KR20220066546A - 가스특성 시험장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연소대상에 열을 가하는 가열부; 상기 연소대상에서 발생하는 가스를 감지하는 센서부 및 설정된 구간별 가열온도와 시간에 대응하여 연소대상에서 발생하는 가스의 특성을 시험하는 제어부를 포함하는 가스특성 시험장치 및 그 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 가스특성 시험장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소대상의 불완전연소에서 발생하는 가스의 특성을 시험하는 기술에 관한 것이다.
<연소대상의 가스시험에 관하여>
종래에는 화재로부터 생명과 재산을 보호하기 위해 화재원인이 되는 연소대상의 방염성능을 시험하였다. 방염시험방법은 수직으로 걸린 연소대상에 전파되는 불꽃의 속도를 측정하는 연소시험법(visual timing test), 45도로 연소대상을 걸어놓아 불꽃의 전파속도(flame-spread rate)를 측정하는 45도법 및 연소대상을 반원트(semicircular frame)에 걸어놓아 불꽃의 전파속도를 측정하는 후프법(hoop test)이 있다. 특허문헌 1은연소대상의 방염성능을 시험하되, 연소대상에 발생하는 유독가스 효율적으로 배출하여 시험자의 안전을 도모하는 기술에 관한 것이다.
연소대상의 불완전연소에 의해 발생하는 가스는, 연소대상의 인화점 또는 발화점 이하의 온도에서 발생하는 유독가스로서, 화재의 징후나 조짐을 알아내기 위한 적합한 가스다. 화재의 징후나 조짐을 사전에 알아낼 수 있으며 화재로 인한 원천적 피해를 방지할 수 있다. 그러나 종래에는 특허문헌 1과 같이 화재발생 상태에서 시험이 이루어지고, 화재징후와 관련된 유독가스에 관한 시험은 미비한 상태이다.
특허문헌 2는 화재시험 테스트룸에 관한 것으로서, 화재시 발생하는 연소가스를 모아 농도를 측정하는 시험을 수행하지만, 여전히 화재시 발생하는 가스를 감지하는 것이므로, 화재징후의 판별을 위한 가스시험을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
<연소대상의 가스농도에 관하여>
연소대상에 포함된 절연물은 인화점 또는 발화점 이하의 온도로 열을 받으면 불완전하게 연소되어 유독가스가 발생하고, 인화점 또는 발화점을 초과하는 온도로 열을 받으면 연기가 발생하면서 불로 번지게 된다.
불완전연소에 의해 발생하는 유독가스는 농도가 매우 낮을 수 있지만, 화재징후를 알아내는 지표로 적합한 가스이다. 따라서 미량의 가스농도별로 화재징후의 경고레벨을 구분할 수 있는 화재징후용 가스농도기준이 필요하고, 이를 규명하기 위한 실험기기가 필요하다.
종래에는 폭발한계(explosion limit)라는 기준이 존재하였으나, 화재징후용 가스농도기준은 없는 상태이다. 폭발한계는 특정 가연성가스가 공기 또는 산소와 혼합되어 한정된 범위의 농도로 되었을 때 연소가 일어난다는 것을 의미하고, 폭발상한계(UEL)와 폭발하한계(LEL)로 구분된다.
<가스센서의 특성에 관하여>
가스센서는 기체 중에 포함된 특정 성분의 가스를 감지하여 그 농도에 따라 적당한 전기신호로 변환하는 소자이다. 가스센서는 동작방식에 따라 전기화학시, 접촉연소식, 반도체식 및 광이온화식의 센서로 구분된다.
가스센서는 특정가스의 감지를 목적으로 제작된다. 그러나 가스센서는 특정가스에 대한 감도만 양호할 뿐 다른 가스도 동시에 감지하고, 유입되는 가스의 종류에 상관없이 전체적인 가스 농도만 측정이 가능하며, 특정가스의 선택도가 감소되는 문제점이 있다. 따라서 연소대상의 열화정도에 따라 발생하는 가스의 종류도 다르기 때문에, 화재징후를 감지하는 센서에 대한 선택도를 향상시키는 시험은 필요하다.
<절연물의 가스특성에 관하여>
전기기기에 사용되는 절연물은 전선, 도체 단자대이다. 전선은 전류가 흐르는 도체를 절연하여 감싸는 절연 피복재이고, 튜브는 전선의 끝을 전기 공급하는 도체에 접속하기 위하여 구리 재질의 압착 단자인 터미널을 포함하여 도체를 쉽게 절연하는 절연 피복재이며, 단자대는 압착 단자를 사용하여 접속한 도체를 고정하는 절연 피복재이다.
전선, 튜브 및 단자대는 서로가 절연하는 피복재이지만, 물질을 이루는 성분은 다르다. 전선, 튜브 및 단자대는 성분 또는 종류가 다르기 때문에, 열화에 의해 발생하는 가스가 서로 다를 수 있다. 또한 전선, 튜브 및 단자대는 서로의 성분이 다르기 때문에, 열화 온도 또는 정도에 따라 발생하는 가스가 전혀 다를 수 있다.
종래에는 전기기기의 도체에 피복된 절연물의 열화에 의해 발생하는 가스를 감지하고, 가스의 농도를 측정하여 화재징후를 판별하였다. 그러나 종래에는 가스센서가 절연물의 열화에 의해 발생하는 일산화탄소, 이산화탄소, 염화수소, 벤젠, 자일렌, 톨루엔, 포름알데히드 및 알코올 등 다수의 가스와 반응하여 특정가스의 농도를 알아내기 어렵다.
종래에는 절연물의 열화에 의해 발생하는 특정가스를 감지하여 화재징후를 판별하였다. 그러나 종래에는 절연물의 종류나 열화정도에 따라 발생하는 가스특성을 고려하지 않아 화재징후를 나타내는 특정가스의 선정 기준이 애매모호하거나 신뢰도가 낮다. 따라서 절연물의 열화에 의해 발생하는 가스 중에서 화재징후와 관련된 표적가스를 알아내는 시험은 필요하다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 연소대상의 불완전연소에서 발생하는 가스를 통하여 연소대상 또는 센서부의 가스특성을 시험하는 가스특성 시험장치 및 그 방법을 제공한다.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명의 실시예에 따른 가스특성 시험장치는, 연소대상에 열을 가하는 가열부(140); 상기 연소대상에서 발생하는 가스를 감지하는 센서부(120) 및 설정된 구간별 가열온도와 시간에 대응하여 연소대상에서 발생하는 가스의 특성을 시험하는 제어부(190)를 포함하여, 상기 제어부는 연소대상의 가스특성을 시험하여 연소대상에서 발생하는 가스 중에서 가스감지 목적에 대응하는 표적가스에 관한 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 연소대상에 포함된 비금속대상의 가스특성을 시험할 때 비금속대상의 인화점 또는 발화점 이하의 가열온도를 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부는 연소대상의 가스특성을 시험하여 표적가스의 농도에 따른 경고레벨에 관한 정보를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 연소대상은 비금속대상과 금속대상을 포함하고, 금속대상은 비금속대상으로 피복되며, 상기 가열부는 금속대상에 열을 가하고, 센서부는 금속대상의 부식 또는 비금속대상의 열화에 의해 발생하는 가스를 감지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
가열부, 센서부 및 제어부를 포함하는 가스특성 시험장치(100)를 이용한 가스특성 시험방법은, 상기 제어부에서 연소대상의 가스크로마토그래피 분석정보를 저장하는 단계; 상기 가열부에서 연소대상에 열을 가하는 단계; 상기 센서부에서 연소대상에서 발생하는 가스를 감지하는 단계 및 상기 제어부에서 가스크로마토그래피 분석정보와 센서부에서 감지된 센서데이터를 비교하여 센서부의 가스특성을 시험하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 센서부가 형성된 챔버(110)의 내부에 연소대상과 관련된 시험가스의 주입을 제어하고, 가스주입량과 센서데이터를 비교하여 센서부의 가스특성 시험하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부는 센서별 가스특성을 시험하여 센서들간의 가스반응관계 및 연소대상과 센서간의 가스매칭에 관한 정보를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 연소대상 또는 센서부의 가스특성을 시험하는 가스특성 시험장치를 인증기관, 시험기관 또는 연소대상의 표적가스를 감지 또는 감시하는 제품을 개발하는 개발업체에게 제공함으로써, 표준이나 인증시험 발전에 이바지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스특성 시험장치를 도시한 것이다.
도 2는 연소대상의 구성요소를 계층적 관계로 도시한 예이다.
도 3은 가스감지요소의 종류와 특성을 도시한 예이다.
도 4는 80℃에서 전선에 대한 열탈리 가스크로마토그라피의 분석결과를 도시한 예이다.
도 5는 100℃에서 전선에 대한 열탈리 가스크로마토그라피의 분석결과를 도시한 예이다.
도 6은 분해능이 다른 수소센서의 출력특성을 도시한 예이다.
도 7은 연소대상을 등록하는 화면을 도시한 예이다.
도 8은 감시영역을 등록하는 화면을 도시한 예이다.
도 9는 선택성의 센서로 구성된 센서부를 이용하여 표적가스의 존재유무 판별, 농도연산 및 경고레벨 결정하는 예를 도시한 것이다.
도 10은 분해능의 센서로 구성된 센서부를 이용하여 표적가스의 존재유무 판별, 농도연산 및 경고레벨 결정하는 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가스특성 시험방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 연소대상의 구성요소를 계층적 관계로 도시한 예이다.
도 3은 가스감지요소의 종류와 특성을 도시한 예이다.
도 4는 80℃에서 전선에 대한 열탈리 가스크로마토그라피의 분석결과를 도시한 예이다.
도 5는 100℃에서 전선에 대한 열탈리 가스크로마토그라피의 분석결과를 도시한 예이다.
도 6은 분해능이 다른 수소센서의 출력특성을 도시한 예이다.
도 7은 연소대상을 등록하는 화면을 도시한 예이다.
도 8은 감시영역을 등록하는 화면을 도시한 예이다.
도 9는 선택성의 센서로 구성된 센서부를 이용하여 표적가스의 존재유무 판별, 농도연산 및 경고레벨 결정하는 예를 도시한 것이다.
도 10은 분해능의 센서로 구성된 센서부를 이용하여 표적가스의 존재유무 판별, 농도연산 및 경고레벨 결정하는 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가스특성 시험방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스특성 시험장치를 도시한 것이다. 가스특성 시험장치(100)는 연소대상에서 발생하는 가스의 특성을 시험하는 장치로서, 연소대상에 열을 가하는 가열부(140), 연소대상에서 발생하는 가스를 감지하는 센서부(120) 및 설정된 구간별 가열온도와 시간에 대응하여 연소대상에서 발생하는 가스의 특성을 시험하는 제어부(190)를 포함한다.
제어부(190)는 가열부(140)와 센서부(120) 유선 또는 무선으로 통신이 가능하다. 무선통신은 블루투스, 와이파이, 적외선 또는 센서네트워크 통신일 수 있고, 다양한 통신일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
센서부(120)에 구성된 센서는 가스를 감지하는 가스센서이다. 또한 본 발명에서 센서부(120)는 온도센서 또는 습도센서의 기능을 포함할 수 있고, 다양한 환경을 감지하기 위한 다양한 센서의 기능을 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
센서는 가스를 감지하는 목적에 대응하여 다양한 감시영역에 설치가 가능하다. 가스를 감지하는 목적은 감시영역의 화재징후 판별, 공기질 측정, 인체의 호흡측정, 생화학적 유독가스감지 또는 식품 가스감지로 구분될 수 있고, 감시영역의 환경과 감지 용도에 따라 다양할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
감시영역은 가스를 감지하는 목적에 대응하여 다양한 환경일 수 있다. 예를 들어 감시영역은 가정, 사무실, 공장, 상가시설, 송배전시설, 가스정압시설, 발전시설 또는 EES와 같은 에너지저장시설이고, 다양한 영역일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
도 2는 연소대상의 구성요소를 계층적 관계로 도시한 예로서, 연소대상은 가연성 물질, 금속 및 비금속을 포함할 수 있다. 가연성 물질은 자체가 가스이고, 금속은 산화/환원의 연소반응에 의해 가스를 발생하며, 비금속은 열화, 열분해 또는 불완전연소에 의해 가스를 발생한다. 본 발명에서 가스특성 시험장치(100)는 금속과 비금속에 대한 가스특성 시험이 가능하다. 비금속은 대표적으로 열가소성 플라스틱이고, 면직물이나 음식물도 포함될 수 있다.
가연성 물질은 산소 또는 공기와 혼합되어 점화했을 때 연소되는 물질이다. 가연성 물질은 기체, 액체 및 고체 상태의 물질로 구분된다. 예를 들어 기체의 가연성 물질은 LNG 또는 LPG 가스이고, 액체의 가연성 물질은 석유이며, 고체의 가연성 물질은 석탄이다.
금속은 산화/환원 반응에 의해 연소반응 발생하는 부식대상으로서 전기가 통하는 도체일 수 있고, 대표적으로 구리, 철 또는 은이다. 금속은 부식에 의해 전기적인 열과 수분에 의해 부식이 가능하며, 부식에 의해 가스가 발생한다. 부식은 부식은 산화, 탄화, 질화, 황화 또는 할로겐화에 의한 작용을 의미한다. 부식대상은 화학적, 기계적 또는 고온의 영향에 의해 부식이 발생한다. 도체의 부식에 의해 발생하는 가스는 화재징후를 판별하기 위한 가스로 사용될 수 있다. 예를 들어 전기가 통하는 구리는 열과 수분에 반응하여 산화구리로 변하고, 산화과정에서 수소가스가 발생한다. 수소가스는 화재징후를 판별하기 위한 가스로 사용될 수 있다.
비금속은 열화대상으로서 열화에 의해 가스가 발생한다. 열화대상은 화학적, 기계적 또는 고온의 영향에 의해 열화가 발생한다. 비금속은 금속의 성질을 가지지 않은 물질로서, 대표적으로 플라스틱, 천, 나무 또는 스티로폼이다. 비금속은 성분에 따라 다양한 가스를 발생하고, 불완전연소와 완전연소에 따라 발생하는 가스의 종류가 다를 수 있으며, 불완전연소 또는 열화정도에 따라 발생하는 가스의 종류가 다를 수 있다. 열화대상의 열화에 의해 발생하는 가스는 화재징후를 판별하기 위한 중요한 가스감지요소가 된다.
도 3은 가스감지요소의 종류와 특성을 도시한 예로서, 가스감지요소는 연소대상과 관련하여 화재징후 판별을 위한 화재징후요소를 포함한다. 본 발명은 연소대상 외에도 측정대상을 더 포함할 수 있고, 측정대상은 가스감지의 목적에 대응하여 연소대상도 함께 포함할 수 있다.
가스감지요소는 측정대상과 관련하여 공기질 측정을 위한 공기질측정요소, 인체의 호흡측정을 위한 호흡측정요소 또는 군사적 용도인 생화학적감지요소를 더 포함할 수 있다. 가스감지요소는 측정대상과 관련하여 유독 가스감지를 위한 유독가스감지요소 또는 식품가스감지요소를 더 포함할 수 있고, 가스감지 목적 또는 연소대상의 가스특성에 대응하여 다양한 감지요소를 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어 연소대상에 포함된 절연물은 열화에 의해 가스가 발생하고, 절연물의 열화에 의해 발생하는 가스는 공기질을 측정하기 위한 측정대상이 되기도 한다.
가스감지요소의 특성은 연소대상별 가스특성, 감시영역별 가스특성, 센서별 가스특성, 센서간 가스반응관계 및 연소대상과 센서간의 가스매칭을 포함할 수 있다.
각각의 감시영역은 연소대상뿐만 아니라 비연소대상도 존재할 수 있으므로, 비연소대상의 가스특성을 포함할 수 있다. 비연소대상은 가스를 감지하는 목적에 불필요한 대상이다. 각각의 센서는 고유의 선택성이나 분해능을 가질 수 있고, 고유의 가스특성을 가질 수 있다. 각각의 센서는 특정 가스에 반응하고 다른 특정 가스에 미반응하는 가스반응관계에 관한 특성을 가질 수 있다. 본 발명은 연소대상에서 발생하는 가스와 센서에서 감지 가능한 가스가 서로 매칭되어야 감시영역에서의 가스 감시가 가능하다.
본 발명은 가스감지요소를 이용하여 표적가스의 설정, 표적가스의 존재유무 판별, 표적가스의 농도연산 및 가스 감지목적에 따른 경고레벨 판별 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 또한 본 발명은 가스감지요소에 관한 표준 또는 기준을 설정하기 위해 가스특성 시험장치(100)를 활용하고자 한다. 이하 도 4와 도 5를 참조하여 연소대상별 가스특성을 좀 더 자세히 설명하기로 한다.
도 4는 80℃에서 전선에 대한 열탈리 가스크로마토그라피의 분석결과를 도시한 예이고, 도 5는 100℃에서 전선에 대한 열탈리 가스크로마토그라피의 분석결과를 도시한 예이다. 전선의 열탈리 가스크로마토그라피 분석은 전선의 열화에 의해 발생하는 가스의 성분을 분석하고, 열분해기(pyrolyzer)를 이용하여 설정된 열화온도에서 10분간 열탈리하는 조건에서 이루어지며, 5% disphenly과 95% dimethylpolysiloxane의 고정상으로 구성된 capillary 컬럼이 이용된다. 전선은 전류가 흐르는 금속과 같은 도체를 전하여 감싸는 절연 피복재이고, 열화대상에 포함된다.
도 4 및 도 5를 참조하면 전선은 80℃와 100℃에서 Propylcyclopentane과 Toluene이 발생하고, 80℃에서 Tridecene이 발생하였으며, Toluene의 가스량이 제일 높다. 열탈리 가스크로마토그라피의 분석결과에 따르면 열화대상은 열화온도에 따라 발생하는 가스가 다름을 확인할 수 있다. 표적가스는 열화온도별로 모두 발생하고, 가스량이 제일 높은 Toluene이 바람직할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면 연소대상은 가열온도와 시간에 따라 발생하는 가스의 종류가 다를 수 있고, 가스의 농도가 다를 수 있으며, 인화점 또는 발화점 이하에서 발생하는 가스의 종류와 농도에 대한 고유한 특성을 가질 수 있다.
종래에는 연소대상의 열화에 의해 발생하는 다양한 가스에 반응하여 정확하게 전기화재의 징후를 판별하기 어렵다. 본 발명은 다양한 가스 중에서 화재징후를 나타내는 표적가스를 설정함으로써, 화재징후의 판별 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
표적가스는 연소대상에서 발생하는 가스 중에서 가스감지요소와 관련된 가스이고, 가스감지의 목적 또는 효과를 달성하기 위해 설정된 가스이다.
센서부(120)는 분해능이 다른 복수의 센서로 구성될 수 있다. 분해능이 다르다는 것은 센서가 검출할 수 있는 최소 입력 증분이 다르다는 것을 의미한다. 이하 도 6을 참조하여 분해능 또는 선택성에 따른 센서간 가스반응관계를 자세히 설명하기로 한다.
도 6은 분해능이 다른 수소센서의 출력특성을 도시한 예로서, 제1 수소센서는 0~100[ppm], 제2 수소센서는 10~1000[ppm] 제3 수소센서는 1000~10000[ppm] 영역에서 양호한 분해능과 큰 출력전압을 보이고 있다.
본 발명은 표적가스에 대하여 분해능이 다양한 복수의 센서를 사용하여 표적가스의 선택도를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명은 표적가스를 감지하는 센서가 표적가스뿐만 아니라 다른 가스도 함께 감지할 수 있으므로, 선택성이 다른 복수의 센서를 사용할 수 있고, 선택성이 다양한 복수의 센서를 사용하여 표적가스의 선택도를 더욱 향상시킬 수 있다.
가스감지의 목적 등 연소대상의 가스특성에 따라 표적가스의 설정은 매우 중요하다. 예를 들어 공기질측정요소에서 표적가스는 이산화탄소나 일산화탄소일 수 있고, 화재징후요소에서 표적가스는 이산화탄소나 일산탄소가 아닌 톨루엔이 될 수 있다.
더욱 상세하게는 이산화탄소를 화재징후의 표적가스로 설정하기 어려운 이유는, 열화대상이 완전연소될 때 이산화탄소가 발생하고, 화재 이미 발생된 상태가 되기 때문이다. 또한 일산화탄소를 화재징후의 표적가스로 설정하기 어려운 이유는, 불완전연소에 발생 가능한 가스이지만, 인체의 호흡 또는 일반 환경에서 발생 가능한 가스이기 때문에 화재징후를 판별하기 어려운 가스일 수 있다. 또한 톨루엔을 화재징후의 표적가스로 설정하는 이유는, 불완전연소 또는 열분해에 의해 발생하는 가스이고, 열화온도에 따라 모두 발생하는 가스이기 때문이다.
연소대상의 가스특성에 대응하는 가스를 센서에서 감지해야 하므로, 연소대상과 센서의 가스매칭에 따라 표적가스가 설정되어야 한다. 또한 분해능 또는 선택성 등 표적가스의 선택도 증가를 위해 센서별 가스특성에 따라 표적가스가 설정되어야 한다. 또한 감시영역에 비연소대상이 형성될 수 있으므로, 비연소대상에서 발생하는 가스와 구별되는 감시영역의 가스특성에 따라 표적가스가 설정되어야 한다.
다시 도 1을 참조하면 제어부(190)는 연소대상의 가스특성을 시험하여 연소대상에서 발생하는 가스 중에서 가스감지 목적에 대응하는 표적가스에 관한 정보를 생성한다.
가스특성 시험장치(100)는 챔버(110), 장착부(130), 흡기부(151), 배기부(152) 및 시험가스 공급부(160)를 더 포함할 수 있다. 챔버(110)는 연소대상의 연소공간을 제공하고, 흡기부(151)는 챔버(110) 하부에 형성되어 신선한 공기를 챔버(110) 내부로 흡입하며, 배기부(152)는 챔버(110) 상부에 형성되어 챔버(100) 내부의 공기를 외부로 배출한다. 흡기부(151)와 배기부(152)는 제어부(190)의 제어를 통하여 시험직전 또는 시험직후에 가동된다.
장착부(130)는 센서부(120)에 포함된 센서를 장착시킬 수 있다. 장착부(130)는 시험시간의 단축을 위하여 복수 개의 센서를 장착시킬 수 있다. 예를 들어 장착부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 분해능에 따라 저농도/중농도/고농도 센서 등 3개를 장착시킬 수 있고, 선택성에 따라 표적가스의 감지가 가능한 표적가스용 센서와 비표적가스의 감지가 가능한 선택도증가용 센서를 장착시킬 수 있다. 선택도증가용 센서는 설정된 가스농도의 표적가스에 반응하면서 비표적가스를 감지하는 제1 선택도증가용 센서 및 설정된 가스농도의 표적가스에 미반응하면서 비표적가스를 감지하는 제2 선택도증가용 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 비금속대상의 불완전연소에서 발생하는 가스를 감지하여 화재징후를 판별하는 목적이므로, 비금속대상의 완전연소에서 발생하는 가스의 감지는 무의미할 수 있다. 제어부(190)는 연소대상에 포함된 비금속대상의 가스특성을 시험할 때 비금속대상의 인화점 또는 발화점 이하의 가열온도를 설정한다.
제어부(190)는 연소대상의 가스특성을 시험하여 표적가스의 농도에 따른 경고레벨에 관한 정보를 생성한다. 더욱 상세하게는 제어부(190)는 연소대상의 가열온도와 가스농도 간의 상관성을 이용하여 화재징후의 경고레벨을 설정할 수 있고, 경고레벨 설정과 관련된 정보를 생성할 수 있다.
연소대상은 비금속대상과 금속대상을 포함하고, 금속대상은 비금속대상으로 피복될 수 있다. 예를 들어 금속대상은 구리이고, 비금속대상은 피복 절연물이다. 가열부(140)는 금속대상에 열을 가하고, 센서부(120)는 금속대상의 부식 또는 비금속대상의 열화에 의해 발생하는 가스를 감지할 수 있다.
본 발명은 금속대상과 비금속대상에 대한 가스특성 시험을 함께 수행할 수 있고, 금속대상과 비금속대상 각각에 대하여 표적가스를 설정하여 화재징후의 판별정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
센서부(120)는 연소대상의 상부에 형성되어 연소대상에서 발생하는 가스 중에서 공기보다 가벼운 가스를 감지한다. 가열부(140)는 상부에 형성된 연소대상을 가열한다. 센서부(120)는 흡입수단이 없이 자연적으로 유입되는 공기보다 가벼운 가스를 감지할 수 있다.
센서부(120)는 표적가스농도의 오차보정을 시험하기 위한 오차보정센서를 포함할 수 있다. 오차보정센서는 온도 센서 또는 습도 센서일 수 있다.
제어부(190)는 저장수단을 통하여 연소대상의 가스크로마토그래피 분석정보를 저장한다. 가스크로마토 그래피 분석정보는 가열온도와 시간에 따른 가스종류의 분포 또는 가스농도의 분포를 포함할 수 있고, 이에 대한 설명은 도 4 및 도 5를 참조하기로 한다.
가열부(140)는 설정된 온도와 시간을 적용하여 연소대상에 열을 가하고, 센서부(120)는 연소대상에서 발생하는 가스를 감지하며, 제어부(190)는 가스크로마토그래피 분석정보와 센서부(120)에서 감지된 센서데이터를 비교하여 센서부(120)의 가스특성을 시험한다.
제어부(190)는 시험가스 공급부(160)를 제어하여 챔버(110)의 내부에 연소대상과 관련된 시험가스를 주입하고, 가스주입량과 센서데이터를 비교하여 센서부의 가스특성 시험할 수 있다. 시험가스는 연소대상에서 발생 가능한 가스일 수 있고, 표적가스일 수 있다.
연소대상에 위치한 감시영역은 비연소대상도 존재 가능하다. 비연소대상은 가스를 감지하는 목적에 불필요한 대상이다. 예를 들어 가정에서 연소대상은 화재징후와 관련된 가스를 감지하는 목적으로 콘센트나 멀티탭과 같은 절연물의 열화에 의해 가스 발생이 가능한 대상이고, 비연소대상은 화장품이나 향수 등 화재징후와 관련된 가스를 감지하는 목적에 불필요한 대상이다.
시험가스는 비연소대상에서 발생하는 가스와 연소대상에 발생하는 가스가 혼합될 수 있고, 가스특성 시험장치(100)는 시험가스를 이용하여 센서부(120)에서 연소대상의 가스를 선택적으로 감지할 수 있는지 이에 대한 시험을 수행할 수 있다.
본 발명은 센서부(120)의 가스크로마토그래피 분석정보 또는 시험가스를 이용한 가스특성 시험을 통하여 가스감지 목적에 대응하는 센서를 선별적으로 선택할 수 있고, 표적가스의 감지효율과 선택도를 향상시킬 수 있으며, 센서의 인증시험에 활용할 수 있다.
제어부(190)는 센서별 가스특성을 시험하여 센서들간의 가스반응관계 및 연소대상과 센서간의 가스매칭에 관한 정보를 생성할 수 있고, 상기 정보를 가스감지요소로 등록할 수 있다.
도 7은 연소대상을 등록하는 화면을 도시한 예로서, 제어부(190)는 등록수단 또는 입출력수단을 통하여 연소대상 및 측정대상을 포함하는 연소대상을 등록할 수 있다. 도 7은 사용자가 입출력수단을 통하여 연소대상을 선택하고, 연소대상을 선택하며, 연소대상에 대응하는 비금속을 선택하고, 비금속 중에서 절연물에 해당하는 열가소성 플라스틱을 선택하며, 열가소성 플라스틱에서 일반 항목을 선택하며, 일반의 속성에 포함된 다수의 가스 중에서 톨루엔을 표적가스로 보여주는 화면을 도시한 것이다.
등록수단은 사용자의 선택정보를 수신하여 연소대상의 속성을 수정할 수 있다. 등록수단은 연소대상의 종류 또는 성분이 다르고, 가열온도와 시간 등 열화정도에 따라 발생하는 가스가 전혀 다를 수 있기 때문에, 연소대상별로 발생하는 가스 또는 표적가스를 등록할 수 있다.
도 8은 감시영역을 등록하는 화면을 도시한 예로서, 감시영역은 가정, 사무실, 공장, 상가시설, 송배전시설, 가스정압시설, 발전시설 또는 EES와 같은 에너지저장시설이고, 다양한 영역일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
도 8은 입력수단을 통하여 사용자가 감시영역의 송배전시설을 선택하고, 송배전시설에서 고압배전반을 선택하며, 감시영역에 위치한 대상 중에서 열화대상을 선택하는 화면을 도시한 것이다.
본 발명은 기본적인 가스감지요소를 제공하고, 사용자 맞춤형으로 가스감지요소의 선택을 제공함으로써, 사용자가 쉽게 표적가스 또는 감시영역을 설정할 수 있고, 사용자가 보유한 센서를 범용적으로 사용할 수 있으며, 표적가스의 감지효율 또는 선택도를 향상시킬 수 있다.
도 9는 선택성의 센서로 구성된 센서부를 이용하여 표적가스의 존재유무 판별, 농도연산 및 경고레벨 결정하는 예를 도시한 것으로서, 가스특성 시험장치(100) 연소대상과 센서부(120)의 가스특성에 관한 가스감지요소를 생성하여 표적가스를 감시하는 표적가스 감시장치(미도시)에게 제공할 수 있고, 표적가스 감시장치는 가스감지요소에 관한 정보를 이용하여 아래와 같은 동작을 수행할 수 있다.
제1 센서는 표적가스용 센서일 수 있고, 제2 센서는 제1 선택도증가용 센서일 수 있으며, 제3 센서는 제2 선택도증가용 센서일 수 있다.
표적가스 감시장치는 제1 센서 내지 제3 센서 각각에서 설정된 농도 이상으로 가스를 감지하였는지 여부를 판별하거나, 가스별 출력패턴을 참조하여 표적가스의 존재여부를 판별한다. 예를 들어 표적가스를 감지하는 제1 센서에서 설정된 농도 이상의 가스가 감지되면 표적가스가 존재한다고 판별할 수 있다.
표적가스 감시장치는 제1 센서에서만 설정된 농도 이상의 가스를 감지하면 농도의 보정없이 제1 센서의 감지값만 사용하여 표적가스의 농도를 연산할 수 있고, 제2 센서 또는 제3 센서에서도 설정된 농도 이상의 가스를 감지하면 제2 센서 또는 제3 센서의 감지값에 대응하는 가스별 농도가중치를 제1 센서의 감지값에 적용하여 표적가스의 농도를 연산할 수 있다.
표적가스 감시장치는 설정된 농도 이상으로 제1 센서에서 미감지하고, 제2 센서와 제3 센서에서 감지한다면, 비표적가스로 판별하고, 농도 연산을 수행하지 않는다.
제1 센서와 제2 센서는 표적가스를 감지할 수 있지만, 제1 센서는 제2 센서보다 표적가스의 감도 또는 민감도가 더 높을 수 있다. 제1 센서는 저농도의 표적가스를 감지할 수 있고, 제2 센서는 저농도의 표적가스를 미감지할 수 있다. 제2 센서는 중농도 또는 고농도의 표적가스를 감지할 수 있다.
표적가스 감시장치는 표적가스의 농도에 따른 단계별 경고레벨을 판별할 수 있고, 각 센서에서 설정된 농도 이상으로 감지여부에 따라 단계별 경고레벨을 판별할 수 있다. 예를 들어 표적가스 감시장치는 0에서 4단계로 단계별 경고레벨을 판별할 수 있다. 표적가스 감시장치는 제1 센서 또는 각 센서에서 설정된 농도 이상으로 가스를 미감지하면 경고레벨을 0으로 판별할 수 있고, 제1 센서에서만 설정된 농도 이상으로 가스를 감지하면 경고레벨을 1로 판별할 수 있으며, 제1 센서와 제2센서에서 또는 모든 센서에서 설정된 농도 이상으로 가스를 감지하면 경고레벨을 1~4로 판별할 수 있다.
도 10은 분해능의 센서로 구성된 센서부를 이용하여 표적가스의 존재유무 판별, 농도연산 및 경고레벨 결정하는 예를 도시한 것으로서, 표적가스 감시장치는 저농도 센서, 중농도 센서 및 고농도 센서에서 설정된 농도 이상으로 가스를 감지하였는지 여부를 판별하거나 농도분포 출력패턴을 참조하여 표적가스의 존재여부를 판별할 수 있다.
표적가스 감시장치는 저농도 센서에서만 설정된 농도 이상의 가스를 감지하면 농도의 보정없이 저농도 센서의 감지값(A구간의 농도범위)만 사용하여 표적가스의 농도를 연산할 수 있고, 저농도 센서와 중농도 센서에서 설정된 농도 이상의 가스를 감지하면 저농도 센서와 중농도 센서의 감지값(A구간과 B구간의 농도범위)에 대응하는 구간별 농도가중치를 연산하여 표적가스의 농도를 연산할 수 있으며, 모든 센서에서 설정된 농도 이상의 가스를 감지하면 중농도 센서와 고농도 센서의 감지값(B구간과 C구간의 농도범위)에 대응하는 구간별 농도가중치를 연산하여 표적가스의 농도를 연산할 수 있다.
표적가스 감시장치는 설정된 농도 이상으로 저농도 센서에서만 감지하면 경고레벨을 1로 판별할 수 있고, 중농도 센서에서도 감지하면 경고레벨을 1~2로 판별할 수 있으며, 모든 센서에서 감지하면 경고레벨을 3~4로 판별할 수 있다. 표적가스 감시장치는 모든 센서에서 설정된 농도 이상의 가스를 미감지하면 농도연산을 수행하지 않는다.
본 발명은 가스특성 시험장치(100)에서 연소대상과 센서부(120)의 가스특성과 관련된 가스감지요소를 생성할 수 있고, 표적가스 감시장치에서 가스감지요소를 이용하여 표적가스의 농도에 따른 경고레벨을 판별할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가스특성 시험방법을 도시한 흐름도로서, 가스특성 시험장치(100)는 제어부(190)에서 연소대상의 가스크로마토그래피 분석정보를 저장하고, 가열부(140)에서 연소대상에 열을 가하며, 센서부(120)에서 연소대상에서 발생하는 가스를 감지한다. 제어부(190)는 가스크로마토그래피 분석정보와 센서부(120)에서 감지된 센서데이터를 비교하여 센서부(120)의 가스특성을 시험한다.
100: 가스특성 시험장치
110: 챔버
120: 센서부 130: 장착부
140: 가열부 151: 흡기부
152: 배기부 160: 시험가스 공급부
170: 제어부
120: 센서부 130: 장착부
140: 가열부 151: 흡기부
152: 배기부 160: 시험가스 공급부
170: 제어부
Claims (7)
- 연소대상에 열을 가하는 가열부(140);
상기 연소대상에서 발생하는 가스를 감지하는 센서부(120) 및
설정된 구간별 가열온도와 시간에 대응하여 연소대상에서 발생하는 가스의 특성을 시험하는 제어부(190)를 포함하여,
상기 제어부는 연소대상의 가스특성을 시험하여 연소대상에서 발생하는 가스 중에서 가스감지 목적에 대응하는 표적가스에 관한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 가스특성 시험장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 연소대상에 포함된 비금속대상의 가스특성을 시험할 때 비금속대상의 인화점 또는 발화점 이하의 가열온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 가스특성 시험장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는 연소대상의 가스특성을 시험하여 표적가스의 농도에 따른 경고레벨에 관한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 가스특성 시험장치. - 제1항에 있어서,
상기 연소대상은 비금속대상과 금속대상을 포함하고, 금속대상은 비금속대상으로 피복되며,
상기 가열부는 금속대상에 열을 가하고, 센서부는 금속대상의 부식 또는 비금속대상의 열화에 의해 발생하는 가스를 감지하는 것을 특징으로 하는 가스특성 시험장치. - 가열부, 센서부 및 제어부를 포함하는 가스특성 시험장치(100)를 이용한 가스특성 시험방법에 있어서,
상기 제어부에서 연소대상의 가스크로마토그래피 분석정보를 저장하는 단계;
상기 가열부에서 연소대상에 열을 가하는 단계;
상기 센서부에서 연소대상에서 발생하는 가스를 감지하는 단계 및
상기 제어부에서 가스크로마토그래피 분석정보와 센서부에서 감지된 센서데이터를 비교하여 센서부의 가스특성을 시험하는 것을 특징으로 하는 가스특성 시험방법. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는 센서부가 형성된 챔버(110)의 내부에 연소대상과 관련된 시험가스의 주입을 제어하고, 가스주입량과 센서데이터를 비교하여 센서부의 가스특성 시험하는 것을 특징으로 하는 가스특성 시험방법. - 제5항에 있어서,
상기 제어부는 센서별 가스특성을 시험하여 센서들간의 가스반응관계 및 연소대상과 센서간의 가스매칭에 관한 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 가스특성 시험방법.
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