KR20200118280A - Ess 소화 시스템 - Google Patents

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Abstract

ESS 소화 시스템은, 생산된 전기를 저장한 후 필요시에 공급하는 ESS의 ESS 소화 시스템으로서, ESS 소화 시스템은, 배터리팩을 수납하는 배터리랙, 배터리랙에 설치되어 화재감지기가 화재 발생 신호를 발신할 경우 소화물질을 분사하는 소화장치, 및 배터리랙의 하부에 설치되어 배터리팩에서 유출되는 전해물질을 수용하며, 화재 발생 신호가 발신될 경우 물을 공급받아 물이 전해물질을 중화시키도록 하는 중화용 수조를 포함한다.

Description

ESS 소화 시스템 {FIRE SUPPRESSION SYSTEM FOR ESS}
본 발명은 ESS 소화 시스템으로서, 보다 구체적으로는 화재로 인해 불이 붙어 하강하는 배터리팩의 전해물질을 수용한 후 물로 중화시켜 화재를 진압하는 ESS 소화 시스템에 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 신재생에너지에 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 배터리랙에 에너지를 저장하는 배터리, 배터리를 관리하는 BMS, 전력을 변환하는 PCS 등을 수용하도록 하고, 이러한 배터리랙을 지하실 등의 일정 공간에 수용하여 운용토록 하고 있다.
이때, 외부 온도가 높은 여름철에는 ESS 시스템의 배터리 등에서 발생하는 많은 열에 의해 ESS 시스템의 온도가 과도하게 상승하게 되고, 이에 따라 화재 발생의 위험이 높으며 ESS 시스템의 오류를 발생시키게 된다.
그러나, 종래의 ESS 관련 발명은 배터리랙의 구조 자체에만 관심을 가질 뿐이며(한국공개특허 제10-2016-0094216호 참조), 빈번하게 발생하는 ESS 시스템의 소화에 대한 해결책을 제시하고 있지 않아, 화재가 발생할 경우 막대한 재산적 피해 및 대형 화재가 발생할 위험이 매우 높은 상황이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, ESS 시스템에 화재가 발생할 경우 이를 효과적을 진압할 수 있는 ESS 소화 시스템의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 화재로 인해 불이 붙어 하강하는 배터리팩의 전해물질을 수조에 수용한 후 물로 중화시켜 화재를 진압하는 ESS 소화 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템은, 생산된 전기를 저장한 후 필요시에 공급하는 ESS의 ESS 소화 시스템으로서, ESS 소화 시스템은, 배터리팩을 수납하는 배터리랙, 배터리랙에 설치되어 화재감지기가 화재 발생 신호를 발신할 경우 소화물질을 분사하는 소화장치, 및 배터리랙의 하부에 설치되어 배터리팩에서 유출되는 전해물질을 수용하며, 화재 발생 신호가 발신될 경우 물을 공급받아 물이 전해물질을 중화시키도록 하는 중화용 수조를 포함한다.
본 발명에 따르면, 화재로 인해 불이 붙어 하강하는 배터리팩의 전해물질을 수조에 수용한 후 물로 중화시켜 화재를 진압하는 ESS 소화 시스템을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 간략 사시도이다.
도 2 및 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 방화 커튼의 작동 과정을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 소화 프로세스를 나타낸 개념도이다.
도 5 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템에서 전해 물질의 중화 과정을 나타낸 도면이다.
도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템에서 방화 커튼이 하강하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 전해 물질 중화 시스템을 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 간략 사시도이다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 내지 6 을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템을 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 간략 사시도이다. 도 2 및 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 방화 커튼의 작동 과정을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 소화 프로세스를 나타낸 개념도이다. 도 5 은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템에서 전해 물질의 중화 과정을 나타낸 도면이다. 도 6 는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템에서 방화 커튼이 하강하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 6 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템은, 생산된 전기를 저장한 후 필요시에 공급하는 ESS(Energy Storage System)의 ESS 소화 시스템으로서, 배터리랙(rack)(30), 화재감지기(70), 소화장치(60), 중화용 수조(40) 및 방화 커튼(50)을 포함한다.
배터리랙(30)은 각종 발전장치에 의해 생산된 전력을 저장하고, 부하로 저장된 전력을 공급하는 배터리팩(10, 15, 20, 25)을 수납하는 하우징일 수 있으며, 수직 방향으로 복수개의 진열대를 포함하여, 진열대 상에 복수개의 배터리팩(10, 15, 20, 25)을 수납할 수 있다. 아울러, 특정 진열대 내에서 수평 방향으로도 복수개의 배터리팩(10, 15, 20, 25)을 진열할 수도 있다.
또한, 배터리랙(30)에는 후술할 다른 구성들이 설치될 수 있으며, 이러한 구성들을 조합하여 본 발명에 따른 ESS 소화 시스템을 형성할 수 있다.
화재감지기(70)는 배터리랙(30) 또는 배터리랙(30) 주변에 화재가 발생할 경우 이를 감지하여 소화장치(60), 물 공급 장비(80) 및 방화 커튼(50)이 작동할 수 있도록 한다.
이때, 화재감지기(70)의 화재 발생 신호는 직접적으로 소화장치(60), 물 공급 장비(80) 및 방화 커튼(50)에 전달되거나, 화재 수신기와 같은 별도의 제어장치를 통해 소화장치(60), 물 공급 장비(80) 및 방화 커튼(50)에 전달될 수 있다. 한편, 화재감지기(70)는 제어장치, 소화장치(60), 물 공급 장비(80) 및 방화 커튼(50)과 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
이러한 화재감지기(70)는 배터리랙(30)의 내부에 설치되거나 아니면 배터리랙(30)의 주변에 설치될 수 있다.
아울러, 화재감지기(70)로는 연기감지기가 사용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
소화장치(60)는 배터리랙(30)에 설치되어 화재감지기(70)가 화재 발생 신호를 발신할 경우 소화물질을 분사하는 장치이다.
소화장치(60)가 소화물질을 분사하는 과정을 보면, 화재감지기(70)가 화재를 감지하여 화재 발생 신호를 발신한 후, 화재 발생 신호를 직간접적으로 수신한 소화장치(60)는 배터리랙(30)을 향해 소화물질을 분사하여 화재를 진압할 수 있다.
한편, ESS용 배터리는 리튬이온 배터리일 수 있으며, 이 리튬이온 배터리는 축적된 에너지 밀도가 높아 잔진시간이 2~4시간으로 길기 때문에 일시적으로 방출되는 가스계 소화기는 화재 진압이 용이하지 못하다.
따라서, 이러한 점을 고려하여, 본 발명에 따른 소화장치(60)는 포소화기를 포함할 수 있으며, 포소화기를 사용함으로써 잔진시간이 긴 리튬이온 배터리 화재에 대한 화재 진압을 효과적으로 할 수 있다.
이러한 소화장치(60)는 배터리랙(30)의 내부에 분사 노즐이 위치할 수 있으며, 이 분사 노즐을 통해 소화물질이 분사됨으로써 화재를 진압할 수 있다.
중화용 수조(40)는 배터리랙(30)의 하부에 설치되어 배터리팩(10, 15, 20, 25)에서 유출되는 전해물질(100)을 수용하며, 화재 발생 신호가 발신될 경우 물(90)을 공급받아 물(90)이 전해물질(100)을 중화시키도록 하는 수조이다.
배터리팩(10, 15, 20, 25)에서 화재가 발생할 경우, 배터리의 불(110)이 붙은 전해물질(100)은 유동하면서 화재를 확산시킬 수 있다. 따라서, 전해물질(100)의 유동을 차단하고 전해물질(100)을 중화시킬 필요가 있다.
또한, 배터리 내에서 과열로 인해 전해물질(100)이 발화점을 초과한 상태가 될 경우, 전해물질(100) 또는 전해질은 기름과 같은 연료로서 작용되어 양극 활물질로부터 방출되는 산소와의 화학반응을 통해 열폭주 현상이 발생할 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 전해물질(100)을 수용할 중화용 수조(40)가 배터리랙(30)의 하부에 설치되어 하강하는 전해물질(100)을 수용할 수 있다. 또한, 물 공급 장비(80)는 소화장치(60)로부터 화재 발생 신호를 수신할 경우 물(90)을 중화용 수조(40)에 공급하여 전해물질(100)이 물(90)로 중화되도록 할 수 있다.
물 공급 장비(80)는 물공급원, 송수관 및 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있고, 송수관의 일단은 물공급원에 연결되고 타단은 중화용 수조(40)의 연결공(45)에 연결되고, 솔레노이드 밸브는 송수관의 중간에 설치될 수 있다.
화재감지기(70)로부터 화재 발생 신호를 직간접적으로 수신할 경우 솔레노이드 밸브는 송수관의 유로를 개방하여 물공급원에서 제공하는 물(90)이 송수관을 통해 중화용 수조(40)로 유동하도록 할 수 있으며, 중화용 수조(40)로 유동한 물(90)은 하강한 전해물질(100)을 중화시킬 수 있다(도 5 참조).
아울러, 중화용 수조(40)는 배터리랙(30)에서 끼웠다 빼었다 하는 서랍식일 수 있으며, 그로 인해 중화용 수조(40)에 수용된 전해물질(100)을 외부로 쉽게 제거할 수 있으며, 중화용 수조(40)의 교체가 편리하다.
한편, 중화용 수조(40)는 투명 재질로 만들어질 수 있으며, 그에 따라 중화용 수조(40)의 내부 상태를 육안으로 확인할 수 있다. 따라서, 중화용 수조(40)에 전해물질(100)이 충분히 수용되어 전해물질(100)을 제거해야 하는지 여부, 중화용 수조(40) 자체의 손상으로 중화용 수조(40)를 교체해야 하는지 여부 등을 용이하게 파악할 수 있다.
방화 커튼(50)은 배터리랙(30)에 설치되어 화재 발생 신호가 발신될 경우 하강하여 화재로 인한 화염, 반사열, 불(110), 고온의 열기 또는 연기가 전파되는 것을 차단하는 커튼이다.
특정 배터리랙(30)에서 화재가 발생할 경우 이러한 화재는 주변의 배터리랙(30)으로 전파될 수 있으며, 이를 방지하기 위해 특정 배터리랙(30)에서 발생한 화재가 해당 배터리랙(30) 내부에서만 진행되고 추후에 소화되도록 할 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명의 경우는 배터리랙(30)의 양 측면(35) 중 하나 이상의 측면(35)에 방화 커튼(50)을 설치하고, 설치된 방화 커튼(50)은 화재감지기(70)에서 발신한 화재 발생 신호를 수신할 경우 커튼을 하강시켜 화재 또는 연기가 주변으로 전파되지 못하도록 할 수 있다(도 6 참조).
이러한 차단을 통해 화재의 확산을 막아 큰 화재의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 방화 커튼(50)은 평소에는 회전축 등에 권취되어 있으면서 배터리랙(30)의 상부에 위치할 수 있으나, 화재가 발생할 경우에는 회전축이 회전함에 따라 권취되어 있던 방화 커튼(50)이 중력에 의해 하강하면서 배터리랙(30)을 폐쇄할 수 있게 된다.
도 2 및 3 을 통해, 좀 더 자세히 방화 커튼(50)의 구체적인 작동 실시예를 살펴보면, 우선 도 2 는 방화 커튼(50)이 하강하는 과정 및 관련 구성을 나타낸 도면이다.
방화 커튼(50)은 방화 스크린(120)이 권취되어 있는 권취축(140), 권취축(140)의 일단에 형성된 톱니 구조(150), 톱니 구조(150)의 톱니에 걸려 톱니 구조(150)의 회전을 방지하는 멈치(160), 멈치(160)를 수평 운동 시키는 솔레노이드 구조체(170)를 포함한다.
평소에 방화 스크린(120)은 권취축(140)에 감겨있어 배터리랙(30)을 개방하나, 화재가 발생할 경우 전류 공급원(180)은 전류를 솔레노이드 구조체(170)의 솔레노이드에 공급할 수 있고, 전류가 공급된 솔레노이드는 자기력을 생성하여 멈치(160)를 수평운동 시킬 수 있다.
따라서, 자기력에 의해 멈치(160)는 도면 상의 좌측으로 수평이동하여 톱니로부터 이탈할 수 있고, 그 결과 톱니 구조(150)는 회전하게 되고, 동시에 톱니 구조(150)와 일체를 이루는 권취축(140)도 회전할 수 있다.
이럴 경우, 권취축(140)에 감겨있던 방화 스크린(120)은 권취축(140)의 회전에 의해 풀리기 시작하면서 자신의 하부에 위치한 무게추를 포함한 무게부재(125)에 가해지는 중력에 의해 양측에 위치한 가이드바(210)를 따라 하강하면서 배터리랙(30)을 폐쇄하기 시작한다.
이후, 무게부재(125)에 설치된 자석(130)이 배터리랙(30)의 측면 하부에 위치한 자석에 달라붙으면서 방화 스크린(120)은 배터리랙(30)의 측면을 외부로부터 폐쇄시킬 수 있다.
반대로, 화재가 진압된 후에 방화 스크린(120)을 다시 권취축(140)에 감기위해, 되감기 툴(200)을 사용할 수 있으며, 이를 위해 커튼 하우징(190) 내부에 위치한 권취축(140)의 일단면에는 되감기 툴(200)에 끼워지는 끼움홈(195)이 형성될 수 있고, 되감기 툴(200)은 이 끼움홈(195)에 끼워진 후 작업자 또는 기계에 의해 회전될 수 있다.
이렇게 끼움홈(195)에 끼워진 상태에서 되감기 툴(200)이 회전함에 따라 권취축(140)은 회전하게 되고, 그 결과 방화 스크린(120)은 위로 이동하면서 권취축(140)에 감기게 될 수 있다.
한편, 전술한 방화 커튼(50)의 형태는 하나의 실시예이며, 배터리랙(30)의 측면은 개폐할 수 있다면 다른 방식의 방화 커튼이 적용될 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 소화 시스템을 설명하였으며, 이하 도 7 을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템을 설명한다. 도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 전해 물질 중화 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7 을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 경우, 전술한 ESS 소화 시스템과는 물 공급 장비 및 중화용 수조에서 차이를 보일 수 있다.
구체적으로, 배터리랙(30)의 하부에 있어서 중화용 수조(40)의 상부에는 배터리랙(30)의 내부 둘레를 따라 집수판(220)이 설치될 수 있다. 또한, 물 공급 장비의 물공급원은 배터리랙(30)의 내부 또는 배터리랙(30)의 외측에 설치된 물탱크(230)일 수 있다.
이러한 물탱크(230)는 송수관(250)의 일단에 연결될 수 있고, 송수관(250)의 타단은 중화용 수조(40)의 상부에 위치할 수 있으며, 전류 공급원으로부터 전류를 공급받아 송수관(250)을 개폐하는 솔레노이드 밸브(240)가 송수관(250)의 중간에 설치될 수 있다.
화재 발생 신호가 수신될 경우, 솔레노이드 밸브(240)는 송수관(250)을 개방하여 물탱크(230)에서 공급되는 물(90)이 중화용 수조(40)에 떨어지도록 하여 중화용 수조(40)에 물(90)이 제공될 수 있도록 하고, 그 결과 물(90)은 전해물질(100)을 중화시킬 수 있다.
한편, 배터리랙(30)의 내부에 설치된 물탱크(230)는 플라스틱 재질일 수 있으며, 화재의 불(110) 내지 열에 의해 플라스틱 재질의 물탱크(230)는 녹을 수 있고, 그 결과 솔레노이드 밸브(240)가 고장이 나더라도 물탱크(230)는 송수관(250)을 거치치 않고 바로 중화용 수조(40)에 물(90)을 공급할 수 있다.
이때, 화재에 의해 녹은 물탱크(230)로부터 나오는 물(90)은 집수판(220)을 통해 좀 더 효과적으로 중화용 수조(40)로 이동할 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템을 설명하였으며, 이하 도 8 을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템을 설명한다. 도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템의 간략 사시도이다.
도 8 을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ESS 소화 시스템은 단일의 배터리랙이 아닌 복수개의 배터리랙(250)으로 구성될 수 있으며, 이러한 복수개의 배터리랙(250)은 측면을 따라 일렬로 나열된 배치 형태를 보일 수 있다.
각 배터리랙(250)의 내부에는 화재감지기(70)가 설치될 수 있으며, 복수개의 화재감지기(70)는 서로 그리고 화재수신기(280)에 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
또한, 각 배터리랙(250)의 내부에는 소화장치의 분사 노즐(270)이 위치할 수 있으며, 각각의 분사 노즐(270)은 외부에 위치한 소화장치의 본체(290)와 연결관을 통해 연결될 수 있고, 이 연결관을 통해 소화장치가 제공하는 소화물질이 각각의 분사 노즐(270)로 이동할 수 있다.
아울러, 각각의 연결관에는 솔레노이드 밸브(260)가 설치될 수 있으며, 화재가 발생할 경우 솔레노이드 밸브(260)는 연결관을 개방하여 소화물질이 분사 노즐(270)을 통해 배터리랙(250)의 내부로 분사되도록 할 수 있다.
한편, 일부 배터리랙(250)에만 지엽적으로 화재가 발생할 수 있으며, 이러한 점을 고려하여, 수동 또는 제어장치에 의해 솔레노이드 밸브(260)는 선별적으로 작동하여 해당 연결관을 개방할 수 있으며, 그 결과 소화물질의 낭비를 막을 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 15, 20, 25: 배터리팩 30: 배터리랙
35: 배터리랙의 측면 40: 중화용 수조
45: 연결공 50: 방화 커튼
60: 소화장치 70: 화재감지기
80: 물 공급 장비 90: 물
100: 전해물질 110: 불

Claims (7)

  1. 생산된 전기를 저장한 후 필요시에 공급하는 ESS(Energy Storage System)의 ESS 소화 시스템으로서,
    상기 ESS 소화 시스템은,
    배터리팩을 수납하는 배터리랙;
    상기 배터리랙에 설치되어 화재감지기가 화재 발생 신호를 발신할 경우 소화물질을 분사하는 소화장치; 및
    상기 배터리랙의 하부에 설치되어 상기 배터리팩에서 유출되는 전해물질을 수용하며, 상기 화재 발생 신호가 발신될 경우 물을 공급받아 상기 물이 상기 전해물질을 중화시키도록 하는 중화용 수조를 포함하는 ESS 소화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리랙에 설치되어 상기 화재 발생 신호가 발신될 경우 하강하여 화재로 인한 화염, 반사열 또는 고온의 열기가 전파되는 것을 차단하는 방화 커튼을 더 포함하는 ESS 소화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소화장치는 포소화기를 포함하는 ESS 소화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리랙의 내부에 설치되어 상기 중화용 수조에 물을 공급하는 물탱크를 더 포함하고,
    상기 물탱크는 플라스틱 재질인 ESS 소화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중화용 수조는 상기 배터리랙에서 끼웠다 빼었다 하는 서랍식인 ESS 소화 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리랙은 복수개이며,
    복수개의 배터리랙은 측면을 따라 일렬로 나열되고,
    각 배터리랙의 내부에는 소화장치의 분사 노즐이 위치하며, 각각의 분사 노즐은 소화장치의 본체와 연결관을 통해 연결되고,
    화재가 발생할 경우, 상기 연결관을 통해 소화장치가 제공하는 소화물질이 각각의 분사 노즐로 이동하는 ESS 소화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연결관에는 솔레노이드 밸브가 설치되고,
    일부 배터리랙에만 지엽적으로 화재가 발생할 경우, 상기 솔레노이드 밸브는 선별적으로 작동하여 해당 연결관을 개방하는 ESS 소화 시스템.
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