밀폐 콘 칼로리미터를 이용한 고체가연물의 CO 및 Soot yields에 관한 실험적 연구

Experimental Study on CO and Soot Yields of Solid Combustibles Using Controlled-Atmosphere Cone Calorimeter

화재안전설계를 위한 화재위험성평가는 주로 공학적 기반의 화재 및 피난 시뮬레이션을 통해 이루어지고 있다. 화재시뮬레이션의 수행 시 요구되는 입력인자는 수치결과의 신뢰성에 절대적인 영향을 미치게 된다. 다양한 입력인자 중에 소모된 연료의 질량에 대한 생성된 CO 및 Soot의 질량비로 표현되는 Yields는 인명안전 기준과 직접적으로 관련된 물리량이다. 화재안전의 관점에서 고체 가연물의 난연성 및 연소물성(CO 및 Soot yields) 측정은 다양한 기관에 의해 제시된 규격화된 장치를 활용하여 연구되고 있다. 대표적으로 ISO 5660-1에 근거하여 환기조건이 원활한 개방형 콘칼로리미터(OCC)가 사용되고 있다. 그러나 실제 화재환경에서의 고체가연물은 화염으로부터 발생되는 연소생성물에 의해 낮은 산소농도에서 화재가 발생된다. 그 결과 개방된 공간에서 측정된 실험결과는 실제 화재환경과 상당한 차이를 가질 수 있다. 결과적으로 실제 화재상황을 모사하기 위하여 산소농도 변화에 따른 고체가연물의 연소물성 측정은 매우 중요하다. 다양한 대기조건에서의 화재 연구를 위하여, 제한된 대기조건에서 실험이 가능한 밀폐형 콘 칼로리미터(CACC)가 제안되었으며, 환기부족화재 조건에서 산소농도의 감소에 따른 고체가연물의 연소물성 측정에 관한 연구가 진행되고 있다. 기존 CACC는 챔버 내부에서 공급되는 O2와 N2가 점화 후 추가적으로 발생되는 H2O, CO2 및 CO와 함께 석영관(Quartz tube)을 통해 유입되며, 석영관 외부에서 유입되는 공기 또한 유입된다. 결론적으로 후드 내부에는 두 종류의 질량유량이 혼합되어 배기되며, 개방형 콘 칼로리미터에 비해 많은 양의 유량이 측정되는 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 콘히터 상부를 개선하였으며, CACC에서 공급되는 유량 및 산소농도에 따른 CO 및 Soot yields에 관한 실험적 연구가 진행되었다. 모사된 화재환경에서의 실험 결과는 화재위험성 평가의 신뢰성 향상에 기여할 것으로 기대된다.