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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 현재 현장의 소방점검 시 차동식스포트형열감지기의 성능확인을 위해 사용되는 현장점검용 기기들을 실험대상으로 선정하여 신뢰성확인실험 및 성능확인 실험을 실시하여 문제점을 찾고, 도출된 문제점을 보완하여 소방점검 시에 감지기의 정확한 성능확인을 위한 신뢰성 있는 현장점검용 차동식스포트형열감지기 시험기기를 개발하여 화재발생시 화재감지기의 작동실패를 예방하고 화재피해를 줄이고자 하는데 그 목적이 있다.
- 본 논문은 차동식스포트형열감지기 현장점검용기기 개발에 관한 연구이다. 현재 소방점검 시 차동식스포트형열감지기의 성능확인을 위해 사용되는 A Type(백열전구식), B Type(할로겐램프식), C Type(가열코일식), D Type(훈증기식)의 점검기기들을 실험대상으로 점검기기의 문제점을 도출한 결과 다음과 같은 문제점을 확인할 수 있었다.
제안 방법
- 그림 2는 한국소방산업기술원에서 감지기 형식승인 시 사용되는 차동식스포트형열감지기 감도실험장비의 구성도를 나타낸 것으로 감지기 형식승인 및 검정기술기준 제14조(차동식스포트형감지기의 감도시험)에 의거하여 실온보다 30 ℃ 높은 온도에서 풍속이 85 cm/s인 수직기류에 투입하여 30초 이내에 감지기가 작동하는지 확인하였다.
- 그림 4는 온도측정실험의 구성도를 나타낸 것으로 차동식스포트형열감지기 현장점검용 기기들을 대상으로 점검기기의 작동순서에 의해 실험을 실시하여 감지기 감열부에 도달되는 온도를 측정한 후 감기기형식승인 시 온도조건과 비교하였다. 온도측정의 정확성을 위하여 차동식열감지기의 감열부에 K Type 열전대를 2개소에 설치하여 데이터 수집장치에 표시되는 온도의 평균값을 구하여 측정하고 온도측정 시간은 2분으로 설정하여 실험을 실시하였다.
- 그림 8은 온도측정실험의 구성도를 나타낸 것으로 그림에서 보는 봐와 같이 개발된 시제품을 기존의 차동식스포트형열감지기 B Type현장점검용 기기에 연결하여 동작을 제어해 주고 온도센서인 LM 35를 감지기 감열부에 부착하여 감열부의 온도가 주위온도 대비 30 ℃ 높은 온도가 되었을 때, Auto temperature setting 기능과 Constant temperature 기능에 의하여 온도를 자동적으로 계속 유지시켜주는지 확인하였다.
- 입력부인 반도체형 온도센서 LM35에서 온도를 측정이 시작되면 측정된 온도를 마이크로컨트롤러인 ATmega 128에서 인식하게 됨과 동시에 LM 35에서 측정되는 온도가 주위온도 대비 30 ℃ 높은 온도가 되면 ATmega 128에서 무접점릴레이 SSR에 신호를 보내어 무접점릴레이의 스위칭 작용에 의해 열원에 흐르던 전류가 On/Off 방식으로 반복 제어되어 일정온도를 계속 유지하게 된다. 또한 통신 입․출력인터페이스인 MAX 232를 통해 PC로 통신이 가능하도록 하였다.
- 기존 차동식스포트형열감지기 현장점검용 기기의 문제점을 분석해 본 결과 정확한 온도측정 및 온도설정, 온도유지의 문제점을 도출할 수 있었다. 본 장에서는 도출된 문제점을 바탕으로 정확한 온도측정이 가능하고 감도실험을 실시함에 있어 감지기 형식승인 시 기준과 동일한 조건인 감지기 감열부에 도달되는 온도가 주위온도 대비 30 ℃ 높은 온도로 자동설정 할 수 있는 Auto temperature setting 기능과 그 온도를 계속 유지할 수 있는 Constant temperature 기능을 갖춘 새로운 차동식스포트형열감지기의 현장점검용 기기의 회로를 설계하고 시제품을 제작하여 그 성능을 확인하였다.
- 그림 4는 온도측정실험의 구성도를 나타낸 것으로 차동식스포트형열감지기 현장점검용 기기들을 대상으로 점검기기의 작동순서에 의해 실험을 실시하여 감지기 감열부에 도달되는 온도를 측정한 후 감기기형식승인 시 온도조건과 비교하였다. 온도측정의 정확성을 위하여 차동식열감지기의 감열부에 K Type 열전대를 2개소에 설치하여 데이터 수집장치에 표시되는 온도의 평균값을 구하여 측정하고 온도측정 시간은 2분으로 설정하여 실험을 실시하였다.
- 이상과 같이 도출된 문제점을 바탕으로 감지기 형식승인 시 조건과 동일한 주위온도 대비 30℃ 높은 온도를 자동설정 할 수 있는 Auto temperature setting 기능과 그 온도를 계속 유지할 수 있는 Constant temperature기능을 갖춘 새로운 차동식스포트형열감지기 현장점검용 기기의 회로를 설계하고 시제품을 제작하여 그 성능을 확인하였다.
- 입력부로 반도체형 온도센서 LM 35를 출력부로 무접점릴레이(SSR-Solid State Relay)를 제어부로 마이크로컨트롤러 ATmega 128을 사용하여 차동식스포트형열감지기 현장점검용 테스트보드를 개발하였다. 그림 7은 새로이 개발된 시제품의 회로도를 나타낸 것으로 전원입력부에 9V의 전압을 공급하면 정전압레귤레이터인 LM 7805에 의해 5V의 정전압이 회로전체에 공급하게 된다.
- 현장점검용기기의 신뢰성확인실험에 사용되었던 차동식스포트형열감지기 200개를 대상으로 개발된 시제품을 이용하여 감도실험을 실시한 후 감지기 형식승인 시 감도실험의 작동율과 기존 현장점검용 기기를 이용한 감도실험의 작동율을 비교하였다.
- 현장점검용기기의 신뢰성확인실험을 위하여 현재 현장에 설치되어 사용 중에 있던 차동식스포트형열감지기 200개를 실험시료로 사용하여 감지기 형식승인 시 실험장비를 이용한 감도실험의 작동율과 현장점검용기기를 이용한 감도실험의 작동율을 비교·분석하였다.
- 현장점검용기기의 컨트롤러 디스플레이에 표시되는 온도의 신뢰도를 확인하고자, 그림 4와 동일한 구성장치를 이용하여 감지기 감열부에서 측정되는 온도 TH와 현장점검용기기의 컨트롤러 디스플레이에 표시되는 온도 TD를 비교하여 온도차 △T(TH-TD)를 측정하였다.
- 본 논문은 차동식스포트형열감지기 현장점검용기기 개발에 관한 연구이다. 현재 소방점검 시 차동식스포트형열감지기의 성능확인을 위해 사용되는 A Type(백열전구식), B Type(할로겐램프식), C Type(가열코일식), D Type(훈증기식)의 점검기기들을 실험대상으로 점검기기의 문제점을 도출한 결과 다음과 같은 문제점을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 그림 1에서 보는 바와 같이 현재 소방점검 시 차동식스포트형열감지기의 성능확인을 위해 사용되는 현장점검용 기기인 A Type(백열전구식), B Type(할로겐램프식), C Type(가열코일식), D Type(훈증기식)의 4가지 방식의 기기를 실험대상으로 선정하였다.
성능/효과
- 감지기 감열부에서 측정되는 온도 TH와 현장점검용기기의 컨트롤러 디스플레이에 표시되는 온도 TD의 온도차 △T(TH-TD)를 측정한 결과, A Type 점검기의 경우 온도차 △T가 최대 55 ℃, B Type 점검기의 경우 온도차 △T가 최대 40℃, C Type 점검기의 경우 온도차 △T가 최대 41 ℃로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 감지기 형식승인 시 온도조건은 주위온도 대비 30℃ 높은 일정한 온도조건에서 감도실험이 실시되고 있으나, 현장점검용기기의 온도조건은 온도유지기능이 없어 시간이 경과함에 따라 온도가 계속 상승해 고온의 온도조건에서 감도실험이 실시되는 것을 확인할 수 있었다.
- 감지기형식승인 시 사용되는 실험장비를 이용한 감도실험과 현장점검용 기기를 이용한 감도실험의 경우 작동율에서 약 18 % 이상 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 개발된 시제품의 신뢰도확인 실험결과 감지기 형식승인 시 기준과 동일한 온도로 측정되는 것을 확인할 수 있었고 기존 현장점검용 기기들과 작동율을 비교한 결과 감지기 형식승인의 사용되는 실험장비를 이용한 감도실험의 작동율과 유사한 작동율이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 기존 차동식스포트형열감지기 현장점검용 기기의 문제점을 분석해 본 결과 정확한 온도측정 및 온도설정, 온도유지의 문제점을 도출할 수 있었다. 본 장에서는 도출된 문제점을 바탕으로 정확한 온도측정이 가능하고 감도실험을 실시함에 있어 감지기 형식승인 시 기준과 동일한 조건인 감지기 감열부에 도달되는 온도가 주위온도 대비 30 ℃ 높은 온도로 자동설정 할 수 있는 Auto temperature setting 기능과 그 온도를 계속 유지할 수 있는 Constant temperature 기능을 갖춘 새로운 차동식스포트형열감지기의 현장점검용 기기의 회로를 설계하고 시제품을 제작하여 그 성능을 확인하였다.
- 그림 5는 온도측정 실험결과를 나타낸 것으로 감지기 형식승인 시 온도조건은 주위온도 대비 30℃ 높은 일정한 온도조건에서 감도실험이 실시되고 있으나, 현장점검용기기의 온도조건은 A Type 점검기기의 경우 초기 30초에는 주위온도 대비 +50 ℃, 60초 후에는 주위온도 대비 +50 ℃, B Type 점검기의 경우 초기 30초에는 형식승인 기준과 유사한 주위온도 대비 +33 ℃, 60초 후에는 주위온도 대비 +46 ℃, C Type 점검기의 경우 초기 30초에는 주위온도 대비 +54 ℃, 60초 후에는 주위온도 대비 +65 ℃, D Type 점검기의 경우 초기 30초에는 주위온도 대비 +25 ℃, 60초 후에는 형식승인 기준과 유사한 주위온도 대비 34 ℃ 높은 온도에서 감도실험이 실시되는 것을 볼 수 있었다. 또한, 모든 현장점검 기기들은 시간이 경과 할수록 더 높은 온도에서 감도실험이 실시되는 것을 확인할 수 있었다.
- 표 1은 차동식스포트형열감지기의 감지기 형식승인 시 사용되는 실험장비를 이용한 감도실험과 현장점검용 기기들을 이용한 감도실험의 결과를 나타낸 것으로 감지기형식승인 시 감도실험과 현장점검용 기기를 이용한 감도실험의 경우 작동율에서 약 18.0 % 이상 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 따라서 개발된 시제품은 기존 현장점검용 기기들 보다는 신뢰성 있는 차동식스포트형 열감지기 현장점검용 기기로 사용할 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 개발된 시제품은 열만을 고려하여 개발되었기 때문에 감지기 형식승인과 동일한 실험조건에는 다소 부족한 면이 있다.
- 그러나 개발된 시제품은 열만을 고려하여 개발되었기 때문에 감지기 형식승인과 동일한 실험조건에는 다소 부족한 면이 있다. 향후 풍속조건을 고려하여 형식승인 기준과 동일한 차동식스포트형열감지기 현장점검용 기기를 개발하여 화재발생시 화재감지기의 작동실패를 예방하고 화재피해를 줄일 수 있는 기초 장비로 활용하고자 한다.
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