KR101608152B1 - 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법 - Google Patents

방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일화재구역을 소구획으로 조닝한 다음 온도와 연기 농도를 실시간으로 분석하여 화재를 조기에 감지하고 초기화재는 가스계 소화설비를 사용하여 진압하며, 화재가 확대될 경우에 수계와 가스계의 2 상 유체 화재방식을 조합한 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법{Extinguishing method for early determination of fire zone by fire area zoning and application of two-phase water mistsuppression system}
본 발명은 단일화재구역을 소구획으로 조닝한 다음 온도와 연기 농도를 실시간으로 분석하여 화재를 조기에 감지하고, 초기화재의 경우에 가스계 소화설비를 사용하여 진압하며, 화재가 확대될 경우에 수계와 가스계의 2 상 유체 화재방식을 조합한 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법 및 장치에 관한 것이다.
원전 주제어실의 하층부 공간 또는 주제어반 내부에 대한 기존 화재감지 방식은 열감지기 또는 연기감지기를 이용하며 화재를 감지하며, 최근에는 화재감지시간을 최소화하기 위해 공기관식 조기 화재감지장치 (VESDA)를 채용하고 있다.
이 지역의 소화설비는 청정 소화 약제를 이용한 가스계 소화설비를 사용하며 하층부 체적을 기준하여 소화약제를 산정한다. 주제어반 내부에서 화재가 발생할 경우 청정소화약제 소화설비는 자동으로 동작하지만 주제어실 하부지역과 주제어반 전체 공간을 대상으로 화재를 진압하도록 설계되어 있다. 이러한 기존 화재감지 및 소화방식은 원전 화재방호 설계기준(NFPA 또는 규제요건)을 충족하고 있지만 화재를 유효하게 진압하기 위한 성능 측면에서 아래와 같은 개선이 필요하다.
첫째는 화재 발생지역의 확인이 용이하지 않다.
- 주제어실 하부 공간과 운전원 거주지역은 바닥판으로 분리되어 있어 화재경보가 발생하더라도 운전원은 화재 발생지역을 예측할 수 없다.
- 주제어반 내부화재는 열연기가 이웃 주제어반으로 확산되므로 화재경보가 발생하더라도 화재가 발생한 주제어반을 명확히 결정할 수 없다.
- 운전원이 바닥판 또는 주제어반 도어를 개방하여 화원 확인을 시도할 경우 밀폐된 하부공간에서 거주지역으로 열연기가 방출되어 화점 판단이 어렵다.
둘째는 조기화재감지장치의 오동작 가능성이 높다.
- 주제어실 내부는 대기보다 약간 높은 정압을 유지하며 이에 따라 주제어실 하부공간과 주제어반 내부지역에는 먼지 등 불순물이 적층된다.
- 주제어실 하부공간과 주제어반 내부지역은 상시 밀폐된 공간이며, 접근이 어렵고, 내부의 먼지 등을 제거할 수 있는 분위기가 되어 있지 않다.
- 일부 원전의 경우 공기관식 조기화재감지기가 먼지 등에 의해 오동작되는 사례가 발생하고 있으며 연동하여 자동식소화설비의 동작으로 소화설비의 유지 및 관리에 많은 어려움이 있다.
셋째는 화재구역 전역을 대상한 화재진압으로 소화효과가 낮다.
- 기존 소화설비는 주제어실 하층공간을 전역진압공간으로 누설을 고려하지 않고 설계되었으나, 주제어반 바닥면을 통한 누설이 존재한다.
- 주제어실 하층부 및 주제어반 공간을 대상으로 한 전역소화방식은 많은 소화약제가 필요하며 소화약제 누설에 대한 추가 약제도 고려되어야 한다.
넷째는 심부화재 특성을 갖는 케이블 화재의 소화설비 적응도가 낮다.
- 케이블 화재의 경우 초기 표면화재 과정을 거쳐 심부화재로 진전되므로 가스계설비의 소화약제 농도가 희석될 경우 재발화의 위험이 있다.
- 가스계 소화설비는 질식소화가 주요 소화 메커니즘인 반면, 케이블 화재의 경우 열발생량이 많아 냉각소화가 요구된다.
- 재발화가 될 경우 기존 가스계 소화설비는 추가적으로 화재를 진압할 수 있는 소화약제가 부족하여 소화약제의 추가 확보가 필요하다.
다섯째는 운전원의 거주환경에 악영향을 초래할 수 있다.
- 다량의 소화약제가 주제어실 하부공간과 주제어반에 방출될 경우 하부에서 상부지역으로 열연기가 확산되어 운전원의 거주성이 상실된다.
- 연기 확산에 의한 시야가 확보되지 않을 경우 주제어실 운전원의 대피가 요구되므로 의도하지 않은 주제어실 제어기능 상실을 초래한다.
- 오동작에 의한 소화약제가 방출될 경우 소화약제 유지보수 기간 동안 소화설비 운전불능상태로 운전되므로 원자로 안전요건에 저해된다.
본 발명과 관련된 선행기술로 대한민국 등록특허공보 KR10-1269039호는 소 공간에서 화재가 발생 시 전기를 사용하지 않고도 소화약제를 살포하여 신속하게 화재를 진압할 수 있도록 하는 소 공간용 소화장치이고, 공개특허 KR10-2007-0115364호는 소화수 배관에 잔류되는 상기 소화수를 용이하게 교체토록 할 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 생산라인의 소화시스템이 개시되어 있으나, 본 발명의 기술적 구성의 특징인 "소화영역의 소구획화와, 가스계 및 수계의 단계적 적용 및 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지"가 구체적으로 개시되어 있지 아니하여 기술적 구성 및 효과에서 차이가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 원자력발전소의 주제어실 뿐만 아니라 일반 산업시설의 방화지역에 적용할 수 화재감시 및 소화방식을 일반적으로 제시한 내용으로 아래와 같이 순차적 화재경보 및 화재구역에 대한 선택과 집중을 통한 화재진압을 효율적으로 이루는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 단일 화재구역을 소구획으로 조닝(zoning)한 다음 온도와 연기농도를 실시간 분석하여 화재를 조기에 감지하고, 조기 화재감지 방식을 화재변수 비교분석 제어기로 분석하므로 미세 먼지 또는 외란에 의한 오동작을 예방하는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 초기화재를 가스계 소화설비를 사용하여 진압하며, 화재가 확대될 경우 수계 및 가스계의 2상 유체 화재방식을 조합함으로서 화재진압을 효율적으로 이루는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 화재구역을 소구획으로 조닝함에 따라 소화약제의 공급량이 감소되며 초기 화재진압에 실패할 경우라도 미분무소화에 의해 화재를 재차 진압할 수 있고, 초기 화재진압을 불연성 가스계 소화설비를 사용하므로 화재확산을 초기에 달성할 수 있으며, 미분무소화설비를 채택함으로서 열에 의한 수증기 확산으로 가스계 소화설비의 소화효과를 향상시키는데 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 수계소화설비의 작동원을 불연성가스로 사용하므로 별도의 펌프 설비가 없으므로 설비의 유지관리가 용이하며, 초기화재 진압 및 소화약제 방출량이 적으므로 화재로 인한 주제어실의 운전원 거주성 향상을 도모하는데 있다.
본 발명의 과제 해결 수단은 주제어실 하부 바닥공간과 주제어반을 다수지역 화재감지 조닝으로 구획하고 화재감지 및 소화 관리구역으로 세분화하는 단계와, 세분화된 구획공간의 화재감지 방식을 열감지기 및 연기감지기 조합방식으로 구성하고 구획공간의 온도와 연기농도를 감시 비교하여 감지하는 단계와, 다수 개로 세분화된 구획 중 열 및 온도가 이웃 구획에 비하여 상승할 경우 예비경보를 발령하고 지속적으로 상승할 경우 화재구획으로 확정하는 단계와, 화재구획에 질소 등을 포함하는 불연성 가스계 소화약제를 1차 방출하여 화재를 진압하면서 온도를 감지하여 설정된 온도를 기준하여 감소되는지 여부를 확인하는 단계와, 온도가 설정된 온도 이하로 감소되지 않을 경우 질소 등을 포함하는 불연성가스를 가압원으로 사용하여 미분무수와 혼합된 2상 유체로 표면 또는 심부화재를 제압하는 단계를 포함하는 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제 해결 수단은 주제어실 하부 바닥공간과 주제어반을 다수지역 화재감지 조닝으로 구획하고, 세분화된 구획 각각에 온도와 연기를 감지하기 위하여 설치된 온도 감지기와 연기 감지기와, 각각의 온도 감지기와 연기 감지기에서 감지된 온도와 연기 농도를 바탕으로 서로 비교하기 위한 온도 비교 논리제어기와 연기농도 비교 논리제어기와, 온도 비교 논리제어기와 연기농도 비교 논리제어기에서 서로 인접한 구획에서 측정한 온도와 연기 농도를 비교하여 설정치 이상 차이가 발생하거나 화재 발생으로 판단하는 온도 및 연기 농도가 설정치 이상으로 감지될 때 온도 및 연기 농도에 대하여 화재 경보를 내보내기 위한 온도 및 연기 농도 화재 경보 제어장치 및 온도 비교 논리제어기와 연기농도 비교 논리제어기에서 서로 인접한 구획에서 측정한 온도와 연기 농도를 비교하되, 온도와 연기 농도 중 하나에서 화재 발생으로 판단하는 설정치 이상 차이가 발생할 때 가스계 소화 설비 동작신호를 발생하고 가스계 소화설비를 작동시키도록 구성된 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 원자력발전소의 주제어실 뿐만 아니라 일반 산업시설의 방화지역에 적용할 수 화재감시 및 소화방식을 일반적으로 제시한 내용으로 아래와 같이 순차적 화재경보 및 화재구역에 대한 선택과 집중을 통한 화재진압 효과를 거둘 수 있다.
- 단일 화재구역을 소구획으로 조닝(zoning)한 다음 온도와 연기농도를 실시간 분석하여 화재를 조기에 감지할 수 있다.
- 조기 화재감지 방식을 화재변수 비교분석 제어기로 분석하므로 미세 먼지 또는 외란에 의한 오동작을 예방할 수 있다.
- 초기화재는 가스계 소화설비를 사용하여 진압하며, 화재가 확대될 경우 수계 및 가스계의 2상 유체 화재방식을 조합함으로서 화재진압 효과가 우수하다.
- 화재구역을 소구획으로 조닝함에 따라 소화약제의 공급량이 감소되며 초기 화재진압에 실패할 경우라도 미분무소화에 의해 화재를 재차 진압할 수 있다.
- 초기 화재진압을 불연성 가스계 소화설비를 사용하므로 화재확산을 초기에 달성할 수 있다.
- 미분무소화설비를 채택함으로서 열에 의한 수증기 확산으로 가스계 소화설비의 소화효과를 거둘 수 있다.
- 수계소화설비의 작동원을 불연성가스로 사용하므로 별도의 펌프 설비가 없으므로 설비의 유지관리가 용이하다.
- 초기화재 진압 및 소화약제 방출량이 적으므로 화재로 인한 주제어실의 운전원 거주성 향상을 도모할 수 있는 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소구획화되어 화재 감지 및 소화를 위한 시스템 개략도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 2상 유체 미분화소화 방법의 기술적 구성을 살펴본다.
주제어실 하부 바닥공간과 주제어반을 다수지역 화재감지 조닝(zoning)으로 구획하고 화재감지 및 소화 관리구역으로 세분화하는 단계를 포함한다.
세분화된 구획공간의 화재감지 방식을 열감지기 및 연기감지기 조합방식으로 구성하고 구획공간의 온도와 연기농도를 감시 비교하여 감지하는 단계를 포함한다.
다수 개로 세분화된 구획 중 열 및 온도가 이웃 구획에 비하여 상승할 경우 예비경보를 발령하고 지속적으로 상승할 경우 화재구획으로 확정하는 단계를 포함한다.
화재구획에 질소 등을 포함하는 불연성 가스계 소화약제를 1차 방출하여 화재를 진압하면서 온도를 감지하여 설정된 온도를 기준하여 감소되는지 여부를 확인하는 단계를 포함한다.
온도가 설정된 온도 이하로 감소되지 않을 경우 질소 등을 포함하는 불연성가스를 가압원으로 사용하여 미분무수와 혼합된 2상 유체로 표면 또는 심부화재를 제압하는 단계를 포함한다.
화재구역을 다수 영역으로 구획함으로서 소화약제 요구량 대비 공급량의 비율을 높이며 재발화시에도 소화약제 추가 공급하도록 하는 단계를 포함한다.
미분무에 의한 수계소화 원리를 도입하여 소량의 소화수로 화원의 발열량을 줄이고 증발된 수증기에 의한 질식소화를 하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방화구역별 온도 및 연기농도 비교에 의한 화재감지 및 경보 시스템의 기술적 구성에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 방화구역을 존닝(zoning)으로 구분한 다음, 각 존(zone)별 개별 온도 및 연기농도 감지기 설치하고 온도 및 연기감지기 센서를 분전반의 비교논리 연산기로 신호를 제공한다.
본 발명에 따른 분전반의 비교논리 연산기는 존(zone)별 온도 입력센서와 연기농도 입력센서를 집합하여 비교하는 변수감시 제어기로 구성되며, 화재 예비경보 또는/및 화재 발생구역을 결정하여 표시한다.
온도 감시 제어기는 존별 온도를 비교하고 경보치(△Talarm)에 도달한 존(zone)을 검출하여 온도 화재경보를 발령하고 가스 소화설비 작동치(△Tfire)에 도달하면 가스계 소화설비 제어기를 동작시킨다.
연기농도 감시 제어기는 존(zone)별 연기농도를 비교하고 경보치(△Calarm)에 도달한 존(zone)을 검출하여 연기농도 화재경보를 발령하고 가스 소화설비 작동치(△Cfire)에 도달하면 가스계 소화설비 제어기를 동작시킨다.
온도와 연기농도 감시 제어기가 모두 가스 소화설비 작동치(△Tfire, △Cfire)에 도달하면 미분무소화설비 제어기를 동작시킨다.
온도 화재경보와 연기농도 화재경보가 모두 제거되면 경보를 자동으로 해제하거나 수동으로 해제가 가능하도록 논리회로 경보반을 구성한다.
다음은 불연성가스 및 수계소화 혼합식 2상 소화방식에 대하여 살펴본다.(도 1 참조)
온도 감시 제어기가 가스 소화설비 작동치(△Tfire)에 도달하거나, 연기농도 감시 제어기가 가스 소화설비 작동치(△Cfire)에 도달하면 질소 등 불연성가스로 구성된 가스계 소화설비를 화재발생 구역으로 소화약제를 방출하여 화재를 진압한다.
온도 감시 제어기와 연기농도 감시 제어기가 가스 소화설비 작동치(△Tfire, △Cfire)에 모두 도달하면 가스계 소화설비를 가압원으로 미분무소화설비를 동작하여 화재발생 구역으로 소화약제를 방출하여 화재를 진압한다.
소화설비 차단 신호는 동작신호의 역순으로 순차제어를 통하여 소화약제 방출을 차단한다.
즉, 온도감시 제어기에 의한 소화설비 작동치 또는 연기농도감시 제어기에 의한 소화설비 작동치가 1개만 동작할 경우에 미분무소화설비 동작은 차단되며, 가스계소화설비만 동작함. 이후 소화설비 작동치에서 경보치 수준으로 온도 또는 연기농도가 감소할 경우 가스계 소화설비의 동작도 차단되도록 제어반을 구성한다.
본 발명의 다른 실시 예를 살펴본다.
화재구역의 소구획 조닝화 및 화재변수 비교에 의한 화재감지와 관련하여 원전 주제어실의 화재구역 소구획화 조닝은 아주 중요하다.
온도 또는 연기의 종합 비교하여 소화하는 기술적 구성은 효율적으로 화재 조기 감지 및 소화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
불연성가스 및 수계소화 혼합식 2상 소화방식 채택에 대하여 살펴본다.
본 발명은 질소와 물의 2상 소화방식으로 이류체(twin fluid)를 사용한다.
그러나 기존 방식은 2상의 유체를 초기에 혼합하여 방출한다.
주제어실 운전원 거주성 향상을 위한 부압식 제연설비 방식을 사용한다.
기존 배연방식은 제1종 환기(외기 도입 및 연기제거)를 사용한다.
밀폐된 구조의 공간 배연에 의한 부압식 배연은 새로운 개념이다.
본 발명에 따른 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 2상 유체 미분화소화 시스템의 기술적 구성을 살펴본다. 도 1을 참조한다.
주제어실 하부 바닥공간과 주제어반을 다수지역 화재감지 조닝으로 구획하고, 세분화된 구획 각각에 온도와 연기를 감지하기 위한 온도 감지기와 연기 감지기를 구비한다.
각각의 온도 감지기와 연기 감지기에서 감지된 온도와 연기 농도를 바탕으로 서로 비교하기 위한 온도 비교 논리제어기와 연기농도 비교 논리제어기를 구비한다.
온도 비교 논리제어기와 연기농도 비교 논리제어기에서 서로 인접한 구획에서 측정한 온도와 연기 농도를 비교하여 설정치 이상 차이가 발생하거나 통상적으로 화재라고 판단하는 온도 및/또는 연기 농도가 설정치 이상으로 감지될 때 온도 및/또는 연기 농도에 대하여 화재 경보를 내보내기 위한 온도 및 연기 농도 화재 경보 제어장치를 내장한다.
이는 다수개로 세분화된 구획 중 1구획 이상 조건 만족 시 화재 경보를 발생한다.
온도 비교 논리제어기와 연기농도 비교 논리제어기에서 서로 인접한 구획에서 측정한 온도와 연기 농도를 비교하되, 온도와 연기 농도 중 하나에서 화재 발생으로 판단하는 설정치 이상 차이가 발생할 때 가스계 소화 설비 동작신호를 발생하고 가스계 소화설비를 작동시키도록 구성되어 있다.
온도 비교 논리제어기와 연기농도 비교 논리제어기에서 서로 인접한 구획에서 측정한 온도와 연기 농도를 비교하되, 온도와 연기 농도 모두 화재 발생으로 판단하는 설정치 이상 차이가 발생할 때 가스계 소화 설비 및 미분무 소화설비 동작신호를 발생하고 가스계 소화설비 및 미분무 소화설비를 작동시키도록 구성되어 있다.
본 발명은 단일화재구역을 소구획으로 조닝한 다음 온도와 연기 농도를 실시간으로 분석하여 화재를 조기에 감지하고 초기화재는 가스계 소화설비를 사용하여 진압하며, 화재가 확대될 경우에 수계와 가스계의 2 상 유체 화재방식을 조합한 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 2상 유체 미분화소화 시스템을 제공하여 효율적으로 화재 감지 및 소화를 할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims (6)

  1. 원자력발전소 주제어실의 방화구역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법에 있어서,
    원자력발전소 주제어실 하부 바닥공간과 주제어반을 다수지역 화재감지 조닝으로 구획하고 화재감지 및 소화 관리구역으로 세분화하는 단계;
    세분화된 구획공간의 화재감지 방식을 열감지기 및 연기감지기 조합방식으로 구성하고 구획공간의 온도와 연기농도를 감시 비교하여 감지하는 단계;
    다수 개로 세분화된 구획 중 온도가 이웃한 구획들에 비하여 상승할 경우 예비경보를 발령하고 지속적으로 상승할 경우 화재구획으로 확정하는 단계;
    화재구획으로 확정된 구획에 질소를 포함하는 불연성 가스계 소화약제를 1차 방출하여 화재를 진압하면서 온도를 감지하여 설정된 온도를 기준하여 감소되는지 여부를 확인하는 단계;
    온도가 설정된 온도 이하로 감소되지 않을 경우에 질소를 포함하는 불연성가스를 가압원으로 사용하여 미분무수와 혼합된 2상 유체를 사용하여 표면 또는 심부화재를 제압하는 단계;
    다수의 화재구역으로 구획함으로서 소화약제 요구량 대비 공급량의 비율을 높이며 재발화시에 소화약제 추가 공급하도록 하는 단계;
    미분무에 의한 수계소화 원리를 도입하여 소량의 소화수로 화원의 발열량을 줄이고 증발된 수증기에 의한 질식소화를 하는 단계; 및
    다수개로 세분화된 구획 중 1구획 이상 화재 경보 조건 만족 시 화재 경보를 발생하는 단계를 포함하는 방화지역 소구획화에 의한 화재발생지역 조기감지 및 소화 방법.
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