불이 났을 때 이산화탄소 소화기를 분사하면 공기보다 무거운 이산화탄소 기체가 가연물 주변의 산소 공급을 차단하고, 기화하면서 열을 흡수하여 불을 끄는 원리를 설명해 주세요.

Question

불이 났을 때 이산화탄소 소화기를 분사하면 공기보다 무거운 이산화탄소 기체가 가연물 주변의 산소 공급을 차단하고, 기화하면서 열을 흡수하여 불을 끄는 원리를 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

이산화탄소 소화기가 불을 끄는 원리는 화재가 발생하고 유지되는 데 필요한 요소 중 산소와 열을 물리적으로 제거하는 데 있습니다.

​우선 소화기에서 분사된 이산화탄소 기체는 질식 작용을 일으킵니다. 이산화탄소의 분자량은 공기의 평균 분자량보다 무겁기 때문에, 분사되는 즉시 가연물 주변으로 가라앉으며 두꺼운 기체 층을 형성합니다. 이 무거운 기체 층이 불타는 물질과 주변 공기 속 산소의 접촉을 물리적으로 차단하여 산소 농도를 떨어뜨리고 결국 불을 꺼뜨리게 됩니다.

​동시에 냉각 작용도 강력하게 일어납니다. 소화기 내부에서 높은 압력으로 압축되어 있던 액체 상태의 이산화탄소는 노즐을 통해 대기 중으로 방출되는 순간 압력이 급격히 낮아지면서 기체로 변합니다. 이때 물질이 기화하면서 주변의 열을 흡수하는 성질과 가스가 갑자기 팽창하며 온도가 섭씨 영하 78.5도 부근까지 급격히 떨어지는 현상이 함께 발생합니다. 이 과정에서 일부는 고체 드라이아이스 입자로 변하기도 하는데, 이 극저온의 기체와 입자들이 화재 표면에 닿아 열을 순식간에 빼앗아 갑니다. 가연물의 온도가 불이 지속될 수 있는 발화점 이하로 떨어지면서 화재가 진압됩니다.

​요약하자면 이산화탄소 소화기는 공기보다 무거운 특성으로 산소를 굶주리게 만들고, 분사 시 발생하는 극저온으로 화재의 열을 식히는 두 가지 원리가 동시에 작용하여 불을 끕니다.