KR20200044555A - 열전반도체를 이용한 화재감지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전반도체를 이용한 화재감지기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 열전반도체의 상판과 하판의 온도차에 의해 생성되는 전류를 감지하여 출화를 판단하고, 출화로 판단되는 경우 상기 화재감지기 감지구역의 사용자의 존재여부와 화재에 의해 발생하는 가스의 농도를 판단하여, 화재예측 보류 및 화재발생 알람을 제공할 수 있는 열전반도체를 이용한 화재감지기에 관한 것이다.

Description

열전반도체를 이용한 화재감지기 {FIRE DETECTOR USING THERMOELECTRIC SEMICONDUCTOR}

본 발명은 열전반도체를 이용한 화재감지기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 열전반도체의 상판과 하판의 온도차에 의해 생성되는 전류를 감지하여 출화를 판단하고, 출화로 판단되는 경우 상기 화재감지기 감지구역의 사용자의 존재여부 및 화재에 의해 발생하는 가스의 농도를 판단하여, 화재예측 보류 및 화재발생 알람을 제공할 수 있는 열전반도체를 이용한 화재감지기에 관한 것이다.

일반적으로 화재감지기는 건물 내부의 천장에 일정간격을 두고 설치되어 화재 발생시 온도, 연기 등을 감지하여 전기적으로 연결되어 있는 수신기로 화재감지신호를 전송하여 화재경보음이 발생되도록 하는 장치를 말한다. 즉, 화재 감지기는 불시에 발생할 수 있는 화재를 예방할 목적으로, 화재 시 발생하는 열(HEAT), 연기(SMOKE), 불꽃(FLAME) 등을 검출하여, 화재가 발생하였음을 외부에 알리는 장치이다.

화재감지기의 종류로는 실내 온도가 급작스럽게 올라갈때 작동하는 차동식 화재감지기, 일정한 온도에 도달하게 될 때 작동하게 되는 정온식 화재감지기 및 지속적인 연기 발생시 작동하는 광전식 화재감지기 등이 존재한다.

그러나 상술한 화재감지기들은 화재가 발생하여 일정 수준이상으로 확대된 화재를 용이하게 화재를 감지할 수 있는 것으로, 초화의 시작부터 감지하여 화재를 예측하고 화재를 예방하는 용도로는 사용하기 어렵다는 문제점이 존재한다.

따라서 본 출원인은 초화 감지를 통한 화재발생을 예측할 수 있는 열전반도체를 이용한 화재감지기를 제공하고자 한다.

이하 선행기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0142460호는 열전반도체를 이용한 무전원 온도측정 장치 및 이를 포함하는 화재예방 시스템에 관한 것이다.

내용을 간략히 살펴보면, 열전반도체의 일부를 온도측정부로 구성하고, 나머지부는 온도측정대상의 열을 이용하여 발전하는 발전부로 구성하여 발전부의 전기를 온도측정부에 공급하는 온도측정장치에서 감지된 온도가 일정 온도 이상일 경우 사용자에게 알람을 제공하는 것에 대해 기재되어 있다.

그러나 열전반도체에서 감지된 온도만을 판단하여 알람을 제공하는 기능만을 포함하고 있으므로, 특정 공간의 사용자 재실여부, 따뜻한 음식 및 전열기구에 의한 온도변화에도 화재발생으로 판단하여 과도한 화재발생알림에 의한 사용자 불편 및 신뢰도가 낮아질 수 있는 문제점이 있다.

1. 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0142460호 (2015.12.22.)

본 발명의 기술적 과제는 초화상태를 감지할 수 있는 열전반도체를 이용한 화재감지기를 제공하는 것이다.

또한, 열전반도체를 이용하여 온도에 민감하게 화재를 감지할 수 있되, 사람의 등장여부에 따른 온도 변화에는 반응하지 않도록 하여 오동작을 줄인 열전반도체를 이용한 화재감지기를 제공하는 것이다.

또한, 열전반도체를 이용하여 온도에 민감하게 화재를 감지할 수 있되, 따뜻한 음식, 전열기구 등 화재가 아닌 따뜻한 물체의 열기에에 의해서는 반응하지 않도록 하여 오동작을 줄인 열전반도체를 이용한 화재감지기를 제공하는 것이다.

화재의 열을 집열하기 위한 하판; 상기 하판에 의해 집열된 열을 방열하기 위한 상판; 상기 상판과 하판 사이에 구비되어 상기 상판과 하판 간의 온도차를 감지하고, 상기 온도차에 의해 생성되는 전기에너지를 수집하기 위한 열전 반도체; 상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류를 측정하여 상기 상판 및 하판 간의 온도차를 감지하고, 감지된 온도차가 기설정범위 이상인지 판단하고, 판단 결과 기설정범위 이상인 경우 출화로 판단하고 화재예측 알람신호를 생성하는 제어부; 상기 제어부에 의해 생성된 알람 신호를 송신하는 통신모듈; 상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전기 에너지를 수집 및 저장하고, 수집 및 저장된 전기 에너지를 상기 제어부 및 통신모듈에 공급하도록 전력을 저장하는 전력저장모듈; 사람의 존재여부를 감지하는 인체감지센서; 및 화재에 의해 발생하는 가스 농도를 감지하는 가스감지센서;를 포함하고, 상기 제어부는, 출화로 판단되는 경우, 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점 사이에 사람의 존재여부 및 상기 기설정시간 이전시점 전부터 출화시점까지의 사람의 존재여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 화재발생 알람을 전송하는 것을 특징으로 하는, 열전반도체를 이용한 화재감지기를 제공하여 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명에서, 상기 제어부는, 상기 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점에는 사람이 존재하지 않다가, 상기 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점 사이에 사람이 존재하게 되는 경우, 화재예측 보류 알람신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제어부는, 상기 기설정시간 이전시점 전부터 출화시점까지의 사람이 지속적으로 존재하는 것으로 판단되는 경우, 출화시점으로부터 기설정된 가스농도측정시간 동안 감지된 가스의 농도를 판단하고, 화재에 의한 가스가 발생하지 않은 것으로 판단되면 정상상태 알람신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화재감지기는 열전반도체의 온도차에 의해 생성되는 전류를 통해 온도변화를 정확하게 감지하여 화재발생을 빠르게 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 화재감지기는 온도 변화에는 민감하게 반응하되, 사람의 존재여부에 따른 온도변화에는 반응하지 않도록 하여 오동작을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 화재감지기는 온도 변화에는 민감하게 반응하되, 따뜻한 음식, 전열기구 등 화재가 아닌 따뜻한 물체의 열기에는 반응하지 않도록 하여 오동작을 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 알람신호전송 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 인체감지 여부에 따른 화재감지여부 판단기준을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 인체감지 및 가스감지 여부에 따른 화재감지 판단과정을 나타낸 흐름도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예, 참조예 및 도면에 기술된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 일 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항, 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전모듈의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 알람신호전송 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전반도체를 이용한 화재감지기(100, 이하 화재감지기라 함)의 열전모듈(10), 제어부(20), 통신모듈(30), 전력저장모듈(40), 인체감지센서(50) 및 가스감지센서(60)를 포함할 수 있다.

본 발명의 화재감지기(100)는 건물 내부의 천장 등에 부착되어 건물내부의 온도를 감지하도록 설치될 수 있다.

열전모듈(10)은 가정, 사무실 등의 실내의 온도변화를 열전반도체를 이용하여 감지하도록 구성된다. 도 2를 참조하여 열전모듈(10)을 보다 구체적으로 설명하면, 열전모듈(10)은 하판(110), 상판(120), 방열판(121) 및 열전반도체(130)를 포함할 수 있다.

하판(110)은 실내 공기 중에 노출되도록 구비되어 실내공기로부터 집열할 수 있도록 구성된다.

상판(120)은 일측 상단에 방열판(121)이 구비되며, 하판(110)의 열을 방열판을 통해 방출하도록 구성되고, 이에 따라 하판(110)에서 상판(120)으로의 열의 이동이 원할하게 이루어질 수 있다. 이때, 방열판(121)은 도 2에 도시된 바와 같이 단면적을 최대한 넓게 구성하여 열의 방출이 용이하도록 형성될 수 있다.

열전반도체(130)는 상판(120)과 하판(110) 사이에 구비되어 상판(120)과 하판(110) 사이의 온도차를 감지하기 위한 것으로, 적어도 한 쌍의 p형반도체(132) 및 n형반도체(131)를 포함한다. 열전반도체(130)는 제백(seeback)효과에 의해 하판(110)과 상판(120)의 온도차에 의해 p형반도체(132)에는 정공이 이동하고, n형반도체(131)에는 전자가 이동하여 전류를 생성한다.

즉 전기에너지가 생성되며, 이때 전기에너지는 온도차(열에너지의 크기)에 따라 비례하여 전류가 증가하게 되므로, 전류를 측정하여 온도차를 예상 및 측정하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명에서 열전반도체(130)는 적어도 한 쌍 이상의 p형반도체(132)와 n형반도체(131)을 포함하되, 많은 전기에너지를 수집하기 위해서는 되도록 많은 쌍의 p형반도체(132)와 n형반도체(131)를 포함할 수 있으나, 화재감지기(100)의 크기에 적합한 쌍의 p형반도체(132)와 n형반도체(131)를 포함할 수 있다.

제어부(20)는 상판(120) 및 하판(110)의 온도차에 의해 열전 반도체(130)에 생성되는 정공(hole) 및 전자(electron)의 이동에 따른 전류를 측정할 수 있다. 이에 따라, 상판(120) 및 하판(110) 간의 온도차를 감지하도록 구성될 수 있다.

제어부(20)의 기능에 대해서는 하기의 인체감지센서(50) 및 가스감지센서(60)와 함께 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

통신모듈(30)은 제어부(20)에 의해 생성된 알람신호를 유/무선 통신을 통해 화재수신장치(200)으로 전송할 수 있다. 통신모듈(30)은 무선통신방식으로 형성되는 경우, Wi-Fi(Wireless Fidelity, Wireless Lan), 지그비(Zigbee), 블루투스(bluetooth) 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 통신방식을 사용할 수 있다.

전력저장모듈(40)은 하판(110) 및 상판(120)의 온도차에 의해 열전반도체(130)에서 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류에 의한 전기에너지를 저장할 수 있다. 전력저장모듈(40)에 저장된 전기에너지는 제어부(20) 및 통신모듈(30)에 실시간 공급하는 기능을 더 포함할 수 있으며, 전력저장모듈(40)에 저장된 전기에너지는 상술한 구성 이외의 구성에도 전력을 공급하는 기능을 포함할 수 있다.

인체감지센서(50)는 화재감지기(100)가 설치된 구역에 사용자가 존재하는지를 감지하기 위한 센서이다. 예를 들면, 인체에서 발생하는 적외선으로 인체의 유무를 감지하는 센서, 도플러 원리를 이용한 움직임을 감지하는 마이크로웨이브 센서 등 사람의 존재여부를 감지할 수 있는 센서일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 사람의 존재여부를 감지하는 센서를 채용할 수 있다.

가스감지센서(60)는 화재에 의해 발생하는 가스인 일산화탄소, 탄산가스, 아황산가스, 이산화탄소 등을 검출하고 농도를 측정할 수 있는 센서이다. 보다 구체적으로 가스감지센서(60)은 전기화학방식을 통해 화재에 의해 발상하는 가스의 농도를 측정할 수 있다.

제어부(20)는 감지된 온도차가 기설정범위 이상인지 판단하고, 기설정범위 이상의 온도차가 발생했을 경우, 출화(出火)로 판단하고, 화재예측을 알리는 1차 알람(alarm)신호를 생성할 수 있다. 출화(fire break-out, 出火)는 점화원에서 점화가 된 상태로 작은 불이나 부분연소로 본격적인 화재로 발생하지 않은 상태이다. 본 발명의 화재감지기는 열전반도체를 이용하여 출화상태를 감지하여 화재를 초기에 진압할 수 있도록 알람신호를 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 인체감지 여부에 따른 화재감지여부 판단기준을 나타낸 도면이다.

한편, 제어부(20)는 화재감지기(100)가 설치된 구역의 사용자 존재여부를 사용자가 감지된 시간과 함께 메모리장치(미도시)에 저장할 수 있다.

이때, 도 4 (a)를 참고하면, 제어부(20)는 출화로 판단될 때, 출화 판단 시점으로부터 기설정시간 이전시점 사이에 사람이 존재하지 않다가, 사람이 존재하게 되는 것인지 여부를 확인하고, 사람이 존재하지 않다가 사람이 존재하는 것으로 판단되는 경우 사람의 등장 및 활동에 따라 온도가 상승한 것으로 판단하고, 화재예측 보류 알람신호를 생성할 수 있다.

또한, 도 4 (b)를 참고하면, 제어부(20)는 출화로 판단될 때, 출화 판단 시점으로부터 기설정시간 이전 시점에서 전부터 사람이 지속적으로 존재하는 것으로 판단되면, 기설정된 가스농도측정시간 동안 가스감지센서(60)에서 감지된 가스의 농도를 판단하고, 화재에 의한 가스가 발생하지 않은 것으로 판단되면, 따뜻한 음식(조리활동), 전열기구 등의 따뜻한 열기에 의한 온도상승으로 판단하고, 화재발생이 아님을 알리는 정상상태 알람신호를 생성할 수 있다.

이때, 지속적으로 사람이 존재하는 것으로 판단되지 않거나, 화재에 의한 가스가 발생한 것으로 판단되면 화재발생 알람신호를 생성할 수 있다.

본 발명에서 인체감지여부에 따른 판단기준을 달리하는 이유를 설명하면 다음과 같다. 종래의 화재감지기들이 화재를 높은 확률로 감지하고 있다. 그러나, 종래의 화재감지기는 급격한 온도차를 감지하거나 특정온도이상에만 반응하도록 설계되어 있으므로, 이미 화재감지기에 의해 화재가 감지되었을 때는 초화상태 이상으로 진행된 문제가 있었다. 이에, 화재초기부터 화재발생을 예측하기 위해 열전반도체를 이용하여 비교적 적은 온도차에 의해서도 화재발생이 감지되도록 하였고, 이러한 방식을 사용할 경우, 사용자의 활동열에 의해 오동작 하는 문제점을 해결하기 위함이다.

화재수신장치(200)는 제어부(20)에서 전송된 알람신호를 수신하여 사용자에게 화재예측, 화재발생 등의 화재발생상태를 알릴 수 있는 장치이다. 화재수신장치(200)는 음향장치, 디스플레이, LED 중 적어도 하나 이상의 구성을 포함할 수 있으며, 화재가 예측되는 경우 구비된 구성을 통해 화재예측을 사용자에게 알릴 수 있다. 예를 들어 디스플레이의 경우, '화재발생 예측' 등을 문자로 디스플레이하거나, 화재를 상징하는 그림들 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이와 동시에 음향장치를 이용하여 보다 효율적으로 화재발생을 알릴수도 있다. 화재가 발생했다고 판단되는 경우, '화재발생'이라는 안내음을 제공 후 경보음이 제공되도록 하며, 디스플레이장치를 이용하여 화재발생을 안내할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화재감지기의 인체감지 및 가스감지 여부에 따른 화재감지 판단과정을 나타낸 흐름도이다.

열전모듈에 의한 온도차가 감지되면(S710), 감지된 온도차가 기설정범위 이상인지 판단하고(S720), 온도차가 기설정범위 이상인 경우(S720:Y)에 화재예측 1차 알람(S730)을 화재수신장치(200)로 전송한다.

다음으로, 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점의 사이에 사람이 존재하지 않다가 존재하게 되는지 판단하고(S740), 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점 사이에 사람이 존재하게 되는것으로 판단되면(S740:Y), 화재예측 보류알람(S770)을 화재수신장치(200)으로 전송한다.

출화시점으로부터 기설정시간 이전시점 사이에 사람이 존재하게 되는 것으로 판단되지 않으면(S740:N), 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점을 기준으로 출화시점까지 사람이 존재하였는지 판단하고(S750), 존재하지 않았던 것으로 판단되면 화재발생 알람(S780)을 화재수신장치(200)으로 전송한다.

한편, 사람이 존재한 것으로 판단되면(S750:Y), 화재에 의한 가스가 발생했는지를 판단하고(S760), 화재에 의한 가스가 발생했다고 판단하는 경우(S760:Y), 화재발생 알람(S780)을 전송하며, 화재에 의한 가스가 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우(S760:N) 정상상태 알람(S790)을 화재수신장치(200)으로 전송한다.

본 발명의 열전반도체를 이용한 화재감지기는 열전모듈을 이용하여 온도변화를 보다 정확하게 감지하여 초화상태의 화재를 감지함으로써, 빠른 대처를 통한 피해를 줄일 수 있도록 할 수 있다. 또한, 초화상태의 화재 감지는 작은범위의 온도차의 변화도 감지하게 되므로, 작은범위 온도차를 감지하는 것에 따른 오작동을 사람의 존재여부 감지 및 가스농도감지의 판단을 통해 보완하여 신뢰도 높은 화재감지기를 제공할 수 있다.

100 : 화재감지기
200 : 화재수신장치
10 : 열전모듈
20 : 제어부
30 : 통신모듈
40 : 전력저장모듈
50 : 인체감지센서
60 : 가스감지센서
110 : 하판
120 : 상판
121 : 히트싱크
130 : 열전반도체
131 : n형반도체
132 : p형반도체

Claims (3)

1. 화재의 열을 집열하기 위한 하판;
   상기 하판에 의해 집열된 열을 방열하기 위한 상판;
   상기 상판과 하판 사이에 구비되어 상기 상판과 하판 간의 온도차를 감지하고, 상기 온도차에 의해 생성되는 전기에너지를 수집하기 위한 열전 반도체;
   상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전류를 측정하여 상기 상판 및 하판 간의 온도차를 감지하고, 감지된 온도차가 기설정범위 이상인지 판단하고, 판단 결과 기설정범위 이상인 경우 출화로 판단하고 화재예측 알람신호를 생성하는 제어부;
   상기 제어부에 의해 생성된 알람 신호를 송신하는 통신모듈;
   상기 상판 및 하판의 온도차에 의해 상기 열전 반도체에 생성되는 정공 및 전자의 이동에 따른 전기 에너지를 수집 및 저장하고, 수집 및 저장된 전기 에너지를 상기 제어부 및 통신모듈에 공급하도록 전력을 저장하는 전력저장모듈;
   사람의 존재여부를 감지하는 인체감지센서; 및
   화재에 의해 발생하는 가스 농도를 감지하는 가스감지센서;를 포함하고,
   상기 제어부는,
   출화로 판단되는 경우, 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점 사이에 사람의 존재여부 및 상기 기설정시간 이전시점 전부터 출화시점까지의 사람의 존재여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 화재발생 알람을 전송하는 것을 특징으로 하는, 열전반도체를 이용한 화재감지기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점에는 사람이 존재하지 않다가, 상기 출화시점으로부터 기설정시간 이전시점 사이에 사람이 존재하게 되는 경우, 화재예측 보류 알람신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 열전반도체를 이용한 화재감지기.
   
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 기설정시간 이전시점 전부터 출화시점까지의 사람이 지속적으로 존재하는 것으로 판단되는 경우, 출화시점으로부터 기설정된 가스농도측정시간 동안 감지된 가스의 농도를 판단하고, 화재에 의한 가스가 발생하지 않은 것으로 판단되면 정상상태 알람신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 열전반도체를 이용한 화재감지기.
   

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