3.1 화재진압장치의 구성
이하에서는 본 연구의 바람직한 실시 예를 첨부한 그림을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
Figs. 1과
2는 각각 본 연구의 하나의 실시 예에 따른 화재 진압 훈련장치의 전체 구성 및 동작을 설명하기 위한 그림이고,
Fig. 3은 본 연구의 하나의 실시 예에 따른 화재 진압 훈련장치의 동작 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 또한,
Fig. 4는
Fig. 1에 도시한 화재 진압 훈련장치에 사용되는 수광모듈 각각의 구성을 설명하기 위한 그림이고,
Fig. 5는
Fig. 1에 도시한 화재 진압 훈련장치에서 제어부에 의한 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 본 연구에 따른 광을 이용한 화재 진압 훈련장치는 사용자에 의해 적외선 파장 대역의 광을 조사할 수 있는 광 조사수단이 구비된 소화기부(10, 20), 화재 진압 훈련이 수행되는 공간의 벽면 등에 설치되는 판 형상의 스크린부(30), 및 가시광선 파장 대역의 광을 이용하여 스크린부(30)에 미리 저장된 화염 영상을 표시하고 화염 영상에 소화기부(10, 20)로부터 광이 조사되는지 여부에 따라 화염 영상을 변화시키는 제어부(40)를 포함하여 구성된다(
Fig. 1).
먼저, 소화기부(10, 20)는 화재 진압 훈련이 수행되는 공간 한쪽에 설치된 소화기 적치대(S)에 적치되는 제1소화기부(10)와 제2소화기부(20)로 구성되는데, 제1, 2소화기부(10, 20)는 각각 동일한 파장 대역 또는 서로 구분되는 다른 파장 대역의 적외선 광을 조사하기 위한 광 조사수단이 구비되어 있다.
또한, 제1소화기부(10)와 제2소화기부(20)는 동일한 형상으로 이루어지기 때문에 이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1소화기부(10)에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.
3.2 화재진압장치의 작동
3.2.1 화재진압장치의 작동예
Fig. 1과 같이 제1소화기부(10)는 실제 소화기와 동일한 형상으로 이루어지는데, 구체적으로는 대략 원통 형상의 제1소화기 본체(11), 제1소화기 본체(11)의 상부에 연결된 제1소화기 호스(12), 제1소화기 본체(11)의 상부에 설치된 제1손잡이(14), 및 제1손잡이(14)의 한 쪽에 장탈 장착이 가능하게 결합되는 제1안전핀(13)을 포함하여 구성된다. 또한, 제1소화기 호스(12)의 단부에는 적외선 파장 대역의 광을 조사하기 위한 제1광 조사수단(12a)이 구비 되는데, 제1광 조사수단(12a)은 실제 소화기와 유사하게 사용자가 제1손잡이(14)에서 제1안전핀(13)을 제거 한 후 제1손잡이(14)를 움켜쥘 때 광이 조사되도록 구성된다.
이때, 제1광 조사수단(12a)은 제2소화기부(20)의 제2광 조사수단과 구분되는 파장 대역의 적외선 광을 조사하도록 구성되는데, 제1광 조사수단(12a)은 파장 대역이 800∼850 nm 인근 적외선 광을 조사하도록 구성되고 제2광 조사수단은 파장 대역이 950∼1,000 nm인 원적외선 광을 조사하도록 구성하였다. 이와 같이, 제1, 2광 조사수단이 서로 다른 파장 대역의 적외선 광을 조사하도록 구성된 것은 실제 화재 발생 시 화재 원인별로 서로 다른 종류의 소화물질(또는 소화기)을 사용해야 하는 것을 사용자가 훈련을 통해 숙지할 수 있도록 한 것이다. 즉, 목재, 종이, 섬유 등의 가연성 물질에 의한 화재(화재 분류상 A급 화재)의 경우 물을 이용하여 화재 진압이 가능한 반면에, 전기 누전 등에 의한 전기 화재나 기름 등에 의한 유류 화재(화재 분류상 B급 화재 또는 C급 화재)의 경우 물을 이용하여 화재를 진압할 경우 오히려 화재 피해를 악화시키기 때문에 반드시 이산화탄소와 같은 불연성 기체나 분말 소화물질을 이용하여 화재 진압을 하여야 한다(
FAA, 2012).
따라서 본 실시 예에서는 후술하는 바와 같이 제어부(40)가 화재 원인별로 화염 영상을 스크린부(30)에 표시할 경우 사용자가 화재 원인에 적합한 소화물질을 분사하는 소화기부(10, 20)를 선택하여 화재 진압 훈련을 수행할 수 있도록 제1, 2광 조사수단이 각각 다른 파장 대역의 적외선 광을 조사하도록 구성하였다.
이 경우, 제1광 조사수단(12a)에서 조사되는 근적외선 광은 A급 화재 상황에서 물을 소화물질을 사용하는 경우를 모사하기 위한 것이며, 제2광 조사수단에서 조사되는 원적외선광은 물을 사용할 수 없는 B급 화재나 C급 화재 상황에서 불연성 기체나 분말 소화물질을 사용하는 경우를 모사하기 위한 것이다.
제1, 2광 조사수단이 각각 제1소화기부(10)와 제2소화기부(20)에 구분되어 구비된 경우를 설명하나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 하나의 소화기부에 제1, 2광 조사수단이 모두 구비되어 사용자가 어느 하나의 광 조사수단을 선택하여 화재 진압 훈련을 수행하도록 구성될 수도 있다.
3.2.2 화재진압장치의 동작구성
이와 같이 소화기부(10, 20)의 구성에 의하여 본 연구에 따른 광을 이용한 화재 진압 훈련장치는 화염 영상을 물로 소화할 수 있는 일반 화재와 물로 소화할 수 없는 전기 화재 또는 유류 화재 중 어느 하나로 구분하여 표시하고 사용자가 화재 종류에 대응되는 특정 파장 대역을 조사하는 소화기를 선택하여 화재 진압 훈련을 수행하도록 구성되기 때문에 사용자가 실제 화재 상황과 매우 유사하게 화재 원인별로 적합한 소화기를 선택하여 화재를 진압하는 훈련을 수행할 수 있는 장점이 있다. 또한, 제1, 2광 조사수단은 실제 소화기를 사용하는 경우 소화물질을 분사한 후 약 10초에서 15초 정도가 경과하면 점차적으로 소화물질의 분사압력이 낮아지면서 소화물질의 분사가 완료되는 특성을 모사하기 위하여 적외선 광을 조사한 후 일정 시간이 경과하면 광량이 점차적으로 감소되도록 구성되어 있다.
이를 위하여, 제1, 2광 조사수단은 각각 특정 파장 대역의 적외선 광을 조사하는 발광모듈(17)과, 적외선 광이 조사된 후 미리 정해진 시간이 경과하면 발광모듈(17)에서 조사되는 광량을 감소시키는 광량제어 모듈(16)을 포함하여 구성된다. 발광모듈(17)은 적외선 LED로 구성되고, 광량제어모듈(16)은 적외선 LED에 공급되는 전류의 세기를 감소시켜 발광모듈(17)에서 조사되는 광량을 감소시키도록 구성된다.
본 연구에 따른 광을 이용한 화재 진압 훈련장치는 사용자가 작동 후 소화물질의 분사압력이 점차적으로 감소하는 실제 소화기의 사용과 매우 유사한 화재 진압 훈련을 수행할 수 있는 장점이 있다. 스크린부(30)는 화재 진압 훈련이 수행되는 공간의 벽면 등에 설치되는 판 형상의 스크린(31)과, 스크린(31)에 격자 형상으로 배치된 복수의 수광모듈(32)을 포함하여 구성된다. 이때, 수광모듈(32)은 수광 되는 빛의 세기에 비례하는 전기신호(즉, 전류 또는 전압)를 출력하도록 구성되는데, 통상의 포토다이오드, Cadmium sulfide cell (CdS), 포토트랜지스터 등을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다. 또한, 본 연구의 경우 수광모듈(32)은 소화기부(10, 20)에서 조사하는 적외선 파장 대역의 광에 의한 출력과 제어부(40)에서 조사하는 가시광선 파장 대역의 광에 의한 출력이 구분되도록 구성된다.
이를 위하여, 수광모듈 각각은
Fig. 4에 도시한 바와 같이 베이스 기판(32d)에 가시광선 파장 대역의 광을 선택적으로 수광하는 가시광선 수광소자(32a), 제1광 조사수단(12a)에서 조사되는 근적외선 광을 선택적으로 수광하는 제1적외선 수광소자(32b), 및 제2광 조사수단에서 조사되는 원적외선 광을 선택적으로 수광하는 제2적외선 수광소자(32c)가 장착되도록 구성된다. 이때, 가시광선 수광소자(32a), 제1적외선 수광소자(32b), 및 제2적외선 수광소자(32c)의 전방에는 각각 수광되는 광의 파장 대역 선택성을 더욱 향상시키기 위하여 각 수광소자가 수광하는 광의 파장 대역에 대응되는 대역 필터가 더 설치될 수도 있다.
3.2.3 화재진압장치의 수광모듈
다음으로, 제어부(40)는 스크린부(30)에 미리 저장된 화염 영상이 표시되도록 가시광선 파장 대역의 광을 조사한 후, 가시광선 수광소자(32a)의 출력을 이용하여 스크린부(30)에 화염 영상이 표시되는 위치인 화점위치를 인식하고, 화점위치에 배치된 적외선 수광소자(32b, 32c) 각각에 대하여 출력을 적산하여 그 결과에 따라 화염 영상의 크기를 변화시키는 기능을 수행한다.
이때, 제어부(40)는 화점위치에 배치된 적외선 수광소자(32b, 32c) 각각의 출력 적산 값이 모두 설정 값 이상이면 화염 영상의 크기를 감소시키고, 적어도 일부의 출력 적산 값이 설정 값 미만이면 화염 영상의 크기를 유지하거나 증가시키게 된다. 또한, 화염 영상은 화재 진압 시 물을 사용할 수 있는 일반 화재(즉, A급 화재)를 표시하는 제1화염 영상 또는 화재 진압 시 물을 사용할 수 없는 전기 화재나 유류 화재(즉, B급 화재 또는 C급 화재)를 표시하는 제2화염 영상 중 어느 하나일 수 있는데, 제어부(40)는 제2화염 영상이 표시된 화점위치에서 제1적외선 수광소자의 출력이 감지되는 경우 제2화염 영상의 크기를 증가시키게 된다.
이는 앞서 설명한 바와 같이 실제 화재 상황에서 화재의 종류가 B급 화재 또는 C급 화재인 경우에 사용자가 부주의하게 물을 분사함으로써 화재에 의한 피해가 확산되는 현상을 모사함으로써 사용자가 화재 원인에 적합한 소화물질을 선택하는 훈련을 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.
3.2.4 화재진압 출력장치의 제어
본 연구에 따른 광을 이용한 화재 진압 훈련장치의 각 구성 요소에 대한 구체적인 동작 구성과 이에 대한 제어부(40)의 동작 제어방법을
Fig. 3의 블록도와
Fig. 5의 흐름도를 이용하여 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 제1소화기부(10)의 경우 사용자가 제1안전핀(13)을 제거하고 제1광 조사수단(12a)이 스크린부(30)에 표시된 화염 영상을 향하도록 한 상태에서 제1손잡이(14)를 움켜쥐면 내부의 스위치모듈(15)이 작동되면서 발광 모듈(17)이 동작되어 적외선 광을 조사하게 되는데, 발광모듈(17)은 앞서 설명한 바와 같이 광량 제어모듈(16)에 의하여 시간에 따라 광량이 감소하도록 제어된다. 또한, 스크린부(30)는 스크린(31)에 조사되는 광의 세기에 비례하는 전기신호를 출력하는 복수의 수광모듈(32)과, 수광모듈(32) 각각의 출력을 제어부(40)로 전송하는 제1통신모듈(33)을 포함하여 구성된다.
이때, 수광모듈(32)의 출력은 미리 주어진 수광모듈 각각의 인식코드나 일련번호 등에 의하여 구분될 수 있도록 구성되며, 제어부(40)는 수광모듈 각각의 인식코드나 일련번호, 또는 이에 대응하여 미리 저장된 수광모듈 각각의 위치 정보를 이용하여 스크린(31) 상에 광이 조사되는 위치를 인식할 수 있도록 구성된다. 또한, 제어부(40)는 제1통신모듈(33)로부터 수광모듈(32) 각각의 출력을 수신하는 제2통신모듈(41), 수신된 출력을 이용하여 스크린(31) 상에서 광이 수광된 위치인 수광 위치를 판단하여 인식하는 수광 위치 판단모듈(42), 수광모듈 각각의 출력을 시간에 따라 적산하는 광량적 산모듈(43), 스크린부(30)에 표시될 초기 화염 영상과 광량적 산모듈의 적산 결과에 따라 수정된 화염 영상을 생성하는 영상생성모듈(44), 가시광선 파장 대역의 광을 조사하여 생성된 화염 영상이 스크린부(30)에 표시되도록 하는 영상송출모듈(45), 및 이들 각 모듈의 동작을 제어하는 제어모듈(46)을 포함하여 구성된다. 제어부(40)의 제어방법을 살펴보면, 먼저 제어부(40)는 미리 저장된 프로그램에 따라 초기 화염 영상을 생성하고 이를 스크린부(30)에 송출하여 스크린(31) 상에 화염 영상이 표시되도록 한다(S10). S10 단계에서 초기 화염 영상의 생성 및 송출은 각각 앞서 설명한 영상생성모듈(44)과 영상송출모듈(45)에서 이루어진다. 또한, 화염 영상은 앞서 설명한 바와 같이 A급 화재에 관한 정보가 포함된 영상이거나 B급 화재 또는 C급 화재에 관한 정보가 포함된 영상일 수 있는데, 본 실시 예에서는 일예로서 초기 화염 영상이 화재 진압 시 물을 사용할 수 없는 B급 화재인 경우로 가정한다. 또한, 화염 영상은 필요에 따라서는 매 훈련시마다 각각 다른 화재 원인에 의한 화염 영상이 스크린(31)의 다른 위치에 표시되도록 구성될 수 있다.
S10 단계가 완료되면 제어부(40)는 수광모듈(32)의 가시광선 수광소자(32a)의 출력을 검출하고 이를 이용하여 스크린 상에서 화염 영상이 표시된 위치인 화점위치를 판단하게 되는데(S20, S30), 이는 수광 위치 판단모듈(42)에서 앞서 설명한 바와 같이 각 수광모듈에 포함된 가시광선 수광소자(32a) 중 출력을 전송한 가시광선 수광소자(32a)의 인식코드나 일련번호 등을 이용하여 이루어진다. S30 단계가 완료되면, 제어부(40)는 화점위치에 포함된 제1적외선 수광소자(32b)와 제2 적외선 수광소자(32c)의 출력을 검출하고(S40), 수광위치 판단모듈(42)에 의해 화점위치에서 제1적외선 수광소자(32b)의 출력이 검출되었는지 여부를 판단한다(S50).
S50 단계의 판단결과 제1적외선 수광소자(32b)의 출력이 검출되지 않은 경우이면, 제어부(40)는 사용자가 B급 화재에 적합한 제2소화기부(20)를 선택한 것으로 판단하여 광량적산모듈(43)에 의해 화점 위치에 배치된 제2적외선 수광소자(32c) 각각의 출력을 시간에 따라 적산하게 된다(S60). 이때, 적산시간은 필요에 따라 다르게 설정될 수 있으나 본 실시 예에서는 실제 소화기가 소화물질을 유효하게 분사하는데 소요되는 시간인 10초 내지 20초로 설정하였다. S60 단계가 완료되면, 제어부(40)는 영상생성모듈(44)에 의해 적산결과에 따라 수정된 화염 영상을 생성하게 되는데(S70), 본 실시 예에서는 화점위치에 배치된 제2적외선 수광소자(32c) 각각의 출력 적산 값이 모두 미리 정해진 설정 값 이상이면 화염 영상의 크기를 감소시키고, 적어도 일부의 출력 적산값이 설정 값 미만이면 화염 영상의 크기를 유지하거나 증가되도록 되어 있다. 이때, 설정 값은 실제 소화기를 화점에 분사하는 경우 화염이 소화되는데 소요되는 시간 동안 수광소자에 광이 정상적으로 조사될 때의 광량 적산 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 광의 조사위치가 해당 수광소자의 위치와 정확히 일치할수록 광량 적산 값이 설정값에 도달하는 시간이 줄어들게 되고, 소화기부를 이용하여 광을 조사한 초기일수록 광량의 감소가 없어서 광량 적산값이 설정 값에 도달하는 시간이 줄어들기 때문에 사용자는 화재 진압 초기에 정확히 소화기를 화점에 분사하는 훈련을 수행할 수 있게 된다. 또한, S70 단계에서 화염 영상의 크기를 감소시키는 것은 화염 영상을 제거하는 것을 포함하는 개념이며, 출력 적산 값이 설정 값 미만인 제2적외선 수광소자의 수가 많을수록 화염 영상의 크기는 증가하게 된다. S70 단계가 완료되면, 제어부(40)는 수정된 화염 영상을 스크린부(30)에 송출하여 사용자가 자신이 수행하고 있는 화재 진압 상황을 인식할 수 있도록 한다(S80).
한편, S50 단계의 판단결과 화점위치에서 제1적외선 수광소자(32b)의 출력이 검출된 경우이면 제어부(40)는 사용자가 B급 화재에 적합지 않은 제1소화기부(10)를 선택한 것으로 판단하여 화재 상태가 확대된(즉, 화염 영상이 확대된) 수정된 화염 영상을 생성하고(S75), S80 단계를 수행한다.