KR102295745B1 - 화학물질에 의한 화재 발생시 발생 가능한 연소가스 분석을 위한 모의 화재 실험 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스가 발생되는 챔버; 챔버에 연료 가스를 공급하는 연료 공급부; 일단이 챔버의 상부에 형성된 배출구와 연결되어, 연소가스가 안내되는 덕트; 덕트의 타단에 연결되어, 안내된 연소가스를 포집하는 연소가스 포집부; 및 포집부로부터 소정의 연소가스를 추출하여 연소가스를 측정하는 연소가스 분석장치를 포함하는 모의 화재 실험 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 화학물질에 의한 화재 사고시 발생하는 연소가스를 포집하여, 화재에 의해 발생 가능한 물질을 분석할 수 있는 모의 화재 실험 시스템에 관한 것이다.
모든 종류의 화재를 예방하는데 있어서, 여러 상황에서 발생할 수 있는 화재의 특성을 아는 것이 매우 중요하다. 하지만, 이러한 여러 가지 화재 상황에 따른 특징을 알아내는 것이 쉽지는 않다.
예전이나 근래에나 크고 작은 화재가 발생하여 많은 재산피해와 인명피해를 주고 있다. 이러한 대형 화재사고의 발생으로 인하여 많은 소방관련 규제들이 강화되고 있지만, 여전히 실제 화재 발생시에 발생하는 화재 특성을 분석하기가 힘들기 때문에 효과적인 화재예방 및 소방활동에는 한계가 있었다.
한편, 화학물질에 의한 화재 사고시, 발생한 연소가스들은 즉시 대기로 확산하며 사고 당시의 풍향, 풍속, 기압에 영향을 받아 사고지 인근 거주지나 농경지까지 영향을 미칠 수 있다.
화재에서 유래된 물질들은 사람이나 동식물에 유해한 물질들이 포함되어 있으며, 해당 물질들의 위해성은 아직 명확히 규명되지 않았다.
전술한 이유들로 화학물질에 의한 화재를 모사할 실험장치와 실험방법의 제시가 필요한 상황이지만, 아직 국내에서는 모의 화재 실험 장치와 실험 방법에 대한 연구가 부족하다.
따라서, 화재에서 유래된 물질들을 측정하고 분석할 수 있는 장비의 개발이 더욱 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같이 화학 물질에 의한 화재시 발생 가능한 연소가스를 채취할 수 있는 모의 화재 실험 시스템을 제공함에 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스가 발생되는 챔버; 챔버에 연료 가스를 공급하는 연료 공급부; 일단이 챔버의 상부에 형성된 배출구와 연결되어, 연소가스가 안내되는 덕트; 덕트의 타단에 연결되어, 안내된 연소가스를 포집하는 연소가스 포집부; 및 포집부로부터 소정의 연소가스를 추출하여 연소가스를 측정하는 연소가스 분석장치를 포함하는 모의 화재 실험 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 덕트는 연소가스의 이동시키는 펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 연료 공급부의 연료 공급 속도, 펌프의 가동 속도 및 연소가스 분석장치를 제어하고, 연소가스 분석장치의 결과 데이터를 저장하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 챔버는 스테인리스강으로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 챔버 내부에는, 시료를 인화하는 버너가 설치되고, 시료는 알루미나 재질의 용기에 수용되어 연소될 수 있다.
또한, 본 발명의 챔버 일측에는, 버너 및 용기를 수납하기 위한 개구부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 연료 가스는 부탄가스일 수 있고, 덕트는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 연소가스의 추출은 용매 추출을 통해 이루어지고, 연소가스 분석장치는 가스크로마토그래피 질량분석장치 또는 가스크로마토그래피 불꽃이온화검출기가 사용될 수 있다.
본 발명은 화학물질에 의한 화재 발생시 발생 가능한 연소가스 분석을 위한 모의 화재 실험 시스템으로서, 모든 유기화학물질에 대해 실험을 진행할 수 있으며 발생하는 연소가스를 용매 추출하는 모의 화재 실험 시스템을 제시할 수 있다.
또한, 본 발명의 모의 화재 실험 시스템을 이용하여, 화학사고 관련 정책에 반영될 수 있는 불완전 연소가스에 대한 과학적 근거를 제시할 수 있다.
또한, 본 발명의 모의 화재 실험 시스템을 이용하여, 안전하게 실험할 수 있으며 사용자의 목적에 따라 포집된 연소가스를 분석하여 정성분석 또한 가능하다. 또한, 본 발명은 화학사고와 인체 또는 생태계 위해성 사이의 인과관계를 규명하기 위한 자료로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템의 챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템을 이용하여, 연소가스를 분석하는 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템의 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템을 이용하여, 연소 가스를 분석한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템의 챔버를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템을 이용하여, 연소가스를 분석하는 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템의 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템을 이용하여, 연소 가스를 분석한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템(1)과 이를 이용한 연소가스 분석 방법에 대하여 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나, 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템(1)의 구성을 개략적으로 나타내는 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템(1)의 챔버(10)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 모의 화재 실험 시스템(1)은 크게 내부에서 시료가 연소되는 챔버(10), 발생된 연소가스가 이동하는 덕트(20), 덕트(20)를 경유하여 연소가스가 포집되는 연소가스 포집부(40) 및 연소가스를 분석하는 연소가스 분석장치(60)로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(10)는 밀폐식으로 구성되어, 그 내부에서 시료(14)가 연소된다. 본 발명의 목적은 시료(14)가 연소함에 따른 연소가스를 분석하기 위한 것이다. 시료(14)는 화학 물질이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 화재시 발생한 연소가스가 토양에 흡착된 경우에는, 이러한 토양을 채취하여 토양흡착 실험에도 본 발명의 모의 화재 실험 시스템이 활용 가능하다.
챔버(10)는 스테인리스강(SUS)으로 제작된 밀폐식 챔버가 필요하며, 챔버(10) 상부에는 연소가스가 배출할 수 있는 배출구(11)가 형성되어 있다. 챔버(10) 내부에는 시료를 인화하는 버너(12)가 배치될 수 있으며, 시료(14)는 알루미나 용기(16)에 수용되어 연소될 수 있다. 이러한 알루미나 용기(16)는 우수한 내약품성(산, 알칼리, 유기물질)과 화학적 침식에 높은 저항성을 가지며, 최대온도 1,750°C까지 사용이 가능하고, 일반 금속보다 내마모성이 15배 내지 20배 높은 성능을 갖는다.
한편, 챔버(11)의 일측에는 전술한 버너(12)와 시료(14)가 수용되는 알루미나 용기(16)를 수납하기 위한 개구부(15)가 형성될 수 있다.
챔버(10)의 측면에는 외부에 배치된 연료 공급부(50)로부터 연료 가스를 공급할 수 있는 연료 주입구(17)가 형성되어 있다. 일 실시예로서, 버너(14)를 연소하는 연료 가스는 부탄가스를 사용할 수 있으며, 사용자의 목적에 따라 다른 종류의 가스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 가연성 가스를 사용할 경우, 폭발성이 매우 강할 수 있으며, 챔버(10) 내부에 연료 가스 농도가 높은 상태에서 점화를 시도할 경우, 인명 및 재산 피해가 발생할 수 있으므로 실험시 매우 주의하여야 한다.
한편, 모의 화재 실험 전에 밀폐식 챔버(10) 내부에 충분한 공기도 필요하기 때문에, 일반 순도 공기(Air)가 포함되는 것이 바람직하고, 실험 후 챔버(10) 내부는 아세톤으로 세척하여, 차후 실험에서의 오염을 방지하는 것이 바람직하다.
챔버(10) 내부에서 시료(14)를 연소하여 발생하는 연소 가스는 챔버(10) 상부에 형성된 배출구(11)를 통해 덕트(20)를 따라 이동하게 된다. 덕트(20)의 일단(21)는 배출구(11)와 연결될 때, 고무마개, 실링재료, 너트 및 패널세트를 이용하여, 연소가스가 배출구(11)와 덕트(20)가 연결되는 부분(21)에서 누설되는 것을 방지할 수 있다.
덕트(20)는 유기물과 반응하지 않는 재질은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)를 사용하여, 이송되는 연소가스의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 덕트(20)의 경로 중에는 연소가스의 이동을 가속시키는 펌프(30)가 형성될 수 있으며, 예를 들어, 펌프(30)는 다이어프램 펌프를 사용하여 외부 오염 없이 연소가스를 이송할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 펌프(30)로서 오일 압축 펌프를 사용하는 경우에는 이송되는 연소가스에 상당한 오염을 야기할 수도 있다. 또한, 모의 화재 실험을 완료한 이후에는 다이어프램 펌프 내부를 아세톤이나 에틸알코올로 세척하여, 차후 실험의 오염을 최대한 방지하는 것이 바람직하다.
펌프(30)를 경유하여 덕트(20)를 통해 이송된 연소가스는 덕트(20)의 타단(22)에 연결된 연소가스 포집부(40)에서 포집된다. 또한, 연소가스 포집부(40)에서 소정의 연소가스를 추출하여, 연소가스 분석장치(60)를 통해 연소가스의 성분을 분석할 수 있다.
서로 다른 극성도를 갖는 용매를 사용하여 연소가스 내부의 다양한 성분을 포집할 수 있다. 예를 들어, 헥산, 메탄올 및 증류수 용매를 사용하여 추출함으로써 연소가스의 조성을 분석하는 경우, 분석장치(60)로서 가스크로마토그래피 질량분석장치를 사용하여 연소가스의 성분을 분석할 수 있다.
또한, 연소가스 자체를 분석하는 경우에는, 분석장치(60)로서 가스크로마토그래피 불꽃이온화검출기가 사용될 수 있다.
또한, 연료 공급부(50)의 연료 공급 속도, 펌프(30)의 가동 속도 및 연소가스 분석장치(60)를 제어할 수 있는 제어부(50)로서 컴퓨터를 이용할 수 있고, 이러한 제어부(50)에는 분석장치(60)의 결과 데이터를 저장할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템(1)을 이용하여, 연소가스를 분석하는 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
전술한 사항들과 도 3에 도시된 사항들을 통해, 연소가스내 성분을 포집할 수 있으며, 사용자의 목적에 따라 다양한 분석방법을 활용하여 조성분석을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 화재 실험 시스템(1)을 이용하여, 연소 가스를 분석한 그래프이다.
도 5에 기재된 실시예에서는, 톨루엔 연료 가스를 사용하고, 메탄올로 추출하여, 가스크로마토그래피 질량분석장치를 통해 연소가스를 분석하였다. 그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 에틸벤젠(Ethylbenzene), 스티렌(Stryrene), 벤잘디하이드(Benzaldehyde) 및 나프탈렌(Naphthalene) 등이 검출되었고, 연소가스에 이들 성분이 포함되어 있음을 추정할 수 있었다.
전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구 범위에 의하여 나타내지며, 특허 청구 범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 모의 화재 실험 시스템
10 챔버 11 배출구
12 버너 13 알루미나 용기
14 시료 15 개구부
16 내벽 17 연료 주입구
20 덕트 21 덕트의 일단
22 덕트의 타단 30 펌프
40 연소가스 포집부 50 연료 공급부
60 연소가스 분석장치 70 제어부
10 챔버 11 배출구
12 버너 13 알루미나 용기
14 시료 15 개구부
16 내벽 17 연료 주입구
20 덕트 21 덕트의 일단
22 덕트의 타단 30 펌프
40 연소가스 포집부 50 연료 공급부
60 연소가스 분석장치 70 제어부
Claims (10)
- 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스가 발생되는 스테인리스강 재질의 챔버;
상기 챔버에 연료 가스를 공급하는 연료 공급부;
일단이 상기 챔버의 상부에 형성된 배출구와 연결되어, 상기 연소가스가 안내되며, 상기 연소가스의 이동을 가속시키는 다이어프램 펌프를 포함하는 폴리테트라플루오로에틸렌 재질의 덕트;
상기 덕트의 타단에 연결되어, 안내된 상기 연소가스를 포집하는 연소가스 포집부; 및
상기 포집부로부터 소정의 연소가스를 추출하여 연소가스를 분석하는 가스크로마토그래피 질량분석장치를 포함하고,
상기 연소가스의 추출은 서로 다른 극성도를 갖는 복수의 용매를 사용한 용매 추출을 통해 이루어지며,
상기 챔버 내부에는, 상기 시료를 인화하는 버너가 설치되고, 상기 시료는 알루미나 재질의 용기에 수용되어 연소되는 것을 특징으로 하는 모의 화재 실험 시스템.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 모의 화재 실험 시스템은, 상기 연료 공급부의 연료 공급 속도, 상기 다이어프램 펌프의 가동 속도 및 상기 가스크로마토그래피 질량분석장치를 제어하고, 상기 가스크로마토그래피 질량분석장치의 결과 데이터를 저장하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모의 화재 실험 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 챔버 일측에는, 상기 버너 및 용기를 수납하기 위한 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모의 화재 실험 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 연료 가스는 부탄가스인 것을 특징으로 하는 모의 화재 실험 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190091639A KR102295745B1 (ko) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 화학물질에 의한 화재 발생시 발생 가능한 연소가스 분석을 위한 모의 화재 실험 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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Family Cites Families (3)
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| AMND | Amendment | ||
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