KR102152823B1 - 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템 - Google Patents

소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소화 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 소화약제가 내재된 마이크로캡슐을 육안으로 관리가 어려우면서 화재 위험성이 큰 공간, 예로써 배전반, 분전반 같은 공간에 설치한 이후로 초기 화재 발생 시 소화약제가 캡슐로부터 모두 분출되도록 하여 화재의 완전 소화를 가능하게 할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 코어인 소화약제 및 외피를 형성하는 쉘로 이루어지고, 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐 및 복수개의 상기 소화용 마이크로캡슐을 결합하기 위한 바인더로 이루어진 소화수단과; 상기 소화수단에 삽입되어 소화용 마이크로캡슐에 일정 수준 이상의 열 에너지를 전달하기 위한 발열수단과; 상기 소화수단으로부터 일정 범위 내 화재를 감지하기 위한 화재 감지수단과; 상기 화재 감지수단의 화재 감지 여부에 따라 발열수단의 동작을 제어하기 위한 제어수단과; 상기 발열수단, 화재 감지수단 및 제어수단에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템{FIRE EXTINGUISHING CONTROL SYSTEM BASED ON FIRE EXTINGUISHING PRODUCTS UTILIZING FIRE EXTINGUISHING MICRO CAPSULE}
본 발명은 소화 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 소화약제가 내재된 마이크로캡슐을 육안으로 관리가 어려우면서 화재 위험성이 큰 공간, 예로써 배전반, 분전반 같은 공간에 설치한 이후로 초기 화재 발생 시 소화약제가 캡슐로부터 모두 분출되도록 하여 화재의 완전 소화를 가능하게 할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 화재 발생 시 소화 약제를 방출하여 소화를 행하기 위한 기존 시스템은 공통적으로 소화 약제 저장용기, 화재를 감지하기 위한 감지부, 저장용기로부터 약제를 방출하기 위한 소화 약제 방출부 등으로 구성된다.
가스계 소화설비의 대표적인 동작 순서를 살펴보면, 통상적으로 감지기의 화재 감지 → 수신반에 신호 → 경보, 지연 장치 작동 → 기동용 솔레노이드 밸브 작동 → 기동용 가스용기 개방 → 선택 밸브 개방 → 소화 약제 저장용기 개방 → 압력 스위치 동작 → 수신반에 신호 →개구부 폐쇄용 전동 댐퍼 작동 및 방출 표시등 점등, 경보음 작동 →헤드를 통해 가스 방출 →소화 순서로 다소 복잡한 과정을 통해 진행된다.
배관이나 전기배선이 필요한 화재 감지 시스템의 경우 오작동으로 인한 경보가 빈번하여 많은 문제점를 야기시키게 되는데, 이러한 오작동을 일으키는 원인으로는 전기적/기계적인 오류에 의한 것뿐만 아니라 환경적인 영향(예: 분진류, 산화, 저항 증가 등) 또한 포함된다.
소화 약제를 보관하는 가스 축압식 설비의 경우 천공, 배선 등의 시공에 어려움이 존재하며, 복잡한 배선은 또 다른 화재 위험을 유발할 수 있고 금속재질의 가스통과 같은 자재는 트레킹의 위험을 가중시킬 수 있다.
또한, 전기동작 방식의 화재 센서(예: 열, 불꽃, 적외선, 자외선 등 감지)는 가동시간이 증가하면 전기 에너지에 따른 감지부 변형이 이루어져 다양한 초기 화재현상에 효과적으로 대응하기 어렵기 때문에 개발된 고체 에어로졸 방식은 화재 발생 시 대량의 에어로졸을 분사하여 화재를 진압하게 됨에 따라 에어로졸 내부의 칼륨 화합물이 주변부까지 영향을 미쳐 그 결과 연기와 함께 잔존물의 화학반응으로 2차 피해가 우려되며, 이와 같은 이유로 방호하고자 하는 공간, 특히 고도화된 장비를 사용하는 공간에서는 분자 상태로 반응하면서 소화 기능이 있는 가스계 소화약제를 사용해야 하고, 하우징 형태의 공간에서도 복잡한 기계설비 및 오작동 없이 탈부착이 쉬운 가스계 화재 시스템이 필요하지만 기존의 가스계 소화 설비는 아직까지는 여러 설비로 인해 공간상에 많은 제약이 따라 중·소형 공간에 간편하게 설치할 수 없는 문제점이 있다.
상술된 바와 같은 다양한 문제점을 극복하기 위해, 최근에 들어 화재 위험성이 높고 밀폐된 공간이나 극소 공간에 별도의 설비 없이도 초기 화재를 진압할 수 있는 소화약제가 포함된 마이크로 캡슐을 활용한 다양한 종류의 소화 제품들이 적용되고 있는 추세인데, 이러한 소화용 마이크로 캡슐의 경우 직접적으로 화재 수준의 열이 가해져야만 외피가 연화되면서 내부의 소화약제가 기체 상태로 외부에 분출되어 화재를 진압하도록 하는 원리에 따르므로, 주변에 화재가 발생하더라도 반응 온도 이전까지는 소화 기능을 수행할 수 없거나, 화재로 인해 열에 의해 반응을 하더라도 어느 정도 화재가 소화된 상태, 다시 말해서 소화약제가 분출될 정도의 열이 캡슐에 가해지지 않는 상태에서는 반응하지 않은 나머지 캡슐이 완전 소화를 위해 제 기능을 할 수 없게 되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1945476호 대한민국 등록특허공보 제10-1985076호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 시각적으로 관리가 어려우면서도 화재 위험이 높은 배전반, 분전반 등의 공간에 소화약제가 포함된 마이크로캡슐을 활용한 다양한 종류의 소화 제품들을 설치한 이후로 초기 화재 발생 시 이를 신속히 감지하여 소화약제가 캡슐로부터 모두 분출되도록 함으로써 화재의 완전 진압에 일조할 수 있는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 코어인 소화약제 및 외피를 형성하는 쉘로 이루어지고, 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐 및 복수개의 상기 소화용 마이크로캡슐을 결합하기 위한 바인더로 이루어진 소화수단과; 상기 소화수단에 삽입되어 소화용 마이크로캡슐에 일정 수준 이상의 열 에너지를 전달하기 위한 발열수단과; 상기 소화수단으로부터 일정 범위 내 화재를 감지하기 위한 화재 감지수단과; 상기 화재 감지수단의 화재 감지 여부에 따라 발열수단의 동작을 제어하기 위한 제어수단과; 상기 발열수단, 화재 감지수단 및 제어수단에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소화약제는 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane(CF3CHFCF3), Chlorotetrafluoroethane(CHClFCF3), 불소화합물계 케톤 화합물, 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane(C2HClF4), 데카플루오로시클로헥사논(퍼플루오로 시클로헥사논), CF3CF2C(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-트리플루오로메틸-부탄-3온), (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,5,5,5,6,6,6,-옥타플루오로-2,4,-비스(트리플루오로메틸)펜탄-3-온), CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8,-헥사도데카플루오로옥탄-2-온(CF3CF2CF2CF2CF2CF2C(O)CF3), 1,1,1,3,4,4,4,-헵타플루오로-3-트리플루오로메틸부탄-2-온(CF3C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,-옥타플루오로-2-트리플루오로메틸펜탄-3-온(HCF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6,-운데카플루오로-2-트리플루오로메틸헥산-3-온(CF3CF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1-클로로-,1,1,3,4,4,4-헥사플루오로-3-트리플루오로메틸-부탄-2-온((CF3)2CFC(O)CF2CL), 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로헥산-3-온(CF3CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로펜탄-2-4-디온(CF3C(O)CH2C(O)CF3), 1,1,1,2,5,6,6,6-옥타플루오로-2,5-비스(트리플루오로메틸)헥산-3,4-디온((CF3)2CFC(O)C(O)C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7,-테트라데카플루오로헵탄-4-온(CF3CF2CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,3,3,4,4,4-옥타플루오로부탈-2-온(CF3C(O)CF2CF3), 1,1,2,2,4,5,5,5-옥타플루오로-1-트리플루오로메톡시-4-트리플루오로메틸펜탄-3-온(CF3OCF2CF2C(O)CF(CF3)2) 및 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7,-트리데카플루오로-2-트리플루오로메틸헵탄-3-온(CF3CF2CF2CF2C(O)CF(CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소화수단이 패드 형상을 갖도록 상기 바인더는 실리콘 러버(Silicon Rubber), 니트로셀룰로오즈(Nitro Cellulose), 폴리비스패놀 A-코 에피크로로하이드린 (Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레탄(PU), 폴리카보렛(PU), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴(MA) 에폭시 레진, 아크릴에멀젼, 아마인/보일유, 알키드/보일유, 알키드수지, 폴리아미드, 염화비닐수지, 멜라민수지, 이소시아네이트수지, 쿠로만 수지, 스티렌-부타디엔, 페놀 포름알데히드(Phenol-formaldehyde), 요소 포름알데히드(Urea-formaldehyde), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated polyester) 및 멜라민 포름알데히드(Melamine-formaldehyde) 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
또 한편으로, 상기 소화수단이 형상 변형 가능한 비정형의 페이스트 형태를 갖도록 상기 바인더는 (메타) 아크릴 폴리머, (메타) 아크릴계 모노머, 셀룰로오즈, 폴리 비스페놀 A탄산, (메타) 에폭시 폴리머, (메타) 에폭시 모노머, Poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene), 4,4''-아이소프로필리덴디페놀(CARBONIC ACID), 폴리올레핀 수지, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10알킬), 비닐 C1~C10 알킬에터, 비닐피롤리돈, 비닐카바졸, 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, C1~C10알킬 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 메카트릴레이트 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소화약제가 특정 경로로 분출되도록 소화수단을 내부에 구비하기 위한 난연성 또는 불연성 재질의 튜브를 더 포함하거나, 상기 소화수단은 패드 또는 와이어 형상으로 가공되며 와이어 형상의 소화수단은 소화약제가 외부로 분출될 수 있도록 공극이 존재하는 외피로 둘러싸이거나, 상기 소화수단은 소화약제가 외부로 분사되도록 하는 복수개의 구멍이 특정 방향으로 형성된 케이스 내에 구비되는 것을 특징으로 한다.
추가적으로, 상기 화재 감지수단은 불꽃, 연기, 열(온도), 이산화탄소 농도 및 산소 농도 중 적어도 어느 하나 이상을 감지하고, 상기 화재 감지수단은 열팽창 계수가 상이한 바이메탈에 의해 화재 여부를 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어수단은 화재 감지수단이 화재를 감지한 순간부터 감지하지 못할 때까지 발열수단을 동작시키거나, 화재 감지수단이 화재를 감지한 순간부터 소화수단의 크기별로 사전에 미리 설정된 시간동안 발열수단을 동작시키는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 전원공급수단은 일차 전지 및 이차 전지 중 적어도 어느 하나 이상의 전원공급원과, 상기 전원공급원에 전기 에너지의 존재 여부를 시각적으로 확인 가능하도록 하는 표시모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템은 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.
1. 소화약제가 포함된 미세한 크기의 마이크로캡슐을 활용한 다양한 종류의 소화제품들을 시각적으로 관리가 어렵거나 협소하거나 화재 위험성이 높은 공간에 간편하게 설치하여 초기 화재를 조속히 진압할 수 있음
2. 소화 설비에 의해 전기적/기계적으로 동작하는 소화방식을 최소화하여 오작동 확률을 크게 감소시키면서 시공 및 관리 비용을 절감시킬 수 있음
3. 주변에서 화재가 발생하였을 경우 소화용 마이크로캡슐에 직접적인 열이 가해지지 않더라도 화재가 감지되는 즉시 마이크로캡슐 내 소화약제가 모두 분출되도록 함으로써 빠른 화재 진압과 완전 연소를 가능하게 함
4. 특정 화재 요인만을 감지하는 방식에서 벗어나 불꽃/열(온도)/연기/이산화탄소 농도/산소 농도 등의 복합적인 화재 요인을 선택적 또는 종합적으로 감지할 수 있음에 따라 정확한 화재 감지가 가능함
도 1은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 패드 타입의 소화수단을 적용한 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템의 일 실시예를 도시한 도면
도 3a는 비정형 타입의 소화수단이 튜브에 수용된 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템의 일 실시예를 도시한 도면
도 3b는 비정형 타입의 소화수단이 와이어 형상으로 가공된 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템의 일 실시예를 도시한 도면
도 3c는 비정형 타입의 소화수단이 케이스에 수용된 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템의 일 실시예를 도시한 도면
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 기본적으로 소화수단, 발열수단, 화재 감지수단, 제어수단 및 전원공급수단을 포함하여 구성된다.
보다 구체적으로, 본 발명은 코어인 소화약제 및 외피를 형성하는 쉘로 이루어지고 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐 및 복수개의 소화용 마이크로캡슐을 결합하기 위한 바인더로 이루어진 소화수단과, 소화수단에 삽입되어 소화용 마이크로캡슐에 일정 수준 이상의 열 에너지를 전달하기 위한 발열수단과, 소화수단으로부터 일정 범위 내 화재를 감지하기 위한 화재 감지수단과, 화재 감지수단의 화재 감지 여부에 따라 발열수단의 동작을 제어하기 위한 제어수단과, 발열수단, 화재 감지수단 및 제어수단에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단을 포함하여 이루어진다.
상기 소화수단은 소화용 마이크로캡슐 및 바인더의 조합을 통해 이하 상세히 기술되는 바와 같이 패드 형상으로 제작되거나 비정형 상태로 설치되는 공간에 부합하는 다양한 형상, 예로써 튜브에 삽입 가능한 형상, 와이어 형상, 기타 설치공간에 충전하기 용이한 형상으로 변형 가능하도록 페이스트 형태로 제작되어 화재 발생 시 즉각적으로 소화 기능을 수행하는 구성요소이다.
여기서, 상기 소화용 마이크로캡슐은 코어 및 쉘 구조로 이루어지는데, 코어인 소화약제는 마이크로캡슐의 80 내지 97 중량%를 차지하게 되고 외피를 형성하는 쉘은 고분자 수지로 형성된다.
상기 소화약제는 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane(CF3CHFCF3), Chlorotetrafluoroethane(CHClFCF3), 불소화합물계 케톤 화합물, 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane(C2HClF4), 데카플루오로시클로헥사논(퍼플루오로 시클로헥사논), CF3CF2C(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-트리플루오로메틸-부탄-3온), (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,5,5,5,6,6,6,-옥타플루오로-2,4,-비스(트리플루오로메틸)펜탄-3-온), CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8,-헥사도데카플루오로옥탄-2-온(CF3CF2CF2CF2CF2CF2C(O)CF3), 1,1,1,3,4,4,4,-헵타플루오로-3-트리플루오로메틸부탄-2-온(CF3C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,-옥타플루오로-2-트리플루오로메틸펜탄-3-온(HCF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6,-운데카플루오로-2-트리플루오로메틸헥산-3-온(CF3CF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1-클로로-,1,1,3,4,4,4-헥사플루오로-3-트리플루오로메틸-부탄-2-온((CF3)2CFC(O)CF2CL), 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로헥산-3-온(CF3CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로펜탄-2-4-디온(CF3C(O)CH2C(O)CF3), 1,1,1,2,5,6,6,6-옥타플루오로-2,5-비스(트리플루오로메틸)헥산-3,4-디온((CF3)2CFC(O)C(O)C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7,-테트라데카플루오로헵탄-4-온(CF3CF2CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,3,3,4,4,4-옥타플루오로부탈-2-온(CF3C(O)CF2CF3), 1,1,2,2,4,5,5,5-옥타플루오로-1-트리플루오로메톡시-4-트리플루오로메틸펜탄-3-온(CF3OCF2CF2C(O)CF(CF3)2) 및 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7,-트리데카플루오로-2-트리플루오로메틸헵탄-3-온(CF3CF2CF2CF2C(O)CF(CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소화약제로 퍼블루오로부탄(FC-3-1-10), 하이드로클로로플루오로카본 혼화제(HCFC-123, HCFC-22, HCFC-124), 클로로테트라플루오르에탄(HCFC-124), 펜타플루오로에탄(HFC-125), 헵타플루오로프로판(HFC-227ea), 트리플루오로메탄(HFC-23), 헥사플루오로프로판(HFC-236fa), 트리플루오로이오다이드(FIC-13I1), 불연성/불활성기체 혼합가스(예: N2, Ar, CO2) 및 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-원(FK-5-1-12) 등이 사용될 수 있다.
상술된 바와 같은 소화약제는 간접적으로 주변의 열 에너지를 감소시켜 화재가 발생되지 않도록 억제하거나 직접적으로 불을 끄도록 기능하게 된다.
상기 소화용 마이크로캡슐의 쉘은 소화 약제의 외부를 감싸 캡슐화된 내부공간에 소화 약제가 보관되도록 기능하고, 상온에서 외부 환경에 의해 소화 약제가 대기중으로 누출되는 것을 방지하도록 내후성과 기밀성을 보장하게 된다.
이러한 쉘은 화재로 인지되는 100~300 ℃에서 연화됨과 동시에 소화 약제의 상 변화와 함께 팽창되어 파열됨으로써 그 소화 약제를 외부로 분사시키게 되며, 기술된 화재 온도 범위에서 반응하기 위해 바람직하게는 50~2000 nm 두께를 갖는다.
또한, 쉘을 형성하는 고분자 수지로는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 아미노알데히드 수지, 멜라민 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌-아크릴레이트 공중 합체 수지, 스티렌-메타크릴레이트 공중합체 수지, 젤라틴 또는 그 유도체, 폴리비닐알코올, 페놀포름알데이드수지, 레소시놀 포름알데히드 수지 등이 사용될 수 있는 한편, 고분자 수지에 아세트산 칼륨, 시트르산 나트륨, 염화나트륨, 염화 암모늄, 요오드화 나트륨, 요오드화 칼륨, 황산구리, 티오시 안산 나트륨 등과 같은 침전제나 황산 알루미늄, 수산화 아연, 수산화철, 염화철 등과 같은 응고제를 포함시켜 제조 시 마이크로캡슐 선별율이나 경화속도를 조절할 수 있다.
또한, 상기 소화약제가 쉘을 파괴하고 나오거나 쉘이 붕괴되어 소화약제를 방출하는 것을 탈캡슐화(또는 캡슐화 해제, Decapsulation)라고 할 때, 이러한 탈캡슐화는 소화용 마이크로캡슐의 중량이 95%에서 15%까지 떨어지는(소화 약제가 외부로 방출되는) 온도 범위를 40℃ 이내로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일례로 소화용 마이크로캡슐의 중량이 95%가 되는 온도가 130℃이고 15%가 되는 온도가 170℃인데 소화 약제의 탈캡슐화가 발생하는 온도의 범위가 40℃ 이상 차이나게 되면 내부의 소화 약제 방출이 단계적으로 발생하여 화재를 진압하기 위한 적정 소화약제 농도를 충족시키지 못하게 되기 때문에 좁은 온도 범위 내에서 일시에 소화 약제를 방출해야 화재를 신속히 진압할 수 있음에 따라 소화용 마이크로캡슐의 탈캡슐화 온도 범위가 40℃ 이내에서 소화용 마이크로 캡슐의 중량이 95%에서 15%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 아래 수식과 같이 탈캡슐화가 안된 소화용 마이크로캡슐을 분모로 하고 탈캡슐화된 소화용 마이크로 캡슐을 분자로 한 탈캡슐화율은 150 % / 분을 초과하도록 하여 상술된 바와 같이 일시에 소화 약제를 방출함으로써 빠르게 화재를 진압하는 것이 바람직하다.
[탈캡슐화율]
Figure 112020008821296-pat00001
위에서 언급된 바와 같은 구성을 통해 다량의 소화용 마이크로캡슐이 쉘의 내구성 및 기밀성에 의해 반응(파열, 누출)하지 않고 있다가 특정온도(예: 100℃ 이상)에서 동시 다발적으로 반응하여 폭발하면서 기체화된 소화 약제를 분출함으로 소화 약제가 화재 발화점에 직접 작용하여 연소의 4대 조건인 연료(가연물), 산소(공기), 열(발화원) 및 연쇄반응 중 열(발화원)과의 연쇄반응을 차단하여 고에너지의 화재를 진압하게 된다.
상기 바인더는 소화용 마이크로캡슐과 혼합된 이후 자체적으로 캡슐 외벽, 즉 쉘을 파괴하지 않아야 하고, 방호하고자 하는 공간, 대상물에 적용 시 완벽히 건조되지 않아도 무관하나 반드시 캡슐이 바인더로부터 분리되지 않도록 기능해야 한다.
아래에서는 상기 소화수단이 배전반, 분전반과 같은 화재 위험성이 높은 장소에 용이하게 설치될 수 있는 형상을 이루도록 하기 위한 바인더의 종류에 대해 살펴보기로 한다.
도 2는 패드 타입의 소화수단을 적용한 본 발명에 따른 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화 제어 시스템의 일 실시예를 도시한 도면이다.
1. 패드 형상의 소화수단을 형성하기 위한 바인더 종류
- 실리콘 러버(Silicon Rubber), 니트로셀룰로오즈(Nitro Cellulose), 폴리비스패놀 A-코 에피크로로하이드린 (Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레탄(PU), 폴리카보렛(PU), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴(MA) 에폭시 레진, 아크릴에멀젼, 아마인/보일유, 알키드/보일유, 알키드수지, 폴리아미드, 염화비닐수지, 멜라민수지, 이소시아네이트수지, 쿠로만 수지, 스티렌-부타디엔, 페놀 포름알데히드(Phenol-formaldehyde), 요소 포름알데히드(Urea-formaldehyde), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated polyester), 멜라민 포름알데히드(Melamine-formaldehyde) 등
상기와 같은 패드 형상의 소화수단은 비교적 두께가 얇은 평면 형태로 특정 장소에 설치되어 화재 발생 시 폭넓게 다양한 방면으로 소화약제를 분출하게 된다.
도 3a 내지 도 3c는 비정형 타입의 소화수단이 각각 튜브에 수용된 일 실시예, 와이어 형상으로 가공된 일 실시예 및 케이스에 수용된 일 실시예를 도시한 도면이다.
2. 다양한 형상 변형이 가능한 비정형 페이스트 상태의 소화수단을 형성하기 위한 바인더 종류
- (메타) 아크릴 폴리머, (메타) 아크릴계 모노머, 셀룰로오즈, 폴리 비스페놀 A탄산, (메타) 에폭시 폴리머, (메타) 에폭시 모노머, Poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene), 4,4''-아이소프로필리덴디페놀(CARBONIC ACID), 폴리올레핀 수지, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10알킬), 비닐 C1~C10 알킬에터, 비닐피롤리돈, 비닐카바졸, 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, C1~C10알킬 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드, C1~C10 알킬 메카트릴레이트 등
상술된 바와 같은 비정형 페이스트 상태의 소화수단에 관련된 활용 사례에 대해서는 아래에서 살펴보기로 한다.
첫째로, 상기 소화약제가 특정 경로로 분출되도록 소화수단을 내부에 구비하기 위한 난연성 또는 불연성 재질의 튜브를 더 포함하는 구조가 고려될 수 있는데, 이러한 튜브 구조에 따르면 직선 형태나 곡선 형태로 화재 예상 발화지점에 최대한 근접 설치 가능하게 배치할 수 있고, 튜브의 개방된 끝단이나 튜브의 특정 위치에 형성된 구멍으로 소화약제가 집중적으로 분출되도록 함으로써 국소 부위의 화재를 신속히 진압하는데 특화될 수 있다.
둘째로, 상기 소화수단은 위에서와 같은 패드 형상이나 와이어 형상으로 가공될 수 있고, 패드 형상은 이미 언급한 바에 따르므로 이에 대한 구체적인 언급은 생락하기로 하며, 와이어 형상의 소화수단의 경우 소화약제가 외부로 분출될 수 있도록 공극이 존재하는 외피(예: 섬유, 구멍이 형성된 피복소재 등)로 둘러싸이도록 하여 좁은 공간이나 특정 물체를 우회하여 설치해야 하는 곳에 소화수단이 용이하게 위치되도록 할 수 있다.
셋째로, 상기 소화수단은 소화약제가 외부로 분사되도록 하는 복수개의 구멍이 특정 방향으로 형성된 케이스 내에 구비되도록 할 수 있으며, 이는 소화수단이 비정형의 페이스트 상태인 경우 캡슐로부터 소화약제가 분출되는 방향을 한정할 수 없는 이유로, 페이스트 상태 또는 페이스트 상태에서 일정 형상을 갖도록 가공 후 경화된 소화수단은 소화약제가 외부의 특정 방향, 즉 화재가 발생한 방향으로 강하게 분사되도록 하는 복수 개의 구멍이 형성된 밀폐 케이스 내에 구비되도록 하여 화재 발원지가 될 수 있는 곳으로 케이스의 구멍이 향하도록 설치되는 것이 바람직할 것이다.
그 밖에 상기 소화수단은 화재가 발생 가능한 곳이라면 어떠한 장소와도 무관하게 현장 상황에 맞게 적절히 모양을 변경하여 설치할 수 있는 장점을 갖는다.
상기 발열수단은 소화수단 내부에 위치되어 소화용 마이크로캡슐에 열을 가하여 소화약제가 외부로 분출되도록 기능하게 되며, 이러한 발열수단의 재질로는 구리, 니켈, 니크롬, 카본 등이 활용될 수 있다.
아래에서는 상기 발열수단의 형상과 관련한 실시예에 대해 살펴보기로 한다.
1. 플레이트 형상
- 상기 소화수단이 두께가 얇은 패드 구조인 경우 발열수단이 플레이트 형상을 갖도록 함
- 이때 플레이트가 전체적으로 타공홀을 구비하도록 하여 소화용 마이크로캡슐 및 바인더의 혼합물이 그 타공홀을 통과한 상태로 결합되도록 함으로써 발열수단이 소화수단으로부터 최대한 이탈되지 않도록 함(소화수단에 인서트 사출성형 방식으로 설치될 수 있음)
2. 봉 형상
- 상기 소화수단이 튜브에 삽입되거나 와이어 형상을 갖는 경우 이에 대응하는 형상을 발열수단이 갖도록 함
3. 포크 형상
- 상기 소화수단의 크기에 따라 발열되는 부분이 평면적 또는 입체적인 포크 형상을 갖도록 함
- 발열 부분이 분기되는 구조인 이유로 플레이트 형상과 대비하여 전력 소모가 작고 입체적인 형상의 소화수단에도 적용할 수 있음
- 소화수단에 찔러 넣는 방식으로도 설치가 가능함
4. 방사 형상
- 축으로부터 일체로 연장되는 복수 개의 핀이 방사상으로 형성된 구조를 가짐
- 다양한 방향으로 소화용 마이크로캡슐까지 열을 전달할 수 있어 소화약제의 분출 효율을 높일 수 있음
- 핀 끝단이 소화수단 표면까지 노출되도록 하여 최대한 캡슐에 열 전달이 이루어지도록 할 수 있음
- 포크 형상과 연계하여 분기되는 발열 부분들에 복수 개의 핀이 형성된 구조를 적용할 수도 있음
상기 화재 감지수단은 불꽃, 연기, 열(온도), 이산화탄소 농도, 산소 농도 등을 통해 화재를 감지하기 위한 것으로, 이를 위해 불꽃 감지센서, 연기 감지센서, 열(온도) 감지센서, 이산화탄소 농도 감지센서, 산소 농도 감지센서 등이 사용될 수 있는데, 불꽃 감지센서의 경우는 불꽃의 자외선, 가시광선, 적외선의 파장 영역에 대한 광 반응 특성을 인식하여 화재를 식별하게 되고, 연기 감지센서는 내부 연기 유입으로 인한 이온전류 변화 또는 입사광량 변화를 통해 식별하게 되고, 열 감지센서는 공기 팽창 또는 열 축적을 감지하여 식별하게 되고, 이산화탄소 농도 감지센서는 이산화탄소 분자가 특정 적외선 영역의 빛을 흡수하는 특성을 이용하여 적외선 흡수량의 변화를 통해 이산화탄소의 농도를 측정하게 되며, 산소 농도 감지센서는 산소가 전극을 통과할 때 음극에서 전기화학적으로 환원되는 반응에 의해 전극 사이에서 산소 농도에 따른 전압 발생을 측정하게 되는 것을 예로 들 수 있다.
상기 화재 감지수단이 열을 감지하는 센서류인 경우에는 열팽창 계수가 상이한 바이메탈에 의해 화재 여부를 감지하는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 높은 온도의 화재에 물리적으로 변형되기 어려운 금속소재를 센서에 채택함으로써 화재 발생 이후로 화재가 지속되고 있는지 소화되었는지를 고장 없이 감지하도록 하기 위한 것이며, 센서의 반복적인 사용도 가능하게 할 수 있다.
추가적으로, 상기 화재 감지수단은 현장에서 불꽃, 연기, 열(온도), 이산화탄소 농도, 산소 농도 등 중에서 어떠한 것을 화재 요인으로 인식하였는지 위와 같은 센서별로 감지한 상황을 시각적 또는 청각적으로 알리기 위해 LED 모듈, 스피커 등을 구비할 수도 있을 것이다.
상기 제어수단은 화재 감지수단과 연계하여 발열수단을 제어하게 되는데, 우선적으로는 화재 감지수단이 화재를 감지한 순간부터 감지하지 못할 때까지 발열수단을 동작시킬 수 있을 것이며, 한편으로 화재 감지수단이 화재에 영향을 받아 오작동할 경우를 대비하여 화재 감지수단이 화재를 감지한 순간부터 소화수단의 크기별로 사전에 미리 설정된 시간동안 발열수단을 동작시킬 수도 있을 것이며, 발열시간 설정 기준은 발열수단이 작동하는 상태에서 소화수단 규격별로 소화약제가 모두 분출되는 시간을 실험한 이후에 그 분출 시간을 초과하는 정도인 것이 바람직할 것이다.
상기 전원공급수단은 전원을 필요로 하는 발열수단, 화재 감지수단 및 제어수단 각각에 전원을 공급하기 위한 것으로, 상용전원을 공급받기 쉬운 곳에서는 그 전원을 그대로 사용해도 되지만, 배전반, 분전반과 같이 고전압이 흐르는 공간에서는 상용전원을 수급하기 어려울 수 있는 이유로 이러한 문제점을 해결하기 위해 전원공급수단이 일차 전지, 이차 전지를 전원공급원으로 할 수도 있을 것이다.
여기서, 상기 전원공급수단이 일차 전지, 이차 전지를 전원공급원으로 할 때, 상기 전원공급원에 전기 에너지의 존재 여부를 관리자가 시각적으로 확인 가능하도록 하는 LED와 같은 표시모듈이 별도로 전원공급수단 외측이나 기타 확인하기 용이한 장소에 구비되도록 함으로써 전지의 교체가 필요한 시점을 확인할 수 있을 것이다.
또한, 상기 전원공급원이 이차 전지인 경우 솔라셀을 통해 이차 전지가 지속적으로 충전되도록 함으로써 이차 전지를 재충전하거나 교체해야 하는 번거로운 과정을 배제할 수도 있을 것이다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 코어인 소화약제 및 외피를 형성하는 쉘로 이루어지고, 1~1000 ㎛의 크기를 갖는 소화용 마이크로캡슐 및 복수개의 상기 소화용 마이크로캡슐을 분리되지 않도록 결합하기 위한 바인더로 이루어진 소화수단과;
    상기 소화수단에 삽입되어 소화용 마이크로캡슐에 일정 수준 이상의 열 에너지를 전달하기 위한 발열수단과;
    상기 소화수단으로부터 일정 범위 내 화재를 감지하기 위한 화재 감지수단과;
    상기 화재 감지수단의 화재 감지 여부에 따라 발열수단의 동작을 제어하기 위한 제어수단과;
    상기 발열수단, 화재 감지수단 및 제어수단에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단;을 포함하고,
    상기 화재 감지수단은 불꽃, 연기, 열(온도), 이산화탄소 농도 및 산소 농도 중 적어도 어느 하나 이상을 감지하고,
    상기 전원공급수단은 일차 전지 및 이차 전지 중 적어도 어느 하나 이상의 전원공급원과, 상기 전원공급원에 전기 에너지의 존재 여부를 시각적으로 확인 가능하도록 하는 표시모듈을 구비하고,
    상기 쉘을 고분자 수지, 침전제 및 응고제를 함유하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화약제는 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane(CF3CHFCF3), Chlorotetrafluoroethane(CHClFCF3), 불소화합물계 케톤 화합물, 1-chloro-1,2,2,2-tetrafluoroethane(C2HClF4), 데카플루오로시클로헥사논(퍼플루오로 시클로헥사논), CF3CF2C(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-트리플루오로메틸-부탄-3온), (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2(-1,1,1,2,4,5,5,5,6,6,6,-옥타플루오로-2,4,-비스(트리플루오로메틸)펜탄-3-온), CF3CF2C(O)CF2CF2CF3, CF3C(O)CF(CF3)2, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8,-헥사도데카플루오로옥탄-2-온(CF3CF2CF2CF2CF2CF2C(O)CF3), 1,1,1,3,4,4,4,-헵타플루오로-3-트리플루오로메틸부탄-2-온(CF3C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,-옥타플루오로-2-트리플루오로메틸펜탄-3-온(HCF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,6,-운데카플루오로-2-트리플루오로메틸헥산-3-온(CF3CF2CF2C(O)CF(CF3)2), 1-클로로-,1,1,3,4,4,4-헥사플루오로-3-트리플루오로메틸-부탄-2-온((CF3)2CFC(O)CF2CL), 1,1,1,2,2,4,4,5,5,6,6,6-도데카플루오로헥산-3-온(CF3CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,5,5,5,-헥사플루오로펜탄-2-4-디온(CF3C(O)CH2C(O)CF3), 1,1,1,2,5,6,6,6-옥타플루오로-2,5-비스(트리플루오로메틸)헥산-3,4-디온((CF3)2CFC(O)C(O)C(O)CF(CF3)2), 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,7,-테트라데카플루오로헵탄-4-온(CF3CF2CF2C(O)CF2CF2CF3), 1,1,1,3,3,4,4,4-옥타플루오로부탈-2-온(CF3C(O)CF2CF3), 1,1,2,2,4,5,5,5-옥타플루오로-1-트리플루오로메톡시-4-트리플루오로메틸펜탄-3-온(CF3OCF2CF2C(O)CF(CF3)2) 및 1,1,1,2,4,4,5,5,6,6,7,7,7,-트리데카플루오로-2-트리플루오로메틸헵탄-3-온(CF3CF2CF2CF2C(O)CF(CF3)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화수단이 패드 형상을 갖도록 상기 바인더는 실리콘 러버(Silicon Rubber), 니트로셀룰로오즈(Nitro Cellulose), 폴리비스패놀 A-코 에피크로로하이드린 (Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin)), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리우레탄(PU), 폴리카보렛(PU), ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene), 아크릴(MA) 에폭시 레진, 아크릴에멀젼, 아마인/보일유, 알키드/보일유, 알키드수지, 폴리아미드, 염화비닐수지, 멜라민수지, 이소시아네이트수지, 쿠로만 수지, 스티렌-부타디엔, 페놀 포름알데히드(Phenol-formaldehyde), 요소 포름알데히드(Urea-formaldehyde), 불포화 폴리에스테르(Unsaturated polyester) 및 멜라민 포름알데히드(Melamine-formaldehyde) 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화수단이 형상 변형 가능한 비정형의 페이스트 형태를 갖도록 상기 바인더는 (메타) 아크릴 폴리머, (메타) 아크릴계 모노머, 셀룰로오즈, 폴리 비스페놀 A탄산, (메타) 에폭시 폴리머, (메타) 에폭시 모노머, Poly(ethylene-co-propylene-co-5-methylene-2-norbornene), 4,4''-아이소프로필리덴디페놀(CARBONIC ACID), 폴리올레핀 수지, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐 C1~C10알킬레이트(CH2CH-OC(O)R, R은 C1~C10알킬), 비닐 C1~C10 알킬에터, 비닐피롤리돈, 비닐카바졸, 아크릴산, 아크릴로나이트릴, 아크릴아마이드, C1~C10알킬 아크릴레이트, 메타크릴산, 메타크릴로나이트릴, 메타크릴아마이드 및 C1~C10 알킬 메카트릴레이트 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 소화약제가 특정 경로로 분출되도록 소화수단을 내부에 구비하기 위한 난연성 또는 불연성 재질의 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 소화수단은 패드 또는 와이어 형상으로 가공되며, 와이어 형상의 소화수단은 소화약제가 외부로 분출될 수 있도록 공극이 존재하는 외피로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 소화수단은 소화약제가 외부로 분사되도록 하는 복수개의 구멍이 특정 방향으로 형성된 케이스 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단은 화재 감지수단이 화재를 감지한 순간부터 감지하지 못할 때까지 발열수단을 동작시키거나, 화재 감지수단이 화재를 감지한 순간부터 소화수단의 크기별로 사전에 미리 설정된 시간동안 발열수단을 동작시키는 것을 특징으로 하는 소화용 마이크로캡슐을 활용한 소화제품 기반 소화 제어 시스템.
  11. 삭제
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