[논문]에어프라이어의 화재사례와 재현실험을 통한 화재위험성 분석

이정일; 조명식

doi:10.12812/ksms.2020.22.2.039

에어프라이어의 화재사례와 재현실험을 통한 화재위험성 분석
Fire Risk Analysis through Airfryer's Fire Cases and Reproduction Experiments 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.22 no.2, 2020년, pp.39 - 46

이정일 (중앙소방학교) , 조명식 (공주소방서)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper recognizes the risk of ignition of air fryer (machine that can cook fried dishes with hot air without oil) that is far exceeding the sales rate of microwave ovens, which is necessary to modern household kitchen, and identifies fire risk through the operation principle of the process of heat transfer, and the main structure of the machine. The fire test that we conducted is to observe the risk of ignition of the machine due to the damage to the safety system and the possibility of igniting oil paper along with food, to experiment with the possibility of ignition due to blockage of the exhaust due to obstacles, and accumulation of oil stains on the hot wire, and to present the method of fire control and devise countermeasures.

주제어

표/그림 (31)

그림 [Figure 1] Heat transfer method of the air fryer
그림 [Figure 2] Principle of the air fryer
그림 [Figure 3] Name of each part of the air fryer
그림 [Figure 4] Baskets and backs of the air fryer
그림 [Figure 5] Diagram of Air fryer(1)
그림 [Figure 6] Diagram of Air fryer(2)
그림 [Figure 7] Temperature sensor
그림 [Figure 8] bimetal thermometer
그림 [Figure 9] Villa fire in Busan
그림 [Figure 10] Apartment fire in Seoul
그림 [Figure 11] Combustion type
그림 [Figure 12] Upper loss
그림 [Figure 13] Fried food container
그림 [Figure 14] Heat rays
그림 [Figure 15] Experimental Equipment
그림 [Figure 16] Experimental equipment diagram of KESCO(Korea Electrical Safety Corporatiom)
그림 [Figure 17] Experimental equipment diagram of Hoseo University
그림 [Figure 18] Temperature control curve diagram
그림 [Figure 20] Sensor failure temperature graph
그림 [Figure 22] Carbonized food
그림 [Figure 24] Paper box experiment
그림 [Figure 19] Outside temperature
그림 [Figure 21] Outlet temperature
그림 [Figure 23] Heat up plastic
그림 [Figure 25] Towel experiment
그림 [Figure 26] External short experiment
그림 [Figure 28] Air fryer covered with grease
그림 [Figure 30] Trace of ignition with the top of the air fryer
그림 [Figure 27] Current wave form
그림 [Figure 29] ignition with the grease
그림 [Figure 31] Flame caused by internal combustion

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

또한, 두 화재 모두 어느 한 부분을 발화지점으로 특정할 수 없었다. 따라서 에어프라이어의 구조, 제어장치 및 안전장치 불능에 따른 위험요소에 대해 알아보고, 이에 따른 실험방법을 설정하여 발화 위험성 연구를 수행하고자 한다.
이를 뒷받침 하듯, 최근 에어프라이어로 인한 화재가 잇달아 발생하고 있으며, 화재 원인 규명이 확실치 않은 상황이다. 따라서 에어프라이어의 구조를 분석하여 작동원리를 정확히 이해 하고, 이를 통하여 화재발생 원인과 위험성을 규명하고자 한다. 이를 위해서는 원인을 한 가지로 규정하지 않고, 발열부 주변의 안전장치를 분석하고 발열 경로를 추적하여 절연파괴, 구조적 취약성 등 여러 요인들을 복합적으로 고려해야만 할 것이다[2].
본 실험은 에어프라이어 사용 후, 내부 청소를 하지 않아 기름때가 축척된 상황을 가정하여[Figure 28] 이때의 내부 발화가능성을 확인하고자 하였다. 약 3년간 사용하면서 기름때가 축적된 에어프라이어를 구하였고, 쉽게 발화되어 실험 시간을 절약할 수 있도록 온도 센서를 고장 내어 실험하였다.
본 실험은 에어프라이어 안전장치의 불량 및 고장에 따른 발화위험성을 확인하도록 설계하였다. 에어프라이어의 바이메탈 센서와 온도 휴즈를 제거한 상태에서 기기를 작동하였고, 온도변화와 기기 외부의 형태 변화를 관찰하였다.
본 실험은 에어프라이어의 코드선이 압착되어 손상되거나, [Figure 26] 트래킹이 지속되어 단락이 일어날 경우, 어떠한 위험성이 있는지 확인하기 위하여 진행하였다.
본 실험은 에어프라이어의 후드 배출구가 막혔을 경우의 발화위험성을 측정하도록 설계하였다. [Figure 24.
현재 에어프라이어에 대한 연구한 논문은 하나도 없으며, 국회도서관에 등록된 전체30편중에 도서자료 10편은 대부분 선전과 편리성에 대한 자료, 학술기사 18편도 획기적인 전자제품이라는 내용, 인터넷과 전자 자료도 마찬 가지 제품 설명에 그치고 있다. 본 연구 논문과 차별성으로 실제 화재사례를 가지고 재현 실험하여 소비자들의 안전 확보하기 위함이다.

가설 설정

본 연구에서는 다양한 상태변화를 가정하여 실험을 진행하였다. 첫째, 에어프라이어를 최대온도(200℃)로 설정하여 10분간 정상 상태에서 작동하였고, 시간경과에 따른 에어프라이어의 내부와 후드 배출구의 온도를 측정하여 변화를 관찰하였다(5.
2 온도 센서 고장 시 동작 실험). 셋째, 에어 프라이어의 후드 배출구 막힘을 가정하였다. 기기 작동 시후드 배출구가 막혀 가열된 공기가 방출하지 못하였을 때, 기기 내부의 온도변화와 배출구를 막고 있는 물질의 착화가능여부와 착화 시간을 측정하였다(5.

제안 방법

에어프라이어의 바이메탈 센서와 온도 휴즈를 제거한 상태에서 기기를 작동하였고, 온도변화와 기기 외부의 형태 변화를 관찰하였다. 기기 내부와 후드 배출구, 튀김통 밑 부분에 열전대를 설치하여 온도를 측정하였고, 열화상카메라를 이용하여 가시적으로 외부온도를 관찰하였다. 실험은 600 sec 동안 진행하였다.
셋째, 에어 프라이어의 후드 배출구 막힘을 가정하였다. 기기 작동 시후드 배출구가 막혀 가열된 공기가 방출하지 못하였을 때, 기기 내부의 온도변화와 배출구를 막고 있는 물질의 착화가능여부와 착화 시간을 측정하였다(5.3 후드 배출구 막힘 시 발화 실험). 넷째, 코드선의 압착 단락 시, 에어프라 이어의 상태 변화를 실험하였다(5.
3 후드 배출구 막힘 시 발화 실험). 넷째, 코드선의 압착 단락 시, 에어프라 이어의 상태 변화를 실험하였다(5.4 코드선의 압착 단락 실험). 다섯째, 에어프라이어 열선 및 내부에 기름때가 축척되었을 때, 이로 인한 발화위험성을 실험하였다(5.
4 코드선의 압착 단락 실험). 다섯째, 에어프라이어 열선 및 내부에 기름때가 축척되었을 때, 이로 인한 발화위험성을 실험하였다(5.5 기름때 축적에 따른 발화 실험).
1 정상상태 동작 실험). 둘째, 안전장치 불량 및 고장에 따른 발화위험성을 측정하는 실험으로, 에어프라이어의 온도 퓨즈를 제거하고 열선 주변에 있는 바이메탈 센서를 탈착하여 기기를 작동하였고, 시간 경과에 따른 에어프라이어의 내부와 후드 배출구, 튀김통 바닥의 온도를 측정하여 기기의 온도 변화와 외형변화를 관찰하였다(5.2 온도 센서 고장 시 동작 실험). 셋째, 에어 프라이어의 후드 배출구 막힘을 가정하였다.
[Figure 8]발열체 주변에는 바이메탈식 온도센서를 설치하여 온도를 확인한다. 바이메탈은 열팽창률이 다른 두개의 금속판을 맞붙여 놓은 것으로, 온도 변화 시 두 금속판의 열팽창률의 차이에 의해 바이메탈이 휘어지는 원리를 활용하였다. 평상시에는 접점이 연결되어 있으나 주변 온도가 상승하여 특정 온도에 이르면, 바이메탈의 금속이 팽창하여 접점에서 떨어지게 되어 전원을 차단하며, 다시 온도가 내려가면 접점이 붙게 되어 전원을 인가한다[7].
본 실험은 작동 중인 에어프라이어를 방치하였을 때의 위험성을 알아보기 위한 실험으로, 최대온도(200℃)로 설정하여 냉동만두를 10분간 가열하고, 시간경과에 따른 에어프라이어의 내부와 후드 배출구의 온도를 측정하였다. 실험 전, 전압계와 전류계를 사용하여, 에어프라이어가 정상적으로 작동할 때의 전압과 전류를 측정하였다.
본 연구는 가정에서 많이 사용하는 에어프라이어 내부의 히터 열풍에 의한 발화 실험을 통하여 발화위험성을 고찰하였으며, 실험은 온도 센서의 고장으로 인한 온도변화 측정실험과 후드 배출구가 가연물에 밀착되어 축열에 의한 발화 실험, 코드선의 노후 및 손상으로 인한 압착 단락 실험, 기름때 축척에 따른 발화 실험을 하였다.
본 실험은 작동 중인 에어프라이어를 방치하였을 때의 위험성을 알아보기 위한 실험으로, 최대온도(200℃)로 설정하여 냉동만두를 10분간 가열하고, 시간경과에 따른 에어프라이어의 내부와 후드 배출구의 온도를 측정하였다. 실험 전, 전압계와 전류계를 사용하여, 에어프라이어가 정상적으로 작동할 때의 전압과 전류를 측정하였다. 정상 상태의 공급 전압은 약 219V, 정상 상태의 부하 전류는약 5A로 측정되었다.
본 실험은 에어프라이어 사용 후, 내부 청소를 하지 않아 기름때가 축척된 상황을 가정하여[Figure 28] 이때의 내부 발화가능성을 확인하고자 하였다. 약 3년간 사용하면서 기름때가 축적된 에어프라이어를 구하였고, 쉽게 발화되어 실험 시간을 절약할 수 있도록 온도 센서를 고장 내어 실험하였다. 4분이 경과하자 온도가 약 250℃ 정도까지 상승하면서 연기가 발생하기 시작하였으며, [Figure 29]약 6분부터 500℃ 이상 상승하면서 내부 기름때가 점화되어 발화하기 시작하였다.
본 실험은 에어프라이어 안전장치의 불량 및 고장에 따른 발화위험성을 확인하도록 설계하였다. 에어프라이어의 바이메탈 센서와 온도 휴즈를 제거한 상태에서 기기를 작동하였고, 온도변화와 기기 외부의 형태 변화를 관찰하였다. 기기 내부와 후드 배출구, 튀김통 밑 부분에 열전대를 설치하여 온도를 측정하였고, 열화상카메라를 이용하여 가시적으로 외부온도를 관찰하였다.
오실로스코프를 설치하여 시간에 따른 입력 전압의 변화를 관측하였고, 에어프라이어 열선과 음식물을 조리하는 바스켓 밑부분과 열풍이 나오는 후드의 온도를 측정하기 위해, PT100 옴의 온도 센서를 3곳에 부착하였다. 열화상카메라로 시간별 온도를 측정하도록 구성하였고, 실험 초기의 습도는 약 38%에 온도는 21.3℃에서 실험하였다.
17). 열화상카메라를 설치하여 기기의 최대온도를 측정하게 설정하였으며, 1차 실험과 동일하게 3군데 온도센서를 설치하여 측정하도록 구성하였고 습도는 약 44%에 온도는 19.8℃에서 실험하였다.
16), 전압가변장치를 이용하여 전류를 인입하였다. 오실로스코프를 설치하여 시간에 따른 입력 전압의 변화를 관측하였고, 에어프라이어 열선과 음식물을 조리하는 바스켓 밑부분과 열풍이 나오는 후드의 온도를 측정하기 위해, PT100 옴의 온도 센서를 3곳에 부착하였다. 열화상카메라로 시간별 온도를 측정하도록 구성하였고, 실험 초기의 습도는 약 38%에 온도는 21.
화재 당시 거주자는 방에 위치하였고, 타는 냄새를 맡고 창문을 열었다가 불꽃을 발견하였다. 조리중이던 에어프라이어의 뒤쪽에서 화재가 최초 발생하였고, 주방의 에어프라이어를 이용하여 고구마를 요리하던 중 20분정도 방치하여 화재가 발생한 것으로 추정하였다.
본 연구에서는 다양한 상태변화를 가정하여 실험을 진행하였다. 첫째, 에어프라이어를 최대온도(200℃)로 설정하여 10분간 정상 상태에서 작동하였고, 시간경과에 따른 에어프라이어의 내부와 후드 배출구의 온도를 측정하여 변화를 관찰하였다(5.1 정상상태 동작 실험). 둘째, 안전장치 불량 및 고장에 따른 발화위험성을 측정하는 실험으로, 에어프라이어의 온도 퓨즈를 제거하고 열선 주변에 있는 바이메탈 센서를 탈착하여 기기를 작동하였고, 시간 경과에 따른 에어프라이어의 내부와 후드 배출구, 튀김통 바닥의 온도를 측정하여 기기의 온도 변화와 외형변화를 관찰하였다(5.

대상 데이터

에어프라이어(Fig. 15(a))는 내부 온도가 온도조절기에서 설정한 온도보다 높아질 경우 전원을 차단하는 과열방지 시스템(이하; 온도센서 및 온도퓨즈)이 있는 제품으로 선택하였다. 열화상카메라(Fig.
2018년 12월 27일 서울 관악구의 한 다세대주택 2층에서 화재가 발생하였고, 화재 조사 결과, 에어프라이어에서 불이 시작된 것으로 밝혀졌다. 화재 당시 거주자는 방에 위치하였고, 타는 냄새를 맡고 창문을 열었다가 불꽃을 발견하였다.
2018년 3월 13일 부산 화재는 에어프라이어 상부의 내부기판(PCB)이 가장 소훼가 심하며 그 주변이 용융된 점, 소형트랜스가 거의 탈락될 듯이 붙어있는 점을 중점적으로 조사하였다. 감식 결과, 소형 트랜스의 소훼가 심하며 구리전선이 녹아 용융된 것을 확인했고, 내부 배선 등은 단락이나 합선 등의 흔적이 보이지 않기에 내부기판 전자식 소형 트랜스에서 발화한 것으로 추정한다.
2018년 3월 13일 부산의 한 아파트에서 에어프라이어를 사용하여 고구마를 굽던 중, 1분 정도 지나 퍽 하는 소리가 난 후 연기와 불꽃이 올라왔다고 진술하였다. 화재는 5분 만에 진압되었으나, 사용자의 부주의에 의한 화재가 아니었기에 에어프라이어 기기 자체의 화재위험성이 주목받았다.
본 실험은 한국전기안전공사 본사 실험실과 호서대학교 실험실에서 진행하였다. 실험에 사용된 에어프라이어는 현재 시중에서 판매중인 제품으로, 그 제원은 용량 3.
본 연구는 에어프라이어(Air fryer), 열화상카메라 (Thermal imaging camera), 열전대(Thermocouple) 을 사용하여 진행하였다(Fig. 15). 에어프라이어(Fig.
실험에 사용된 에어프라이어는 현재 시중에서 판매중인 제품으로, 그 제원은 용량 3.2L, 사용조절온도 80℃∼200℃, 소비전력 1500W, 정격전압 220V∼240V, 60Hz이다.

성능/효과

2018년 3월 13일 부산 화재는 에어프라이어 상부의 내부기판(PCB)이 가장 소훼가 심하며 그 주변이 용융된 점, 소형트랜스가 거의 탈락될 듯이 붙어있는 점을 중점적으로 조사하였다. 감식 결과, 소형 트랜스의 소훼가 심하며 구리전선이 녹아 용융된 것을 확인했고, 내부 배선 등은 단락이나 합선 등의 흔적이 보이지 않기에 내부기판 전자식 소형 트랜스에서 발화한 것으로 추정한다.
5 기름때 축척에 따른 발화 실험), 약 6분이 경과하자 온도가 500℃ 이상으로 상승하면서 기름때에 착화되어 발화하기 시작하였다. 기름때가 없는 기기의 경우(5.1 정상상태 동작 실험) 약 7분이 경과하자 40 0℃ 이상으로 상승하였고 후드 부위가 녹았던 것과 비교 하였을 때, 기름때가 발화위험성 및 가능성에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 또한, 가정에서 기기의 관리에 부주의하여 기름때가 축적될 가능성을 고려한다면, 다른 발화요인들과 결부되었을 때 큰 피해를 야기할 것이라 예상한다.
1 정상상태 동작 실험). 따라서 정상상태의 에어프라이어는 내부 온도를 최대로 설정하더라도 발화위험성이 낮아, 일반적으로 문제가 없음을 확인하였다.
실험 결과, 에어프라이어의 내부 온도가 약 250℃이상 상승할 경우, 온도제어센서가 작동하여 전원이 차단되며 설정온도(200℃) 부근으로 온도가 하강하는 것을 확인하였다. [Figure 18]하강 후 시간이 경과하자 다시 내부 온도가 상승하였으나, 온도제어센서가 정상적으로 작동하여 설정온도 부근으로 반복적으로 하강하는 현상을 관찰하였다.
온도 센서 고장으로 온도가 제어되지 않는 상태에서 지속해서 전원이 공급되면, 온도가 500℃ 이상으로 상승하여 내용물이 탄화되는 것을 관찰하였고, 시간이 경과하자 발화됨을 확인하였다(5.2 센서 고장 시 동작 실험). 이는 기기의 노후화, 불량 등으로 인하여 온도 센서에 결함이 있을 경우, 방치하면 큰 화재로 이어질 수 있음을 의미한다.
코드선이 압착 손상되었을 경우(5.4 코드선의 압착 단락 실험), 전원이 차단되어 코드선 쪽으로는 전선피복을 통하여 연소가 진행 될 수 있으나, 에어프라이어의 전원이 차단되어 발화가 될 수 없음을 확인하였다.

참고문헌 (7)

C. J. Geankopolis(2003), Transport processes and separation process principles: (includes unit operations). Prentice Hall Professional Technical Reference, 235-356.
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Busan northern Fire station(2018), Fire investigation report, 1-5.
H. Hollnagel(2002), "Understanding accidents-from root causes to performance variability." Proceedings of the IEEE 7th Conference on Human Factors and Power Plants:1-6.
F. G. Mestink(1999), Oil-free fryer, food cooker. U.S. Patent No 5,994,672, p.14.
C. S. Erickson(1989), Air Fryer. U.S. Patent No 4,817,509, 6-10.
S. J. No, S. H. Cho, et al.(2011), "A numerical analysis of forced convection heat transfer in an electric oven." Korean Society for Computational Fluids Engineering: 124-128.

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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