KR102552703B1 - 전기자동차 주차장용 자동소화시스템 - Google Patents

전기자동차 주차장용 자동소화시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차 주차장용 자동소화장치에 관한 것으로으서,전기자동차 하부에 설치되어 있는 리튬이온 배터리의 이상으로 off-gas 발생에 따른 수소폭발과 함께 금속화재로 이어져 열폭주현상에 따른 화재감지 신호로 자동소화장치제어부의 동작으로 전기자동차 소화약재를 하부에 소화노즐과 상부의 소화노즐이 직접방사하여 초기에 화재를 진화하기 위한 전기자동차 주차장용 자동소화시스템에 관한 것이다.

Description

전기자동차 주차장용 자동소화시스템{Automatic fire extinguishing system for electric car parking lot}
본 발명은 전기자동차 주차장용 자동소화장치에 관한 것으로서, 전기자동차 하부에 다수 개의 리튬이온 배터리가 집약되어 팩키지화로 설치되어 있는 전기자동차 배터리부의 화재 발생시 빠른 감지 및 신호에 의해 효과적으로 초기에 빠른 진화를 하여 재산 및 인명피해를 최소화 할 수 있는 전기자동차 주차장용 자동소화장치에 관한 것이다.
현재 전기자동차의 주차장에는 전용의 소화장치가 설치되어 있지 않아 전기자동차 화재시 진화할 수 없어 전소 또는 화재확산이 되는 문제가 발생하고 있어 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것이다.
전기자동차의 하부에 설치되는 배터리는 하나의 전지가 아닌 수많은 셀로 이루어져 있으며, 셀이 모여서 모듈이 되고 이 모듈을 집약적 구조로 팩키지화 하여 설치한다.
리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 거쳐 충전 및 방전하는 화학적 에너지저장장치로서 다른 종류의 배터리보다 빠른 충전과 함께 출력밀도까지 높아 오랜시간 사용이 가능하여, 상대적으로 부피가 적고 경량화할 수 있으며, 완전방전이 되지 않은채 충전하면 본래의 구동시간보다 구동시간이 감소하는 메모리 효과가 없으며, 친환경적이며 상대적으로 유지보수비용이 적다. 하지만 다른 종류의 배터리에 비교했을 때 화재에 취약하다는 단점이 존재한다.
배터리의 화재는 주로 배터리 셀의 열폭주 현상에 의해 발생되고있으며, 열폭주현상은 고도의 산화성 양극과 고도의 환원성 음극이 함께 만나 급속도로 자기발열하는 화학반응을 말한다.
열 폭주 현상이 발생했을 때 배터리 셀은 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출하게 되며, 배터리 셀에 충전된 에너지가 많은수록 열 폭주 반응이 더욱 활발하게 발생한다. 특히 리튬이온 배터리의 경우 다른 배터리보다 에너지밀도가 높기 때문에 열 폭주 현상이 매우 급속도로 일어난다. 열폭주 현상의 원인으로는 과충전, 과방전, 내부단락사고, 단자접촉불량, 충전불량, 기계적충격, 전기적충격 등이 있다.
일반적으로 리튬이온 배터리 내부 온도가 170℃이상일 때 열폭주현상이 발생하고 70℃이하 상태에서도 발열에 적합한 환경에 놓이면 열폭주가 1~2일 후 발생한다. 열폭주현상이 발생했을때 리튬이온 배터리의 내부 압력이 증가하고 내부의 전해액이 기화되며 이후 리튬이온 배터리가 팽창해 전해액이 분출되고, 백색연기 off gas가 발생해 수소농도가 높아져 폭발 및 폭음과 함께 금속화재로 발전하게 된다.
열폭주현상으로 발생한 화재는 연소에 필요한 산소를 차단하더라도 배터리에 충전된 에너지를 모두 방출할 때 까지 지속되며, 화재와 함께 일산화탄소(CO)와 아세틸렌(C2H2), 수소(H2) 등의 유독성과 가연성 가스가 다량 방출된다. 열폭주현상은 과충전, 내부단락사고, 단자의 불량, 전해액의 농도, 충전불량 등에 의해 발생할 수 있다.
전기차에 사용되는 리튬이온전지 배터리의 수많은 셀을 팩키지화로 만들어지고 전기차량의 하부에 설치되기 일반적인 소화시스템으로 화재 진압이 불가능하며, 내부에 소화설비가 설치되어 있으나 화재발생 시 온도가 최대 1100℃이상 상승하여 금속화재로 전이되기에 조기진압이 어렵고 주변의 가연물과 건축물까지 빠르게 화재와 유독가스가 전이되며 전기차량은 전소되는 문제점이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전기자동차 주차장용의 자동소화장치는 전기자동차의 차체 하부 공간에 다수 개의 리튬이온 배터리가 팩키지화되어 있어 일반적인 소화기 및 천장에 설치되어 있는 스프링클러 등으로는 소화적응성이 없어 리튬이온 배터리의 화재시 소화가 불가능하므로 소화약제의 노즐을 하부와 상부에 설치하여 열과 연기 또는 불꽃을 감지하여 가압용기와 가압펌프가 신속히 동작하여 소화약제탱크의 전자밸브가 동작하면 소화약제 배관을 통하여 하부와 상부의 노즐로 방사되도록 하는 전기자동차 주차장용 자동소화장치에 관한 것이다.
또한, 상기 소화약제의 배관은, 클리닝배관의 가압가스 사이에 유체 흐름을 노즐 방향으로만 설정할 수 있는 체크밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동소화장치 제어부는, 외부로부터 소화약제탱크의 전자밸브 작동신호를 수신하면 상기 가압용기와 가압펌프 밸브를 열어 가압가스가 분사되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소화약제 탱크의 배관은, 상기 가압가스 배관부의 연결된 부분과 상기 소화약제 탱크사이에, 배관을 개폐하는 전자밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동소화장치 제어부는, 평상시에는 강압용기와 가압펌프 밸브를 열은 상태를 유지하고, 기 설정된 시간에 소화약제 탱크의 전자밸브를 닫고 압축용기와 압축펌프 밸브를 여는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기자동차 주차장용의 자동소화장치는, 전기자동차의 차체 하부 공간에 다수 개의 리튬이온 배터리가 수납되어 있고, 주차장 상부와 하부에 소화약제 방사노즐 설치 및 화재감지센서가 설치되어 있고, 불활성가스가 가압 저장되어 있는 가압용기; 상기 전기자동차 주차장에 설치되어 있고, 소화약제 탱크에 저장되어 있는 약제를 방사할 수 있는 분기관이 연결 되어 T자형을 이루고, 상단 및 하단부는 상기 전기자동차 주차장의 배터리부의 각 노즐에 연결되는 소화약제 배관; 및 평상시에는 가압가스 밸브를 열은 상태를 유지하고, 화재감지센서로부터 화재 감지신호를 수신하면 상기 약제탱크 전자밸브를 열어 약제방사 노즐로부터 소화약제가 분사되도록 하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 소화약제 배관은, 상기 방사노즐과 소화약제 분사구 사이에 유체 흐름을 노즐 방향으로만 설정할 수 있는 체크밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동소화장치 제어부는, 외부로부터 소화약제 작동신호를 수신하면 상기 약제탱크 전자밸브를 열어 방사노즐로부터 소화약제가 분사되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소화약제 배관은, 상기 분기관과 연결된 부분과 상기 소화약제 방사노즐 사이에, 배관을 개폐하는 소화약제 탱크밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동소화장치 제어부는, 평상시에는 소화약제 탱크밸브를 닫은 상태를 유지하고, 기 설정된 시간에 소화약제 탱크밸브를 열고 가압용기 밸브는 여는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전기자동차 주차장의 자동소화장치는, 점검이 용이한 위치에 설치되어 상기 화재감지센서 및 각 전기자동차 충전설비 서버와 화재수신기에 설치되어, 평상시에는 닫혀 있는 상태의 소화약제 전자밸브;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 소화약제 탱크밸브를 열고, 가압용기 및 가압펌프의 밸브를 여는 것을 특징으로 한다..
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 다수 개의 리튬이온 배터리를 집약화하여 팩키지작업후 전기자동차 하부에 설치하므로 배터리부의 화재 발생시, 하부에서 화재발생으로 화염과 유독가스 등이 발행하므로 초기에 화재를 감지하여 하부 및 상부에서 전기자동차 주차장용 자동소화장치를 제공하여 초기소화를 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 가압장치의 불활성 가스로 전기자동차 주차장에 설치되는 자동소화장치의 배관 및 노즐을 자동 또는 수동으로 클리닝하여, 화재 발생시 정상적으로 수계형 소화약제가 분사되도록 하는 전기자동차 주차장용 자동소화장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 전기자동차 주차장용 자동소화장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차 주차장용의 자동소화장치를 도시한 설명도.
도 3은 본 발명에서 가압장치 밸브가 잠겨있는 상태의 소화약제탱크의 상태 설명도.
도 4는 본 발명에서 가스장치 밸브가 열리는 경우 소화약제탱크에서 약제가 분출되는 상태를 나타낸 설명도.
도 5는 본 발명에서 전자밸브가 설치된 소화약제탱크를 나타낸 설명도.
도 6은 본 발명에서 리튬이온전지 소화약제탱크 밸브가 설치된 탱크를 나타낸 설명도.
도 7은 본 발명의 전기자동차 주차장에 화재 열·연기와 불꽃감지센서가 설치된 상태를 나타낸 설명도.
도 8은 본 발명에 따른 전기자동차 주차장의 자동소화장치의 제어부 구성도.
도 9는 본 발명의 제어부의 이상징후 판별단계의 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차 주차장용의 자동소화장치(100)를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기자동차 주차장의 자동소화장치(100)는, 전기자동차 리튬이온 배터리부(200), 가압용기(503), 소화약제탱크(502), 가압가스배관(509), 소화약제배관(510) 및 자동소화장치제어부(400), 소방중계기(401), 전기자동차 리튬이온 배터리부(200)는, 전기자동차의 차체 하부 공간 등 특정 공간에 수많은 셀로 구성되어 팩키지형의 리튬이온 배터리가 수납되어 있는 곳이고, 주차장과 천장면에 소화노즐(301) 및 열감지기(101), 연기감지기(102), 불꽃감지기(103)가 설치되어 있다.
가압용기(503)와 가압펌프(504)는, 전기자동차 주차장 및 충전소 등과 근접하여 소화약제와 같은 위치에 설치되어 있고, 질소(N2)와 같은 불활성가스가 가압되거나 가압펌프로 연동되어 있다.
소화약제탱크(502)도 전기자동차 주차장 및 충전소 주변의 공간과 같은 특정 위치에 근접하게 설치되어 있고, 리튬이온 배터리의 소화성능이 인증된 소화약제가 저장되어 있다.
가압가스배관(509)은, 그 일단부는 가압용기의 가스(503)와 가압펌프(504)의 가압가스분사구(511)에 연결되고, 배관을 개폐하는 가압가스밸브(505)와 가압펌프밸브(506)가 설치되어 있다.
소화약제 배관(510)은, 그 일단부는 클리닝배관(508)과 연결되어 T자형을 이룬다. 소화약제 배관(510)의 상부 및 하단부는 전기자동차 리튬전지 배터리부(200)를 향하도록 소화노즐(301)에 연결된다.
자동소화장치제어부(400)는 전기자동차 주차장의 충전기 주변에 근접하게 설치하여 소방중계기(401), 전기자동차 충전설비 서버(403)와 양방향 통신하며 화재수신기(402)와 연동되어 설치되거나, 일부 기능은 안전을 위하여 별도 공간에 제어 단말을 설치하여 해당 제어 단말의 MCU를 통해 구현될 수도 있다.
본 자동소화장치제어부는, 평상시에는 가압가스 밸브(505)와 가압펌프(506)의 밸브를 닫은 상태로 유지하고, 열, 연기, 불꽃감지기의 신호로부터 화재 감지신호를 수신하면 자동소화장치제어부와 화재수신기(402)에 의해 화재를 판단하여 가압용기 밸브(505) 또는 가압펌프 밸프(506)를 열어 가압가스분사구(511)로부터 가압가스가 분사되도록 한다. 화재감지기는 열, 연기, 불꽃 등을 감지하여 화재상황을 감지할 수 있는 센서이다.
또한, 자동소화장치제어부는, 전기자동차 주차장 및 전기자동차 충전소 주변에 근접하여 설치되어 위 자동소화장치제어부 단말에 설치된 수동 소화 버튼이 눌려져서 화재발생에 따른 작동신호를 수신하면, 소화약제탱크 전자밸브(500)를 열어 가압되어있는 소화약제가 신속히 분사되도록 할 수 있다.
가압용기밸브(505) 및 가압펌프밸브(506)는 수동으로도 개폐가 가능하도록 설계되어, 정전시 등의 기기 오작동시에 수동으로 가압가스를 분사하여 소화약제탱크(502)의 약제가 분사되도록 하거나, 화재 오감지로 소화약제가 분사될 때 수동으로 가압용기밸브(505)와 가압펌프밸브(506)를 잠가 소화약제 분사를 막을 수 있도록 되어 있다.
도 3은 본 발명에서 가압용기밸브(505)와 가압펌프밸브(506)가 닫혀있는 상태의 소화약제탱크(502) 상태 도면이고, 도 4는 본 발명에서 가압용기밸브(505)와 가압펌프밸프(506)가 열리는 경우 소화약제탱크(502)에서 소화약제가 분출되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 가압용기(503)과 가압펌프(504)에서 고압의 압축가스가 분사되면, 베르누이 원리에 따라 소화약제탱크(502)의 소화약제가 가압가스와 함께 딸려 나가게 되어, 소화약제가 소화약제배관(510)을 따라 소화노즐(300)을 통해 전기자동차 하부에 설치되어 있는 리튬이온배터리부(200)로 분출된다.
도 5는 본 발명에서 체크밸브(507)가 설치된 가압가스배관을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 소화약제배관(510)은, 소화노즐(300)과 소화약제탱크 전자밸브(500)가 연결되도록 설치되며 전자밸브(500)와 소화약제탱크(502)를 점검할 때 사용되는 소약약제탱크밸브(501)가 설치된다. 본 클리닝배관(508)에서 소화약제배관(510) 쪽으로 이물질이나 습기 등이 들어오지 못하도록 체크밸브가 설치된다.
도 6은 본 발명에서 소화약제탱크 밸브가 설치된 소화약제탱크(502)를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 소화약제배관(510)에서, 가압용기배관(505) 및 가압펌프(504)와 연결된 부분과 클리닝배관이 설치되며 클리닝배관을 개폐하는 밸브(512)가 설치된다.
전기자동차의 리튬이온배터리 화재 특성상 소화약제가 가스 형태보다는 수계 형태가 효과적으로 화재를 진화할 수 있는데, 다수 개의 리튬이온 배터리를 보관하고 있는 전기자동차의 배터리부에서 화재가 발생하는 경우, 소화약제배관(510)에 이물질이 끼어 있거나 또는 소화노즐(300)에 이물질이 끼어 있으면 소화약제가 원활히 분출되기 어렵다. 특히, 한번 소화약제가 분출한 경우에는 배관 또는 노즐에 이물질과 같이 남아 있게 되므로, 그 다음 다시 화재 발생시 소화약제를 다시 분출할 경우 이로 인해 소화약제의 정상적인 분출이 어렵게 된다.
따라서, 자동소화장치제어부(400)는, 평상시에는 소화약제탱크 전자밸브(500)를 닫은 상태를 유지하고, 주기적으로 또는 비주기적으로 기 설정된 시간에 클리닝밸브(512) 열고 가압펌프밸브(506)와 가압용기밸브(505)를 열어주어, 고압의 불활성 가압가스만이 분사되도록 하고, 본 압축가스의 분사로 인하여 위 소화약제배관(510) 또는 소화노즐(300)에 낀 이물질 또는 잔류하고 있는 수분과 소화약제 등을 제거하도록 한다.
위와 같이 주기적 또는 비주기적으로 고압의 불활성 가압가스를 전기자동차 주차장에 설치된 소화노즐 및 소화약제배관 청소도 가능하도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 전기자동차 주차장용의 자동소화장치(100)에 설치된 소화약제탱크를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기자동차 주차장용 자동소화시스템(100)은, 전기자동차 리튬이온 배터리부(200), 가압용기(503), 가압펌프(504), 가압가스배관(509), 소화약제배관(510) 및 자동소화장치제어부(400)를 포함한다.
제2 실시예에 따른 전기자동차 리튬이온 배터리부(200), 가압용기(503), 소화약제탱크(502), 자동소화장치제어부(400), 가압용기밸브(142) 및 가압펌프(504), 체크밸브(507)의 구성과, 이에 따른 화재진화를 위한 소화약제 분출 기능 및 작용원리 등은, 위 제1 실시예에서 상술한 바와 동일하며, 아래와 같은 배관 구성만이 변경된다.
가압가스배관(509)은, 가압용기(503)와 가압펌프의 가압가스분사구(511)에 연결되는 하나의 메인관과, 또한, 클리닝배관(508)에는, 클리닝밸브(512)와 체크밸브가 설치되어 클리닝배관(508)에 위치한다.
소화약제배관(510)은, 상하로 설치되며 소화약제탱크(502)의 소화약제 소화노즐(300)에 연결되고, 전기자동차 주창장용 솨노즐(300)에 연결된다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 도 8의 전기자동차 주차장용의 자동소화자치제어부(100)에, 소화약제탱크 전자밸브(500))가 설치되어 있는 상태의 도면이다.
도 9를 참조하면, 소화약제 전자밸브(500)은, 소화제약 배관(510)에서 상하로 배관이 분기되어 소화약제태크 2차측에 설치된다.
100 : 전지자동차 주차장용 자동소화장치 101 : 열감지기
102 : 연기감지기 103 : 불꽃감지기
104 : 싸이렌 105 : 시각경보기
200 : 리튬이온 전지팩 201 : 전기차충전기
300 : 하부 소화노즐 301 : 상부 소화노즐
400 : 수동기동장치 401 : 소방중계기
402 : 화재수신기 403 : 전기자동차 충전설비 서버
500 : 전자밸브 501 : 소화약제 탱크밸브
502 : 소화약제 탱크 503 : 가압용기
504 : 가압펌프 505 : 가압용기 밸브
506 : 가압펌프 밸브 507 : 체크밸브
508 : 클리닝배관

Claims (8)

  1. 전기자동차를 주차하는 장소에서 발생하는 화재를 진압하는 자동소화시스템에 있어서,
    화재를 감지하는 화재감지센서;
    상기 화재감지센서에서 감지한 정보를 수신하여 화재를 판단하는 자동소화장치제어부;
    상기 자동소화장치제어부의 신호에 따라 저장되어 있던 액상형태의 소화약제가 분사되는 소화약제탱크; 및
    상기 소화약제탱크에 연결되는 소화약제배관 및 상기 소화약제배관에 연결되는 노즐을 클리닝하는 클리닝배관에, 저장되어 있던 불활성가스를 가압하는 가압용기를 포함하고,
    상기 자동소화장치제어부는 소화약제탱크의 압력상태 및 소화약제량을 감시하고,
    상기 가압용기는,
    상기 소화약제탱크의 전자밸브 작동신호를 수신할 때 가압펌프가 가동되며,
    상기 소화약제배관에는 상기 전기자동차 하부를 향하는 방향으로 다수 형성된 하부 소화노즐과, 상기 전기자동차 상부에 설치되어 상기 전기자동차를 향하는 방향으로 다수 형성된 상부 소화노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 주차장용 자동소화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화재감지센서는,
    열감지기, 연기감지기 및 불꽃감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 주차장용 자동소화시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압용기의 불활성가스를 선택적으로 분사되도록 하는 가압펌프를 포함하는 전기자동차 주차장용 자동소화시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동소화장치제어부는,
    화재신호를 감지하면 상기 가압용기밸브와 가압펌프밸브를 열어 상기 소화약제탱크에 고압의 압축가스를 분사되도록 하고,
    상기 소화약제탱크에 연결되어 상기 소화약제배관을 개폐하는 소화약제탱크 전자밸브 및 소화약제 탱크밸브를 제어하여, 상기 소화약제탱크 내의 소화약제는 상기 소화노즐을 통해 분사되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차 주차장용 자동소화시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 클리닝배관은 가압용기와 연결되어 있고,
    상기 자동소화장치제어부에 의해 클리닝밸브 및 가압용기밸브의 개폐를 조절되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 주차장용 자동소화시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화재감지센서, 자동소화장치제어부와, 상기 소화약제탱크의 개폐를 조절하는 전자밸브를 구동하는 전원은, 독립적으로 공급되는 전력원을 갖는 것을 특징으로 하는 전기자동차 주차장용 자동소화시스템.
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  8. 삭제
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