KR20110057716A - 고압가스 저장시스템의 화재안전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화재시 고압가스 용기의 안전성을 확보하기 위한 고압가스 저장시스템의 화재안전장치에 관한 것으로, 빠르게 연소되면서 화염을 전달할 수 있는 화염전달부재가 고압 용기의 바깥쪽에 설치되고, 이 고압 용기의 끝단에서 용기밸브까지 전개되도록 구비되어, 화재 발생시 상기 화염전달부재의 연소를 통해 화재 발생지로부터 상기 용기밸브에 설치된 압력배출장치에 화염에 의한 열을 전달하도록 된 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은 차량 또는 차량 외부의 화재, 특히 국부화재 상황에서도 신뢰성 있게 압력배출장치를 작동시켜 고압가스 용기의 파손을 방지할 수 있고, 고압가스를 사용하는 자동차의 연료저장시스템에 대한 화재 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
고압가스 저장시스템, 화재안전장치, 압력배출장치, 화염, 화염전달부재
Description
본 발명은 고압가스 저장시스템의 화재안전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화재시 고압가스 용기의 안전성을 확보하기 위한 화재안전장치에 관한 것이다.
일반적으로 천연가스 자동차 또는 연료전지 자동차에는 기체 상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장하는 시스템을 채택하여 사용하고 있으며, 이를 위해 고압가스를 저장할 수 있는 고압 압력용기(혹은 고압가스 용기)를 사용하고 있다.
이러한 고압가스 용기에는 화재가 발생하였을 경우 용기의 파열을 방지하기 위하여 화재시 특정 온도 이상에서 용기 내부의 가스를 안전하게 배출시킬 수 있는 압력배출장치(pressure relief device, PRD)를 장착하도록 법제화되어 있다.
이에 따라 수소가스를 연료로 이용하는 연료전지 자동차의 연료저장시스템의 경우 첨부한 도 1과 같이 수소 입출구 부위의 용기밸브에 압력배출장치가 설치되어 있다.
도 1은 연료전지 자동차용 고압수소 저장시스템 및 이 저장시스템의 용기밸브에 설치된 압력배출장치를 확대 도시한 도면이고, 도 2는 일반적인 고압가스 저장시스템의 용기밸브(2)에 사용되는 압력배출장치(3)의 작동 상태를 도시한 내부 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차량 내부 또는 외부에서 화재가 발생할 경우 화재에 의한 열로 인해 압력배출장치(3) 부근의 온도가 110℃ 정도가 되면 압력배출장치(3)에 삽입되어 있는 가용성 금속(3a, FUSIBLE METAL)이 녹아서 고압가스 용기(1) 내부의 고압가스를 배출하도록 되어 있다.
현재 압력배출장치(3)는 차량 전체 또는 연료저장시스템을 휩싸는 큰 화재의 경우에는 화재로부터 열이 충분히 공급되므로 고압가스 용기(1)가 파열되기 이전에 작동하여 가스를 안전하게 방출할 수 있다.
그러나, 차량의 일부에서 화재가 시작되어 고압가스 용기(1)의 일부분만 화염에 노출될 경우와 같이 국부화재 상황에서는 압력배출장치(3)에 화재로 인한 열이 충분히 전달되지 못하여 압력배출장치(3)가 작동하지 않을 소지가 있다.
이러한 경우 압력배출장치(3)에 충분한 열이 공급되어 작동되기 이전에 고압가스 용기(1)가 화재에 의해 손상되어 파열될 가능성이 큰 문제가 있다.
또한, 고압가스 용기(1)의 파열 가능성은 용기의 크기가 커질수록 심각해지므로 버스와 같이 대용량의 고압가스 용기를 사용하는 경우에는 상기와 같은 위험에 노출될 가능성이 더 높다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 기존 고압가스 저장시스템의 압력배출장치에 열을 신속하게 전달하기 위한 기술이 개시된 바 있다.
그 중 미국특허 US 6,382,232는 화재시 열이나 불꽃에 의해 인화될 수 있는 도화선(fuse cord)을 고압가스 용기에 여러 방법으로 배치하고 고압가스 용기의 입출구부에 위치한 벌브(bulb) 타입의 압력배출장치가 작동할 수 있도록 하여 용기 내 가스를 외부로 배출하는 시스템으로 이루어진다.
그러나, 미국특허 US 6,382,232는 도화선의 열용량이 충분치 않으므로 도화선으로만 구성될 경우 압력배출장치의 작동 신뢰성이 낮은 문제점이 있다. 이를 보완하기 위하여 압력배출장치 부위에 기폭제가 구비되어 도화선으로부터 전달된 불꽃에 의해 압력배출장치를 깨뜨려 작동시킬 수는 있으나, 이는 용융 금속 타입의 압력배출장치를 이용할 경우에는 적용이 불가능한 문제가 있다.
또한, 열전달 성능이 우수한 히트 파이프를 고압가스 용기 주변에 위치시켜 국부화재의 경우에도 열을 전달하여 압력배출장치를 작동시킴으로써 가스를 배출시키는 미국특허 US 5,848,604가 개시된 바 있다.
그러나, 미국특허 US 5,848,604는 상기 히트 파이프가 대기와 접촉하고 있으므로 열전달 효율이 감소될 수 있으며, 이에 대기 온도가 낮거나 바람이 부는 조건에서는 압력배출장치의 작동 신뢰성이 매우 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 고압가스 저장시스템의 고압가스 용기 바깥쪽으로 연소성이 우수한 화염전달부재를 구비하여, 국부화재 상황에서도 압력배출장치를 안정적으로 작동시켜, 고압가스 용기의 파열을 방지하고 고압가스 저장시스템의 화재 안전성을 확보할 수 있는 고압가스 저장시스템의 화재안전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 빠르게 연소되면서 화염을 전달할 수 있는 화염전달부재가 고압 용기의 바깥쪽에 설치되고, 이 고압 용기의 끝단에서 용기밸브까지 전개되도록 구비되어, 화재 발생시 상기 화염전달부재의 연소를 통해 화재 발생지로부터 상기 용기밸브에 설치된 압력배출장치에 화염에 의한 열을 전달하도록 된 것을 특징으로 하는 고압가스 저장시스템의 화재안전장치를 제공한다.
본 발명은 차량 또는 차량 외부의 화재, 특히 국부화재 상황에서도 신뢰성 있게 압력배출장치를 작동시켜 고압가스 용기의 파손을 방지할 수 있고, 이에 고압가스를 사용하는 자동차의 연료저장시스템에 대한 화재 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 종래의 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.
본 발명은 자동차에 발생할 수 있는 화재, 특히 국부화재 발생상황에서 압력배출장치를 안정적으로 작동시켜 고압가스 용기(이하, '고압 용기'라고 함)의 파열을 방지하여 고압가스 저장시스템의 화재 안전성을 확보하기 위한 고압가스 저장시스템의 화재안전장치에 관한 것으로, 연소성이 우수한 화염전달부재를 이용하여 국부적으로 발생된 화재 상황에서도 신뢰성있게 압력배출장치를 작동시킬 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 고압가스 저장시스템의 화재안전장치를 개략적으로 도시한 측단면도이고, 도 4는 도 3을 A 방향에서 바라본 정면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 화재안전장치의 작동 상태를 도시한 모식도이다.
본 발명은 크게 고압가스 저장시스템, 프로텍터(40), 화염전달부재(30) 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 도 3에서 고압가스 저장시스템은 고압 용기(10)와 압 력배출장치(21)가 설치된 용기밸브(20) 등으로 개략적으로 도시하였다.
일반적으로 고압가스 저장시스템은 가스 상태의 연료(예를 들어, 수소)를 고압으로 압축하여 저장 또는 공급하는 기능을 수행하는 시스템으로, 고압가스(연료)를 내부에 수용하는 고압 용기(10), 고압가스를 공급 및 차단하는 용기밸브(20), 차체에 고정되기 위한 마운팅 프레임(미도시) 등으로 구성된다.
상기 프로텍터(40)는 차량 운행시 도로에 있는 돌 등으로부터 고압가스 저장시스템을 보호하는 기능을 위해 장착되는 부품으로, 본 발명에서는 상기 고압가스 저장시스템의 보호 기능 외에 화염이 고압 용기(10)에 직접 도달되는 것을 방지하는 기능을 한다.
상기 화염전달부재(30)는 화재가 발생할 경우 화재 발생지로부터 압력배출장치(21)가 설치되어 있는 곳으로 화염을 빠르게 전달하여 압력배출장치(21)가 작동되도록 열을 공급하는 기능을 수행하며, 이에 빠르게 연소되면서 화염을 전달할 수 있는 플라스틱 재질로 이루어진다.
이를 위하여 본 발명에 따른 고압가스 저장시스템의 화재안전장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 고압 용기(10)의 저면부를 감싸도록 구비되어 있는 프로텍터(40)의 아래쪽에 화염전달부재(30)가 설치되고, 이 화염전달부재(30)는 프로텍터(40)의 바깥쪽에서 상기 고압 용기(10)의 저면을 따라 길이방향으로 전개되어 압력배출장치(21)가 설치된 용기밸브(20)까지 도달하도록 구비된다.
즉, 상기 화염전달부재(30)는 용기밸브(20)가 장착되어 있는 고압 용기(10)의 입구측에서부터 끝단까지 전개되어 구성되며, 이에 상기 고압 용기(10)의 어느 부근에서 화재가 발생하더라도 압력배출장치(21)에 신속하게 화염을 전달하여 상기 압력배출장치(221)가 작동할 수 있도록 함으로써, 압력배출장치(21)가 작동하기 전에 고압 용기(10)가 손상되어 파열되는 것을 방지한다.
그리고, 상기 화염전달부재(30)는 고압가스 저장시스템에 구성된 고압 용기(10)마다 개별적으로 설치되거나, 혹은 도 4에 도시된 바와 같이, 각 고압 용기(10)의 바깥쪽에 설치된 화염전달부재(30)가 일체형으로 연결되어, 고압가스 저장시스템에 구성된 어떤 고압 용기(10) 부근에서 화재가 발생하더라도 고압가스 저장시스템의 모든 고압 용기(10)가 안전하게 가스를 배출할 수 있도록 하는 것이 가능하다.
상기 화염전달부재(30)는 도 4와 같이 구비되는 경우, 고압 용기(10)의 입구측, 즉 용기밸브(20) 부근에서 고압 용기(10)의 끝단까지 전개되고, 프로텍터(40)의 아래쪽에서는 고압 용기(10)의 배열 방향으로 전개되며, 상기 프로텍터(40)의 아래쪽에서 용기밸브(20) 측으로 연장 전개될 시에는 각 고압 용기(10)의 용기밸브(20) 부위에만 화염을 전달하고 고압 용기(10)에 직접 화염이 가해지는 것을 방지할 수 있도록 용기밸브(20)에 상응하는 너비로만 연장되도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 작동 상태를 도시한 모식도이다.
도시된 바와 같이, 고압 용기(10)의 길이가 길어서 고압 용기(10)의 양측에 압력배출장치(21)가 설치되는 경우, 화염전달부재(30)는 전술된 바와 동일하게 고압 용기(10)의 저면을 따라 길이방향으로 전개되고 압력배출장치(21)가 설치된 각각의 용기밸브(20)까지 도달하도록 고압 용기(10)의 양측으로 연장된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.
차량 내부 또는 외부에서 화재가 발생한 경우, 특히 도 5 및 도 6과 같이 국부화재가 발생하게 되면 연소성이 우수한 화염전달부재(30)가 고압 용기(10)와 프로텍터(40)의 바깥쪽에서 빠르게 연소하면서 화염을 전달하여 용기밸브(20) 쪽으로 화염에 의한 열을 공급한다.
그럼, 압력배출장치(21) 부근의 온도가 상승하여 이 압력배출장치(21)에 내설되어 있는 가용성 금속(21a)이 녹게 되는 온도(예를 들어, 110℃ 정도)에 도달하면 상기 가용성 금속(21a)이 녹으면서 고압 용기(10) 내부의 고압가스를 배출(도 2 참조)하게 된다.
이와 같이 본 발명은 차량 또는 차량 외부의 화재가 발생하는 경우, 화염전달부재(30)가 빠르게 연소되면서 화염을 전달하여 국부적인 화재가 발생한 경우에도 압력배출장치(21)가 안정적으로 작동될 수 있으므로 작동 신뢰성이 높은 장점이 있고, 이에 고압 용기(10)의 파열을 방지할 수 있으므로 고압가스를 사용하는 차량의 연료저장시스템에 대한 화재 안전성을 확보할 수 있다.
그리고, 기존 고압가스 저장시스템에서 사용하고 있는 압력배출장치(21)와 프로텍터(40) 등의 구성을 그대로 이용하고 화염전달부재(30)로 플라스틱 재질을 이용하여 구현하므로 용이하게 실시할 수 있고, 고압가스 저장시스템의 화재 안전성을 확보하기 위한 추가적인 장치를 최소화함으로 획기적인 원가절감이 가능하다.
또한, 본 발명을 통한 화재 안전성 확보는 기술적인 효과뿐만 아니라 고압가스를 이용하는 연료전지 자동차와 같이 새로운 기술을 수용하는데 따르는 소비자들 의 안전에 대한 인식을 크게 개선할 수 있는 무형의 효과도 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
도 1은 연료전지 자동차용 고압수소 저장시스템 및 이 저장시스템의 용기밸브에 설치된 압력배출장치를 확대 도시한 도면
도 2는 일반적인 고압가스 저장시스템의 용기밸브에 사용되는 압력배출장치의 작동 상태를 도시한 내부 단면도
도 3은 본 발명에 따른 고압가스 저장시스템의 화재안전장치를 개략적으로 도시한 측단면도이고, 도 4는 도 3을 A 방향에서 바라본 정면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 화재안전장치의 작동 상태를 도시한 모식도
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 작동 상태를 도시한 모식도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 고압 용기
20 : 용기밸브
21 : 압력배출장치
30 : 화염전달부재
40 : 프로텍터
Claims (3)
- 빠르게 연소되면서 화염을 전달할 수 있는 화염전달부재(30)가 고압 용기(10)의 바깥쪽에 설치되고, 이 고압 용기(10)의 끝단에서 용기밸브(20)까지 전개되도록 구비되어, 화재 발생시 상기 화염전달부재(30)의 연소를 통해 화재 발생지로부터 상기 용기밸브(20)에 설치된 압력배출장치(21)에 화염에 의한 열을 전달하도록 된 것을 특징으로 하는 고압가스 저장시스템의 화재안전장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 화염전달부재(30)와 고압 용기(10) 사이에 프로텍터(40)가 배치 구성된 것을 특징으로 하는 고압가스 저장시스템의 화재안전장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 화염전달부재(30)는 플라스틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압가스 저장시스템의 화재안전장치.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E601 | Decision to refuse application |