성공과 실패원인을 분석하였다. HCFC-123의 약제가 감소함에 따라 소화효과가 감소하는 것은 다음과 같이 판단된다.
소화약제의 성능 비교를 위해 Halon 1211TM과 Halotron I TM, FE-36을 미국의 소화기 능력 및 시험규정인 ANSI/UL711에 따른 능력단위로 Table 1에 비교하였다(1).
시험은 한국소방산업기술원에서 실시하였으며 “소화기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준” 별표2 A급화재용 소화기의 소화능력시험 중 제2모형인 1단위모형과 별표3 B급화재용 소화기의 소화능력시험 중 모형번호수치 1, 2, 3인 1단위, 2단위, 3단위 모형을 적용하였다.
소화시험 결과는 Table 3에 시험종류별, 약제의 조성별로 시험회수와 성공여부를 나타냈다. 총 32회의 시험을 실시하여 6번은 시험방법의 문제로 시험이 실패하였고 정상적인 소화시험 26회 중 A급 화재 소화시험은 14회, B급 화재 소화시험은 12회를 실시하였으며 재현성을 위해 각 약제 조성별로 2회씩 소화시험을 실시하였다. 이 중 A급은 14 중 5회를 B급은 10회 중 4회를 화재 진압에 성공하였다.
대상 데이터
소화시험에 사용할 소화기를 제작하였다. 소화기의 내용적은 3.
성능/효과
본 연구에서는 세계적으로 가장 널리 사용되는 하론 대체 소화기용 소화약제인 HCFC-123 (Halotrom-1TM)과 가장 최근에 개발된 소화약제인 FK-5-1-12 (Novec-1230TM) 등 4종류의 소화약제를 선정하였으며, 시험용 소화기를 제작하여 실제 화재소화시험을 실시하였다. 각 소화약제별로 약제량과 CO2량을 조정하며 총 26회의 소화시험을 실시한 결과 HCFC-123소화약제로부터 기대한 소화효과를 확인할 수 있었다. 현재 시중에 판매되고 있는 HCFC-123소화기는 약제2.
소화기가 적용되는 것은 개방된 대기 중의 화재이므로 냉각효과보다는 화학적 소화가 중요하다. 따라서 화학적 소화효과를 내는 염소(Cl)가 포함된 HCFC-123약제의 량은 감소하고 소화영향이 작은 CO2의 량이 증가하여 전체의 소화효과는 감소하는 것으로 나타난다.
이 중 A급은 14 중 5회를 B급은 10회 중 4회를 화재 진압에 성공하였다. 최종 화재시험 결과는 HCFC-123 1.5 kg과 CO2 1.5 kg을 혼합한 소화기로 A급1단위와 B급1단위 소화시험에 성공하였다.
각 소화약제별로 약제량과 CO2량을 조정하며 총 26회의 소화시험을 실시한 결과 HCFC-123소화약제로부터 기대한 소화효과를 확인할 수 있었다. 현재 시중에 판매되고 있는 HCFC-123소화기는 약제2.5 kg을 질소로 가압하여 A급1단위와 B급1단위를 소화할 수 있으나 본 시험에 의한 소화기는 약제1.5 kg과 CO2 1.5 kg을 혼합하여 A급1단위와 B급1단위 소화에 성공함으로서 이를 알 수 있었다. 이러한 소화 시험결과는 가압원인 CO2의 보조소화효과를 시험을 통해 확인한 것이라 할 수 있다.
후속연구
이러한 소화 시험결과는 가압원인 CO2의 보조소화효과를 시험을 통해 확인한 것이라 할 수 있다. 이는 중간대체물질로 분류되어 있는 HCFC계열의 소화약제 사용을 줄일 수 있어 기존의 소화기보다 친환경적이고 경제적이라 할 수 있으며 BC급화재용 소화기인 CO2 소화기로 전기 전자 관련 시설을 방호하는 불합리함을 해결하는데 기여할 수 있을 것이다.
참고문헌 (10)
M. L. Robin, "Substitutes for Halon 1211 in Streaming Application", International Fire Protection Magazine, February (2004).
P. J. DiNenno, "Direct Halon Replacement Agents and Systems", Fire Protection Handbook 19th. ed., pp. 11-21 (2003).
P. J. DiNenno, "Halon Replacement Clean Agent Total Flooding System", SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Third Edition, pp. 4-173 (2002).
M. L. Robin, "Clean Agent in Total Flooding Application", International Fire Protection Magazine, August (2012).
J. H. Oh and J. J. Choi, "Comparative Study on Korean Standards and International Standards of Fire Extinguisher to Improve Performance and International Competitiveness", Crisisonomy, Vol. 9, No. 12, pp. 125-140 (2013).
FIRE ZERO 123 (HCFC-123) Specifications, 2018. http://hanjufire.com/sub/sub03_02.php.
R. S. Sheinson, J. E. Penner-Hahn and Doren Indritz, "The Physical and Chemical Action of Fire Suppressants", Fire Safety Journal, pp. 437-450 (1989).
R. T. Wickham, "Status of Industry Efforts to Replace Halon Fire Extinguishing Agents", Wickham Associates, pp. 5-18, 35-43, March (2002).
K. S. Jeong, "A Study on Clean Agents for Halon Replacement in the Portable Extinguisher with CO2 as an Expellant Gas", Ph.D. Dissertation, Seoul National Univ., July (2007).
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