KR20240033412A - 충전소자를 활용한 화재 감지장치 - Google Patents

충전소자를 활용한 화재 감지장치 Download PDF

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Abstract

정전을 포함하여 어떠한 상황에도 확실하게 동작하고, 전력의 소비를 줄이도록 충전소자를 활용한 화재 감지장치를 제시한다. 그 장치는 분기된 외부전원을 각각 공급받는 조명부 및 감지부를 포함하고, 감지부는 AC/DC 컨버터, 축전지, 전기변환소자 및 화재센서를 포함하여 전기적인 접속을 이루며, 전기변환소자는 조명부에서 방출하는 물리량인 열 또는 빛을 전기로 변환시키고, 축전지는 전기변환소자에 의해 변환된 전기를 충전하며, 화재센서는 AC/DC 컨버터가 오프(OFF)되면 축전지로부터 충전전원을 공급받아 동작한다.

Description

충전소자를 활용한 화재 감지장치{Fire sensing apparatus using charging device}
본 발명은 화재 감지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재의 발생을 감지하는 화재센서를 동작시키는 전원을 공급하기 위하여 충전소자를 활용하는 화재 감지장치에 관한 것이다.
국가 화재안전 기준(NFSC)은 소방시설에 관한 규격을 정해놓은 규정집으로서, 이중 NFSC 203 자동화재 탐지설비의 화재안전기준에 의하면 건축물의 자동화재 탐지설비가 갖추어야 한다. NFSC 203에 따르면, 감지기는 화재발생을 자동으로 감지하여 그 정보를 수신기로 발신하는 장치이다. 수신기는 다양한 형식이 있으며, 감지기 또는 송신기로부터 발해지는 신호를 직접 또는 중계기를 통해 공통신호로서 수신하고 경보를 발하는 수신기이다. 상기 감지기는 화재의 발생을 확인하기 위한 화재센서를 포함하며, 상기 화재센서는 열 감지, 불꽃 감지, 연기량 감지, 트리거 카운트, 피크점 카운트, 변위, 감지시간에 관련된 적외선과 자외선의 감지, 이미지 감지 등으로 화재여부를 확인한다.
한편, 고층의 건물, 대형창고 등에는 국내등록특허 10-1950793호와 같이 층별, 호실별, 구역별로 수많은 화재센서가 설치되어 있다. 종래의 화재센서는 정전이 발생하면 UPS(Uninterruptible Power Supply)를 활용하여 전원을 공급하고 있다. 그런데, 종래의 화재센서는 UPS와의 접속불량, UPS의 동작불량 등과 같은 오류로 인하여 제대로 작동하지 않을 수 있다. 이에 따라, 정전을 포함하여 어떠한 상황에도 확실하게 동작하는 화재센서가 요구되고 있다. 또한, 다수의 화재센서는 상당한 수준의 전력이 소비되므로, 전력의 소모를 줄이는 방안도 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정전을 포함하여 어떠한 상황에도 확실하게 동작하고, 전력의 소비를 줄이도록 충전소자를 활용한 화재 감지장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 충전소자를 활용한 화재 감지장치는 분기된 외부전원을 각각 공급받는 조명부 및 감지부를 포함하고, 상기 감지부는 AC/DC 컨버터, 축전지, 전기변환소자 및 화재센서를 포함하여 전기적인 접속을 이룬다. 이때, 상기 전기변환소자는 상기 조명부에서 방출하는 물리량인 열 또는 빛을 전기로 변환시키고, 상기 축전지는 상기 전기변환소자에 의해 변환된 전기를 충전하며, 상기 화재센서는 상기 AC/DC 컨버터가 오프(OFF)되면 상기 축전지로부터 충전전원을 공급받아 동작한다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 감지부는 상기 AC/DC 컨버터, 상기 축전지, 상기 전기변환소자 및 상기 화재센서가 구분된 섹터마다 배치될 수 있다. 상기 감지부는 내측 및 외측으로 구분되고, 상기 내측에는 상기 AC/DC 컨버터, 상기 축전지 및 상기 전기변환소자를 포함하고, 상기 외측에는 상기 화재센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 화재센서는 상기 AC/DC 컨버터의 외부전원 또는 상기 축전지에 의한 충전전원 중의 어느 하나에 의해 동작될 수 있다. 상기 화재센서 및 상기 축전지 사이에는 상기 축전지의 충전전원을 공급하기 위한 제2 스위치가 포함될 수 있다. 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 축전지 사이에는 상기 축전지를 충전하기 위한 제3 스위치가 포함될 수 있다. 상기 축전지에는 상기 축전지의 충전용량을 체크하는 체크센서가 연결될 수 있다.
본 발명의 충전소자를 활용한 화재 감지장치에 의하면, 조명을 이용한 충전소자를 활용함으로써, 정전을 포함하여 어떠한 상황에도 확실하게 동작하고, 전력의 소비를 줄인다.
도 1은 본 발명에 의한 화재감지 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 제1 화재감지기를 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 제1 감지부의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 제1 화재감지기의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 의한 제2 화재감지기의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 과장되게 표현하였다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 감지장치는 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 감지장치의 방향 및 회전에 따라 변한다.
본 발명의 실시예는 조명을 이용한 충전소자를 활용함으로써, 정전을 포함하여 어떠한 상황에도 확실하게 동작하고, 전력의 소비를 줄이는 화재 감지장치를 제시한다. 이를 위해, 조명을 이용한 충전소자를 포함하는 화재 감지장치에 대하여 자세하게 알아보고, 상기 충전소자에 의해 동작되는 화재감지기에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다. 본 발명의 실시예에 의한 감지장치는 국가 화재안전 기준(NFSC) 203 자동화재 탐지설비의 화재안전기준에 의하면 건축물의 자동화재 탐지설비로써, 화재발생을 자동으로 감지하여 그 정보를 전달하는 장치이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 화재감지 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다. 이때, 화재감지를 위한 통신방법은 무선통신 또는 유선통신 또는 그들의 조합 중의 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 여기서는 설명의 편의를 위하여 무선통신으로 표현하였다.
도 1에 의하면, 화재감지 시스템은 제1 화재감지기(100), 중계기(30), 수신기(40) 및 관제센터(50)를 포함하여 이루어진다. 제1 화재감지기(100)는 화재를 감지하는 화재센서를 포함하고, 상기 화재센서는 열 감지, 불꽃 감지, 연기량 감지, 트리거 카운트, 피크점 카운트, 변위, 감지시간에 관련된 적외선과 자외선의 감지, 이미지 감지 등으로 화재여부를 확인한다. 제1 화재감지기(100)는 건물의 곳곳에 설치되고, 각각 고유한 아이디가 할당되어 있다. 화재가 발생하면, 통신망으로 상기 아이디와 함께 화재발생 신호를 수신기(40)로 전송한다. 제1 화재감지기(100)는 직접 수신기(40)와 통신할 수 있고, 제1 화재감지기(100)와 인접한 중계기(30)와 통신하고, 중계기(30)가 수신기(40)와 통신할 수도 있다.
제1 화재감지기(100)의 무선통신은 지그비(zigbee), RF(Radio Frequency), 와이파이(WiFi), LoRa(Long Range) 등과 같은 다양한 무선 통신 방식이 사용될 수 있다. 이 중에서 LoRa 무선통신은 사물인터넷(IoT) 통신기술에 적합하고, 전력소비가 적고, 광역을 커버할 수 있다. 수신기(40)는 화재발생 신호를 수신하면, 관제센터(50)로 상기 신호를 전송한다. 관제센터(50)는 화재경보, 화재진압 등을 위한 다양한 설비를 원격으로 제어할 수 있다. 수신기(40)와 관제센터(50)가 통신하는 통신망은 LoRa망을 사용하는 것이 좋다. 상기 LoRa망은 서비스범위가 10km 이상으로 광역이고, 초당 수백 킬로비트(kbps) 이상의 통신속도를 제공하는 저전력의 무선광역 통신망(LPWAN; Low Power Wide Area Network)으로써, 본 발명의 화재감지 시스템에 효율적이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 제1 화재감지기(100)를 나타내는 분해사시도이다. 보다 명확하게 하기 위하여, 제1 감지부(20)는 평면도로도 표현하였다. 이때, 화재감지 시스템에서의 제1 화재감지기(100)는 도 1을 참고하기로 한다.
도 2에 의하면, 제1 화재감지기(100)는 조명부(10) 및 제1 감지부(20)를 포함한다. 조명부(10)는 필요한 곳에 빛을 비추도록 하는 조명기구로써, 필라멘트, 형광물질, LED 등과 같이 다양한 광원이 적용되고 있다. 여기서는 유리벌브를 포함하는 백열등을 사례로 든 것이다. 조명부(10)는 조명등(11), 베이스(12) 및 소켓(13)을 포함하고, 베이스(12)는 소켓(13)에 결합되며, 조명부(10)는 소켓(13)에 접속된 전원선(도시되지 않음)으로부터 외부전원을 공급받는다. 소켓(13)은 외부전원 공급체이다. 상기 조명기구는 앞에서 제시된 백열등 이외에도 다양한 조명기구가 적용될 수 있다.
제1 감지부(20)는 AC/DC 컨버터(AC/DC), 충전소자인 축전지(BT), 전기변환소자(EC) 및 화재센서(FS)를 포함한다. AC/DC 컨버터(AC/DC), 축전지(BT), 전기변환소자(EC) 및 화재센서(FS)는 도시된 바와 같이, 구분된 섹터(sector) 마다 배치될 수 있다. 상기 구분된 섹터는 베이스(12)가 삽입되는 부분을 제외하고, 디스크(disc) 형태를 가지는 제1 감지부(20)를 분할되어 이루어진다. 한편, 도면에서는 제어부(CL)가 제1 감지부(20)에 배치된 것으로 표현하였으나, 제어부(CL)는 제1 감지부(20)의 외부인 관제센터(50)에 존재할 수 있다.
전기변환소자(EC)는 조명부(10)로부터 방출되는 물리량인 열, 빛을 전기로 변환하는 소자로써, 열전소자 또는 광전소자 또는 그들의 조합일 수 있다. 예컨대, 조명부(10)가 빛보다는 열의 방출이 많은 램프(예컨대, 백열등)는 열전소자가 바람직하고, 조명부(10)가 열보다는 빛의 방출이 많은 램프(예컨대, 형광등)은 광전소자가 바람직하다. 만일, 열과 빛을 모두 이용하여 전기를 생성하려면, 상기 열전소자 및 광전소자를 적절하게 조합할 수 있다. 상기 열전소자 및 상기 광전소자는 공지된 것이므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. 축전지(BT)는 전기변환소자(EC)로부터 생성된 전류를 저장한다.
화재센서(FS)는 열 감지, 불꽃 감지, 연기량 감지, 트리거 카운트, 피크점 카운트, 변위, 감지시간에 관련된 적외선과 자외선의 감지, 이미지 감지 등으로 화재여부를 확인한다. 화재센서(FS)의 개수는 제1 화재감지기(100)의 목적 등에 따라 설정될 수 있으며, 여기서는 3개의 화재센서(FS)를 사례로 제시하였다. 제어부(CL)는 AC/DC 컨버터(AC/DC), 축전지(BT) 및 전기변환소자(EC)의 동작을 제어하고, 화재센서(FS)로부터 획득한 정보를 중계기(30) 또는 수신기(40)로 송신한다. 구체적으로, 제어부(CL)는 교류를 직류로 변환시키고, AC/DC 컨버터(AC/DC)의 동작을 확인하며, 전기변환소자(EC)에서 생성된 전기를 축전지(BT)에 저장하고, AC/DC 컨버터(AC/DC)가 오프(OFF)되면 축전지(BT)로 화재센서(FS)를 동작시킨다.
도 3은 도 2의 제1 감지부(20)의 변형예(20a)를 나타내는 평면도이다. 이때, 변형예(20a)는 구조적으로 차이가 있는 것을 제외하고, 제1 감지부(20)와 동일하다. 이에 따라, 중복되는 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에 의하면, 변형예(20a)는 내측(IN)과 외측(OT)으로 구분되며, 내측(IN)은 AC/DC 컨버터(AC/DC), 전기변환소자(EC), 축전지(BT) 및 제어부(CL)를 포함하고, 외측(OT)에는 화재센서(FS)가 배치되어 있다. 내측(IN) 및 외측(OT)는 베이스(12)가 삽입되는 부분을 제외하고, 디스크(disc) 형태를 가지는 변형예(20a)가 분할되어 이루어진다. 한편, 도면에서는 제어부(CL)가 변형예(20a)에 배치된 것으로 표현하였으나, 제어부(CL)는 변형예(20a)의 외부인 관제센터(50)에 존재할 수 있다.
이때, AC/DC 컨버터(AC/DC), 전기변환소자(EC), 축전지(BT), 제어부(CL) 및 화재센서(FS)의 기능 및 역할은 제1 감지부(20)에서 설명한 바와 같다. 변형예(20a)는 AC/DC 컨버터(AC/DC), 전기변환소자(EC), 축전지(BT) 및 제어부(CL)가 존재하는 내측(IN)과 화재센서(FS)가 존재하는 외측(OT)을 구분함으로써, 전기변환의 효율을 높이고, 화재센서(FS)를 보다 효율적으로 배치할 수 있다. 즉, 더 많은 화재센서(FS)를 탑재시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 제1 화재감지기(100)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 이때, 제1 화재감지기(100)는 도 2 및 도 3을 참조하기로 한다.
도 4에 의하면, 제1 화재감지기(100)는 조명부(10) 및 제1 감지부(20)를 포함한다. 조명부(10)는 조명등(11), 소켓(13)과 같은 외부전원 공급체, 제1 스위치(SW1)를 포함하고, 제1 감지부(20)는 AC/DC 컨버터(21), 화재센서(FS, 22), 제2 스위치(SW2, 23), 축전지(BT, 24) 및 전기변환소자(EC, 25)를 포함한다. 조명등(11)은 소켓(13) 등으로 외부전원을 공급을 받아서, 상기 외부전원은 조명등(11) 및 AC/DC 컨버터(21)로 분기되어, 조명등(11) 및 AC/DC 컨버터(21)를 가동시킨다. 이때, 조명등(11)은 제1 스위치(SW1, 14)를 이용하여 원하는 시간마다 온/오프(ON/OFF)시킬 수 있으며, AC/DC 컨버터(21)는 항상 온(ON) 상태로 설정하여 화재센서(FS, 22)를 상시적으로 동작시킨다.
정전 등에 의하여, AC/DC 컨버터(21)로의 외부전원의 공급이 차단되면, 제2 스위치(SW2, 23)를 이용하여 축전지(BT, 24)에 충전된 충전전원을 화재센서(FS, 22)를 동작시킨다. 축전지(BT, 24)에 충전된 전기는 전기변환소자(EC, 25)로부터 생성된다. 즉, 축전지(BT, 24)에 의한 화재센서(FS, 22)는 정전 등에 의하여, AC/DC 컨버터(21)로의 외부전원의 공급이 차단되는 경우에 동작한다. AC/DC 컨버터(21)의 동작여부는 제어부(CL)에 의해 확인된다.
화재센서(FS, 22)의 동작은 AC/DC 컨버터(21) 상태에 따라 달라진다. 구체적으로, AC/DC 컨버터(21)가 온(ON) 상태인 경우, 화재센서(FS, 22)는 소켓(13)과 같은 외부전원 공급체에 의해 동작한다. AC/DC 컨버터(21)가 오프(OFF) 상태인 경우, 화재센서(FS, 22)는 축전지(BT, 24)에 의해 동작한다. AC/DC 컨버터(21)가 오프(OFF) 상태가 되더라도, 화재센서(FS, 22)는 축전지(BT, 24)에 의해 동작하므로, 제1 화재감지기(100)는 정전을 포함하여 어떠한 상황에도 확실하게 동작한다. 또한, AC/DC 컨버터(21)가 오프(OFF) 상태에서 가동되는 화재센서(FS, 22)에 공급되는 충전전원은 전기변환소자(EC, 25)에 기인하므로, 본 발명의 실시예에 의한 화재 감지시스템에 소요되는 전력의 소비를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 제2 화재감지기(200)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다. 이때, 제2 화재감지기(200)는 제2 감지부(60)를 제외하고, 제1 화재감지기(100)와 동일하다.
도 5에 의하면, 제2 감지부(60)는 AC/DC 컨버터(21), 화재센서(FS, 22), 제2 스위치(SW2, 23), 축전지(BT, 24) 및 전기변환소자(EC, 25)를 포함하고, 축전지(BT, 24)에는 충전용량 체크센서(61) 및 제3 스위치(SW3, 62)에 접속된다. 이때, 제3 스위치(SW3, 62)는 AC/DC 컨버터(21)에 접속되어, AC/DC 컨버터(21)는 화재센서(FS, 22) 및 제3 스위치(SW3, 62)에 접속된다. AC/DC 컨버터(21)의 외부전원을 제3 스위치(SW3, 62)를 통하여, 축전지(BT, 24)에 공급될 수 있다. 충전용량 체크센서(61)는 축전지(BT, 24)에서의 충전용량을 체크한다.
만일, 충전용량 체크센서(61)로 측정된 축전지(BT, 24)에서의 충전용량이 설정치보다 작으면, 제3 스위치(SW3, 62)를 개방하여 AC/DC 컨버터(21)와 접속시킨다. 축전지(BT, 24)가 AC/DC 컨버터(21)와 접속되면, 축전지(BT, 24)는 상기 설정치보다 높은 충전용량으로 충전한다. 축전지(BT, 24)의 충전이 완료되면 제3 스위치(SW3, 62)를 폐쇄시켜 AC/DC 컨버터(21)에 의한 축전지(BT, 24)의 충전을 중단시킨다. 화재센서(FS, 22)는 축전지(BT, 24)에 의해 동작되며, 축전지(BT, 24)는 화재센서(FT, 22)를 항상 동작시킬 수 있도록 충전되므로, 제2 화재감지기(200)는 정전을 포함하여 어떠한 상황에도 확실하게 동작한다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 조명부 11; 조명등
12; 베이스 13; 소켓(외부전원 공급체)
14, 23, 52; 제1 내지 제3 스위치
20, 60; 제1 및 제2 감지부
21; AC/DC 컨버터 22; 화재센서(FS)
24; 축전지(BT) 25; 전기변환소자(EC)
30; 중계기 40; 수신기
50; 관제센터 61; 충전용량 체크센서
100, 200; 제1 및 제2 화재감지기

Claims (7)

  1. 분기된 외부전원을 각각 공급받는 조명부 및 감지부를 포함하고,
    상기 감지부는 AC/DC 컨버터, 축전지, 전기변환소자 및 화재센서를 포함하여 전기적인 접속을 이루며,
    상기 전기변환소자는 상기 조명부에서 방출하는 물리량인 열 또는 빛을 전기로 변환시키고, 상기 축전지는 상기 전기변환소자에 의해 변환된 전기를 충전하며, 상기 화재센서는 상기 AC/DC 컨버터가 오프(OFF)되면 상기 축전지로부터 충전전원을 공급받아 동작하는 것을 특징으로 하는 충전소자를 활용한 화재 감지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지부는 상기 AC/DC 컨버터, 상기 축전지, 상기 전기변환소자 및 상기 화재센서가 구분된 섹터마다 배치되는 것을 특징으로 하는 충전소자를 활용한 화재 감지장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 감지부는 내측 및 외측으로 구분되고, 상기 내측에는 상기 AC/DC 컨버터, 상기 축전지 및 상기 전기변환소자를 포함하고, 상기 외측에는 상기 화재센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전소자를 활용한 화재 감지장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화재센서는 상기 AC/DC 컨버터 또는 상기 축전지에 의한 충전전원 중의 어느 하나에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 충전소자를 활용한 화재 감지장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화재센서 및 상기 축전지 사이에는 상기 축전지의 충전전원을 공급하기 위한 제2 스위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 충전소자를 활용한 화재 감지장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 AC/DC 컨버터 및 상기 축전지 사이에는 상기 축전지를 충전하기 위한 제3 스위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 충전소자를 활용한 화재 감지장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 축전지에는 상기 축전지의 충전용량을 체크하는 체크센서가 연결된 것을 특징으로 하는 충전소자를 활용한 화재 감지장치.
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