KR20200114411A - 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서 - Google Patents

자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서는 플레이트 내부에 삽입되어 형성된 애노드(anode), 플레이트 내부에 애노드와 평행을 이루도록 애노드로부터 소정의 간격만큼 이격되어 삽입 형성된 캐소드(cathode) 및 플레이트를 통과하여 플레이트의 하단부와 연결된 하우징에 도달한 적외선을 감지하기 위한 적외선감지부가 포함되고,자외선이 캐소드에 도달하여 여기(excitation)된 전자가 애노드로 전달됨에 따라 자외선이 감지될 수 있다.

Description

자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서{THE FIRE DETECTION SENSOR CAPABLE OF SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF ULTRAVIOLET AND INFRARED RAYS}
본 발명은 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기스파크로 인한 화재위험이 존재하는 곳에 자외선과 적외선을 이용하여 빠르고 정확하게 화재감지를 하기 위한 불꽃감지센서에 관한 것이다.
화재를 감지하여 경보해주는 장치인 화재감지기는 화재 시 발생하는 연소 생성물의 종류에 따라 열감지기, 연기감지기, 불꽃감지기 등이 있다. 특히, 불꽃에서 방사되는 불꽃의 변화가 일정량 이상이 되었을 때 화재신호를 발신하는 불꽃감지기는 신뢰성이 높아 대규모 시설, 산업 현장 등에서 다양하게 활용되고 있다.
빛의 파장은 가시광선을 중심으로 한 자외선 및 적외선으로 구분되는데 가시광선은 인간의 눈에 인지가 되나 적외선은 파장이 길어 육안으로 식별이 불가능하고 자외선은 파장이 짧아 마찬가지로 육안으로는 식별이 안된다. 불꽃감지기는 화염에서 발생하는 다양한 복사에너지 중 특정 파장의 자외선이나 적외선을 검출하여 이를 전기에너지로 변환하는 것으로 자외선식 불꽃감지기, 적외선식 불꽃감지기 등 불꽃의 어떤 파장을 감지하느냐에 따라 다양한 유형이 존재한다.
자외선식 불꽃감지기는 물체에 빛이 조사될 때 고체 내에 여기전자를 진공 중에 방출시키는 광전효과를 이용하는 것으로, 파장이 짧고 에너지가 큰 자외선 영역을 검출할 수 있다. 이와는 달리 적외선식 불꽃감지기는 적외선의 복사에너지를 감지하는 감지기로 적외선 영역에서 공명방사가 존재하는 특성을 이용하여 검출할 수 있다.
기존의 화재감지센서는 이미 개발되어 사용되고 있는 자외선식 불꽃감지기와 적외선식 불꽃감지기를 동일한 하우징 내에 설치하여 자외선과 적외선을 함께 이용하여 화재를 감지하고 있으나, 화재감지기의 감도에 제한이 있고, 자외선식 감지기와 적외선식 감지기가 서로 다른 부분에 대한 화재감지가 수행되지 못하는 문제가 존재한다.
이에 따라, 자외선 센서의 애노드와 캐소드가 적외선식 불꽃감지기와 동일 축상에 위치하도록 형성함으로써 자외선에 따른 감지 효율을 높이면서 화재감지의 정확성을 높일 수 있는 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0567443호 (200.03.28 등록)
본 발명은 전술한 바와 같은 기술 개발 요구에 따라 안출된 것으로서, 상세하게는 애노드가 사각 톱니바퀴 형태로 형성됨으로써 자외선에 따른 화재감지 효율을 높이고자 함에 그 목적이 있다.
또한, 애노드 및 캐소드와 동일 축상에 위치하도록 적외선수광부를 배치함으로써 감지의 정확성을 높이고자 함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예로써, 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서는 플레이트 내부에 삽입되어 형성된 애노드(anode), 플레이트 내부에 애노드와 평행을 이루도록 애노드로부터 소정의 간격만큼 이격되어 삽입 형성된 캐소드(cathode) 및 플레이트를 통과하여 플레이트의 하단부와 연결된 하우징에 도달한 적외선을 감지하기 위한 적외선감지부가 포함되고, 자외선이 캐소드에 도달하여 여기(excitation)된 전자가 애노드로 전달됨에 따라 자외선이 감지될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에 있어서, 애노드는 반복적으로 구부러진 사각 톱니바퀴 형태로 형성된 금속도선이고, 캐소드는 중심부에 소정 반경의 원형 개구부가 포함된 금속 플레이트일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에는 애노드의 일측 단부로부터 연장되어 형성된 애노드 리드(anode lead), 캐소드의 소정의 부분으로부터 연장되어 형성된 캐소드 리드(cathode lead) 및 애노드 리드 및 캐소드 리드와 연결되고, 애노드와 캐소드 간 전위차를 조절함으로써 여기된 전자의 캐소드로부터 애노드로의 전달을 제어하기 위한 제어모듈이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서의 적외선감지부에는 적외선수광부가 더 포함되고, 적외선수광부는 캐소드와 동일 축 상에 위치하도록 하우징의 내측에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에는 플레이트의 상단면에 부착된 렌즈부가 더 포함되고, 렌즈부는 플레이트의 상단면 방향으로 반구 형태로 돌출되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에 있어서, 플레이트는 자외선 및 적외선이 투과가능한 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서 제공되는 화재감지센서에 따르면, 애노드가 사각 톱니바퀴 형태로 형성됨으로써 자외선에 따른 화재감지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 애노드 및 캐소드와 동일 축상에 위치하도록 적외선수광부를 배치함으로써 감지의 정확성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서의 정면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에 있어서, 애노드와 캐소드가 삽입형성된 플레이트를 위에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에 있어서, 애노드와 캐소드가 삽입형성된 플레이트의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서의 내부를 나타낸 도면이다.
도 5는 기존의 전구형태의 자외선식 불꽃감지기를 나타낸 예시도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예로써, 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)가 제공될 수 있다.
본 명세서에서 화재감지센서(10)는 화재 시 발생된 불꽃(flame)에서 방사되는 복사에너지 중 특정 범위의 자외선이나 적외선을 검출하여 이를 전기에너지로 변환함으로써 화재를 감지하는 불꽃감지센서를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)의 정면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)는 플레이트(300) 내부에 삽입되어 형성된 애노드(anode), 플레이트(300) 내부에 애노드(110)와 평행을 이루도록 애노드(110)로부터 소정의 간격만큼 이격되어 삽입 형성된 캐소드(cathode) 및 플레이트(300)를 통과하여 플레이트(300)의 하단부와 연결된 하우징(500)에 도달한 적외선을 감지하기 위한 적외선감지부(200)가 포함되고, 자외선이 캐소드(120)에 도달하여 여기(excitation)된 전자가 애노드(110)로 전달됨에 따라 자외선이 감지될 수 있다.
즉, 본 발명의 화재감지센서(10)의 플레이트(300) 내에 자외선식 불꽃감지를 위한 애노드(110) 및 캐소드(120)가 삽입되어 형성되고, 플레이트(300)와 연결된 하우징(500)에는 적외선식 불꽃감지를 위한 적외선감지부(200)가 구비될 수 있다.
또한, 애노드(110)와 캐소드(120)는 화재의 불꽃(flame)에 의해 발생된 자외선을 광전효과에 기초하여 검출할 수 있다. 광전효과(photoelectric effect)는 금속 등의 물질이 고유의 특정 파장보다 짧은 파장을 가진 전자기파를 흡수했을 때 전자를 내보내는 현상을 지칭한다. 즉, 광전효과에 따라 소정 파장 범위의 자외선이 캐소드(120)에 도달하면 캐소드(120)로부터 전자가 방출되어 애노드(110)로 전달됨으로써 측정되는 전류에 의해서 자외선이 검출될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)에 있어서, 애노드(110)와 캐소드(120)가 삽입형성된 플레이트(300)를 위에서 바라본 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)에 있어서, 애노드(110)와 캐소드(120)가 삽입형성된 플레이트(300)의 사시도이다.
도 2a 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)에 있어서, 애노드(110)는 반복적으로 구부러진 사각 톱니바퀴 형태로 형성된 금속도선이고, 캐소드(120)는 중심부에 소정 반경의 원형 개구부(122)가 포함된 금속 플레이트(300)일 수 있다.
구체적으로, 애노드(110)는 전술한 바와 같이 자외선에 의해 캐소드(120)로부터 방출된 전자가 전달되는 금속도선에 해당된다. 상기 애노드(110)는 도 2b에 도시된 바와 같이 제 1 가상원(113)의 소정 지점으로부터 연장되어 제 1 가상원(113)보다 직경이 큰 제 2 가상원(112)의 내측에서 정방형(rectangle)의 톱니바퀴 형태가 상기 제 1 가상원(113)의 원주 방향을 따라 반복적으로 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 애노드(110)는 금속도선이 연장됨에 따라 형성될 수 있는데, 상기 애노드(110)는 금속도선이 굽어져 형성된 복수개의 정방형의 바퀴살이 방사형(radial shape)으로 형성될 수 있다.
또한, 캐소드(120)는 자외선에 도달에 따라 전자가 방출되는 금속 플레이트(300)로, 도 2b에 도시된 바와 같이 캐소드(120)의 중심부에는 소정 반경의 원형 개구부(122)가 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 캐소드(120)도 애노드(110)과 마찬가지로 사각 톱니바퀴 형태로 애노드(110)과 나란하게 형성될 수 있다.
즉, 상기와 같은 형태로 애노드(110) 및 캐소드(120)가 형성됨에 따라 도 5와 같이 기존의 전구 형태로 형성된 자외선식 불꽃감지기에 비해 자외선 측정감도가 획기적으로 증대될 수 있다. 또한, 상기 형태에 기초하여 자외선 측정감도가 증대될 수 있으므로 화재감지센서의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.또한, 검출하고자 하는 자외선의 파장 영역이 상기 애노드(110) 및 캐소드(120)의 형태에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 애노드(110)의 톱니바퀴 형태에서 톱니의 개수와 상기 제 1 가상원(113) 및 제 2 가상원(112)의 크기에 따라 상기 자외선의 파장영역이 상이하게 결정될 수 있다. 또한, 상기 캐소드(120)의 개구부(122)의 크기에 따라서 상기 파장영역이 상이하게 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)에는 애노드(110)의 일측 단부로부터 연장되어 형성된 애노드 리드(anode lead), 캐소드(120)의 소정의 부분으로부터 연장되어 형성된 캐소드 리드(cathode lead) 및 애노드 리드(111) 및 캐소드 리드(121)와 연결되고, 애노드(110)와 캐소드(120) 간 전위차를 조절함으로써 여기된 전자의 캐소드(120)로부터 애노드(110)로의 전달을 제어하기 위한 제어모듈(130)이 더 포함될 수 있다.
전술한 바와 같이, 화재의 불꽃에 의해 발생된 자외선은 광전효과에 기초하여 애노드(110)와 캐소드(120) 간 전자의 전달에 의해 검출가능하다. 다만, 검출하고자 하는 파장의 범위를 결정하기 위하여 상기 제어모듈(130)에는 제어전원 및 상기 애노드(110)와 캐소드(120) 간 전위차를 조절하기 위한 전압조절부가 더 포함될 수 있다. 상기 전압조절부에는 적어도 하나 이상의 저항소자가 포함될 수 있고, 추가적으로 상기 전압조절부에는 커패시터 소자 등이 더 포함될 수 있다.
즉, 제어모듈(130)의 제어전원에서는 상기 캐소드(120)와 애노드(110) 간 전위차를 생성하기 위한 전원이 공급될 수 있다. 또한, 전압조절부에는 상기 전위차를 조절하기 위하여 적어도 하나 이상의 저항소자 및 커패시터소자로 구성되는 제어회로가 더 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)의 내부를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)의 적외선감지부(200)에는 적외선수광부가 더 포함되고, 적외선수광부는 캐소드(120)와 동일 축(178) 상에 위치하도록 하우징(500)의 내측에 형성될 수 있다.
본 발명의 화재감지센서(10)는 다양한 적외선 감지 방식에 기초하여 적외선의 검출이 가능하나, 연소 시 탄산가스의 분자가 적외선 영역에서 공명방사하는 특성에 따른 공명방사방식이 사용될 수 있다. 이에 따라, 적외선감지부(200)에는 적어도 하나 이상의 초전체(pyroelectric materials)가 포함된 적외선수광부 및 소정 범위의 적외선을 투과시키기 위한 광학필터부가 더 포함될 수 있다.
또한, 적외선수광부가 애노드(110) 및 캐소드(120)와 동일 축(178) 상에 위치하도록 하우징(500)의 내측에 형성됨으로써 자외선식 불꽃 감지 및 적외선식 불꽃 감지가 동일한 위치에 대하여 수행될 수 있다. 즉, 화재감지센서(10)가 상기와 같은 구조로 형성됨에 따라 화재 또는 불꽃 감지의 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)에는 플레이트(300)의 상단면에 부착된 렌즈부(400)가 더 포함되고, 렌즈부(400)는 플레이트(300)의 상단면 방향으로 반구 형태로 돌출되어 형성될 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 렌즈부(400)는 불꽃 감지가 집중적으로 수행될 수 있도록 볼록한 형태로 형성될 수 있다.
특히, 전기화재는 차단기 등 각종 회로보호 기기가 있음에도 불구하고 접촉이 불량하거나 단락사고에 의한 아크 발생 등에 따라 발생될 수 있다. 즉, 고전압 배전반 내부의 접촉부재나 각종 케이블 등 아크 혹은 습기, 먼지 등의 영향으로 누설전류가 발생가능한 부분은 전기화재가 발생할 가능성이 높으므로 도 1과 같이 형성된 렌즈부(400)가 포함된 화재감지센서(10)를 전술한 전기화재의 발생 가능성이 높은 부분의 주위에 설치함으로써 전기화재가 집중적으로 감시될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서(10)에 있어서, 플레이트(300)는 자외선 및 적외선이 투과가능한 재질로 형성될 수 있다.
즉, 자외선이 플레이트(300) 내부에 형성된 캐소드(120)에 도달하여 전자가 방출되도록 하기 위해서 플레이트(300)는 자외선이 투과가능하도록 형성될 수 있다. 또한, 플레이트(300) 하단면에 적외선감지부(200)에 적외선이 도달하도록 하기 위하여 플레이트(300)는 적외선이 투과가능한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 플레이트(300)는 규소와 산소가 함유된 석영(quartz)으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 플레이트(300)는 검출방식에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 화재감지센서
110: 애노드 120: 캐소드
200: 적외선감지부 300: 플레이트
400: 렌즈부 500: 하우징

Claims (6)

  1. 자외선 및 적외선의 동시측정이 가능한 화재감지센서에 있어서,
    플레이트 내부에 삽입되어 형성된 애노드(anode);
    상기 플레이트 내부에 상기 애노드와 평행을 이루도록 상기 애노드로부터 소정의 간격만큼 이격되어 삽입 형성된 캐소드(cathode); 및
    상기 플레이트를 통과하여 상기 플레이트의 하단부와 연결된 하우징에 도달한 적외선을 감지하기 위한 적외선감지부;가 포함되고,
    자외선이 상기 캐소드에 도달하여 여기(excitation)된 전자가 상기 애노드로 전달됨에 따라 자외선이 감지되는 화재감지센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 애노드는 반복적으로 구부러진 사각 톱니바퀴 형태로 형성된 금속도선이고,상기 캐소드는 중심부에 소정 반경의 원형 개구부가 포함된 금속 플레이트인 화재감지센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 애노드의 일측 단부로부터 연장되어 형성된 애노드 리드(anode lead);
    상기 캐소드의 소정의 부분으로부터 연장되어 형성된 캐소드 리드(cathode lead); 및
    상기 애노드 리드 및 캐소드 리드와 연결되고,상기 애노드와 캐소드 간 전위차를 조절함으로써 상기 여기된 전자의 캐소드로부터 애노드로의 전달을 제어하기 위한 제어모듈;이 더 포함되는 화재감지센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선감지부에는 적외선수광부가 더 포함되고,
    상기 적외선수광부는 상기 캐소드와 동일 축 상에 위치하도록 상기 하우징의 내측에 형성된 화재감지센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 상단면에 부착된 렌즈부;가 더 포함되고,
    상기 렌즈부는 상기 플레이트의 상단면 방향으로 반구 형태로 돌출되어 형성된 화재감지센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플레이트는 자외선 및 적외선이 투과가능한 재질로 형성된 화재감지센서.
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