연소

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1. 개요2. 증발 연소3. 분해 연소4. (예)혼합연소5. 자기연소6. 확산 연소

6.1. 종류

7. 표면 연소

7.1. 특징

8. 관련 문서

1. 개요

한자	燃燒
영어	Combustion

화학 반응의 일종인 산화 반응중 하나로서 임의의 반응으로서 산소가 연소성원소들인 수소나 탄소와 같은 물질과 결합하는 것
빛과 열의 발생을 수반하는 산화반응
물질이 산소와 빠르게 반응하여 빛과 열을 내면서 새로운 물질로 변하는 것
연료와 산화제가 가열될 때 발생하는 일련의 반작용

2. 증발 연소

액체 표면에서 증발하는 가연성 증기가 공기와 혼합하여 연소범위 내에서 열원에 의하여 연소하는 현상이다. 이 유형에 들어가는 가연물로 파라핀이 있는데, 이게 바로 양초다. 즉 양초는 분해연소가 아닌 증발 연소.

3. 분해 연소

목재, 종이, 고무, 플라스틱 등 대부분의 고체 물질이 연소할 때 분류되는 유형이다. 고대 시대 때 나무를 비비는 기계적 에너지로 발생시키는 불이 바로 이런 것.

4. (예)혼합연소

(예)혼합연소는 가연성 혼합기류가 형성되어 있는 상태에서의 연소를 말한다. 고체나 액체처럼 열분해를 필요로 하지 않고도 가연성 증기를 형성할 수 있는 가면물, 가연성 가스와 공기가 섞인 상태에서만 가능한 연소다. 연소의 3요소중에 가연물과 산소가 존재하므로 점화원만 있으면 화염이 스스로 공간으로 전파된다.

층류(탄화수소의 연료의 경우 0.5m/sec)에서 난류, 폭연, 폭굉으로 발전된다.

이 연소는 가연성 기체에 공기 중의 산소를 미리 혼합한 뒤 발생하는 연소라 보통은 제어 상태에서 사람이 인위적으로 일으키는 연소이기 때문에 사고가 나지 않는 이상 비교적 안전하다.

5. 자기연소

자기연소(내부연소)는 연소시에 외부의 산소가 필요없이 분자내 구성성분인 결합산소에 의해서 연소하는 것을 말한다.
다이나마이트와 같은 니트로글리세린이 대표적이다.

6. 확산 연소

확산연소(Diffusion Combustion)는 대부분의 화재가 이 연소에 해당하며 건물화재나 산림화재 등이 확산연소에 해당된다.[1] 연소로 나오는 열복사향에 의한 고체물질의 열분해나 가연성 액체 기화의 결과로 인한 인화성 가스의 방출 때문에 발생할 수 있다. 연료가스와 산소의 농도차이(픽스의 법칙[2])에 의해 예열대에서 예열이 되어 반응대로 이동하고 연소가스와 산소가 만나는 면이 연소하는 과정이다.

이 확산연소를 방해하기 위해 필요한 산화제 흐름의 희석정도의 최소값을 구하는 공식이 있는데 이것을 LOI[3]라고 한다. 고분자 시료가 발화되어서 3분간 꺼지지 않고 타는 데 필요한 산소와 질소 혼합공기 중 최소한의 산소의 부피비율을 뜻한다.

Limited Oxygen Index
[math(\displaystyle \rm LOI = \frac{O_2(L/min)}{O_2(L/min)+N_2(L/min)} \times 100)]

[math(\rm O_2)] : 산소
[math(\rm N_2)] : 질소

보통 LOI를 측정할 때는 산소와 질소의 혼합기체를 원통의 하부에 일정한 유량으로 주입시켜서, 원통의 상부 100mm 이상의 위치에 시료의 물림쇠에 수직으로 매단 시료에 불을 붙여 연소시킨다. 시료의 연소시간이 3분이상 계속되거나 시료에 불이 붙어 타고난 연소면의 길이가 50mm 이상이때 최소의 산소와 질소의 유량을 가지고 계산한다.

6.1. 종류

산불 또는 산불화재
일반 건물 화재
성냥불이나 양초에 의한 일반화재
층류확산연소 : 대표적으로 촛불이나 연소기기에 의한 화재에 해당된다.
난류확산연소 : 촛불이나 연소기기를 제외한 대부분 화재에 해당된다.

7. 표면 연소

Surface Combustion. 다른말로 훈소연소라고도 하며 다공성 가연물 층에서 일어나는 저온무염연소이다. 가장 대표적으로 목탄이나 담배, 숯 등의 연소가 표면연소에 해당된다. 보통 고체의 표면에서 증발, 직접 산소와 반응하는 현상으로 표면환경조건의 영향을 크게 받는다.

불꽃이 일어나는 '불꽃연소'와는 달리 가연성 기체의 '순조로운 연쇄반응'이 일어나지 않는 상태로 일반적인 불과는 다른 상태로 분류되며 상대적으로 매우 안전하게 여겨진다.

7.1. 특징

보통 표면연소에 해당하는 연료들의 성질을 말하자면 다공성(구멍이 많은)이며 단위면적당 표면적이 넓어서 산소에 의한 표면접촉이 용이해진다. 가연물 입자는 확산과 대류에 의해 산소가 반응역역으로 전달될 수 있도록 하며 열손실율을 떨어뜨려, 낮은 열방출률에도 불구하고 열손실이 적어서 저온지속형 연소를 가능하게 한다.

화재시 표면연소의 특성상 완전연소보다 불완전연소가 되는 부분이 훨씬 많기 때문에 독성 화합물을 배출하게 된다. 화염이라는 고에너지의 장을 통과하지 않아 완전연소되는 양이 상대적으로 다른 연소 현상보다 적기 때문이다. 또한 표면연소로 발생한 화재는 화재진압이 어려운편인데, 물이 다공의 구멍보다 작기때문에 다공성 물질의 표면장력이 촘촘하게 이루어져 있어 화원이 있는 내부로 침투하기 어렵기 때문이다. 일상에서는 담뱃불로 인해 침대에 불이 전이되거나 러그나 다른 직물에 옮겨붙어 발생할경우 일산화탄소같은 유독성 연기가 많이 발생하게된다.

이런 표면연소를 방지하기 위해서 건축물에 적용하는 소화설비로는 정온식이나 보상식감지기를 사용하거나 RTI가 낮은 스프링클러 헤드 및 연기의 단층화를 고려하여 스프링클러 헤드[4]를 설치하기도 한다. 또 작은 화재를 유발하기 때문에 조기에 화재를 감지하는 조기감지 및 특수감지기[5]를 설치하기도 한다.

8. 관련 문서

[1] 이와 반대로 기체 가연물로 인한 연소로 예혼합연소가 있으며 이는 적당한 혼합비로 미리 가연성 기체를 공기와 혼합시켜 완전연소를 유도하는 연소형태가 있으며 이는 화재에 속하지 않는다. 예를 들어 화력발전소. [2] 공기 중의 산소는 반응에 의해 소모되어 농도가 0이되는 화염쪽으로 향하는 원리 [3] 확산화염의 한계산소지수(Limited Oxygen Index) [4] 보통 감지기와 연동하는 개방형 헤드를 설치한다 [5] CO감지기라고도 한다