KR20220152918A - 에너지 저장 시스템의 소화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 복수의 배터리 모듈을 수납하는 복수의 배터리 랙이 구비된 에너지 저장 장치의 소화 시스템에 있어서, 배터리 모듈의 온도, 전압, 연기 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 감지한 값 중 적어도 하나가 미리 설정된 임계값 보다 높으면 상기 배터리 모듈에 소화 약제를 분사하는 소화부를 포함하고, 상기 소화부는 상기 배터리 랙에 대해 소화 약제를 공급하는 경로에 구비되어, 상기 소화 약제의 공급 압력을 변경하는 파이프 피팅 부재를 더 포함하는, 에너지 저장 장치의 소화 시스템에 관한 것이다.

Description

에너지 저장 시스템의 소화 시스템{Fire extinguishing Systyem of Energy Storage System}
본 발명은 화재 발생시 효과적으로 소화를 수행할 수 있는 에너지 저장 장치의 소화 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(Energy Storage System)은 잉여 전기를 저장하거나, 신재생 에너지를 활용해 생산된 전기를 저장할 수 있는 시스템이다. 에너지 저장 시스템을 활용하여 전기 수요가 적은 시간 대에 유휴 전력을 저장했다가 전기 수요가 많은 시간 대에 전기를 공급하여 전력 수급을 원활하게 제어할 수 있다.
에너지 저장 시스템이 설치되어 운용되는 공간 또는 시설에는 감전, 단락, 외부 서지 등으로 인한 화재 발생에 따른 배터리 화재를 억제하기 위한 설비를 의무적으로 구비해야 한다. 일반적인 소화 시스템은 화재 감지 센서, 배터리 랙 주변이나 천장 등에 설치되는 스프링 쿨러나 소화약제 분사기 등으로 구성된다.
이러한 소화 시스템은 배터리 화재 시 배터리에 근접하여 또는 배터리가 설치된 전체 영역에 물이나 소화약제를 분사하는 간접 분사 방식이다. 그러나 배터리의 에너지 밀도가 지속적으로 증가함에 따라 배터리 셀의 벤트에서 화염량과 분출 압력이 상승하고 있어 일반적인 화재 억제 설비로는 화재의 조기 진압이나 억제가 어려운 실정이다. 따라서 에너지 저장 시스템에 대해서 다수의 배터리 화재를 효과적으로 억제하고, 고압 화재 발생 시 조기 진압이 가능한 소화 시스템에 대한 요구가 점차 증가되고 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 목적은 효과적으로 화재를 억제 및 소화할 수 있는 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템은 복수의 배터리 모듈을 수납하는 복수의 배터리 랙이 구비된 에너지 저장 장치의 소화 시스템에 있어서, 배터리 모듈의 온도, 전압, 연기 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부; 및 상기 센싱부에서 감지한 값 중 적어도 하나가 미리 설정된 임계값 보다 높으면 상기 배터리 모듈에 소화 약제를 분사하는 소화부를 포함하고, 상기 소화부는 상기 배터리 랙에 대해 소화 약제를 공급하는 경로에 구비되어, 상기 소화 약제의 공급 압력을 변경하는 파이프 피팅 부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 파이프 피팅 부재는 상기 소화 약제가 통과하는 경로의 내경이 감소하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 파이프 피팅 부재는 상기 배터리 랙에 소화 약제를 공급하는 경로 중 일부에 상기 소화부에 연결된 오리피스의 내경에 비해 더 작은 내경을 갖는 오리피스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파이프 피팅 부재는 상기 소화부의 약제 용기에 결합되는 제 1 오리피스와, 상기 제 1 오리피스로부터 점차적으로 감소하는 내경을 갖는 제 2 오리피스를 구비하는 스웨이지 니플을 포함할 수 있다.
또한, 단면을 기준으로 상기 제 2 오리피스가 갖는 각도는 30° 내지 120°일 수 있다.
또한, 상기 제 2 오리피스의 단부에 상기 제 2 오리피스의 최종 내경과 동일한 크기의 내경을 갖는 제 3 오리피스가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 파이프 피팅 부재는 상기 스웨이지 니플의 단부에 체결되고, 내부에 오리피스를 구비하여 상기 소화 약제의 분사 경로를 형성하는 어댑터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 어댑터의 내부에 상기 어댑터의 오리피스보다 더 작은 내경을 갖는 링 부재가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 파이프 피팅 부재의 내경 중에서, 가장 작은 내경은 1.5[mm] 내지 2.5[mm]로 형성될 수 있다.
또한, 상기 파이프 피팅 부재를 통과한 소화 약제의 압력은 2[bar] 내지 5[bar]만큼 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소화 시스템을 구성함으로써 에너지 저장 시스템의 내부 및 외부 요인으로 인한 지락, 단락, 쇼트 등으로 인해 발생할 수 있는 화재를 조기 억제 및 진압하고 확산을 최소화할 수 있다. 이에 고가의 에너지 저장장치를 보호하고 고객 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 소화 시스템에서 소화 약제의 분사 압력을 줄여 분사 시간을 늘릴 수 있다.
도 1 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템에 적용되는 소화 시스템을 예시적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1에 따른 주요 부위를 간략하게 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 랙을 도시한 부분 사시도이다.
도 5는 도 4의 배터리 랙에서 소화 약제의 이동 방향을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 4에 따른 배터리 모듈 및 분사 파이프를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 따른 배터리 모듈 및 분사 파이프의 결합 부위를 확대한 사시도이다.
도 8은 도 7의 B-B 선에 따른 부분 단면도이다.
도 9는 도 4에 따른 분사 파이프의 저면을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 따른 C 영역의 확대 사시도이다.
도 11은 도 10에 따른 분사 파이프의 저면을 도시한 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분사 파이프의 저면 일부를 도시한 확대 사시도이다.
도 13은 도 12에 따른 분사 파이프의 저면 일부를 도시한 평면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 진압 과정을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 17a 및 도 17b는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 일 예시이다.
도 18a 내지 도 18c는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 다른 예시이다.
도 19a 내지 도 19c는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 또 다른 예시이다.
도 20a 내지 도 20b는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 또 다른 예시이다.
도 21a 및 도 21b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에서 소화 약제의 분사 시간의 변화를 비교 도시한 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 발명에 따른 컨트롤러 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 컨트롤러 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 컨트롤러의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 컨트롤러와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 컨트롤러의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.
일례로, 본 발명에 따른 컨트롤러는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 따른 에너지 저장 장치의 소화 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 본 발명의 일 실시예에 따른 소화 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다. 도 2는 본 발명에 따른 소화 시스템을 예시적으로 도시한 모식도이다. 도 3은 도 1에 따른 주요 부위를 간략하게 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 랙을 도시한 부분 사시도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치(Energy Storage System, 에너지 저장 시스템 또는 에너지 저장 장치)의 소화 시스템은 크게 에너지 저장 장치(1)로 소화 약제를 공급하기 위한 공급부(100), 에너지 저장 장치(1)로 소화 약제를 이송 및 분사하기 위한 소화부(300), 화재 감시를 위한 센싱부(500)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공급부(100)는 소화 약제를 저장하는 약제 용기(110), 약제 용기(110)의 누설 감지를 위한 누설 제2 센서(120), 소화 약제의 공급 및 공급 중단을 위한 메인 밸브(130), 소화 약제의 공급 압력 및 시간 조절을 위한 조절기(140), 제어 주체로서의 컨트롤러(150)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 소화부(300)는 소화 약제가 이송되는 메인 파이프(310), 메인 파이프(310)로부터 분기되는 분기 파이프(320), 배터리 모듈(30)에 연결되어 소화 약제가 분사되는 분사 파이프(330)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 센싱부(500)는 배터리 모듈(30) 내의 화재를 감지하는 제1 센서(510)와, 배터리 모듈(30) 외부에서 화재 시의 연기 발생을 감지하는 제2 센서(520)를 포함할 수 있다.
소화 시스템을 상세히 설명하기에 앞서, 에너지 저장 장치(1)에 대해 간단히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 에너지 저장 장치(1)는 다수의 배터리 랙(10) 상에 거치되는 다수의 배터리 모듈(30)과, 각각의 배터리 모듈(30)의 케이스(31) 내에 수납되는 다수의 배터리 셀(33)을 포함할 수 있다. 각각의 배터리 셀(33)은 충전 및 방전이 가능한 이차전지로 구성될 수 있다.
배터리 랙(10)은 파이프들이 설치될 수 있는 메인 프레임(11)과, 배터리 모듈(30)을 지지하는 서브 프레임(13)을 포함할 수 있다. 메인 프레임(11)은 대략 육면체 형상일 수 있고, 판면에 해당하는 부분은 막혀 있을 수도 있고 열려 있을 수도 있다. 서브 프레임(13)은 배터리 랙(10)의 길이 방향(도 4 기준 상하 방향)에 수직한 방향으로 배치되어 배터리 모듈(30)을 지지할 수 있다. 서브 프레임(13) 상에 후술할 분사 파이프(330)가 안착되는 안착홈(13a)이 형성될 수 있다. 안착홈(13a)은 배터리 모듈(30)의 삽입 방향을 따라 형성될 수 있다. 또한, 안착홈(13a)의 크기는 후술할 분사 파이프(330)의 길이 및 직경에 대응하거나 그보다 크게 형성될 수 있다. 배터리 랙(10) 상에는 연기를 감지하기 위한 제2 센서(520)가 설치될 수 있다(이에 대해서는 후술하기로 함).
배터리 모듈(30)은 대략 육면체 형상의 케이스(31) 내부에 다수의 배터리 셀(33)이 수납된다. 각각의 배터리 셀(33)은 서로 일정 간격으로 배치되고 복수의 열로 배치될 수 있다. 각각의 배터리 모듈(30)에는 BMS가 탑재되며, 배터리 셀(33)에 화재 발생 시 후술할 컨트롤러(150)로 화재 신호를 전송할 수 있다. 배터리 모듈(30) 내에는 복수의 제1 센서(510)가, 외부에는 배터리 랙(10) 상에 제2 센서(530)가 설치될 수 있다(이에 대해서는 후술하기로 함). 제1 센서(510)는 배터리 모듈(30) 내부의 분위기(ambient) 온도 감지를 위한 센서일 수 있다. 또는, 제1 센서(510)는 전압 감지 센서일 수 있다. 예시적으로, 제1 센서(510)는 도 3에서와 같이 배터리 셀(33)의 각 열마다 하나씩 배치될 수 있다. 이때 2개의 제1 센서(510)는 서로 마주보는 위치에 설치될 수 있다. 제1 센서(510)의 개수와 설치 위치는 예시적인 것이다.
제1 센서(510)에서 측정한 측정값이 미리 설정된 임계값 보다 높으면 컨트롤러(150)에서 소화 약제 공급을 결정할 수 있다. 예시적으로, 제1 센서(510)에서 측정한 배터리 모듈(30) 내부의 온도가 임계값 이상 또는 전압이 임계값 이상이면 BMS에서 컨트롤러(150)로 이상 신호를 보낼 수 있다.
예시적으로 BMS에서는 임계 온도가 감지되면 이상 상태로 판단하고, 이후 임계 온도에서 1도 이상 온도 감지 시 배터리에 이상 징후가 발생했다고 판단할 수 있다. 또는 1초에 5도 이상 상승이 연속 2회 감지 시 BMS에서는 배터리에 이상 징후가 발생했다고 판단할 수 있다. 전압의 경우에도 임계 전압 이상의 전압이 2회 연속으로 감지되면 BMS에서는 배터리에 이상 징후가 발생했다고 판단하여 전압을 drop 할 수 있다.
이러한 배터리 랙(10) 및 배터리 모듈(30) 상에 소화부(300)가 설치될 수 있다. 센싱부(500)를 통해 화재가 감지되면 공급부(100)를 통해 소화 약제가 공급되고, 소화부(300)를 통해 배터리 랙(10) 및 배터리 모듈(30)로 소화 약제가 이송될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(30)에서 발생하는 화재를 초기에 빠르게 진압할 수 있다. 특히 본 발명의 소화 시스템을 적용하면, 배터리 모듈(30) 내 각 배터리 셀(33) 중 화재가 발생한 배터리 셀(33) 및 주변 인접 배터리 셀(33)에 소화 약제의 공급이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 소화 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다(도 5 내지 도 8에 도시되지 않은 구성은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명함).
도 5는 도 4의 배터리 랙에서 소화 약제의 이동 방향을 도시한 사시도이다. 도 6은 도 4에 따른 배터리 모듈 및 분사 파이프를 도시한 사시도이다. 도 7은 도 6에 따른 배터리 모듈 및 분사 파이프의 결합 부위를 확대한 사시도이다. 도 8은 도 7의 B-B 선에 따른 부분 단면도이다. 도 9는 도 4에 따른 분사 파이프의 저면을 도시한 사시도이다. 도 10은 도 9에 따른 C 영역의 확대 사시도이다. 도 11은 도 10에 따른 분사 파이프의 저면을 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 소화 시스템의 공급부(100), 소화부(300), 센싱부(500) 구성들은 서로 유기적으로 연결될 수 있다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 공급부(100)에 대해 상세히 설명한다.
약제 용기(110)는 소화 약제를 저장하는 일종의 저장 용기이다. 약제 용기(110)는 패키지 방식 또는 벽부 고정 방식 등으로 설치 장소에 고정될 수 있다. 예시적으로, 약제 용기(110)는 고압의 소화 약제를 저장하는 압력 용기일 수 있다. 소화 약제로는 HFC-23/HFC-125/HFC227ea 등의 가스계 소화 약제, CF3CF2C(O)CF(CF3)2, 물 등 범용적으로 사용되는 소화 약제가 모두 적용될 수 있다. 소화 약제는 축압식 또는 가압식 등의 방식으로 약제 용기(110)에 저장될 수 있다. 이에 따라, 약제 용기(110)의 내부 압력은 소화 시스템의 적용 국가나 소화 약제의 종류에 따라 달라질 수 있다(예: 국내 소방 실린더 충진 압력 범위 25~42bar, 해외 25~34.5bar, 가스계(HFC-23/HFC-125/HFC227ea) 50bar 이상) 고압의 약제 용기(110)로부터 소화 약제가 토출될 때 조절기(140)에 의해 압력 및 유량, 분사 시간이 조절될 수 있다. 컨트롤러(150)에 의해 소화 약제의 분사가 결정되면 메인 밸브(130)가 개방되어 소화 약제가 분사된다.
누설 감지기(120)는 약제 용기(110)와 일체로 형성되거나 약제 용기(110)에 결합될 수 있다. 누설 감지기(120)는 소화 약제의 분사 전 누설을 감지할 수 있다. 예를 들어, 누설 감지기(120)는 약제 용기(110)에 결합되어 무게 감소를 감지하는 로드 셀일 수 있다.
메인 밸브(130)는 약제 용기(110)의 토출 부위를 개폐하는 기능을 한다. 메인 밸브(130)는 컨트롤러(150)에 의해 약제 용기(110)의 토출 부위를 개폐할 수 있다. 메인 밸브(130)가 개방되면 약제 용기(110)로부터 소화 약제가 토출되어 토출 배관을 따라 조절기(140)로 이동된다.
조절기(140)는 소화 약제의 분사 압력을 최종 분사 압력으로 조절하는 기능을 한다. 예시적으로, 조절기(140)는 레귤레이터로 구비될 수 있다. 소화 약제의 최종 분사 압력은 미리 설정될 수 있고, 설정된 최종 분사 압력을 구현할 수 있는 레귤레이터 등이 구비될 수 있다. 예를 들어, 최종 분사 압력은 2~5bar로 설정될 수 있다. 이때, 토출 배관은 SUS 튜브나 플렉서블 소재의 호스일 수 있고, 후술할 메인 파이프(310)에 연결될 수 있다.
전술한 메인 밸브(130) 및 조절기(140)의 제어 주체는 컨트롤러(150)이다. 예시적으로, 컨트롤러(150)는 프로세서와 실행 메모리, 통신장치, 디스플레이 등을 구비한 일종의 제어반(control board)일 수 있다. 컨트롤러(150)는 전술한 제1 센서(510) 및 제2 센서(520)와 통신하고, 메인 밸브(130) 및 조절기(140)를 제어할 수 있다. 컨트롤러(150)는 화재 발생 시 센싱부(500)를 통해 화재를 감지하고, 메인 밸브(130)를 개방할 수 있다. 컨트롤러(150)는 조절기(140)를 제어해 미리 설정된 최종 분사 압력으로 소화 약제를 토출시켜 소화부(300)로 이동시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 소화부(300)는 약제 용기(110)와 연결되어 소화 약제가 이송되는 메인 파이프(310)와, 메인 파이프(310)로부터 분기되는 분기 파이프(320)와, 분기 파이프(320)에 연결되고 각각의 배터리 랙(10) 상에 배치되는 랙 파이프(325)와, 각 배터리 모듈(30)에 인접하여 배치되는 분사 파이프(330)와, 파이프들을 연결하는 연결 파이프(340)를 포함할 수 있다. 이들은 모두 내부가 비어 있는 관(pipe) 형상일 수 있다(일부 도면에서 메인 파이프, 분기 파이프 및 랙 파이프, 분사 파이프는 표현의 편의를 위해 원통형 또는 직육면체 형상으로 다르게 표현됨). 메인 파이프(310) 및 분기 파이프(320)들은 복수의 관들이 모여 하나의 기능을 수행하도록 구성된 것이다.
좀더 상세하게, 메인 파이프(310)는 복수의 파이프가 연결되어 에너지 저장 장치(1)로 연장될 수 있다. 분기 파이프(320)는 메인 파이프(310)와 연결된 연결 파이프(340)와 결합되고, 각각의 배터리 랙(10)에 인접하게 설치되거나 배터리 랙(10) 상에 설치될 수 있다. 각각의 배터리 랙(10) 상에는 분기 파이프(325)와 연결된 랙 파이프(325)가 설치될 수 있다. 랙 파이프(325)와 복수의 분사 파이프(330)가 연결되고, 분사 파이프(330)들은 배터리 모듈(30)과 평행하게 설치될 수 있다. 복수의 메인 파이프(310) 간의 연결 부위, 메인 파이프(310)와 분기 파이프(320) 간의 연결 부위, 분기 파이프(320)와 랙 파이프(325) 간의 연결 부위에는 2 방향, 3 방향, 4 방향 등으로 분기될 수 있는 연결 파이프(340)가 결합될 수 있다. 화재 시 약제 용기(110)로부터 공급된 소화 약제는 메인 파이프(310)을 통해 에너지 저장 장치(1) 쪽으로 이송되고, 분기 파이프(320)과 분사 파이프(330)을 통해 각각의 배터리 모듈(30)로 공급될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 하나의 배터리 랙(10)을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
배터리 모듈(30)이 삽입되는 방향을 배터리 랙(10)의 전방으로 정의하면, 메인 파이프(310)는 배터리 랙(10)의 전방 상부에 결합될 수 있다. 메인 파이프(310)에 하나의 분기 파이프(320)가 연결되고 배터리 랙(10)의 상부에 배치될 수 있다. 분기 파이프(320)는 배터리 모듈(30)의 삽입 방향을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 분기 파이프(320)는 배터리 랙(10)의 상부 중앙에 배치될 수 있다. 분기 파이프(320)의 후방에 랙 파이프(325)가 연결될 수 있다. 랙 파이프(325)는 배터리 랙(10)의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 랙 파이프(325)는 배터리 랙(10)의 후방 중앙에 배치될 수 있다. 랙 파이프(325)에 분사 파이프(330)가 연결되고, 분사 파이프(330)는 각각의 배터리 모듈(30)에 인접하도록 배치될 수 있다. 분사 파이프(330)들은 랙 파이프(325)에 연결될 수도 있고, 복수의 보조 파이프(327)들에 의해 랙 파이프(325)에 연결될 수도 있다. 분사 파이프(330)는 배터리 랙()의 서브 프레임(13) 상에 결합될 수 있다. 서브 프레임(13) 상에 결합된 분사 파이프(330)로부터 하부 방향으로 소화 약제가 분사될 수 있다. 분사 파이프(330)는 배터리 모듈(30)에 수납된 배터리 셀(33)의 열 개수에 대응될 수 있다. 예를 들어, 하나의 배터리 모듈(30)에 배터리 셀(33)이 두 개의 열로 배치된다면, 분사 파이프(330)는 2개가 연결될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 화재 시 소화 약제의 이동 방향은 화살표 방향에 대응할 수 있다. 먼저, 메인 파이프(310)의 길이 방향을 따라 배터리 랙(10)의 전방으로 이동(①)된 소화 약제가 분기 파이프(320)를 따라 배터리 랙(10)의 전방 상부에서 후방으로 이동(②)될 수 있다. 그 후 랙 파이프(325)를 따라 배터리 랙(10)의 후방 상부에서 하부로 이동(③)하면서 각각의 분사 파이프(330)를 따라 배터리 랙(10)의 전방 쪽으로 이동(④)되면서 화재가 발생한 배터리 셀(33)로 공급될 수 있다. 도 5에 도시한 소화 약제의 이동 방향은 파이프들의 설치 예시에 따른 것이며, 파이프들의 배치가 달라지면 그에 따라 소화 약제의 이동 방향 역시 달라질 수 있다. 분사 파이프(330) 상에는 복수의 분사홀(332)이 관통 형성되고, 분사홀(332)은 각 배터리 셀(33)의 위치에 대응할 수 있다(이에 대해서는 후술하기로 함). 분사 파이프(330)을 통해 이동한 소화 약제는 배터리 모듈(30)의 케이스(31) 상에 형성된 관통부(31a)를 통과해 배터리 셀(33)의 상부로 직접 분사될 수 있다.
이하에서는 소화 약제가 배터리 셀(33)의 상부로 직접 분사되는 구조에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 랙(10)의 서브 프레임(13) 상에는 배터리 모듈(30)의 삽입 방향을 따라 안착홈(13a)이 형성된다. 또한, 안착홈(13a)은 배터리 셀(33)이 배치된 열을 따라 형성되며, 안착홈(35a)의 길이 방향은 분사 파이프(330)의 길이 방향에 대응한다. 한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 안착홈(13a) 상에는 소화 약제가 분사될 때 소화 약제가 통과할 수 있도록 홀이 관통 형성될 수 있다. 이 홀은 소화 약제의 분사 방향에 대응하여 안착홈(13a)의 바닥쪽(배터리 모듈의 상면 쪽)에 형성될 수 있다. 또한, 안착홈(13a)에 형성된 홀의 위치 및 배터리 셀(33)의 벤트 홀 위치에 대응하여 배터리 모듈(30)의 케이스(31)에는 복수의 관통부(31a)가 형성될 수 있다.
관통부(31a)는 케이스(31)의 상면에 관통 형성된다. 관통부(31a)는 원형, 타원형, 장공 형태, 폭이 좁고 긴 슬릿 형태 등으로 형성될 수 있으며, 적어도 하나 내지 복수 개로 구비될 수 있다. 관통부(31a)는 안착홈(13a)에 형성된 홀 및 후술할 분사 파이프(330)의 분사홀(332)과 연통될 수 있다. 이에 따라, 도 8에서와 같이, 안착홈(13a)의 홀과 케이스(31)의 관통부(31a)를 통해 분사 파이프(330)와 케이스(31) 내부가 연통될 수 있다. 따라서 분사 파이프(330)를 통해 공급되는 소화 약제가 케이스(31) 내부로 공급될 수 있다. 이 때, 케이스(31) 내부에는 버스바 홀더(31b)가 구비되며, 버스바 홀더(31b)는 관통부(31a)와 연통될 수 있다. 버스바 홀더(31b)는 각 배터리 셀(33)의 벤트 홀에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 버스바 홀더(31b)는 소화 약제가 분사되는 통로(벤트 유로) 역할을 한다.
소화 약제가 화재 시에만 선택적으로 분사될 수 있도록 분사 파이프(330)에는 감열부재(334)가 구비될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 분사 파이프(330) 상에는 복수의 감열부재(334)가 구비될 수 있다. 감열부재(334)는 분사 파이프(330) 상에 형성된 복수의 분사홀(332)을 각각 감싸 소화약제가 노설되지 않도록 한다. 이때, 하나의 감열부재(334)는 하나의 분사홀(332)을 각각 감싸는 형태로 구비된다. 또한, 감열부재(334)는 화재 발생 시 화재에 의한 열에 녹아 분사홀(332)이 개방되도록 한다. 분사홀(332)이 개방되면 분사 파이프(330)을 통해 이동한 소화 약제가 배터리 셀(33)의 상부로 직접 분사될 수 있다. 이를 위해, 분사홀(332)은 각 배터리 셀(33)의 벤트 위치에 대응하여 형성된 케이스(31)의 관통부(31a)의 위치에 대응하여 형성될 수 있다. 예시적으로, 분사홀(332)의 직경은 2~2.5mm 범위(제1 범위)일 수 있고, 직경의 제2 범위는 1~4mm일 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 감열부재(334)는 분사홀(332)과 그 주변을 완전히 감싸는 형태를 가질 수 있다. 예시적으로, 감열부재(334)는 다면체 또는 구형, 반구형 등의 몸체를 가질 수 있다. 일부 도면에서 감열부재(334)를 직육면체 형태로 도시하였으나, 도면에 도시된 형태로 제한되지 않는다. 감열부재(334)는 소화 약제의 최종 분사 압력(예를 들어, 2~5bar)를 견딜 수 있도록 만들어진다. 또한, 감열부재(334)는 배터리 셀(33)에 화재 발생 시 셀 벤트에서 배출되는 열 또는 화재로 인한 화염이나 불꽃에 의해 녹게 된다. 이에 따라, 화재 발생 시 분사홀(332)이 개방되어 소화 약제가 화재 부위로 분사될 수 있다. 예시적으로, 감열부재(334)는 섭씨 80도 내지 250도 범위에서 녹을 수 있다. 여기서 섭씨 80도는 감열부재(334)가 녹기 시작하는 온도일 수 있고, 섭씨 250도는 감열부재(334)가 완전히 녹는 온도일 수 있다. 배터리 모듈(30) 내 화재 발생 시 온도 상승을 고려하여 감열부재(334)의 소재를 결정할 수 있다. 예를 들어, 감열부재(334)는 ABS, PP, PC, PE, PFA 등의 레진(resin, 수지) 소재로 만들어질 수 있다. 이러한 레진 소재를 고압의 사출 압력을 가해 감열부재(334)가 분사 파이프(330) 상에 일체로 형성되는 방법으로 만들어질 수 있다.
감열부재(334)의 두께나 재질 및 형상을 조절함으로써 열이나 화염, 불꽃에 의해 감열부재(334)가 녹아 분사홀(332)이 개방되는 시간을 조절할 수 있다. 예를 들어, 분사홀(332)의 위치에 대응하는 감열부재(334)의 하면 쪽에 박막부(334a)를 형성함으로써 분사홀(332) 쪽의 감열부재(334) 두께를 다른 부분보다 얇게 만들 수 있다. 따라서 감열부재(334)에 열이 가해질 때 박막부(334a)가 다른 부분보다 빨리 녹아 소화 약제를 빠르게 분사할 수 있다. 예시적으로, 박막부(334a) 주변 감열부재(334)의 두께를 1mm라고 가정하면, 박막부(334a)의 두께는 0.3~0.6mm 범위(제1 범위)일 수 있다. 박막부(334a) 두께의 제2 범위는 0.2~0.9mm가 될 수 있다.
한편, 하나의 감열부재가 구비된 위치 마다 한 쌍의 분사홀이 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분사 파이프의 저면 일부를 도시한 확대 사시도이다. 도 13은 도 12에 따른 분사 파이프의 저면 일부를 도시한 평면도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 감열부재(334')의 박막부(334a')가 커버하는 분사 파이프(330') 상에 2개의 분사홀(332')이 형성될 수 있다. 박막부(334a')에는 2개의 분사홀(332') 사이에 배치되는 리브(334b')가 형성될 수 있다. 리브(334b')는 박막부(334a')의 표면으로부터 돌출된 형상으로, 분사홀(332')이 형성된 부분의 박막부(334a') 두께 보다 두꺼운 두께를 갖는다. 리브(334b')는 분사홀(332')이 개방되기 전 2개의 분사홀(332') 사이가 먼저 녹는 것을 방지하기 위해 분사홀(332') 쪽 보다 두껍게 형성되는 것이다. 따라서 감열부재(334')에 열이 가해지면 리브(334b') 보다 2개의 분사홀(334a')을 막고 있는 박막부(334a')가 먼저 녹게 되므로 분사홀(332')이 개방되어 소화 약제가 분사될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 소화 시스템에 있어서, 화재 진압 과정을 설명하면 다음과 같다(편의상 제1 실시예의 도면 부호를 기준으로 설명함).
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재 진압 과정을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 특정 배터리 모듈(30) 내 배터리 셀(33)에서 화재가 발생할 수 있다. 각 배터리 모듈(30)에는 소화 약제가 분사되는 분사 파이프(330)이 연결되어 있으며, 배터리 모듈(30) 내부에 화재 감지를 위한 제1 센서(510)가 구비되어 있다. 제1 센서(510)는 화재에 의한 열 발생으로 배터리 모듈(30) 내부의 온도가 상승하면 이를 감지한다. 제1 센서(510)에 의해 화재가 감지되면 배터리 모듈(30)의 BMS를 통해 컨트롤러(150)로 화재 감지 신호가 전송될 수 있다(신호의 전송은 무선 통신이나 접점에 의한 전기적 신호 전송 등 여러 방법으로 이루어질 수 있다). 컨트롤러(150)가 센서(510)를 통해 화재를 감지하면 약제 용기(110)의 메인 밸브(130)를 개방하게 된다. 약제 용기(110)에서 토출된 소화 약제는 조절기(140)에서 최후 분사 압력으로 조절되어 토출된다. 토출된 소화 약제는 메인 파이프(310)과 분기 파이프(320)을 따라 이송된다.
한편, 화재가 발생된 배터리 셀(33)에서는 화염과 열이 발생하며, 화염과 열에 의해 인접한 분사 파이프(330)의 감열부재(334)가 녹게 된다. 감열부재(334)가 녹아 분사홀(332)이 개방되면 해당 부분의 압력이 낮아지므로, 압력 구배에 따라 소화 약제가 분사홀(332)이 개방된 분사 파이프(330) 쪽으로 이동하게 된다. 따라서 화재가 발생된 배터리 셀(33)에 소화 약제가 공급되어 화재 부위에 분사될 수 있다. 소화 약제의 분사로 화재가 진압되므로 화재가 주변 배터리 모듈로 옮겨가는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 전술한 센서에 의한 화재 감지 이외에도 추가로 연기 감지를 통해 화재 감시가 이루어질 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소화 시스템을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 배터리 랙(10) 상에 복수의 제2 센서(520)를 설치할 수 있다. 제2 센서(520)는 제1 센서(510)와 함께 조합하여 적용되거나, 센서 없이 제2 센서(520)만 적용될 수 있다. 제2 센서(520)는 연기가 위로 상승하는 특징을 고려하여 배터리 랙(10)의 상부 영역(D)에 설치될 수 있다. 그러나 연기가 많이 발생하면 상승만 하지 않고 화재 영역 주변으로 퍼지기도 하므로, 감지 참고를 위해 배터리 랙(10)의 하부 영역(E)에도 설치될 수 있다. 예시적으로, 각각의 배터리 랙(10)의 상부 영역(D) 마다 제2 센서(520)를 각각 설치하고, 2개의 배터리 랙(10) 사이에 제2 센서(520)를 하나씩 설치할 수 있다. 또는 각각의 배터리 랙(10)의 상부 영역(D) 마다 제2 센서(520)를 각각 설치하고, 2개의 배터리 랙(10) 사이에 제2 센서(520)를 1-2개씩 설치할 수 있다.
전술한 바와 같이, 소화 시스템을 구성함으로써 에너지 저장장치의 내부 및 외부 요인으로 인한 지락, 단락, 쇼트 등으로 인해 발생할 수 있는 화재를 조기 억제 및 진압하고 확산을 최소화할 수 있다. 이에 고가의 에너지 저장장치를 보호하고 고객 신뢰도를 향상시키는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 설명하도록 한다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다. 도 17a 및 도 17b는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 일 예시이다.
먼저, 도 16을 참조하면, 소화 시스템은 에너지 저장 장치(1)로 소화 약제를 공급하기 위한 공급부(200), 에너지 저장 장치(1)로 소화 약제를 이송 및 분사하기 위한 소화부(300), 화재 감시를 위한 센싱부(500)를 포함할 수 있다. 여기서, 소화부(300) 및 센싱부(500)의 구성은 앞의 도 1에 도시되었던 일 실시예와 동일하므로, 이하에서는 구성상 차이가 있는 공급부(200)를 위주로 설명하도록 한다.
공급부(200)는 소화 약제를 저장하는 약제 용기(110), 약제 용기(110)의 누설 감지를 위한 누설 제2 센서(120), 소화 약제의 공급 및 공급 중단을 위한 메인 밸브(130), 소화 약제의 공급 압력 및 시간 조절을 위한 파이프 피팅 부재(240), 제어 주체로서의 컨트롤러(150)를 포함할 수 있다.
이 중에서, 파이프 피팅 부재(240)는 앞의 실시예에 포함되어 있던 조절기(140)로서의 레귤레이터를 대체할 수 있다. 구체적으로 레귤레이터는 소화 약제의 압력이나 유량을 제어하기에 용이하지만, 가격이 비싸고 이물 유입 방지 등의 지속적인 관리를 필요로 하는 부담이 있다. 반면, 파이프 피팅 부재(240)는 이러한 레귤레이터를 파이프 피팅 부재(240)로 대체함으로써, 비용 및 관리의 부담을 줄일 수 있다.
이러한 파이프 피팅 부재(pipe fitting member, 240)는 서로 직경이 다른 오리피스를 갖는 파이프를 상호간에 연결하기 위한 목적으로 구성될 수 있다. 특히, 파이프 피팅 부재(240)는 특히 소화 약제를 분사함에 있어서 오리피스의 직경을 줄여 분사 압력을 낮추고 분사 시간을 높일 수 있다.
구체적으로 도 17a 및 도 17b를 참조하면, 파이프 피팅 부재(240)는 스웨이지 니플(swaged nipple, 241) 및 어댑터(242)를 포함할 수 있다. 여기서, 스웨이지 니플은 공급부(100)에 결합되는 일단에 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 1 오리피스(241a), 제 1 오리피스(241a)에 연결되어 점진적으로 직경이 작아지는 제 2 오리피스(241b), 제 2 오리피스(241b)에 연결되며 상대적으로 작은 직경을 갖는 제 3 오리피스(241c)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 오리피스(241a)는 공급부(100)의 메인 밸브(130)를 거쳐 약제 용기(110)에 결합될 수 있다. 제 1 오리피스(241a)는 소화 용기(110)에 맞게 다양한 사이즈로 구성될 수 있다. 또한, 제 1 오리피스(241a)는 소화 용기(110)로부터 소화 약제를 인가받기 위한 구성으로 상대적으로 큰 내경을 가질 수 있다. 또한, 제 1 오리피스(241a)의 외경은 통상 약제 용기(110)에 사용되는 직경에 해당되는 NPT 기준 1-1/4" 내지 1-1/2"로 구성될 수 있다.
제 2 오리피스(241b)는 제 1 오리피스(241a)에 연결되어, 점진적으로 작아지는 직경을 가질 수 있다. 이 때, 제 2 오리피스(241b)의 단면을 기준으로 제 2 오리피스(241a)의 각도(α1)는 30° 내지 120°로 구성될 수 있다. 각도(α1)가 30°이상인 경우, 제 2 오리피스(241b)의 길이를 과도하게 늘리지 않으면서, 원하는 제 3 오리피스(241c)까지의 직경까지 줄이는 것이 가능하다. 또한, 각도(α1)가 120°이하인 경우, 급경하게 직경이 감소하는 것을 방지하여 제 2 오리피스(241b)에 내압이 과도하게 걸리는 것이 방지될 수 있다.
제 3 오리피스(241c)는 제 2 오리피스(241b)에 연결되며 내경이 제 1 오리피스(241a)에 비해 상대적으로 작게 설정될 수 있다. 또한, 제 3 오리피스(241c)의 내경(d1)은 1.5 [mm] 내지 2.5 [mm]일 수 있다. 제 3 오리피스(241c)의 내경(d1)이 1.5 [mm] 내지 2.5 [mm]인 경우, 소화 용기(110)로부터 인가받는 22[bar] 내지 42[bar]의 소화 약제에 대해 분사 압력을 2[bar] 내지 5[bar]만큼 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 분사 시간을 5분 이상으로 높일 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 제 3 오리피스(241c)의 외경운 NPT 기준 1/2" 내지 3/4"로 구성될 수 있다.
한편, 어댑터(adapter, 242)는 스웨이지 니플(241)의 제 3 오리피스(241c)의 외경에 결합될 수 있다. 또한, 어댑터(242)의 내경(d2)은 제 3 오리피스(241c)에 비해 크게 설정될 수 있다. 어댑터(242)의 내경(d2)은 11[mm] 내지 13[mm]로 구성될 수 있다. 어댑터(242)의 내경(d2)이 11[mm] 내지 13[mm]인 경우, 전단의 제 3 오리피스(241c)에서 설정된 압력을 유지하면서, 소화부(300)로 소화 약제를 전달하기에 유리하다.
따라서, 향후 어댑터(242)에 결합된 소화부(300)를 통해 에너지 저장 장치(1)의 배터리 모듈(30)에 소화 약제가 분사되는 경우, 스웨이지 니플(241)에 소화 약제가 도달할 때의 압력에 비해 낮아진 압력으로 분사될 수 있기 때문에, 레귤레이터를 사용하지 않고도 분사 압력을 조절하고 분사 시간을 늘릴 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 설명하도록 한다.
18a 내지 도 18c는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 다른 예시이다.
도 18a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템에서 파이프 피팅 부재(250)는 스웨이지 니플(swaged nipple, 251) 및 어댑터(252)를 포함할 수 있다.
이어서, 도 18b 및 도 18c를 참조하면, 스웨이지 니플(251)은 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 1 오리피스(251a), 제 1 오리피스(251a)에 연결되어 점진적으로 직경이 작아지는 제 2 오리피스(251b), 제 2 오리피스(251b)에 연결되며 상대적으로 작은 직경을 갖는 제 3 오리피스(251c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 오리피스(251)의 내경(d3)은 제 1 오리피스(251a)에 비해 작아지긴 하지만, 소화 약제의 분사 압력을 줄일 만큼 작을 필요가 없다. 후술할 것처럼 어댑터(252) 내부에서 내경을 줄여 분사 압력을 줄일 수 있기 때문이다. 따라서, 본 실시예에서는 스웨이지 니플(251)의 형상을 기존에 상용화된 부품으로 대체할 수 있는 장점을 갖는다.
어댑터(252)의 경우, 스웨지니 니플(251)과 결합되며, 타단의 내부에 오리피스(252a)를 갖는다. 또한, 오리피스(254a) 내에 내경을 줄이기 위한 링 부재(252b)를 더 포함할 수 있다. 이러한 링 부재(252b)는 내부에 역시 오리피스를 갖고, 그 내경(d4)은 제 3 오리피스(251)의 내경(d3)에 비해 작게 설정될 수 있다. 또한, 본 링 부재(252b)를 통해, 앞선 실시예와 같이 내경(d3)을 1.5 [mm] 내지 2.5 [mm]로 형성 할 수 있다. 따라서, 소화 용기(110)로부터 인가받는 22[bar] 내지 42[bar]의 소화 약제에 대해 분사 압력을 2[bar] 내지 5[bar]만큼 줄이고, 이에 따라 분사 시간을 5분 이상으로 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 설명하도록 한다.
도 19a 내지 도 19c는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 또 다른 예시이다.
도 19a 내지 도 19c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템에서 파이프 피팅 부재(260)는 스웨이지 니플(swaged nipple, 261) 및 어댑터(262)를 포함할 수 있다.
도 19a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템에서 파이프 피팅 부재(260)는 스웨이지 니플(swaged nipple, 261) 및 어댑터(262)를 포함할 수 있다.
이어서, 도 19b 및 도 19c를 참조하면, 스웨이지 니플(261)은 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 1 오리피스(261a), 제 1 오리피스(261a)에 연결되어 점진적으로 직경이 작아지는 제 2 오리피스(261b), 제 2 오리피스(261b)에 연결되며 상대적으로 작은 직경을 갖는 제 3 오리피스(261c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 오리피스(261c)의 내경(d5)은 제 1 오리피스(261a)에 비해 작아지긴 하지만, 소화 약제의 분사 압력을 줄일 만큼 작을 필요가 없다.
한편, 어댑터(262)의 경우, 스웨지니 니플(261)과 결합되며, 구체적으로 스웨이지 니플에 연결되는 제 1 오리피스(262a), 제 1 오리피스(262a)에 연결되어 작은 내경을 갖는 제 2 오리피스(262b), 제 2 오리피스(262b)에 연결된 제 3 오리피스(262c)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 2 오리피스(262b)의 내경(d6)은 전단의 스웨이지 니플(261)의 제 3 오리피스(261c)의 내경(d5)에 비해 작게 설정될 수 있다. 또한, 제 2 오리피스(262b)의 내경(d6)은 앞선 실시예와 같이 내경(d3)을 1.5 [mm] 내지 2.5 [mm]로 형성될 수 있다. 따라서, 소화 용기(110)로부터 인가받는 22[bar] 내지 42[bar]의 소화 약제에 대해 분사 압력을 2[bar] 내지 5[bar]만큼 줄이고, 이에 따라 분사 시간을 5분 이상으로 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템을 설명하도록 한다.
도 20a 내지 도 20b는 도 16의 소화 시스템에 사용되는 파이프 피팅 부재를 도시한 또 다른 예시이다.
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 파이프 피팅 부재(270)는 스웨이지 리플(271)을 포함할 수 있다. 여기서, 스웨이지 리플(271)은 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 1 오리피스(271a), 제 1 오리피스(271a)에 연결되어 점진적으로 직경이 작아지는 제 2 오리피스(271b), 제 2 오리피스(271b)에 연결되며 상대적으로 작은 내경을 갖는 제 3 오리피스(271c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 3 오리피스(271c)의 내경(d7)은 제 1 오리피스(261a)에 비해 작으며, 앞선 실시예와 같이 내경(d7)을 1.5 [mm] 내지 2.5 [mm]로 형성될 수 있다.
또한, 제 2 오리피스(271b)의 각도(α2)는 30° 내지 120°로 구성될 수 있다. 각도(α2)가 30°이상인 경우, 제 2 오리피스(271b)의 길이를 과도하게 늘리지 않으면서, 원하는 제 3 오리피스(271c)까지의 내경(d7)까지 줄이는 것이 가능하다. 또한, 각도(α2)가 120°이하인 경우, 급경하게 직경이 감소하는 것을 방지하여 제 2 오리피스(271b)에 내압이 과도하게 걸리는 것이 방지될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 분사 시간 지속 효과를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 21a 및 도 21b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템에서 소화 약제의 분사 시간의 변화를 비교 도시한 그래프이다.
도 21a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템이 적용되기 전의 소화 약제의 분사 시간이 도시되어 있다. 구체적으로, 소화 약제가 분사되기 시작하면, 소화 약제 및 약제를 분사하기 위한 비활성가스(질소)가 분사되는 시간으로 나눠서 설명될 수 있다. 이 경우, 비활성가스 역시 소화 효과를 갖기 때문에, 두 시간을 합한 시간으로서 소화 약제의 분사 시간이 정의될 수 있다.
그리고 도 21a에 도시된 바와 같이, 일반적인 소화 시스템에서 소화 약제는 초기에 분사되어 약 4분 45초간 분사되며, 이후 비활성가스의 분사가 압력에 따라 5분 7초 내지 7분 15초간 이루어짐을 확인할 수 있다. 따라서, 전체 소화 약제의 분사 시간을 9분 52초 내지 12분으로 확인될 수 있다.
반면, 도 21b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템의 경우, 소화 약제의 분사는 약 6분 17초로 이루어지고, 비활성가스의 분사 역시 압력에 따라 6분 55초 내지 7분 58초간 이루어짐을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 소화 시스템이 적용된 경우, 전체 소화 약제의 분사 시간은 13분 12초 내지 14분 15초로 확인되어, 기존의 시스템에 비해 수분이 증가한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 앞서 설명한 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 소화 시스템을 구성함에 있어서, 레귤레이터를 대신하여 파이프 피팅 부재(240 내지 270)의 구성을 적용하여, 분사 압력을 낮춤으로써, 분사 시간을 늘릴 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1: 에너지 저장 장치 10: 배터리 랙
30: 배터리 모듈 33: 배터리 셀
35: 지지 브래킷 100: 공급부
110: 약제 용기 140: 조절기
300: 소화부 330: 분사 파이프
332: 분사홀 334: 감열부재
500: 센싱부
240, 250, 260, 270; 파이프 피팅 부재
241, 251, 261, 271; 스웨이지 니플
242, 252, 262; 어댑터

Claims (10)

  1. 복수의 배터리 모듈을 수납하는 복수의 배터리 랙이 구비된 에너지 저장 장치의 소화 시스템에 있어서,
    배터리 모듈의 온도, 전압, 연기 중 적어도 하나를 감지하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에서 감지한 값 중 적어도 하나가 미리 설정된 임계값 보다 높으면 상기 배터리 모듈에 소화 약제를 분사하는 소화부를 포함하고,
    상기 소화부는 상기 배터리 랙에 대해 소화 약제를 공급하는 경로에 구비되어, 상기 소화 약제의 공급 압력을 변경하는 파이프 피팅 부재를 더 포함하는 소화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프 피팅 부재는 상기 소화 약제가 통과하는 경로의 내경이 감소하도록 구성된 소화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프 피팅 부재는
    상기 배터리 랙에 소화 약제를 공급하는 경로 중 일부에 상기 소화부에 연결된 오리피스의 내경에 비해 더 작은 내경을 갖는 오리피스를 포함하는 소화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 파이프 피팅 부재는
    상기 소화부의 약제 용기에 결합되는 제 1 오리피스와, 상기 제 1 오리피스로부터 점차적으로 감소하는 내경을 갖는 제 2 오리피스를 구비하는 스웨이지 니플을 포함하는 소화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    단면을 기준으로 상기 제 2 오리피스가 갖는 각도는 30° 내지 120°인 소화 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 오리피스의 단부에 상기 제 2 오리피스의 최종 내경과 동일한 크기의 내경을 갖는 제 3 오리피스가 더 형성된 소화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파이프 피팅 부재는
    상기 스웨이지 니플의 단부에 체결되고, 내부에 오리피스를 구비하여 상기 소화 약제의 분사 경로를 형성하는 어댑터를 더 포함하는 소화 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 어댑터의 내부에 상기 어댑터의 오리피스보다 더 작은 내경을 갖는 링 부재가 더 형성된 소화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프 피팅 부재의 내경 중에서, 가장 작은 내경은 1.5[mm] 내지 2.5[mm]로 형성된 소화 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이프 피팅 부재를 통과한 소화 약제의 압력은 2[bar] 내지 5[bar]만큼 감소한 소화 시스템.
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