KR101573236B1 - 화재 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 화재를 검출하기 위한 시스템은 화재 감지 센서부, 케이블 및 컨트롤러로 이루어지고, 케이블의 일단은 화재 감지 센서부와 연결되고 케이블의 타단은 컨트롤러와 연결되며, 상기 컨트롤러는 상기 케이블과 연결되는 스위칭부와, 상기 화재 감지 센서부의 센서로부터 화재 발생 여부를 판단하는 제어부와, 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 이격 거리에 따라 선택되는 복수 개의 검출부로 이루어지는 화재 검출부와, 화재 감지 시스템의 동작 상태에 따른 신호를 엘이디에게 출력하는 엘이디 구동부와, 화재 경보를 출력하는 화재 경보부를 포함하여 이루어지고, 상기 화재 감지 센서부에는 엘이디와 센서가 설치된다.

Description

화재 검출 시스템{FIRE DETECTION SYSTEM}

본 발명은 화재 검출 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화재 검출을 위한 설정을 센서부를 통해 쉽게 설정 및 인지할 수 있도록 한 화재 검출 시스템에 대한 것이다.

일반적으로, 화재가 발생하면 화재 발생 초기에는 일산화탄소, 이산화탄소 및 연기가 발생되며, 이후 불꽃이 일어나기 시작한다. 이러한 화재 진행에 따라 일산화탄소, 이산화탄소 및 불꽃을 효과적으로 계측하여 경보 시스템에 관한 연구가 있어왔다.

화재 초기에는 일산화탄소가 1,000ppm 이상, 이산화탄소는 수만 ppm까지 증가하게 되는데, 평상시 일산화탄소와 이산화탄소의 농도가 증가하는 경우는 거의 없다.

공개특허공보 제10-2013-0058244호의 화재 감시 시스템은 화재 여부를 판단하기 위하여, 복수 개의 이산화탄소 감지 센서로 이루어진 이산화탄소 감지센서 어레이부, 이산화탄소 감지 센서 어레이부에서 측정된 결과 값을 송신하는 센서 노드부와, 이를 통해 송신된 결과 값을 받아 단말기에 화재 발생 여부에 대해 표시하는 수신부로 이루어져 있다.

이와 같은 구성에 의해 화재시 증가하는 이산화탄소의 농도를 감지함으로써 화재 발생 조기에 화재 발생을 쉽게 감시할 수 있는 이점이 있다. 하지만, 이산화탄소를 감지하기 위해서는 센서를 직접 건물 내부에 설치하여야 되고, 설치되지 않은 장소에는 화재가 발생하여도 신속히 감지하기는 쉽지 않다.

또한 등록특허공보 제10-1098969호의 화재 감지기는 화재 감지기로 유입되는 자외선을 감지하는 자외선 감지센서와, 화재 감지기로 유입되는 적외선을 감지하는 적외선 감지센서와, 자외선감지센서와 적외선감지센서에서 감지된 펄스신호는 디지털신호로 증폭하는 증폭부와; 증폭부에서 증폭된 자외선과 적외선의 파장이 화재판단DB에 기 설정된 화재인식영역 중 화재로 인식되는 파장범위에 포함되어 있는지를 확인하고, 기설정된 화재인식영역에 포함되면 화재신호를 발생시키는 화재판단부와; 화재감지기로 유입되는 광량을 감지하는 광센서와; 광센서에서 인식된 광량에연동하여 화재판단부의 화재판단DB에 설정된 자외선 및 적외선의 화재인식영역 중 화재로 인식되는 기준강도를 변경시키는 화재감도조절부를 구비하고 있다.

상기 선행기술문헌은 화재시 발생되는 적외선과 자외선 파장을 측정하여 원거리에서도 화재의 검출이 가능하다는 이점이 있으나, 거리에 따라 화재의 크기를 파악하기는 어렵다

원거리에서 화재를 감지하는 화재 감지기는 화재를 쉽게 감지할 수 있도록 지상으로부터 15 내지 50m의 고공에 설치되어 운영되고 있어서, 일단 설치가 완료되면 방화 관리자는 정상적으로 동작하고 있는지를 외부에서 쉽게 알 수 없게 된다. 또한 감시 구역 내에서의 화재와 이와 유사한 에너지를 방출하는 사물에 의해 적지 않은 오경보가 발생하고 있으며, 이러한 오경보에 의한 혼란을 해소하고자 감지기의 감도를 30~50% 이하로 낮추어 설정하는 것이 일반화되었고, 이에 따라 실화가 발생하여도 신속히 화재를 경보를 발생하지 못하여 치명적인 손실이 발생할 수 있다.

일예로, 오경보 방지를 위해 설계 규정보다 감지기의 감도를 낮춘 불량 감지기를 수년간 유통하다 적발된 사례가 있었고, 방화로 추정되는 화재 사례가 빈번히 발생되고 있는데, 만약 자동화재 탐지기가 방화자의 점화로 인한 불?을 즉시 감지하여 스프링클러 등 자동소화장치를 작동하고 실시간으로 방화 관리자에게 통보되었다면 소중한 인명과 재산의 피해를 크게 줄일 수 있었을 것이다. 이처럼 화재 감지기는 오경보를 방지하고 정확한 화재 크기를 검출할 수 있어야 한다.

한편, 화재 감지기의 설계 규정에 따르면, 감도를 조절하기 위하여 센서부의 일측에 감도를 조절하기 위한 스위치가 설치되어 있다. 그런데 화재 감지기의 센서부는 실외에 설치되는 장치이므로, 스위치가 센서부 외측으로 노출되어 설치되어야 한다. 따라서 방수 및 방폭에 저해요소가 될 수 있다. 설사 감도조절 스위치를 센서부의 내부에 설치한다하여도, 감도조절을 위하여 센서부의 케이스를 개방하여야 하므로 다시 조립할 때 완벽한 방수 및 방폭을 보장하기 어렵다.

공개특허공보 제10-2008-0110042호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출한 것으로서, 화재 감지 센서의 동작 거리 범위와 동작 상태를 외부에서 쉽게 알 수 있는 화재 검출 시스템을 제공하려는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 아울러 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 화재를 검출하기 위한 시스템은 화재를 검출하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 복수개의 센서 및 엘이디를 구비한 화재 감지 센서부; 스위칭부, 화재검출부 및 엘이디구동부를 포함하는 컨트롤러; 및 상기 복수개의 센서와 스위칭부를 연결하는 케이블;을 포함하되, 상기 화재검출부는 복수개의 검출부와, 상기 화재 감지 센서부의 센서로부터 화재 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 복수개의 검출부는 상기 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 이격 거리에 따라 상기 스위칭부에서 단자접속에 의해 어느 하나가 선택되며, 상기 엘이디구동부는 상기 엘이디가 상기 거리에 다른 설정과 화재 발생 여부를 시각적으로 표시하도록 화재 감지 시스템의 동작 상태에 따른 신호를 엘이디에게 출력하고, 상기 복수개의 센서는 일산화탄소의 공명 에너지를 감지하는 제1 센서와, 이산화탄소의 공명 에너지를 감지하는 제2 센서와, 화염 이외의 비화재 요인을 감지하는 제3 센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 화재 감지 센서부와 감지 대상물 사이의 거리를 복수 개로 나누어 설정하고, 설치되는 거리에 따라 화재 검출 범위를 다르게 구성하여 감지거리의 자유도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 화재 검출 시스템의 동작 상태를 외부에서 볼 수 있는 화재 감지 센서부에 설치함으로써, 관리자가 외부에서 화재 시험에 따른 동작 상태를 시각적으로 확인할 수 있는 이점이 있다.

또한, 화재 요인에 따른 데이터와 비화재 요인에 따른 데이터로부터 화재 발생 여부를 판단할 수 있으므로, 화재 검출 시스템의 오작동을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 외부에 노출되는 화재 감지 센서는 방폭, 방수 구조이어야 하므로, 설정에 따른 센서부의 분해 및 조립에 따른 작업이 필요치 않다.

도 1은 본 발명에 따른 화재 검출 시스템를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 화재 검출 시스템의 화재 감지 센서부를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 화재 검출 시스템의 컨트롤러를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 화재 검출 시스템의 동작에 따른 엘이디의 발광 상태를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 화재 검출 시스템를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 화재 검출 시스템(100)은 화재 감지 센서부, 케이블 및 컨트롤러를 포함한다. 도면을 참조하면, 화재를 감시하기 위한 대상물(OBT)을 화재 감지 센서부(110)가 일정 감지 범위를 갖도록 설치되어 있고, 화재 감지 센서부는 케이블(120)을 통해 컨트롤러(130)와 연결되어 있다.

화재 검출 시스템은 건물, 설비 등과 같은 대상물에서 화재시의 불꽃에서 방출되는 공명에너지를 감지하고 화재 종류 및 화재 정도를 검출하여 관리자에게 경보한다. 예컨대 감지 대상으로서 건물이 선택되면, 화재 감지 센서부는 건물을 감지 범위 내에 속하도록 설치되며, 상기 화재 감지 센서부와 케이블로 연견된 컨트롤러는 화재 감지 센서부로부터 출력되는 데이터로부터 화재의 종류 및 화재 정도를 검출하여 경보를 출력한다.

도 2는 본 발명에 따른 화재 검출 시스템의 화재 감지 센서부를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 화재 감지 센서부는 원통 형상의 몸체(BODY)의 일측에는 렌즈(미도시)가 구비되며, 상기 몸체의 내부에는 센서와 엘이디가 장착된 인쇄회로기판(PCB)이 구비된다.

도면을 참조하면, 상기 인쇄회로기판에는 화재로부터 발생되는 일산화탄소, 이산화탄소 등과 같은 화재요인을 검출하는 센서(111-1, 111-2, 111-3)와, 상태정보를 시각적으로 표시하는 엘이디(112-1, 112-2)가 설치되어 있다.

본 발명에 따른 센서는 화재로부터 발생되는 화재 요소를 검출한다. 이와 같은 센서는 불꽃의 연소과정에서 발생하는 일산화탄소의 공명 에너지를 감지하는 제1 센서(111-1)와, 불꽃의 연소과정에서 발생하는 이산화탄소의 공명 에너지를 감지하는 제2 센서(111-2)와, 아크 용접, 라이터 불과 같은 화염이외의 비화재 요인들을 감지하는 제3 센서(111-3)으로 이루어진다. 상기 제3 센서는 특정 파장범위를 감지하는 광 센서일 수 있다.

한편, 화재로 인한 불꽃에는 복사 에너지가 방사된다. 복사에너지는 Stefan-Boltzmann law의 3가지 요인으로 표현될 수 있다.

[수식]

H = AeσT⁴

여기서, H는 시간당 복사에너지, A는 표면적, e는 복사체의 복사율, σ는 스테판 볼츠만의 상수, T는 복사체의 온도이다.

즉, 복사에너지는 복사하는 물체의 온도 값 상승에 따라 증가한다. 이산화탄소의 공명 에너지를 검출하는 것을 설명하면 다음과 같다.

불꽃으로부터 방사되는 적외선에 존재하는 이산화탄소 공명방사라는 현상을 이용한다. 이산화탄소는 근적외선 대역에서 2개의 방사 스펙트럼 피크를 나타내게 되는데, 회색방사와 이산화탄소 공명방사가 존재한다. 불꽃의 존재 여부는 회색방사보다는 이산화탄소 공명방사를 이용한다.

상기 공명방사란 여기상태의 이산화탄소가 방출한 에너지를 기저상태에 있는 다른 이산화탄소가 받아들여 여기상태가 되고, 또 다시 여기상태의 이산화탄소가 방출한 에너지를 다른 기저상태의 이산화탄소가 받게 되는 즉, 이산화탄소끼리 에너지를 주고받는 공명을 일으키는 현상을 말한다. 이러한 공명방사 특성은 햇?, 램프, 히트와 같은 열원과는 다른 특징을 나타낸다.

되돌아가, 화재의 판단을 설명하면, 제1 센서와 제2 센서가 반응하고 제3 센서가 반응하지 않는다면 화염을 감지한 것으로 판단하고, 제1 센서와 제2 센서가 반응하고 제3 센서가 반응하거나 제1 센서와 제2 센서가 반응하고, 제3 센서가 반응한다면 화염이 아닐 가능성이 높다.

한편, 상기 화재 감지 센서부는 화재 감지 대상물과 소정 거리로 이격되도록 설치된다. 실시예로서 30m, 40m, 50m의 이격 거리를 두고 설치될 수 있다. 이와 같이 서로 다른 이격 거리는 컨트롤러에서 출력되는 화재의 크기 판단에 오류가 있을 수 있다. 가장 가까운 거리로서 30m 거리로 설치된 경우, 라이터 불꽃과 같은 작은 불꽃에서도 화재로 인식할 수 있으나, 먼 거리인 50m 거리로 설치된 경우 큰 불꽃을 동반한 화재에도 화재로 인식하지 못할 수 있다.

상기 제1 센서와 제2 센서의 경우, 화재가 발생하는 일산화탄소나 이산화탄소의 크기, 움직임, 지속시간 등을 측정하게 되며, 일산화탄소나 이산화탄소가 발생되면 그에 따른 공명 에너지를 측정한다.

화재시 화재 요인으로부터 방출되는 적외선 에너지는 거리의 제곱에 반비례한다. 즉, 거리를 2배로 늘리면, 측정되는 에너지는 1/4로 줄어들게 된다. 예를 들어, 50m거리에 330mm×330mm×50mm 크기의 불판에 햅탄과 물을 넣고 점화하여 발생한 화염이 점화 후 1분이 경과 한 후 감지기에 도달하는 적외선 에너지를 100이라 가정하면, 동일한 화염을 감지기로부터 50m에서 40m로 시험장소에서 전방으로 10m 앞당겨 놓은 후에는 감지기에 도달하는 적외선 에너지는 거리가 1.2배 가까워졌으므로 도달 에너지의 크기는 100에서 144로 증가하게 되고, 같은 원리로 30m 거리에서는 에너지가 196으로 증가하게 된다.

따라서 감지기에 도달하는 화원의 에너지의 크기가 100이면 50m 감도, 144이면 40m감도, 196이면 30m 감도로 셋팅할 수 있다.

한편, 상기 화재 감지 센서는 각각 서로 다른 거리로 설정되었다는 정보를 시각적으로 표시하는 것이 바람직하다.

상기 엘이디는 화재 검출 시스템의 동작 상태를 표시하는 제1 엘이디(112-1)와 제2 엘이디(112-2)로 이루어진다. 이와 같은 제1 엘이디 및 제2 엘이디의 구동에 대하여는 후술한다.

도 3은 본 발명에 따른 화재 검출 시스템의 컨트롤러를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 컨트롤러(130)는 이격 거리별로 서로 다른 감지 범위로 설정된다. 상기 컨트롤러는 스위칭부(131)와, 화재 검출부(132)와, 엘이디 구동부(133)와, 경보 출력부(134)를 포함하여 이루어진다.

상기 스위칭부(131)는 케이블과 연결된다. 케이블의 일단은 화재 감지 센서부와 연결되고 케이블의 타단은 컨트롤러의 스위칭부와 연결되어 있다. 상기 스위칭부(132)는 설정 거리별로 제어부와 서로 다른 연결을 갖는다. 이와 같은 연결은 화재 검출 시스템에 설치시에 직접 접속되거나, 거리의 검출에 따라 설정될 수 있다.

상기 화재 검출부(132)는 제어부 및 제1 내지 제3 검출부를 포함하여 이루어진다. 상기 제어부(132-0)는 상기 화재 감지 센서부의 제1 내지 제3 센서로부터 데이터를 전송받고 화재의 발생 유무를 판단하며, 화재 검출부의 데이터 흐름과 신호 흐름을 제어한다. 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 이격 거리가 제1 거리로 설치된다면 상기 스위칭부는 제1 검출부의 단자와 연결되고, 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 이격 거리가 제2 거리로 설치된다면 상기 스위칭부는 제2 검출부의 단자와 연결된다. 또한 화재 감지 대상물와 화재 감지 센서부의 이격 거리가 제3 거리로 설치된다면 상기 스위칭부는 제3 검출부의 단자와 연결된다.

한편, 본 발명에서는 3개의 각각 서로 다른 거리로 나누어 설정하는 것을 실시예로 하였으나, 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 복수의 이격 거리로 나누어지도록 설정할 수도 있다.

상기 화재 검출부의 제1 내지 제3 검출부는 화재 감지 센서부로부터 센싱되는 데이터에 기초하여 화재 발생 여부를 검출하고 엘이디로 출력하며, 이와 동시에 관리자에게 화재 발생사실을 경고할 수 있다. 이와 같은 화재의 경고는 무선 또는 유선을 통해 전송될 수 있다.

상기 엘이디 구동부(133)는 화재 감지 시스템의 동작 상태에 따른 신호를 엘이디에게 출력한다.

상기 화재 경보부(134)는 제1 내지 제3 검출부 중 어느 하나로부터 화재 발생 신호를 전송받고, 관리자에게 화재경보를 출력한다. 이와 같은 화재 발생은 유선 또는 무선을 통해 관리자에게 출력할 수 있다.

한편, 상기 스위칭부를 상기 화재 감지 센서부에 설치하도록 구성할 수 있으나, 화재 감지 센서부는 외부 환경에 노출되도록 설치되고 더욱이 높은 위치에 설치되는 것이어서, 설치한다하더라도 설정의 변경이 쉽지는 않다.

도 4는 본 발명에 따른 화재 검출 시스템의 동작에 따른 엘이디의 발광 상태를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 제1 엘이디와 제2 엘이디는 서로 다른 색으로 발광한다. 엘이디는 적색, 녹색, 청색, 황색 중 어느 하나의 색으로 선택될 수 있다.

도면을 참조하면, 제1 거리로 설정된 경우, 감시중에는 제1 엘이디만 점등되며 화재시에는 제1 엘이디가 점멸되도록 설정된다. 제2 거리로 설정된 경우, 감시중에는 제1 엘이디와 제2 엘이디가 모두 점등되며 화재시에는 제1 엘이디가 점등된다. 그리고 제3 거리로 설정된 경우, 감시중에는 제2 엘이디가 점등되며, 화재시에는 제2 엘이디가 점멸된다. 여기서, 제1 내지 제3 거리는 서로 다른 거리를 나타내는데, 예컨대, 제1 거리는 30m이고 제2 거리는 40m이며, 제3 거리는 50m로 설정되었다는 것을 나타낸다.

따라서 화재시 경보발령은 긴급한 상황을 알려야 하므로 제1 엘이디는 긴급 상황을 시각적으로 표시하는 적색이 선택하는 것이 바람직하며, 제2 엘이디는 청색 또는 녹색을 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 화재 검출 시스템은 설치된 화재 감지 센서부에서 발광하는 엘이디의 색을 보고 관리자는 화재 감지 시스템이 정상적인 동작을 하고 있는지, 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 이격 거리를 보고 화재 감지 시스템이 정상적인 거리로 설정되어 있는지, 경보 상태가 정상적으로 표시되고 있는지를 쉽게 인지할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100 : 화재 검출 시스템
110 : 화재 감지 센서부
111-1, 111-2, 111-3 : 제1, 제2 및 제3 센서
112-1, 112-2 : 제1 및 제2 엘이디
120 : 케이블
130 : 컨트롤러
131 : 스위칭부
132 : 화재 검출부
132-1, 132-2, 132-3 : 제1, 제2 및 제3 검출부
133 : 엘이디 구동부
134 : 화재 경보부
SBT : 화재 감시 대상물

Claims (5)

1. 화재를 검출하기 위한 시스템으로서,
   상기 시스템은 복수개의 센서 및 엘이디를 구비한 화재 감지 센서부; 스위칭부, 화재검출부 및 엘이디구동부를 포함하는 컨트롤러; 및 상기 복수개의 센서와 스위칭부를 연결하는 케이블;을 포함하되,
   상기 화재검출부는 복수개의 검출부와, 상기 화재 감지 센서부의 센서로부터 화재 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하고,
   상기 복수개의 검출부는 상기 화재 감지 대상물과 화재 감지 센서부의 이격 거리에 따라 상기 스위칭부에서 단자접속에 의해 어느 하나가 선택되며,
   상기 엘이디구동부는 상기 엘이디가 상기 거리에 다른 설정과 화재 발생 여부를 시각적으로 표시하도록 화재 감지 시스템의 동작 상태에 따른 신호를 엘이디에게 출력하고,
   상기 복수개의 센서는 일산화탄소의 공명 에너지를 감지하는 제1 센서와, 이산화탄소의 공명 에너지를 감지하는 제2 센서와, 화염 이외의 비화재 요인을 감지하는 제3 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화재 검출 시스템.
   
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