KR102152565B1 - 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 저장장치를 구성하는 배터리(2차 전지)의 화재 시 배터리가 갖는 금속화재 특성 및 전기화재 특성을 고려하여 에너지 저장장치에서 발생하는 화재를 확실하고 효과적이며 신속하게 소화시킬 수 있으며, 이에 따라 주변으로의 화재 번짐을 방지하고, 에너지 저장장치를 활용하는 다양한 분야에 적용할 수 있는 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 배터리의 화재를 검출하는 화재 검출 단계; 화재가 발생된 화재 배터리에 대한 밀봉(sealing)과 인슐레이션(insulation)을 위한 배터리 소화물질로 화재 배터리를 소화시키는 배터리화재 진압 단계; 상기 배터리화재 진압 단계에서 상기 소화물질 표면에 화재의 발생 여부를 검출하는 표면화재 검출 단계; 및 상기 표면화재 검출 단계에서 표면화재가 발생하는 것으로 검출되는 경우, 상기 배터리 소화물질 표면으로 표면화재 소화제를 분사시키는 표면화재 진압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치의 화재 소화 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장장치를 구성하는 배터리(2차 전지)의 화재 시 배터리가 갖는 금속화재 특성 및 전기화재 특성을 고려하여 에너지 저장장치에서 발생하는 화재를 확실하고 효과적이며 신속하게 소화시킬 수 있으며, 이에 따라 주변으로의 화재 번짐을 방지하고, 에너지 저장장치를 활용하는 다양한 분야에 적용할 수 있는 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장은 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지저장과 화학적 에너지저장으로 구분된다.
대표적인 물리적 에너지저장으로는 양수발전과 압축공기저장, 플라이휠 등이 있다. 그리고 화학적 에너지저장으로는 리튬이온 배터리, 납축전지, NaS 전지 등이 있다. 에너지를 배터리에 저장하는 구조를 BESS(Battery Energy Storage System)라고 한다. 일반적으로 이를 ESS라고 한다. 이러한 ESS에는 수백 kWh 이상의 전력을 저장한다.
4차 산업혁명 시대의 도래 및 신재생에너지의 보급 확대 정책에 따라 국내외에서 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)의 사용이 대폭적으로 증가하고 있다. 또한 지구 온난화 및 미세먼지 등에 대한 대책으로 태양광, 풍력 등의 신재생에너지로의 전환이 국가적 사업으로 추진되고 있어, 다양한 위치에서 생산된 전기에너지를 저장했다가 필요한 시간대에 사용하는 에너지저장장치(ESS)의 보급이 가파르게 증가하고 있다.
에너지저장장치(ESS)는 전력을 저장하는 배터리, 전력제어장치(PCS: Power Conversion System), 에너지관리시스템(EMS: Energy Management System) 등으로 구성되어 있으며, 신재생에너지 저장장치 등으로 각광을 받고 있다.
그러나 ESS는 고온에 취약하다는 단점이 있다. 특히, 리튬이온 배터리와 같이 복수 개가 집약적 설치되어, 내부에 전력을 저장하는 에너지 저장 시스템은 화재 위험이 높은 문제를 가지고 있다.
구체적으로, 에너지저장장치(ESS)는 다수의 배터리가 랙(rack)에 적층되어 서로 연결되어 있기 때문에, 배터리에 열화 또는 발열이 발생하여 화재가 발생하기도 한다. 특히, ESS 배터리는 통상적으로 리튬이온 배터리를 사용하고 있는데, ESS의 리튬이온 배터리의 화재는 일반 화재와는 화재 양상이 다르다. ESS 리튬이온 배터리 화재의 주요 원인은 과충전에 의한 심부화재, 즉 열폭주(Thermal runaway)에 의한 재발화가 발생할 수 있다.
이러한 열폭주에 의한 재발화는 일반 가스계소화설비 및 고체 에어로졸 소화장비로는 진압이 불가능한 화재이다. 따라서, 에너지저장장치(ESS)의 화재는 일반 소화장치(물, 분말, 가스 등)로는 화재 진압이 어렵고, 신개념의 화재감지 및 진압기술 개발이 필요하다.
에너지저장장치(ESS)가 보급되면서, ESS의 화재를 진압하기 위한 기술이 개발되어 왔다.
ESS 화재를 진압하기 위한 소화장치의 한 예는 도 1에 도시된 바와 같은 에너지 저장시스템용 자동소화장치(이하 ‘종래기술’이라 함)가 대한민국 등록특허공보 제10-1984817호에 제안되어 있다. 도 1은 종래기술에 따른 에너지 저장시스템용 자동소화장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 나타난 소화장치는, 별도의 전원인가 없이 무전원방식으로 ESS의 배터리 모듈(100), 케이스(110), 또는 배터리 관리시스템(120)의 화재를 조기에 진화하기 위해 이산화탄소(20)를 분사하는 자동소화장치이다.
종래기술에서는, 불활성 가스인 이산화탄소를 소화약제로 사용하고 있어, 전기화재 등에 사용할 수 있기는 하지만, 공기보다 밀도가 높은 이산화탄소는 바닥으로 가라앉기 때문에 바닥면에 설치되어 있지 않은 ESS 배터리의 열폭주 등은 조기에 진압하기 어려운 문제점이 있고, 종래기술에 나타난 자동소화장치는 운반 가능한 소화장치로 구성하기 어려운 문제점도 있었다.
정리하자면, 신재생에너지의 한 종류인 태양광발전, 풍력발전설비의 증가에 따라 그에 따른 전력저장장치로서의 에너지 저장장치(ESS)이 증가 하고 있으나, ESS의 구성품인 리튬이온배터리의 근본적인 불안정성과 관리상의 문제등으로 인한 화재가 발생하고 있으나, 기존의 전통적인 소화방법으로는 화재를 진압할 수 없는 문제점을 안고 있다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 에너지 저장장치를 구성하는 2차 전지의 화재 시 2차전지가 갖는 금속화재 특성 및 전기화재 특성을 고려하여 에너지 저장장치에서 발생하는 화재를 확실하고 효과적이며 신속하게 소화시킬 수 있는 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 리튬이온 배터리를 포함하는 에너지 저장장치의 화재를 소화시키기 위한 방법으로서, 배터리의 화재를 검출하는 화재 검출 단계; 화재가 발생된 화재 배터리에 대한 실링(sealing)과 인슐레이션(insulation)을 위한 배터리 소화물질로 화재 배터리를 소화시키는 배터리화재 진압 단계; 상기 배터리화재 진압 단계에서 상기 소화물질 표면에 화재의 발생 여부를 검출하는 표면화재 검출 단계; 및 상기 표면화재 검출 단계에서 표면화재가 발생하는 것으로 검출되는 경우, 상기 배터리 소화물질 표면으로 표면화재 소화제를 분사시키는 표면화재 진압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치의 화재 소화 방법이 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 배터리화재 진압 단계는, 상기 배터리 소화물질이 충전된 소화조에 화재 배터리를 침지시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 배터리화재 진압 단계는, 파지 장치 또는 지지 장치에 의한 상기 배터리의 파지 상태 또는 지지 상태를 자동 해제하여 상기 배터리 소화물질이 충전된 소화조에 화재 배터리가 자중에 의해 낙하하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 표면화재 진압 단계는 상기 소화조에 화재 배터리가 침지된 상태에서 상기 소화조의 상부 측에 설치된 표면화재 분사노즐을 통해 표면화재 소화제를 분사시키는 것으로 이루어지고, 상기 배터리 소화물질은 액상 고분자탄화수소로 이루어지며, 상기 표면화재 소화제는 이산화탄소 소화약제인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 리튬이온 배터리를 포함하는 에너지 저장장치의 화재를 소화시키기 위한 시스템으로서, 배터리에서 발생하는 화재를 검출하는 제1 화재 검출 부재; 상기 배터리를 파지 및 파지해제하도록 구성되거나 지지 및 지지해제하도록 구성되는 배터리 고정-고정해제 장치; 상기 배터리의 하부 측에 설치되고, 화재 배터리에 대한 실링(sealing)과 인슐레이션(insulation)을 위한 배터리 소화물질이 충전되는 소화조; 상기 소화조의 일측에 구비되어 상기 소화조의 표면에서 발생하는 화재를 검출하기 위한 제2 화재 검출 부재; 상기 소화조의 상부 일측에 설비되어 상기 소화조의 표면에서 발생하는 표면화재를 소화시키도록 표면화재 소화제를 분사시키도록 구성되는 표면화재 소화유닛; 및 상기 제1 화재 검출 부재의 검출 신호를 전달받아 상기 배터리 고정-고정해제 장치의 작동을 제어하며, 상기 제2 화재 검출 부재의 검출 신호를 전달받아 상기 표면화재 소화유닛의 작동을 제어하도록 이루어지는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 배터리 소화물질로는 고분자탄화수소로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 표면화재 소화유닛은, 상기 소화조의 상부 측에 설치되는 표면화재 분사노즐; 소화약제 공급라인을 통해 상기 표면화재 분사노즐에 연결되는 이산화탄소 소화약제 저장탱크; 및 상기 소화약제 공급라인에 구성되고, 상기 제어 모듈의 제어 신호를 통해 구동하여 상기 이산화탄소 소화약제 저장탱크 내의 소화약제를 펌핑하여 상기 표면화재 분사노즐로 공급하도록 동작하는 펌프를 포함하며, 상기 배터리 소화물질을 냉각시키고 순환시키도록 구성되는 배터리소화물질 순환 유닛;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 배터리소화물질 순환 유닛은, 월류 연결 라인을 통해 연결되어 상기 소화조에서 월류되는 배터리소화물질을 제공받는 리시버 탱크; 내부에 저장된 배터리소화물질이 상기 소화조로 공급되도록 구성되는 배터리소화물질 저장탱크; 상기 리시버 탱크와 배터리소화물질 저장탱크를 연결하는 순환 라인; 상기 순환 라인에 구성되고 상기 제어 모듈에 의해 제어되어 상기 리시버 탱크로부터 상기 배터리소화물질 저장탱크로 배터리소화물질을 펌핑하는 순환 펌프; 및 상기 순환 라인에 설치되어 그 순환 라인을 흐르는 배터리소화물질을 냉각시키도록 구성되는 냉각기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 배터리소화물질 저장탱크는, 상기 소화조의 설치 위치보다 높은 위치에 설치되어 내부에 저장된 배터리 소화물질이 자연 유하하여 공급되도록 구성되고, 상기 냉각기는 칠러(chiller)로 구성되며, 상기 순환라인을 흐르는 배터리소화물질에 포함된 이물질을 필터링하도록 구성되는 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 에너지 저장장치를 구성하는 2차 전지의 화재 시 2차 전지가 갖는 금속화재의 특성을 고려한 화재 진압을 실행하며, 또한 전기화재의 특성을 고려한 화재 진압을 행함으로써 2차 전지의 화재 특성에 따른 효율적인 소화가 가능한 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 에너지 저장장치의 2차 전지에서 발생하는 특성을 확실하게 구분하고 연속적으로 소화시킴으로써 화재를 확실하고 효과적이며 신속하게 진압할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 주변으로의 화재 번짐을 확실하게 방지하여 이로 인한 인적 피해 및 물적 피해를 방지하거나 최소화할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 에너지 저장장치를 활용하는 다양한 분야에 적용할 수 있어 범용성을 확보하며, 에너지 저장장치의 적용 설비에 대한 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 에너지 저장시스템용 자동소화장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 화재 발생 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 화재 진압 시의 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 화재 발생 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 화재 진압 시의 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 "상에" 또는 "전에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우 뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함한다.
아래 본 발명에 따른 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템의 상세한 설명에 앞서, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템을 명확히 이해하고, 본 발명을 도출하게 된 기술적 배경에 대하여 먼저 설명한다.
에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)의 화재는, 배터리의 결함, 방전과 충전의 편차가 큰 관리상의 문제로 인한 배터리의 손상 등이 원인으로 발생되고, 그 화재 특성은 알칼리금속이 다른 물질과 반응하여 발생된 수소가 화재를 일으키며 화재시 발생된 수분과 반응열에 의해 화재가 가속되는 금속화재의 특성과 배터리 내의 양극과 음극의 절연이 파괴되면서 발생되는 전기화재의 특성을 가지고 있다.
구체적으로, 에너지 저장장치의 2차전지인 리튬이온배터리의 화재는 금속화재 특성과 전기화재특성을 갖는데, 금속화재는 알칼리금속으로 공기 중의 수분, 공기 또는 할로겐화물에 급격히 반응하며, 전기화재의 특성은 화재진압의 측면도 필요하지만 절연성의 요건이 필요하다.
리튬이온배터리 화재는 금속화재의 특성상 반응물질로 부터의 봉입 (sealing)과 통전상태의 화재(전기화재)의 절연체의 봉입(insulation)이 이루어져야 하며, 이에 따라 본 발명은 봉입과 절연의 두 가지를 해결할 수 있는 탄화수소에 침지를 통하여 소화시키도록 이루어진다.
다시 말해서, 리튬이온 배터리의 알칼리금속은 공기중의 수분과 할로겐화물에 급격히 반응하므로, 현존하는 수계소화설비(스프링클러설비, 옥내외소화전, 포소화설비 등)와 할로겐화합물 소화설비 등으로는 원론적으로 적용할 수 없어, 본 발명은 금속화재의 특성과 전기화재의 특성을 고려하여 이 두가지 화재 특성에 대하여 밀봉 능력이 있는 석유류(탄화수소)를 이용하여 진압하도록 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법을 나타내는 플로차트이다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 크게 화재 검출 단계(S100); 배터리화재 진압 단계(S200); 표면화재 검출 단계(S300); 및 표면화재 진압 단계(S400);를 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법은, 리튬이나 나트륨과 같은 알칼리금속계의 배터리를 포함하는 에너지 저장장치의 화재를 소화시키기 위한 방법으로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 배터리의 화재를 검출하는 화재 검출 단계(S100); 상기 화재 검출 단계(S100)에서 화재가 검출되는 경우, 상기 배터리 화재에 대한 밀봉(또는 실링(sealing))과 절연(또는 인슐레이션(insulation))이 가능한 소화물질로 상기 배터리를 밀봉(sealing) 및 절연(insulatoin)하는 배터리화재 진압 단계(S200); 상기 배터리화재 진압 단계(S200)에서 상기 소화물질 표면에 화재의 발생 여부를 검출하는 표면화재 검출 단계(S300); 및 상기 표면화재 검출 단계(S300)에서 표면화재가 발생하는 것으로 검출되는 경우, 상기 소화물질 표면으로 표면화재 소화제인 이산화탄소 소화약제를 분사시키는 표면화재 진압 단계(S400);를 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 화재 검출 단계(S100)는, 에너지저장장치(ESS)가 설치된 장소에 설비되는 화재 검출 센서(불꽃감지기, 온도 센서, 가스 센서 등)를 통해 화재를 검출하여 원격지의 통제실에 알림하거나, 에너지저장장치(ESS)가 설치된 장소에 설비되는 영상인식 감시카메라(CCTV)를 통해 화재를 검출하여 원격지의 통제실에 알림하도록 이루어질 수 있다.
상기 배터리화재 진압 단계(S200)는, 상기 화재 검출 단계(S100)에서 화재가 검출되는 경우, 상기 배터리 화재에 대한 실링(sealing)과 인슐레이션(insulation)이 가능한 소화물질로 상기 배터리를 봉입(sealing) 및 절연(insulatoin)하여 진압하는 것으로, 화재배터리의 진압은 소화물질이 충전된 소화조에 화재 배터리가 침지되도록 함으로써 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리화재 진압 단계(S200)는, 파지 장치에 의해 파지된 상기 배터리(단위 배터리)의 하부 또는 지지 장치에 의해 지지된 상기 배터리(단위 배터리)의 하부에 소화물질이 충전된 소화조를 구성하고, 상기 화재 검출 단계(S100)에서 화재가 검출되는 경우, 상기 파지 장치의 파지 해제 또는 상기 지지 장치의 지지 해제를 통해 상기 배터리가 소화조로 자중에 의해 낙하하여 그 소화조에 침지되도도록 하는 것으로 이루어진다.
여기에서, 상기 파지 장치의 파지 해제 제어 또는 상기 지지 장치의 지지 해제 제어는 화재 검출 시 자동으로 실행되도록 할 수 있으며, 통제실의 관리자가 수동으로 제어할 수 있으며, 자동으로 실행되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 소화물질로는 액상 탄화수소, 바람직하게는 상대적으로 인화점과 발화점이 높은 액상 고분자탄화수소로 이루어진다. 보다 바람직하게, 상기 소화물질인 고분자 탄화수소는 인화점의 범위가 180℃~300℃이고, 발화점의 범위가 250℃~400℃인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 표면화재 검출 단계(S300)는 상기 소화조의 상부에 설비되는 화재 검출 센서(불꽃감지기, 온도 센서, 가스 센서 등)를 통해 화재를 검출하여 원격지의 통제실에 알림하거나, 소화조 일측에 설치된 영상인식 감시카메라(CCTV)(내열체에 구비)를 통해 화재를 검출하여 원격지의 통제실에 알림하도록 이루어질 수 있다.
그리고 상기 표면화재 진압 단계(S400)는 상기 표면화재 검출 단계(S300)에서 소화조에 배터리가 침지된 상태에서 그 소화조의 표면에 화재가 발생한 것으로 검출하는 경우, 상기 소화조의 상부 측에 설치된 표면화재 분사노즐을 통해 표면화재 소화제인 이산화탄소 소화약제를 분사시키는 것으로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법은 상기 소화조에 충전되는 소화물질인 액상 고분자탄화수소를 냉각된 상태의 소화물질이 공급되어 충전되도록 하는 것을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 화재 발생 전의 상태를 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 화재 진압 시의 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템은, 리튬이나 나트륨과 같은 알칼리금속계의 배터리를 포함하는 에너지 저장장치의 화재를 소화시키기 위한 시스템으로서, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 제1 화재 검출 부재(110); 배터리 고정-고정해제 장치(200)로서 거치 고정 장치(또는 파지 고정 장치)(210)와 지지 고정 장치(220); 소화조(250); 제2 화재 검출 부재(120); 표면화재 소화유닛(미도시); 제어 모듈(400); 및 배터리소화물질 순환 유닛(500);을 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템은, 리튬이나 나트륨과 같은 알칼리금속계의 배터리(단위 배터리 또는 배터리 셀)(B)를 포함하는 에너지 저장장치의 화재를 소화시키기 위한 시스템으로서, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 배터리(B)의 일측에 설치되DJU 배터리(B)에서 발생하는 화재를 검출하는 제1 화재 검출 부재(110); 상기 배터리(B)를 파지 및 파지해제 가능하게 결합되어 구성되거나 지지 및 지지해제 가능하게 결합되어 구성되는 배터리 고정-고정해제 장치(200); 상기 배터리(B)의 하부 측에 설치되고, 배터리 화재에 대한 밀봉(또는 실링(sealing))과 절연(또는 인슐레이션(insulation))이 가능한 배터리 소화물질이 충전되는 소화조(250); 상기 소화조(250)의 일측에 구비되어 상기 소화조(250)의 표면에서 발생하는 화재를 검출하기 위한 제2 화재 검출 부재(120); 상기 소화조(250)의 상부 일측에 설비되어 상기 소화조(250)의 표면에서 발생하는 표면화재를 소화시키도록 표면화재 소화제를 분사시키도록 구성되는 표면화재 소화유닛(300); 및 상기 제1 화재 검출 부재(110)의 검출 신호를 전달받아 상기 배터리 고정-고정해제 장치(210, 220)의 작동을 제어하며, 상기 제2 화재 검출 부재(120)의 검출 신호를 전달받아 상기 표면화재 소화유닛의 작동을 제어하도록 이루어지는 제어모듈(400);를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 화재 검출 부재(110)는 에너지저장장치(ESS)가 설치된 장소에 설비되는 화재 검출 센서(불꽃감지기, 온도 센서, 가스 센서 등), 및/또는 에너지저장장치(ESS)가 설치된 장소에 설비되는 영상인식 감시카메라(CCTV)로 구성될 수 있다.
상기 제1 화재 검출 부재(110)는 배터리(B)의 화재를 검출하여 원격지의 통제실 등에 설비되는 제어모듈(400)로 전달한다.
계속해서, 상기 배터리 고정-고정해제 장치(200)는, 상기 배터리(B)의 일측을 파지 및 파지해제 가능하게 결합되는 거치 고정 장치(210)로 구성되거나, 상기 배터리(B)의 하면을 지지하고 지지해제 가능하게 결합되는 지지 고정 장치(220)로 구성될 수 있다.
상기 거치 고정 장치(또는 파지 고정 장치)(210) 또는 지지 고정 장치(220)는 에너지저장장치(ESS)에 포함되는 배터리(배터리 셀)(B)를 각각 파지 및 파지해제하거나, 지지 및 지지해제하도록 구성될 수 있고, 소정 단위 모듈의 배터리(B)를 파지 또는 지지하도록 구성된다.
그리고 상기 거치 고정 장치(또는 파지 고정 장치)(210)는 배터리의 화재 발생 시 상기 제어 모듈(400)의 제어 신호를 전달받아 파지 결합 상태(또는 거치 결합 상태)를 해제하여 배터리(B)가 자중으로 낙하하여 그 배터리 하부의 소화조(250)로 침지되도록 이루어진다.
또한, 상기 지지 고정 장치(220)는 배터리의 화재 발생 시 상기 제어 모듈(400)의 제어 신호를 전달받아 배터리의 하부의 지지 측이 개방되도록 동작되어 배터리(B)가 자중으로 낙하하여 그 배터리 하부의 소화조(250)로 침지되도록 이루어진다.
상기 배터리 고정-고정해제 장치(200)의 파지 해제(거치 해제) 또는 지지 해제 동작은, 화재 검출 시 자동으로 실행되도록 이루어질 수 있고, 통제실의 제어 모듈(400)에 구성되는 조작 스위치를 통해 관리자가 수동으로 제어할 수 있으며, 자동으로 실행되도록 하는 것이 바람직하다.
도면에서는 상기 배터리 고정-고정해제 장치(200)에 대하여 거치 고정 장치(또는 파지 고정 장치)(210)와 지지 고정 장치(220)가 모두 구성되는 경우를 예시로 나타내고 있으나, 어느 하나의 배터리 고정-고정해제 장치(200)가 구성될 수 있다.
계속해서, 상기 소화조(250)는 배터리 소화물질이 충전되어 있고 상기 배터리(B)의 하부 측에 설치되어 상기 배터리 고정-고정해제 장치(200)의 거치 해제(파지 해제) 또는 고정 해제를 통해 침지된 배터리의 화재를 진압하게 된다.
상기 배터리 소화물질은 배터리 화재의 금속화재 특성과 전기화재 특성에 대한 실링(sealing)과 인슐레이션(insulation)이 가능한 배터리 소화물질이 충전된다.
상기 배터리 소화물질로는 액상 탄화수소, 바람직하게는 상대적으로 인화점과 발화점이 높은 액상 고분자탄화수소로 이루어진다. 보다 바람직하게, 상기 소화물질인 고분자 탄화수소는 인화점의 범위가 180℃~300℃이고, 발화점의 범위가 250℃~400℃인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 제2 화재 검출 부재(120)는 상기 소화조(250)의 일측에 구비되어 상기 소화조(250)의 표면에서 발생하는 화재를 검출할 수 있는 구성으로 이루어진다.
상기 제2 화재 검출 부재(120)는 상기 소화조(250)의 상부 이측에 설비되는 화재 검출 센서(불꽃감지기, 온도 센서, 가스 센서 등) 또는 영상인식 감시카메라(CCTV)로 구성될 수 있으며, 이러한 제2 화재 검출 부재(120)는 소화조(250) 표면의 표면화재를 검출하여 제어 모듈(400)로 전달한다.
상기한 제1 화재 검출 부재(110) 및 제2 화재 검출 부재(120)는 그 외면이 내열체로 보호되도록 구성될 수 있다.
계속해서, 상기 표면화재 소화유닛(300)는 상기 소화조(250)의 상부 측에 설치된 표면화재 분사노즐을 통해 표면화재 소화제인 이산화탄소 소화약제가 분사되도록 구성된다.
구체적으로, 상기 표면화재 소화유닛(300)는 상기 소화조(250)의 상부 측에 설치되는 표면화재 분사노즐(310)과, 소화약제 공급라인을 통해 상기 표면화재 분사노즐(310)에 연결되는 이산화탄소 소화약제 저장탱크(320)와, 상기 표면화재 분사노즐(310)과 소화약제 저장탱크(320)를 연결하는 소화약제 공급라인(330)과, 상기 소화약제 공급라인(330)에 구성되고, 상기 제어 모듈(400)의 제어 신호를 통해 구동하여 상기 이산화탄소 소화약제 저장탱크(320) 내의 소화약제를 펌핑하여 상기 표면화재 분사노즐(310)로 공급하도록 동작하는 펌프(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 표면화재 소화유닛(300)는 화재 발생 시 상기 소화조(250)에 배터리가 침지된 상태에서 상기 제2 화재 검출 부재(120)에 의해 소화조(250)의 표면에 화재가 발생한 것으로 검출하는 경우, 상기 제어 모듈(400)의 제어 신호에 의해 펌프(340)를 구동시켜 소화약제 공급라인(330)을 통해 이산화탄소 소화약제를 표면화재 분사노즐(310)로 공급하여 소화조(250) 표면의 화재를 진압하도록 이루어지게 된다.
다음으로, 상기 제어 모듈(400)은 상기 제1 화재 검출 부재(110)의 검출 신호를 전달받아 상기 배터리 고정-고정해제 장치(200)의 작동을 제어하고, 상기 제2 화재 검출 부재(120)의 검출 신호를 전달받아 상기 표면화재 소화유닛의 작동을 자동 제어하도록 이루어진다.
여기에서, 상기 제어 모듈(400)은 상기 제1 화재 검출 부재(110)의 검출 신호 및 제2 화재 검출 부재(120)의 검출 신호를 전달받아 관리자 등에게 알람하는 알람 수단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈(400)은 배터리 고정-고정해제 장치(200)를 수동 조작하기 위한 고정장치 수동 조작스위치, 및 표면화재 소화유닛를 수동 조작하기 위한 표면화재 수동 조작스위치를 더 포함하며, 이러한 고정장치 수동 조작스위치와 표면화재 수동 조작스위치를 통해 관리자가 수동 제어할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템은, 배터리 소화물질을 냉각시키고 순환시키도록 구성되는 배터리소화물질 순환 유닛(500);을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리소화물질 순환 유닛(500)은, 월류 연결 라인(511)을 통해 연결되어 상기 소화조(250)에 배터리(B)의 침지 시 월류되는 배터리소화물질을 제공받는 리시버 탱크(510)와, 내부에 저장된 배터리소화물질이 상기 소화조(250)로 공급되도록 구성되는 배터리소화물질 저장탱크(520)와, 상기 리시버 탱크(510)와 배터리소화물질 저장탱크(520)를 연결하는 순환 라인(530), 및 상기 순환 라인(530)에 구성되고 상기 제어 모듈(400)에 의해 제어되어 상기 리시버 탱크(510)로부터 상기 배터리소화물질 저장탱크(520)로 배터리소화물질을 펌핑하는 순환 펌프(540), 및 상기 순환 라인(530)에 설치되어 그 순환 라인(530)을 흐르는 배터리소화물질을 냉각시키도록 구성되는 냉각기(550)를 포함하여 구성된다.
상기 배터리소화물질 저장탱크(520)는, 상기 소화조(250)의 설치 위치보다 높은 위치에 설치되어 내부에 저장된 배터리 소화물질이 자연 유하하여 상기 소화조(250)로 공급되도록 구성될 수 있다.
상기 냉각기(550)는 칠러(chiller)로 구성될 수 있다. 이러한 냉각기(550)는 순환 펌프(540)를 기준으로 하여 그 하류 측에 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배터리소화물질 순환 유닛(500)은 상기 순환라인(530)을 흐르는 배터리소화물질에 포함된 이물질을 필터링하도록 구성되는 필터(560)를 더 포함할 수 있다.
상기 필터(560)는 순환 펌프(540)를 기준으로 그 상류 측에 구성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 배터리소화물질 순환 유닛(500)은 냉각기(550)를 거쳐서 순환시켜 공급함으로써 소화조(250)에 저장되는 배터리 소화물질이 발화점 아래에 있도록 하며, 이에 따라 화재에 의한 온도 상승을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템에 의하면, 에너지 저장장치를 구성하는 2차 전지의 화재 시 2차 전지가 갖는 금속화재의 특성을 고려한 화재 진압을 실행하며, 또한 전기화재의 특성을 고려한 화재 진압을 행함으로써 2차 전지의 화재 특성에 따른 효율적인 소화를 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 에너지 저장장치의 2차 전지에서 발생하는 특성을 확실하게 구분하고 연속적으로 소화시킴으로써 화재를 확실하고 효과적이며 신속하게 진압할 수 있고, 주변으로의 화재 번짐을 확실하게 방지하여 이로 인한 인적 피해 및 물적 피해를 방지하거나 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 에너지 저장장치를 활용하는 다양한 분야에 적용할 수 있어 범용성을 확보하며, 에너지 저장장치의 적용 설비에 대한 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
상기한 바와 같은 실시 예들은 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S100: 화재 검출 단계
S200: 배터리화재 진압 단계
S300: 표면화재 검출 단계
S400: 표면화재 진압 단계
B: 배터리(배터리 셀)
110: 제1 화재 검출 부재
120: 제2 화재 검출 부재
210: 거치 고정 장치(또는 파지 고정 장치)
220: 지지 고정 장치
250: 소화조
300: 표면화재 소화유닛
310: 표면화재 분사노즐
320: 소화약제 저장탱크
330: 소화약제 공급라인
340: 펌프
400: 제어 모듈
500: 배터리소화물질 순환 유닛
510: 리시버 탱크
511: 월류 연결 라인
520: 배터리소화물질 저장탱크
530: 순환 라인
540: 순환 펌프
550: 냉각기
560: 필터
S200: 배터리화재 진압 단계
S300: 표면화재 검출 단계
S400: 표면화재 진압 단계
B: 배터리(배터리 셀)
110: 제1 화재 검출 부재
120: 제2 화재 검출 부재
210: 거치 고정 장치(또는 파지 고정 장치)
220: 지지 고정 장치
250: 소화조
300: 표면화재 소화유닛
310: 표면화재 분사노즐
320: 소화약제 저장탱크
330: 소화약제 공급라인
340: 펌프
400: 제어 모듈
500: 배터리소화물질 순환 유닛
510: 리시버 탱크
511: 월류 연결 라인
520: 배터리소화물질 저장탱크
530: 순환 라인
540: 순환 펌프
550: 냉각기
560: 필터
Claims (9)
- 리튬이온 배터리를 포함하는 에너지 저장장치의 화재를 소화시키기 위한 방법으로서,
배터리의 화재를 검출하는 화재 검출 단계;
화재가 발생된 화재 배터리에 대한 실링(sealing)과 인슐레이션(insulation)을 위한 배터리 소화물질로 화재 배터리를 소화시키는 배터리화재 진압 단계;
상기 배터리화재 진압 단계에서 상기 소화물질 표면에 화재의 발생 여부를 검출하는 표면화재 검출 단계; 및
상기 표면화재 검출 단계에서 표면화재가 발생하는 것으로 검출되는 경우, 상기 배터리 소화물질 표면으로 표면화재 소화제를 분사시키는 표면화재 진압 단계;를 포함하며,
상기 배터리화재 진압 단계는, 파지 장치 또는 지지 장치에 의한 상기 배터리의 파지 상태 또는 지지 상태를 자동 해제하여 상기 배터리 소화물질이 충전된 소화조에 화재 배터리가 자중에 의해 낙하하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치의 화재 소화 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 표면화재 진압 단계는 상기 소화조에 화재 배터리가 침지된 상태에서 상기 소화조의 상부 측에 설치된 표면화재 분사노즐을 통해 표면화재 소화제를 분사시키는 것으로 이루어지고,
상기 배터리 소화물질은 액상 고분자탄화수소로 이루어지며,
상기 표면화재 소화제는 이산화탄소 소화약제인 것을 특징으로 하는
에너지저장장치의 화재 소화 방법.
- 리튬이온 배터리를 포함하는 에너지 저장장치의 화재를 소화시키기 위한 시스템으로서,
배터리에서 발생하는 화재를 검출하는 제1 화재 검출 부재;
상기 배터리를 파지 및 파지해제하도록 구성되거나 지지 및 지지해제하도록 구성되는 배터리 고정-고정해제 장치;
상기 배터리의 하부 측에 설치되고, 화재 배터리에 대한 실링(sealing)과 인슐레이션(insulation)을 위한 배터리 소화물질이 충전되는 소화조;
상기 소화조의 일측에 구비되어 상기 소화조의 표면에서 발생하는 화재를 검출하기 위한 제2 화재 검출 부재;
상기 소화조의 상부 일측에 설비되어 상기 소화조의 표면에서 발생하는 표면화재를 소화시키도록 표면화재 소화제를 분사시키도록 구성되는 표면화재 소화유닛; 및
상기 제1 화재 검출 부재의 검출 신호를 전달받아 상기 배터리 고정-고정해제 장치의 작동을 제어하며, 상기 제2 화재 검출 부재의 검출 신호를 전달받아 상기 표면화재 소화유닛의 작동을 제어하도록 이루어지는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지 저장장치의 화재 소화 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 배터리 소화물질로는 고분자탄화수소로 이루어지는 것을 특징으로 하는
에너지 저장장치의 화재 소화 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 표면화재 소화유닛은, 상기 소화조의 상부 측에 설치되는 표면화재 분사노즐; 소화약제 공급라인을 통해 상기 표면화재 분사노즐에 연결되는 이산화탄소 소화약제 저장탱크; 및 상기 소화약제 공급라인에 구성되고, 상기 제어 모듈의 제어 신호를 통해 구동하여 상기 이산화탄소 소화약제 저장탱크 내의 소화약제를 펌핑하여 상기 표면화재 분사노즐로 공급하도록 동작하는 펌프를 포함하며,
상기 배터리 소화물질을 냉각시키고 순환시키도록 구성되는 배터리소화물질 순환 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지 저장장치의 화재 소화 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 배터리소화물질 순환 유닛은,
월류 연결 라인을 통해 연결되어 상기 소화조에서 월류되는 배터리소화물질을 제공받는 리시버 탱크;
내부에 저장된 배터리소화물질이 상기 소화조로 공급되도록 구성되는 배터리소화물질 저장탱크;
상기 리시버 탱크와 배터리소화물질 저장탱크를 연결하는 순환 라인;
상기 순환 라인에 구성되고 상기 제어 모듈에 의해 제어되어 상기 리시버 탱크로부터 상기 배터리소화물질 저장탱크로 배터리소화물질을 펌핑하는 순환 펌프; 및
상기 순환 라인에 설치되어 그 순환 라인을 흐르는 배터리소화물질을 냉각시키도록 구성되는 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지 저장장치의 화재 소화 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 배터리소화물질 저장탱크는, 상기 소화조의 설치 위치보다 높은 위치에 설치되어 내부에 저장된 배터리 소화물질이 자연 유하하여 공급되도록 구성되고,
상기 냉각기는 칠러(chiller)로 구성되며,
상기 순환라인을 흐르는 배터리소화물질에 포함된 이물질을 필터링하도록 구성되는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지 저장장치의 화재 소화 시스템.
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| KR1020200034075A KR102152565B1 (ko) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 에너지 저장장치의 화재 소화 방법 및 에너지 저장장치의 화재 소화 시스템 |
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| KR20220109165A (ko) | 2021-01-28 | 2022-08-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 화재 발생 시 배터리 데이터 보호 시스템 |
| KR20230124438A (ko) | 2022-02-18 | 2023-08-25 | 주식회사 동아화이어 | 금속화재 진압용 액상 소화제 |
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-
2020
- 2020-03-19 KR KR1020200034075A patent/KR102152565B1/ko active IP Right Grant
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