KR20200061814A - 화재 소화용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화재 소화용 인캡슐레이션 장치에 관한 것으로, 상전이 마이크로 캡슐 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐과 상기 상전이 마이크로 캡슐 및 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 내부에 포함하는 제1 및 제2 필름층들을 포함한다. 따라서, 본 발명은 화재 발생 시 보다 신속하게 화재를 소화시킬 수 있다.

Description

화재 소화용 장치{DEVICE FOR FIRE EXTINGUISHING}
본 발명은 화재 소화용 인캡슐레이션 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화재 발생 시 보다 신속하게 화재를 소화시킬 수 있는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치에 관한 것이다.
일반적으로 ESS(Energy Storage System)는 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장장치를 말하며, 최근 들어서는 대규모 ESS 장치를 소형으로 구성하여 빌딩, 공장, 가정 등의 일반 수용가에서 정전 대비용 또는 피크 전력 감축용으로 사용하는 경우가 늘고 있다.
최근에는 전력 수급 불균형 등으로 인해 신재생 에너지에 대한 관심이 급격하게 증가하면서, ESS를 통해 신재생 에너지를 활용해 생산된 전기를 저장하고 필요한 시간대에 활용하도록 하는 기술에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
특히, 최근 들어 신축되는 공공건물에 대한 ESS의 설치가 의무화되고, 민간건물 등에도 에너지 절감 차원에서 ESS의 설치가 증가함에 따라 ESS 시장은 그 성장을 계속하고 있다.
건물 등에 ESS를 설치하는 경우에는 ESS의 배터리 랙에 에너지를 저장하는 배터리, 배터리를 관리하는 BMS, 전력을 변환하는 PCS 등을 수용하도록 하고, 이러한 배터리 랙을 지하실 또는 옥외 등의 일정 공간에 수용하여 운용토록 하고 있다.
이때, 외부 온도가 높은 여름철에는 ESS의 배터리 등에서 발생하는 많은 열에 의해 ESS의 온도가 과도하게 상승하게 되고, 이에 따라 화재 발생의 위험이 높으며 ESS의 오류를 발생시키게 되고, 배터리의 성능을 저하시킨다. 그러나 현재에는 ESS가 수용된 공간 전체에 대한 냉난방만이 실시되고 있어, 배터리 랙에 수용된 배터리 각각에 대한 냉각과 보온이 제대로 이루어지지 못하여 효율적이고 안정적인 ESS의 운영이 어려운 실정이다.
ESS는 많은 열의 발생으로 화재 발생의 위험이 높으나 이에 대한 소방설비가 배터리 랙 단위별로 제대로 갖추어져 있지 않아 화재가 발생할 경우 막대한 재산적 피해 및 대형 화재가 발생할 위험이 매우 높은 상황이다.
또한, 공간적 제약으로 인해 열관리를 위한 공조 시스템 및 소방 설비의 설치가 어려운 장치에 대해서도 화재를 예방할 수 있는 제품을 요구하고 있는 상황이다.
한국특허 10-1229411호는 산화 및 화재 방지용 배터리 팩 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 배터리 팩 케이스는 상부 케이스와, 하부 케이스 및 복수 개의 측벽 케이스들을 포함한다. 측벽 케이스들 어느 하나에는 내부 공간으로 산화 및 화재 방지용 가스를 충진하기 위한 가스 공급 포트 및 가스 배출 포트가 제공된다. 또 측벽 케이스들 각각은 상호 인접하는 측벽 케이스와 결합하는 결합부가 형성된다. 결합부는 측벽 케이스의 양단이 일정 각도 경사지게 연장된다. 결합부는 인접하는 측벽 케이스들을 상호 결합되는 결합면을 형성한다. 결합면에는 오링이 상하 방향으로 설치된다. 결합된 측벽 케이스들의 상부면과 하부면 각각에는 가스켓이 각각 설치되어 상부 및 하부 케이스와 결합된 것을 특징으로 한다.
한국특허 10-1706717호는 에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치에 관한 것으로, 컨테이너의 내부에 내장되고, 일측이 배터리모듈의 진입을 위해 개구되도록 형성되며, 상,하로 복수의 배터리모듈이 적층되도록 배열되는 트레이와 상기 트레이에 적층된 배터리모듈을 향해 배치되며, 상기 복수의 배터리모듈의 온도를 계측하고, 이상 발생시 제어부측으로 신호를 출력하는 열감지수단과 상기 열감지수단으로부터 출력된 신호를 인가받아 해당되는 배터리모듈로 공급되는 전원을 차단하는 제어신호를 출력하는 제어부와 상기 제어부의 제어신호에 따라 각각의 배터리모듈에 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부와 상기 트레이의 타측에 배치되고, 일측에 복수의 차단판이 서로 이격되도록 상,하로 형성되며, 상기 복수의 배터리모듈에 화재 발생시 제어부에 의해 동작되는 액튜에이터의 이동력에 의해 각 차단판의 단부가 상기 트레이의 내부로 진입되면서 상기 적층된 복수의 배터리모듈을 구획되게 차단하는 차단블록 및 상기 차단블록의 타측에 배치되고, 상기 제어부의 신호가 인가됨에 따라 상기 차단블록을 트레이측으로 이동시키는 로드를 갖는 액튜에이터;를 포함하고, 상기 차단블록은 일측에 형성되고 상기 트레이에 배열되는 배터리모듈
들의 이격거리에 대응되도록 이격되게 형성되고 단부가 상기 트레이의 내부로 진입 가능하게 상기 트레이의 타측면에 형성된 삽입공에 각각 결합되는 복수의 차단판과, 일측면에 상기 차단판의 단부들이 연결되고 타측면에 상기 로드와 연동되도록 연결되는 지지플레이트로 구성된 것을 특징으로 한다.
한국등록특허 제10-1229411(2013.01.29)호 한국등록특허 제10-1706717(2017.02.08)호
본 발명의 일 실시예는 화재 발생 시 소화성 물질을 방출하는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 포함하는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 축열 기능이 우수한 상전이 마이크로 캡슐을 포함하는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐과 상전이 마이크로 캡슐을 포함하는 필름층을 적용하여 장치 내 화재 발생 시 신속하게 화재를 소화시킬 수 있는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 상전이 마이크로 캡슐, 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐, 상기 상전이 마이크로 캡슐 및 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 내부에 포함하는 제1 및 제2 필름층들을 포함한다.
상기 상전이 마이크로 캡슐 및 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐은 어느 한 부분에 특정 기준 이상 집중되지 않도록 특정 밀도로 상기 제1 및 제2 필름층들 사이에 분포되는 것을 특징으로 한다.
상기 상전이 마이크로 캡슐 및 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐은 단위 면적당 (1cm2) 1 이상 100 이하 : 1의 비율로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐은 특정 온도 이상에서 크랙(Crack)이 발생하는 외부 보호막을 포함한다. 또한, 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐 내부에 충진되고, 상기 크랙의 발생에 따라 외부에 방출되는 소화성 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상전이 마이크로 캡슐은 1-도데카놀, 파라핀 오일, 포르말린산, 락트산, 메틸 팔미테이트, 페닐론,도카실 브로마이드, 카프릴론, 페놀, 헵타데카논, 1-시클로헥실옥타데칸, 4-헵타데카논, P-졸뤼딘(Joluidine), 시안 아미드, 메틸 에이코사네이트(eicosanate), 3-헵타데카논, 2-헵타데카논, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포산, O-크실렌 디 클로라이드, B-클로로산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 페닐 아세트산, 티오시나민, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜, 퀴논, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 스티벤 또는 이들의 유도체 중 선택된 어느 하나로 형성되며, 제1 온도 이상으로 외부 온도가 올라가면 일시적으로 해당 열을 흡수하고, 제2 온도 이하로 상기 외부 온도가 떨어지면 상기 일시적으로 흡수한 열을 방출하는 것을 특징으로 한다.
상기 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 내부에 배터리를 포함하는 배터리 랙을 감싸는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 화재 발생 시 소화성 물질을 방출하는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 축열 기능이 우수한 상전이 마이크로 캡슐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐과 상전이 마이크로 캡슐을 포함하는 필름층을 적용하여 장치 내 화재 발생 시 신속하게 화재를 소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치에 포함된 필름층을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 있는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100)는 내벽에 상전이 마이크로 캡슐(110a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(110b)을 포함하는 필름층(110)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100)는 ESS(Energy Storage System, 에너지 저장 시스템)의 배터리 랙을 감싸는데 사용될 수 있다. ESS는 잉여 생산된 전기를 저장하거나 신 재생 에너지를 활용해서 생산된 전기를 필요한 시간대에 사용 가능하도록 할 수 있는 장치로서, 전기수요가 적은 시간에 유휴전력을 저장해두었다가 수요가 많은 시간대에 전기를 공급하여 안정적으로 전력을 활용하고자 하는 시스템이다. 여기서는 ESS 에서의 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100)를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 공간적 제약으로 인해 열 관리를 위한 공조 시스템 및 화재 발 생 시 소화 가능한 소방 설비의 설치가 어려운 소형 함체 내에 적용 할 수도 있다.
화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100)는 다수의 배터리 셀(120)을 포함할 수 있다. 다수의 배터리 셀(120)은 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내에서 좌우 방향으로 나란하게 이웃하여 배치될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 다수의 배터리 셀(120)은 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내에서 상하 방향으로 적층되어 배치될 수 있다. 여기에서, 배터리 셀(120) 간의 간격은 동일할 수 도 있고, 서로 다른 간격으로 배치될 수 도 있다.
화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100)의 필름층(110)은 상전이 마이크로 캡슐(110a)을 포함한다. 여기에서, 상전이 마이크로 캡슐(110a)은 상전이 물질(PCM: Phase Changing Materials)으로 구성된다.
상전이 물질을 포함하는 상전이 마이크로 캡슐(110a)은 고온의 환경에서 제1 온도 이상으로 외부 온도가 올라가면 일시적으로 해당 열을 흡수한다. 한편, 저온의 환경에서 제2 온도 이하로 외부 온도가 떨어지면 일시적으로 흡수한 열을 방출한다.
더욱 구체적으로 설명하면, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내의 온도가 제1 온도 이상의 고온으로 올라가면 상전이 마이크로 캡슐(110a)의 상전이 물질은 일시적으로 외부의 열을 흡수하여, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내의 온도를 하강시킬 수 있다. 또한, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내의 온도가 제2 온도 이하의 저온으로 떨어지면 상전이 마이크로 캡슐(110a)의 상전이 물질은 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내의 온도가 제1 온도 이상의 고온으로 올라갔을 때 일시적으로 흡수하였던 열을 방출하여 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내의 온도를 상승시킬 수 있다.
따라서, 외부 온도에 따라 반응하는 상전이 마이크로 캡슐(110a)의 축열 및 발열 기능으로 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이에 따라 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내의 단열 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100)의 필름층(110)은 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(110b)을 포함한다. 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(110b)은 특정 온도 이상에서 크랙(Crack) 및 열 변형이 발생하는 외부 보호막을 포함한다. 그리고, 상기 외부 보호막의 크랙 및 열 변형에 따라 외부로 방출되는 소화성 물질이 내부에 충진되어 있다.
열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(110b)은 특정 온도 이상 예컨대, 배터리 화재 발생 시 외부 보호막에 크랙이나 열변형이 발생되고, 상기 크랙이나 열변형이 발생하면 내부에 충진된 소화성 물질이 외부로 방출된다. 소화성 물질이 외부로 방출됨에 따라 열분해 되면서 이산화탄소(CO2), 물(H2O) 및 산화물이 발생하여 화염의 전파를 방해하거나 화염에 접하는 표면에 화재 전파 방지막을 형성하여 화염의 전파를 방해하여 화재를 소화시킬 수 있다. 즉, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(100) 내에 화재가 발생하면 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(110b) 내의 소화성 물질이 방출되면서 신속한 화재 소화가 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치에 포함된 필름층을 개략적으로 도시한 단면도로서, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도1의 '100')의 내벽에 구비된 기능성 필름층(도 1의 '110')을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 필름층(200)은 제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204)을 포함한다.
제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204)은 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)를 포함한다. 상전이 마이크로 캡슐(200a)은 상전이 물질(PCM phase change material)로 충진된다. 상전이 물질은 탄소수가 13 ~ 28개인 파라핀(CnH2n+2), 지방산(CH3(CH2)2nCOOH) 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 사용할 수 있는데 상전이 물질의 사용 용도에 따라 선택하는 것이 좋다. 예를 들어 옥타데칸(octadecane)의 녹는점은 28 ℃로 상온부근에서 반응하는 상전이 물질로 선택할 수 있다. 이외 테트라데칸(tetradecan)은 5.5 ℃, 펜타데칸 (pentadecan)은 10 ℃, 옥타코산 (octacosan)은 61℃의 녹는점을 가지고 있어 다양한 온도의 상전이 물질을 선택할 수 있으며 두 가지 이상의 상전이 물질을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 상전이 물질은 특정 온도에서 고체와 액체로 상을 변화시키면서 열을 흡수하거나 방출하여 열을 제어할 수 있다. 이러한 상전이 물질은 상 변화에 따른 형태 유지를 위해 일반적으로 캡슐 안에 포집된 형태로 사용한다.
상전이 물질은 1-도데카놀, 파라핀 오일, 포르말린산, 락트산, 메틸 팔미테이트, 페닐론,도카실 브로마이드, 카프릴론, 페놀, 헵타데카논, 1-시클로헥실옥타데칸, 4-헵타데카논, P-졸뤼딘(Joluidine), 시안 아미드, 메틸 에이코사네이트(eicosanate), 3-헵타데카논, 2-헵타데카논, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포산, O-크실렌 디 클로라이드, B-클로로산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 페닐 아세트산, 티오시나민, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜, 퀴논, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 스티벤 또는 이들의 유도체 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
상전이 마이크로 캡슐(200a)은 테두리를 둘러싸는 표면 보호막(미도시)을 추가적으로 포함할 수 있다. 상전이 마이크로 캡슐(200a) 내부에 있는 상전이 물질은 온도변화에 민감하여 온도 상승 시 고체에서 액체로 변화될 수 있으므로 상전이 마이크로 캡슐(200a) 표면을 둘러싸는 표면 보호막은 다양한 고분자로 선정할 수 있는데 복합재 제조에서 열적인 안정성을 확보할 수 있는 물질을 선정하여 상전이 물질을 안전하게 포집시킬 수 있다. 상기 표면 보호막(미도시)의 두께가 50 nm 보다 얇으면 캡슐을 안정화시킬 수 없고 상기 표면 보호막(미도시)의 두께가 500 nm 보다 두꺼우면 상기 표면 보호막(미도시)에 의해 전해진 열이 캡슐 안의 상전이 물질까지 도달하는 시간이 길어지게 되므로, 표면 보호막(미도시)의 두께는 50 ~ 500 nm 인 것이 바람직하다.
상전이 마이크로 캡슐(200a)을 둘러싸는 상기 표면 보호막(미도시)은 폴리 우레탄, 폴리우레아, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리비닐 알콜, 아크릴 수지, 폴리아마이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 멜라민 수지, 셀롤로오스, 아이소보르닐 메타크릴레이트와 (메트)아크릴산 공중합체, 나일론, 젤라틴, 포름알데하이드, 멜라닌 및 이들의 (공)중합체 등으로부터 하나 또는 둘 이상의 혼합물질을 포함할 수 있다.
상전이 마이크로 캡슐(200a)은 크기가 1 ~ 100 μm 인 것을 사용하는 것이 좋다. 이때 상전이 마이크로 캡슐(200a)의 크기가 1μm 보다 작으면 마이크로 캡슐의 크기가 작아 상기 표면 보호막(미도시) 코팅 시 분산효과를 극대화하기 어렵다. 반면 상전이 마이크로 캡슐(200a)의 크기가 100 μm 보다 커지면 상전이 마이크로 캡슐(200a)의 안정성과 고분자 물성에 영향을 줄 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 온도가 제1 온도 이상의 고온으로 올라가면 상전이 마이크로 캡슐(200a)의 상전이 물질은 일시적으로 외부의 열을 흡수하여, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 온도를 하강시킬 수 있다. 또한, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 온도가 제2 온도 이하의 저온으로 떨어지면 상전이 마이크로 캡슐(200a)의 상전이 물질은 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 온도가 제1 온도 이상의 고온으로 올라갔을 때 일시적으로 흡수하였던 열을 방출하여 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 온도를 상승시킬 수 있다.
따라서, 외부 온도에 따라 반응하는 상전이 마이크로 캡슐(200a)의 축열 및 발열 기능으로 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이에 따라 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 단열 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)을 포함한다. 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)은 특정 온도 이상에서 크랙(Crack) 및 열 변형이 발생하는 외부 보호막을 포함한다. 그리고, 상기 외부 보호막의 크랙 및 열 변형에 따라 외부로 방출되는 소화성 물질이 내부에 충진되어 있다. 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)은 특정 온도 이상 예컨대, 배터리 화재 발생 시 외부 보호막에 크랙이나 열 변형이 발생되고, 상기 크랙이나 열 변형이 발생하면 내부에 충진된 소화성 물질이 외부로 방출된다.
구체적으로, 아래의 도 3을 참조하여 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐의 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치에 포함된 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)은 테두리를 둘러싸는 외부 보호막(310)을 포함한다. 외부 보호막(310)은 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1 '100') 내의 온도가 특정 온도 이상이 될 때 크랙(Crack)이나 열 변형이 발생한다. 그리고, 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300) 의 외부 보호막(310) 내에는 소화성 물질(320)이 충진되어 있다. 소화성 물질(320)은 특정 온도 이상에서 외부 보호막(310)에 크랙이나 열 변형이 발생되면, 외부 보호막(310)을 뚫고 외부로 방출된다.
소화성 물질(320)이 포함된 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)의 형태는 도 1 내지 도 3에서 구형으로 형성된 예를 제시하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있으며, 바람직하게는 구형, 타원형, 원기둥형, 또는 다각기둥 형태일 수 있다. 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)의 크기는 약
0.01 ~ 10㎛, 보다 바람직하게는 약 0.1 ~ 5㎛ 크기일 수 있다.
소화성 물질(320)이 포함된 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)은 외부 온도가 특정 온도 이상으로 상승하게 되면 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)의 외부 보호막(310)이 파괴되면서 내부의 소화성 물질(320)이 외부로 방출되는 것으로서, 외부 보호막(310)을 이루고 있는 고분자의 종류에 따라 외부 보호막(310)이 와해되거나 녹는 온도를 제어할 수 있으며, 외부 보호막(310)의 두께 및 크기를 제어함으로써, 소화물질의 방출 속도도 제어할 수 있다. 따라서, 소화성 물질(320)이 포함된 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)의 외부 보호막(310)의 이루고 있는 합성 수지 및 두께, 크기는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)이 사용방법, 사용환경에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
외부 보호막(310)은 평상시에는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300) 표면을 보호하는 역할을 하다가, 화재가 발생되어 특정 온도 이상으로 주변 온도가 상승하게 되면 외부 보호막(310) 내부의 소화성 물질(320)이 외부로 방출됨으로써 불꽃과 가연물 사이의 방벽 역할을 하여 초기에 화재를 진압하거나 화재가 번지는 것을 예방할 수 있다.
열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)의 외부 보호막(310)은 규소계 갤=알콕시실란(alkoxysliane)의 가수분해(hydrolysis) 생성물, 젤라틴 또는 그 유도체, 요소수지, 레조르시놀 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지 및 폴리비닐아세탈, 폴리비닐 알코올, 폴리 아세트산 비닐, 에폭시 계열, 라텍스, 아크릴, 아키드, 글리프 탈수지, 알콕시실란의 겔 화합물, 그 가수분해 축합물, 폴리우레아, 폴리우레탄 또는 이들의 조합 중 선택된 어느 하나를 포함한다.
열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300) 내에 충진된 소화성 물질(320)은 HFC 계열의 물질인 트리플루오르메탄(HFC-23), 트리플루오르에탄(HFC-125), 헵타플루오르프로판(GFC-227ea) 또는 이들의 조합 중 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 HFC 계열 물질은 가스계 소화약제 중 하나이며, FC 계열 물질에 수소가 첨가된 대체 물질이다. 브롬(Br)과 염소(Cl)를 함유하지 않아 오존층 파괴 지수(ODP)가 0에 가까우며, 독성이 낮고, 물리적 소화 기능을 발휘하는 특징을 가지고 있다.
또한, 소화성 물질(320)은 외부 보호막(310)에 크랙 및 열 변형이 발생하게 되면, 외부로 방출되어 화재 소화용 인캡슐레이션 장치(도 1의 '100') 내의 공기 차단을 통해 화재를 소화시킬 수 있다.
소화성 물질(320)은 자기 소화성(Self-extinguishing Property) 물질일 수 있으며, 소화성 물질(320)은 화재 발생 시 화염에 접하면 화학적, 물리적 변화 에 의해 화염이 자연히 소화하는 성질을 가지고 있다. 구체적으로 화재가 발생하여 소화성 물질(320)이 화염에 접하는 경우 소화성 물질(320)이 열분해 되면서 이산화탄소(CO2), 물(H2O) 및 산화물이 발생하여 화염의 전파를 방해하거나 화염에 접하는 표면에 화재 전파 방지막을 형성하여 화염의 전파를 방해하여 화재를 소화시킬 수 있다.
소화성 물질(320)은 함불소 케톤: 드데카후르오로2-메틸 펜탄(methylpentane)-3-온, CF3CF2C(O)CF(CF3)2, (CF3)2CFC(O)CF(CF3)2, 퍼플루오로시클로헥사논, 브롬화 알칸(CnH2n+2-xBrx, n= 1~3의 정수, x=2 또는 3) : 디브로모 메탄, 1,1,2,2-tetrafluordibromethane, 1,1,2-triftortrichlorethane, 2-iodo-1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, 1,1,2,2-tetrafluorodibromoethane, 1,1,2-트리플루오로트리클로로에탄, 2-요요드-1,1,1,2,3,3,3-헵타플로로프로판, 1,1,2,2-테트라플루오로에탄, 1,1-difluoro-2,2,2-trichloroethane, 1,2-difluoro trichloroethane, 1,1-difluoro-1,2-dichloroethane, 1,2-difluoro-1,1-dichloroethane, 1,1-difluoro-1-chloroethane, 1-fluoro-1,1-dichloroethane , 1-fluoro-2-chloroethane, 펜타플루오로클로로에탄 , 1,1-difluorotetrachloroethane, 1,2-difluorotetrachloroethane 또는 이들의 조합 중 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 소화성 물질(320)은 인산암모늄 ((NH4)3PO4), 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산수소칼륨 요소의 반응생성물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 몇몇의 소화성 물질은 화재 발생 시에 하기와 같은 반응을 일으킬 수 있다.
(1) 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O (100℃ 이하)
(2) CaCO3 → CaO+ CO2 (700℃ 내지 800℃)
(3) 2KHCO3 → K2CO3 + CO2 + H2O (100℃ 내지 120℃)
(4) NH4H2PO4 → HPO3 + NH3 + H2O (150℃)
(5) 2H3PO4 → H4P2O7 + H2O (215℃)
(6) H4P2O7 → 2HPO4 + H2O (300℃)
(7) Mg(OH)2 → MgO + H2O (300℃)
소화성 물질(320)의 열분해 반응은 질식효과(smothering effect), 냉각효과(cooling effect) 및 기타 소화 효과를 제공하여 주변의 화재를 직접 소화시킨다. 이러한 소화성 물질(320)을 포함하는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(300)이 도포된 필름층을 적용하면 화재가 발생하더라도 주위로 전파되지 않고 자체 진화되는 효과를 얻을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)은 어느 한 부분에 특정 기준 이상 집중되지 않도록 특정 밀도로 상기 제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204)들 사이에 분포된다. 예컨대, 단위 면적(1cm2) 당 1 이상 100 이하 : 1의 비율로 분포될 수 있다. 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)은 서로 적절히 섞이도록 균일하게 분포하는 것이 바람직하다. 도 2와 같이 교번으로 분포될 수 도 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
여기서, 제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204)은 동일한 물질로 형성될 수 있고, 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 이때, 제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204) 내부에 상전이 마이크로 캡슐(200a)및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)를 충진하기 위한 방법은 다음과 같다.
먼저, 제1 필름층(202)을 형성한다. 그 다음, 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)을 분사하여 제1 필름층(202) 상부에 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)을 고착시킨다.
상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)은 어느 한 부분에 특정 기준 이상 집중되지 않도록 특정 밀도 분포되도록 한다. 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)은 서로 적절히 섞이도록 균일하게 분포하는 것이 바람직하며, 도 2와 같이 교번으로 분포될 수 도 있다. 이때, 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)은 순차적으로 분사될 수 도 있고, 동시에 분사될 수 도 있다. 순차적으로 분사되는 경우, 분사되는 순서는 한정하지 않는다.
이후, 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)이 고착된 제1 필름층(202) 상부에 제2 필름층(204)을 형성한다. 제2 필름층(204)은 제1 필름층(202)과 일체형으로 결합되어 결과적으로 제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204) 내에 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)이 충진된 형태가 되도록 한다. 이때, 제1 필름층(202)과 제2 필름층(204)이 완전히 밀착되도록 후 처리 과정을 더 진행할 수 도 있다.
본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204)을 순차적으로 형성한 후 제1 필름층(202)과 제2 필름층(204) 내에 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)을 주입하는 방법으로도 형성할 수 있다. 이때, 제1 필름층(202) 및 제2 필름층(204)을 순차적으로 형성하지 않고, 하나의 필름층만 형성한 후 상전이 마이크로 캡슐(200a) 및 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐(200b)을 주입하는 방법으로도 진행할 수 도 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 상전이 마이크로 캡슐 적용에 따라 평상시에는 축열 및 단열 성능이 향상되어 배터리 랙에 포함된 배터리의 열관리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 적용함에 따라 공기 차단, 불연, 난연, 열반사, 수분 차단등의 기능이 향상되어 배터리 랙에 포함된 배터리에 의한 화재가 발생했을 시 공기 차단을 통해 신속한 화재 소화가 가능하도록 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 화재 소화용 인캡슐레이션 장치 110, 200 : 필름층
110a, 200a : 상전이 마이크로 캡슐
110b, 200b, 300 : 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐
120 : 배터리 셀 202 : 제1 필름층
204 : 제2 필름층 310 : 외부 보호막
320 : 소화성 물질

Claims (6)

  1. 상전이 마이크로 캡슐;
    열 충격 파괴형 마이크로 캡슐; 및
    상기 상전이 마이크로 캡슐 및 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐을 내부에 포함하는 제1 및 제2 필름층들을 포함하는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상전이 마이크로 캡슐 및 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐은
    어느 한 부분에 특정 기준 이상 집중되지 않도록 특정 밀도로 상기 제1 및 제2 필름층들 사이에 분포되는 것을 특징으로 하는 인캡슐레이션 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상전이 마이크로 캡슐 및 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐은
    단위 면적당 (1cm2) 1 이상 100 이하 : 1의 비율인 것을 특징으로 하는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열 충격 파괴형 마이크로 캡슐은
    특정 온도 이상에서 크랙(Crack)이 발생하는 외부 보호막; 및
    내부에 충진되고, 상기 크랙의 발생에 따라 외부에 방출되는 소화성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상전이 마이크로 캡슐은
    1-도데카놀, 파라핀 오일, 포르말린산, 락트산, 메틸 팔미테이트, 페닐론,도카실 브로마이드, 카프릴론, 페놀, 헵타데카논, 1-시클로헥실옥타데칸, 4-헵타데카논, P-졸뤼딘(Joluidine), 시안 아미드, 메틸 에이코사네이트(eicosanate), 3-헵타데카논, 2-헵타데카논, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포산, O-크실렌 디 클로라이드, B-클로로산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 페닐 아세트산, 티오시나민, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜, 퀴논, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 스티벤 또는 이들의 유도체 중 선택된 어느 하나로 형성되며, 제1 온도 이상으로 외부 온도가 올라가면 일시적으로 해당 열을 흡수하고, 제2 온도 이하로 상기 외부 온도가 떨어지면 상기 일시적으로 흡수한 열을 방출하는 것을 특징으로 하는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화재 소화용 인캡슐레이션 장치는
    내부에 배터리를 포함하는 배터리 랙을 감싸는데 사용되는 것을 특징으로 하는 화재 소화용 인캡슐레이션 장치.
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