KR100339958B1 - 원격 열 감시 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시설물에 접촉되어 시설물에서 발생되는 열을 감지하는 선형 열감지케이블과, 상기 열감지케이블의 열 감지에 따라 발생된 기전력을 전류 신호로 변환하는 전압/전류변환부와, 상기 전압/전류변환부로부터 출력된 전류 신호를 제공받아 그에 해당하는 디지털 신호로 변환하고, 입력 전류데이터를 메모리에 미리 설정된 전류 대비 온도데이터와 상호 비교하여 시설물의 현재 온도상태를 판단한 후 전류를 온도데이터로 변환하는 처리제어부와, 상기 처리제어부로부터 출력되는 열감지케이블의 고유번호와 열원의 현재 온도와 과열상태 및 화재발생 정도에 해당하는 데이터를 증폭 및 변조하여 유선 또는 무선으로 전송하는 변복조전송수단, 및 상기 변복조전송수단과 유선 또는 무선망으로 연결되어 변복조전송수단에서 전송된 열감지 데이터를 수집하고 수집한 온도데이터를 분석하여 시설물의 과열 또는 화재발생 상태에 따라 단계별로 경보하거나 표시하는 제어컴퓨터를 구비함으로써, 시설물의 과열상태와 화재발생 여부를 단계별로 감지하여 상황에 따라 적절하게 경보, 대처하는 것이 가능하고, 시설물의 상태를 시간, 일, 월, 년별로 수집하여 저장함으로, 시설물 별로 이상 여부와 노후 상태를 주기적으로 검색하고 체크하여 적절한 시기에 시설물의 보수 및 교체시기를 예측하여 화재로 인한 피해를 사전에 방지할 수 있는 원격 열 감시 시스템 및 그 방법을 제공한다.

Description

원격 열 감시 시스템 및 그 방법{System monitoring Over-heat and therefor}

본 발명은 열 또는 화재 감시 시스템에 관한 것으로, 특히 열이 감지되면 반도체 특성에 따라 일정전압을 발생하는 선형감지 케이블을 이용하여 국부 지역이 아닌 케이블이 설치된 전지역에 대해 열 발생 정도를 단계별로 신속하게 감지하고, 각 단계별로 데이터화하여 제어컴퓨터로 전송함으로써, 화재발생 정도와 그 상태를보다 신속하게 감지 및 감시할 수 있는 원격 열 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화재 감지기는 고도의 신뢰성이 있어야 하고, 화재 및 다수의 상이한 형태의 자극을 식별할 능력을 갖추고 있어야 한다. 예컨데, 화재가 발생하지 않으면 화재감지기 시스템은 진화물을 방출시키지 말아야 하며, 경보 벨을 울려서도 안된다.

현재 사용되고 있는 화재감지기로서는 화재에 의하여 발생되는 열을 이용하는 열감지기와 연기를 포착하는 연기감지기가 있다.

상기 열감지기로는 바이메탈식 등이 있고, 연기를 포착하는 연기감지기에는 감광식과 산란광식 등의 광전식이 사용되고 있다.

이외에도 화재의 초기 발견에 사용되고 있는 방법으로는 적외선 감지기와 자외선 감지기가 있다.

상기 열감지기 중 바이메탈식은 열에 의해 동작하는 것으로, 저 팽창금속과 고 팽창금속을 접합시킨 구성으로 온도에 비례하여 변환되는 변위를 이용하는 것이다.

상술한 것과 같은 화재탐지장치는 일반적으로 건물 등에 이용되는 것으로 통신, 전력 케이블이나 가스관 등이 매설된 지하 또는 선박 및 항공기의 엔진실 또는 보일러실 또는 특수차량과 같은 장소에는 환경적으로 화재 감지가 어렵다는 문제점이 있다.

종래에는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 국내특허공개 제99-78477호에주위 온도에 따라 가변되는 임피던스를 화재감지신호로 이용하는 "동축케이블을 이용한 자동화재탐지장치"가 개시되어 있지만, 이 장치는 화재가 감지되면 자동적으로 소화기를 작동시키는 것으로, 단지 화재감지신호와 기준신호의 듀티 사이클을 비교하여 화재발생 유무만을 감지하여 소화기를 작동시킴으로써, 열 또는 화재감지 포인트가 다소 높게 설정될 수밖에 없으며, 이에 따라 화재의 초기 진압이 다소 어려울 수가 있다.

또한, 화재를 감지하는 동축케이블에 일정 전원을 지속적으로 인가하여야 하므로 전력소모가 많고, 동축케이블의 특성상 현재의 발생 열온도를 검출할 수가 없어 화재 상태를 정확하게 진단할 수 없으며, 열감지 포인트가 화재 유무에 한정되어 있어 화재에 대한 대처를 적절하게 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 열이 감지되면 열반도체 특성에 따라 열온도에 해당하는 일정전압이 발생되는 선형 열감지케이블을 이용하여 케이블이 설치된 전지역에 대해 화재발생의 정도를 단계별로 신속하게 감지하고, 각 단계별로 데이터화하여 제어컴퓨터로 전송함으로써, 시설물의 과열 정도와 화재 여부 및 상태를 보다 신속하게 감지하여 시설물의 과열과 화재발생 정도에 따라 보다 적절하게 대응할 수 있는 원격 열 감시 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 시설물에 접촉되어 시설물에서 발생되는 열을 감지하는 선형 열감지케이블과; 상기 열감지케이블의 열감지에 따라 발생된 기전력을 전류 신호로 변환하는 전압/전류변환부와; 상기 전압/전류변환부로부터 출력된 전류 신호를 제공받아 그에 해당하는 디지털 신호로 변환하고, 입력 전류데이터를 메모리에 미리 설정된 전류 대비 온도데이터와 상호 비교하여 시설물의 현재 온도상태를 판단한 후 전류를 온도데이터로 변환하는 처리제어부와; 상기 처리제어부로부터 출력되는 열감지케이블의 고유번호와 열원의 현재 온도와 과열상태 및 화재발생 정도에 해당하는 데이터를 증폭 및 변조하여 유선 또는 무선으로 전송하는 변복조전송수단; 및 상기 변복조전송수단과 유선 또는 무선망으로 연결되어 변복조전송수단에서 전송된 열감지 데이터를 수집하고 수집한 온도데이터를 분석하여 시설물의 과열 또는 화재발생 상태에 따라 단계별로 경보하거나 표시하는 제어컴퓨터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 시설물이 일정 온도 이상으로 과열되면, 열감지케이블에서 수 내지 수십 ㎷의 기전력이 발생되어 시설물의 과열상태와 화재발생 여부를 감지하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 감지한 전압을 수 내지 수십 ㎃의 전류로 변환함과 동시에 감지 위치를 인식하여 출력하는 제 2 단계와; 상기 전류를 디지털 신호로 변환한 후 미리 설정된 전류 대비 온도데이터와 비교하여 온도 데이터로 변환하는 제 3 단계와; 상기 제 3 단계를 수행한 후 미리 설정된 호접속 번호에 따라 제어컴퓨터와 호접속하는 제 4 단계와; 상기 호접속한 후 검출한 열감지 온도 및 위치데이터를 변조, 증폭하여 유선 또는 무선망을 통해 상기 제어컴퓨터로 전송하는 제 5 단계와; 상기 제 5 단계에서 전송된 각종 데이터를 수집하여 미리 설정된 온도 대비 경보 데이터와 비교하여 시설물의 경보상태를 정도별로 분석하는 제 6 단계와; 상기 분석에 따라 보통경보, 긴급경보 및 화재경보 상태를 결정한 후 그에 상응하는 각기 다른 경보신호를 시/청각적으로 경보하는 제 7 단계; 및 상기 경보 분석에 따라 시설물이 과열 또는 화재발생시에는 무선통신을 이용하여 관리자에게 호출하는 제 8 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 원격 열감시 시스템을 나타낸 도면이고,

도 2a 및 도 2b는 도 1의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 열감지케이블 30: 전압/전류변환부

50: 처리제어부 70: 변복조전송수단

90: 제어컴퓨터

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 원격 열 감시시스템을 나타낸 개략적인 도면으로, 열감지케이블(10), 전압/전류변환부(30), 처리제어부(50), 변복조전송수단(70) 및 제어컴퓨터(90)로 이루어져 있다.

상기 열감지케이블(10)은 FTLD(Flexible Thermoelectric Line Detector)과 CT²C(Continuous Thermocouple Cable)로 나눌 수 있는 데, FTLD는 크로멜 와이어(11; +)와 알루멜 와이어(12; -)가 각각 절연체(13)에 의해 싸여져 있고, 절연체(13)는 다시 N.T.C 물질(15)에 의해 싸여져 있으며, N.T.C 물질(15)은 알루미늄막(17)에 의해 싸여져 있고, 알루미늄막(17)은 외피인 테프론(19; TEFLON) 소재로 싸여져 있다.

그리고, 도시하지 않았지만 CT²C는 외피인 인코넬(INCONEL) 소재가 절연체인 N.T.C 분말을 감싸고 있고, N.T.C 분말은 크로멜(Chromel) 와이어(+)와알루멜(Alumel) 와이어(-)를 각각 감싸고 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 열감지케이블(10)의 각 고유특성과 본 발명에 적용된 기능을 살펴보면 표 1과 같다.

사 양	특 성
1	외피 재질	테프론(or 인코넬)
2	기전력 발생	-50㎷ ∼ 50㎷
3	입력 전압	없 음
4	현재온도 지시기능	있 음
5	온도설정값 변화 기능	있 음
6	열감지 포인트 능력	무 한 정
7	열 감지범위	-40℃ ∼ 260℃(or 1200℃)
8	최대 연속길이	150M
9	최고온도에서 자기복구력	있 음
10	표준계기와 호환성	있 음
11	수 명	20 년

상기 표 1과 같은 특성을 갖는 열감지케이블(10)은 제백(Zee Back) 효과를 이용한 열전대 센서의 일종으로서, 일정 온도의 열이 감지되면 그 감지열 온도에 따라 크로멜 와이어(+)와 알루멜 와이어(-) 사이에 온도차가 생김과 동시에 자유전자가 발생하여 그에 해당하는 수 내지 수십 ㎷의 기전력이 발생한다.

또한, 전압/전류변환부(30)는 열감지케이블(10)에서 발생된 수 내지 수십 ㎷의 신호를 제공받아 입력전압에 상응하는 수 내지 수십 ㎃의 전류로 변환하도록 이루어져 있으며, 전압/전류변환부(30)는 대략 DC 18V 내지 48V의 전원을 공급받아 동작하며, 입력온도는 -20℃∼1200℃이며, 작동가능한 외부온도는 0℃∼70℃이며, 부하저항은 0∼750Ω에서 동작되도록 설계된 트랜스미터이다.

또한, 처리제어부(50)는 전압/전류변환부(30)에서 출력되는 전류신호를 제공받아 그에 해당하는 디지털 신호로 변환한 후 메모리에 미리 설정된 전류 대비 온도데이터와 상호 비교하여 열감지케이블(10)에서 감지한 열원의 현재 온도를 산출하도록 이루어져 있으며, 구체적으로는 복수의 전압/전류변환부(30)의 출력단과 각각 연결되는 커넥터와, 사용자 임의의 기준 데이터를 저장하는 사용자 메모리와, 제어 프로그램이 저장된 시스템 메모리와, 사용자 임의로 이상여부 기준 온도값을 설정하기 위한 키입력부와, 입출력 데이터를 카운트하는 카운터와, RS-232 또는 RS-485 또는 S-Bus와 같은 직렬 인터페이스로 외부 장치(30, 70)와 상호 연결되도록 구성되어 있다.

그리고, 변복조전송수단(70)은 유선통신모듈(71)과 무선통신모듈(75)을 포함하며, 처리제어부(50)로부터 출력되는 열감지케이블(10)의 설치 위치와 시설물의 현재 온도와 과열 상태 및 화재발생 정도에 해당하는 데이터를 변조 및 증폭하여 유선 또는 무선으로 전송하는 모뎀과 같은 통신수단으로 이루어져 있고, 제어컴퓨터(90)는 변복조전송수단(70)과 각각 유선 또는 무선으로 연결되어 변복조전송수단(70)에서 전송된 열감지 데이터를 수집하고 수집한 데이터를 분석하여 시설물의 과열 또는 화재발생 여부에 따라 단계별로 경보하거나 표시하는 PC와 같은 시스템으로 이루어져 있다.

아울러, 제어컴퓨터(90)는 무선호출수단(95)이 부가되어 변복조전송수단(70)으로부터 화재발생 정보가 수집되면 화재발생 여부를 관리자에게 신속하게 알릴 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작과정을 도 2a 및 도 2b의 순서도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 열로 인해 화재가 발생할 우려가 있는 시설물에 열감지케이블(10)을 설치한 상태에서, 시설물이 일정 온도 이상으로 과열되면 열전대 센서인 열감지케이블(10)의 크로멜 와이어와 알루멜 와이어 사이에 수 내지 수십 ㎷의 기전력이 발생되어 시설물의 과열상태와 화재발생 여부를 감지한다(S11).

이어, 전압/전류변환부(30)는 열감지케이블(10)에서 감지된 전압 신호를 그에 해당하는 수 내지 수십 ㎃의 전류로 변환시킴과 동시에 복수의 입력단자 중 특정 입력단자로 입력되는 검출신호에 따라 열감지케이블(10)의 설치 위치인 고유번호를 인식하여 전류 및 고유번호 데이터를 처리제어부(50)로 출력한다(S12).

상기 처리제어부(50)는 전압/전류변환부(30)로부터 출력된 전류 신호를 제공받아 그에 해당하는 디지털 신호로 변환하고(S13), 입력 전류데이터를 메모리에 미리 설정된 전류 대비 온도데이터와 상호 비교하여 시설물의 현재 온도상태를 판단한 후 전류를 온도데이터로 변환한다(S14).

그리고, 처리제어부(50)는 열감지케이블(10)의 설치 위치데이터와 현재 온도데이터를 정보화함과 아울러 메모리에 미리 설정된 호접속 번호에 따라 제어컴퓨터(90)와 호접속(S15)한 후 변복조전송수단(70)을 통해 열감지 위치 및 온도데이터를 변조 및 증폭하여 유선 또는 무선망을 통해 열감지관련 데이터를 제어컴퓨터(90)로 전송한다(S16).

이어, 제어컴퓨터(90)는 복수의 열감지케이블(10)로부터 각종 데이터를 수집하여 저장하고(S17), 수집한 열감지관련 데이터와 메모리에 미리 설정된 온도 대비 경보데이터와 상호 비교한다(S18).

상기 비교에서 시설물의 경보 상태를 검출 온도에 따라 정도별로 다양하게 분류(S19)할 수 있는 데, 1차 경보에 속하는 보통경보와, 2차 경보에 속하는 긴급경보와, 3차 경보에 속하는 화재경보 등으로 나눌 수 있다.

즉, 예를 들면 1차 경보는 청색 점멸등과 긴 경보음으로 경보신호를 발생하고, 2차 경보는 황색 점멸등과 보통 길이의 경보음으로 경보신호를 발생하고, 3차 경보는 적색 점멸등과 짧은 경보음으로 경보신호를 발생하도록 하여 시/청각적으로 사건의 긴박성을 쉽게 알 수 있도록 한다.

상기 제어컴퓨터(90)의 열감지 분석에 따라 보통경보, 긴급경보 및 화재경보를 구별하여 시/청각적으로 경보함과 아울러 모니터상에 경보한 열감지케이블(10)의 위치, 현재 온도 및 긴급상황을 표시(S20)한 후 무선통신수단(95)을 이용하여 관리자에게 호출함으로써, 상황의 위급함을 전달한다(S21).

한편, 제어컴퓨터(90)는 열감지케이블(10)로부터 전송되는 각종 데이터를 수집하여 분석함에 따라 감지 신호가 없거나 열감지케이블(10)의 기전력의 변화가 전혀 없을 경우에 열감지케이블(10)의 파손으로 판단하여 파손 케이블의 위치를 표시함과 동시에 자기진단 경보를 발생할 수도 있다.

상기와 같이 동작되는 본 발명의 원격 열감지 시스템의 주요 기능들을 정리하면 아래와 같다.

1) 열감지 기능

각 시설물의 과열 상태와 화재발생을 자동으로 추적하여 감시할 수 있고, 열감지케이블의 부위별, 구간별로 정상 운전 및 온도변화를 감지하여 볼 수 있으며,시설물에서 감지된 열 또는 운전 상태를 즉시, 제어컴퓨터로 보내져 교체시기의 자료를 제공하거나 경보 신호를 발생.

2) 데이터 보관 및 검색 기능

제어컴퓨터는 시설물에서 발생된 열을 매분, 시간별, 일일, 주간, 월간 및 년간 자료로 보관하고 검색할 수 있고, 저장된 온도 자료는 시설물의 열화와 불량 상태를 파악, 변환점의 자료들을 제공하며, 시설물의 최적의 교체시기를 알려줘 최상의 상태로 시설물을 유지, 관리할 수 있음.

3) 경보지시 기능

경보의 지시는 가시-가청 기능 경보를 발생하며 긴급시에는 비상망에 자동 통보할 수 있으며, 온도변화에 따라 다양한 경보 단계, 예를 들면, 1차경보(보통경보), 2차경보(긴급경보), 3차경보(화재경보), 시스템경보(자기진단경보) 등으로 나눌 수 있을 뿐만 아니라 발생된 경보는 컴퓨터의 모니터로 상황발생 부위, 지점 및 온도를 표시하고, 무선통신으로 관리자에게 경보신호를 전송함.

4) 원격감지 기능

다수의 플랜트 설비를 통신선로를 이용하여 제어컴퓨터에서 일괄적으로 감시하는 것이 가능하며, 각종 시설물의 운전 중 열 변화 상태를 원격감시 및 제어할 수 있어 근거리 및 장거리에 관계없이 시설물에 대한 수시 점검의 관리 인력을 최소화하여 관리비용의 감소 및 업무 효율을 증대시킴.

5) 자기진단 기능

시설물에 설치된 열감지케이블이 기계적 충격에 의해 손상(단선, 외피손상등)되면 관리자에게 경보함과 아울러 자기진단 경보는 원인조치 후 자동으로 자기진단 모드로 복귀됨.

본 발명에 의한 원격 열감시 시스템은 상기와 같은 기능들을 갖추고 있으며, 각 시설물의 기능에 따라 정상 온도가 각기 다르므로, 처리제어부(50)의 키입력부를 이용하여 열감지 온도의 이상여부를 판단하는 기준 온도를 사용자 임의로 설정하는 것이 가능하다.

따라서, 본 발명에서는 각종 발전소와 중공업 플랜트, 변압기, 송전계통, 보일러, 모터, 펌프, 지하동도, 각종 전기패널의 접점부 등의 발열로 인해 화재 사고가 발생할 우려가 있는 시설물에 열감지케이블을 접촉방식으로 배선함으로써, 시설물의 과열상태와 화재발생 여부를 아주 세밀하게 감지하는 것이 가능할 뿐만 아니라 과열 정도에 따라 각 단계별로 감지, 경보하여 상황에 따라 적절하게 대처하는 것이 가능하여 화재로 인한 시설물의 손상을 막을 수 있다.

또한, 시설물의 정상 및 과열 상태를 시간, 일, 월, 년별로 수집하여 저장함으로써, 시설물 별로 이상 여부와 노후 상태를 주기적으로 검색하고 체크하는 것이 가능하여 적절한 시기에 시설물의 보수 및 교체할 수 있어 화재로 인한 피해를 미연에 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 시설물에 접촉되어 시설물에서 발생되는 열을 감지하는 선형 열감지케이블;

   상기 열감지케이블의 열 감지에 따라 발생된 기전력을 전류 신호로 변환하는 전압/전류변환부;

   상기 전압/전류변환부로부터 출력된 전류 신호를 제공받아 그에 해당하는 디지털 신호로 변환하고, 입력 전류데이터를 메모리에 미리 설정된 전류 대비 온도데이터와 상호 비교하여 시설물의 현재 온도상태를 판단한 후 전류를 온도데이터로 변환하는 처리제어부;

   상기 처리제어부로부터 출력되는 열감지케이블의 고유번호와 열원의 현재 온도와 과열상태 및 화재발생 정도에 해당하는 데이터를 증폭 및 변조하여 유선 또는 무선으로 전송하는 변복조전송수단; 및

   상기 변복조전송수단과 유선 또는 무선망으로 연결되어 변복조전송수단에서 전송된 열감지 데이터를 수집하고 수집한 온도데이터를 분석하여 시설물의 과열 또는 화재발생 상태에 따라 단계별로 경보하거나 표시하는 제어컴퓨터로 이루어진 원격 열 감시 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열감지케이블은,

   입력전압이 없으며, 열전대 특성을 이용한 케이블인 것을 특징으로 하는 원격 열 감시 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어컴퓨터는,

   수집한 온도데이터가 긴급한 정보일 경우 관리자에게 무선으로 호출하기 위한 무선호출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 열 감시 시스템.
4. 시설물이 일정 온도 이상으로 과열되면, 열감지케이블에서 수 내지 수십 ㎷의 기전력이 발생되어 시설물의 과열상태와 화재발생 여부를 감지하는 제 1 단계;

   상기 제 1 단계에서 감지한 전압을 수 내지 수십 ㎃의 전류로 변환함과 동시에 감지 위치를 인식하여 출력하는 제 2 단계;

   상기 전류를 디지털 신호로 변환한 후 미리 설정된 전류 대비 온도데이터와 비교하여 온도 데이터로 변환하는 제 3 단계;

   상기 제 3 단계를 수행한 후 미리 설정된 호접속 번호에 따라 제어컴퓨터와 호접속하는 제 4 단계;

   상기 호접속한 후 검출한 열감지 온도 및 위치데이터를 변조, 증폭하여 유선 또는 무선망을 통해 상기 제어컴퓨터로 전송하는 제 5 단계;

   상기 제 5 단계에서 전송된 각종 데이터를 수집하여 미리 설정된 온도 대비 경보 데이터와 비교하여 시설물의 경보상태를 정도별로 분석하는 제 6 단계;

   상기 분석에 따라 보통경보, 긴급경보 및 화재경보 상태를 결정한 후 그에 상응하는 각기 다른 경보신호를 시/청각적으로 경보하는 제 7 단계; 및

   상기 경보 분석에 따라 시설물이 과열 또는 화재발생시에는 무선통신을 이용하여 관리자에게 호출하는 제 8 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 원격 열 감시 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 단계에서,

   감지 신호가 없거나 기전력의 변화가 설정한 일정 시간동안 없을 경우에는 제어컴퓨터에서는 열감지케이블의 파손으로 판단하여 파손 케이블의 위치를 표시함과 동시에 자기진단 경보를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 열 감시 방법.