KR20220083140A

KR20220083140A - 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220083140A
Application number: KR1020200173066A
Authority: KR
Inventors: 이용권; 오지행
Original assignee: 이용권; 오지행
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-06-20

Abstract

금속이나 금속이온 배터리에서 발생된 화재를 신속하게 그리고 완전히 진압할 수 있는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말 및 이의 제조 방법이 개시된다. 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말은, 제일인산암모늄이 75중량% 이상으로 이루어지고, 소화기 내에 수용된 제1 소화분말; 및 팽창질석, 팽창글라스 및 팽창진주암에서 선택된 1개 이상의 분말로 이루어지고, 상기 소화기 내에 수용된 제2 소화분말을 포함하되, 상기 제1 소화분말과 제2 소화분말의 혼합비는 상기 제1 소화분말 10~50중량%와 상기 제2 소화분말 50~90중량%의 비율로 함유되도록 하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 금속 및 금속이온 배터리의 화재가 발생되었을 때 본 발명의 소화분말이 방사되도록 하여 화재원을 덮어서 냉각효과와 질식효과를 나타내어 화재 확산 또는 폭발 현상을 방지할 수 있다. 또한 분사된 소화분말은 진공청소기 등을 통해 분말을 흡입하는 방식으로 화재후 청소 등의 후처리가 용이하다.

Description

금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말 및 이의 제조 방법{FIRE EXTINGUISHING POWDER FOR SUPPRESSION OF METAL AND METAL-ION BATTERIES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속이나 금속이온 배터리에서 발생된 화재를 신속하게 그리고 완전히 진압할 수 있는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속은 연소열이 크고, 가연물이 될 수 있으며, 산업용으로 여러 분야에서 사용되고 있으며, 여러 가지 화재 사례가 있다. 금속 화재의 종류와 위험성은 나트륨, 칼륨, 기타 금속류의 자연 발화와 마그네슘, 알루미늄 등 금속 분말의 분진 폭발의 두 가지가 있으며 일반 화재와는 다른 특성이 있다.

금속 화재의 경우 섭씨 2000℃ 이상의 고온이 발생하기 때문에 물을 뿌려 화재를 진압하면 물은 고온에서 수소와 산소로 분해되어 폭발성이 높은 수소가스가 발생되어, 오히려 화재의 확산을 돕게 되므로 위험하다. 따라서 금속 화재는 일반화재 A급, 유류화재 B급 및 전기화재 C급(ABC급)과는 별도로 "D"급 화재로 분류하고 이에 부합하는 소화약제로 화재를 진압해야 효과가 있다.

또한 리튬과 같은 알칼리 금속이온을 사용하는 배터리의 경우 금속 화재와 유사하게 연소에너지가 크고 열폭주의 특성을 가지고 있어 일반적인 분말소화기의 소화분말로 쉽게 진압되지 않는 문제 또한 가지고 있다.

0001)한국등록특허 제10-2094656호(2020. 03. 23.)(팽창 절연성 분말 소화약제의 조성물)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 금속이나 금속이온 배터리에서 화재가 발생하였을 시, 금속이나 금속이온 배터리의 화재진압에 적합한 성분으로 제조된 소화분말을 사용하여 금속이나 금속이온 배터리에서 발생된 화재를 신속하게 그리고 완전히 진압할 수 있는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말은, 제일인산암모늄이 75중량% 이상으로 이루어지고, 소화기 내에 수용된 제1 소화분말; 및 팽창질석, 팽창글라스 및 팽창진주암에서 선택된 1개 이상의 분말로 이루어지고, 상기 소화기 내에 수용된 제2 소화분말을 포함하되, 상기 제1 소화분말과 제2 소화분말의 혼합비는 상기 제1 소화분말 10~50중량%와 상기 제2 소화분말 50~90중량%의 비율로 함유되도록 하는 것을 특징으로 한다.

일실시예에서, 상기 제1 소화분말은 석분을 더 포함하고, 상기 석분은 15중량%로 구성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 소화분말은 백카본을 더 포함하고, 상기 백카본은 7중량%로 구성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 소화분말 및 상기 제2 소화분말은 서로 다른 비중을 가질 수 있다.

일실시예에서, 자중에 의해 낙하되거나 압력으로 분사되는 소화장치 내에 수용될 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 소화분말은 0.8 내지 1.0의 겉보기비중을 가질 수 있다.

일실시예에서, 상기 제2 소화분말은 0.05 내지 0.4의 겉보기비중을 가질 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말의 제조 방법은, 제일인산암모늄 분말 75~90중량%와 석분 5~20중량%를 60~90 ℃ 의 진공 회전 건조로 투입하여 3시간 동안 건조하는 단계; 백카본 분말과 실리콘오일 및 안료를 톨루엔 등 용제에 용해시키는 단계; 상기 용해된 결과물을 진공상태에서 추가로 투입하는 단계; 3~4시간 90~110℃로 유지하여 분말에 실리콘 코팅이 되도록 하여 제1 소화분말을 획득하는 단계; 겉보기 비중이 가벼운 제2 소화분말을 혼합기에 투입하는 단계; 상기 제1 소화분말과 상기 제2 소화분말의 혼합비가 중량비로 대략 3 : 7이 되도록 상기 제1 소화분말을 혼합기에 투입하는 단계; 및 30분간 교반하여 상기 제1 소화분말과 상기 제2 소화분말을 혼합한 후 충진 호퍼로 배출하는 단계를 포함한다.

이러한 금속 및 금속이온 배터리 화재진압 소화분말에 의하면, 금속 및 금속이온 배터리의 화재가 발생되었을 때 본 발명의 소화분말이 방사되도록 하여 화재원을 덮어서 냉각효과와 질식효과를 나타내어 화재 확산 또는 폭발 현상을 방지할 수 있다. 또한 분사된 소화분말은 진공청소기 등을 통해 분말을 흡입하는 방식으로 화재후 청소 등의 후처리가 용이하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a는 화재부위에 실시예 1을 소화기에서 분사하는 모습을 촬영한 사진이다.
도 2b는 실시예 1을 나트륨 금속화재에 적용한 결과를 촬영한 사진이다.
도 2c는 실시예 1을 리튬배터리 화재에 적용한 결과를 촬영한 사진이다.
도 3a는 실시예 2를 리튬배터리 화재에 적용한 결과를 촬영한 사진이다.
도 3b는 실시예 2를 적용한 후 약제 일부를 걷어내 결과를 촬영한 사진이다.
도 3c는 실시예 2를 적용한 후 약제를 걷어내고 화재 진압을 확인한 결과를 촬영한 사진이다.

이하, 첨부한 사진들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 1차적으로 제일인산암모늄(인산이수소암모늄, monoammonium phosphate)(NH4H2PO4) 분말 75~90중량%와 석분 5~20중량%를 60~90

의 진공 회전 건조로에 투입한다(단계 S110).

이어, 진공 회전 건조로에 투입된 제일인산암모늄 분말과 석분을 3시간 동안 건조한다(단계 S120).

이어, 2차 공정으로 백카본 분말과 실리콘오일 및 안료를 톨루엔 등 용제에 용해시킨다(단계 S130). 여기서, 백카본 분말은 2~7중량%이고, 실리콘오일은 0.5~1중량%이고, 안료는 미량이다.

이어, 단계 S130에서 용해된 결과물을 진공상태에서 추가로 제일인산암모늄 분말과 석분이 투입되어 3시간 건조시킨 상기 진공 회전 건조로에 투입한다(단계 S140).

이어, 상기 진공 회전 건조로를 3~4시간 동안 90~110

로 유지하여 분말에 실리콘 코팅이 되도록 하여 제1 소화분말을 획득한다(단계 S150). 상기한 실리콘 코팅은 수분에 취약한 분말에 방수 기능을 추가하고 마찰력을 줄여 분말의 유동성을 좋게 한다. 본 실시예에서, 상기 제1 소화분말은 0.8 내지 1.0의 겉보기비중(Bulk density)을 갖는다. 여기서, 상기 겉보기비중은 분체 재료나 플라스틱과 같은 가공이나 기포 등을 많이 포함한 물질의 무게를 그 겉보기 용적으로 나눈 수치이다.

이어, 혼합 공정으로서, 겉보기 비중이 가벼운 제2 소화분말을 혼합기에 투입한다(단계 S160). 상기 제2 소화분말은 팽창글라스, 팽창질석(expanded vermiculite) 및 팽창진주암(expanded perlite)을 포함할 수 있다. 상기 제2 소화분말은 0.05 내지 0.4의 겉보기비중을 갖는다.

상기 팽창글라스는 다음과 같은 공정을 통해 획득할 수 있다. 예를 들어, 물, 물유리(바인더) 및 발포제를 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 슬러리에 유리 파우더를 투입하여 균질화시킨다. 이어, 균질화된 슬러리에 과립 핵생성제(4~8 wt%)를 투입하여 수분 함량이 약 0.1%가 될 때까지 건조시킨 후 분급처리하고, 분급된 과립체를 약 800도에서 발포하여 상기 팽창글라스를 획득할 수 있다.

상기 팽창질석은 운모가 풍화 또는 변질되어 생성된 것으로 함유하고 있는 수분이 탈수되면 팽창하여 늘어나는 성질을 가지고 있다. 상기 팽창질석의 색깔은 금색, 은색, 갈색 등이 있으며 내화성(내화온도 섭씨 1400도)을 가지고 있다. 상기 팽창질석은 질석가루를 가열로에 투입하여 고온으로 가열시켜 소성 가공되어 형성될 수 있다.

상기 팽창진주암은 천연유리를 조각으로 분쇄한 것을 말한다. 상기 팽창진주암은 평상시에는 백색가루로 보인다. 상기 팽창진주암은 3~4%의 수분을 함유하고 있으며, 화재시에 섭씨 820도 내지 섭씨 1100도의 온도에 노출되면 체적이 약 15~20배 팽창하는 특성이 있다.

이어, 제1 소화분말과 제2 소화분말의 혼합비가 중량비로 대략 3 : 7이 되도록 단계 S150에서 획득한 제1 소화분말을 혼합기에 투입한다(단계 S170). 본 실시예에서, 상기 제2 소화분말을 상기 혼합기에 투입하는 단계 S160을 수행한 후 상기 제2 소화분말을 투입하는 단계 S170을 수행하는 것을 예시적으로 도시하였으나, 상기 제2 소화분말을 투입하는 단계 S170을 수행한 후 상기 제2 소화분말을 상기 혼합기에 투입하는 단계 S160을 수행할 수도 있고 동시에 수행할 수도 있다.

이어, 30분간 교반하여 상기 제1 소화분말과 상기 제2 소화분말을 혼합한 후 충진 호퍼로 배출한다(단계 S180).

이하 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시적으로 제공하는 것이며, 실질적인 실험에 의한 자료이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되어서는 안 된다.

<비교예 1>

제일인산암모늄 75중량%, 석분 20중량%, 백카본 5중량%로 이루어지고, 비중이 0.9인 3종 소화분말을 수동 소화기에 충진하여 소화시험을 하였다.

<비교예 2>

입도가 0.1mm 이하이고, 겉보기 비중이 0.1인 팽창진주암을 호퍼에 투입하여 리튬이온 배터리화재의 소화시험을 하였다.

<비교예 3>

입도가 2~4mm이고, 겉보기 비중이 0.2인 팽창글라스 분말을 섬유패드에 충진하여 리튬이온 배터리화재의 소화시험을 하였다.

비교예 1의 경우, 제1 소화분말과 유사한 소화 약제를 사용하는 기존의 ABC 소화기는 고온이 발생하고, 반응성이 강한 금속 화재를 진압하지 못했으며, 오히려 화재가 확산되었다. 리튬배터리 화재의 경우도 열폭주를 제압하지 못하고 바로 화재가 재연되었다.

비교예 2와 비교예 3의 경우, 질식에 의해 금속 및 리튬배터리 화재는 진압되었다. 하지만, 재연이 되지 않는 시간이 너무 오랜 시간이 소요되어 비효율적이었으며, 조급하게 소화분말을 걷어 내면 화재가 재연되었다.

<실시예 1>

제1 소화분말 중량 30%와 제2 소화분말 중량 70%를 수동 소화기에 충진하여 리튬이온 배터리 화재에 소화시험을 실시하였다. 여기서, 상기 제1 소화분말은 제일인산암모늄 80중량%, 석분 15중량%, 백카본 5중량% 등으로 구성되고, 겉보기 비중은 0.8이다. 또한 상기 제2 소화분말은 입도가 0.1~0.3mm이고, 겉보기 비중이 0.4인 팽창글라스를 포함한다.

도 2a는 화재부위에 실시예 1을 소화기에서 분사하는 모습을 촬영한 사진이다. 도 2b는 실시예 1을 나트륨 금속화재에 적용한 결과를 촬영한 사진이다. 도 2c는 실시예 1을 리튬배터리 화재에 적용한 결과를 촬영한 사진이다.

<실시예 2>

제1 소화분말 중량 25%와 제2 소화분말 중량 75%를 PVC 패드에 충진하여 리튬이온 배터리 화재에 시험을 실시하였다. 여기서, 상기 제1 소화분말은 제일인산암모늄 75중량%, 석분 15중량%, 백카본 7중량% 등으로 구성되고, 겉보기 비중은 0.8이다. 또한 상기 제2 소화분말은 입도가 2mm~4mm이고, 겉보기 비중이 0.2인 팽창글라스를 포함한다.

도 3a는 실시예 2를 리튬배터리 화재에 적용한 결과를 촬영한 사진이다. 도 3b는 실시예 2를 적용한 후 약제 일부를 걷어내 결과를 촬영한 사진이다. 도 3c는 실시예 2를 적용한 후 약제를 걷어내고 화재 진압을 확인한 결과를 촬영한 사진이다.

실시예 1과 실시예 2의 경우, 방사된 소화분말이 화원을 완전히 덮은 후, 제1 소화분말은 주원료인 제일인산암모늄이 열분해되어 메타인산(HPO₃₎이 생성되며, 이는 유리 피막을 형성하여 불연재인 제2 소화분말과 함께 질식효과를 배가시켜 소화 효능을 향상시킨다. 이와 같은 반응식은 아래와 같다.

[반응식]

상기한 비교예들과 실시예들을 소화시험 결과를 표로서 정리하면 아래와 같다.

[표 1]

본 발명자는 이러한 시험을 수차례 실시하여 얻은 결과로서 제1 소화분말과 제2 소화분말을 적절히 혼합하여 사용하는 것이 금속 화재나 금속이온 배터리 화재의 진압에 효과적임을 확인하였다.

제1 소화분말과 제2 소화분말의 바람직한 혼합 비율은 중량비 10%~50% : 50%~90% 이며, 가장 바람직하게는 30%:70% 이지만 화재 종류에 따라 선택적으로 적용할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속 및 금속이온 배터리의 화재가 발생되었을 때 본 발명의 소화분말이 방사되도록 하여 화재원을 덮어서 냉각효과와 질식효과를 나타내어 화재 확산 또는 폭발 현상을 방지할 수 있다. 또한 분사된 소화분말은 진공청소기 등을 통해 분말을 흡입하는 방식으로 화재후 청소 등의 후처리가 용이하다.

이상에서는 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.

Claims

제일인산암모늄이 75중량% 이상으로 이루어지고, 소화기 내에 수용된 제1 소화분말; 및
팽창질석, 팽창글라스 및 팽창진주암에서 선택된 1개 이상의 분말로 이루어지고, 상기 소화기 내에 수용된 제2 소화분말을 포함하되,
상기 제1 소화분말과 제2 소화분말의 혼합비는 상기 제1 소화분말 10~50중량%와 상기 제2 소화분말 50~90중량%의 비율로 함유되도록 하는 것을 특징으로 하는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말.
제1항에 있어서, 상기 제1 소화분말은 석분을 더 포함하고, 상기 석분은 15중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말.
제1항에 있어서, 상기 제1 소화분말은 백카본을 더 포함하고, 상기 백카본은 7중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말.
제1항에 있어서, 상기 제1 소화분말 및 상기 제2 소화분말은 서로 다른 비중을 갖는 것을 특징으로 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말.
제1항에 있어서, 자중에 의해 낙하되거나 압력으로 분사되는 소화장치 내에 수용된 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말.
제1항에 있어서, 상기 제1 소화분말은 0.8 내지 1.0의 겉보기비중을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말.
제1항에 있어서, 상기 제2 소화분말은 0.05 내지 0.4의 겉보기비중을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말.
제일인산암모늄 분말 75~90중량%와 석분 5~20중량%를 60~90 ℃ 의 진공 회전 건조로 투입하여 3시간 동안 건조하는 단계;
백카본 분말과 실리콘오일 및 안료를 톨루엔 등 용제에 용해시키는 단계;
상기 용해된 결과물을 진공상태에서 추가로 투입하는 단계;
3~4시간 90~110℃로 유지하여 분말에 실리콘 코팅이 되도록 하여 제1 소화분말을 획득하는 단계;
겉보기 비중이 가벼운 제2 소화분말을 혼합기에 투입하는 단계;
상기 제1 소화분말과 상기 제2 소화분말의 혼합비가 중량비로 대략 3 : 7이 되도록 상기 제1 소화분말을 혼합기에 투입하는 단계; 및
30분간 교반하여 상기 제1 소화분말과 상기 제2 소화분말을 혼합한 후 충진 호퍼로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 및 금속이온 배터리 화재진압용 소화분말의 제조 방법.