KR101937198B1 - 극한 화재 환경 시험장치 - Google Patents

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KR101937198B1
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권민재
최정윤
강성욱
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(재)한국건설생활환경시험연구원
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Abstract

본 발명은 극한 화재 환경 시험장치에 관한 것으로서, 소방장비의 화재 안전성을 시험 측정하기 위한 극한 화재 환경 시험장치로서, 일면이 개구되고 나머지 면은 밀폐되게 형성되는 하우징; 하우징 내부에 나열되게 구비되어 열을 발생시키는 발열체; 및 하우징의 내측면에 구비되어 발열체에서 발생된 열을 하우징의 개구부 측으로 반사하는 반사코팅부;를 포함하는 극한 화재 환경 시험장치를 제공한다.

Description

극한 화재 환경 시험장치{Extreme fire environment representing test equipment}
본 발명은 극한 화재 환경 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소방장비의 화재 안전성을 간편하게 테스트할 수 있는 극한 화재 환경 시험장치에 관한 것이다.
화재 신고가 접수되면, 소방관들은 개인보호장비를 착용한 상태로 소방차를 이용하여 신속하게 화재 현상으로 출동하여 화재를 진압한다.
이 과정에서 소방관들이 착용하는 소방장비는 소방관의 생명을 좌우할 수 있는 매우 중요한 장비들이고, 이런 장비들은 화재에 직접 접촉되더라도 일정시간 이상의 내화 및 방열 성능을 유지되어야 한다.
따라서, 이와 같은 소방장비는 소방관의 생명 유지에 있어 매우 중요한 장비이므로, 소방장비에 대한 내화 및 방열 등과 같은 화재에 대한 안전성 평가가 정확하게 이루어져야 한다.
한편, 한국 공개특허 제10-2008-0033837호(이하 '선행기술문헌1'이라 한다)에서는 '화재시 시험 대상체의 연소평가 요소 측정 및 분석시스템'이 제안된 바 있고, 한국 공개특허 제10-2015-0114847호(이하 '선행기술문헌2'라 한다)에서는 '내화성능 시험장치' 등이 제안된 바 있다.
먼저, 선행기술문헌1에 개시된 시스템은, 실제 물건의 연소 특성을 시험하는 시스템으로, 난연, 방염 및 내화 제품에 사용되는 재료의 연소시 열방출률 등의 특성을 시험하여 실제 화재의 규모 등을 예측하고자 하는 시스템이고, 선행기술문헌2에 개시된 시험장치는 내화물질이 도포된 시험편에 실제 화재와 같은 유사한 조건으로 화염을 발생시켜 내화물질의 성능을 측정 및 평가하고자 하는 시험장치이다.
하지만, 선행기술문헌1,2에 개시된 시스템이나 시험장치로는 소방관들이 직접 착용하는 소방장비를 시험 측정하기에는 다소 부적합하다.
따라서, 종래에는 소방장비 즉 소방관이 입는 특수방화복의 열보호 성능 테스트를 함에 있어, 화상을 유발할 수 있는 정도의 대류 및 복사열에 특수방화복의 섬유를 노출시키는 방법으로 시험하고, 이에 열이 침투/통과하는데 걸리는 시간을 측정하고 있다.
이런 측정방법에서는 발열량의 한계를 극복하기 위해, 전기 선형히터와 가스 토치를 함께 사용하여 복사열과 대류열을 1:1 비율로 84㎾/㎡의 세기로 노출시키고 있다.
그런데, 제품 또는 그 구성품의 화재 안전성 평가에 있어 화재 노출 강도의 한계로 인하여 다양한 화재 환경의 재현이 어렵고, 가스 토치로 인한 대류 현상으로 시편 전체 면적에 균일한 열량 노출의 재현성 확보가 어려운 단점이 있다.
한국 공개특허 제10-2008-0033837호 한국 공개특허 제10-2015-0114847호
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소방관이 착용하는 소방장비에 대한 화재 안전성을 실제 화재시와 같은 조건으로 시험하여 소방장비의 화재 안전성을 간편하면서도 정확히 측정할 수 있도록 한 극한 화재 환경 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 극한 화재 환경 시험장치는, 소방장비의 화재 안전성을 시험 측정하기 위한 극한 화재 환경 시험장치로서, 일면이 개구되고 나머지 면은 밀폐되게 형성되는 하우징; 하우징 내부에 나열되게 구비되어 열을 발생시키는 발열체; 및 하우징의 내측면에 구비되어 발열체에서 발생된 열을 하우징의 개구부 측으로 반사하는 반사코팅부;를 포함한다.
그리고, 하우징의 후면부에는 냉각수가 유동되어 하우징을 냉각시키는 냉각챔버가 구비될 수 있고, 냉각챔버의 내부에는 냉각수의 흐름을 저해하여 냉각효율을 향상시키는 배플이 구비될 수 있으며, 배플은 냉각챔버의 내부 양측면에 서로 마주하도록 교번되게 구비될 수 있다.
또한, 발열체에는 하우징의 내측으로 발산되는 열을 하우징의 개구부 측으로 반사시키는 코팅막이 구비될 수 있고, 반사코팅부는 그 상면과의 사이에 경사 또는 라운드진 곡면부가 형성될 수 있다.
게다가, 발열체가 설치되는 하우징의 양측면에는 열손실을 차단하는 단열층이 구비될 수 있다.
본 발명의 극한 화재 환경 시험장치에 따르면, 소방관이 착용하는 소방장비에 대한 화재 안전성을 고온의 발생시키는 발열체와 열을 전방으로 반사시키는 반사판이 구비되는 시험장치로서 실제 화재시와 같은 조건으로 시험함으로써 소방장비의 화재 안전성을 간편하면서도 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 극한 화재 환경 시험장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 극한 화재 환경 시험장치의 정면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 극한 화재 환경 시험장치의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 시험장치에 구성되는 발열체를 보인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
특히, 본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용되고, "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
그리고, 본 발명에서 사용되는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 본 발명의 구성요소가 상기의 용어에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 "상에 형성" 및 "측면에 형성" 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 형성되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 사이에 다른 구성요소가 더 형성되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, "상에 형성된다" 라는 것은 제 1 구성요소에 제 2 구성요소가 직접 접하여 형성되는 의미는 물론, 제 1 구성요소와 제 2 구성요소의 사이에 제 3 구성요소가 더 형성될 수 있는 의미를 포함한다.
첨부도면 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 극한 화재 환경 시험장치의 구성들을 보인 도면들이다.
본 발명에 따른 극한 화재 환경 시험장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임에 고정되게 구비되어, 소방장비의 화재 안전성을 시험 측정하도록 구성된다.
여기서, 소방장비라 함은 소방관이 소방을 할 때 착용하는 복장인 소방복(消防服)을 비롯하여 소방모와 소방두건, 소방화 및 소방장갑을 포함하는 것이나, 이하에서는 소방복을 일례로 들어 설명한다.
그리고, 프레임은 바닥면에 놓여져 나란하게 설치되는 복수의 하부프레임(101)과, 각 하부프레임(101)의 상면에 서로 이격된 상태로 수직하게 세워져 설치되는 복수의 수직프레임(102)과, 복수의 수직프레임(102) 중 양측의 수직프레임(102)을 연결하도록 하부프레임(101)과 직교하는 방향으로 수직프레임(102)의 상면에 설치되는 복수의 상부프레임(103)을 포함한다.
특히, 하부프레임(101) 위에 설치되는 복수의 수직프레임(102)은 전후 방향으로 이격되게 구비되고, 전후의 수직프레임(102) 사이에는 후술될 하우징(110)이 개재되어 고정되게 설치된다.
한편, 수직프레임(102)에 고정되는 하우징(110)은 바닥면으로부터 일정한 높이의 지상고를 갖도록 구비되어, 소방복의 측정시 편의성을 제공할 수 있다.
이러한 하우징(110)은 통상의 박스 형태로서, 그 일면은 개구되고, 나머지 면은 밀폐되게 형성된다. 이런 하우징(110)을 수직프레임(102)에 설치할 시에는 하우징(110)의 개구부가 전면을 향하도록 하여 하우징(110)의 전면부가 개구되도록 위치시켜 구비한다. 따라서, 수직프레임(102)에 구비된 하우징(110)은 그 전면부가 개구되고, 전면부를 제외한 나머지 면은 밀폐되게 형성된다.
여기서, 본 실시예에서는 도시되지는 않았지만, 하우징(110)의 개구된 전면 상측에 소방복을 걸어서 구비할 수 있는 후크와 같은 걸이수단이나 부착수단(자석이나 벨크로 등)이 적어도 하나 이상 구비될 수 있고, 이에 걸림되는 소방복은 옷걸이 등의 대응되는 걸이수단이나 부착수단을 통해서 소방복을 펼친 상태로 걸어 구비할 수 있다.
그리고, 하우징(110)의 내부에는 도 1 및 도 2에서와 같이, 다수의 발열체(130)가 일렬로 나열되게 구비되고, 이와 같은 다수의 발열체(130)에서는 열이 발생되어 하우징(110)의 개구를 통해 하우징(110)의 전면부로 발산된다.
따라서, 상기와 같이 하우징(110)의 전면으로 방열되는 발열체(130)의 열로서, 소방복의 화재 안전성을 시험 측정하게 된다.
특히, 발열체(130)는 1∼200㎾/㎡까지 발열되므로 저온의 화재 환경에서부터 고온(극한)의 화재 환경까지 실제 화재시와 같은 다양한 화재 환경을 제공할 수 있어 소방복의 화재 안전성에 대한 성능 평가의 신뢰도를 높일 수 있게 된다.
이러한 발열체(130)는 도 4에서와 같이, 전원을 공급받아 열을 발생시켜 방출하는 필라멘트(131)와, 필라멘트(131)를 감싸 보호하는 투명한 석영관(134)을 포함한다. 여기서, 필라멘트(131)로는 텅스텐, 카본, 니켈-크롬 재질이 적용될 수 있다.
석영관(134)은 투명한 유리관으로 형성되고, 석영관(134)의 후면부(후술될 하우징(110)의 내측면 즉 반사코팅부(111)를 향하는 부위)에는 필라멘트(131)에서 발생된 열을 반사하여 하우징(110)의 개구 측으로 방출시키는 코팅막(135)이 구비된다. 코팅막(135)은 불투명 재질로서 열을 반사시키는 재질이면 어떤 코팅막을 사용해도 무방하다. 이러한 코팅막(135)은 석영관의 후면부를 완전히 덮어 가리는 반원형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 이와 같은 발열체(130)의 양측에는 필라멘트(131)에 전원을 공급하기 위한 전선(132)이 구비되고, 이 전선(132)은 하우징(110)의 양측면을 관통하여 외부로 인출되어 외부 전원과 연결된다.
이때, 하우징(110)의 양측면을 관통하는 발열체(130)의 양단부에는 전선(132)을 통해 공급되는 전원의 전류가 하우징(110)으로 통전되는 것을 방지하기 위한 절연 애자(133)가 구비되고, 절연 애자(133)는 하우징(110)의 양측면에 관통된 상태로 구비되어 하우징(110)을 절연시키게 된다.
또한, 상기와 같은 발열체(130)가 구비되는 하우징(110)의 내측면에는 발열체(130)에서 발생된 열을 하우징(110)의 개구 측으로 반사하는 반사코팅부(111)가 형성되고, 이 반사코팅부(111)는 별도의 반사판으로 구비될 수도 있고, 또는 발열체(130)의 코팅막(135)과 같이 코팅되어 형성될 수 있다.
게다가, 상기와 같이 하우징(110)의 내측면에 위치된 반사코팅부(111)는 그 상,면과의 사이에 경사 또는 라운드진 곡면부(112)가 형성된다.
이와 같이 형성되는 곡면부(112)는 하우징(110) 내부의 발열체(130)에 근접하게 구비되어, 발열체(130)의 발열에 의한 복사열을 하우징(110)의 개구 측으로 반사시켜 줌으로써 열을 시편인 소방복에 고르게 집중시킬 수 있게 되므로 복사열의 집중효율을 극대화할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같이 반사코팅부(111) 및 코팅막(135)은 열에 대한 안정성이 우수한 이산화티타늄(TiO2) 25∼45 중량%, 고온에 잘 견디며 팽창률이 작은 이산화규소(SiO2) 20∼30 중량%, 금속 중 열전도도가 가장 높고 빛의 반사율이 가장 큰 은나노 분말(200nm) 5∼10 중량% 및 접착성이 우수한 실란 20∼35 중량%를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 조성물은 전술한 임계값 미만으로 혼합되는 경우는 해당 조성물의 특성이 저하되고, 초과되어 혼합되는 경우는 다른 조성물의 특성이 발현되는 것을 억제시키게 되는 부작용이 있다.
그리고, 하우징(110)에는 다수의 발열체(130)에서 방열되는 온도를 측정하기 위한 열전대(140)가 적어도 하나 이상 설치되어 구비된다.
게다가, 상기와 같은 하우징(110)에는 하우징(110)을 냉각시키기 위한 냉각수단이 구비되고, 냉각수단은 냉각수가 유동되는 수냉식의 냉각챔버(160)로 구성된다.
냉각챔버(160)는 도 3에서와 같이 하우징(110)의 후면부에 구비되고, 냉각챔버(160)의 상,하면에는 각각 공급관(170)과 배출관(171)이 구비되며, 공급관(170)과 배출관(171)은 각각 냉각수 탱크(미도시)에 연결되고, 냉각수 탱크와 공급관(170) 사이에는 냉각수 탱크 내의 냉각수를 공급관(170)으로 강제 압송하여 공급하는 펌프(미도시)가 구비된다.
특히, 공급관(170)에는 냉각수의 흐름을 제어할 수 있는 개폐밸브(180)가 구비되고, 이 개폐밸브(180)는 전동식 또는 수동식 모두 가능하되, 본 실시예에서는 수동식 개폐밸브(180)를 일례로 예시하였고, 이 개폐밸브(180)에는 개폐밸브(180)를 수동으로 개폐시키는 작동노브가 회동가능한 상태로 구비된다.
한편, 냉각수가 유동하는 냉각챔버(160)의 내부에는 냉각수의 흐름을 저해하여 냉각효율을 향상시키는 다수의 배플(161)이 구비된다.
이러한 배플(161)은 냉각챔버(160) 내부의 전,후 양측면에 서로 마주하도록 교번되게 구비되고, 마주한 양 배플(161)은 서로 다른 높이로 구비됨이 바람직하다.
이와 같이 구비된 배플(161)에 의해 냉각챔버(160) 내부의 여러 곳에서는 냉각수의 흐름이 저해되어 와류 현상이 생기게 되고, 이와 같은 와류에 의해 냉각수는 하우징(110)과의 열교환 면적 및 시간이 확대되어 하우징(110)의 냉각효율을 극대화할 수 있게 된다.
한편, 이러한 냉각챔버(160)의 냉각효율을 감안하여 볼 때, 냉각챔버(160)는 하우징(110)의 후면 뿐만 아니라 양측면에도 구비할 수 있지만, 하우징(110)의 양측면에는 발열체(130)의 전선(132)이 구비되는 관계로 실링 등의 보조적인 구성들이 더 수반되어야 하므로 냉각챔버(160)를 구비하지 않는 것이 바람직하다.
따라서, 하우징(110)의 양측면에는 단열재로 충진된 단열층(120)을 구비하여 하우징(110)의 복사열이 외측으로 발산되는 것을 차단함으로써 하우징(110) 외측에 하우징(110)의 복사열을 냉각시키기 위한 별도의 냉각수단을 구비하지 않아도 된다.
이에 따라, 하우징(110)의 양측면에는 필라멘트(131)의 전선(132) 및 전기적인 구조물을 보호하는 배선함(150)이 결합되어 구비되고, 배선함(150)에는 내부의 복사열을 외부로 배출시키거나 또는 외부의 찬 공기가 내부로 유입되게 하는 다수의 방열구(151)가 형성된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 극한 화재 환경 시험장치(100)는, 프레임에 고정되게 구비된 하우징(110)의 전면에 소방복을 펼친 상태로 걸어 구비한 상태에서 발열체(130)를 작동시킨다.
이때, 작동되는 발열체(130)는 1∼200㎾/㎡까지 발열되어 저온의 화재 환경에서부터 극한의 화재 환경까지 실제 화재시와 같은 다양한 화재 온도의 열을 하우징(110)의 개구를 통해 소방복으로 고르게 분포시켜 제공하게 된다.
이러한 발열체(130)의 발열과 더불어 하우징(110)의 반사코팅부(111) 및 곡면부(112)와 발열체(130)의 코팅막(135)에 의해 복사열 역시도 하우징(110)의 개구를 통해 소방복으로 제공됨으로서 소방복의 화재 안전성에 대한 성능 평가를 간편하게 진행할 수 있을 뿐 아니라 그 결과에 대한 신뢰도 역시도 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 소방복의 시험 측정 후에는 공급관(170)의 개폐밸브(180)를 열고 펌프를 작동시켜 냉각수를 공급관(170)을 통해 냉각챔버(160)로 공급하고, 냉각챔버(160)로 공급된 냉각수는 냉각챔버(160) 내에 엇갈리게 구비된 다수의 배플(161)을 지나면서 하우징(110)의 복사열을 신속하게 냉각시킨 후, 배출관(171)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 배출관(171)으로 배출된 냉각수는 냉각수 탱크 및 펌프를 통해 다시 공급관(170)으로 순환되면서 냉각되고, 이와 같이 냉각된 냉각수가 냉각챔버(160)로 재유입됨으로써 하우징(110)을 지속적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 시험장치 101 : 하부프레임
102 : 수직프레임 103 : 상부프레임
110 : 하우징 111 : 반사코팅부
112 : 곡면부 120 : 단열층
130 : 발열체 131 : 필라멘트
132 : 전선 133 : 애자
134 : 석영관 135 : 코팅막
140 : 열전대 150 : 배선함
151 : 방열구 160 : 냉각챔버
161 : 배플 170 : 공급관
171 : 배출관 180 : 개폐밸브

Claims (7)

  1. 소방장비의 화재 안전성을 시험 측정하기 위한 극한 화재 환경 시험장치로서,
    소방복을 걸 수 있는 걸이수단;
    일면이 걸이수단을 향해 개구되고 나머지 면은 밀폐되게 형성되는 하우징;
    전원을 공급받아 1∼200㎾/㎡까지 발열되는 필라멘트와, 필라멘트를 감싸 보호하는 투명한 석영관을 포함하며, 하우징 내부에 나열되게 구비되어 저온의 화재 환경부터 고온의 화재 환경까지 모사 가능한 발열체;
    석영관의 반사코팅부와 마주하는 면에 구비되어 필라멘트에서 발생된 열을 반사하여 하우징의 개부 측으로 방출시키는 코팅막;
    하우징의 내측면에 구비되어 상기 발열체에서 발생된 열을 하우징의 개구부 측으로 반사하는 반사코팅부;
    하우징의 후면부에 마련되어 냉각수가 유동되어 하우징을 냉각시키며, 내부에는 냉각수의 흐름을 저해하여 냉각효율을 향상시키는 배플이 구비되고, 배플은 냉각챔버 내부의 전,후 양측면에 서로 마주하도록 교번되게 구비되며, 마주한 양 배플은 서로 다른 높이로 구비되어 냉각수의 흐름에 와류를 발생시키는 냉각챔버;를 포함하며,
    코팅막 및 반사코팅부는 열에 대한 안정성이 우수한 이산화티타늄(TiO2) 25∼45 중량%, 고온에 잘 견디며 팽창률이 작은 이산화규소(SiO2) 20∼30 중량%, 금속 중 열전도도가 가장 높고 빛의 반사율이 가장 큰 은나노 분말(200nm) 5∼10 중량% 및 접착성이 우수한 실란 20∼35 중량%를 포함하여 구성되는 극한 화재 환경 시험장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    반사코팅부는 그 상,면과의 사이에 경사 또는 라운드진 곡면부가 형성되는 극한 화재 환경 시험장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    발열체가 설치되는 하우징의 양측면에는 열손실을 차단하는 단열층이 구비되는 극한 화재 환경 시험장치.
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