KR101418468B1 - 인라인 연기 감쇠기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 형태는 입자 감지기(38)의 앞의 공기유동 경로에 장치(10)를 구비하는데, 상기 장치(10)는 시간이 흐름에 따라 공기유동으로부터, 모든 크기의 공기로 운반되는(airborne) 입자의 실질적으로 일정한 비율을 제거한다. 본 발명의 바람직한 형태에서 상기 장치는 유체 유동을 복수 개의 서브유동으로 분할하기 위해 구비되는 유동 분할 장치(18)를 포함하는데, 상기 분할 장치(10)는 유체의 일 부분을 각각의 서브유동으로 안내하기 위해 구비되는 실질적으로 동일한 크기의 복수 개의 유동 구멍(flow aperture)을 결정하기 위한 수단(22,23)을 포함한다.
입자 감지기, 유동 분할, 유동 구멍

Description

인라인 연기 감쇠기{In-Line Smoke Attenuator}
본 발명은 입자 감지를 위한 개선된 방법 및 장치에 대한 것이다. 바람직한 형태로서, 본 발명은 공기 샘플을 입자 감지기에 넣기 전에 공기 샘플을 필터링하는 방법 및 장치에 대한 것이다.
본 발명을 연기 감지에 적용되는 것으로 설명하는 것이 편리할 것이지만, 이러한 예시적 용도에 한정하는 것으로 해석하여서는 아니된다.
입자 감지기(particle detector)는 종종 아직 일어나지 않은 또는 초기의 화재로부터 퍼져 나오는 연기의 존재를 경보(警報)하는 데에 사용된다. 흩어지는 빛 형태에 대한 입자 감지기는, 모니터링되는 영역으로부터 취해진 공기 샘플을 빛에 노출하고 공기 중 입자로부터 흩어지는 빛을 감지함으로써, 작동한다. 예를 들어 공장이나 사무실에서 취해진 공기는 대개 어느 정도의 입자들을 포함하고 있는데, 감지기가 배경 입자 수준보다 높아서 연기임을 나타낸다고 판단되는 어떤 수준에서 경보하도록 설정될 수 있다.
흩어지는 타입의 연기 감지기가 작동하는 환경은 다양한데, 예를 들어 사무실, 공장, 제조 플랜트, 발전소 및 청정 룸(clean room)을 포함한다. 상기 환경들은 각각 다른 수준의 배경 입자 물질을 가진다.
이와 같은 연기 감지 장치는 어떤 환경에서 존재할 수 있는 공기 내에서 상대적으로 높은 수준의 배경 오염에 지속적으로 노출되었을 때, 문제점에 봉착할 수 있다. 근래 몇 년간의 대규모 예는, 갈탄(brown coal)의 연소에 많이 의존하는 아시아의 여러 지역들에 자주 존재하는 높은 수준의 연기 오염이다.
배경 연기 오염은 감지기 구성요소의 오염을 일으켜서, 예를 들어 공기 경로의 막힘 또는 감지 챔버 자체의 광학 특성 변화에 기인하는 조기 고장을 초래할 수 있다.
이러한 문제점을 극복하려는 시도로서, 공기유동(airflow) 내에 놓여지는 먼지 필터를 도입하였다. 먼지 필터는 감지되는 연기와 관계없는 입자를 걸러 내기 위해 사용되었다. 연기 입자는 사용되는 연료와 연소 조건에 따라 다양한 크기로 생성되는데, 필터의 종류는 예상되는 먼지 입자의 종류 및 감지될 연기의 종류에 따라 선택된다.
그러나, 종래의 먼지 필터는 막히면, 공기로부터 더 많은 입자를 제거하기 시작하고 결국에는 연기 입자(또는 대상이 되는 다른 작은 입자)를 걸러내기 시작한다. 이것은, 더 많은 입자들이 필터를 막아서 필터의 유효 기공의 크기가 감소하기 때문이다. 이것은, 유량이 감지할 수 있을 정도로 변하기 전에 상기 필터가 연기 입자들을 원치 않게 제거하기 시작하기 때문에, 문제점이 될 수 있다. 그 결과, 필터는 연기를 알려지지 않은 비율로 제거하게 되나, 이것은 유량계(flow-meter)를 사용하여 감지할 수 없다.
몇몇 조건에서, 예를 들어 샘플 유동(sample flow)을 청정 공기로 희석함으 로써, 연기 감지기로 도입되기 전에 공기 샘플을 조절하기 위한 시도가 이루어져 왔다. 이러한 희석의 목적은, 입자 분포는 그대로이면서 입자 집중도는 원래의 샘플 유동보다 더 낮은, 샘플 유동에 도달하는 것이다.
희석(dilution)은 감지기에 도달하는 입자 물질의 집중도를 효과적으로 감소시키기 위하여 사용될 수 있지만, 희석용 공기의 유동을 감지기에 들어오는 유동으로 도입함으로써 모니터링되는 영역으로부터 취해진 샘플 공기의 양이 감소하게 된다는 점에서, 모니터링되는 공간으로부터 공기를 취하기 위해 파이프 네트워크를 사용하는 공기 샘플링 연기 감지기에 대해서 문제점들을 야기한다. 이것은 모니터링되는 영역으로부터 연기 감지기로 이동하는 샘플 공기에 대해 걸리는 시간의 증가를 야기하여, 결국 감지 시간을 증가시키게 된다.
미국 특허 제5,332,512호에 나타난 희석 필터는 샘플 유동을 두 개의 서브유동(sub-flow)으로 분할하고, 상기 유동들 중 하나를 필터링하여 그로부터 모든 입자들을 제거한다. 그리고 나서, 필터링된 샘플 유동과 필터링되지 않은 샘플 유동은 다시 합쳐진다.
본 발명의 발명자는, 이러한 장치가 상기로부터 알 수 있듯이 흡입기(aspirator) 전력(power)의 실질적 증가를 필요로 하지 않으면서 수송 시간의 증가를 일으킬 수 있으나, 이러한 장치의 희석비가 시간에 따라 변화함으로써 신뢰할 만한 입자 측정을 어렵게 만들 수 있다는 점을 주장하였다. 더 중요한 것은, 발명자들이 필터링되지 않은 공기가 통과하는 모세관(capillary)이 막히면 희석비(dilution ratio)가 증가한다는 것을 밝혀냈다는 점이다. 이것은 결국, 원치 않 는 어떠한 입자도 필터 장치를 통해 통과하지 않게 되는 결과를 가져오게 된다.
제1 태양에서는, 입자 감지기에 앞선 공기유동 경로 내에 장치가 제공되는데, 상기 장치는 실질적으로 일정한 비율을 가지는 모든 크기의, 공기로 운반되는(airborne) 입자들을 시간에 따른 공기유동으로부터 제거한다.
본 장치는 공기유동을 적어도 제1 서브유동 및 제2 서브유동으로 분할하기 위한 유동 분할 장치(flow splitting arrangement)와, 제1 서브유동을 필터링하기 위한 필터링 장치(filtering arrangement)를 더 포함할 수 있다.
어떤 실시예에서는, 필터 장치가 실질적으로 모든 입자 물질을 제1 서브유동으로부터 제거하는 것이 바람직하다.
필터링 장치는 HEPA 필터 및/또는 정전기(靜電氣) 필터링 수단을 포함할 수 있다.
유동 분할 장치는, 공기유동을 서브유동들로 분할하기 위하여 공기유동이 통과하는 복수 개의 구멍(aperture)을 포함하는 것이 바람직하다.
유동 분할 장치에 형성된 복수 개의 구멍은 서로 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
어떤 실시예에서는, 각 서브유동으로 분할되는 공기유동의 상대비가, 공기유동을 각각의 서브유동으로 안내하도록 구비된 유동 분할 장치에 형성된 구멍들의 비(比)에 대응하도록 되어 있다.
유동 분할 장치는 필터링 장치에 의해 생기는 유동 임피던스(flow impedance)보다 실질적으로 더 큰, 서브유동의 통로로의 임피던스를 가지는 것이 바람직하다. 어떤 실시예에서는, 필터링 장치가 막혀서 입자 감지기에 의해 감지되는 입자를 받아들일 수 없는 정도까지 제거하게 되는 경우에, 유동 분할 장치의 유동 임피던스는 필터링 장치에 의해 생기는 유동 임피던스보다 실질적으로 더 크게 된다.
어떤 실시예에서, 본 장치는, 본 장치로의 유입구(inlet), 본 장치로부터의 유출구(outlet), 및 하나 또는 그 이상의 서브유동이 통과하는 유동 경로(flow path) 중 어느 것의 유량을 결정하기 위한 적어도 하나의 유량계를 더 포함한다.
본 장치는 복수 개의 유량계를 포함할 수 있다.
제2 태양에서, 본 발명은 공기 샘플을 입자 감지 수단에 도입하기 전에 필터링하는 방법을 제공하는데, 본 방법은 공기 샘플을 적어도 두 개의 샘플 유동으로 분할하는 단계; 하나 또는 그 이상의 샘플 유동을 필터링하는 단계; 하나 또는 그 이상의 샘플 유동을 필터링함으로써 생기는 유동 제한보다 더 큰 양으로 샘플 유동의 흐름을 제한하는 단계; 및 입자 감지 수단으로 도입하기 전에 적어도 몇 개의 샘플 유동을 다시 합치는 단계를 포함한다.
다른 샘플 유동에 다시 합쳐지기 전에, 적어도 하나의 샘플 유동은 필터링되지 않는 것이 바람직하다.
상기 하나 또는 그 이상의 필터링된 샘플 유동을 제한하는 단계는, 샘플 유동을 필터링하기 전 또는 후에 수행될 수 있다.
본 방법은 필터링된 공기의 유동, 필터링되지 않은 공기의 유동, 샘플 유동, 샘플 유동으로 분할되기 전의 공기 유동 및 전체 유동에 견주어 샘플 유동을 합친 후의 공기 유동 중 어느 하나 또는 그 이상을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제3 태양에서는, 필터와 흡입기를 가지는 제1 유동 경로, 흡입기를 가지는 제2 유동 경로 및 컨트롤러를 포함하는 연기 감지기에 대한 장치가 제공되는데, 상기 흡입기들은 필터링되지 않는 공기에 대한 필터링되는 공기의 미리 결정된 비(比)를 제공하기 위하여 제1 및 제2 유동경로에서의 유동을 조절한다.
다른 태양에서는, 제1 유동 경로, 제2 유동 경로, 제1 유동 경로에서의 유체 유동을 필터링하는 필터 장치 및 유체 유동을 제1 유동 경로 또는 제2 유동 경로로 분할하기 위한 유동 분할 장치를 포함하는, 유체 유동을 조절하기 위한 장치가 제공되는데, 이 때 유동 분할 장치에 의해 생기는 유체 유동에 대한 임피던스는 필터에 의해 유체 유동에 생기는 임피던스보다 더 크다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 유체 유입구 및 유체 유출구를 포함하는 챔버(chamber), 유체 유입구와 유체 유출구 사이에 뻗어 있는 필터링되지 않는 유체의 유동 경로, 유체 유입구와 유체 유출구 사이에 뻗어 있는 필터링되는 유체의 유동 경로, 필터링되는 유체의 유동 경로를 통하여 흐르는 유체를 필터링하기 위한 필터링 수단 및 유체 유동을 필터링되는 유체의 유동 경로 또는 필터링되지 않는 유체의 유동 경로로 분할하기 위한 유동 분할 장치를 포함하는 유체 유동 조절 장치를 제공하는데, 이 때 유동 분할 장치에 의해 생기는 유체 유동에 대한 임피던스는 필터링 수단에 의해 생기는 유체 유동에 대한 임피던스보다 더 크다.
유동 분할 장치는, 필터링되는 유체의 유동 경로로 안내하는 적어도 하나의 제1 구멍과, 필터링되지 않는 유체의 유동 경로로 안내하는 적어도 하나의 제2 구멍을 포함할 수 있는데, 각각의 제1 및 제2 구멍에 의해 생기는 유동 임피던스는 실질적으로 동일하다. 필터링되는 유체의 유동 경로와 필터링되지 않는 유체의 유동 경로로 각각 나누어지는 유체 유동의 비율은, 제1 및 제2 구멍들의 상대 갯수에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
또 하나의 태양에서, 본 발명은 유체 유동을 복수 개의 서브유동으로 분할하도록 구비된 유동 분할 장치를 제공하는데, 상기 분할 장치는 유체의 일 부분을 각각의 서브유동으로 안내하기 위해 구비된 복수 개의 실질적으로 동일한 치수인 유동 구멍들을 정의하는 수단을 포함한다. 각각의 서브 유동으로 분할되는 유체 유동의 상대비는, 공기의 일 부분을 각각의 서브 유동으로 안내하기 위해 구비된 동일한 치수의 유동 구멍들의 상대비에 의해 결정된다.
복수 개의 실질적으로 동일한 치수의 유동 구멍들을 정의하기 위한 유동 수단은, 그 안에 형성된 복수 개의 실질적으로 동일한 구멍을 가지는 몸체(body)인 것이 바람직하다.
몸체는 상기 유동 구멍을 정의하기 위해 관통하여 뻗어 있는 동일한 직경의 복수 개의 구멍(hole)을 가지는 플레이트-유사(plate-like) 부재일 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 공기 샘플 내의 입자를 감지하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 다음의 것을 포함한다.
(a) 공기 샘플을 획득하는 단계;
(b) 공기 샘플에서 입자 집중도를 감소시키는 단계;
(c) 감소된 입자 집중도를 가지는 공기 샘플에서 일정 수준의 입자를 감지하는 단계;
(d) 단계 (b)에서 이루어진 공기 샘플에서의 입자 집중도 감소에 대응하여, 감지된 수준의 입자들에 수정을 가하는 단계;
단계 (b)는 공기 샘플을 서브유동으로 분할하는 단계;와 서브유동의 전부보다 더 적게 필터링하는 단계; 및 감소된 입자 집중도를 가지는 공기 샘플을 생성하기 위하여 적어도 하나의 필터링되는 서브유동과 적어도 하나의 필터링되지 않는 서브유동을 다시 합치는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 필터와 흡입기를 가지는 제1 유동경로, 흡입기를 가지는 제2 유동경로 및 컨트롤러를 포함하는 연기 감지기를 위한 장치를 제공하는데, 상기 흡입기들은 필터링되지 않은 공기에 대한 필터의 미리 결정된 비를 제공하기 위하여 제1 및 제2 유동 경로에서의 유동을 조절한다.
본 발명의 상기 태양의 실시예들은, 필터링되는 유동 경로의 임피던스가 변화할 때, 필터링되지 않는 공기에 대한 필터링되는 공기의 비가 조절되거나 일정하게 유지될 수 있다는 이점을 가진다.
이러한 장치에 대한 구성의 도시예가, 다음과 같이 첨부된 도면을 참조하여, 단지 비-제한적인 예시로써 설명될 것이다.
도 1은 연기 감쇠기의 일 실시예의 개략적인 단면도이고,
도 2는 도 1의 연기 감쇠기의 천공판(perforated plate)의 개략적인 평면도이며,
도 3은 도 1의 연기 감쇠기의 필터의 개략적인 단면도이고,
도 4는 도 3의 필터의 사시도이며,
도 5는 도 1의 연기 감쇠기를 포함하는 연기 감지 시스템의 제1 실시예의 개략도이고,
도 6은 도 1의 연기 감지기를 포함하는 연기 감지 시스템의 제2 실시예의 개략도이다.
도 1에서, 유입구(12), 유출구(14) 및 하우징(16)을 가지며, 이하에서는 "연기 감쇠기(smoke attenuator)"라 칭해지는 필터링 장치(10)가 도시되어 있다. 하우징(16) 내부에는 유동 분리기(flow separator,18, 도 2)와 필터(20, 도 1 내지 도 3)가 있다. 본 실시예에서, 유동 분리기(18)는 다수의 구멍(22,23)가 형성된 플레이트(plate,21)이다. 이 구멍들은 도 2에서 더 상세히 도시되어 있다. 이 실시예 에서, 유동 분리기는 유입구로 들어오는 공기의 단일한 유동을, 필터링된 서브유동(구멍(22)을 관통하는 공기)과 필터링되지 않은 서브유동(구멍(23)을 관통하는 공기)으로 분리한다. 필터링된 서브유동과 필터링되지 않은 서브유동은 필터 유출구(14)로 나오기 전에 필터 후방의 영역에서 다시 합쳐진다. 유동 분배기(flow distributor,15)가 유입구(12) 근방에 위치하여, 하우징 내부에서 유동을 균일하게 분배하는 데에 도움을 줄 수 있다. 예를 들어 와이어 메시(wire mesh)로 형성된 곤충 스크린(insect screen,17)이 하우징 내부에 위치하여, 곤충이나 매우 큰 입자 물질이 필터(20)를 오염시키는 것 또는 필터링되지 않는 유동 경로를 거쳐 입자 감지기와 같은 다음의 구성요소들로 통과되는 것을 방지할 수 있다.
다른 실시예에서, 입자 감지 수단으로 들어오기 전에 다시 합쳐지기만 한다면, 서브유동(sub-flow)들은 분리된 채로 있을 수 있다.
본 실시예에서, 연기 감쇠기는, '10'의 팩터(factor)로써, 연기 집중을 감소시키기 위해 고안된 것이다. 이러한 결과를 얻기 위하여, 공기유동의 1/10은 필터를 우회하는 유동 경로로 서브유동을 도입하는 구멍을 통하여 안내됨으로써 서브유동으로 분리되고, 공기유동의 9/10는 하우징을 빠져 나오기 전에 필터를 관통하는 공기유동을 필요로 하는 구멍을 통해 안내된다. 도 1 내지 도 4에 도시된 특정한 실시예에서, 필터는 HEPA 필터와 같은 고-효율 저-임피던스 필터이다. 또 다른 실시예에서, 필터는 정전기 필터일 수도 있다.
이론적인 공기유동이 도 1에, 예시적인 목적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 플레이트(21) 외측 링(outer ring)의 9개의 구멍을 관통하는 서브유동은, 연 기이든 먼지이든 실질적으로 모든 입자 물질을 제거하는 필터(20)를 관통한다. 플레이트의 중심에 있는 단일한 구멍(23)을 관통하는 서브유동은 필터를 관통하지 않고, 따라서 공기유동에 동반된 샘플로부터 실질적으로 모든 입자를 유지하게 된다.
이 경우, 필터는 구멍들(22,23)에 의해 생기는 유동 저항과 비교할 때 낮은 임피던스를 갖게 된다. 필터가 막히면, 결국에는 공기로의 유동저항을 증가시키고 필터를 통하는 공기유동을 감소시킴으로써, 필터링되지 않고 감쇠기(10)를 관통하는 공기의 비율을 증가시킨다.
감쇠기의 임피던스가 구멍들에 의해 생기는 유동 제한에 의해 지배된다면, 필터링되지 않는 공기에 대한 필터링되는 공기의 비율이 더 느리게 변화하도록 만들어질 수 있고, 이는 효과적으로 필터의 수명을 증가시키게 된다. 구멍들에 의해 생기는 제한이 필터에 의해 생기는 제한보다 훨씬 더 크다면, 필터의 유효 수명에 대하여 희석 정량(dilution ration)이 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 유동 분할기(flow splitter,18)의 복수 개의 구멍(22,23)은 모두 동일한 크기이다. 따라서, 모든 구멍들은 거의 동일한 비율로 막히는 경향이 있는데, 이는 시간이 흘러 오염물의 축적에 의해 구멍들이 제한되더라도, 필터링되지 않는 서브유동과 필터링되는 서브유동 간의 유동 밸런스(balance)가 실질적으로 일정하게 유지된다는 것을 의미한다.
일단 필터(20)가 상당 정도 막히면, 필터링된 공기유동의 전체 또는 특정부분의 유동 변화를 측정하여, 필터를 교환하는 것이 필요한지 여부를 확인하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 태양은, 필터를 우회하는 공기와 비교하여 필터를 관통하여 흐르는 공기의 비율 변화를 초래하는 정도까지 필터가 막히면, 감지기에 도달하는 유효 연기 수준(effective smoke level)이 증가한다는 것인데, 이는 필터가 본 발명 시스템에 너무 오래 사용되면 감지되는 연기의 증가를 가져오고 따라서 안전성의 결핍을 초래할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 감지 연기의 증가는 시스템이 막힘에 따라 점진적으로 이루어지는 것이어서, 필터의 수명을 결정하기 위하여 연장된 기간에 걸쳐 연기 수준을 체크하는 소프트웨어에 의해 확인될 수가 있다.
필터 수명을 확인하는 또 하나의 방법은 필터링된 공기의 유동을 측정하고, 그것을 필터를 우회하는 공기의 유동과 비교하는 것이다. 이 비(比)는, 연기 감지 시스템이 샘플에서의 실제 연기 수준을 확인하기 위하여 수정 팩터(correction factor)를 적용할 수 있도록 하는 연기 희석 팩터(smoke dilution factor)를 제공한다. 필터를 관통하는 유량에 영향을 미치는, 시간이 지남에 따라 필터가 막히면, 공기 유량계는 감지 챔버의 출력물에 적용되는 새로운 수정 팩터를 결정한다. 어떤 실시예에서는, 필터를 관통하는 공기유동이 언제 미리 결정된 수준에까지 감소하는지를 확인함으로써, 필터 수명을 측정하는 것이 가능할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예의 특징은 유동 분할기(18)의 모든 구멍들이 동일한 크기라는 점이다. 이 구성의 하나의 이점은, 구멍들을 관통하는 공기 유동이 물질로 하여금 구멍 둘레에 정착하도록 한다는 점이다.
이것은 결국, 시간이 지남에 따라 공기유동을 현저히 감소시킬 것이다. 흡입된 연기의 감지기는, 연기 수준이 신속하게 확인될 수 있도록, 예를 들어 미리 설정된 수준 이상의 연기 수준을 함유하고 있는 샘플 공기가 공기가 샘플링된 후 1분 이내에 경보를 울릴 수 있도록, 샘플 공기를 감지기로 충분한 양만큼 통과시켜야 한다는 조건을 가지고 있다. 구멍들이 더 작아짐에 따라, 주어진 흡입기에 대한 공기유동이 감소하고, 결국에는 시간 지연이 사양(specification)의 한도를 초과하게 된다. 흡입기(aspirator)는, 연기 감지기 시스템 내의 패키지 제한 및 전력 제한 때문에, 크기와 전력 면에서 다소 제한된다. 이러한 이유 때문에, 통상 흡입기는 유동이 미리 결정된 수준 이상인지 여부를 확인하는 유동 센서를 구비한다.
본 실시예에서, 구멍들은 직경이 3.5mm인데, 이것은 연기 감쇠기를 관통하는 충분한 공기유동을 제공하고, 또한 필터에 의해 생기는 임피던스에 대하여 충분한 임피던스를 제공한다.
본 실시예는 필터링되지 않는 공기에 대한 1개의 구멍(23)과, 필터링되는 공기에 대한 9개의 구멍(22)을 가지는 유동 분할기(18)를 나타내는데, 필터링되는 서브유동과 필터링되지 않는 서브유동에 대한 구멍들의 비율(ratio)이 알려져 있는, 필터링되는 공기 및 필터링되지 않는 공기의 유동에 대한 어떤 숫자의 구멍이라도 구비될 수 있다. 이 비율은, 감지기에 들어오는 공기 샘플에 적용되는 희석 팩터를 확인할 수 있도록, 감지기에 제공되어야 한다. 예를 들어, 희석 팩터가 10이라면(도 1에서의 예처럼), 그리하여 감지기가 연기 수준이 언제 미터(meter)당 1%의 차폐(obscuration)를 초과하게 되는지를 경보할 수 있다면, 감지기는 연기 감쇠기로부터의 공기 유출구가 언제 미터 당 0.1%를 초과하게 되는지를 경보할 필요가 있을 것이다. (주)비젼 파이어 앤 시큐리티 피티와이(Vision fire & Security Pty Ltd) 에 의해 제조되고 판매되는 베스다 레이저플러스(Vesda LaserPLUS)와 같은 흡입된 연기에 대한 감지기는, 0.1 % 및 더 낮은 차폐를 쉽게 감지할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 미터 당 1%의 일정한 차폐를 일으킬 수 있는 공기를 샘플링하는 흡입 연기 감지기의 수명은, 감지기 유동 경로의 막힘, 점점 증가하는 수준의 배경광(光) 등을 야기하는 샘플링 챔버의 오염과 같은 실패 모드(failure mode)로 인하여, 미터 당 0.1%의 차폐를 일으킬 수 있는 공기를 샘플링하는 흡입 감지기의 수명보다 상당히 더 낮을 수 있다.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 사용될 수 있는 필터 요소의 일 예를 나타낸다. 이러한 필터 요소들은 부피 당 넓은 표면 영역을 가져서, 공기가 낮은 임피던스로써 흐를 수 있도록 한다. 필터들은, 필터를 관통하는 기공(pore)보다 큰 입자들을 막는 구멍 크기이며, 주어진 크기 이상의 모든 입자들을 제거하기 위해 선택된 기공 크기를 가지거나, 또는 모든 입자 물질들을 효과적으로 막도록 구성될 수 있다. 발포 필터(foam filter)와 같은 몇몇 필터에서는, 입자가 필터 소재를 관통하기 위해서는 의미있는 경로를 따라 이동해야 하기 때문에, 유효 기공 크기가 측정가능한 기공 크기보다 작을 수도 있다.
본 실시예에서, 필터 소재는 감지기에 의해 측정될 수 있는 실질적으로 모든 입자들을 제거한다. 실제로, 완벽한 필터와 같은 장치는 없으며, 필터에 주어진 물리적 제한 하에서, 단지 공기로부터 입자들을 제거하거나 어떤 크기 이하의 입자만을 선택적으로 통과시키는 것이 필요하다.
다른 실시예에서, 유동 분할 장치가 필터 뒤에 위치할 수 있다는 것이 이해 되어야 할 것이다. 이 경우, 필터링에 앞서 유동을 분할하기보다는, 필터를 관통하는 유동을 그리고 필터링되지 않은 유동의 경로를 제한함으로써, 흘러나오는 공기의 양을 제한하는 것에 의해 유동 분할 장치가 작동할 수 있다.
여기에서 설명되는 유동 분할 장치의 실시예들은, 유체의 유동을 복수 개의 서브유동으로 분할하려는 다른 응용예들에서도 사용될 수 있다. 어떤 실시예들은 복수 개의 서브유동 사이의 밸런스를 유지하는 것이 바람직한 다른 응용예들에서 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연기 감쇠기(10)를 포함하는 두 개의 예시적인 연기 감지 시스템이, 도 5와 도 6에 나타나 있다. 도 5와 도 6에서의 연기 감지 시스템 각각은, 모니터링되는 영역(31)에서 취해진 공기 샘플에서 연기를 감지하도록 구성된 연기 감지기(38)를 포함한다.
도 5에서, 영역(31)에서 취해진 공기가 흡입기(32)에 의해 파이프망(pipe network,30)을 거쳐 감지기(31)로 흡입된다. 영역(31)에서 취해진 모든 공기는, 본 발명 일 실시예에 따라 만들어진 연기 감쇠기(10)를 관통한다. 감쇠기(10)는 샘플 유동에서 연기 수준을, 예를 들어 원래 값의 10분의 1로 감소시킨다. 연기 감쇠기(10)를 나오면, 조절된 샘플 유동의 일 부분이 메인 파이프(main pipe,33)를 관통하여 흡입기(32)로 흘렀다가 대기로 버려진다. 공기 샘플의 제2 부분이 샘플 파이프(34)를 따라, 제2 흡입기(35)에 의해, 레이저플러스(LaserPLUS) 챔버와 같은 감지 챔버(38)를 관통하여 흡입된다.
도 6은, 감지 챔버(38)로 들어오는 샘플 유동의 부분이, 남아 있는 필터링되지 않은 것의 분석을 수행하지 않고, 대기로 배출되는 공기의 부분과 함께 감쇠 기(10)를 관통한다는 것을 제외하고는, 도 5와 유사하다.
또한, 연기 감쇠기(10)는, (주)비젼 파이어 앤 시큐리티 피티와이에 의해 제조되는 베스다(VESDA) 공기 샘플링 연기 감지기와 같은, 감지 챔버를 가로질러 단일의 흡입기와 같이 작동하는 공지의 연기 감지기와 함께 사용될 수 있다. 연기 감쇠기가 메인 파이프를 관통하여 공기의 전체 유동 속에 놓여지는지 여부 또는 단지 연기 감쇠가 샘플 파이프 내 공기를 필터링하는지 여부는, 감지의 관점에서는 중요하지 않다. 또한 연기 감쇠기는, 메인 파이프를 관통하여 흡입된 공기 모두가 감지 챔버를 관통하는 전체 유동 시스템에서, 사용될 수 있다.
또 하나의 실시예(미도시)에서, 유동 경로를 통한 유동을 돕고 일으키기 위하여 각각의 유동 경로에 흡입기가 위치한다. 하나의 흡입기가 필터링되는 유동의 경로에 위치할 수 있고, 또 하나의 흡입기는 필터링되지 않는 유동의 경로에 위치할 수 있다. 또한, 컨트롤러(controller)가 각각의 유동 경로에서의 유동 비(flow ratio)를 결정함으로써, 필터링되지 않는 공기에 대한 필터링되는 공기의 비(比)를 확인할 수 있도록, 유동 센서가 각각의 유동 경로에 위치할 수 있다. 이 구성은, 원하는 결과를 얻기 위하여, 유동 경로를 관통하는 유량을 모니터링하고 조절할 수 있게 한다. 하나의 원하는 결과는, 필터링되지 않는 공기에 대한 필터링되는 공기의 비율을 일정한 수준으로 유지하는 것이 될 수 있다.
유동 경로에서 샘플링되는 공기는, 샘플링 파이프를 관통하는 전체 유동 또는 샘플링 파이프를 관통하는 공기의 서브-샘플(sub-sample)일 수 있다. 대개 서브-샘플은, 메인 흡입기가 샘플링 파이프를 관통하여 공기를 흡입하는 곳에서 사용될 수 있는데, 그것은 적절한 공기 통과 시간을 이루도록 조절될 수 있다. 흡입되는 연기의 감지기는, 샘플링 지점으로 흡입되는 연기의 어떤 경과시간 내에 경보할 것이 요구된다. 따라서 시간 한계 내에서 연기를 감지하는 데에 필요한 수송 시간을 획득하기 위하여, 샘플링 파이프를 관통하는 유량을 충분히 유지하는 것이 필요하다. 가변 속도 흡입기가 연기 감쇠기의 유동 경로에서 사용된다면, 서브-샘플 구성을 사용하는 것이 필요할 것이다.
상기 실시예에서, 감지기에서 특정한 연기 수준을 얻기 위하여, 각각의 유동 경로에서의 유량을 변하게 하는 컨트롤러를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 배경 입자 수준이 미터 당 1% 차폐이고, 감지기가 0.1%보다 낮은 수준의 연기를 정확히 측정할 수 있다면, 감지기 내의 연기 수준을 미리 결정된 수준으로 낮추기 위하여, 공기 내 연기 수준을 감지함으로써 각각의 유동 경로를 관통하는 유량을 변화시키는 것이 가능하다. 이것은 감지기 유동 경로에서 연기의 수준이 낮추어짐으로 인해 감지기의 수명이 연장되고, 이로써 감지 챔버, 구멍 등의 오염을 감소시킬 수 있다는 이점을 가진다. 스레스홀드(threshold) 연기 수준이 위반되었는지를 결정하기 위하여, 감지기는 감지 챔버 내의 연기 수준과 각각의 유동 경로에서의 유량을 모니터링한 후, 샘플링 파이프 내 연기의 실제 수준을 결정할 수 있다.
여기에서 설명되는 타입의 연기 감쇠기의 이점의 일 예로서, 유입되는 유동의 80%가 (HEPA 필터로서도 알려져 있는) "전체 필터(Total Filter)"를 관통하여 통과하는 반면, 20%는 필터링되지 않은 상태로 있다면, 연기의 집중도는 원래의 10분의 1로 떨어질 것이다. 결국, 감지 챔버 또는 감지기 자체의 기대 수명은, 챔버 내 막힘 또는 배경 노이즈의 수준이 실패 모드(failure mode)라면, 어떠한 필터도 가지지 않은 감지기에 비해 5배 증가될 것이다. 물론, 적용되는 화재 경보 스레스홀드는 '일반적인' 설정의 5분의 1로 조절되어야 하지만, 스레스홀드는 보통 감지기 감도(sensitivity)의 상한에 있기 때문에, 이것이 오염된 환경에서 문제가 되지는 않는다. 이와 같이, 여기에서 설명한 연기 감쇠기는 여러 환경에서 유용하지만, 특히 배경 연기 또는 먼지의 수준이 높은 환경에서, 그리고 민감한 감지기와 함께 사용되는 경우에 유용하다.
상기로부터 알 수 있듯이, 바람직한 실시예의 필터 장치는 공기유동을 다수의 서브유동으로 분할하는 것에 의해 작동한다. 여기에 도시된 실시예에서는, 공기유동이 두 개의 서브유동으로 분할되나, 더 많은 서브유동으로 분할될 수도 있다. 하나 또는 그 이상의 샘플 유동이 필터링되고, 조절된 유동을 형성하기 위하여 다시 합쳐진다. 각 서브유동에 들어오는 공기유동의 상대비를 제어하기 위하여, 각 서브유동의 유량(바람직하게는 상대 유량)이 제어된다. 이것은 통상 필터링 전 또는 후에, 각 서브유동의 통로를 제한하는 것에 의해 수행된다. 그 결과 조절된 유동이 다음의 단계에서, 예를 들어 분석을 위해 입자 감지기에 제공될 때 사용될 수 있다.
여기에서 본 방법을 실행하기 위한 예시적인 장치가 하우징 내 별도의 필터 장치로서 설명되었으나, 본 발명이 이 형태에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니된다. 유체 유동을 분리하기 위하여, 다시 합쳐지기 전에 모든 파이프가 아니라 일부 파이프의 내용물이 필터링되는, 네트워크 또는 파이프 또는 덕트(duct)를 사용 함으로써, 대안적인 일 실시예가 실행될 수도 있다. 이 경우, 유동의 분할 지점 및 유동의 재합류 지점을 포함하는, 경로들 사이의 어떤 지점에서의 각 파이프 또는 덕트 내 유동을 제어함으로써, 경로들 간의 유동 밸런스가 성취된다.
본 명세서에서 종래 기술을 참조한 것이, 종래 기술이 오스트레일리아에서 통상의 지식의 일부를 구성한다는 것을 인정한 것이라든가 어떠한 형태로도 암시한 것으로 받아들여져서는 아니된다.
본 명세서 전체에 걸쳐서, 별도의 설명이 없는 한, "이루어지는"이라는 기재는, 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 기재된 구성요소를 포함한다는 의미임이 이해되어야 할 것이다.
본 명세서의 내용에 포함되어 있음.

Claims (25)

  1. 공기유동을 적어도 제1 서브유동과 제2 서브유동으로 분할하기 위한 유동 분할기(flow splitter); 및
    제1 서브유동을 필터링하기 위한 필터링 장치(filtering apparatus)를 포함하고,
    유동 분할기는 필터링 장치에 의해 생기는 유동 임피던스보다 더 큰 서브 유동들의 통로로의 임피던스를 가지는, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터링 장치는 상기 제1 서브유동으로부터 모든 입자 물질을 제거하는, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터링 장치는 HEPA 필터를 포함하는, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유동 분할기는 서브유동들로 분할하기 위하여 공기유동이 관통하는 복수 개의 구멍(aperture)을 포함하는, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유동 분할기에 형성된 상기 복수 개의 구멍은 모두 동일한 크기인, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    각각의 서브유동으로 분할된 공기유동의 비는 공기유동을 각각의 서브유동으로 안내하도록 구성된 상기 유동 분할기에 형성된 구멍들의 개수의 비(比)에 대응하는, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치를 향한 유입구 내의 공기유동 경로;
    입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치로부터의 유출구 내의 공기유동 경로; 및
    상기 서브유동들 중 하나 이상이 관통하는 공기유동 경로; 중 어느 것의 유량을 결정하기 위한 하나 이상의 유량계를 더 포함하는, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    복수 개의 유량계를 포함하는, 입자 감지기 전의 공기유동 경로 내의 장치.
  9. 공기 샘플을 두 개 이상의 샘플 유동으로 분할하는 단계;
    상기 샘플 유동 중 하나 이상을 필터링하는 단계;
    상기 하나 이상의 샘플 유동의 필터링에 의해 생기는 샘플 유동의 흐름의 제한보다 더 큰 양만큼 상기 샘플 유동의 흐름을 제한하는 단계; 및
    입자 감지기로 도입하기 전에 상기 샘플 유동 중 적어도 몇 개를 다시 합치는 단계;를 포함하는, 입자 감지기로 도입하기 전에 공기 샘플을 필터링하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 필터링된 샘플 유동을 제한하는 단계는 상기 샘플 유동을 필터링하기 전 또는 후에 수행되는, 입자 감지기로 도입하기 전에 공기 샘플을 필터링하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    필터링되는 공기의 유동;
    필터링되지 않는 공기의 유동;
    샘플 유동의 유동;
    샘플 유동으로 분할되기 전의 공기의 유동; 및
    샘플 유동들을 합친 후의 공기의 유동; 중 어느 하나 이상을 측정하는 단계를 더 포함하는, 입자 감지기로 도입하기 전에 공기 샘플을 필터링하는 방법.
  12. 제1 유동 경로;
    제2 유동 경로;
    상기 제1 유동 경로에서 입자들을 제거하기 위해 유체 유동을 필터링하는 필터링 장치(filtering apparatus); 및
    유체 유동을 상기 제1 유동 경로 또는 제2 유동 경로로 분할하기 위한 유동 분할기;를 포함하고,
    상기 유동 분할기에 의해 생기는 유체 유동에 대한 임피던스는 상기 필터링 장치에 의해 유체 유동에 생기는 임피던스보다 더 큰, 유체 유동을 조절하기 위한 장치.
  13. 유체 유입구 및 유체 유출구를 포함하는 챔버;
    상기 유체 유입구와 유체 유출구 사이에 뻗어 있는 필터링되지 않는 유체의 유동 경로;
    상기 유체 유입구와 유체 유출구 사이에 뻗어 있는 필터링되는 유체의 유동 경로;
    상기 필터링되는 유체의 유동 경로를 통하여 흐르는 유체를 필터링하기 위한 필터링 장치(filtering apparatus); 및
    유체 유동을 상기 필터링되는 유체의 유동 경로 또는 필터링되지 않는 유체의 유동 경로로 분할하기 위한 유동 분할기;를 포함하고,
    상기 유동 분할기에 의해 생기는 유체 유동에 대한 임피던스는 상기 필터링 장치에 의해 생기는 유체 유동에 대한 임피던스보다 더 큰, 유체 유동을 조절하기 위한 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유동 분할기는 필터링되는 유체의 유동 경로로 안내하는 하나 이상의 제1 구멍과, 필터링되지 않는 유체의 유동 경로로 안내하는 하나 이상의 제2 구멍을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 구멍에 의해 각각 생기는 유동 임피던스가 동일한, 유체 유동을 조절하기 위한 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 필터링되는 유체의 유동 경로와 필터링되지 않는 유체의 유동 경로로 각각 분할되는 유체 유동의 비율은 상기 제1 및 제2 구멍의 상대 갯수에 의해 결정되는, 유체 유동을 조절하기 위한 장치.
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