KR100686374B1 - System for testing and estimating fire property by burning of a test materials - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각종 난연, 방염 및 내화 제품에 사용되는 재료의 연소시 열방출률 등의 특성을 시험하여 화재시 실제 화재의 크기, 발전 및 예측이 가능하고 이에 따라 화재시 건축물 재료에 따른 화재 예방과 대처에 만전을 기할 수 있는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템에 관한 것으로, 콘 형태의 하우징으로 이루어져 연소연기를 포집하는 열량계; 상기 열량계의 내측면에 형성되어 인가되는 전기신호에 따라 가열되어 열에너지를 발생 및 복사하는 콘 형태의 히터; 상기 열량계의 하단에 형성되어 시편의 질량 감소율을 측정하기 위한 질량측정기; 상기 질량측정장치의 상단에 안착 설치되어 시편을 고정시키며, 시편을 히터의 중앙에 위치시키도록 하는 시편홀더; 상기 열량계의 측하단을 감싸는 형태로 형성되어 히터에 의한 복사열이 외부로 누출되는 것을 차단하는 복사열차단부재; 상기 시편에 가해지는 복사열을 검출한 후 미리 설정된 기준온도와 비교하여 히터의 가열온도를 제어하는 복사열조절기; 상기 열량계를 통해 배출되는 연소가스를 배기팬에 의해 후드와 덕트를 통해 흡입하여 외부로 배출하는 배기장치; 상기 배기장치의 덕트에 설치되어 열량계를 통해 배출되는 연소가스를 샘플링하는 샘플링수단; 상기 샘플링수단을 통해 연소가스를 제공받아 연소가스에 포함된 수분 및 불순물을 처리하는 가스처리수단; 상기 가스처리수단을 통해 연소가스를 제공받아 산소 소모량과 일산화탄소 및 이산화탄소 발생량을 측정하는 가스분석기; 상기 배기장치에 설치되어 덕트를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기발생량과 온도 및 유량을 각각 측정하는 연소가스측정수단들; 및 상기 질량측정기, 가스분석기 및 연소가스측정수단들로부터 출력되는 데이터를 제공받아 미리 설정된 프로그램과 미리 입력된 시편의 기본데이터를 이용하여 연소가스의 산소소모량, 연기발생량, 온도 및 유량을 측정 및 분석하여 표시하는 컴퓨터;로 이루어져 있다.The present invention can test the characteristics such as heat release rate during combustion of materials used in various flame retardant, flame retardant, and fireproof products, so that the size, power generation, and prediction of the actual fire in the event of a fire can be prevented. It relates to a heat release rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the combustion of the specimen that can ensure a perfect, calorimeter consisting of a cone-shaped housing to capture the combustion smoke; A cone-shaped heater that is formed on an inner surface of the calorimeter and heated according to an applied electrical signal to generate and radiate thermal energy; A mass meter formed at the bottom of the calorimeter for measuring a mass reduction rate of the specimen; A specimen holder installed on the upper end of the mass measuring device to fix the specimen and to position the specimen at the center of the heater; Radiation heat blocking member is formed in a form surrounding the lower side of the calorimeter to block the radiant heat leaked by the heater to the outside; A radiant heat controller for controlling a heating temperature of the heater by detecting radiant heat applied to the specimen and comparing it with a preset reference temperature; An exhaust device which sucks the combustion gas discharged through the calorimeter through the hood and the duct by an exhaust fan and discharges it to the outside; Sampling means installed in a duct of the exhaust device and sampling combustion gas discharged through a calorimeter; Gas processing means for receiving the combustion gas through the sampling means for processing moisture and impurities contained in the combustion gas; A gas analyzer that receives the combustion gas through the gas treatment means and measures an oxygen consumption amount and a carbon monoxide and carbon dioxide generation amount; Combustion gas measuring means installed in the exhaust device and receiving the combustion gas discharged through the duct to measure the smoke generation amount, the temperature and the flow rate of the combustion gas, respectively; And receiving and outputting data from the mass spectrometer, gas analyzer, and combustion gas measuring means, and measuring and analyzing the oxygen consumption, smoke generation amount, temperature and flow rate of the combustion gas by using a preset program and basic data of a previously input specimen. It consists of a computer;

Description

시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템{SYSTEM FOR TESTING AND ESTIMATING FIRE PROPERTY BY BURNING OF A TEST MATERIALS}Thermal emission rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to specimen combustion {SYSTEM FOR TESTING AND ESTIMATING FIRE PROPERTY BY BURNING OF A TEST MATERIALS}

도 1은 본 발명에 의한 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템을 도시한 외형 정면도이다.1 is a front view illustrating a heat emission rate measurement and a fire evaluation factor analysis system according to specimen combustion according to the present invention.

도 2는 본 발명의 요부인 도 1의 열량계와 배기장치를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing the calorimeter and the exhaust device of FIG.

도 3은 본 발명에 의한 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템을 도시한 기능 블록도이다.3 is a functional block diagram illustrating a system for measuring heat release rate and fire evaluation factor analysis according to specimen combustion according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 콘 히터를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a cone heater according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 열량계와 로드셀을 도시한 분리 구성도이다.5 is a separated configuration diagram illustrating a calorimeter and a load cell according to the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 배기장치를 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing an exhaust device according to the present invention.

도 7은 본 발명에 의한 연소가스 샘플링 및 처리 장치를 도시한 계통도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
10: 시편 110: 질량측정기(로드셀)
130: 시편홀더 150: 열량계
160: 히터 170: 열량측정센서(열류계)
190: 복사열차단부재 200: 배기장치
210: 후드 230: 덕트
250: 샘플링수단 260: 가스처리수단
270: 연소가스측정수단들 271: 레이저광검출기
273: 연소온도센서(열전대) 275: 유량검출기
280: 배기팬 310: 가스분석기(O2,CO2,C0)
330: 복사열조절기 350: 컴퓨터7 is a system diagram showing a combustion gas sampling and processing apparatus according to the present invention.
* Explanation of symbols on the main parts of the drawing
10: Test piece 110: mass meter (load cell)
130: specimen holder 150: calorimeter
160: heater 170: calorimetry sensor (heat flow meter)
190: radiant heat shield member 200: exhaust device
210: hood 230: duct
250: sampling means 260: gas treatment means
270: combustion gas measuring means 271: laser light detector
273: combustion temperature sensor (thermocouple) 275: flow detector
280: exhaust fan 310: gas analyzer (O 2 , CO 2 , C0)
330: radiant heat regulator 350: computer

본 발명은 물질의 연소 특성을 시험하는 시스템에 관한 것으로, 특히 각종 난연, 방염 및 내화 제품에 사용되는 재료의 연소시 열방출률 등의 특성을 시험하 여 화재시 실제 화재의 크기, 발전 및 예측이 가능하고 이에 따라 화재시 난연, 방염 및 내화 제품에 사용되는 재료에 따른 화재 예방과 대처에 만전을 기할 수 있는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for testing the combustion characteristics of materials, and in particular, the characteristics such as heat release rate during combustion of materials used in various flame retardant, flame retardant, and refractory products are tested so that the actual size, power generation and prediction of a fire can be improved. The present invention relates to a heat emission rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to combustion of specimens, which can be used to ensure fire prevention and response according to materials used in fire retardant, flame retardant, and fireproof products in case of fire.

모든 종류의 화재예방에 있어서 여러 상황에서 발생할 수 있는 화재의 특징을 아는 것이 중요하다. 하지만 국내에서는 지금까지 그렇지 못한 상황이었다.In all types of fire prevention, it is important to know the characteristics of the fire that can occur in different situations. However, this situation has not been so far in Korea.

근래에 들어서 많은 인명피해를 발생시킨 화재사고(예: 대구 지하철 화재사고)로 인해 많은 규제들이 강화되고 있지만, 여전히 실제 화재에 가까운 화재 특성을 분석하기에는 역부족이다. In recent years, many regulations have been reinforced by fire accidents (such as Daegu subway fire accidents) that caused many casualties, but they are still insufficient to analyze fire characteristics that are close to actual fires.

이전의 실제에 가까운 화재 시험들의 형태를 보면 그저 눈으로 관찰하는 상태에서 그쳐 그 크기에만 의존한 실정이다.Previous forms of fire tests that are close to reality show that they only depend on the size of the eye.

따라서 지금 시점에서는 실제 화재의 특성을 좀 더 자세히 알아야할 필요성이 부각된다. Therefore, at this point, it is necessary to know more about the characteristics of the actual fire.

간단한 예를 들면, 화재의 진행 1단계는 착화, 2단계는 연소, 3단계는 화재의 전이로서, 전자의 단계별로 파악 가능한 화재 특성의 요소로는 1단계에서는 착화시간(Ignition Time), 2단계에서는 산소소모량(Oxygen Consumption), 3단계에서는 열방출률(Heated Reales Rate), 연기 발생량(Smoke Production Rate) 등이 있다. As a simple example, the first stage of the fire is ignition, the second stage is combustion, the third stage is the transition of fire, and the first stage of the fire characteristics that can be recognized by the former stage is the ignition time and the second stage. Oxygen Consumption, Stage 3, Heated Reales Rate, Smoke Production Rate.

지금 단계별로 파악한 화재특성의 요소들만 보더라도, 단지 시각적으로만 측정했던 실제 화재의 평가는 잘못된 방법임을 보여준다.Even by looking at the elements of the fire characteristics that have been identified step by step, the evaluation of the actual fire, which was measured only visually, is a wrong method.

상기에서 화재 특성 파악에 있어서, 열방출률(Heat Release Rate; 규정조건 하에서 재료의 연소시 방출되는 열에너지)이 중요한 이유는, 첫째 열방출률(HRR)은 실제 화재시 "얼마나 큰 화재를 만드는가?"를 측정할 수 있고, 둘째 대부분의 화재 변수는 화재의 크기, 즉 열방출률에 의존하며, 셋째 열방출률(HRR)은 화재를 발전시키는 "유동적인 힘"이고, 넷째 열방출률(HRR)은 좀 더 큰 열방출률(HRR)을 만들므로 실제 화재의 예측이 가능한 것이다. In the above fire characterization, the heat release rate (heat energy released during the combustion of the material under the specified conditions) is important, because the first heat release rate (HRR) is "how big a fire?" Second, most of the fire variables depend on the size of the fire, or heat release rate, and the third heat release rate (HRR) is the "fluid force" that develops the fire, and the fourth heat release rate (HRR) is larger. By creating a heat release rate (HRR), it is possible to predict the actual fire.

따라서, 화재 파악에 있어서 열방출률을 측정하거나 예측가능한 장비의 개발이 시급하다. Therefore, it is urgent to develop equipment that can measure heat release rate or predict the fire rate.

따라서, 본 발명의 목적은 각종 제품의 화재시 연소 특성을 손쉽고 정확하게 시험할 수 있는 단순하면서도 우수한 성능을 갖는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a heat release rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the combustion of specimens having a simple and excellent performance that can easily and accurately test the combustion characteristics of various products in the event of fire.

본 발명의 다른 목적은, 각종 건축물의 자재로 사용되는 제품의 연소시 열방출률 등의 특성을 시험하여 화재시 실제 화재의 크기, 발전 및 예측이 가능하고 이에 따라 화재시 건축물 재료에 따른 화재 예방과 대처에 만전을 기할 수 있는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to test the characteristics such as heat release rate during combustion of products used as materials of various buildings, the size, power generation and prediction of the actual fire in the event of a fire, and accordingly fire prevention and It is to provide a heat release rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the combustion of specimens that can be fully coped with.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 콘 형태의 하우징으로 이루어져 연소연기를 포집하는 열량계; 상기 열량계의 내측면에 형성되어 인가되는 전기신호에 따라 가열되어 열에너지를 발생 및 복사하는 콘 형태의 히터; 상기 열량계의 하단에 형성되어 시편의 질량 감소율을 측정하기 위한 질량측정기; 상기 질량측정장치의 상단에 안착 설치되어 시편을 고정시키며, 시편을 히터의 중앙에 위치시키도록 하는 시편홀더; 상기 열량계의 측하단을 감싸는 형태로 형성되어 히터에 의한 복사열이 외부로 누출되는 것을 차단하는 복사열차단부재; 상기 시편에 가해지는 복사열을 검출한 후 미리 설정된 기준온도와 비교하여 히터의 가열온도를 제어하는 복사열조절기(330); 상기 열량계를 통해 배출되는 연소가스를 배기팬에 의해 후드와 덕트를 통해 흡입하여 외부로 배출하는 배기장치; 상기 배기장치의 덕트에 설치되어 열량계를 통해 배출되는 연소가스를 샘플링하는 샘플링수단; 상기 샘플링수단을 통해 연소가스를 제공받아 연소가스에 포함된 수분 및 불순물을 처리하는 가스처리수단; 상기 가스처리수단을 통해 연소가스를 제공받아 산소 소모량과 일산화탄소 및 이산화탄소 발생량을 측정하는 가스분석기; 상기 배기장치에 설치되어 덕트를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기발생량과 온도 및 유량을 각각 측정하는 연소가스측정수단들; 및 상기 질량측정기, 가스분석기 및 연소가스측정수단들로부터 출력되는 데이터를 제공받아 미리 설정된 프로그램과 미리 입력된 시편의 기본데이터를 이용하여 연소가스의 산소소모량, 연기발생량, 온도 및 유량을 측정 및 분석하여 표시하는 컴퓨터;로 이루어진 것을 특징으로 한다.Technical means of the present invention for achieving the above object is made of a cone-shaped housing to capture the combustion smoke; A cone-shaped heater that is formed on an inner surface of the calorimeter and heated according to an applied electrical signal to generate and radiate thermal energy; A mass meter formed at the bottom of the calorimeter for measuring a mass reduction rate of the specimen; A specimen holder installed on the upper end of the mass measuring device to fix the specimen and to position the specimen at the center of the heater; Radiation heat blocking member is formed in a form surrounding the lower side of the calorimeter to block the radiant heat leaked by the heater to the outside; A radiant heat controller 330 which detects radiant heat applied to the specimen and controls the heating temperature of the heater in comparison with a preset reference temperature; An exhaust device which sucks the combustion gas discharged through the calorimeter through the hood and the duct by an exhaust fan and discharges it to the outside; Sampling means installed in a duct of the exhaust device and sampling combustion gas discharged through a calorimeter; Gas processing means for receiving the combustion gas through the sampling means for processing moisture and impurities contained in the combustion gas; A gas analyzer that receives the combustion gas through the gas treatment means and measures an oxygen consumption amount and a carbon monoxide and carbon dioxide generation amount; Combustion gas measuring means installed in the exhaust device and receiving the combustion gas discharged through the duct to measure the smoke generation amount, the temperature and the flow rate of the combustion gas, respectively; And receiving and outputting data from the mass spectrometer, gas analyzer, and combustion gas measuring means, and measuring and analyzing the oxygen consumption, smoke generation amount, temperature and flow rate of the combustion gas by using a preset program and basic data of a previously input specimen. It is characterized by consisting of a computer;

구체적으로, 상기 히터는 0 내지 100kW/m2의 열량을 만들 수 있음과 아울러 복사열의 가변 제어가 가능하며, 소정의 스파크발생기에 의해 시편에 연소가 일어나도록 조성하는 것을 특징으로 하고, 상기 복사열조절기는 열량계 내부 공간의 히터 주변에 설치되어 복사열을 검출하는 열량측정센서; 및 상기 열량측정센서로부터 출력되는 신호를 제공받아 복사열을 판단한 후 미리 설정된 온도로 히터로 인가되는 전원을 제어하는 복사열조절기;로 이루어진 것을 특징으로 한다.Specifically, the heater is capable of making a heat amount of 0 to 100kW / m 2 and the variable control of the radiant heat, it characterized in that the combustion to the specimen generated by a predetermined spark generator, the radiant heat regulator Is a calorimeter measuring sensor is installed around the heater in the calorimeter interior space to detect radiant heat; And a radiant heat controller configured to receive a signal output from the calorimetric sensor and determine radiant heat and then control power applied to the heater at a preset temperature.

또한, 상기 질량측정기는 시편의 연소시 시편의 중량 변화를 감지하는 로드셀인 것을 특징으로 하고, 상기 샘플링수단은 다수의 검출홀이 형성된 링형 샘플러이고, 상기 검출홀은 가스 흐름면의 반대측에 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 연소가스측정수단들은, 배기장치에 설치되어 덕트를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기 발생량을 광으로 검출하는 레이저광검출기; 상기 덕트에 설치되어 배출가스의 온도를 검출하는 연소온도센서; 및 상기 덕트에 설치되어 배출가스의 혼합 및 압력차를 사용하여 유량을 측정하는 유량검출기;로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the mass meter is characterized in that the load cell for detecting the change in weight of the specimen during combustion of the specimen, the sampling means is a ring-shaped sampler having a plurality of detection holes, the detection hole is formed on the opposite side of the gas flow surface The combustion gas measuring means may include: a laser light detector installed in an exhaust device and receiving a combustion gas discharged through a duct to detect a smoke generation amount of the combustion gas as light; A combustion temperature sensor installed in the duct to detect a temperature of the exhaust gas; And a flow rate detector installed in the duct to measure the flow rate using the mixture of the exhaust gas and the pressure difference.

상기 가스처리수단은, 상기 샘플링수단을 통해 흡입되는 연소가스 중 그을음(soot)을 필터링하여 제거하는 필터; 상기 필터를 통과한 연소가스에 포함된 수증기를 응결시키는 콜드트랩; 상기 콜드트랩에 의해 포집한 수증기를 저수하여 외부로 배출하는 챔버; 상기 챔버의 일측에 별도 라인상에 설치되어 샘플링수단을 통해 연소가스를 흡입하도록 하는 흡입형 펌프; 및 상기 펌프를 통해 공급되는 가스 중 가스분석을 위해 필요한 것들만 가스분석기로 전달하는 바이패스수단;으로 이루어져 있고, 상기 가스분석기가 산소분석기일 경우에는 산소분석기의 전단에 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소트랩;을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The gas processing means may include: a filter for filtering and removing soot of combustion gas sucked through the sampling means; A cold trap condensing water vapor contained in the combustion gas passing through the filter; A chamber storing water vapor collected by the cold trap and discharging it to the outside; A suction pump installed on a separate line at one side of the chamber to suck combustion gas through a sampling means; And bypass means for delivering only those necessary for gas analysis of the gas supplied through the pump to a gas analyzer. If the gas analyzer is an oxygen analyzer, a carbon dioxide trap for removing carbon dioxide at the front end of the oxygen analyzer; It is characterized by further comprising.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 살펴보고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템을 도시한 외형 정면도로서, 산소소모량에 의해 연소시 발생하는 열방출률과 착화시간, 연기발생량, 질량감소율, 산소소모량, CO/CO2 생성량 등을 측정 및 분석하기 위한 각 장치들이 랙(1; Rack)에 설치되어 있다.1 is a front view showing the heat release rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the specimen combustion according to the present invention, the heat release rate and ignition time, smoke generation amount, mass reduction rate, oxygen consumption amount, Each device for measuring and analyzing the amount of CO / CO 2 generated is installed in a rack (1).

상기 각 장치들은, 명령입력용 키보드와 시편(Specimen; 시험을 하기 위해 일정한 규격에 의해 만들어진 재료) 연소시 질량변화를 측정하기 위한 명령입력용 패널 등과 같은 각종 입력수단(30)과, 모니터(50)와 중앙처리장치(70)를 포함한 컴퓨터(350)와, 시험재료(시편)를 장착하여 발화시킴과 아울러 연소시에 연소가스를 포집하는 열량계(150)와, 상기 열량계(150)를 통한 연소가스를 외부로 배출하는 배기장치(200)와, 배기장치의 일측에 설치되어 연소가스를 외부로 배출하도록 하는 배기팬(280), 및 상기 배기팬의 속도를 조절하는 모터와 같은 팬조절수단(290) 등으로 이루어져 있다.Each of the above devices may include various input means 30 such as a command input keyboard, a command input panel for measuring a mass change during combustion of a Specimen (material made by a certain standard for testing), and a monitor 50 And a computer 350 including a central processing unit 70, a calorimeter 150 to ignite the test material (test piece) and to capture combustion gas during combustion, and to burn the calorimeter 150 through the calorimeter 150. Fan control means such as an exhaust device 200 for discharging gas to the outside, an exhaust fan 280 installed at one side of the exhaust device for discharging combustion gas to the outside, and a motor for controlling the speed of the exhaust fan ( 290).

도 2는 본 발명의 요부인 도 1의 열량계(150)와 배기장치(200)를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템을 도시한 기능 블록도로서, 질량측정기(110), 시편홀더(130), 열량계(150), 복사열차단부재(190), 배기장치(200), 및 복사열조절기(330) 등으로 이루어져 있다.2 is a perspective view of the calorimeter 150 and the exhaust apparatus 200 of FIG. 1, which is an essential part of the present invention, and FIG. 3 is a heat emission rate measurement and fire evaluation element analysis system according to specimen combustion according to the present invention. As a functional block diagram, a mass meter 110, a specimen holder 130, a calorimeter 150, a radiation heat shield member 190, an exhaust device 200, a radiation heat controller 330 and the like.

상기 열량계(150)는 콘 형태의 하우징으로 이루어져 연소연기를 포집하도록 구성되어 있고, 히터(160)는 열량계(150)의 내측면에 형성되어 인가되는 전기신호에 따라 가열되어 열에너지를 발생 및 복사하도록 구성되어 있고, 질량측정기(110)는 열량계(150)의 하단에 형성되어 시편(10)의 질량 감소율을 측정하도록 구성되어 있고, 시편홀더(130)는 질량측정기(110)의 상단에 안착 설치되어 시편(10)을 고정시키며 시편을 히터(160)의 중앙에 위치시키도록 구성되어 있고, 복사열차단부재(190; 도 1 참조)는 열량계(150)의 측하단을 감싸는 형태로 형성되어 히터(160)에 의한 복사열이 외부로 누출되는 것을 차단하도록 구성되어 있고, 복사열조절기(330)는 시편에 가해지는 복사열을 검출한 후 미리 설정된 기준온도와 비교하여 히터(160)의 가열온도를 제어하도록 구성되어 있고, 배기장치(200)는 열량계(150)를 통해 배출되는 연소가스를 배기팬(280)에 의해 후드(210)와 덕트(230)를 통해 흡입하여 외부로 배출하도록 구성되어 있고, 샘플링수단(250)은 배기장치의 덕트(230)에 설치되어 열량계(150)를 통해 배출되는 연소가스를 샘플링하여 소정의 가스분석기(310)로 전달하도록 구성되어 있다.The calorimeter 150 is composed of a cone-shaped housing and configured to capture combustion smoke, and the heater 160 is formed on the inner surface of the calorimeter 150 and heated according to an applied electrical signal to generate and radiate thermal energy. Is configured, the mass meter 110 is formed at the lower end of the calorimeter 150 is configured to measure the mass reduction rate of the specimen 10, the specimen holder 130 is installed on the upper end of the mass meter 110 It is configured to fix the specimen 10 and to position the specimen in the center of the heater 160, the radiant heat shield member 190 (see Fig. 1) is formed in a form surrounding the lower side of the calorimeter 150 heater 160 Is configured to block leakage of the radiant heat to the outside, and the radiant heat controller 330 is configured to control the heating temperature of the heater 160 in comparison with a preset reference temperature after detecting radiant heat applied to the specimen. In addition, the exhaust device 200 is configured to suck the combustion gas discharged through the calorimeter 150 through the hood 210 and the duct 230 by the exhaust fan 280 and discharge it to the outside, and sampling means ( 250 is installed in the duct 230 of the exhaust device is configured to sample the combustion gas discharged through the calorimeter 150 and to deliver to the predetermined gas analyzer 310.

상기 배기장치에는 덕트(230)를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기발생량과 온도 및 유량을 각각 측정하는 연소가스측정수단들(270)이 설치되어 있다.The exhaust device is provided with combustion gas measuring means 270 that receives the combustion gas discharged through the duct 230 and measures the smoke generation amount, the temperature, and the flow rate of the combustion gas, respectively.

그리고, 컴퓨터(350)는 질량측정기(110), 가스분석기(310) 및 연소가스측정수단들(270)로부터 출력되는 데이터를 제공받아 미리 설정된 프로그램과 미리 입력된 시편의 기본데이터를 이용하여 연소가스의 산소소모량, 연기발생량, 온도 및 유량을 측정 및 분석하여 표시하도록 이루어져 있다.In addition, the computer 350 receives the data output from the mass meter 110, the gas analyzer 310, and the combustion gas measuring means 270, and uses the preset program and the basic data of the previously input test piece to burn the combustion gas. It is made to measure and analyze the oxygen consumption, smoke generation amount, temperature and flow rate.

아울러, 상기 컴퓨터(350)에서 각종 검출기를 통해 측정 및 분석하는 요소는 시편에 가해지는 복사열(Heat Flux, 단위: kW/m2)과, 연소가스 배출속도(Exhaust duct flow rate, 단위: l/s)와, 오리피스(Orifice) 교정상수(C factor, 단위:1/kg·m·K)와, 착화시간 및 소화시간(Ignition time and Extinguisment time, 단위: s)과, 전체 산소소모량(Total oxygen consumption, 단위: g)과, 전체 연소가스 배출량(Total Smoke Release, 단위: m/m2)과, 질량감소양 및 질량감소율(Mass loss and Mass loss rate, 단위: g, g/s)과, 열방출률(Heat release rate, 단위: MJ/kg, kw/m2)과, 유효연소열(Effective heat of combustion, 단위: MJ/kg)과, 일산화탄소 발생량(Carbon monoxide yield, 단위: kg/kg)과, 이산화탄소 발생량(Carbon dioxide yield, 단위: kg/kg) 등이 있다.In addition, the elements measured and analyzed by the various detectors in the computer 350 are heat flux applied to the specimen (kW / m 2 ) and exhaust duct flow rate (unit: l / s), Orifice correction factor (C factor in units of 1 / kg · m · K), Ignition time and Extinguisment time in units of s, and total oxygen consumption consumption, g), total smoke release (m / m 2 ), mass loss and mass loss rate (g, g / s), Heat release rate (MJ / kg, kw / m 2 ), effective heat of combustion (MJ / kg), carbon monoxide yield (kg / kg), , Carbon dioxide yield (kg / kg).

이와 같이 구성된 열량계(150)와 배기장치(200)의 세부 구성을 도 4 내지 도 6을 참조하여 살펴보면 아래와 같다.A detailed configuration of the calorimeter 150 and the exhaust device 200 configured as described above will be described below with reference to FIGS. 4 to 6.

먼저, 콘 형태의 복사전기 히터(160; Cone-shaped radiant electrical heater)는 도 4와 같이 시편에 가해지기 위한 복사열을 만드는 전기 히터로서, 0~100kW/m2의 열량을 만들 수 있으며, 도 5와 같이 열류계(170; Heat Fluxmeter)와 PID 온도조절기(330)를 사용하여 가변 열량을 제어 가능하며, 역할은 시편에서 연소가스를 만들어, 10kV 스파크발생기(180; Spark generator)를 사용하여 시편에 연소가 일어나도록 만들어 준다.First, a cone-shaped radiant electrical heater 160 is an electric heater that generates radiant heat to be applied to a specimen as shown in FIG. 4, and may generate heat of 0 to 100 kW / m 2 , and FIG. 5. As shown in FIG. 1, a variable heat quantity can be controlled using a heat flux meter and a PID temperature controller 330, and a role is to generate combustion gas from a specimen, and to a specimen using a 10 kV spark generator 180. Allow combustion to occur.

상기 히터(160)는 240V에서 5,000W, 30A(실제 전류 소모량은 20.83A)의 전류 소모가 일어나며, 콘형 스테인레스 이중벽(공칭밀도 100kg/m3 의 내화 섬유로 채움)이고, 복사열은 히터(160)와 접촉되어 대칭으로 분산된 3개의 열전대의 평균온도로 계산하며, 상기 열전대(273)는 스테인레스 재질의 씨즈(sheath)형 서모커플(Thermocouple)이다. The heater 160 has a current consumption of 5,000W, 30A (actual current consumption is 20.83A) at 240V, is a cone-shaped stainless double wall (filled with refractory fibers of nominal density 100kg / m 3 ), radiant heat is the heater 160 The thermocouple 273 is a sheath type thermocouple made of stainless steel.

상기 히터(160)는 시편의 표면에 대략 100kW/m2까지의 복사열을 발생하게 되며, 복사열은 노출된 시편 표면의 중앙 50×50mm 면적 내에서 ±2%(Horizontal) 이내로 균일(Vertical: ±10%)하게 방사되도록 세팅하는 것이 바람직하다.The heater 160 generates radiant heat up to approximately 100 kW / m 2 on the surface of the specimen, and the radiant heat is uniform within ± 2% (Horizontal) within the center 50 × 50 mm area of the exposed specimen surface. %) Is preferably set to radiate.

그리고, 복사열차단부재(190; Radiation shield)는 도 5에 도시된 바와 같이 열량계(150)의 주변에 설치되어 있으며, 복사열차단부재(190)는 이 시험을 행하는 데 있어 중요한 메커니즘으로, 만약 이 차단부재가 없다면 시험을 시작하기도 전에 시험재료는 이미 연소가 시작되므로 정확한 연소가스량 및 산소소모량을 측정할 수가 없다.Radiation shield 190 is installed around the calorimeter 150 as shown in FIG. 5, and the radiation shield 190 is an important mechanism for performing this test. Without it, the test material is already combusted before starting the test, and therefore the exact amount of combustion gas and oxygen consumption cannot be determined.

상기 차단부재(190)는 전체 두께가 12mm를 초과하지 않는 불연성 재료로 제작하며, 복사열 전달을 최소화하기 위해 상부표면에서 열을 반사할 수 있는 금속이나 세라믹으로 제작하고, 신속한 삽입과 제거가 가능하도록 일측에 손잡이가 장착하는 것이 바람직하다. 물론, 차단부재를 장착시킬 수 있는 메커니즘이 설치되어야 함은 당연하다.The blocking member 190 is made of a non-combustible material whose total thickness does not exceed 12 mm, and is made of a metal or ceramic that can reflect heat from the upper surface to minimize radiant heat transfer, and can be quickly inserted and removed. The handle is preferably mounted on one side. Of course, a mechanism for mounting the blocking member should be installed.

또한, 복사열조절기(330; Irradiance control, Temperature controller)는 시편에 가해지는 복사열(0∼100kW/m2)을 열류계(170; Heat Fluxmeter)를 사용하여 온도 조절에 의해 시험재료에 가해지는 복사열을 조절하는 PID 온도컨트롤러로서, 열량계(150) 내부 공간의 히터(160) 주변에 설치되어 복사열을 검출하는 열량측정센서(170), 및 상기 열량측정센서(170)로부터 출력되는 신호를 제공받아 복사열을 판단한 후 미리 설정된 온도로 히터(160)로 인가되는 전원을 제어하는 복사열조절기(330)로 이루어져 있다.In addition, the irradiance control (temperature controller) 330 uses radiant heat (0 to 100 kW / m 2 ) applied to the specimen to heat the test material by temperature control using a heat flux meter 170. As a PID temperature controller to adjust, it is installed around the heater 160 in the calorimeter 150 and is provided with a calorimetry sensor 170 for detecting radiant heat, and a signal output from the calorimetry sensor 170 to receive radiant heat. After the determination is made of a radiant heat controller 330 for controlling the power applied to the heater 160 to a predetermined temperature.

상기 PID 온도컨트롤러는 입력 온도범위는 0℃∼1000℃ 정도이다.The PID temperature controller has an input temperature range of about 0 ° C to 1000 ° C.

상기 열류계(170; Heat fluxmeter)는 시편(10)에 가해지는 열량을 조절하기 위하여 히터(160)의 온도를 교정하는데 사용하며, 출력은 각각의 열류계마다 다르지만, 통상 X축은 mV(전압), Y축은 W/cm2(열량)로 표시된다.The heat flux meter 170 is used to calibrate the temperature of the heater 160 in order to adjust the amount of heat applied to the specimen 10. The output is different for each heat flow meter, but the X axis is mV (voltage). , Y-axis is expressed as W / cm 2 (calories).

상기 열류계(170)는 히터(160)의 교정을 실시하는 동안 열류계는 시편의 중심과 동일한 위치에 설치하며, 측정 범위는 100kW/m2이고 복사열을 받는 면은 직경이 약 12.5mm 정도인 평평한 원형으로 표면 반사율이 ε= 0.95±0.005인 내구성 흑체가 마감 코팅된 것을 사용하는 것이 바람직하다.The heat flow meter 170 is installed at the same position as the center of the specimen during the calibration of the heater 160, the measuring range is 100kW / m 2 and the surface receiving radiation heat is about 12.5mm in diameter It is preferable to use a flat, rounded finish coated with a durable blackbody with a surface reflectivity of ε = 0.95 ± 0.005.

도 5의 교정용 버너(180; Calibration burner)는 순도 99.5%의 메탄(methane) 가스를 사용하는 데, 이는 산소분석기(315; Oxygen Analyser)에 의한 열방출률(heat release rate)을 구하기 위함이 주 목적이며, 오리피스판(Orifice plate)의 교정상수인 C-factor(아래 수학식 1)를 측정하기 위해 사용된다. 즉, 이미 순수한 메탄가스의 열량은 50MJ/kg으로 알려져 있으므로, 아래 수학식 1의 공식에 대입해 C-factor값을 구할 수 있다.The calibration burner 180 of FIG. 5 uses methane gas having a purity of 99.5%, mainly for obtaining a heat release rate by an oxygen analyzer 315 (Oxygen Analyser). The purpose is to measure the C-factor (Equation 1 below), which is the calibration constant of an orifice plate. That is, since the calorific value of pure methane gas is known to be 50 MJ / kg, the C-factor value can be obtained by substituting the formula of Equation 1 below.

Figure 112005003766618-pat00001
Figure 112005003766618-pat00001

단, q(t)는 열방출율이고, C는 오리피스 유량계 교정상수이고, ΔP는 오리피스계 압력차이고, Te는 오리피스계 내에서 가스 절대온도이고,

Figure 112006008091288-pat00002
는 산소분석기(311) 눈금의 초기값이고,
Figure 112006008091288-pat00003
는 산소분석기(311) 눈금값이고,
Figure 112006008091288-pat00004
는 유효 순연소율이고,
Figure 112006008091288-pat00005
는 양론적 산소/연료질량비로서, 상기
Figure 112006008091288-pat00006
는 연소시 소모되는 산소 1kg당 발생되는 에너지이다.Where q (t) is the heat release rate, C is the orifice flowmeter calibration constant, ΔP is the orifice pressure difference, Te is the absolute gas temperature in the orifice system,
Figure 112006008091288-pat00002
Is the initial value of the oxygen analyzer 311 scale,
Figure 112006008091288-pat00003
Is the oxygen analyzer 311 scale value,
Figure 112006008091288-pat00004
Is the effective net burn rate,
Figure 112006008091288-pat00005
Is the stoichiometric oxygen / fuel mass ratio,
Figure 112006008091288-pat00006
Is the energy generated per kilogram of oxygen consumed during combustion.

상기 수학식 1은 열방출률을 구하기 위하여 컴퓨터(350)에서 사용된 기본공식으로 순연소 열량은 연소에 필요한 산소의 양에 비례한다는 점을 기초로 산소 1kg이 소모될 때 13.1MJ/kg의 열량을 발생한다는 기본원리에서 시작되며, 착화시간, 산소소모량 및 연소된 가스의 유량 등이 측정된다.Equation 1 is a basic formula used in the computer 350 to calculate the heat release rate, the calorific value of 13.1MJ / kg when 1kg of oxygen is consumed based on the fact that the net combustion heat is proportional to the amount of oxygen required for combustion. Starting from the basic principle of occurrence, ignition time, oxygen consumption, and the flow rate of the burned gas are measured.

한편, 상기 교정용 버너는 메탄을 분산시킬 수 있고 와이어 게이지로 덮혀진 500mm2±100mm2의 면적의 정사각형 또는 원형의 오리피스를 갖는 튜브로 제작하고, 튜브에는 흐름을 일정하게 유지할 수 있도록 내화 섬유로 채우는 것이 바람직하다.On the other hand, the calibration burner is made of a tube having a square or circular orifice of 500mm 2 ± 100mm 2 area that can disperse methane and is covered with a wire gauge, and the tube is made of refractory fibers to maintain a constant flow It is preferable to fill.

그리고, 시편이 안착되는 질량측정기(110; Weighting control 또는 Load cell)는 도 5에 도시한 바와 같이 시편의 연소에 따른 질량의 변화 즉, 질량감소량과 감소율을 측정하기 위한 장치이며, 단위는 g/s이다. 시편의 질량감소율을 측정해야만, 유효연소열(Effective heat of combustion, 단위: MJ/kg)을 측정하는 것이 가능하다.In addition, the mass measuring device 110 on which the specimen is seated (weighting control or load cell) as shown in Figure 5 is a device for measuring the change in mass, that is, the amount of mass loss and reduction according to the combustion of the specimen, the unit is g / s. Only by measuring the mass loss rate of the specimen can it be possible to measure the effective heat of combustion (MJ / kg).

상기 질량측정기(110)는 정확도(Accuracy)가 0.1g이고, 최소 500g 이상의 시편 질량을 측정하는 것이 가능하며, 질량측정기(110)의 응답시간교정 절차에 따라 측정하였을 때 10%에서 90%까지의 응답시간(Weighing device response time)이 4초 이하이어야 하며, 질량측정기(110)의 출력편차(Weighing device output drift)는 30분 동안 1g이상 변하지 않도록 설계하는 것이 바람직하다.The mass scaler 110 has an accuracy of 0.1 g and is capable of measuring a specimen mass of 500 g or more, and measured from 10% to 90% when measured according to the response time calibration procedure of the mass scale 110. The response time (Weighing device response time) should be less than 4 seconds, it is preferable that the designing device output drift (Weighing device output drift) does not change more than 1g for 30 minutes.

시편홀더(130; Specimen holder)는 도 5에 도시된 바와 같이 구성되어 있으며, 스테인레스 재질의 시편홀더(130)는 시험재료(10; 시편)를 히터(160)의 중앙에 위치할 수 있도록 위치 세팅하는 것이 좋다.Specimen holder 130 is configured as shown in Figure 5, the stainless steel specimen holder 130 is positioned so that the test material 10 (test piece) in the center of the heater 160 Good to do.

그리고, 유량측정용 배기장치(200; Exhaust gas system with flow measuring instrumentation)는 도 7과 같이 구성되어 있는 데, 이 장치는 연소가스에 의해 부식이 쉽게 될 수 있으므로 수명이 긴 스테인레스 스틸로 제작하는 것이 바람직하다.Exhaust gas system with flow measuring instrumentation (200) is configured as shown in FIG. 7, which may be easily corroded by combustion gas. desirable.

그리고, 배기장치(200)에는 원심 배출팬(280), 후드(210), 흡입 및 배출덕트(230), 가스 샘플링수단(250; Sampling Probe), 오리피스판, 유량검출기(275) 등으로 구성되어 있어, 열량계(150; Cone Calorimeter)의 핵심 장치이다.The exhaust device 200 includes a centrifugal discharge fan 280, a hood 210, a suction and discharge duct 230, a gas sampling means 250 (sampling probe), an orifice plate, a flow rate detector 275, and the like. It is a key device of the calorimeter 150.

상기 배기장치에는 연소가스측정수단들(270)이 있으며, 연소가스측정수단(270)은 배기장치에 설치되어 덕트(230)를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기 발생량을 광으로 검출하는 레이저광검출기(271)와, 상기 덕트(230)에 설치되어 배출가스의 온도를 검출하는 연소온도센서(273), 및 상기 덕트(230)에 설치되어 배출가스의 혼합 및 압력차를 사용하여 유량을 측정하는 오리피스판과 같은 유량검출기(275)로 이루어져 있다.The exhaust apparatus includes combustion gas measuring means 270, and the combustion gas measuring means 270 is installed in the exhaust apparatus to receive the combustion gas discharged through the duct 230 to detect the smoke generation amount of the combustion gas as light. A laser light detector 271, a combustion temperature sensor 273 installed in the duct 230 to detect the temperature of the exhaust gas, and a mixture and pressure difference of the exhaust gas installed in the duct 230. And a flow rate detector 275 such as an orifice plate for measuring the flow rate.

상기 유량검출기(275)는 오리피스(Orifice)를 사용하여 압력차를 구하여 연소가스의 유량을 측정하고, 또한 가스를 샘플링하여 산소소모량을 구하여 시편에서 발생하는 열방출률과 일산화탄소, 이산화탄소의 생성량을 구하는 데 사용되는 시스템이다.The flow detector 275 measures the flow rate of the combustion gas by obtaining a pressure difference using an orifice, and also obtains oxygen consumption by sampling the gas to obtain heat release rate and carbon monoxide and carbon dioxide generation amount in the specimen. The system used.

상기 오리피스판(orifice plate)은 후드(210)와 덕트(230) 사이에 설치배출 가스의 혼합 및 압력차를 사용하여 유량 측정한다.The orifice plate (orifice plate) is measured by using the pressure difference and the mixing of the installed exhaust gas between the hood 210 and the duct 230.

그리고, 샘플링수단(250; Gas Sampling ring probe)은 환형 샘플러(Ring sampler)는 가스 샘플링을 위한 장치이고, 흐름 성분들을 균일하게 하기 위하여 대략 12개의 검출홀이 설치되어 있고, 12개의 검출홀들은 그을음(soot)이 엉겨 붙는 것을 피하기 위하여 흐름면으로부터 벗어난 흐름의 반대편에 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the sampling means 250 (Gas Sampling ring probe) is an annular sampler (Ring sampler) is a device for gas sampling, approximately 12 detection holes are installed to uniformize the flow components, 12 detection holes are soot It is desirable that the soot be formed on the opposite side of the flow away from the flow surface to avoid tangling.

또한, 가스흐름의 온도는 오리피스판의 후단에 위치하는 씨스형 열전대(273)를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to use the sheath type thermocouple 273 located in the rear end of an orifice plate as gas flow temperature.

또한, 레이저광검출기(271; Laser Photometer)는 배기장치(200)에 설치되어 덕트(230)를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기 발생량을 광으로 검출하도록 구성되어 있는 데, 이 장치는 전체 연소가스 배출량(Total Smoke Release, 단위: m/m2), 소화면적(extinction area, 단위: m2/kg) 등을 측정하는데 사용되며, 보통 Photo Multiplier 튜브 또는 Helium-neon 레이저 등을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the laser photodetector 271 (Laser Photometer) is provided in the exhaust device 200 is configured to receive the combustion gas discharged through the duct 230 is configured to detect the smoke generation amount of the combustion gas as light, this apparatus Is used to measure total smoke release (unit: m / m 2 ), extinction area (unit: m 2 / kg) and is usually used with Photo Multiplier tube or Helium-neon laser. It is desirable to.

그리고, 가스처리수단(260; Gas sampling apparatus)은 도 7과 같이 샘플링수단(250)을 통해 흡입되는 연소가스 중 그을음(soot)을 필터링하여 제거하는 필터(261)와, 상기 필터를 통과한 연소가스에 포함된 수증기를 응결시키는 콜드트랩(262)과, 상기 콜드트랩에 의해 포집한 수증기를 저수하여 외부로 배출하는 챔버(263)와, 상기 챔버의 일측에 별도 라인상에 설치되어 샘플링수단(250)을 통해 연소가스를 흡입하도록 하는 흡입형 펌프(264), 및 상기 펌프를 통해 공급되는 가스 중 가스분석을 위해 필요한 것들만 가스분석기(310)로 전달하는 바이패스수단(265) 등으로 이루어져 있다.In addition, the gas processing apparatus 260 includes a filter 261 for filtering and removing soot of the combustion gas sucked through the sampling means 250 as shown in FIG. 7, and the combustion passing through the filter. Cold trap 262 for condensing the water vapor contained in the gas, the chamber 263 for storing the water vapor collected by the cold trap and discharged to the outside, and a sampling means installed on a separate line on one side of the chamber ( A suction type pump 264 for sucking the combustion gas through 250, and a bypass means 265 for delivering only those necessary for gas analysis of the gas supplied through the pump to the gas analyzer 310, and the like. .

상기 가스분석기(310)는 수분에 취약하기 때문에 수증기 응결현상을 사용한 콜드트랩(262)이 라인 중간에 위치하고 있으며, 또한 시편에서 발생한 열방출율을 구하는 두 가지 방법 중에 하나는 산소만을 사용하는 방법과, 산소와 일산화탄소 및 이산화탄소량 모두를 사용하는 방법이 있으므로, 산소만을 사용할 경우 중간에 이산화탄소 등을 제거하는 필터(261)를 설치하여야 한다. 도 7의 경우에는 산소만을 이용하여 열방출율을 구하는 장치를 도시한 것이다. Since the gas analyzer 310 is vulnerable to moisture, the cold trap 262 using the vapor condensation phenomenon is located in the middle of the line, and one of two methods for obtaining the heat release rate generated from the specimen is using only oxygen; Since there is a method of using both oxygen, carbon monoxide and carbon dioxide, it is necessary to provide a filter 261 for removing carbon dioxide in the middle when only oxygen is used. In the case of Figure 7 shows a device for obtaining the heat release rate using only oxygen.

상기 샘플링수단(250)인 링샘플러의 후단 필터(261)는 그을음(Soot)의 침입을 방지하기 위한 필터이고, 콜드트랩(262)은 연소가스에 포함된 대부분의 수분을 제거하는 데 콜드트랩(262)은 연소가스를 3℃ 이하로 온도를 낮추어 수증기 응결을 이용하여 수분을 제거하는 증기응결기(Refrigerator) 방식이다. The rear filter 261 of the ring sampler, which is the sampling means 250, is a filter for preventing the intrusion of soot, and the cold trap 262 removes most of the moisture contained in the combustion gas. 262) is a vapor condenser method for removing moisture by using steam condensation by lowering the temperature of the combustion gas below 3 ° C.

그리고, 가스분석기(310)는 가스처리수단(260)을 통해 연소가스를 제공받아 산소 소모량 또는 일산화탄소와 이산화탄소 발생량을 각각 측정하는 산소분석기(311) 및 이산화탄소분석기(315)로 구성되어 있는 데, 가스분석기(310)가 산소분석기(311)일 경우에는 산소분석기(311)의 전단에 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소트랩(266)을 더 설치하는 것이 바람직하다.In addition, the gas analyzer 310 is composed of an oxygen analyzer 311 and a carbon dioxide analyzer 315 for measuring the oxygen consumption or carbon monoxide and carbon dioxide generation by receiving the combustion gas through the gas treatment means 260, and the gas When the analyzer 310 is the oxygen analyzer 311, it is preferable to further install a carbon dioxide trap 266 to remove carbon dioxide in front of the oxygen analyzer 311.

산소분석기(311)는 지연시간 및 응답시간을 교정절차에 따라 측정하였을 때 지연시간(td)은 최소한 3회 이상의 턴-온 지연과 턴-오프 지연의 평균값이며, 60초를 초과하여서는 안된다. 응답시간은 산소분석기(311)의 출력이 최종 편차의 10%에서 90%까지 변화하는 시간을 측정하기 위한 턴-온, 턴-오프 실험의 평균값으로 계산하며, 응답시간은 12초이하인 것이 바람직하다.When the oxygen analyzer 311 measures the delay time and the response time according to the calibration procedure, the delay time td is an average of at least three turn-on delays and turn-off delays, and should not exceed 60 seconds. The response time is calculated as an average value of turn-on and turn-off experiments for measuring the time when the output of the oxygen analyzer 311 changes from 10% to 90% of the final deviation, and the response time is preferably 12 seconds or less. .

상기 산소분석기(311)는 상자성체 타입(Paramagnetic type)으로 산소농도 범위는 0∼25%정도이며, 흐름의 압력에 민감하기 때문에 유량 변화를 최소화할 수 있도록 조절하는 것이 좋다.The oxygen analyzer 311 is a paramagnetic type (Paramagnetic type), the oxygen concentration range is about 0 to 25%, and is sensitive to the pressure of the flow, so it may be adjusted to minimize the flow rate change.

이와 같이 구성된 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템의 시험 절차를 간단하게 살펴보면 다음과 같다.The test procedure of the heat emission rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the combustion of the specimen thus constructed is as follows.

먼저, 초기준비로 이산화탄소(CO2) 트랩과 최종 수분 트랩 확인하고, 콜드트랩에 인접 설치된 챔버내의 축적된 물을 배수하고, 콜드트랩의 정상적인 작동 온도는 4℃를 초과하지 않아야 하므로 이를 체크한다.First, check the carbon dioxide (CO 2 ) trap and the final moisture trap in the initial preparation, drain the accumulated water in the chamber installed adjacent to the cold trap, and check this since the normal operating temperature of the cold trap should not exceed 4 ℃.

이어, 히터(160)의 바닥면과 시편 최상부와의 거리는 25mm±1mm로 조정하고, 히터(160)와 배기팬의 전원을 켠다. 반면, 가스분석기(310), 질량측정기(110) 및 압력변환기의 전원은 매일 가동시에는 전원을 끄지 않는 것이 바람직하다.Subsequently, the distance between the bottom surface of the heater 160 and the top of the specimen is adjusted to 25 mm ± 1 mm, and the heater 160 and the exhaust fan are turned on. On the other hand, the power of the gas analyzer 310, the mass measuring instrument 110 and the pressure transducer is preferably not turned off at every operation.

배출 유량을 0.024m3/s로 설정하고, 작동교정(Operation calibration)을 실행하여 워밍업과 시험시간 동안 질량측정기(110)의 상부에 열차단부재를 놓아서 과도한 열이 전달되는 것을 막는다.Set the discharge flow rate to 0.024 m 3 / s, and perform an operation calibration to prevent excessive heat transfer by placing a thermal barrier member on top of the mass meter 110 during warm up and test times.

이와 같이 초기화한 후 시험을 본격 실시하게 되는 데, 먼저 데이터 수집을 개시하고, 대략 1분 동안 베이스라인 데이터를 수집한다.After this initialization, the test is performed in full scale. First, data collection is started, and baseline data is collected for about 1 minute.

연소시간이 짧을 것으로 예측되는 경우를 제외한 표준 데이터의 수집 간격은 5초로 하는 것이 바람직하다.The interval between collection of standard data is preferably 5 seconds, except when the combustion time is expected to be short.

이어, 복사열차단부재(190)를 제 위치에 삽입하고, 질량측정기(110)를 보호하고 있는 열차단부재를 제거한 후 준비된 시편(10)과 시편홀더(130)를 질량측정기(110)의 상단에 놓는다.Subsequently, the radiant heat shield member 190 is inserted into the position, and the thermal barrier member protecting the mass meter 110 is removed, and then the prepared specimen 10 and the specimen holder 130 are placed on the upper end of the mass meter 110. Release.

이후, 수냉식차단부재일 때는 차단부재를 제거하고 1초 이내에 점화장치(180)를 삽입한 후 전원을 투입하며, 비수냉식 차단장치 일 경우에는 삽입 후 10초 이내에 차단부재를 제거하고 1초 이내에 점화 장치를 삽입 후 전원을 투입한다.Then, in the case of the water-cooled blocking member, remove the blocking member and insert the ignition device 180 within one second, and then turn on the power. Insert the device and turn on the power.

인화 또는 일시적인 불꽃 연소가 발생된 때에는 그 시간을 기록하게 되며,지속적인 불꽃 연소가 발생한 때에는 그 시간을 기록하고 스파크 전원과 점화 장치를 제거한다.If ignition or temporary flame combustion occurs, record the time. If continuous flame combustion occurs, record the time and remove the spark power and ignition.

스파크 전원을 차단한 후에 불꽃이 꺼지면 점화기를 재삽입하고 5초 이내에 스파크를 가한 다음 시험이 완료된 때까지 스파크를 제거하지 않는다. 이러한 현상을 시험 보고서에 기록한다.If the flame goes out after the spark has been switched off, reinsert the igniter, apply the spark within 5 seconds, and do not remove the spark until the test is completed. Record this phenomenon in the test report.

아래 항목들 중 하나에 먼저 해당될 때 까지 모든 데이터를 수집하게 되는 데, 첫째 지속적인 불꽃연소 후 32분(시험시간 30분과 시험 후 추가 2분간의 데이터 수집시간)간 데이터를 수집하거나, 둘째 30분 경과 후에도 시편이 착화되지 않을 때, 셋째 10분 동안의 XO2가 시험 이전 산소 농도 값의 100ppm 이내로 되돌아 갈 때, 넷째 시편의 질량이 0이 될 때까지 중 어느 하나를 만족할 때 까지 데이터를 수집한다.All data will be collected until one of the following items is met, either first: 32 minutes after continuous flame burning (30 minutes of test time and an additional 2 minutes of data collected after testing), or second 30 minutes. When the specimen does not ignite after the elapse of time, collect the data until the mass of the fourth specimen is satisfied until the mass of the fourth specimen is zero, when X O2 for the third 10 minutes returns to within 100 ppm of the pre-test oxygen concentration value. .

한편, 시편이 연소될 때, 용융, 팽창, 균열 등과 같은 시편의 물리적 변화를 관찰하여 기록한다.On the other hand, when the specimen is burned, the physical changes of the specimen such as melting, expansion, cracking, etc. are observed and recorded.

시편과 시편홀더(130)를 제거한 후 질량측정기(110) 위에 열차단부재를 놓고, 3개의 시편에 대해 시험을 실시하는 것이 바람직하다. 시험이 실시되는 상기 3개 시편 각각의 180초 평균 열방출율들의 평균을 산출하여, 상기 산출된 평균값을 상기 3개 시편 각각의 180초 평균 열방출율들과 비교해 보았을 때, 상기 3개 시편 각각의 180초 평균 열방출율 값 중 어느 하나라도 상기 산출된 평균값에서 10%이상 차이가 나면 추가로 3개의 시편에 대하여 시험을 실시하고, 이 경우에는 시편 6개에 대한 산술 평균값을 보고하는 것이 바람직하다.After removing the specimen and the specimen holder 130, it is preferable to place the thermal barrier member on the mass measuring instrument 110, and to test the three specimens. When the average of the 180 seconds average heat release rate of each of the three specimens subjected to the test is calculated, and the calculated average value is compared with the 180 second average heat release rates of each of the three specimens, the 180 seconds of each of the three specimens If any of the values of the second average heat release rate differs by more than 10% from the calculated mean value, the test is carried out on three additional specimens, in which case it is desirable to report the arithmetic mean of the six specimens.

시편이 시편 홀더(130)를 넘칠 만큼 충분히 용융하거나 폭발적인 폭열의 발생, 또는 점화 장치나 히터 바닥판을 접촉할 만큼의 과도한 팽창이 발생하였다면 그 시험 데이터의 유효성을 제한하여야 한다.The validity of the test data should be limited if the specimen melts enough to overflow the specimen holder 130 or the explosive explosion occurs, or if excessive expansion occurs to contact the ignition device or heater base plate.

가스 샘플링 라인에서 CO2가 제거된 경우(CO2가 별도로 측정되는 경우 포함)와, 샘플링 라인에서 CO2가 제거되지 않은 경우는 계산하는 방법이 다르다.The calculation is different when CO 2 is removed from the gas sampling line (including when CO 2 is measured separately) and when CO 2 is not removed from the sampling line.

먼저, 최소한 1분 이상 5초 간격으로 베이스라인 데이터를 수집 개시한다.First, baseline data collection is started at least 1 minute and 5 second intervals.

5kW±0.5kW에 상응하는 메탄가스 유량을 교정된 유량계를 사용하여 교정버너 로 흘려보낸 후 모든 계기의 출력값이 평형 상태에 도달한 후 3분 동안에 걸쳐 5초 간격으로 데이터를 수집한다.The methane gas flow corresponding to 5 kW ± 0.5 kW is flowed into the calibration burner using a calibrated flowmeter and data is collected at 5 second intervals over 3 minutes after all instrument outputs have reached equilibrium.

3분 동안 측정한 qb(공급된 메탄의 열방출율), Te(오리피스 미터에서 가스의 절대온도, K, 0℃ = 273.15 K), ΔP(오리피스 미터에서 압력차, Pa, 1Pa = 1.0196×10-5kgf/cm2 = 1.450×10-4psi), XO2(산소분석기 눈금값)을 측정한다.3 minutes a q b (heat release rate of the feed methane), Te (absolute temperature of the gas at the orifice meter, K, 0 ℃ = 273.15 K ), ΔP ( pressure difference at the orifice meter, Pa, 1Pa = 1.0196 × 10 measured during -5 kgf / cm 2 = 1.450 × 10 -4 psi), X O2 (oxygen analyzer reading).

Figure 112005003766618-pat00007
Figure 112005003766618-pat00007

단, C는 오리피스 유량계 교정상수이고, 12.54×103은 메탄에 대한

Figure 112005003766618-pat00008
이고, Δhc는 유효 순연소열[MJ/kg]이고,
Figure 112005003766618-pat00009
는 양론적 산소/연료 질량비이고, 1.10은 공기에 대한 산소 분자량 비율이다.Where C is the orifice flowmeter calibration constant and 12.54 × 10 3 for methane
Figure 112005003766618-pat00008
Δhc is the effective net heat of combustion [MJ / kg],
Figure 112005003766618-pat00009
Is the stoichiometric oxygen / fuel mass ratio and 1.10 is the oxygen molecular weight ratio to air.

그리고, 열방출율 (Heat release rate)은 다른 계산을 실시하기 전에 다음 수학식 3을 이용하여 산소분석기 시간 지연(td)을 계산한다.And, the heat release rate (Heat release rate) is calculated before using the following equation (3) to calculate the oxygen analyzer time delay (td).

Figure 112005003766618-pat00010
Figure 112005003766618-pat00010

단, Xo2는 산소분석기의 눈금값이고, t는 시간이고, td는 산소분석기(311)의 지연시간이다.Where X o2 is the scale value of the oxygen analyzer, t is the time, and t d is the delay time of the oxygen analyzer 311.

그리고, 다음 수학식 4로부터 열방출율(q(t))을 계산한다.And the heat release rate q (t) is calculated from following formula (4).

Figure 112005003766618-pat00011
Figure 112005003766618-pat00011

단, q(t)는 열방출율이고, C는 오리피스 유량계 교정상수이고, ΔP는 오리피스계 압력차이고, Te는 오리피스계 내에서 가스 절대온도이고,

Figure 112006008091288-pat00012
는 산소분석기(311) 눈금의 초기값이고,
Figure 112006008091288-pat00013
는 산소분석기(311)의 눈금값이고,
Figure 112006008091288-pat00014
는 유효 순연소율이고,
Figure 112006008091288-pat00015
는 양론적 산소/연료질량비로서, 상기
Figure 112006008091288-pat00016
는 연소시 소모되는 산소 1kg당 발생되는 에너지이다.Where q (t) is the heat release rate, C is the orifice flowmeter calibration constant, ΔP is the orifice pressure difference, Te is the absolute gas temperature in the orifice system,
Figure 112006008091288-pat00012
Is the initial value of the oxygen analyzer 311 scale,
Figure 112006008091288-pat00013
Is the scale value of the oxygen analyzer 311,
Figure 112006008091288-pat00014
Is the effective net burn rate,
Figure 112006008091288-pat00015
Is the stoichiometric oxygen / fuel mass ratio,
Figure 112006008091288-pat00016
Is the energy generated per kilogram of oxygen consumed during combustion.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.While specific embodiments of the present invention have been described and illustrated above, it will be apparent that the present invention may be embodied in various modifications by those skilled in the art. Such modified embodiments should not be understood individually from the technical spirit or the prospect of the present invention, but should fall within the claims appended to the present invention.

따라서, 본 발명에서는 각종 제품의 화재시 연소 특성을 손쉽고 정확하게 시험할 수 있는 단순하면서도 우수한 성능을 갖는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템을 제공할 수 있고, 각종 건축물의 자재로 사용되는 제품의 연소시 열방출률 등의 특성을 시험하여 화재시 실제 화재의 크기, 발전 및 예측이 가능하고 이에 따라 화재시 건축물 재료에 따른 화재 예방과 대처에 만전을 기할 수 있는 이점이 있다.Therefore, the present invention can provide a heat release rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the combustion of a specimen having a simple and excellent performance that can easily and accurately test the combustion characteristics in the event of fire of various products, it is used as a material of various buildings By testing the characteristics such as heat release rate during the combustion of the product, the size, power generation, and prediction of the actual fire in the event of a fire are possible, and accordingly, there is an advantage in ensuring fire prevention and response according to the building material in case of fire.

Claims (8)

콘 형태의 하우징으로 이루어져 연소연기를 포집하는 열량계; A calorimeter consisting of a cone shaped housing to capture combustion smoke; 상기 열량계의 내측면에 형성되어 인가되는 전기신호에 따라 가열되어 열에너지를 발생 및 복사하는 콘 형태의 히터; A cone-shaped heater that is formed on an inner surface of the calorimeter and heated according to an applied electrical signal to generate and radiate thermal energy; 상기 열량계의 하단에 형성되어 시편의 질량 감소율을 측정하기 위한 질량측정기; A mass meter formed at the bottom of the calorimeter for measuring a mass reduction rate of the specimen; 상기 질량측정장치의 상단에 안착 설치되어 시편을 고정시키며, 시편을 히터의 중앙에 위치시키도록 하는 시편홀더; A specimen holder installed on the upper end of the mass measuring device to fix the specimen and to position the specimen at the center of the heater; 상기 열량계의 측하단을 감싸는 형태로 형성되어 히터에 의한 복사열이 외부로 누출되는 것을 차단하는 복사열차단부재; Radiation heat blocking member is formed in a form surrounding the lower side of the calorimeter to block the radiant heat leaked by the heater to the outside; 상기 시편에 가해지는 복사열을 검출한 후 미리 설정된 기준온도와 비교하여 히터(160)의 가열온도를 제어하는 복사열조절기; A radiant heat controller for controlling a heating temperature of the heater 160 by detecting radiant heat applied to the specimen and comparing it with a preset reference temperature; 상기 열량계를 통해 배출되는 연소가스를 배기팬에 의해 후드와 덕트를 통해 흡입하여 외부로 배출하는 배기장치; An exhaust device which sucks the combustion gas discharged through the calorimeter through the hood and the duct by an exhaust fan and discharges it to the outside; 상기 배기장치의 덕트에 설치되어 열량계를 통해 배출되는 연소가스를 샘플링하는 샘플링수단;Sampling means installed in a duct of the exhaust device and sampling combustion gas discharged through a calorimeter; 상기 샘플링수단을 통해 연소가스를 제공받아 연소가스에 포함된 수분 및 불순물을 처리하는 가스처리수단;Gas processing means for receiving the combustion gas through the sampling means for processing moisture and impurities contained in the combustion gas; 상기 가스처리수단을 통해 연소가스를 제공받아 산소 소모량과 일산화탄소 및 이산화탄소 발생량을 측정하는 가스분석기; A gas analyzer that receives the combustion gas through the gas treatment means and measures an oxygen consumption amount and a carbon monoxide and carbon dioxide generation amount; 상기 배기장치에 설치되어 덕트를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기발생량과 온도 및 유량을 각각 측정하는 연소가스측정수단들; 및Combustion gas measuring means installed in the exhaust device and receiving the combustion gas discharged through the duct to measure the smoke generation amount, the temperature and the flow rate of the combustion gas, respectively; And 상기 질량측정기, 가스분석기 및 연소가스측정수단들로부터 출력되는 데이터를 제공받아 미리 설정된 프로그램과 미리 입력된 시편의 기본데이터를 이용하여 연소가스의 산소소모량, 연기발생량, 온도 및 유량을 측정 및 분석하여 표시하는 컴퓨터;로 이루어진 것을 특징으로 하는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템.By receiving data output from the mass spectrometer, gas analyzer, and combustion gas measuring means, the oxygen consumption amount, the smoke generation amount, the temperature and the flow rate of the combustion gas are measured and analyzed by using the preset program and the basic data of the input specimen. A computer for displaying; heat emission rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the specimen combustion. 삭제delete 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복사열조절기는 열량계 내부 공간의 히터 주변에 설치되어 복사열을 검출하는 열량측정센서; 및 상기 열량측정센서로부터 출력되는 신호를 제공받아 복사열을 판단한 후 미리 설정된 온도로 히터로 인가되는 전원을 제어하는 복사열조절기;로 이루어진 것을 특징으로 하는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템.The radiant heat controller includes a calorimeter measuring sensor installed around the heater in the calorimeter to detect radiant heat; And a radiant heat controller for controlling the power applied to the heater at a predetermined temperature after receiving the signal output from the calorimetric sensor and determining the radiant heat. . 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 질량측정기는 시편의 연소시 시편의 중량 변화를 감지하는 로드셀인 것을 특징으로 하는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템.The mass measuring device is a load cell for detecting the change in weight of the specimen during combustion of the specimen, the heat release rate measurement and fire evaluation factor analysis system according to the specimen combustion. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 샘플링수단은 다수의 검출홀이 형성된 링형 샘플러이고, 상기 검출홀은 가스 흐름면의 반대측에 형성된 것을 특징으로 하는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템.The sampling means is a ring-shaped sampler formed with a plurality of detection holes, the detection hole is a heat release rate measurement and fire evaluation element analysis system according to the test piece, characterized in that formed on the opposite side of the gas flow surface. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 연소가스측정수단들은, 배기장치에 설치되어 덕트를 통해 배출되는 연소가스를 제공받아 연소가스의 연기 발생량을 광으로 검출하는 레이저광검출기; 상기 덕트에 설치되어 배출가스의 온도를 검출하는 연소온도센서; 및 상기 덕트에 설치되어 배출가스의 혼합 및 압력차를 사용하여 유량을 측정하는 유량검출기;로 이루어진 것을 특징으로 하는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템.The combustion gas measuring means may include: a laser light detector installed in an exhaust device and configured to receive a combustion gas discharged through a duct and detect smoke generation amount of the combustion gas as light; A combustion temperature sensor installed in the duct to detect a temperature of the exhaust gas; And a flow rate detector installed in the duct to measure the flow rate using the mixture of the exhaust gas and the pressure difference. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 가스처리수단은, The gas treatment means, 상기 샘플링수단을 통해 흡입되는 연소가스 중 그을음(soot)을 필터링하여 제거하는 필터; 상기 필터를 통과한 연소가스에 포함된 수증기를 응결시키는 콜드트랩; 상기 콜드트랩에 의해 포집한 수증기를 저수하여 외부로 배출하는 챔버; 상기 챔버의 일측에 별도 라인상에 설치되어 샘플링수단을 통해 연소가스를 흡입하도록 하는 흡입형 펌프; 및 상기 펌프를 통해 공급되는 가스 중 가스분석을 위해 필요한 것들만 가스분석기로 전달하는 바이패스수단;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템.A filter for filtering and removing soot of combustion gas sucked through the sampling means; A cold trap condensing water vapor contained in the combustion gas passing through the filter; A chamber storing water vapor collected by the cold trap and discharging it to the outside; A suction pump installed on a separate line at one side of the chamber to suck combustion gas through a sampling means; And a bypass means for delivering only those necessary for gas analysis of the gas supplied through the pump to a gas analyzer. 청구항 7에 있어서,The method according to claim 7, 상기 가스분석기가 산소분석기일 경우에는 산소분석기의 전단에 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소트랩;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시편 연소에 따른 열방출률 측정과 화재평가 요소 분석 시스템.When the gas analyzer is an oxygen analyzer, the carbon dioxide trap for removing carbon dioxide at the front end of the oxygen analyzer; heat emission rate measurement and fire evaluation element analysis system according to the specimen characterized in that it further comprises.
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