분사 안정성 향상을 위한 멀티 미분무 노즐 구조 최적화에 관한 연구 = A Study on the Structural Optimization of Multiwater Mist Nozzle for Improved Spray Stability

국문 초록 (Abstract)

가스계 소화설비의 인명 안전 리스크를 대체하고 기존 미분무 노즐의 고질적인 이물질 폐쇄 문제를 근본적으로 해결하기 위해, 이중 여과 시스템이 적용된 밀폐형 멀티 미분무 노즐을 개발하고 그 성능을 검증하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 내장형 이물질 포집 공간과 콘 스프링을 결합하여 저압(7 bar) 환경에서도 안정적인 분사(Dv0.99 300 μm)가 가능하도록 구조를 최적화하였으며, 실규모 캐비닛 화재 시험을 통해 A급(목재) 및 B급(n-heptane) 화재에 대 한 소화 성능을 정량적으로 평가하였다. 실험 결과, A급 화재의 경우 미분무 작동 후 평균 22 s 이내에 내부 온도가 100 ℃ 이하로 급감하였으며, 화원 심부 침투를 통해 재발화 없는 완전 소화가 확인되었다. B급 화재 역시 작동 후 평균 25 s 이내에 화염이 완전히 진압되어 가연성 증기에 대한 우수한 질식 및 초기 냉각 효과를 나타내었다. 결과적 으로 본 연구에서 개발된 멀티 미분무 노즐은 기존 가스계 약제와 동등 이상의 화재 제어 성능을 발휘함을 입증하였 으며, 데이터 센터 등 특수 방호 구역에 적용 가능한 고신뢰성 수계 소화 솔루션으로서의 공학적 타당성을 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to develop a sealed multiwater mist nozzle equipped with a dual filtration system and empirically verify its performance to address life safety risks of gas-based fire suppression systems and chronic orifice clogging issues of conventional water mist nozzles. The nozzle structure was optimized by integrating a built-in debris collection space and cone spring mechanism to ensure stable atomization (Dv0.99 300 μm) even under a low-pressure condition of 7 bar. The extinguishing performances for Class A (wood) and Class B (n-heptane) fires were quantitatively evaluated by full-scale cabinet fire tests. The experimental results showed that in Class A fires, the internal temperature rapidly dropped below 100 °C within an average of 22 s postactivation, achieving complete suppression via deep-seated cooling without reignition. In case of Class B fires, the flames were completely suppressed within 25 s, thereby confirming the excellent suffocation and initial cooling effects of the developed nozzle on combustible vapors. Consequently, the developed multiwater mist nozzle exhibits fire control performance equivalent to or greater than that of conventional gas agents, which shows its engineering feasibility as a highly reliable water-based suppression solution for high-value special hazard environments, such as data centers.