KR101988252B1 - 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법 - Google Patents
적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법 Download PDFInfo
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Abstract
건축재료의 연소특성을 평가하기 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시, 적외선(IR) 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하여 착화시간을 정확하게 결정할 수 있고, 또한, 실험자에게 보다 안전한 실험환경을 제공할 수 있으며, 기존의 정성적 측정 방법에 비해 정량적이고 신뢰도가 높은 데이터를 측정할 수 있는, 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 화염착화 자동감지 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다양한 건축재료의 연소특성을 평가하기 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시, 적외선(IR) 가열장치에 의해 시편(Test Sample)에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하여 착화시간을 결정할 수 있는 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
국내의 경우, 건축재료는 건축기준에 의해 평가받고 있으나, 재료의 종류나 성분이 점차 다양해지고 있기 때문에 국내의 기준 및 평가 방법으로 연소특성을 파악하는데 어려움이 있다.
또한, 국내 건축물에 사용되는 내부 마감재료는 불연재료, 준불연재료 및 난연재료로 분류되고 있다. 이러한 내부 마감재료의 난연성 판단 여부는 KS F ISO 5660-1(콘 칼로리미터)을 통하여 판단하는데, 이러한 방법은 재료의 열방출율만으로 결정되기 때문에 재료의 연소특성을 파악하는데 한계가 있다.
특히, 국내의 건축재료에 대한 적정한 평가방법은 미비한 실정이며, ISO 및 ASTM 등 국외의 경우, 재료의 연소특성을 파악하는데 있어 열방출율뿐만 아니라 화염전파 특성을 고려하여 재료를 평가하고 있다. 이러한 국외 기술에 발맞춰 재료의 연소특성의 적정 평가 방법 및 기준 개발이 필요한 상황이다.
한편, 가연성 재료의 연소특성을 예측하기 위해서 반복실험 및 비용에 대한 문제로 인해 소규모의 실험방법에 대한 많은 수요가 발생되고 있지만, 기존의 소규모의 실험방법으로 플라스틱 재료 등과 같은 다양한 재료에 대한 연소특성을 예측할 수 없다. 따라서 이러한 단점을 해결하기 위해서 대기중의 산소농도를 40%로 증가시켜 실대형 실험과 유사한 조건 하에서 진행되는 실험방법이 미국, 호주, 영국 및 EU 연합 등 국외에서 실시되고 있다.
한편, 도 1은 종래의 기술에 따른 시편의 수평착화실험을 예시하는 도면이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 적외선 가열장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적외선 가열장치에서 수평착화실험은 일정 열유속에 노출된 시편이 착화되는 시간을 측정하여 열응답지수(Thermal Response Parameter: TRP) 값을 산출하는 실험이며, 이때, 착화시간은 육안으로 관찰하여 착화시점으로부터 3초간 유지되는 시간을 체크하고 있다.
그러나 도 2에 나타낸 바와 같이, 적외선 가열장치(10)는, 고온의 복사열과 매우 밝은 빛을 방출하는 장치이기 때문에 착화시점을 육안으로 관찰함에 있어 실험자의 건강상에 유해하다는 문제점이 있다. 또한, 실험자마다 착화시점 측정의 오차가 다소 발생할 수 있기 때문에 실험결과가 정성적이라는 단점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 건축재료의 연소특성을 평가하기 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시, 적외선(IR) 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하여 착화시간을 정확하게 결정할 수 있는, 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 실험자에게 보다 안전한 실험환경을 제공할 수 있으며, 기존의 정성적 측정 방법에 비해 정량적이고 신뢰도가 높은 데이터를 측정할 수 있는, 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템은, 건축재료의 연소특성 평가를 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시 적외선 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하는 화염착화 자동감지 시스템에 있어서, 점화용 파일럿 버너를 통한 점화용 불꽃에 의해 점화되고, 적외선 히터를 이용하여 시편을 가열하는 적외선 가열장치; 점화실험 또는 화염전파실험을 위해 상기 적외선 가열장치의 시편홀더에 탑재되는 시편; 상기 시편의 연소에 따른 배기를 위해 상기 적외선 가열장치 상부에 설치되어 사각형상의 흡입후드; 상기 사각형상의 흡입후드의 하부에 설치되어 상기 시편의 열화상을 감지하는 열화상 센서; 및 상기 열화상 센서에서 감지한 열화상 영상을 온도데이터로 변환하고, 상기 온도데이터에 대응하여 상기 시편의 화염착화 여부를 판별하고, 상기 시편의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 자동으로 결정하는 화염착화 분석유닛을 포함하되, 상기 착화시간은 상기 시편의 열응답지수(TRP) 값을 산출하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열화상 센서는 상기 사각형상의 흡입후드의 네 모서리 하부에 각각 설치되는 4개의 열화상 센서로서, 상기 화염착화 분석유닛은 4개의 열화상 센서에서 감지한 열화상 영상을 종합적으로 분석하여 상기 착화시간을 결정할 수 있다.
여기서, 상기 화염착화 분석유닛은, 상기 4개의 열화상 센서로부터 각각 열화상 영상을 수신하는 데이터 수신부; 상기 수신된 열화상 영상에 대응하는 온도데이터로 변환하는 데이터 변환부; 상기 온도데이터에 따라 상기 시편의 착화 시점을 판별하는 화염착화 시점 판별부; 및 상기 시편의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 결정하는 착화시간 결정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적외선 가열장치는, 지지프레임 상단에 설치되어 상기 시편을 발화시키는 4개의 적외선 히터; 점화용 불꽃의 길이를 조정하는 점화용 파일럿 버너; 상기 적외선 가열장치에 의해 가열되도록 지지프레임의 상단 중앙에 설치되어 상기 시편이 장착되는 시편홀더; 상기 적외선 가열장치의 냉각을 위한 냉각수를 순환시키기 위해 입구 및 출구 쪽에 2개의 알루미늄 실린더가 용접된 보호막으로 형성되는 수냉식 차폐부재; 및 공기분포 챔버 및 공기공급 파이프로 구성되고, 상기 시편의 가열에 의해 발생하는 연소공기를 상기 적외선 가열장치의 상부로 분배하는 연소공기 분배부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 4개의 적외선 히터 각각은 복사열유속을 생산하는 소형 반사경 및 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프를 포함하되, 6개의 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프는 최대 510
의 복사열유속을 생성하는 소형 반사경이 덮을 수 있도록 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시편 홀더는 점화실험을 위한 수평시편 홀더 및 화염전파실험을 위한 수직시편 홀더를 포함하되, 상기 수평시편 홀더는 점화실험을 위한 수평시편이 배치되는 수평 사각홀더 또는 수평 원형홀더를 포함하고, 상기 수직시편 홀더는 화염전파실험을 위한 사다리 선반을 수직으로 경유하도록 연장 설치되어 수직시편이 배치되는 원형 또는 사각 수직홀더를 수직으로 세팅하는 수직프레임; 및 수직홀더가 수직프레임 상에 구속되도록 수직홀더와 수직프레임을 감싸도록 설치되는 와이어를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 점화실험은 외부 복사열유속을 받는 수평시편 홀더에 배치된 수평시편을 사용하되, 실험 화염에 의한 수평시편의 점화에 필요한 시간과 일정한 외부 방사 열유속의 크기를 결정하며; 상기 화염전파실험은 외부 복사열유속을 받는 수직시편 홀더에 배치된 수직시편을 사용하되, 상기 수직시편의 기저부에서 외부 복사열유속에 의해 시작되는 상향식 화재 전파중 및 전파후의 연소하는 화학적 열방출속도를 결정하고; 그리고 상기 점화실험 및 화염전파실험을 통하여 각각 수평 화염확산 및 수직 화염확산을 평가하여 수평시편 및 수직시편의 화염전파 성능을 정량화하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 점화실험은 열응답지수(TRP)를 매개지수로 하여 규정된 열유속에 노출시 점화에 대한 내성을 부여하는 재료 특성을 파악하고; 그리고 상기 화염전파실험은 화염전파지수(FPI)를 매개지수로 하여 산소농도가 40%로 상승된 산소환경에서 상향 화재가 전파되는 동안 화학 발열량의 관점에서 발화 영역을 넘어 화염전파를 지원하는 소재의 성향, 실제 화재에서 방출되는 복사열유속을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법은, 건축재료의 연소특성 평가를 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시 적외선 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하는 화염착화 자동감지 방법에 있어서, a) 적외선 가열장치의 시편홀더에 시편을 장착하는 단계; b) 상기 적외선 가열장치의 점화용 파일럿 버너에 의해 점화용 불꽃의 길이를 조정하여 상기 적외선 가열장치의 적외선 히터를 구동하여 상기 시편을 연소시키는 단계; c) 열화상 센서가 상기 시편의 화염착화를 감지하여 열화상 영상을 생성하는 단계; d) 화염착화 분석유닛이 상기 열화상 센서에 의해 감지된 열화상 영상을 수신하여 온도데이터로 변환하는 단계; e) 상기 화염착화 분석유닛이 상기 온도데이터에 대응하는 화염착화 시점을 판별하는 단계; 및 f) 상기 화염착화 분석유닛이 상기 시편의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 자동으로 결정하는 단계를 포함하되, 상기 착화시간은 상기 시편의 열응답지수(TRP) 값을 산출하는데 사용되며, 상기 b) 단계의 적외선 가열장치의 적외선 히터는 상기 시편을 발화시키는 4개의 적외선 히터로 이루어지고, 상기 4개의 적외선 히터 각각은 복사열유속을 생산하는 소형 반사경 및 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프를 포함하되, 6개의 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프는 최대 510 
의 복사열유속을 생성하는 소형 반사경이 덮을 수 있도록 형성되도록 하게 된다.
본 발명에 따르면, 건축재료의 연소특성을 평가하기 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시, 적외선(IR) 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하여 착화시간을 정확하게 결정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실험자에게 보다 안전한 실험환경을 제공할 수 있으며, 기존의 정성적 측정 방법에 비해 정량적이고 신뢰도가 높은 데이터를 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 시편의 수평착화실험을 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 적외선 가열장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템이 구현된 것을 예시하는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에 적용되는 수평시편 홀더 및 수직시편 홀더를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에서 적외선 가열장치의 적외선 히터를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에서 적외선 가열장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법의 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 적외선 가열장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템이 구현된 것을 예시하는 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에 적용되는 수평시편 홀더 및 수직시편 홀더를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에서 적외선 가열장치의 적외선 히터를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에서 적외선 가열장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템(100)]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템이 구현된 것을 예시하는 사진이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템(100)은, 건축재료의 연소특성 평가를 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시 적외선 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하는 화염착화 자동감지 시스템으로서, 적외선 가열장치(110), 시편(120), 흡입후드(130), 열화상 센서(140) 및 화염착화 분석부(150)를 포함한다.
적외선 가열장치(110)는 점화용 파일럿 버너(112)를 통한 점화용 불꽃에 의해 점화되고, 적외선 히터(111)를 이용하여 시편(200)을 가열한다.
이러한 적외선 가열장치(110)는 건축재료중 가연성 재료의 수직 화염확산 및 수평 화염확산을 평가하기 위한 기존의 소규모 실험방법과 실규모 실험방법의 단점을 보완하여 산소농도 40% 상태에서 연소특성을 평가하는 실험장비를 위한 가열 장치이다. 즉, 상기 적외선 가열장치(110)는 일련의 매개지수를 사용하여 재료의 점화, 열방출 및 화재전파 성능을 정량화할 수 있는 열량계로서, 연기, 특정 독성 화학시편 및 부식성 가스와 같은 연소 생성물을 분석장비를 사용하여 정량화할 수 있다.
구체적으로, 도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에서 적외선 가열장치의 구성을 나타내는 도면이다.
상기 적외선 가열장치(110)는, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 적외선 히터(111), 점화용 파일럿 버너(112), 시편 홀더(113), 수냉식 차폐부재(114) 및 연소공기 분배부(115)를 포함할 수 있다.
상기 적외선 가열장치(110)의 적외선 히터(111)는 지지프레임 상단에 설치되어 상기 시편(120)을 발화시키도록 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 4개가 설치된다. 또한, 상기 4개의 적외선 히터(111a~111d) 각각은 복사열유속을 생산하는 소형 반사경(111-1)에 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)를 추가로 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에서 적외선 가열장치의 적외선 히터를 나타내는 도면이다.
상기 적외선 히터(111)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 240㎜의 긴 히터 4개 및 전원 제어장치로 구성되며, 4개의 적외선 히터111) 각각에는 각 램프 커버 석영창 앞에 510
의 복사열유속을 생산하는 소형 반사경(111-1) 및 6개의 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)가 포함되어 있다. 즉, 4개의 적외선 히터(111) 각각은 6개의 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)를 포함하며, 상기 6개의 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)는 최대 510
의 복사열유속을 생성하는 소형 반사경(111-1)이 덮을 수 있도록 형성되어 있다.
상기 적외선 가열장치(110)의 점화용 파일럿 버너(112)는 점화용 불꽃의 길이를 조정한다. 예를 들면, 상기 점화용 파일럿 버너(112)는 에틸렌/공기(부피 6:4)로 구성되어 점화용 불꽃을 10㎜ 길이로 조정할 수 있다.
상기 적외선 가열장치(110)의 시편 홀더(113)는 상기 적외선 가열장치(110)에 의해 가열되도록 지지프레임의 상단 중앙에 설치되어 상기 시편(120)이 장착된다. 구체적으로, 상기 시편 홀더(113)는, 후술하는 도 5에 도시된 바와 같이, 점화실험을 위한 수평시편 홀더(113a) 및 화염전파실험을 위한 수직시편 홀더(113b)를 포함하되, 상기 수평시편 홀더(113a)는 점화실험을 위한 수평시편(121)이 배치되는 수평 사각홀더(113a-1) 또는 수평 원형홀더(113a-2)를 포함하고, 상기 수직시편 홀더(113b)는 화염전파실험을 위한 사다리 선반(113b-1)을 수직으로 경유하도록 연장 설치되어 수직시편(122)이 배치되는 원형 또는 사각 수직홀더를 수직으로 세팅하는 수직프레임(113b-2); 및 수직홀더가 수직프레임 상에 구속되도록 수직홀더와 수직프레임을 감싸도록 설치되는 와이어(113b-3)를 포함할 수 있다.
상기 적외선 가열장치(110)의 수냉식 차폐부재(114)는 상기 적외선 가열장치(110)의 냉각을 위한 냉각수를 순환시키기 위해 형성된다. 예를 들면, 상기 수냉식 차폐부재(114)는 1분의 적외선 히터 안정화 시간동안 시편(200)이 적외선 히터(111)에 노출되는 것을 방지하기 위해서 냉각수(물)를 순환시키기 위한 입구 및 출구 쪽에 2개의 알루미늄 실린더가 용접된 보호막으로 형성된다.
상기 적외선 가열장치(110)의 연소공기 분배부(115)는 공기분포 챔버 및 공기공급 파이프로 구성되고, 상기 시편(120)의 가열에 의해 발생하는 연소공기를 상기 적외선 가열장치(110)의 상부로 분배한다. 구체적으로, 상기 연소공기 분배부(115)의 공기분포 챔버는 내부 직경이 165㎜의 원형으로 이루어진 8개의 방출 튜브가 포함된 알루미늄 챔버로 배열된다. 이때, 각각의 방출 튜브는 균일한 공기흐름을 생성하기 위해 알루미늄이나 3가지 설정의 칸막이로 유입가스(공기, 산소, 질소 등)가 분포하도록 형성된다.
시편(120)은 점화실험 또는 화염전파실험을 위해 상기 적외선 가열장치(110)의 시편홀더(113)에 탑재된다.
흡입후드(130)는 상기 시편(120)의 연소에 따른 배기를 위해 상기 적외선 가열장치(110) 상부에 설치되며, 예를 들면, 사각형상으로 형성된다.
열화상 센서(140)는 상기 사각형상의 흡입후드(130)의 하부에 설치되어 상기 시편(120)의 열화상을 감지한다. 여기서, 상기 열화상 센서(140)는 상기 사각형상의 흡입후드(130)의 네 모서리 하부에 각각 설치되는 4개의 열화상 센서로서, 화염착화 분석유닛(150)은 4개의 열화상 센서(140)에서 감지한 열화상 영상을 종합적으로 분석하여 상기 착화시간을 결정할 수 있다. 이때, 상기 열화상 센서(140)는 열화상 카메라일 수 있다.
화염착화 분석부(150)는 상기 열화상 센서(140)에서 감지한 열화상 영상을 온도데이터로 변환하고, 상기 온도데이터에 대응하여 상기 시편(120)의 화염착화 여부를 판별하고, 상기 시편(120)의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 자동으로 결정한다. 이때, 상기 착화시간은 상기 시편(120)의 열응답지수(Thermal Response Parameter: TRP) 값을 산출하는데 사용된다.
구체적으로, 상기 화염착화 분석부(150)는 데이터 수신부(151), 데이터 변환부(152), 화염착화 시점 판별부(153) 및 착화시간 결정부(154)를 포함할 수 있다. 상기 화염착화 분석유닛(150)의 데이터 수신부(151)는 상기 4개의 열화상 센서(140)로부터 각각 열화상 영상을 수신하고, 상기 화염착화 분석유닛(150)의 데이터 변환부(152)는 상기 수신된 열화상 영상에 대응하는 온도데이터로 변환한다. 또한, 상기 화염착화 분석유닛(150)의 화염착화 시점 판별부(153)는 상기 온도데이터에 따라 상기 시편(120)의 착화시점을 판별하고, 상기 화염착화 분석유닛(150)의 착화시간 결정부(154)는 상기 시편(120)의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 결정할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템(100)은, 열화상 센서(140) 또는 열화상 카메라가 화염전파특성 실험장비의 사각형상의 흡입 후드(130)의 모서리 4곳에 탑재되어 각각의 시편의 연소에 따른 열화상에서 발생되는 변화에 대한 열화상 영상 및 온도데이터를 상기 화염착화 분석부(150)가 종합하여 분석할 수 있고, 이에 따라, 자동적으로 정량적인 착화시간을 결정할 수 있다.
한편, 건축재료의 연소특성을 실험 평가할 수 있도록 점화실험 및 화염전파실험을 통하여 건축재료의 화염전파(Fire Propagation) 성능을 정량화함으로써 가연성 재료의 수평 화염확산 및 수직 화염확산을 평가하고, 이에 따라 기존의 소규모 실험방법과 실규모 실험방법의 단점을 보완한 산소농도가 40%인 상태에서 연소특성을 평가할 수 있다. 이때, 일련의 매개지수를 사용하여 재료의 점화, 열방출 및 화염전파 성능을 정량화할 수 있는 열량계로서, 분석장비를 사용하여 연기, 특정 독성 화학시편 및 부식성 가스와 같은 연소 생성물을 정량화할 수 있다.
구체적으로, 건축재료의 연소특성 실험 평가는, 크게 점화실험 평가 및 화염전파실험 평가로 구분되며, 여기서, 점화실험은 열응답지수(Thermal Response Parameter: TRP)를 매개지수로 하며, 규정된 열유속에 노출시 점화에 대한 내성을 부여하는 재료 특성을 파악하는 실험이고, 또한, 화염전파실험은 화염전파지수(Fire Propagation Index: FPI)를 매개지수로 하며, 상승된 산소 환경에서 상향 화재가 전파되는 동안 화학 발열량의 관점에서 발화 영역을 넘어 화염전파를 지원하는 소재의 성향, 실제 화재에서 방출되는 복사열유속을 시뮬레이션하는 실험이다.
전술한 적외선 가열장치(110)는 다양한 실험방법에 응용이 가능하며, 대표적으로 점화실험과 화염전파실험에 사용될 수 있다.
구체적인 점화실험 방법은 0 에서 65
까지 조절할 수 있는 외부 복사열유속(radiation heat flux)을 받는 수평시편 홀더(113a)를 사용한다.
이러한 점화실험은 실험 불꽃에 의한 수평시편(121)의 점화에 필요한 시간, 일정한 외부 방사 열유속의 크기를 결정하는데 사용된다. 또한, 이러한 점화실험은 점화용 불꽃이 있는 상태에서 수평시편(121)이 점화될 때까지 수평시편에 외부에서 가해지는 열유속을 가하는데 필요한 시간을 결정하기 위해 수행된다. 10㎜ 화염 길이의 점화된 점화용 불꽃은 수평시편(121) 표면으로부터 10㎜ 상부에 위치하고, 수평시편(121)의 주변으로부터 10㎜ 떨어진 곳에 위치한다.
외부 복사는 적외선 히터(111)에 의해 공급되며, 그 전압은 원하는 입사 열유속을 생성하도록 설정되며, 초기값은 30
로 설정한다. 또한, 상기 수평시편(121)은 외부 열유속에 시료가 노출되지 않도록 수냉식 차폐부재(114)를 올려서 실험하기 전까지 외부 복사열로부터 보호한다. 외부 열유속의 수평시편(121)이 노출되는 시간은 적어도 4초 동안 수평시편(121) 표면 전체에 불꽃이 생기거나 또는 발화 없이 15분이 경과할 때까지 지속된다. 이때, 점화에 대한 열응답지수(TRP)를 평가하기 위해 최소 4개의 열유속에서의 데이터가 얻어질 때까지 필요에 따라 설정값보다 더 높거나 낮은 입사 열유속에서 절차를 반복하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 점화실험의 매개지수인 열응답지수(
)를 설명하면 다음과 같다.
증기가 발생하는 영역을 열 분해 구역이라고 정의하고, 해당 구역의 앞 쪽 가장자리를 열 분해 선단이라고 정의한다. 여기서, 발화란 물질(시편) 표면을 가열하여 발생한 증기가 공기와 혼합하여 가연성 혼합기체를 형성하고 화재가 시작되는 과정을 의미한다. 이러한 발화 과정이 일어나는 구역을 발화 구역이라고 정의한다. 이에 따라 가연성 혼합기체를 발생시키는데 대한 물질(시편)의 저항성을 열응답지수(
)라고 정의한다. 이러한 열응답지수(
)가 클수록 수평시편(121)으로 형성되는 해당 물질이 가열 및 발화되는 시간이 길어지고, 그에 따라 화재 확산속도도 떨어진다.
이러한 수평시편(121)의 표면이 열유속(Heat Flux)에 노출되면, 처음에는 열의 대부분이 수평시편(121) 물질 내부로 전달된다. 이때, 열방출속도는 발화온도(
), 주위온도(
), 물질의 열전도도(
), 물질의 비열(
) 및 물질의 밀도(
)에 따라 달라진다. 특정 물질(시편)에 대해 이러한 인자들의 복합적 효과가 해당 물질의 열응답지수(
)로서, 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.
여기서, 
는 발화온도(
)와 주위온도(
) 간의 차이(K)를 의미한다. 이때, 상기 발화온도와 주위온도 간의 차(K)의 단위는 
, 물질의 밀도(
)의 단위는 g/㎥, 물질의 비열(
)의 단위는 
이고, 그리고 열응답지수(
)의 단위는 
로 주어진다.
또한, 이러한 열응답지수(
)는 발화 및 화재 확산에 대한 저항성을 산정하기 위한 공학적 계산에 있어서 매우 유용한 지수이다. 예를 들면, 열적으로 두꺼운 물질의 경우, 발화 소요시간 제곱근의 역수가 외부 열유속과 임계 열유속(Critical Heat Flux: CHF)의 차에 대한 선형 함수를 이룰 것으로 예상된다. 다음의 수학식 2는 Y축의 점화시간 계산식을 나타내고 있다.
여기서, 
는 발화 소요시간(s)을 의미하고, 
는 외부 열유속(㎾/㎡)이다. 임계 열유속(CHF)의 단위는 ㎾/㎡이다. 널리 사용되는 물질 중 대부분은 열적으로 두꺼운 재료이므로, 임계 열유속(CHF)은 다음의 수학식 3과 부합한다.
여기서, 
는 점화시간을 나타내고, 
는 초기시간을 나타내며, 
는 외부열유속을 각각 나타낸다.
또한, 화염확산은 상향 및 대향 유동 확산 사이에서 구별되며, 두껍고 얇은 물질의 두께가 고려되어야 한다. 두께에 따른 점화시간을 산출하는 식은 다음의 수학식 4와 같다. 이때, Y축의 점화시간 계산 시 두께에 따라 점화시간을 구하는 수학식 4와 같이 다르다는 것을 제시하고 있다.
열응답지수를 구하기 위해 우선 외부 열유속 값을 변화시키면서 두께가 10㎜인 102 x 102㎜ 정방형 시편에 대한 발화 소요시간을 측정한 뒤, 임계 열유속에서 멀리 떨어진 데이터에 대해 선형 회귀분석을 시행하며, 그에 따른 회귀선을 산출한다. 이때, 구해진 해당 회귀선의 기울기를 계산한 후, 그 기울기의 역수를 기록한다.
전술한 바와 같이, 열응답지수는 적외선(IR) 히터에서의 외부 열유속 데이터에 대하여 X축에 직선 회귀 기울기 대비 Y축에 점화시간의 제곱근의 역수로 구할 수 있고, 이때, 데이터는 점화실험에서 4개의 45, 50, 55 및 60㎾m-2의 가장 높은 외부 열 플럭스에서 나온 것이다. 또한, 데이터 분산으로 인한 경사의 표준편차(표준오차)는 회귀 적합률 기울기의 10% 이내로 하여야 한다.
결국, 열응답지수는 물질의 화학적 특성뿐 아니라 화학구조, 난연재료, 두께 등 물리적 특성에 따라 달라지며, 시편 두께 및 수동적 소화약제의 양이 증가함에 따라 열응답지수는 증가한다.
한편, 화염전파실험은 점화실험에서 사용되는 수평시편과는 달리 수직시편을 사용하여 실험을 진행한다. 외부 복사열유속과 점화용 불꽃으로부터 수직시편 기저부 근처에서 발화된다.
이것은 수직시편의 바닥 근처에서 열유속에 의해 시작되는 상향식 화재전파 중 및 화재전파 후의 연소하는 수직시편의 화학적 열방출속도를 결정하는데 사용된다. 화학적 열방출율은 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)의 방출율로부터 유도된다. 또한, 화재전파 중 수직시편의 화염 높이에 대한 관찰도 이루어진다. 이러한 화염전파실험은 정상적인 공기 또는 질소가 첨가된 공기 또는 최대 40% 산소가 풍부한 공기와 같은 다른 가스 혼합물을 사용하여 수행할 수 있다.
화염전파실험은 상향식 화재전파 중 및 화재전파 후 수직시편의 화학 열방출율 측정을 통해 재료의 화염전파지수(Fire Propagation Index: FPI)를 결정하기 위해 수행된다. 이 경우, 입사 열유속은 실제 화재에서 재료의 화염으로부터의 복사열 플럭스를 시뮬레이션하기 위해 50kWㅇ㎡ 및 산소농도를 40%로 설정한다. 구체적인 측정 방법은 수직시편이 외부 방사 열유속에 노출될 때, 화학적 열방출속도 및 대류 열방출속도를 결정하는데 사용된다. 이러한 화염전파실험은 정상적인 공기 또는 질소가 첨가된 공기 또는 최대 40% 산소농도 및 기타 기체 혼합물을 사용하여 수행할 수 있다.
구체적으로, 화염전파지수(Fire Propagation Index: FPI)는 대규모 화재를 지배하고 있는 고도의 화염 복사조건 하에서 물질이 보이는 화재확산 거동을 설명하는 지표이다. 소규모 및 대규모 화재확산 실험 데이터 및 화재확산에 대한 이해를 통해 화염전파지수(FPI)를 이용하여 물질을 4개 그룹으로 분류할 수 있다.
이러한 화염전파지수(FPI)를 산출하도록 0.40의 산소 질량분율을 적용함으로써 고도의 복사조건이 형성된다. 이와 관련해 두 가지 부류의 실험이 수행된다. ASTM E2058 FPA에서 발화실험을 수행하고, 발화 소요시간 대비 외부 열유속의 관계로부터 열응답지수(TRP)를 구하는 점화실험과 마찬가지로 ASTM E 2058 FPA(50㎾)급을 이용해 수직방향 슬래브, 종이 또는 케이블 등에 대한 상향 화염 확산실험을 수행한다. 길이가 300~600㎜이고, 최대 폭이 100㎜, 최대 두께가 약 100㎜인 수직시편(122)을 사용한다. 발화구역에 포함되는 수직시편(122)의 하단 120~200㎜ 지점에 유도화염을 배치한 상태에서 50㎾/㎡의 외부 열유속에 수직시편(122)을 노출시킨다. 이 발화구역을 벗어나면, 산소질량분율이 0.40인 순방향 기류조건 하에서 화재가 스스로 확산된다. 각 화염전파 실험에 대해 화재가 상향으로 확산되는 동안 화학 열방출속도를 시간의 함수로 측정할 수 있다.
결국, 전술한 점화실험을 통하여 열유속에 따른 점화시간을 측정할 수 있고, 측정된 점화시간을 정해진 수학식에 의해 열응답지수(TRP)값을 산출할 수 있다. 또한, 화염전파실험을 통하여 일산화탄소와 이산화탄소의 발생량을 구할 수 있으며, 이를 통해 화학적 연소열을 산출할 수 있다. 이때, 열응답지수(TRP) 및 화학적 연소열을 정해진 수학식에 대입하여 화염전파지수(FPI)를 산출할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템에 적용되는 수평시편 홀더 및 수직시편 홀더를 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템(100)에서, 점화실험의 경우, 수평시편 홀더(113a)로서 수평 사각홀더(113a-1) 및 수평 원형홀더(113a-2)가 일반적으로 사용되는데, 실험 표준에 따라 사용된다. 수평 사각홀더(113a-1)의 하단부는 정사각형 고체인 발포체로서, 두께 0.05㎜, 2개 층으로 구성된다. 또한, 수평 원형홀더(113a-2)는 고체 및 액체 시료용으로 사용되며, 직경 99㎜, 깊이 25㎜로 고체 및 액체 시편을 위한 알루미늄 접시일 수 있다.
기본적으로 평평한 재료 또는 제품의 수평시편(121)은 102 X 102㎜의 정사각형 제품 또는 직경이 97㎜인 원형모양을 사용한다. 수평시편(121)들은 3㎜ 미만의 두께를 가져야 하고, 최종용도의 재료나 제품으로 쓰이는 대표적인 것은 25㎜ 이하로 해야 한다. 또한, 점화실험을 화염전파지수(FPI)를 계산할 목적으로 실험을 실시하는 경우, 두 실험에서 사용되는 수평시편(121)의 두께는 동일해야 한다.
이러한 실험을 위해, 각각의 수평 사각홀더(113a-1) 또는 수평 원형홀더(113a-2)에 맞게 수평시편(121)을 배치하며, 과립(또는 용융 물질) 또는 케이블 시편은 수평 원형홀더(113a-2)에서 실험을 진행한다. 원형 알루미늄 접시의 중심점으로 부터 각 측면에 적어도 20㎜의 간격을 두어야 한다.
또한, 건축재료의 연소특성 실험 평가를 위한 화염전파 장치에 사용되는 수직시편 홀더(직사각형 시편)는 0.485m(H) 및 0.133m(W)의 사다리 선반으로 형성된다. 구체적으로, 상기 수직시편 홀더(113b)는 화염전파실험을 위한 사다리 선반(113b-1)을 수직으로 경유하도록 연장 설치되어 수직시편(122)이 배치되는 원형 또는 사각 수직홀더를 수직으로 세팅하는 수직프레임(113b-2); 및 수직홀더가 수직프레임 상에 구속되도록 수직홀더와 수직프레임을 감싸도록 설치되는 와이어(113b-3)를 포함한다. 기본적으로 평평한 재료 또는 제품의 시편은 101.6㎜(W), 305㎜(H)가 될 수 있다. 시편의 두께는 3㎜ 이상, 13㎜ 미만이고, 최종용도 재료 및 제품이 대표적이다. 3.2㎜ 두께의 세라믹 종이로 측면을 두르고 시편의 뒷부분, 시편의 덮개, 세라믹 종이가 사용된다. 안전하게 시편 각각의 끝과 중간 지점에서 24 AWG의 니켈/크롬 와이어로 50㎜의 거리에서 한 차례 감아준다. 수집 접시는 용융재료를 사용할 때 사용되며, 용융재료의 하단부에 위치하며 수집 접시 위에서 실험해야 한다. 사다리 선반 및 나사 봉에 시편 홀더와 접촉하여 시편을 단단하게 유지하기 위해 시편의 바닥부터 100~200㎜ 간격으로 안전하게 시편 주위를 24 AWG 니켈/크롬 와이어로 한 차례 감싸준다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 화염착화 자동감지 시스템(100)은 실험자에게 보다 안전한 실험환경을 제공할 수 있으며, 기존의 정성적 측정 방법에 비해 정량적이고 신뢰도가 높은 데이터를 측정할 수 있다.
[적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법]
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법의 동작흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법은, 건축재료의 연소특성 평가를 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시 적외선 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하는 화염착화 자동감지 방법으로서, 먼저, 적외선 가열장치(110)의 시편홀더(113)에 시편(120)을 장착한다(S110). 여기서, 상기 시편 홀더(113)는 점화실험을 위한 수평시편 홀더(113a) 및 화염전파실험을 위한 수직시편 홀더(113b)를 포함하되, 상기 수평시편 홀더(113a)는 점화실험을 위한 수평시편(121)이 배치되는 수평 사각홀더(113a-1) 또는 수평 원형홀더(113a-2)를 포함하고, 상기 수직시편 홀더(113b)는 화염전파실험을 위한 사다리 선반(113b-1)을 수직으로 경유하도록 연장 설치되어 수직시편(122)이 배치되는 원형 또는 사각 수직홀더를 수직으로 세팅하는 수직프레임(113b-2); 및 수직홀더가 수직프레임 상에 구속되도록 수직홀더와 수직프레임을 감싸도록 설치되는 와이어(113b-3)를 포함한다.
다음으로, 상기 적외선 가열장치(110)의 점화용 파일럿 버너(112)에 의해 점화용 불꽃의 길이를 조정하여 상기 적외선 가열장치(110)의 적외선 히터(111)를 구동하여 상기 시편(120)을 연소시킨다(S120).
다음으로, 열화상 센서(140)가 상기 시편(120)의 화염착화를 감지하여 열화상 영상을 생성한다(S130). 여기서, 상기 열화상 센서(140)는 상기 사각형상의 흡입후드(130)의 네 모서리 하부에 각각 설치되는 4개의 열화상 센서로서, 화염착화 분석유닛(150)은 4개의 열화상 센서(140)에서 감지한 열화상 영상을 종합적으로 분석하여 상기 착화시간을 결정할 수 있다.
다음으로, 화염착화 분석유닛(150)이 상기 열화상 센서(140)에 의해 감지된 열화상 영상을 수신하여 온도데이터로 변환한다(S140).
다음으로, 상기 화염착화 분석유닛(150)이 상기 온도데이터에 대응하는 화염착화 시점을 판별한다(S150).
다음으로, 상기 화염착화 분석유닛(150)이 상기 시편(120)의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 자동으로 결정한다(S160). 여기서, 상기 착화시간은 상기 시편(120)의 열응답지수(Thermal Response Parameter: TRP) 값을 산출하는데 사용된다. 이에 따라, 상기 점화실험은 열응답지수(Thermal Response Parameter: TRP)를 매개지수로 하여 규정된 열유속에 노출시 점화에 대한 내성을 부여하는 재료 특성을 파악하고, 또한, 상기 화염전파실험은 화염전파지수(Fire Propagation Index: FPI)를 매개지수로 하여 산소농도가 40%로 상승된 산소환경에서 상향 화재가 전파되는 동안 화학 발열량의 관점에서 발화 영역을 넘어 화염전파를 지원하는 소재의 성향, 실제 화재에서 방출되는 복사열유속을 시뮬레이션할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 건축재료의 연소특성을 평가하기 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시, 적외선(IR) 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하여 착화시간을 정확하게 결정할 수 있고, 또한, 실험자에게 보다 안전한 실험환경을 제공할 수 있으며, 기존의 정성적 측정 방법에 비해 정량적이고 신뢰도가 높은 데이터를 측정할 수 있다.
한편, 전술한 적외선 가열장치는 다양한 시편 규격에 따라 실험을 진행하고, 재료 및 두께 등의 실험방법을 달리하여 화염전파 특성 및 재료 연구를 수행해야 하며, 또한, 국내에 실정에 맞는 실험 및 기준개발에 활용할 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 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.
100: 화염착화 자동감지 시스템
110: 적외선 가열장치 120: 시편
130: 흡입후드 140: 열화상 센서(열화상 카메라)
150: 화염착화 분석유닛
111, 111a~111d: 적외선 히터 112: 점화용 파일럿 버너
113: 시편홀더 114: 수냉식 차폐부재
115: 연소공기 분배부
121: 수평시편 122: 수직시편
151: 데이터 수신부 152: 데이터 변환부
153: 화염착화 시점 판별부 154: 착화시간 결정부
110: 적외선 가열장치 120: 시편
130: 흡입후드 140: 열화상 센서(열화상 카메라)
150: 화염착화 분석유닛
111, 111a~111d: 적외선 히터 112: 점화용 파일럿 버너
113: 시편홀더 114: 수냉식 차폐부재
115: 연소공기 분배부
121: 수평시편 122: 수직시편
151: 데이터 수신부 152: 데이터 변환부
153: 화염착화 시점 판별부 154: 착화시간 결정부
Claims (14)
- 건축재료의 연소특성 평가를 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시 적외선 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하는 화염착화 자동감지 시스템에 있어서,
점화용 파일럿 버너(112)를 통한 점화용 불꽃에 의해 점화되고, 적외선 히터(111)를 이용하여 시편(200)을 가열하는 적외선 가열장치(110);
점화실험 또는 화염전파실험을 위해 상기 적외선 가열장치(110)의 시편홀더(113)에 탑재되는 시편(120);
상기 시편(120)의 연소에 따른 배기를 위해 상기 적외선 가열장치(110) 상부에 설치되어 사각형상의 흡입후드(130);
상기 사각형상의 흡입후드(130)의 하부에 설치되어 상기 시편(120)의 열화상을 감지하는 열화상 센서(140); 및
상기 열화상 센서(140)에서 감지한 열화상 영상을 온도데이터로 변환하고, 상기 온도데이터에 대응하여 상기 시편(120)의 화염착화 여부를 판별하고, 상기 시편(120)의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 자동으로 결정하는 화염착화 분석유닛(150)을 포함하되,
상기 착화시간은 상기 시편(120)의 열응답지수(Thermal Response Parameter: TRP) 값을 산출하는데 사용되며,
상기 적외선 가열장치(110)는, 지지프레임 상단에 설치되어 상기 시편(120)을 발화시키는 4개의 적외선 히터(111); 점화용 불꽃의 길이를 조정하는 점화용 파일럿 버너(112); 상기 적외선 가열장치(110)에 의해 가열되도록 지지프레임의 상단 중앙에 설치되어 상기 시편(120)이 장착되는 시편홀더(113); 상기 적외선 가열장치(110)의 냉각을 위한 냉각수를 순환시키기 위해 입구 및 출구 쪽에 2개의 알루미늄 실린더가 용접된 보호막으로 형성되는 수냉식 차폐부재(114); 및 공기분포 챔버 및 공기공급 파이프로 구성되고, 상기 시편(120)의 가열에 의해 발생하는 연소공기를 상기 적외선 가열장치(110)의 상부로 분배하는 연소공기 분배부(115)를 포함하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열화상 센서(140)는 상기 사각형상의 흡입후드(130)의 네 모서리 하부에 각각 설치되는 4개의 열화상 센서로서, 상기 화염착화 분석유닛(150)은 4개의 열화상 센서(140)에서 감지한 열화상 영상을 종합적으로 분석하여 상기 착화시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템. - 제2항에 있어서, 상기 화염착화 분석유닛(150)은,
상기 4개의 열화상 센서(140)로부터 각각 열화상 영상을 수신하는 데이터 수신부(151);
상기 수신된 열화상 영상에 대응하는 온도데이터로 변환하는 데이터 변환부(152);
상기 온도데이터에 따라 상기 시편(120)의 착화 시점을 판별하는 화염착화 시점 판별부(153); 및
상기 시편(120)의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 결정하는 착화시간 결정부(154)를 포함하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 4개의 적외선 히터(111) 각각은 복사열유속을 생산하는 소형 반사경(111-1) 및 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)를 포함하되, 6개의 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)는 최대 510의 복사열유속을 생성하는 소형 반사경(111-1)이 덮을 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 시편 홀더(113)는 점화실험을 위한 수평시편 홀더(113a) 및 화염전파실험을 위한 수직시편 홀더(113b)를 포함하되, 상기 수평시편 홀더(113a)는 점화실험을 위한 수평시편(121)이 배치되는 수평 사각홀더(113a-1) 또는 수평 원형홀더(113a-2)를 포함하고, 상기 수직시편 홀더(113b)는 화염전파실험을 위한 사다리 선반(113b-1)을 수직으로 경유하도록 연장 설치되어 수직시편(122)이 배치되는 원형 또는 사각 수직홀더를 수직으로 세팅하는 수직프레임(113b-2); 및 수직홀더가 수직프레임 상에 구속되도록 수직홀더와 수직프레임을 감싸도록 설치되는 와이어(113b-3)를 포함하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 점화실험(Ignition Test)은 외부 복사열유속(radiation heat flux)을 받는 수평시편 홀더(113a)에 배치된 수평시편(121)을 사용하되, 실험 화염에 의한 수평시편(121)의 점화에 필요한 시간과 일정한 외부 방사 열유속의 크기를 결정하며; 상기 화염전파실험(Fire Propagation Test)은 외부 복사열유속을 받는 수직시편 홀더(113b)에 배치된 수직시편(122)을 사용하되, 상기 수직시편(122)의 기저부에서 외부 복사열유속에 의해 시작되는 상향식 화재 전파중 및 전파후의 연소하는 화학적 열방출속도를 결정하고; 그리고 상기 점화실험 및 화염전파실험을 통하여 각각 수평 화염확산 및 수직 화염확산을 평가하여 수평시편(121) 및 수직시편(122)의 화염전파 성능을 정량화하는 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 점화실험은 열응답지수(TRP)를 매개지수로 하여 규정된 열유속에 노출시 점화에 대한 내성을 부여하는 재료 특성을 파악하고; 그리고 상기 화염전파실험은 화염전파지수(Fire Propagation Index: FPI)를 매개지수로 하여 산소농도가 40%로 상승된 산소환경에서 상향 화재가 전파되는 동안 화학 발열량의 관점에서 발화 영역을 넘어 화염전파를 지원하는 소재의 성향, 실제 화재에서 방출되는 복사열유속을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템. - 건축재료의 연소특성 평가를 위한 점화실험 또는 화재전파실험 수행시 적외선 가열장치에 의해 시편에 발생하는 화염의 착화를 자동으로 감지하는 화염착화 자동감지 방법에 있어서,
a) 적외선 가열장치(110)의 시편홀더(113)에 시편(120)을 장착하는 단계;
b) 상기 적외선 가열장치(110)의 점화용 파일럿 버너(112)에 의해 점화용 불꽃의 길이를 조정하여 상기 적외선 가열장치(110)의 적외선 히터(111)를 구동하여 상기 시편(120)을 연소시키는 단계;
c) 열화상 센서(140)가 상기 시편(120)의 화염착화를 감지하여 열화상 영상을 생성하는 단계;
d) 화염착화 분석유닛(150)이 상기 열화상 센서(140)에 의해 감지된 열화상 영상을 수신하여 온도데이터로 변환하는 단계;
e) 상기 화염착화 분석유닛(150)이 상기 온도데이터에 대응하는 화염착화 시점을 판별하는 단계; 및
f) 상기 화염착화 분석유닛(150)이 상기 시편(120)의 착화시점으로부터 3초간 유지되는 착화시간을 자동으로 결정하는 단계를 포함하되,
상기 착화시간은 상기 시편(120)의 열응답지수(TRP) 값을 산출하는데 사용되며, 상기 b) 단계의 적외선 가열장치(110)의 적외선 히터(111)는 상기 시편(120)을 발화시키는 4개의 적외선 히터(111)로 이루어지고, 상기 4개의 적외선 히터(111) 각각은 복사열유속을 생산하는 소형 반사경(111-1) 및 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)를 포함하되, 6개의 텅스텐 필라멘트 관형 석영램프(111-2)는 최대 510의 복사열유속을 생성하는 소형 반사경(111-1)이 덮을 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 시편 홀더(113)는 점화실험을 위한 수평시편 홀더(113a) 및 화염전파실험을 위한 수직시편 홀더(113b)를 포함하되, 상기 수평시편 홀더(113a)는 점화실험을 위한 수평시편(121)이 배치되는 수평 사각홀더(113a-1) 또는 수평 원형홀더(113a-2)를 포함하고, 상기 수직시편 홀더(113b)는 화염전파실험을 위한 사다리 선반(113b-1)을 수직으로 경유하도록 연장 설치되어 수직시편(122)이 배치되는 원형 또는 사각 수직홀더를 수직으로 세팅하는 수직프레임(113b-2); 및 수직홀더가 수직프레임 상에 구속되도록 수직홀더와 수직프레임을 감싸도록 설치되는 와이어(113b-3)를 포함하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법. - 제12항에 있어서,
상기 점화실험은 외부 복사열유속을 받는 수평시편 홀더(113a)에 배치된 수평시편(121)을 사용하되, 실험 화염에 의한 수평시편(121)의 점화에 필요한 시간과 일정한 외부 방사 열유속의 크기를 결정하며; 상기 화염전파실험은 외부 복사열유속을 받는 수직시편 홀더(113b)에 배치된 수직시편(122)을 사용하되, 상기 수직시편(122)의 기저부에서 외부 복사열유속에 의해 시작되는 상향식 화재 전파중 및 전파후의 연소하는 화학적 열방출속도를 결정하고; 그리고 상기 점화실험 및 화염전파실험을 통하여 각각 수평 화염확산 및 수직 화염확산을 평가하여 수평시편(121) 및 수직시편(122)의 화염전파 성능을 정량화하는 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법. - 제12항에 있어서,
상기 점화실험은 열응답지수(TRP)를 매개지수로 하여 규정된 열유속에 노출시 점화에 대한 내성을 부여하는 재료 특성을 파악하고; 그리고 상기 화염전파실험은 화염전파지수(FPI)를 매개지수로 하여 산소농도가 40%로 상승된 산소환경에서 상향 화재가 전파되는 동안 화학 발열량의 관점에서 발화 영역을 넘어 화염전파를 지원하는 소재의 성향, 실제 화재에서 방출되는 복사열유속을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 방법.
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| KR1020180151832A KR101988252B1 (ko) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법 |
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| KR1020180151832A KR101988252B1 (ko) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 적외선 가열장치에 의한 시편의 화염착화 자동감지 시스템 및 그 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210064981A (ko) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | 대한민국(산림청 국립산림과학원장) | 산불 확산 예측 장치 및 시스템 |
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