불꽃탐지기
Flame detector이 기사는 그 주제의 역사에 대한 정보가 빠져 있다.(2014년 6월) |
불꽃 감지기는 불꽃이나 화재의 존재를 감지하고 반응하도록 설계된 센서로 불꽃 감지가 가능하다. 감지된 불꽃에 대한 반응은 설치에 따라 다르지만 경보음 울림, 연료선 비활성화(프로판이나 천연가스선 등) 및 화재 진압 시스템 활성화 등이 포함될 수 있다. 산업용 고로와 같은 용도에 사용할 경우, 고로가 제대로 작동하는지 확인하는 것이 그 역할이다. 고로는 많은 경우 운전자나 제어 시스템에 통보하는 것 이상의 직접적인 조치를 취하지 않지만 점화 시스템을 끄는 데 사용될 수 있다. 불꽃 감지기는 불꽃을 감지하는 데 사용하는 메커니즘 때문에 연기나 열 감지기보다 빠르고 정확하게 반응할 수 있는 경우가 많다.[1][2][3]
광학 불꽃 감지기
자외선검출기
자외선(UV) 감지기는 점화 순간 방출되는 자외선을 감지해 작동한다. 3~4밀리초 이내에 화재와 폭발을 감지할 수 있지만 번개, 아크 용접, 방사선, 햇빛과 같은 다른 UV 선원에 의해 유발될 수 있는 거짓 경보를 최소화하기 위해 2-3초의 시간 지연이 포함되는 경우가 많다. UV 검출기는 자연배경 방사선의 영향을 최소화하기 위해 일반적으로 300nm 미만의 파장으로 작동한다. 태양 블라인드 UV 파장 대역도 기름진 오염물질에 쉽게 눈이 멀어진다.
IR 어레이 근처
시각화염탐지기라고도 알려진 근적외선(IR) 어레이 불꽃탐지기(0.7~1.1μm)는 충전결합장치(CCD)를 이용해 근거리 IR 방사선을 분석해 화염을 확인하는 불꽃인식 기술을 채택한다. 근적외선(IR) 센서는 특히 물과 수증기로 인한 큰 방해 없이 불꽃 현상을 감시할 수 있다. 이 파장에서 작동하는 화력 센서는 상대적으로 저렴할 수 있다. 근거리 IR 대역에서 불꽃을 모니터링하는 복수의 채널 또는 픽셀 배열 센서는 화재 감지를 위해 사용할 수 있는 가장 신뢰할 수 있는 기술이다. 화재에서 방출되는 빛은 특정한 순간에 불꽃의 이미지를 형성한다. 디지털 이미지 처리는 근거리 IR 이미지에서 생성된 영상 분석을 통해 불꽃을 인식하는 데 활용할 수 있다.
적외선
적외선(IR) 또는 광대역 적외선(1.1μm 이상) 불꽃 감지기는 적외선 스펙트럼 대역을 감시해 고온 가스가 방출하는 특정 패턴을 파악한다. 이는 열화상 카메라의 일종인 특수 소방용 열화상 카메라(TIC)를 사용하여 감지된다. 잘못된 경보는 해당 지역의 다른 뜨거운 표면과 배경 열 방사선에 의해 발생할 수 있다. 검출기 렌즈에 묻은 물은 직사광선에 노출되는 것처럼 검출기의 정확도를 크게 떨어뜨린다. 특수 주파수 범위는 4.3~4.4μm이다. 이것은2 CO의 공명 주파수다. 탄화수소를 연소하는 동안(예: 석유와 천연가스 같은 목재 또는 화석 연료) 많은 열과 CO가2 방출된다. 고온의2 CO는 공진 주파수가 4.3μm일 때 많은 에너지를 방출한다. 이로 인해 총 방사선 방출량이 최고조에 달하며 잘 검출될 수 있다. 게다가, 공기 중의 "콜드" CO는2 햇빛과 다른 IR 방사선이 여과되도록 주의하고 있다. 이것은 이 주파수에서 센서를 "솔라 블라인드"로 만들지만, 햇빛에 의해 민감도가 감소한다. 화재(1 ~ 20Hz)의 깜박임 주파수를 관찰함으로써 검출기는 열 방사선에 의해 야기되는 잘못된 경보(예: 고온 기계에 의해 발생)에 덜 민감하게 된다.
심각한 단점은 거의 모든 방사선이 물이나 수증기에 흡수될 수 있다는 것이다. 이는 특히 4.3~4.4μm 영역에서 적외선 불꽃을 감지하는 데 유효하다. 약 3.5 μm 이상에서 물이나 얼음으로의 흡수는 사실상 100%이다. 이것은 적외선 센서를 화재에 매우 반응하지 않게 만든다. 가장 큰 문제는 우리의 무지함이다; 일부 적외선 검출기는 (자동) 검출기 창 자가 테스트를 하지만, 이 자가 테스트는 검출기 창 위의 물이나 얼음의 발생만을 감시한다.
소금 필름은 또한 해롭다. 왜냐하면 소금은 물을 흡수하기 때문이다. 그러나 수증기, 안개 또는 가벼운 비도 사용자가 모르게 센서를 거의 장님으로 만든다. 그 원인은 소방관이 뜨거운 불에 접근했을 때 하는 것과 비슷하다: 그는 거대한 적외선 열 복사로부터 수증기 스크린을 통해 자신을 보호한다. 수증기, 안개 또는 가벼운 비가 있으면 모니터가 불을 보지 못하게 하는 "보호"도 할 것이다. 그러나 사람이 여전히 수증기 스크린을 통해 불꽃을 볼 수 있다는 사실에서 쉽게 알 수 있듯이 가시광선은 수증기 스크린을 통해 전달될 것이다.
IR 검출기의 통상적인 응답 시간은 3~5초다.
적외선 열 카메라
MWIR 적외선(IR) 카메라는 열을 감지하는 데 사용할 수 있으며, 특정 알고리즘을 사용하면 화재와 화재 위험을 감지하기 위해 불꽃뿐만 아니라 장면 내의 핫스팟도 탐지할 수 있다. 이 카메라는 완전한 어둠 속에서 사용할 수 있으며 내외부를 모두 작동할 수 있다.
UV/IR
이 검출기는 UV와 IR 파장에 모두 민감하며, 양쪽 범위의 임계 신호를 비교하여 불꽃을 감지한다. 이것은 허위 경보를 최소화하는 데 도움이 된다.
IR/IR 불꽃 감지
이중 IR(IR/IR) 불꽃 감지기는 두 개의 적외선 범위에서 임계값 신호를 비교한다. 흔히 한 센서는 4.4마이크로미터 이산화탄소(CO2)를, 다른 센서는 기준 주파수를 본다. CO2 배출 감지는 탄화수소 연료에 적합하며, 비탄소 기반 연료(예: 수소)의 경우 광대역 물 대역을 감지한다.
IR3 불꽃 감지
다중 적외선 검출기는 알고리즘을 사용하여 백그라운드 방사선(흑체 방사선)의 영향을 억제하고, 다시 이 방사선에 의해 감도가 감소한다.
트리플-IR 불꽃 감지기는 IR 스펙트럼 영역 내의 세 가지 특정 파장 대역과 그 비율을 서로 비교한다. 이 경우 한 센서는 4.4마이크로미터 범위를, 다른 센서는 4.4 이상의 기준 파장을 모두 살펴본다. 이를 통해 검출기는 비화염 IR 선원과 연소 과정에서 뜨거운 CO를2 방출하는 실제 화염을 구별할 수 있다. 그 결과, 검출 범위와 거짓 경보에 대한 면역이 모두 크게 증가할 수 있다. IR3 검출기는 5초 이내에 최대 65m(215ft)에서 0.1m2(1ft2) 가솔린 팬의 화재를 감지할 수 있다. 트리플 IR은 다른 IR 검출기 유형과 마찬가지로 검출기 창의 물 층에 의해 블라인딩되기 쉽다.
대부분의 IR 검출기는 모든 환경에 존재하는 일정한 배경 IR 방사선을 무시하도록 설계되어 있다. 대신에 그것들은 갑자기 변화하거나 증가하는 방사선원을 감지하도록 설계되었다. IR 및 UV/IR 검출기는 불규칙한 IR 방사선의 패턴 변화에 노출되면 거짓 경보에 노출되기 쉬운 반면 IR3 검출기는 다소 민감하지는 않지만 거짓 경보에 대한 내성이 높아진다.
3IR+UV 불꽃 감지
다중 적외선(Multi-IR/3)IR) 검출기는 알고리즘을 사용하여 화재의 존재를 확인하고 일반적으로 검출기의 범위와 정확도를 감소시키는 "검은 몸체 방사선"으로 알려진 배경 소음을 구분한다. 흑체 방사선은 모든 환경에 지속적으로 존재하지만, 특히 고온의 물체에 의해 강하게 방출된다. 이는 고온 환경 또는 고온 재료를 취급하는 영역을 특히 IR 전용 검출기에 어렵게 만든다. 따라서 Arc 용접기의 플라즈마 광선과 같이 온도가 극도로 높지 않은 한 흑체 방사선이 UV 센서에 영향을 주지 않기 때문에 한 개의 추가 UV-C 대역 센서를 불꽃 감지기에 포함시켜 확인 층을 추가하는 경우도 있다.
다중 파장 감지기는 센서 구성에 따라 달라진다. 1 IR+UV, 즉 UVIR이 가장 일반적이고 저렴한 비용이다. 2 IR+ UV는 비용과 거짓 경보 내성을 절충하는 것이며, 3 IR+ UV는 과거 3IR 기술과 UV 센서의 추가 식별 레이어를 결합한 것이다.
다중 파장 또는 다중 스펙트럼 검출기(예: 3개)IR+UV와 UVIR는 직접 또는 반사 광원이나 심지어 태양 노출과 같은 강한 배경 소음이 있는 경우 거짓 경보 또는 감도와 범위를 잃는 것으로 알려진 IR 전용 검출기보다 개선된 것이다. IR 검출기는 종종 적외선 대량 에너지 증가에 의존하여 화재 감지를 위한 주요 결정 요인으로 사용되어 왔으며, 센서가 지정된 범위와 비율을 초과할 경우 경보를 발령했다. 그러나 이 접근방식은 불이 아닌 소음에서 촉발되기 쉽다. 흑체 방사선, 고온 환경 또는 주변 조명의 단순한 변화 등. 또는 또 다른 설계 접근방식에서 IR 전용 검출기는 완벽한 조건과 명확한 신호 일치가 주어진 경우에만 경보를 울릴 수 있으며, 이로 인해 일몰을 들여다보는 등 소음이 너무 많을 경우 화재가 발생하지 않을 수 있다.
현대의 화염 감지기는 또한 불꽃의 깜박이는 움직임을 포착할 수 있는 고속 센서를 사용할 수 있으며, 화재 고유의 패턴에 대한 스펙트럼 출력의 패턴과 비율을 감시할 수 있다. 고속 센서는 반응 속도가 빨라질 뿐만 아니라 초당 데이터도 많아 화재 식별에 대한 신뢰도나 잘못된 경보 거부 등의 수준을 높일 수 있다.
가시 센서
가시광선 센서(예: 카메라: 0.4~0.7μm)는 이미지를 나타낼 수 있으며, 이는 사람이 이해할 수 있다. 게다가, 복잡한 이미지 처리 분석은 컴퓨터에 의해 실행될 수 있으며, 이것은 불꽃이나 심지어 연기를 인식할 수 있다. 불행히도 카메라는 인간처럼 짙은 연기와 안개에 의해 눈이 멀 수 있다. 또한 허위 경보를 보다 잘 구별하거나 탐지 범위를 개선하기 위해 가시광선 정보(모니터)를 UV나 적외선 정보와 혼합하는 것도 가능하다.[4] 코로나 카메라는 이 장비의 한 예다. 이 장비에서는 가시적 이미지 정보와 UV 카메라의 정보가 혼합되어 있다. 고전압 장비 결함과 장거리 화재 감지를 추적하는 데 사용된다.
일부 검출기에서는 가시방사선(빛)용 센서가 설계에 추가된다.
비디오
(파장 0.4~0.7μm)의 시각적 감지를 위해 폐쇄회로 텔레비전이나 웹 카메라를 사용할 수 있다. 연기 또는 안개는 가시 스펙트럼에서만 작동하기 때문에 이것의 유효 범위를 제한할 수 있다.[4][5][6]
기타유형
이온화 전류 불꽃 감지
불꽃의 몸체 내의 강도 높은 이온화는 전압을 인가할 때 AC 전류가 한 방향으로 더 쉽게 흐르는 불꽃 정류 현상에 의해 측정될 수 있다. 이 전류는 불꽃의 존재와 품질을 확인하는 데 사용될 수 있다. 이러한 검출기는 대규모 산업 공정 가스 히터에서 사용할 수 있으며 불꽃 제어 시스템과 연결된다. 그것들은 보통 불꽃 품질 감시기와 불꽃 장애 감지를 위한 두 가지 역할을 한다. 그것들은 또한 다양한 가정용 가스 용광로와 보일러에서도 흔하다.
보일러의 불이 계속 켜지지 않는 문제는 종종 더러운 불꽃 센서나 전기 회로를 완성할 버너 표면의 불량 때문일 수 있다. 불이 잘 붙지 않거나 버너에서 꺼지는 불꽃도 연속성을 방해할 수 있다.[7]
열전대 불꽃 감지
열전대는 연소 가열 시스템과 가스 조리기의 불꽃 유무를 모니터링하는 데 광범위하게 사용된다. 이러한 설비에서 일반적으로 사용되는 용도는 연소되지 않은 연료가 축적되는 것을 방지하기 위해 불꽃이 고장날 경우 연료 공급을 차단하는 것이다. 이러한 센서는 열을 측정하므로 불꽃의 부재를 확인하는 데 일반적으로 사용된다. 이것은 파일럿 불꽃의 존재를 확인하는 데 사용할 수 있다.
적용들
UV/IR 불꽃 감지기는 다음에서 사용된다.
- 수소충전소.[8]
- 가스연료 조리기
- 산업용 난방 및 건조 시스템
- 가정용 난방 시스템
- 산업용 가스 터빈
방사선 방출
불은 방사선을 방출하는데, 인간의 눈은 눈에 보이는 노란 불꽃과 열을 경험한다. 실제로 화재 중에는 적외선 방사선에 비해 상대적으로 희박한 자외선에너지와 가시광선 에너지가 방출된다. 예를 들어, 수소에서 발생한 화재는 수소 연소 중에 CO가2 방출되지 않기 때문에 4.3 μm에서 CO2 피크를 나타내지 않는다. 사진 속 4.3μm CO2 피크는 과장된 것으로, 실제 화재 전체 에너지의 2%에도 못 미치는 수준이다. 따라서 IR 및/또는 광대역 IR에 가까운 UV, 가시광선 및/또는 광대역 IR용 센서가 있는 다중주파 감지기는 더 많은 "센서 데이터"를 사용하여 계산할 수 있고 따라서 수소, 메탄올, 에테르 또는 황과 같은 화재 유형을 더 잘 감지할 수 있다. 정적인 그림처럼 보이지만 실제로는 에너지가 요동치거나 깜박인다. 이러한 점멸은 흡인 산소와 현재의 가연성이 연소하면서 동시에 새로운 산소와 가연성 물질을 흡인하기 때문에 발생한다. 이 작은 폭발은 불꽃을 깜박이게 한다.
햇빛
태양은 엄청난 양의 에너지를 방출하는데, 이것은 햇빛을 통해 여과되는 물(클라우드), 오존 등과 같은 대기 중의 증기와 가스가 없다면 인간에게 해로울 것이다. 그림에서 "콜드" CO가2 약 4.3 μm의 태양 방사선을 여과한다는 것을 분명히 알 수 있다. 그러므로 이 주파수를 사용하는 적외선 검출기는 태양 광선이다. 불꽃 감지기의 모든 제조업체가 4.3μm 방사선에 날카로운 필터를 사용하는 것은 아니며 따라서 여전히 많은 양의 햇빛을 흡수한다. 이런 값싼 화염 탐지기는 야외용으로 거의 사용할 수 없다. 0.7 μm에서 약 3 μm 사이에는 비교적 큰 양의 햇빛 흡수가 있다. 따라서 이 주파수 범위는 (자외선, 가시광선 또는 근적외선과 같은 다른 센서와 조합하여) 일부 불꽃 검출기 제조업체에 의해 불꽃 감지에 사용된다. 검출기 창문은 값비싼 사파이어 대신 쿼츠로 만들 수 있다는 것이 경제적 큰 장점이다. 또한 이러한 전기 광학 센서 조합은 인공 조명이나 전기 용접으로 인한 잘못된 경보의 위험 없이 수소 화재와 같은 비탄화수소를 검출할 수 있다.
열방사선
적외선 불꽃 감지기는 가능한 화재에 의해 방출되지 않는 적외선 열 방사선에 시달린다. 다른 열원에 의해 불이 가려질 수 있다고 말할 수 있다. 절대 최소 온도(0켈빈 또는 -273.15°C)보다 높은 온도를 가진 모든 물체는 에너지를 방출하며 상온(300K)에서는 이 열이 이미 감도가 가장 높은 적외선 불꽃 감지기에 문제가 되고 있다. 때로는 움직이는 손만으로도 IR 불꽃 감지기가 작동하기에 충분하다. 700K에서 뜨거운 물체(검은 몸)가 가시광선(광선)을 방출하기 시작한다. 이중 적외선 또는 다중 적외선 검출기는 예를2 들어 4.1 μm에서 CO 피크 바로 밖에서 감지하는 센서를 사용해 열 복사 효과를 억제한다. 여기에서 적용된 센서들 사이에 출력 차이가 클 필요가 있다(예: 그림의 센서 S1과 S2). 단점은 발생 가능한 화재의 방사선 에너지가 현재의 배경 열방사선보다 훨씬 커야 한다는 것이다. 다시 말해 불꽃 감지기의 민감도가 낮아지는 것이다. 모든 다중 적외선 불꽃 감지기는 가격이 얼마인지에 상관없이 이 효과에 부정적인 영향을 받는다.
원추형 시력
불꽃 감지기의 원뿔은 창문의 형태와 크기와 하우징 및 하우징 내 센서 위치에 따라 결정된다. 적외선 센서의 경우 센서 물질의 라미네이션이 한 부분을 차지하며 불꽃 감지기의 원뿔을 제한한다. 넓은 원뿔의 시력이 자동적으로 불꽃 감지기가 더 낫다는 것을 의미하지는 않는다. 일부 용도의 경우 잠재적 배경 방사선원을 감지하지 않도록 불꽃 감지기를 정확하게 정렬해야 한다. 불꽃 감지기의 원뿔은 3차원이며 반드시 완벽하게 둥글지는 않다. 수평 시야각과 수직 시야각은 종종 다르다; 이것은 대부분 하우징의 형태와 미러링 부품에 의해 발생한다. 다른 가연성 물질들은 심지어 같은 불꽃 감지기에서 다른 시력 각도를 가질 수 있다. 매우 중요한 것은 각도가 45°인 감도다. 여기서 중심축의 최대 감도의 최소 50%를 달성해야 한다. 일부 불꽃 감지기는 70% 이상을 달성한다. 실제로 이들 불꽃 감지기는 총 수평 시야각이 90°를 넘지만 대부분의 제조사가 이를 언급하지 않고 있다. 시야각 가장자리의 높은 민감도는 불꽃 감지기의 투영을 위한 장점을 제공한다.
탐지 범위
불꽃 감지기의 범위는 장착 위치에 의해 매우 결정된다. 사실, 투영을 할 때, 불꽃 감지기가 "보기"하는 것을 상상해야 한다. 경험 법칙은 불꽃 감지기의 탑재 높이가 시야에서 가장 높은 물체보다 두 배 높다는 것이다. 또한 유지 보수 및/또는 수리를 위해 불꽃 감지기의 접근성을 고려해야 한다. 피벗 지점이 있는 경성 라이트마스트는 이러한 이유로 권장된다. 불꽃 감지기(30 x 30 cm, 1 x 1 피트) 상단에 있는 "지붕"은 야외 적용 시 신속한 오염을 방지한다. 또한 그림자 효과를 고려해야 한다. 첫 번째 검출기와 반대편에 두 번째 불꽃 검출기를 장착하면 그림자 효과를 최소화할 수 있다. 이 접근법의 두 번째 장점은 첫 번째 불꽃이 작동하지 않거나 눈이 멀 경우 두 번째 불꽃 감지기가 중복된다는 것이다. 일반적으로 여러 개의 화염 감지기를 장착할 때는 벽면을 쳐다보지 않도록 서로 "보이게" 해야 한다. 이 절차를 따르면 (그림자 효과에 의해 야기된) 사각지대를 피할 수 있고 불꽃 감지기가 중앙 위치에서 보호될 영역으로 "보기"하는 경우보다 더 나은 이중화를 달성할 수 있다. 30 x 30 cm, 1 x 1 피트 산업 표준 화재까지의 화염 감지기의 범위는 제조업체 데이터 시트와 설명서 내에 명시되어 있으며, 이 범위는 이전에 언급된 햇빛, 물, 안개, 증기 및 흑체 방사선의 감지기 제거 효과에 의해 영향을 받을 수 있다.
정사각형 법칙
화염과 불꽃 감지기 사이의 거리가 화재의 크기에 비해 크면 사각형 법칙이 적용된다. 화염탐지기가 일정 거리 A면적을 가진 화재를 감지할 수 있다면 화재탐지기와 화재 간 거리를 2배로 늘리면 4배 더 큰 화염면적이 필요하다. 요컨대:
이중 거리 = 불꽃 면적(화재)의 4배 넓음.
이 법은 비디오 기반 불꽃 탐지기를 포함한 모든 광학 불꽃 탐지기에 대해 동등하게 유효하다. 최대 감도는 최대 불꽃 면적 A를 화재와 불꽃 감지기 사이의 거리의 제곱으로 나누어 추정할 수 있다: c = A/d2. 이 상수 c를 사용하여 동일한 불꽃 감지기와 동일한 유형의 화재에 대해 최대 거리 또는 최소 화재 면적을 계산한다. A=cd 2와 d=√.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac.num,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}..mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}A/c
그러나 현실의 제곱근은 매우 먼 거리에서는 더 이상 유효하지 않다는 점을 강조해야 한다. 장거리에서는 수증기 발생과 같은2 다른 매개변수가 중요한 역할을 하고 있다. 반면에 아주 작은 불꽃의 경우, 불꽃의 점멸이 감소하는 것은 증가하는 역할을 할 것이다.
보다 정확한 관계 - 불꽃과 불꽃 검출기 사이의 거리가 작을 때 유효함 - 방사선 밀도 E와 검출기 거리, 검출기와 유효 반경 불꽃 사이의 거리 D, 방출 에너지 밀도 M은 다음과 같다.
E = 2πMR2/(R2+D2)
R<D>가 되면 관계가 사각형 법칙으로 줄어든다.
E = 2πMR2/D2
참고 항목
참조
- ^ 배리 젠킨스, 피터 뮬린저 2011년 산업 및 프로세스 용해로: 원칙, 설계 및 운영, Butterworth-Heinemann/IChemE 시리즈 329페이지 버터워스 하이네만 ISBN0080558062
- ^ 1995년 S. P. Bag. 인도의 소방 서비스: 기록, 탐지, 보호, 관리, 환경, 교육 및 손실 방지, 페이지 49. 미탈 출판사. ISBN 8170995981
- ^ Mcdonald, Christopher. "How to Install a Furnace Flame Sensor". Zion Patel. Retrieved 10 October 2019.
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{{cite book}}
: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크) - ^ "Why Flame Rod Failures Happen and How to Prevent Them. HVAC Service Mentor".
- ^ Karner, Don; Francfort, James (December 2003). "Arizona Public Service—Alternative Fuel (Hydrogen) Pilot Plant Design Report". U.S. Department of Energy FreedomCAR & Vehicle Technologies Program: Appendix F (pdf).
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