실시간 화염 높이 측정을 위한 광학장치의 개발

Development of optical device for real-time flame height measurement

건축물의 화재안전 설계, 화재위험성 평가 및 화재 대응 체계 구축하기 위하여 화재의 화염 높이는 고려해야 할 중요한 요소이다. 화염의 높이는 건축 구조물의 내화 성능, 화재확산, 화재진압 및 피난설비 등 화재안전과 직접적으로 연관된 주요한 물리량이라 할 수 있다. 또한 화재에서 주로 발생되는 확산화염의 길이는 연료의 종류, 화원의 크기 및 연료/공기의 공급유량 등에 주로 영향을 받으며 구획화재에서는 개구부로의 출화(Exhaust fire) 및 플래시오버(Flashover) 발생 시기에 영향을 줄 수 있다. 콘 칼로리미터(Cone calorimeter)는 개방된 공간에서 고체 가연물의 난연성능에 대한 평가 및 연소특성의 측정을 위해 널리 사용되고 있다. 콘 칼로리미터에서 복사열유속에 따른 MLR의 변화는 공기유입(Air entrainment), 화염신장률(Flame strain rate) 그리고 복사열(Radiation)의 변화로 인하여 화염의 온도, 화염의 높이 및 체류시간에 변화가 발생된다. 결론적으로 복사열유속에 따라 soot의 성질(Properties) 뿐만 아니라 soot의 생성량에도 상당한 차이가 발생 될 수 있다. 콘 칼로리미터에서 복사열유속에 따른 연소생성물(CO, Soot yield)의 정량적인 변화 분석을 위하여 화염의 가장 기초적인 물리량에 해당되는 화염높이와의 비교 검토가 필요하다. 그러나 콘 칼로리미터에서는 장치적으로 배기후드 안쪽으로 화염이 형성되기에 화염 높이 측정에 어려움이 있으며, 콘 칼로리미터에서 화염 높이에 대한 연구는 찾아보기 어렵다. 본 연구에서는 다양한 위치에서 실시간 화염높이 측정 및 장치 설치가 용이하며, 특히 콘 칼로리미터에서 화염높이 측정이 가능한 광학장치를 이용한 실시간 화염높이 측정장치를 개발하고자 한다. 개발된 장치의 상대적인 측정 정확도를 확인하기 위하여, 확산화염 조건에서 직접시각화 방법(비디오) 및 기존 상관식(Heskestad)을 활용하여 평균화염높이를 정량적으로 비교 검토하였다.