KR20240045240A - 에어로졸 화재 진압 재료, 시스템 및 구현 방법 - Google Patents

Abstract

화재방지 및 진압 장치, 물질, 시스템, 및 이를 이용하는 방법이 제시된다. 화재 소화 응용분야에서, 에어로졸 화재 소화 작용제 (aerosol extinguishing agent)는 시트, 패널, 또는 기타 형상으로 성형될 수 있다. 이렇게 성형된 에어로졸 화재 소화 작용제는 다양하게 제품내에 구현될 수 있다. 예를 들어, 화재 위험물이 수용된 인클로저 내부에, 또는 화재 위험그 자체의 내부에, 또는 화재 위험물을 이루는 구조체와 결합 (incorporated)되는 형태 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일단 작동되면, 상기 에어로졸 화재 소화 물질은 불에 타면서 에어로졸 입자를 생성한 후 직접적으로 방출한다. 상기 에어로졸 소화 작용제는 의도치 않게 발생한 불꽃 또는 열에 의해 작동기전이 시작될 수 있다. 작동기전의 또 다른 예시로, 전기적 개시제를 (electric initiators), , 전기적 수동 방법 (electric manual methods), 또는 기계적/열적 개시제 (mechanical/thermal initiators) 등이 있다. 전기적 개시제는 자동 화재 감지 시스템으로부터 신호를 수신한다.

Description

에어로졸 화재 진압 재료, 시스템 및 구현 방법

본 발명은. 2021년 7월 30일자로 출원된 미국 특허출원 번호 17/389,539에 대한 우선권을 주장하며, 미국 특허출원서에 포함된 모든 내용은 본건에 참조로 결합된다( This application claims priority of US Ser. No. 17/389,539, filed 30 July 2021, the complete contents of which are hereby expressly incorporated by reference herein in their entireties).

본 발명은 구획된 공간 및 인클로저 등에 사용하기 위한 (for use in compartments and enclosures, amongst other locations) 화재 방지 및 진압 장치, 재료, 시스템 및 그 사용 방법에 관한 것이다.

본 발명은 설치가 단순한 에어로졸 화재 소화 작용제 (aerosol fire extinguishing agent)에 대한 것이다. 본 발명에 따른 소화제는 설치가 단순하고, 필요한 공간을 줄이며, 무게를 줄이고, 소화제 구성요소 가격을 낮출 수 있고, 설치에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은 부분적으로 패널, 시트 등 다양한 형태로 제작된 고체 에어로졸 소화 작용제에 관한 것이다. 이러한 고체 에어로졸 소화제는 (i) 화재 위험물 내의 빈 공간 (in the void spaces within a hazard)에 삽입될 수도 있고, (ii) 화재 위험물 의 구조 또는 그 구조의 구성 성분이 될 수도 있고 (form the structure or components of the hazard), (iii) 코팅 (coating) 형상일 수도 있다. 이러한 고체 에어로졸 소화제는 구획이나 인클로저 내에 (in compartments or enclosures) 배치할 수 있다. 따라서, 별도의 하우징이나 컨테이너 없이도 구획이나 인클로저 내에 (in compartments or enclosures) 고체 에어로졸 소화제를 설치할 수 있다.

북미에서는 화재등급이 통상A, B, C 및 D 4개로 분류된다. 유럽과 같은 다른 지역에서도 유사한 접근법을 가질 수 있지만 명명법은 다를 수 있다. A급 화재는 목재, 종이 등 일반 가연성 물질이 타면서 발생한다. B급 화재는 알코올, 휘발유 등과 같은 가연성 액체의 연소로 발생한다. C급 화재는 "전기 화재" ("electrical fire")이지만 몇 가지 설명이 필요하다. 전기는 그 자체로는 연소되지 않지만 발화원이다. 연소되는 재료로는 A급 재료 및/또는 플라스틱계 제품으로 만든 전기 절연성을 지닌 B급 재료 등이 대표적이다.

A급 화재는 묶음이나 전선 (bundles or electrical wires)에서 발생한다. 이러한 화재는 연소 케이블 (burning cable)이 묶음의 중앙에 위치한 경우, 전선 묶음에 화재 작용제 (fire agent)를 필요한 만큼 충분히 깊게 침투시키지 못할 경우에 발생한다. B급 화재는 플라스틱이 타기에 앞서 녹으면서 발생한다.

전기를 점화원으로 하여 (with electricity as the ignition source) 화재가 시작되는 경우 두 가지 시나리오가 있다. 첫째, 자동 또는 수동으로 전원이 차단되면, "전원 차단" 화재("deenergized" fire)가 A급 또는 B급 화재로 진행되거나 또는 둘 다로 진행된다. 플라스틱이 A와 B 거동을 모두 가질 수 있다는 점 (plastics can have both A and B behavior)은 중요하다. 둘째, 전원이 차단되지 않으면, “활성화된 전기 화재” (energized electrical fire)가 발생된다. 이 경우, 점화원이 여전히 존재하기 때문에 진화하기가 훨씬 더 어렵다. 일부 전기 화재는 전원이 제거되지 않는 한 (until the power is removed) 계속 지속될 수 있다.

“활성화된 전기 화재” (energized electrical fire)는 소화가 불가능하지는 않더라도 어렵기 때문에 매우 위험할 수 있다. 그리고 감전 위험이 있다.

이 글을 쓰는 시점에서 언더라이터스 래보러터리스(Underwriters' Laboratories™는 화재 유형에 따라, 사용가능한 소화기의 종류를 A, B, C 및/또는 D급으로 평가했다. "C" 급은 단순히 소화 작용제 (extinguishing agent)가 일반적으로 전도성이 없다는 것을 의미한다. 즉, 전기는 소화기 배출 흐름을 통해 소화기 사용자에게 되돌아와서 흐르지 않는다 (electricity will not flow back to the operator of the extinguisher through the extinguisher discharge stream). 이는 활성화된 전기화재 (energized electrical fire)에 대한 소화기의 효과를 인증하는 것은 아니다.

D급은 마그네슘, 극미세 알루미늄 등 가연성 금속 화재이다 (CLASS D is a combustible metal fire. Magnesium, very fine aluminum, etc.).

화재 진압 용어

화재 억제제 (fire retardant): 화재의 확산을 늦추기 위해 난연제가 사용된다. 난연제는 일반적으로 연료의 가연성을 낮춘다. 예를 들어, 산불을 진압할 때 비행기는 산불이 진행되기 전에 대량의 물을 투하한다. 일반적으로 물에는 지상의 나무와 관목을 덜 가연성으로 만드는 화학 첨가물이 포함되어 있다. 이로 인해 화재의 진행이 느려진다. 불을 직접 타깃으로 하는 경우에는 투하된 물로 불을 끌 수 있지만, 주요한 임무는 억제이다. 산불을 진압하려면 항공기는 훨씬 더 많은 양의 물을 필요로 하며, 화재 확산이 중지되면 사용 가능한 물을 보다 효과적으로 사용할 수 있다. 일반적으로 화재 억제제 (fire retardant)는 화재를 진압하는 것이 아니라 화재의 진행을 늦추기 위해 사용된다.

화재 진압제

"화재 진압제" ("fire suppressant")라는 용어는 혼란을 야기할 수 있다. 이는 작용제(agent)가 특정 화재를 진압하지만 반드시 진압하지는 않는다는 것을 의미한다. 물론 실제 목표는 화재를 진압하는 것이지만 특정 화재에 특정 작용제를 사용하여 달성할 수 있는 가장 좋은 목표는 화재를 줄이거나 늦추는 것이다. 즉, 어떤 경우에는 화재 소화가 이루어지지만, 다른 경우에는 그렇지 않을 수 있다. 일부 소화 시스템 제조업체는 완전 소화가 항상 가능한 것은 아니기 때문에 자사 제품을 "화재 진압 시스템"이라고 광고한다. 즉, 자사 제품을 "소화 시스템"이라고 명시하지 않음으로써 , 제조물 책임을 피하고자 한다. 그러나, 고객은 실제로는 "소화 시스템"을 찾고 있으므로, 잠재 구매자는 "진압 시스템"이라는 용어와의 차이점에 주의해야 하며, 또는 약제가 어떤 기능을 갖는지 주의 깊게 살펴봐야 한다. 이에 대한 좋은 예는 A급 화재에 대한 할로카본 가스 작용제 (halocarbon gaseous agents)이다. 책상 위의 필기용 종이나 쓰레기통에 불이 붙는 것과 같이 A급 물질의 연소 정도가 가벼운 경우에, 이러한 화재 진압 시스템은 이러한 화재를 진압할 가능성이 높다. 반면, 연소 물질이 선반 위의 조립식 판지 포장 상자 (knocked-down cardboard packing boxes)인 A급 화재의 경우, 할로카본 약제는 이러한 물질 내부를 뚫고 발화원 영역까지 침투하기 어려울 수 있다. 이 경우, 화재는 소화되지 않고 진압만 된다 (not be extinguished - only suppressed). 그러므로 화재 예방 시스템 제조업체는 그러한 시스템을 진압 시스템이라고 부를 것이다.

화재 소화 작용제 (Fire Extinguishing Agent): 소화 작용제는 화재를 소화한다 (A fire extinguishing agent will extinguish a fire). 이러한 시스템은 화재 억제제나 화재 진압제보다 성능이 훨씬 뛰어나다. 배터리 화재와 같은 화재 위험을 해결하려면, 배터리 화재의 폭력성과 소화의 어려움 ‹š문에 화재 억제제 및 화재 진압제는 피해야 한다. 이 경우, 유의미한 유일한 시스템은 신속한 소화가 가능하고 화재 위험물 (발화원)이 냉각되어 폭주 위험 (runaway hazard)이 종료될 때까지 화재를 진압할 수 있는 시스템이다.

소화기의 종류 (types of extinguishers): 보편적인 작용제(universal agent)는 없다-에어로졸이 그나마 그러한 의미에 가까운 성능을 갖는다. 각급 화재에 사용되는 "전통적인" 작용제 (traditional agents)는 다음과 같다.

A급: 물, 다목적 분말소화약품 (multi-purpose dry chemical)

B급: 폼 (foam), 건조 화학물질 (dry chemicals), 이산화탄소 (carbon dioxide)

C급: 다목적 분말소화약품 (multi-purpose dry chemical), 이산화탄소 (carbon dioxide)

D급: 특수 건조 분말 (모래와 유사)

리튬 이온 배터리 화재: 예를 들어, 전기 자동차에서리튬 이온 배터리와 같은 배터리의 사용이 증가함에 따라, 이러한 배터리 기반 전력 시스템의 작동 안전성을 향상시키는데 대한 관심이 증가하고 있다. 다양한 기술을 갖춘 여러 버전의 리튬 이온 배터리가 있지만 이 배터리 "계열"은 모두 화재발생시 유사한 소화 문제 (extinguishing challenges)를 안고 있다.

리튬 이온 배터리 화재는 A, B, C 및 D급 화재에 동시에 해당될 수 있다는 점에서 독특하다.

주요 위험은 저장된 에너지이다 (The major hazard problem is the energy stored). 다른 위험 요소로는 화재시 자체적으로 산소를 생성할 수 있는 가연성 전해질, 가연성이 높은 리튬 금속, 및 포장재 등이 있다.

리튬 이온 배터리 소화에 관해 생각할 때 특히 다음 몇 가지 사항은 주목할 만하다. 첫째, 배터리는 매우 높은 에너지 저장 공간을 가질 수 있다는 점. 둘째, 화재나 폭발은 통상 예측불가한 시점에 시작된다는 점. 셋째, 화재 또는 폭발의 발생은 매우 빠르게 진행되고 때로는 발화 후 폭발 또는 통제할 수 없는 화재 발생까지는 단 몇 초밖에 걸리지 않는다는 점. 넷째, 해당 문제에 관여하는 두 "단계": 패키지의 파괴적인 개봉 및 화재/폭발의 시작; 배터리 잔여물이 제어되지 않는 급속한 가열 및 인접한 배터리가 급속하게 열에 노출됨으로써 유발되는 화재/폭발의 확산. 다섯째, 전통적인 소화 작용제 (traditional fire extinguishing agents)가 작동되지 않는다는 점. 여섯째, 물은 소화 작용제로 잘 작동하지 않지만, 엄청난 양의 물은 화재 위험물을 식혀 결국 화재를 종식시킬 수 있다는 점.

화재 진압 및 소화 (fire suppression and extinguishment)에 에어로졸을 사용하는 경우, 자동차의 연료 탱크 주위에 건조 화학 소화 분말 (dry chemical extinguishing powders)이 포함된 얇은 금속 패널이 차량 연료탱크 근처에 배치된다. 차량 후방에서 충돌이 발생하면, 연료 탱크가 파손되고, 소화 작용제 (extinguishing agent)가 들어있는 패널도 파열된다. 그 결과, 건조분말 작용제 (dry powder agent)가 분산되어 화재를 예방하거나 진압하게 된다. 경찰 차량으로 사용되는 포드 크라운 빅토리아(Ford Crown Victoria) 중 일부에는 건조 화학약품 패널이 설치되어 있으며, 테스트 및 실제 사고 모두에서 성공적인 화재 진압이 이루어졌다. 미군은 또한 바퀴 수납고 (wheel-wells) 등을 보호하기 위해 장갑차에도 유사한 패널을 설치한 바 있다. 그러나, 이러한 응용 분야에서 에어로졸 작용제 (aerosol agents)이 사용된 적이 없다.

일반적으로 중탄산나트륨 또는 중탄산칼륨으로 만들어진 건조 화학 작용제 (dry chemical agents)는 입자의 일반적인 직경이 25미크론인 미세한 분말로 저장되고 방출된다. 이러한 분말이 화염 (flame)에 들어가면 주로 화재의 화학 반응을 방해함으로써 화재를 소화한다.

일반적으로 산화제(예: 질산칼륨)와 혼합된 연료(예: 에폭시 수지)로 만들어진 에어로졸 작용제는 화염이나 고열에 노출될 때 연소되는 고체 가연성 물질이다. 연소 생성물은 훨씬 더 작은 직경(10미크론 미만, 일반적으로 2미크론 미만의 직경)을 갖는 미세한 에어로졸 크기의 미립자와 소량의 질소 및 기타 가스들이다 (The products of combustion are a fine aerosol sized particulate with much smaller diameter (less than 10 micron and with diameter under 2 micron being common) and a less significant quantity of nitrogen and other gases).

미국 화재 예방 협회(고정 에어로졸 소화 시스템에 대한 NFPA 표준 2010 표준, 섹션 3.3.2.1)는 "응축 에어로졸"을 다음과 같이 정의한다: "고체 에어로졸 형성 화합물의 연소 과정에 의해 생성된, (i) 일반적으로 직경이 10미크론 미만인 미세하게 분할된 고체 입자 (finely divided solid particles)와 (ii) 기체 물질로 구성된 소화 매체”. 이는 기존에 통용되던 "매우" 미세하게 분할된 고체 또는 액체 미립자 물질 (very" finely-divided solid or liquid particulate material) 이라는 정의보다 좀 더 구체화된 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 응결 에어로졸 물질 (condensed aerosol material)은 다음의 두 가지 상태를 갖는다: 즉, 고체 상태; 및 에어로졸 상태. 고체상태는 화합물 또는 전구체 물질이며, 점화 후 화재진압용 에어로졸을 생성한다 (creates a fire suppressing aerosol subsequent to ignition). 고체상태는 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 강성 또는 반강성 패널 형태, 가요성 시트, 블록(예: 직육면체), 3차원 고체(사면체 또는 원뿔 등) 등의 형태를 가질 수 있다. 에어로졸 상태는 발화에 의해 생성되며, 미세하게 분할된 고체 또는 액체 입자로 구성된다 (finely divided solid or liquid particles).

이 미세한 에어로졸 입자는 화재의 화학 반응을 방해 (interrupting the chemical reaction of the fire) 함으로써 화재를 진압한다. 이 미세한 에어로졸 입자는 직경이 작아서 넓은 표면적을 가진다. 넓은 표면적은 미립자가 불꽃 속에서 매우 빠르게 반응할 수 있도록 하므로, 다른 작용제들에 비해 상대적으로 훨씬 더 신속한 소화 성능을 제공한다.

화염 속에서 빠르게 반응한다는 점 및 화학적 차단 메커니즘을 이용한다는 점에서 이러한 작용제(agent)는 종래 작용제에 비해 훨씬 더 효율적이며, 상대적으로 훨씬 더 적은 양의 작용제로 우수한 결과를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화재 진압 시스템 (fire suppression system)은 인클로저 (enclosure) 및 (ii) 내부 파티션 구조물 (internal partition structure) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 상기 인클로저 (enclosure)은 적어도 하나의 인클로저 벽 (enclosure wall)을 포함하며 소정의 내부 공간을 정의한다.

내부 파티션 구조물 (internal partition structure)은 상기 내부 공간을 적어도 2개 이상의 공간으로 나눈다. 상기 인클로저와 상기 내부 파티션 구조물 중 적어도 어느 하나는 매트릭스 (matrix)로 구성된다. 상기 매트릭스는 에어로졸 화재 진압 물질 (aerosol fire suppression material) 및 가연성 베이스 물질 (combustible base material)을 포함한다.

고체 또는 가요성 응축 에어로졸 소화 물질(solid or flexible condensed aerosol fire extinguishing materials)은 패널, 시트, 기타 다양한 형상으로 성형되거나 코팅 형상으로 성형될 수 있다. 화재 또는 열에 의해 작동되며, 미세 미립자/기체 작용제 (fine particulate / gaseous agent)를 배출하여 불을 끈다 (extinguishes fire).

이러한 응축 에어로졸 작용제는 리튬 이온 배터리 화재와 같은 진압이 어려운 화재에 특히 유용하다. 왜냐하면, 이러한 응축 에어로졸 작용제는 화재의 화학적 연쇄반응을 저지할 수 있기 때문이다. 이러한 소화 메커니즘 때문에 화재 진압에 소요되는 작용제의 양이 크게 줄어든다.

또한, 소화 입자가 미세하기 때문에 작용제의 표면적이 넓어 화염 내에서 매우 빠르게 반응할 수 있다. 그 결과, 이러한 에어로졸 작용제는 화재를 빠르게 소화할 수 있다.

종래의 캐니스터 스타일의 에어로졸 발생기와 비교할 때, 패널, 시트 등의 다양한 형상 및 코팅 형태를 갖는 본 발명의 소화 작용제는 여러가지 측면에서 유리하다. 왜냐하면, 소화 작용제는 패널 등의 구조물 형태로 성형되므로, 그 구조물 자체가 소화제로 기능하므로, 소화 작용제를 담을 별도의 저장용기가 필요없다 (self-contained). 또, 본 발명의 소화제는 화재를 감지하는 기능 (detection)을 수행하는 동시에 패널, 시트 등의 다양한 형상 및 코팅으로 성형된 응축 소화제를 구동하는 기능 (actuation)도 함께 수행한다. 또, 이러한 형태는 제한된 막힌 공간내에서 소화제를 효과적으로 분포시키는데 유리하다.

화재 위험물 인클로저에 사용하기 위한 본 발명의 화재 진압 시스템은, 부분적으로, 응축 에어로졸 화재 진압 물질 패널 (a panel of condensed aerosol fire suppression material)을 포함한다. 상기 패널은: 인클로저를 향하는 제1측면과 화재 위험물을 향하는 제2측면; 상기 제1 측면 인근에 배치된 내화 물질 (fire-resistant material); 및 상기 제2 측면 상부에 배치된 밀봉 물질 (sealant material)을 포함한다.

패널은 "네이키드" (naked) 상태로 사용될 수 있다. 즉, 인클로저에 부착되지 않은 상태로, 세라믹 페인트, 접착제, 밀봉재 등이 처리되지 않은 상태로 사용될 수 있다. 예를 들어, 트럭이나 비행기로 배송하기 위해 새 배터리나 노트북 컴퓨터를 상자에 넣는 경우, 포장하는 사람은 간단한 고체 에어로졸 패널을 상자에 부착하는 것이 아니라, 그 패널을 단순히 배송 상자 안에 삽입할 수 있다. 이러한 패널에는 접착제, 실런트, 세라믹이 필요하지 않을 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 화재 진압 시스템은 인클로저를 향하는 제1측면과 내화 물질 사이에 배치된 절연층 (insulation layer)을 더 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 내화 물질 (fire-resistant material)은 세라믹 페인트를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 패널은 인클로저를 향하는 상기 1측면과 위험물질을 향하는 상기 제2측면 사이에서 연장되는 적어도 하나의 연결 측면 (at least one lateral side extending between the first enclosure-facing side and the second hazard-facing side)을 더 포함한다. 상기 내화 물질 (fire-resistant material)은 상기 적어도 하나의 연결 측면에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 화재 진압 시스템은 접착영역 (adhesive region)을 더 포함할 수 있다. 접착영역은 상기 내화 물질의 인클로저를 향하는 면에 형성된다. 상기 접착영역은 상기 내화 물질의 인클로저를 향하는 면에 형성된 접착층 (a layer of adhesive material)및 상기 접착층을 덮고 있는 제거 가능한 보호층 (a removable layer of protective material )을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 화재 진압 시스템은 에어로졸 물질 (aerosol material)을 포함한다. 에어로졸 물질 (aerosol material)은 잠재적인 화재 위험물 위에 또는 잠재적인 화재 위험물에 물리적으로 근접하여 배치된다. 이때, 에어로졸 물질은 열 또는 화염 중 적어도 하나에 노출될 때 작동된다. 에어로졸 물질은 다음 중 적어도 하나의 형태를 갖는다: 에어로졸 화재 진압 물질에 함침된 물질 본체 (a body of material impregnated with an aerosol fire suppression substance)이거나; 잠재적인 화재 위험물의 표면이나 물리적으로 근접한 표면에 적용된 코팅일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 상기 물질 본체 (body of material)는 가요성일 수 있고, 강성일 수 있고, 또는 이들의 조합 일 수 있다. 상기 물질 본체 (body of material)는 원통형, 피라미드형, 프리즘형, 직육면체형, 구형, 불규칙 쉘형, 이들의 조합 중 하나의 형상을 가질 수 있다. 상기 물질 본체 (body of material)는 속이 비어 있거나, 속이 꽉 차 있거나, 단단하지만 전체적으로 다공성이거나, 이들의 조합 일 수 있다.

패널은 인클로저 상부에 설치 (installation on the enclosure) 될 수도 있고, 인클로저 내부에 위치하여 위험물질을 구획하여 분리하는 파티션 또는 디바이더 (as partitions or dividers in the enclosure to separate sections of the hazardous materials) 일 수도 있으며, 및/또는 위험물질 상부 또는 위험물질 내부에 설치 (installed on the hazardous materials, or internal to the hazard) 될 수 있다. 예를 들어, 다중 셀로 구성된 배터리 모듈 내부 공간에 설치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 파티션 또는 디바이더 (partitions or dividers)는 배터리 또는 전자 제품의 배송 상자로 사용될 수 있으며, 또는 또 다른 더 큰 상자 또는 패키지 내부에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 에어로졸 물질은 바람직하게는 그 기계적 특성의 측면에서 플라스틱과 유사하다. 따라서, 에어로졸 물질로 위험물의 골조 (structure) 또는 특정 구성 부품으로 성형될 수 있다. 에어로졸 물질은 여러가지 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 물질을 스탬핑, 성형 및 기계 가공 등의 방식으로 성형하여 위험물질을 이루는 부품이 되도록 성형 할 수 있다. 이렇게 제작된 위험물질은 화재 발생시 그 자체가 소화 작용제 (fire extinguishing agent)로 기능한다. 이러한 메커니즘으로, 소화 작용제가 위험물에 통합되면 (integral to the hazard), 소화제 (the fire extinguishing agent)는 위험물에 최대한 가깝게 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 에어로졸 화재 진압 물질 (aerosol fire suppression substance)은 질산칼륨; 탄산 칼륨; 에폭시 또는 유기 수지; 디시안디아미드(DCDA); 마그네슘; 또는 연료와 산화제를 구성하는 유사한 물질 (similar materials that constitute a fuel and an oxidizer) 중 적어도 하나를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 에어로졸 물질 (aerosol material)은 잠재적인 건강에 해로운 영향에 관한 우려로 인해 어떤 형태나 조성으로도 스트론튬 (strontium)을 포함하지 않는다.

본 발명의 실시예에서, 에어로졸 물질 (aerosol material)은 복수개의 에어로졸 화재 진압 물질층 (plurality of layers of aerosol fire suppression substance)을 더 포함한다. 복수개의 층 (plurality of layers)은 적어도 2개의 층을 포함할 수 있고, 제1 층의 에어로졸 화재 진압 물질은 제2 층의 에어로졸 화재 진압 물질과 상이하다.

본 발명의 실시예에서, 화재 진압 시스템은 에어로졸 화재 진압 물질 (aerosol fire suppression substance)의 작동을 용이하게 하기 위해 (to facilitate actuation) 에어로졸 물질에 작동 가능하게 결합된 개시제 (initiator)를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 화재 진압 시스템는 화재 감지기를 더 포함한다. 화재 감지기는 개시자에 작동 가능하게 연결된다. 화재 감지기는 소정의 온도를 초과하는 열, 화염, 소정의 농도를 초과하는 연소 생성물, 소정의 성분을 갖는 연소 생성물 중 적어도 하나가 감지되면 개시자를 작동시킨다.

본 발명의 실시예에서, 화재 진압 시스템은 제어 장치를 더 포함한다. 상기 제어 장치는 개시제 및 에어로졸 물질에 결합된다.

본 발명의 실시예에서, 제어 장치는 개시제가 사람에 의해 선택적으로 작동될 수 있도록 하는 수동 액츄에이터를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 화재 진압 시스템은 화재 감지기를 더 포함한다. 화재 감지기는 개시제 및 제어 장치에 작동 가능하게 결합된다. 화재 감지기는 소정의 온도를 초과하는 열, 화염, 소정의 농도를 초과하는 연소 생성물, 소정의 성분을 갖는 연소 생성물 중 적어도 하나가 감지되면 개시제를 작동시킨다. 본 발명의 실시예에서, 화재 위험물은 제1 장치 및 프로세스 시스템 중 적어도 하나를 포함한다. 제어 장치는 모니터링 장치에 연결된다. 모니터링 장치는 제1 장치의 작동을 모니터링 한다. 제1 장치는 차량이나 시설의 배터리 또는 배터리 뱅크일 수 있다. 대안적으로 (alternatively), 프로세스 시스템 (process system)은 화재 위험이 특히 두드러지는 모든 유형의 제조 또는 운영 시스템일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 에어로졸 물질은 에어로졸 화재 진압 물질이 함침된 물질의 몸체일 수 있다 (the aerosol material is in the form of a body of material impregnated with an aerosol fire suppression substance). 보호물질층 (layer of protective material)은 몸체의 측면에 배치되어 에어로졸 화재 위험물과 마주하게 위치한다. 상기 보호물질층은 에어로졸 화재 진압 물질이 함침된 재료 본체의 일부를 노출시키는 패턴 형상을 갖는다.

본 발명의 전술한 특징과 다른 특징 및 장점은 첨부 도면 (실제 크기와 동일하지 않음) 및 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해진다. 상세한 설명 및 도면은 본 발명을 제한하기보다는 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그 등가물 (equivalents)에 의해 결정된다.

본 발명에 따른 소화제는 설치가 단순하고, 필요한 공간을 줄이며, 무게를 줄이고, 소화제 구성요소 가격을 낮출 수 있고, 설치에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 전형적인 인클로저의 개략도이며, 잠재적인 화재 위험물 (potential fire hazard)이 인클로저 내부에 놓여되어 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 제품 (aerosol product)의 개략도이며, 에어로졸 제품이 도 1에 도시된 화재 위험물 인클로저 상부에 배치되어 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개략도이며, 에어로졸 제품의 대안적인 배치 (alternative placement of aerosol product) 보여준다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개략도이며, 에어로졸 제품이 층의 형태로 (in layers) 배치되거나 그외 다양한 형상으로 배치되는 것을 보여준다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개략도이며, 인클로저 상부에 에어로졸 작용제가 배치된 경우를 보여준다. 또, 제어, 검출 및 개시 시스템의 일 예 (exemplary)를 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 특정 에어로졸 패널 구성 (particular aerosol panel configuration)을 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 특정 에어로졸 패널 구성을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 에어로졸 시스템이 인클로저 내부에 배치되며, 화재 위험물 상부에 적용되어 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 에어로졸 물질이 화재 위험물에 적용될 수 있는 다양한 모드를 예시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 에어로졸 물질이 화재 위험물에 통합되어 있다 (the aerosol material is incorporated into the fire hazard).
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 개별 배터리 셀과 같은 화재 위험물에 에어로졸 물질이 적용된 예이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 그룹화된 개별 배터리 셀과 같은 화재 위험물에 에어로졸 물질이 적용된 예이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 화재 위험물은 일렬로 배열된 개별 배터리 셀이며, 에어로졸 물질이 화재 위험물 유닛들 사이의 틈새 공간 내에 배치되어 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 화재 위험물은 어레이 (array) 형태로 배열된 개별 배터리 셀이며, 에어로졸 물질이 화재 위험물 유닛들 사이의 틈새 공간 내에 배치되어 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 개략도이며, 에어로졸 물질이 디바이더 또는 파티션에 통합되어 있다 (aerosol material is incorporated into dividers or partitions).
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 인클로저의 단면도이며, 에어로졸 물질을 굳혀서 인클로저로 성형한다.
도 17은 에어로졸 패널의 사시도이며, 에어로졸 물질의 활성화를 제어하기 위한 억제 코팅 (104)이 에어로졸 패널 (100)의 선택적 위치에 적용되어 있다.

본 발명은 다양한 형태의 실시예가 가능하지만, 본 개시 내용은 본 발명의 원리에 대한 예시임을 명심해야 한다. 본 발명의 이해를 돕기위해, 몇몇 실시예가 도면에 도시되어 있고 본 명세서에 상세히 설명되어 있으나, 이는 본 발명을 예시된 실시예(들)로 제한하려는 의도는 아니다.

첨부 도면을 참고하여, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 본 발명을 설명할 것이다. 도면 및 설명은 본 발명의 다양한 측면에 대한 예시에 불과하며, 첨부된 청구범위의 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 특별히 언급하지 않는 한, 명세서 및 청구범위의 단어 및 문구는 해당 분야의 숙련자에게 평범하고 일반적이며 익숙한 의미로 제공되도록 의도되었다. 발명가는 자신의 사전 편찬자가 될 수 있다. 발명자들은 자신의 사전 편찬자로서 달리 명시하지 않는 한 명세서와 청구범위에서 용어의 평범하고 일반적인 의미만을 사용하기로 명시적으로 선택했으며, 더 나아가 해당 용어의 "특별한" 정의를 명시적으로 제시하고 그것이 어떻게 평범한 의미와 다른지 설명했다. "특별한" 정의를 적용하려는 그러한 명확한 의도의 진술이 없으면, 용어에 대한 단순하고 평범하며 일반적인 의미가 명세서 및 청구범위의 해석에 적용되는 것이 발명자의 의도 및 바람이다.

발명자들은 또한 영어 문법의 일반적인 교훈을 알고 있다. 따라서 명사, 용어 또는 문구가 어떤 방식으로든 추가로 특징지어지거나 지정되거나 축소되도록 의도된 경우 해당 명사, 용어 또는 문구는 영어 문법의 일반 용어에 따라 추가 형용사, 설명 용어 또는 기타 수식어를 명시적으로 포함한다. 그러한 형용사, 설명적 용어 또는 수식어를 사용하지 않는 것은 위에 명시된 해당 기술 분야의 숙련된 사람들에게 그러한 명사, 용어 또는 문구에 평범하고 일반적인 영어 의미를 부여하려는 의도이다.

또한, 발명자들은 미국특허법의 특별 조항 35 U.S.C §112(f) 또는 pre-AIA 35 U.S.C. §112 (6) 표준 및 적용에 대해 충분히 알고 있다. 따라서, 발명의 상세한 설명이나 청구범위에서 "기능", "수단" 또는 "단계"라는 단어를 사용하는 것은 특별 조항의 35 U.S.C §112(f) 또는 pre-AIA 35 U.S.C. §(6)에 따라 발명을 정의하려는 의도는 아니다. 반대로, 35 U.S.C. §112(f) 또는 pre-AIA 35 U.S.C. §의 조항이 발명을 정의하기 위해 원용되는 경우, 청구항은 "~을 위한 수단" 또는 "~을 위한 단계"라는 정확한 문구와 특정 기능(예: "로스팅 수단")을 구체적이고 명시적으로 기술할 것이며. 이러한 기능을 설명하는 어떠한 구조, 재료, 또는 행위 등이 명확하게 제시되지 않은 채로 이러한 문구가 사용될 것이다. 따라서 청구항이 "...을 위한 수단" 또는 "...을 위한 단계"를 인용하더라도, 청구항이 해당 수단이나 단계를 지원하거나 인용된 기능을 수행하는 구조, 재료 또는 행위도 인용하고 있다면, 35 U.S.C. §112(f) 또는 pre-AIA 35 U.S.C. §의 조항의 적용을 배제하고자 하는 것이 발명자의 분명한 의도이다. 또한, 35 35 U.S.C. §112(f) 또는 pre-AIA 35 U.S.C. §의 조항이 청구된 발명을 정의하기 위해 인용되었더라도, 발명은 예시된 실시예에 설명된 특정 구조, 재료 또는 행위에만 제한되지 않고 모든 구조, 재료 또는 행위를 포함하며, 본 발명의 청구 범위는 나아가 현재 또는 미래에 개발되는 등가 구조, 재료, 또는 행위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

다음의 설명에서, 그리고 설명의 목적으로, 본 발명의 다양한 측면에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 다양한 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나 관련 기술 분야의 당업자라면 본 발명이 이러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에는, 본 발명이 모호해지는 것을 피하기 위해 공지된 구조 및 장치가 보다 일반적으로 도시되거나 논의된다. 많은 경우, 동작에 대한 설명은 본 발명의 다양한 형태를 구현하는 데 충분하며, 특히 동작이 소프트웨어로 구현되는 경우에는 더욱 그렇다.

개시된 발명이 적용될 수 있는 많은 상이하고 대안적인 구성, 장치 및 기술이 있다는 점을 유의해야 한다. 따라서, 본 발명의 전체 범위는 이하 설명되는 실시예에 제한되지 않는다.

본 발명의 다양한 측면은 기능 블록 구성요소 (functional block components) 및 다양한 처리 단계 (various processing step) 의 관점에서 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록은 지정된 기능을 수행하고 다양한 결과를 달성하도록 구성된 임의의 수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성 요소 (any number of hardware or software components)에 의해 실현될 수 있다.

따라서, 파이로테크닉으로 생성된 (pyrotechnically-generated) 화재 진압 물질의 생성 및 분산을 달성하기 위한 개선된 장치, 시스템 및 방법이 개시되어 있지만, 시스템 및 장치에 대한 다음 개시 내용의 참조는 언급된 프로세스에 대한 관련 구조를 활용하는 기타 화재 진압 장치 및 방법에도 적용 가능하다. 마찬가지로, 방법에 대한 참조는 인용된 장치의 동작에서 프로세스를 수행하는 시스템 및 장치에도 적용될 수 있다. 다양한 예시된 실시예의 요소 또는 구조의 조합이 제안되어 있지만, 이에 제한되지 않는, 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 장치의 특정 재료 및/또는 제조 방법이 논의될 수 있지만, 당업자는 요구 사항을 충족시키기 위해 원하거나 필요에 따라 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 특정 응용 프로그램의 요구 사항에 따라 다양한 재료 및/또는 제조 방법을 선택할 수 있다.

예를 들어 도 1-7은 일 실시예로 시트 형태의 파이로테크닉 에어로졸 화재 진압제 (pyrotechnic aerosol fire suppression agent)를 도시한다. 파이로테크닉 에어로졸 화재 진압제에는 화학 연소 에어로졸 화재 진압 작용제 (pyrotechnic aerosol fire suppression agent)가 함침되어 있고 열 및/또는 화염에 노출되었을 때 외부로 방출된다. 이러한 시트는 잠재적인 화재 위험물 상부 또는 근처에 전략적으로 배치될 수 있다. 에어로졸 작용제 패널(시트, 코팅 등)은 다른 에어로졸 소화 시스템을 배치하기에는 공간이 부족하거나 작용제 (agent) 배치 (distribution)가 여의치 않은 경우에 특히 적합하다. 대안으로 (alternatively), 에어로졸 작용제 (aerozol agent) 시트 또는 코팅은 노즐을 통해 분산되는 파이로테크닉 화재 진압 작용제 (pyrotechnic fire suppression agent)에 대한 보충물로 제공될 수 있다.

본 명세서에서는 내부에 함침된 화재 진압 작용제를 갖는 물질이 시트 형태인 것으로 설명 및 도시되어 있지만, 다른 기하학적 구성도 가능하다. 이와 같이 다른 형상으로 구현된 구성도 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 함침된 재료 본체 (body of impregnated material)의 이러한 대안적인 구성은 가요성, 강성, 이들의 조합 중 하나의 물성을 가질 수 있고; 원통형, 피라미드형, 프리즘형, 직육면체형, 구형, 불규칙 쉘형, 이들의 조합 중 하나인 형상을 가질 수 있으며; 속이 빈, 속이 꽉 찬, 단단하지만 전체적으로 다공성인 것 중에 하나로 성형될 수 있고; 이들의 조합 중 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에 있어서, "에어로졸 물질" (aerosol material)이란 에폭시 수지 물질을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 바인더 물질 (binder material)에 매립되거나 함침되는 물질 및/또는 물질의 혼합물 또는 조성물을 지칭할 수 있다. 에어로졸 화재 진압 작용제 (aerosol fire suppression agents)의 작동을 요약하면 다음과 같다.

(a) 응축된 작용제 (점화 전) (condensed agent: before being ignited)는 일반적으로 주로 연료(에폭시 수지일 수 있음)와 산화제(예: 질산칼륨)로 구성된 고체 물질(액체 또는 슬러리 (slurry) 일 수도 있음)이다. 이는 불꽃놀이, 군수품, 에어백 팽창기 등 파이로테크닉 물질 (pyrotechnic materials)과 유사하다.

(b) 물질이 점화되면 산화제에 의해 연소가 크게 가속화 (accelerated) 된다. 연소 속도에 따라 몇 초에 걸쳐 생성되는 소화 작용제가 될 것인지, 아니면 즉시 연소되어 폭발 효과를 발휘하는 폭탄이 될 것인지가 결정된다.

(c) 화재 소화 에어로졸 작용제 (fire extinguishing aerosol agent)는 응축된 작용제가 연소됨으로써 생성된다. 일반적으로 고체 펠릿 (pellet)은 질소 및 기타 가스를 포함할 수 있는 일부 가스 부산물과 함께 초미립자 형태의 실제 에어로졸(일반적으로 흰 연기로 나타날 수 있음)을 생성한다.

(d) 진압해야 할 일반적인 표적 화재 (normal target fire)에서, 연소 중인 연료는 연소를 유지하기 위한 발열 반응을 제공하기 위해 공기 중의 산소와 연결되는 화학적 라디칼 (radicals)을 생성한다.

(e) 다음 중 하나 이상의 사건이 발생하지 않는 한 표적 화재는 계속해서 지속된다.

1. 산소가 제거된다. (예: CO2 소화기가 사용된다)

2. 불을 식힌다. (스프링클러나 물호스가 사용된다)

3. 연료가 제거된다. (연료를 공급하는 밸브가 닫히면 누출 파이프에서 가스 제트 화재 (gas jet fire)가 멈춘다.)

(f) 파이로테크닉 에어로졸 화재 진압 시스템 (pyrotechnic aerosol fire suppression systems)은 위에서 설명한 세 가지 "전통적인" 방법을 사용하지 않는다. 에어로졸 화재 진압 작용제로 생성된 미립자는 칼륨 기반이다. 매우 미세한 미립자가 대상 화재의 불꽃에 들어가면 일반적으로 산소와 연결되는 연료의 라디칼이 우선적으로 에어로졸 작용제 (aerosol agent)에서 제공되는 칼륨 라디칼과 연결된다. 칼륨 라디칼을 통해 생성된 새로운 화합물은 안정적이고 타지 않아 타겟 화재가 진압된다.

(g) 다시 말하면, 일반적으로 화재가 발생한 실내에는 진압대상 화재 (타겟 화재)가 계속 연소되도록 하는데 필요한 산소가 여전히 존재한다. 파이로테크닉 에어로졸 화재 진압 작용제 (pyrotechnic aerosol fire suppression agent)는 화재에 이용 가능한 산소를 감소시키지는 않는다. 대신, 표적 화재의 연료 라디칼은 주변 대기 산소보다 불꽃을 통해 생성된 칼륨 라디칼에 대해 더 큰 친화력을 갖는다. 따라서 산소가 여전히 존재하더라도 칼륨의 존재로 인해 산소가 배제되기 때문에 목표 화재가 진압된다.

도 1은 잠재적인 화재 위험물(12)이 배치되어 있는 대표적인 인클로저(10)의 개략도이다. 보호 대상이 되는 위험물은 격납 장치 (containment)를 포함할 수 있다. 격납 장치 (containment)는 예를 들어 실질적으로 누출을 방지할 수 있고, 또는 약간의 누출은 허용할 수도 있으며, 혹은 잠재적인 화재 위험물을 나타낸다 (represents a potential fire hazard). 상기 화재 위험물은 상기 인클로저 안에 위치한다. 화재 등급은 A급(일반 가연성 물질), B급(가연성 액체), C급(전기 화재), D급(리튬과 같은 가연성 금속) 또는 리튬 이온 배터리의 특정 전해질 물질과 같이 대기 산소 없이도 연소될 수 있는 물질일 수 있다

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 제품 (aerosol product) (14)의 개략도이다. 에어로졸 제품 (aerosol product)은 도 1에 도시된 화재 위험물(12) 상부에 적용되어 있다. 시트, 패널 또는 다양한 다른 형상으로 성형된 에어로졸 작용제 (aerosol agent)가 인클로저(10) 내에 적용될 수 있다 (fitted within the enclosure). 작용제의 양과 배치는 볼륨, 사용 가능한 공간, 누출, 장애물에 따라 달라진다. 높은 에너지를 갖는 위험물의 경우, 원치 않는 화재가 발생하면 에어로졸 작용제가 연소를 시작하기에 충분한 에너지, 화염 및/또는 열이 발생된다. 이 가장 간단한 배열에서는 화재 감지가 필요하지 않으며 소화 기능의 작동이 자동으로 이루어 진다.

"고체 에어로졸 형성 화합물" (solid aerosol forming compound)에 대한 작용제 제제 (agent formulation)는 에너지 물질이다. 에너지 물질은 일반적으로 연료와 산화제로 구성된다. 연소 속도는 물질의 선택에 따라 결정된다. 매우 빠른 연소는 폭발로 간주된다. 느린 연소 제제는 화재 방지 제조업체에서 고체 에어로졸 형성 화합물에 사용된다. 고체 에어로졸 형성 화합물을 고려하면, 사용되는 연료는 일반적으로 에폭시 수지이고, 산화제는 일반적으로 질산칼륨 또는 유사한 산화제이다. 더 자세히 말하면, 대표적인 물질로 질산칼륨; 탄산 칼륨; 에폭시 또는 유기 수지; 디시안디아미드(DCDA); 마그네슘 중 하나 이상이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 이러한 물질들로

(파이로테크닉 생성기 (pyrotechnical generator)에서 사용되는) 에어로졸 펠릿을 만들거나 혹은 함침 시트를 만든다. 질산칼륨과 탄산칼륨을 비교하자면, 탄산칼륨은 강한 산화제이지만 충격을 받기 쉬우므로 질산칼륨이 더 안전하고 안정적인 것으로 간주된다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해, 질산칼륨은 특히 움직임, 충격, 진동 등에 영향을 받을 수 있는 화재 위험물에 또는 그 부근에서 구현하기에 더 안전한 재료로 간주된다

파이로테크닉 생성기 (pyrotechnical generator) 또는 함침 시트를 구현할 때, 화재 진압 에어로졸의 생성 속도를 결정하기 위해 특정 화학 조성; 시트의 표면적 또는 노즐 면적 및/또는 발생기의 경우 챔버 부피, 시트 또는 패널의 형상 및/또는 두께; 세라믹 "페인트"와 같은 억제 코팅(시트, 패널 또는 발전기 펠렛에) 사용 등의 여러 가지 요소들이 고려될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 에어로졸 생성 물질 그 자체를 컨테이너 형상으로 성형할 수 있다. 이 경우, 에어로졸 생성 물질을 운반하거나 지지하기 위해 별도의 외부 프레임이나 홀더 (external frame or holder) 없이도 스스로 지지하는 자가 지지 본체 (self-supporting body)가 구현될 수 있다. 자가 지지체 (self-supporting body)를 구현하기 위해서는 상당한 양의 에폭시 수지가 사용되는데, 수지가 연소 속도에 영향을 미칠 수 있다. 잠재적으로, 자기 소화 지점까지 (point of self-extinguishment) 연소 속도를 늦출 수 있다. 따라서, 예를 들어 분말 또는 플레이크 형태의 마그네슘, 알루미늄 또는 유사한 물질 등 연소 조절 또는 강화 물질이 수지 내에 분산될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개략도이며, 에어로졸 제품(14)이 위험물(12)을 감싸는 용기, 하우징, 인클로저 등(10)의 상부에 적용된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로졸 제품(14)의 대안적인 배치를 도시하는 개략도이다. 에어로졸 제품(14)이 복수개의 층(16, 18)으로 적용되고 있다. 필요한 경우 더 많은 층 (layer)가 제공될 수 있다. 에어로졸 제품은 다양한 형상으로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 패널, 시트, 블록, 스트립 및 바 등이 포함된다. 에어로졸 제품(14) 내에 포함된 에어로졸 작용제는 인클로저(10) 및 화재 위험물(12)에 가장 적합하도록 배치 또는 적용 될 수 있다. 일단 작동 기전이 개시되면 (once initiated), 모든 에어로졸 작용제는 에어로졸 물질의 에너지로 인해 작동한다 (all the aerosol agent will actuate because of the energy of the aerosol materials). 설치된 에어로졸 시트/패널 또는 폼 (aerosol agent sheets/panels or forms)이 서로 접촉되어 있지 않는 경우에도, 근처의 에어로졸 작용제가 연소되어 소화 작용제를 생성할 수 있다. 대안적으로, 또한, 층(16, 18)은 문제의 특정 화재 위험물(12)의 특성에 맞게 서로 다른 온도에서 전개될 수 있도록 서로 다른 에어로졸 재료를 사용하여 제조될 수 있다.

도 5는 본 발명의 대안적인 실시예의 개략도이며, 검출 및 작동 시스템과 결합된 에어로졸 제품(14)의 배치를 도시한다. 앞서 설명한 바와 같이, 에어로졸 작용제 물질은 화재로부터 발생되는 상당한 화염 또는 에너지로 인해 자체 개시 (self-initiating) 될 수도 있지만, 화재 감지기(들)(22) 및 전기 개시제(24)를 통해 에어로졸 작용제 물질의 작동을 개시할 수도 있다. 예를 들어, 화재가 에어로졸 연소를 시작하는 데 필요한 에너지를 공급 못할 것으로 예상될 때, 혹은 추가 신뢰성이 필요한 경우에 화재 감지기(들)(22) 및 전기 개시제(24)를 추가할 수 있다. 화재 감지는 연기, 열, 화염 감지기 및/또는 자동 또는 수동 작동 제어 스테이션(들)(20)을 사용할 수 있다.

화재 진압 에어로졸 발생기 또는 시트 (fire suppression aerosol generator or sheets)를 작동시키기 위해 화재 감지 시스템을 사용하는 것에 추가하여 또는 그 대안으로, 모니터링 장비를 이용할 수 있다. 모니터링 장비는 잠재적으로 화재를 감지할 수 있는 프로세스 모니터링 시스템 (process monitoring system) (미도시)을 포함할 수 있다. 프로세스 모니터링 시스템 (process monitoring system) (미도시)로부터 수신된 신호에 의해 화재 진압 에어로졸 발생기 또는 시트가 작동 될 수 있다. 예를 들어, 차량의 배터리 구획 (battery compartment)의 경우, 제어 장치에 신호를 보내도록 구성된 전용 화재/연기 센서 외에도 배터리 뱅크 작동 오류를 감지할 수 있는 모니터링 시스템을 배터리 뱅크에 추가할 수 있다. 상기 모니터링 시스템은 발화 또는 폭발로 이어질 수 있는 조건에 상응하는 오류를 감지한다. 이로써, 실제 감지 가능한 연기, 과도한 열 또는 화염이 발생하기 전에 미리 배터리 뱅크의 작동 오류를 인지할 수 있다.

이러한 패널, 형상 또는 코팅(14) (panels, shapes, or coatings)은 배터리 인클로저 뿐만 아니라 인클로저(10)의 천장/상부, 벽 및 바닥/바닥에 적용될 수 있다. 작용제가 점화되면 작용제가 인클로저/방(room)에 직접 분산된다. 인클로저가 연기나 화재 발생 시 차단되지 않거나 차단될 수 없는 활성 환기 장치(예: 송풍기)를 갖춘 인클로저인 경우, 고정된 개구부(통풍구 등)가 있는 상황, 또는 엔클로저의 무결성이 연기/열/화재 사건으로 인해 급속히 손상될 수 있는 경우. 당업자는 통상의 설계 및 엔지니어링 관행을 사용하여 에어로졸 작용제의 양을 증가시켜 그러한 손상의 결과로 발생하는 활성화된 에어로졸 물질의 잠재적인 손실 또는 오류 (misdirection)를 처리할 수 있다.

소화 에어로졸은 작용제 연소 (agent combustion)에 의해 생성되며, 작용제 연소는 화염이나 화재의 고열에 의해 직접적으로 개시될 수 있다. 작용제 연소는 또한 열, 연기 또는 화염 센서를 사용하는 다양한 화재 감지 시스템(20, 22, 24)에 의해 개시될 수도 있고, 에어로졸 약제에 장착된 개시제를 전기적으로 작동시키는 수동 작동 스테이션에 의해 개시될 수도 있다. 다른 유형의 개시제 (initiators)는 열적으로 작동되는 것일 수도 있고, 혹은 격실의 온도를 상승시켜 개시자를 작동시키는 방식의 기계적 유형일 수도 있고 또는 수동 기계적 수단일 수 있다.

도 6-7은 응축 에어로졸 작용제 (condensed aerosol agents)에 대한 추가 세부 정보를 개시한다. 응축 에어로졸 작용제는 시트, 패널 및 코팅 형태일 수 있다.

도 6-7에 예시된 바와 같이, 능선형 (ridged) 또는 유연성 (flexible)의 응축 에어로졸 패널, 시트 및 코팅을 보다 실용적으로 만들기 위해, 다양한 개선 및 특징이 제공된다.

얇은 세라믹 페인트 또는 코팅, 또는 이와 유사한 화재 억제제 (fire retardant) (30)는 패널, 시트 및/또는 에어로졸 코팅(26)의 선택된 표면(32)에 적용될 수 있으며, 또는 인클로저(36)의 표면(들)(34)에 적용될 수 있다. 화재 위험물 (도시안됨)은 인클로저 내부 또는 그 주변에 놓여있다. 이러한 재료는 일정 기간 동안 화씨 1500도 이상의 온도에 견딜 수 있다. 그 결과, 패널, 시트 및 코팅에서 화재가 발생하더라도, 화재 영역은 화재 억제제 (fire retardant)가 적용되지 않은 영역으로 한정된다. 이러한 특성을 이용하면, 에어로졸 물질이 연소되어 소화 작용제를 생성하는 방법과 위치를 제어하는 방법을 개선할 수 있고, 연소가 너무 빠르게 진행되는 것을 방지할 수도 있다. 매우 빠르거나 제어할 수 없는 연소로 인해 과도한 압력이 발생하면 위험물의 인클로저가 손상될 수 있다. 세라믹 코팅은 일반적으로 매우 얇은 페인트 층과 유사한 것으로 간주된다. 그러나 특정 요구사항을 수용하기 위해 특정 두께는 당업자에 의해 결정될 수 있다. 이 글을 쓰는 시점에서, 본 개시 내용에 따라 구현될 수 있는 세라믹 코팅의 잠재적인 후보로서 다수의 브랜드 및 제품이 업계에 존재한다. 특정 세라믹 페인트나 코팅은 매우 높은 열을 견딜 수 있다. 이 특성은 점화되고 연소되는 고체 에어로졸 작용제의 표면적을 선택적으로 제어하거나 제한하는 데 활용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 세라믹 페인트의 일반적인 도포 두께는 1 mil (0.001인치) 내지 6 mils (above 1 mil (0.001 inch) to 6 mils)이다. 세라믹 코팅의 두께는 6 mils내지 50 mils이다. 이 글을 쓰는 시점에 시중에서 판매되는 제품 중 하나는 Cerakote™C 시리즈 코팅이고. C-7700은 정격이 최대 1,800°F(1,000°C)이다. 또 다른 제품 브랜드로는 3M™ NEXTEL™ 페인트 및 코팅이 있다.

밀봉제, 고무 코팅 또는 얇은 필름(38)은 일반적으로 응축된 에어로졸 작용제 물질의 영역에 존재할 수 있는 습기 또는 기타 부식성 화학 물질의 유해한 영향을 방지하기 위해 에어로졸 물질의 표면 위에 도포될 수 있다. 장점은 에어로졸 재료가 작용제 물질의 품질을 저하시키고 성능을 저하시킬 수 있는 환경 오염으로부터 작용제를 보호된다는 것이다. 이러한 추가된 밀봉제, 고무 코팅 또는 얇은 필름은 에어로졸 물질이 화염이나 열에 반응하는 것을 막지 못한다. 왜냐하면 이들은 가연성이므로, 위험물에서 발생한 화염은 밀봉제, 고무 코팅 또는 얇은 필름을 즉시 연소시키고 통과하여 응축된 에어로졸 물질을 빠르게 작동시킨다. 그 결과 소화 작용이 개시된다. 또한, 에어로졸 작용제보다 빨리 연소하기 시작하는 에너지 물질를 실런트에 혼합시킬 수 있다. 이 경우, 실런트는 고체 에어로졸 작용제를 보호할 뿐만 아니라, 노출된 화염에 대한 패널의 반응 시간을 향상시킨다. 이런 방식으로 패널의 반응 시간을 조절하는 것은 흔히 채용되는 방식이다. 마찬가지로 실런트의 두께도 당업자의 특정 구현 요구 사항에 따라 변경될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 10 mils (1mil은 0.001인치) 내지 100 miks의 얇은 코팅이 본 발명의 실시예에서 바람직한 범위인 것으로 간주된다. 알려진 잠재적 후보로는 FLEX-SEAL™이라는 브랜드 이름으로 판매되는 고무 밀봉제 또는 3M™의 유사한 제품과 같은 물질이 있다.

절연층 (40) (insulation)는 연소 중인 에어로졸 물질로부터 인클로저 또는 포장재로의 열 전달을 제한하기 위해 에어로졸 물질에 추가될 수 있다. 세라믹 절연 시트, 직물 또는 코팅과 같은 고성능 절연 재료를 사용할 수 있다. 장점은 인클로저나 포장을 더 얇게 만들거나 저렴한 재료로 만들 수 있고, 인클로저나 포장을 유리 섬유, 플라스틱, 섬유판 또는 판지 용기와 같이 가연성 재료로 만들 수도 있다는 것이다.

본 발명의 실시예에 따라 사용하기에 적합한 것으로 간주되는 절연층 (insulation)의 공급원의 일 예는 3M™ 제품이다. 특히, 3M™NEXTEL™로 알려진 우수한 고성능 단열 제품군이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연층 (insulation)은 얇은 직물 또는 유연한 판지와 유사한 구성 및 성능 특성을 갖도록 제조된 물질 (a thin fabric or a material fabricated with a configuration and performance characteristics similar to flexible cardboard)일 수 있다. 이 물질은 예전에는 에어로졸 용기 내부에 배치되어, 방전 후 열 방출을 늦추어 부상을 방지하기 위한 용도로 사용되었다. 그러나, 에어로졸 작용제의 열이 인클로저로 전달되는 것을 직접적으로 방지하기 위한 용도로 사용된 경우는 없었다.

열 전달을 막기위해 위해 광범위한 고성능 세라믹 절연 제품을 사용할 수 있다. 3M의 NEXTEL™또는 INTERAM™제품 중 특정 모델은 850°C 이상의 온도에 견딜 수 있는 것으로 알려져 있으며 견고한 구조용 시트 또는 비구조용 직물로 제공된다.

패널 또는 기타 형상이 인클로저 또는 위험물에 장착되어야 하는 경우, 설치 시 스프레이 또는 브러시 접착제를 도포할 수 있다.

대안적으로 (alternatively), 패널 형상, 시트 형상 또는 코팅 형상으로 성형된 에어로졸 물질을 원하는 위치에 설치하기 전에, 에어로졸 물질의 뒷면에 미리 접착제(42)를 추가할 수 있다. 접착제를 미리 도포한 후, 에어로졸 물질 장착시에 접착제의 보호 필름 또는 이형지 (미도시)를 제거한다. 그러면, 접착제가 노출되어 패널, 시트 및 코팅 형상의 에어로졸 물질을 원하는 위치에 보다 빠르고 적은 노동력으로 설치할 수 있다. 예를 들어, 양면 테이프를 사용할 수도 있고, 또는 에어로졸 물질의 측면에 미리 접착제를 도포하고, 접착제 상부에 선택적으로 제거 가능한 보호층 (protective layer)이나 스트립 (strip)을 형성할 수 있다. 당업자는 특정 구현의 조건에 적합한 접착제를 선택할 수 있다. 3M™에서 판매하는 접착 재료나 Gorilla Glue™와 같은 기타 일반적인 접착제는 많은 경우에 적합할 것이다. 선택시 고려 사항 중 하나는 접착제의 화학적 성질이 에어로졸 연료 및 산화제의 화학적 성질과 호환되어야 하며, 접착제 연소가 에어로졸의 화재 진압 특성을 방해하지 않고 고열이나 화염 환경 등에서 독성이 없어야 한다는 것이다.

도 8-14는 에어로졸 시트, 패널 및 코팅의 여러 가지 다른 응용예를 도시하고 있다.

시트, 패널 및 코팅(54) 형태로 성형된 응축 에어로졸 작용제는 인클로저 자체의 내부 또는 외부 표면에 전체적으로 혹은 부분적으로 부착할 수 있다. 또는 시트, 패널 및 코팅(54) 형태로 성형된 응축 에어로졸 작용제를 인클로저 내부에 수납되는 파티션으로 전체적으로 혹은 부분적으로 활용할 수 있다. 또는, 시트, 패널 및 코팅(54) 형태로 성형된 응축 에어로졸 작용제를 위험 요소 (52) (hazardous components) 자체에 전체적으로 혹은 부분적으로 직접 부착할 수도 있고, 인클로져 내에 배치된 요소 (components inside an enclosure)에 전체적으로 혹은 부분적으로 부착할 수도 있다. 또는, 시트, 패널 및 코팅(54) 형태로 성형된 응축 에어로졸 작용제를 위험 요소 (52) 내부 (inside)에 전체적으로 혹은 부분적으로 배치할 수도 있다 (도 10). 또는, 응축 에어로졸 작용제를 시트, 패널 및 코팅(54) 형태로 성형하여 그 자체가 전체적으로 혹은 부분적으로 위험 요소의 구조가 된다.

이와같이, 응축 에어로졸 소화 시트, 패널 또는 코팅은 인클로저, 상자 (boxes) 또는 이와 유사한 용기에 적용될 수도 있고, 인클로저 내부의 칸막이 또는 분리판으로 사용될 수도 있고, 응축 에어로졸 물질은 위험 물질 또는 조립품 (hazardous materials or assemblies) 상부, 바로 근처, 또는 내부에서 적용될 수도 있다.

패널, 가요성 및/또는 강성 시트 또는 코팅 형상의 에어로졸 물질은 화재 위험물에 직접 또는 근접하여 적용될 수 있다. 도 9는 에어로졸 물질 시트(들)(54)가 위험물(52)의 하나 또는 복수의 측면(56)에 적용된 예를 보여준다.

응축된 에어로졸 작용제 물질은 위험물의 하나 이상의 표면에 또는 그 근처에 적용될 수도 있고, 패널, 유연한 및/또는 단단한 시트 또는 코팅 형태의 에어로졸 물질로 위험물을 부분적으로 또는 완전히 덮거나 둘러싸는 것도 가능하다.

본 발명의 장점은 화재 감지 시간과 에어로졸 소화 물질의 작동 시간이 크게 단축될 수 있다는 점이다. 또 다른 장점은, 본 발명의 구조에 따르면, 소화 작용제가 화재 위험물과 더 가깝게 위치할 수 있다.

예를 들어, 더 큰 인클로저 또는 완전한 배터리 팩 내에 위치하는 하나 이상의 리튬 이온 배터리 모듈에 적용할 수 있다. 모듈은 하나의 어셈블리로 집합적으로 보호될 수도 있고, 각 모듈이 개별적으로 보호될 수도 있다.

또한, 추가 보증을 위해 (for added assurance), 배터리 모듈, 배터리 팩 또는 배터리 셀(60)(도 11-14)이 내장된 더 큰 인클로저를 에어로졸 물질 패널, 시트 또는 코팅을 재료로 이용하여 구현할 수 있다. 이 경우, 화재 발생시, 인클로저를 구성하는 패널, 시트 또는 코팅 내에서 에어로졸 물질이 방출되므로, 화재에 대한 추가적인 보호 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 위험물 구성요소 (components of the hazard) 에어로졸 물질을 코팅(58) 하거나(도 11-12에 도시됨), 위험물의 빈 공간의 일부 또는 전부를 에어로졸 물질(62)로 채우는 방식으로 위험물 내부에 에어로졸 물질을 적용할 수도 있다 (도 13-14에 도시된 바와 같음). 도 11을 구체적으로 참조하면, 본 발명의 일 실시예는, 실제 위험 물질을 구성하는 구조물 또는 장치의 외부 표면에 에어로졸 발생 물질을 직접 적용함으로써 잠재적인 화재 위험물을 보호하는 방법을 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 물질은 하나 이상의 개별 배터리 셀을 담는 집합 배터리 팩에 통합되기 전에 개별 배터리 셀의 외부 표면에 직접 적용된다. 이때, 에어로졸 물질 적용 방법은 분무 (spraying), 담금 (dipping), 얇은 시트 형태의 에어로졸 물질을 예를 들어 접착제의 개재층을 통해 적용, 또는 이들 방법 중 둘 이상을 조합 할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예로 에어로졸 물질이 디바이더 (divider) 또는 파티션 (partition)에 통합된 경우를 도시한다. 구체적으로, 디바이더(70)는 단일 유닛으로서 모놀리식하게 형성될 (monolithically-formed) 수 있다. 예를들어 성형으로, 디바이더는 일련의 패널(72)로 제조된다. 대안적으로, 디바이더 (70)는 접착식으로 서로 접착된 별도의 패널(72)일 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 디바이더(70)는 단일의 긴 대형 패널(72) 또는 일련의 소형 패널(72)일 수 있다. 모든 경우에 있어서, 대형 패널 또는 소형 패널을 서로 맞물리게 하여 디바이더를 용이하게 형성하기 위해 슬롯(도시되지 않음)을 적절하게 형성하거나 다이컷팅 (die-cut) 할 수 있다.

도 16은 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 화재 위험물(80)의 입단면도이다. 케이스(84) 내부에 복수의 배터리(82)가 실장되어 있다. 배터리(82)는 운송 또는 보관 목적으로 케이스(84) 내에 포함될 수 있다. 대안적으로, 케이스(84)는 기능 유닛을 형성하기 위해 채용될 수 있다. 여기서 복수의 배터리(82)는 함께 유지되고 서로 전기적으로 결합된다. 본 발명의 일 실시예에서, 케이스(84)는 4개의 측면(86) (그 중 2개가 도시됨), 바닥(88), 및 상부 플레이트(90)를 포함한다. 측면과 바닥, 측면과 상부 플레이트는 패스너 (fasteners) 에 의해 서로 결합된다. 패스너의 예로는 나사형 보어 (threaded bores)에 수용된 나사(92, 94) (도면에 도시되어 있으나, 도면부호가 매겨져 있지는 않음) 등이 있다.

도 16의 실시예에서, 측면(86), 바닥(88) 및 상부 플레이트(90) 중 하나 이상은 본 명세서에 설명된 바와 같이 강성 에어로졸 재료로 제조될 수 있다. 이는 특정 치수로 기계 가공될 수 있거나, 대안으로 성형, 스탬핑 (stamped), 압연 또는 기타 적합한 방법을 통해 제작될 수 있다. 또한, 향상된 수지 에어로졸 물질로 배터리 팩 또는 전원 공급 장치의 구조적 구성 요소를 제작하면 상단, 하단, 측벽 및/또는 내부 칸막이 또는 벽을 기계로 가공하고, 나사용 태핑 (tapped)하고, 다른 패스너 (fasteners)용으로 구멍을 뚫을 수 있다. 본 발명에 의해 고려되는 에어로졸 물질은 충분히 높은 온도에서 및/또는 활성 개방 화염이 있는 경우 자체적으로 작동된다. 따라서, 인클로저을 이루는 구조물 자체 또는 잠재적인 화재 위험물 내부 구조물 자체를 에어로졸 생성 물질로 만들면, 별도의 센서, 정교한 프로세서 및/또는 점화 장치 없이도 에어로졸 생성 물질을 자체 점화시켜 에어로졸 화재 진압 물질을 방출시킬 수 있다. 인클로저 및/또는 내부 구조 그 자체가 에어로졸 생성 물질이므로, 별도로 에어로졸 생성 물질을 수납할 공간이나 구성이 필요하지 않고, 따라서 소화 시스템을 적용하기 위해 인클로저 및/또는 내부 구조에 대한 설계를 변경할 필요도 없다.

도 17은 에어로졸 패널(100)의 사시도이다. 에어로졸 패널(100)에는 에어로졸 함침 수지 ( aerosol-impregnated resin)의 베이스 층(102)과 억제 코팅(104)이 함께 적용되어 있다. 억제 코팅(104)을 선택적으로 적용함으로써 에어로졸 물질의 활성도를 제어한다.

패널, 시트 또는 코팅의 전체 표면적에 너무 빨리 불이 붙는 것을 방지하고 연소를 제어하기 위해, 패널, 시트 또는 코팅(102)의 표면에 억제제 (inhibitor)를 부분적으로 페인팅/코팅될 수 있다. 억제제로 세라믹 페인트 (104) 등을 사용할 수 있다. 이러한 억제제 코팅(102)은 패널, 시트 또는 코팅(102) 위에 세라믹 페인트(104)을 체커 보드 (checker board) 형태로 또는 이와 유사한 패턴으로 실크 스크리닝 할 수 있다. 이러한 구조에서는, 패널의 넓은 영역이 화염에 노출될 때, 패널의 소화 기전이 작동되는 속도가 제한된다. 패널의 소화 기전 발동 속도를 제어함으로써 제어되지 않은 급속한 작동 (최악의 경우 폭발이 될 수 있음)이 발생하지 않도록 보장한다. 도 17에 도시된 바와 같은 체커보드 패턴 이외에, 대체 패턴으로는 줄무늬 또는 스트립, 나선형 패턴, 다이아몬드 패턴, 동심원(과녁 모양과 유사) 등이 고려될 수 있다. 에어로졸 물질의 일부는 덮고 일부를 노출시키는 방식의 장점 중 하나는 모든 에어로졸 물질이 즉각적으로 화재에 반응하지 않도록 보장하여 오랜 시간에 걸쳐, 예를 들어, 특정 구현의 요구 사항을 충족하기 위해 원하거나 필요한 경우 1분 이상 동안 에어로졸 물질이 점진적으로 방출되거나 또는 적어도 통제된 방출이 이루어지도록 하는 것이다.

작용제 물질 (agent material)을 케이스 등에 적용하는 방식은 다양하다. 작용제 물질 (agent material)을 시트 형태 또는 코팅 형태로 제작한 후, 이 시트나 코팅을 부품에 부착 또는 적용한 후, 이들 부품을 조립하여 완성품을 제작할 수 있다. 또는, 조립된 완성품에 에어로졸 물질을 분무 할 수도 있다. 또는, 조립된 완성품을 에어로졸 물질에 담그는 방식도 가능하다.

추가로, 조립체에 존재하는 빈 공간은 에어로졸 물질로 완전히 또는 부분적으로 채워지거나 함침될 수 있다. 즉, 위험물 조립체 내부 또는 주위에 존재하는 빈 공간에 에어로졸 물질을 주입할 수 있다. 조립품의 환기를 위해 일부 공간이 남겨질 수 있다.

배터리 모듈의 경우, 충분한 양의 에어로졸 작용제를 제공하는 동시에 조립체의 환기를 위해 일부 공간이 남겨질 수 있도록 에어로졸 작용제를 배터리 모듈 내에 격자로 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 에어로졸 물질은 모듈의 구성 요소를 완전히 또는 부분적으로 코팅할 수 있다. 또는, 배터리 셀을 완전히 또는 부분적으로 코팅함으로써 위험물 영역 내에 도포될 수도 있다. 조립품의 환기를 위해 일부 공간이 남겨질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 화재 위험물의 구조 자체를 응축된 에어로졸 작용제로 구현 할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 작용제 (aerosol agent)는 단단한 플라스틱과 유사한 외관과 물리적 특성을 지닌 능선형(ridged) 으로 성형될 수 있다. 그 성형물은 기계 가공, 스탬핑, 성형 또는 다른 형태로 가공될 수 있으므로, 금속이나 플라스틱 재료로 배터리 모듈을 만드는 대신, 에어로졸 작용제 성형물을 재료로 배터리 모듈을 제작할 수 있다.

앞에서는 에어로졸 패널, 시트 및 코팅에 대한 추가 세부 사항 및 개선 사항이 논의되었다. 응축된 에어로졸 물질을 위험한 요소 또는 조립체 근처, 상부 또는 내부에 설치할 때 세라믹 코팅, 밀봉재, 절연층 및 접착제와 같은 동일한 개선 사항을 추가로 적용할 수 있다.

본 명세서에 개시된 에어로졸 방출 화재 진압 시스템은 공지된 시스템에 비해 다양한 이점을 제공하는 것으로 믿어진다.

A. 전통적인 다른 소화 방법과 비교하여 본 발명의 장점은 다음과 같다.

열폭주와 결합된 배터리 화재는 진화하기가 극히 어렵고 열폭주 위험이 종료될 때까지 계속된다. 본 발명에 따르면, 리튬 이온 배터리 응용 분야에서 화재를 매우 빠르게 소화할 수 있고 열 폭주를 멈추게 할 수 있다. 반면, 전통적인 작용제 (건조 화학 물질, 표준 물 시스템, 포말, 이산화탄소 등)로는 이러한 화재를 진압하기 어렵다. 이러한 탁월한 성능은 에어로졸 작용제의 소화 메커니즘이 화재의 화학 반응을 방해하기 때문에 달성된다.

배터리 화재에 대한 성능 외에도, 본 발명의 실시예는 배터리 화재 이외의 다른 유형의 화재에 대해 대부분의 다른 작용제보다 훨씬 빨리 화재를 진압할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 소화 시스템은 자급식 (self-contained)이다. 종래 소화 작용제에 비해 비용이 훨씬 저렴하고 무게도 훨씬 더 가볍다.

B. 캐니스터 (canisters)를 사용하는 다른 에어로졸 시스템과 비교하여, 본 발명의 이점은 다음과 같이 설명될 수 있다.

배터리 화재 및 열 폭주는 빠른 속도로 진행된다. 이러한 화재 사건을 감지하고, 진압 기전이 작동하고, 진압하는 데 걸리는 시간이 매우 중요하다. 본 발명의 실시예는 다음과 같은 이유로 리튬 이온 배터리 응용 분야 화재에 더 빠르게 반응할 수 있다.

패널, 시트 및 기타 조립체 형상으로 성형된 에어로졸을 사용하면, 에어로졸을 화재 위험물에 훨씬 가까이 배치할 수 있다. 에어로졸을 패널, 시트 및 기타 조립체 형상으로 성형하면, 그 성형물을 인클로저 내부에 배치하거나, 화재가 발생할 것으로 예상되는 위험물 상부에 직접 부착하거나, 또는 배터리 조립체 내부에 설치하거나, 또는 실제 배터리 상부에 코팅으로 적용할 수 있으므로, 화재 위험물에 매우 가깝게 배치할 수 있다.

시트 또는 패널 형상으로 성형된 에어로졸 생성제를 도포하면, 본질적으로 작용제의 분포도가 향상되고, 따라서 불량한 분포도로 인한 문제점을 해결할 수 있다.

훨씬 더 빠른 작동 속도를 갖는다는 의미는 에어로졸이 배터리 내부에서 발생되는 더 적은 열에도 반응하고 더 작고 덜 위험한 규모의 화재에도 반응하여 진압제가 방출됨을 의미한다. 이와같이 작용제가 더 일찍 반응할수록 열 폭주를 진압하고 중지하는 작업은 더 용이해진다.

본 발명의 실시예에 따르면 패널에 제공되는 작용제의 양을 쉽게 늘릴 수 있다. 따라서, 인클로저의 손상, 누출을 극복하거나, 꺼지지 않은 환기 장치 보상하기 위해 높은 안전 마진을 제공할 수 있다

본 발명의 실시예는 자급식 (self-contained)이며, 비용이 저렴하고, 공간 요구 사항이 매우 낮고, 무게가 매우 낮으며, 사실상 유지 관리가 필요없다.

본 발명은 화재 감지나 작동 시스템이 필요하지 않고 장비 수가 적으면 오작동 위험이 적기 때문에 더 높은 수준의 신뢰성을 갖는다.

C. 작은 프레임에 노출된 에어로졸의 작은 단위를 사용하는 다른 에어로졸 시스템 (other aerosol systems using small units of exposed aerosol in small frames)과 비교하여, 본 발명의 장점은 다음과 같다.

본 발명은 프레임이나 고정 조립체가 필요하지 않다. 그 이유는 본 발명의 작용제는 단단한 강성 패널 또는 유연한 시트 등의 형태로 성형되므로 인클로저에 접착되거나, 위험물에 장착되거나, 위험물 내부에 함침되거나, 코팅 방식으로 위험물에 적용될 수 있기 때문이다. 이러한 형태의 작용제는 기계로 가공되거나 처리되어 그 자체로 위험물의 구성요소가 될 수 있다.

본 발명에 따른 구성요소의 크기와 모양은 각 응용 분야에 맞게 달라질 수 있다. 본 발명은 설치시 훨씬 더 높은 수준의 유연성을 제공한다.

본 발명은 화재시에 더 빨리 작동되고 화재를 더 빨리 진화한다. 화재는 그 규모가 커져서 열폭주가 발생되기 전에 신속하게 소화하는 것이 특히 중요하다. 이점에서 단지 몇 초만이라도 응답 시간이 단축되는 것은 매우 중요하다.

이러한 특성으로 인해 본 발명에 따른 에어로졸 작용제에는 더 높은 안전 마진이 내재되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 에어로졸 작용제는 누출을 극복하고 진압후에 화재가 다시 되살아나지 않도록 진압상태를 지속시킨다. 이러한 진압 상태는 배터리 잔존물이 냉각되고 열 폭주 위험을 종료될 때까지 지속된다.

프레임에 장착된 이러한 소형 유닛과 비교해도 (compared with these small units fitted to frames), 본 발명은 설치 시 더 큰 유연성, 훨씬 더 빠른 작동 및 소화 시간, 더 나은 작용제 분배 및 어려운 장애물을 극복하는 능력, 더 낮은 비용, 더 적은 중량/공간을 차지하는 점, 유지 관리가 불필요한 점 등에서 우월하다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예가 현재 바람직한 것으로 간주되지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 명시되어 있으며, 균등물의 의미와 범위 내에 있는 모든 변경 및 수정은 여기에 포함되도록 의도된다. 예를 들어, 본 개시 내용은 배터리 화재 위험물, 특히 리튬 이온 배터리 화재 위험물이 있는 환경에서 제품, 시스템 및 방법의 사용을 강조하고 있지만, 본 발명의 범위는 그렇게 제한되지 않는다. 여기에 설명되고 예시된 원리는 다른 유형의 화재 위험물에도 적용될 수 있다.

본 발명은 위의 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예의 진정한 정신 및 범위 내에서 많은 수정 및 변형이 고려될 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이점을 이용하여 본 명세서에 설명된 본 발명의 많은 변형 및 다른 실시예를 떠올릴 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 개시된 특정 실시예로 제한되지 않으며, 변형 및 다른 실시예가 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도되고 고려되어야 한다. 본 명세서에서는 특정한 용어가 사용되었으나 이는 일반적이고 설명을 위한 목적으로만 사용되었으며 제한의 목적으로 사용된 것은 아니다.

Claims (23)

1. 화재 진압 시스템 (fire suppression system)에 있어서,
   상기 화재 진압 시스템은 (i) 인클로저 (enclosure), (ii) 내부 파티션 구조물 (internal partition structure) 중 적어도 하나를 포함하며,
   상기 인클로저는 적어도 하나의 인클로저 벽 (enclosure wall)을 포함하고, 내부 공간을 정의하며 (defining an internal volume),
   상기 내부 파티션 구조물는 상기 내부 공간을 적어도 두 개의 구분되는 서브 공간 (sub-volumes)으로 나누며,
   상기 적어도 하나의 인클로저 벽과 상기 내부 파티션 구조물 중 적어도 하나는 매트릭스로 제작되고 (fabricated from a matrix),
   상기 매트릭스는 에어로졸 화재 진압 물질 (aerosol fire suppression material)과
   가연성 베이스 물질 (combustible base material)을 포함하는 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템 (fire suppression system).
2. 제1항에 있어서, 상기 가연성 베이스 물질 (combustible base material)은 에폭시 수지인 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 인클로저 벽과 (enclosure wall)은 상기 매트릭스로 제작된 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 내부 파티션 구조물 (internal partition structure)은 상기 매트릭스로 제작된 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
5. 화재 위험물을 수용하는 인클로저에 적용되는 화재 진압 시스템으로서,
   상기 화재 진압 시스템은 (i) 적어도 하나의 에어로졸 화재 진압 물질 본체 (at least one body of aerosol fire suppression material), (ii) 내화 물질 (fire-resistant material), 및 (iii) 밀봉 물질 (sealant material)을 포함하며,
   상기 에어로졸 화재 진압 물질 본체는: 상기 인클로저를 향하는 제1측면 (first enclosure-facing side)과; 상기 화재 위험물질을 향하는 제2측면 (second hazard-facing side)를 포함하며,
   상기 내화 물질은 상기 제1 측면 인근에 배치되고,
   상기 밀봉 물질은 상기 제2 측면 상부에 배치되는 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 에어로졸 화재 진압 물질 본체는 강성 패널; 반강성 패널; 유연한 시트; 3차원 기하학적 구조의 고체; 및 표면 코팅 중 적어도 어느 하나인 것 (at least one of: a rigid panel; a semirigid panel; a flexible sheet; a three-dimensional geometric solid; a coating on a surface)
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
7. 제5항에 있어서,
   상기 에어로졸 화재 진압 물질 본체는 인클로저에 대한 부착물; 인클로저 내부에 형성된 디바이더 (a divider within an enclosure); 인클로저 내부에 설치된 파티션 (partition within an enclosure); 화재 위험물의 구조적 구성 요소 (a structural constituent of a fire hazard) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
8. 제5항에 있어서,
   상기 화재 진압 시스템은 절연층 (insulation layer)을 더 포함하며,
   상기 절연층은 상기 제1측면과 상기 내화 물질 사이에 배치된 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
9. 제5항에 있어서,
   상기 내화 물질 (fire-resistant material)은 세라믹 페인트를 포함하는 것
   을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
10. 제5항에 있어서,
    상기 내화 물질은 패턴 형상으로 적용되어 (applied in a pattern), 상기 적어도 하나의 에어로졸 화재 진압 물질 본체의 일부를 노출시키는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 패턴은 체커보드, 줄무늬 패턴, 나선형 패턴, 다이아몬드 패턴, 일련의 동심원 (a series of concentric circles) 중 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
12. 제5항에 있어서,
    상기 에어로졸 화재 진압 물질 본체는 적어도 하나의 연결 측면 (at least one lateral side)을 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 연결 측면은 상기 제1측면과 상기 제2측면 사이에서 연장되는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 내화 물질 (fire-resistant material)은 상기 연결 측면 상부에 배치되는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
14. 제5항에 있어서,
    상기 화재 진압 시스템은 접착 영역 (adhesive region)을 더 포함하며,
    상기 접착 영역은 상기 내화 물질 상부에 형성되되, 상기 내화 물질이 인클로저를 향하는 면 상부에 형성된 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 접착영역 (adhesive region)은 접착층과 제거 가능한 보호 물질층을 포함하며,
    상기 접착층은 상기 내화 물질 상부에 형성되되, 상기 내화 물질이 인클로저를 향하는 면 상부에 형성되고,
    상기 제거 가능한 보호 물질층은 상기 접착층을 덮는 것 (covering)
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
16. 화재 진압 시스템에 있어서,
    상기 화재 진압 시스템은 에어로졸 물질 (aerosol material)을 포함하며,
    상기 에어로졸 물질은 잠재적인 화재 위험물의 상부 또는 물리적으로 근접한 위치에 배치되고,
    상기 에어로졸 물질은 열 또는 화염 중 적어도 하나에 노출되면 작동되고 (actuated),
    상기 에어로졸 물질은 (i) 에어로졸 화재 진압 물질에 함침된 물질 본체 (a body of material impregnated with an aerosol fire suppression substance)이거나 (ii) 상기 잠재적인 화재 위험물의 상부 표면 또는 잠재적인 화재 위험물에 물리적으로 근접한 표면에 적용된 코팅 중 적어도 어느 하나인 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 물질 본체는 가요성이거나, 강성이거나, 및 이들의 조합 중 어느 하나의 물성을 가지며,
    상기 물질 본체는 원통형, 피라미드형, 프리즘형, 직육면체형, 구형, 불규칙 쉘형, 및 이들의 조합 중 하나의 형상을 가지며,
    상기 물질 본체는 속이 빈, 속이 꽉 찬, 단단하지만 전체적으로 다공성인, 및 이들의 조합 중 하나의 구조를 갖는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 에어로졸 화재 진압 물질은 질산칼륨; 탄산 칼륨; 에폭시; 유기 수지 (organic resins); 디시안디아미드(DCDA); 및 마그네슘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
19. 제12항에 있어서,
    상기 에어로졸 물질은,
    적어도 2개의 에어로졸 화재 진압 물질층 (at least two layers of aerosol fire suppression substance)을 포함하며,
    상기 적어도 2개의 에어로졸 화재 진압 물질층 중 한 층은 다른 한 층과 성분이 상이한 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
20. 제16항에 있어서,
    상기 화재 진압 시스템은 개시제 (initiator), 화재 감지기 (fire detector), 및 제어장치 (control apparatus) 중 적어도 어느 하나를 더 포함하며,
    상기 개시제는 상기 에어로졸 물질의 작동을 촉진하기 위해 (to facilitate actuation) 상기 에어로졸 물질에 작동 가능하게 결합되고,
    상기 화재 감지기는 (i) 상기 개시제에 작동 가능하게 연결되고, (ii) 소정 온도를 초과하는 열, 화염, 소정의 농도를 초과하는 연소 생성물, 적어도 소정의 성분을 갖는 연소 생성물 중 적어도 하나가 감지되면 상기 개시제를 작동시키며,
    상기 제어 장치는 상기 개시제 및 상기 에어로졸 물질에 결합되고,
    상기 제어 장치는 (i) 사람이 상기 개시제를 선택적으로 작동시키는 수동 작동기, 및 (ii) 상기 개시제를 작동시키도록 프로그래밍 가능한 장치 중 적어도 하나를 포함하며,
    상기 프로그래밍 가능한 장치는 소정의 온도를 초과하는 열, 화염, 소정의 농도를 초과하는 연소 생성물, 적어도 소정의 성분을 갖는 연소 생성물 중 적어도 하나가 감지될 때 상기 개시제를 작동시키도록 프로그래밍 된 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
21. 제20항에 있어서,
    상기 화재 위험물은 제1 장치 및 프로세스 시스템 중 적어도 하나를 포함하고 (the fire hazard comprises at least one of a device and a process system),
    상기 제어 장치는 모니터링 장치에 결합되고,
    상기 모니터링 장치는 상기 제1 장치의 작동을 모니터링 하는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
22. 제16항에 있어서,
    상기 에어로졸 물질은 상기 에어로졸 화재 진압 물질이 함침된 물질 본체 (the body of material impregnated with an aerosol fire suppression substance)이며,
    보호 물질층이 상기 물질 본체 (body of material)의 측면에 형성되어 화재 위험물을 향하도록 위치되며,
    상기 보호 물질층은 패턴 형태로 적용되어 상기 에어로졸 화재 진압 물질이 함침된 물질 본체의 일부를 노출시키는 것
    을 특징으로 하는 화재 진압 시스템.
23. 잠재적 화재 위험물을 보호하는 방법으로서,
    화재 위험물의 외부 표면에 에어로졸 생성 물질을 직접 적용하는 단계를 포함하며,
    상기 화재 위험물의 외부 표면에 에어로졸 생성 물질을 직접 적용하는 단계는:
    (i) 상기 화재 위험물의 외부 표면에 에어로졸 물질을 분사하는 (spraying) 단계,
    (ii) 상기 화재 위험물을 상기 에어로졸 발생 물질에 담그는 (dipping) 단계, 및
    (iii) 상기 에어로졸 생성 물질을 유연 시트로 성형한 후, 그 유연 시트를 화재 위험물에 부착하는 (affixing) 단계 중 하나 또는 그 이상을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 잠재적인 화재 위험물을 보호하는 방법.