일산화 탄소 감지기
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1. 개요
일산화 탄소 감지기는 일산화 탄소의 위험한 수준을 감지하여 경고하는 장치이다. 초기에는 화학적 변화를 이용한 시각적 경고 방식을 사용했으나, 1990년대 이후 청각 경보가 표준이 되었다. 다양한 센서 기술이 사용되며, 전기화학식, 반도체식, 광화학식, 생체 모방형 등이 있다. 작동 원리는 일산화 탄소 농도에 따라 다르며, 대부분의 감지기는 교체 가능한 센서를 가지고 있지 않다. 일산화 탄소 감지기는 주거 공간의 침실 구역에 설치가 권장되며, 휴대용 감지기는 차량용으로도 사용된다. 미국, 캐나다 등 여러 국가 및 주에서 관련 법규 및 표준이 제정되어 설치를 의무화하고 있다.
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| 일산화 탄소 감지기 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 전기화학식 반도체식 생체 모방식 |
| 감지 가스 | 일산화 탄소 (CO) |
| 작동 방식 | 공기 중 일산화 탄소 농도 측정 및 경보 발생 |
| 주요 위치 | 주거 공간, 산업 현장 |
| 관련 규격 | UL 2034 |
| 작동 원리 | |
| 전기화학 센서 | 일산화 탄소 농도에 따른 전류 변화 감지 |
| 반도체 센서 | 일산화 탄소 흡착에 따른 전기 저항 변화 감지 |
| 생체 모방 센서 | 헤모글로빈 유사 물질 변화 감지 |
| 주요 특징 | |
| 감지 농도 범위 | 0 ~ 1000 ppm |
| 경보음 | 85 dB 이상 |
| 전원 | 배터리 또는 AC 전원 |
| 수명 | 5 ~ 10년 |
| 설치 및 사용 시 주의사항 | |
| 설치 위치 | 천장 또는 벽면 (사람 키 높이) |
| 피해야 할 장소 | 보일러, 난로 주변 습기가 많은 곳 먼지가 많은 곳 |
| 정기 점검 | 월 1회 이상 점검 버튼 누르기 |
| 배터리 교체 | 6개월 ~ 1년 주기로 교체 |
| 오경보 발생 원인 | |
| 높은 습도 | 습도가 높은 환경 |
| 먼지 | 먼지가 많은 환경 |
| 화학 물질 | 스프레이, 세정제 등 화학 물질 |
| 전자기 간섭 | 전자파 간섭 |
| 추가 정보 | |
| 경보 발생 시 대처 요령 | 즉시 환기 외부로 대피 119에 신고 |
| 예방 방법 | 난방 기구 안전 점검 환기 철저 |
| 관련 질병 | 일산화 탄소 중독 |
2. 작동 원리
일산화 탄소는 무색무취이므로 사람이 감지하기 어렵지만, 저농도에서도 위험하므로 저농도에서도 검출 가능한 감지기 개발이 요구되어 왔다.[25] 일산화 탄소는 환원성 가스이므로 산화 환원 전위를 이용하여 검출한다.[25] 전기 화학식이나 반도체식 등 여러 방식이 있다.
일산화 탄소 감지기의 경보 지점은 단순한 경보 수준이 아니라 농도-시간 함수이다. 낮은 농도에서는 수십 분 동안 경보를 울리지 않지만, 고농도에서는 몇 분 안에 경보가 울린다. 이는 신체 내의 일산화 탄소 흡수를 모방하고, 담배 연기 등 일시적인 일산화 탄소 발생으로 인한 오경보를 방지하기 위함이다.
2. 1. 전기화학식
전기화학식 감지기는 감지할 가스가 화학 반응을 거칠 때 전기 전류를 생성하는 연료 전지의 원리를 사용한다. 생성된 전류는 센서 근처의 주변 환경에 있는 일산화 탄소의 양과 정확하게 관련이 있다. 기본적으로 전기화학 셀은 용기, 두 개의 전극, 연결 와이어 및 전해질(일반적으로 황산)로 구성된다. 일산화 탄소는 한 전극에서 이산화 탄소로 산화되고, 산소는 다른 전극에서 소모된다. 일산화 탄소 감지의 경우, 전기화학 셀은 일산화 탄소 농도에 대한 매우 정확하고 선형적인 출력을 갖고, 실온에서 작동하므로 최소한의 전력만 필요하며, 수명이 길어 일반적으로 5년에서 10년이라는 점에서 다른 기술보다 유리하다. 이 기술은 미국과 유럽에서 지배적인 기술이 되었다. 테스트 버튼은 배터리, 회로 및 부저의 작동 효율만 나타낸다. 전기화학 셀을 사용하는 CO 경보기의 작동을 완전히 테스트하는 유일한 방법은 테스트 기간 동안 농도 수준을 유지하기 위해 덮개로 전달되는, 교정된 테스트 가스의 알려진 공급원을 사용하는 것이다.[25]연료 전지와 유사한 구조로 전극 사이에 발생하는 전위차를 감지한다.[27] 전기 화학식 센서는 응답 속도가 느리고, 전원을 켠 후 센서가 작동하기까지 수 분이 걸릴 수 있다.[28]
2. 2. 반도체식
반도체식 일산화 탄소 감지기는 절연 세라믹 베이스 위에 반도체 이산화 주석의 얇은 와이어를 설치하고, 이를 집적 회로로 모니터링하는 방식으로 작동한다.[12] 이 때 감지 요소는 약 400°C로 가열해야 한다. 산소는 이산화 주석의 저항을 증가시키고, 일산화 탄소는 저항을 감소시킨다. 집적 회로는 이러한 감지 요소의 저항 변화를 모니터링한다. 센서의 수명은 약 5년이며, 경보는 설치 시와 최소 1년에 한 번 테스트 가스로 점검해야 한다.[12]반도체식 센서는 전력 소비가 크기 때문에 일반적으로 주 전원을 사용한다. 배터리로 작동하는 펄스형 센서는 수개월의 수명을 가진다.
이 기술은 일본 및 극동 지역에서 널리 사용되며, 미국에서도 일부 시장 점유율을 보인다. 그러나 전기 화학 전지 기술의 우수한 성능으로 인해 점차 대체되고 있다.[12] 일산화 탄소는 환원성 가스이므로 산화 환원 전위를 이용하여 검출하며,[25] 반도체 표면에서 일산화 탄소 분자의 흡착과 산화 환원 반응에 의한 저항 값 변화를 이용한다.[26]
2. 3. 광화학식 (Opto-chemical type)
초창기 디자인은 일산화 탄소가 존재할 때 갈색 또는 검은색으로 변색되는 흰색 패드를 사용하는 화학 감지기였다. 이러한 감지기는 저렴하지만 시각적인 경고만 제공한다. 1990년대에 일산화 탄소 관련 사망자가 증가함에 따라 청각 경보가 표준이 되었다.일산화 탄소 감지기의 경보 지점은 단순한 경보 수준(연기 감지기처럼)이 아니라 농도-시간 함수이다. 예를 들어 100ppm(parts per million)과 같이 낮은 농도에서는 감지기가 수십 분 동안 경보를 울리지 않는다. 400ppm에서는 몇 분 안에 경보가 울린다. 이 농도-시간 함수는 비교적 흔한 일산화 탄소 발생원(담배 연기 등)으로부터의 짧은 일산화 탄소 발생으로 인한 오경보를 방지하면서 신체 내의 일산화 탄소 흡수를 모방하도록 설계되었다.
비용, 정확성 및 응답 속도에 따라 다양한 네 가지 유형의 센서가 있다.[12] 대부분의 감지기는 교체 가능한 센서를 가지고 있지 않다.
감지기는 일산화 탄소와 반응하면 색이 변하는 화학 물질 패드로 구성된다. 그러나 가스에 대한 정성적인 경고만 제공한다. 이러한 감지기의 주요 장점은 비용이 가장 저렴하다는 것이지만, 단점은 보호 수준이 가장 낮다는 것이다.
일산화 탄소 감지에 사용되는 한 가지 반응은 아황산 팔라듐산 칼륨(II) 촉매 산화이다.
:CO + K2Pd(SO3)2 -> Pd + CO2 + SO2 + K2SO3영어
반응이 진행됨에 따라 팔라듐이 방출되어 색상이 노란색에서 갈색으로, 그리고 검은색으로 변한다.
2. 4. 생체모방형 (Biomimetic type)
생체 모방 센서는 주변 환경의 일산화탄소 양에 비례하여 어두워지는 헤모글로빈과 유사한 방식으로 작동한다. 사이클로덱스트린, 발색단 및 여러 금속 염을 사용한다. 이는 직접 보이거나, IR LED와 같은 적외선 광자 소스에 연결된 다음 포토다이오드를 사용하여 모니터링할 수 있다.[12] 배터리 수명은 일반적으로 기존 알카라인 배터리의 경우 2~3년이지만, 리튬 배터리는 제품 수명 동안 지속된다. 생명 공학 기반 센서는 6년의 유용한 작동 수명을 갖는다. 이 제품은 대량 시장에 처음 진입했지만, 다른 센서보다 비용이 더 많이 들기 때문에 주로 고급 분야와 RV에 사용된다. 이 기술은 개선되었으며 로렌스 버클리 국립 연구소의 보고서에 따르면 가장 신뢰할 수 있는 기술이다.[13]3. 설치
일산화 탄소 감지기는 배터리로 작동하거나, AC 전원 방식(배터리 백업 유무와 관계없이)으로 사용할 수 있다. 배터리 작동식 장치는 최대 10년 동안 배터리 수명을 보장한다. 일산화탄소 경보기의 가스 센서는 수명이 제한되어 있으며, 보통 2~5년이다.[7] 최신 모델은 일정 기간이 지나면 교체해야 함을 알리도록 설계되었다. 일산화탄소 감지기에는 연기 감지기처럼 "테스트" 버튼이 있지만, 이 버튼은 배터리, 전자 회로, 부저만 테스트할 뿐, 가스 감지 능력은 테스트하지 않는다.
미국 방화 협회(National Fire Protection Association)의 일산화탄소 지침에 따르면, 일산화탄소 감지기는 주거 공간의 각 침실 구역 바깥에 설치해야 하며, 각 감지기는 "장치와 함께 제공되는 설치 지침에 명시된 벽, 천장 또는 기타 위치"에 설치해야 한다.[8]
일산화탄소 감지기는 독립형 모델이나 원격으로 모니터링할 수 있는 시스템 연결 장치로 사용할 수 있다.[9]
4. 기능
일산화 탄소 감지기는 밀폐된 공간에서 위험한 수준의 일산화 탄소가 감지되었을 때 경보를 울려 사람들에게 알리는 장치이다. 일산화 탄소 농도에 따라 경보가 울리는 시간은 다음과 같다.
- 70 PPM: 60분 이내
- 150 PPM: 10분 이내
- 400 PPM: 4분 이내
- 500 PPM 이상: 즉시
너무 빠른 경보는 사용자가 경보를 비활성화하여 사용자를 보호하지 못하게 할 수 있으므로 주의해야 한다.[10] 일부 경보 장치는 일산화 탄소 농도를 표시할 수 있으며, 위험 수준뿐만 아니라 낮고 안전한 수준의 농도도 표시하는 측정 장치도 있다.
UL 인증을 받지 않은 일부 감지기는 지정된 임계값에서 경보가 울리지 않거나 몇 초 안에 울리는 것으로 확인되었다.[10] 경고 없이 빨간색 불이 깜빡이는 것은 다른 상태를 나타내거나 오작동을 알리는 것일 수 있다.[11]
일산화 탄소 감지기를 진동 베개 패드, 스트로브 또는 원격 경고 핸드셋에 연결하는 무선 가정 안전 장치도 있다. Underwriters Laboratories에서 발행한 업계 사양에는 다음과 같은 경고 방법이 문서화되어 있다.
- 가청 신호 (4번의 짧은 경고음): 브랜드 및 모델명에 따라 3,000 ~ 3,500 Hz 사이에서 변경되며, 3피트 거리에서 105 dB의 음량을 가진다.
- 음성 경고
- 조명을 위한 비상등
- 화재 경보기
- 배기 가스 분석
일산화 탄소는 연소 기구, 자동차 배기가스, 담배 등이 주요 발생원이며 무색무취이므로 감지하기 어렵지만, 저농도에서도 위험성이 높다.[25] 따라서 저농도에서도 검출 가능한 소자 개발이 요구되어 왔다.
5. 휴대용 감지기 및 측정 기기
가정용 일산화 탄소 감지기는 주로 경고음을 사용하지만, 일부는 백만 분율(PPM) 단위로 일산화 탄소 농도를 디지털 방식으로 표시하기도 한다. 이러한 모델들은 현재 측정값과 일정 시간 동안 측정된 최고 농도를 표시할 수 있다. 고급형 모델은 가격이 조금 더 비싸지만 기본적인 모델과 유사하다.
디스플레이가 있는 모델은 경보 임계값 미만의 농도를 표시하고, 부재중에 발생했을 수 있는 농도를 보고하며, 경보가 울릴 경우 위험 정도를 평가하는 데 유용하다. 또한 응급 구조원이 과거 또는 현재 노출 및 위험 수준을 평가하는 데 도움을 줄 수 있다.
휴대용 감지기는 항공기, 자동차 및 트럭용으로 설계되어 차량 탑승자에게 일산화 탄소 위험을 경고한다. 휴대용 측정기는 일산화 탄소 농도를 몇 PPM까지 표시할 수 있으며, 가정용 안전 일산화 탄소 감지기보다 더 민감하고 가격도 훨씬 비싸다. 산업 위생 전문가와 응급 구조대원들이 유지 보수 및 일산화 탄소 누출 추적에 사용한다. 이 장치는 가정용 경보 장치와 달리 몇 분 또는 몇 시간이 아닌 몇 초 만에 낮은 수준의 일산화 탄소를 측정한다. 다른 테스트 장비와 마찬가지로, 전문 일산화 탄소 측정기는 정기적으로 테스트하고 재보정해야 한다.
일산화 탄소는 연소 기구, 자동차 배기가스, 담배 등이 주요 발생원이며 무색무취이므로 감지할 수 없지만, 저농도에서도 위험성이 높다.[25] 따라서 저농도에서도 검출 가능한 소자 개발이 요구되어 왔다.
6. 관련 법규 및 표준
캐나다 모기지 및 주택 공사 보고서에 따르면, 캐나다(CSA)와 미국(Underwriters Laboratories, UL)의 표준 기구는 일산화 탄소(CO) 표준 및 제품 테스트 작성을 조율해 왔다. 2010년 현재 표준은 디지털 디스플레이에 30 PPM 미만의 CO 수치를 표시하는 것을 금지하며, 이전 표준 버전보다 더 높은 CO 수치에서 경보가 울리도록 요구한다. 이는 CO 수치가 생명을 위협하지 않을 때 소방서, 유틸리티 및 응급 대응팀에 대한 불필요한 호출을 줄이기 위한 것이다. 새로운 경보는 최대 70 PPM의 CO 농도에서 울리지 않는데, 이는 캐나다 보건 지침[23] 및 미국 산업안전보건청(OSHA)의 허용 노출 기준인 50 PPM을 초과하는 수치이다.[24]
6. 1. 미국
2017년 1월 기준으로 미국 32개 주에서 일산화 탄소 감지기에 관한 법률을 제정했으며, 다른 11개 주는 일산화 탄소 감지기에 대한 규정을 공포했다.[14] 워싱턴 D.C.와 뉴욕시에서도 관련 규정이 시행되고 있다.콜로라도 주의 주택 건설업자는 2009년 3월 법안 서명으로 신축 주택에 일산화 탄소 감지기를 설치해야 한다. 하원 법안 1091은 신축 및 재판매 주택의 침실 근처, 임대 아파트 및 주택에 감지기 설치를 요구한다. 이 법안은 2009년 7월 1일부터 발효되었다. 이 법안은 덴버 투자 은행가인 파커 로프그렌과 그의 가족이 2008년 11월 27일 콜로라도 주 아스펜 근처 자택에서 일산화 탄소 중독으로 사망한 채 발견된 이후 도입되었다.
뉴욕 주에서는 "아만다 법(Amanda's Law)"(A6093A/C.367)에 따라 연료 연소 기기가 있는 1~2가구 주택은 수면 공간이 있는 가장 낮은 층에 최소 1개의 일산화 탄소 경보기를 설치해야 하며, 이는 2010년 2월 22일부터 시행되었다. 2008년 1월 1일 이전에 지어진 주택은 배터리 전원 경보기를 사용할 수 있지만, 그 이후에 지어진 주택은 유선 경보기를 설치해야 한다. 또한, 뉴욕 주 계약업자는 주택에 경보기가 없는 경우 연료 연소 온수기 또는 난로를 교체할 때 일산화 탄소 감지기를 설치해야 한다. 이 법은 친구 집에서 잠을 자다가 결함이 있는 보일러에서 발생한 일산화 탄소 중독으로 사망한 십 대 소녀 아만다 핸슨의 이름을 따서 명명되었다.[18][19]
알래스카 하원 법안 351은 탄소 기반 연료 기기 또는 연소 부산물을 생성하는 기타 장치가 포함되거나 서비스를 받는 주거 유닛에 일산화 탄소 감지기를 설치하도록 요구한다.
2011년 7월, 캘리포니아는 기존 단독 주택에 일산화 탄소 감지기 설치를 의무화했으며, 2013년에는 다가구 주택에도 적용되었다.[20] 캘리포니아 법 2015는 모든 신규 설치되는 연기 및 일산화 탄소 경보 장치가 10년 동안 교체가 필요 없는 유형이어야 한다고 규정한다.[21] 기존 경보 장치는 주택 소유자가 교체할 필요가 없을 수 있으며, 지역 법규를 참조해야 한다. 의무적인 경보 장치 설치 위치도 지역 집행 기관에 따라 다르다.
메인 주에서는 모든 임대 유닛에 일산화 탄소 감지기가 설치되어야 한다. 비임대 주택에서는 권장 사항일 뿐 의무 사항은 아니다.[22]
7. 제조사
- 피가로 기연
- 가스테크
- 신코스모스 전기
참조
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https://standardscat[...]
UL
2017-10-22
[2]
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http://m.ul.com/news[...]
2016-02-28
[3]
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[4]
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2022-10-14
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간행물
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アナログ･ダイアログ
2017-10-15
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