KR20240006298A - 화재 진압장치를 구비하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

화재 진압장치를 구비하는 에너지 저장 시스템 Download PDF

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박정수
손재현
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Abstract

본 발명은 소화 및 단열 기능을 가지는 에너지 저장 시스템을 제안한다. 본 발명 시스템은, 에너지 저장 시스템 컨테이터의 내부에 소화액을 공급하는 소화액 공급통로(2)를 구비한다. 공급통로(2) 내부에는 파열판(4)이 설치되어 있다. 소화액의 압력에 의하여 파열판(4)이 파열되면서 내부 화재를 소화한다. 컨테이너의 연통관체(10)에는 폭발패널(24)이 설치되어, 컨테이너 내부의 이상 압력에 의하여 폭발하면서 고압을 배출시킨다. 그리고 폭발패널(24)의 상부에는 단열커버(30)가 설치되고, 폭발패널(30)의 하부에는 섬유단열재(18)가 금속메쉬(16)에 의하여 지지되도록 설치되어 있다.

Description

화재 진압장치를 구비하는 에너지 저장 시스템{Energy storage system having fire extinguishA explosion panel assembly for a energy storage system having insulation function}
본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)의 폭발패널 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장 시스템 컨테이너 내부의 화재를 진압할 수 있는 장치를 구비함과 동시에, 외부의 온도에 의한 영향을 최소화할 수 있는 단열 기능을 가지는 에너지 저장 시스템의 에너지 저장시스템에 관한 것이다.
예를 태양광 발전과 같이 에너지를 생산하는 시스템에는 에너지 저장 장치(Energy Storage System)가 필수적으로 설치되고 있다. 이러한 에너지 저장 장치는, 일정한 체적을 가지는 컨테이너와, 컨테이너의 내부에 에너지 저장이 가능한 다수의 저장수단을 포함하는 것이 일반적이다.
그리고 이러한 컨테이너의 내부에는 에너지의 저장에 필요한 안정된 환경을 만들기 위한 다양한 장치가 설치되는데, 예를 들면 한국 특허 등록 제10-1381592호에서는 테이너 내부의 온도, 습도 등을 포함하는 공기 조건을 제어하는 공조장치를 포함하는 다양한 장치가 설치되고 있음을 알 수 있다. 또한 컨테이너의 내부에 설치되어 있는 저장수단은 화재 및 폭발 등에 아주 취약하기 때문에, 컨테이너 내부에 이상 이벤트가 발생하면 고압의 가스 및 화염을 외부로 배출시키는 폭발 벤팅 디바이스가 장착되어야 한다.
예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 에너지 저장 시스템의 컨테이너(2) 내부의 이상 이벤트가 발생하게 되면, 폭발패널(4)이 열림으로써 컨테이너 내부에서 발생하는 고압의 가스 및 화염 등이 외부로 배출되도록 구성되어야 하는 것이다. 그리고 이와 같은 컨테이너(2)의 내부에서 화재가 발생하면, 위와 같은 고압의 배기도 중요하지만, 컨테이너의 내부 화재를 진압할 수 있는 구성의 필요성도 절실하다.
본 발명의 목적은, 컨테이너의 내부에서 발생한 화재를 진압할 수 있도록 구성함으로써 화재를 신속하게 처리할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 컨테이너 내부가 외부 온도에 의하여 영향을 받지 않는 단열 기능을 가지는 패널 어셈블리를 제공하는 것에 있다고 할 수 있다.
본 발명에서 에너지 저장 시스템의 컨테이너 내부를 외부의 온도 변화에 대하여 최대한 영향을 줄인다는 것은, 실질적으로 에너지 저장 장치의 안전을 유지하는 것과 관련성은 가지고 있음은 명백하다고 할 수 있다. 그리고 컨테이너 내부에서 화재가 발생한 경우에도, 이를 신속하게 처리한다는 것은 화재에 의한 더 이상의 피해를 방지할 수 있는 것을 의미한다고 할 수 있다.
본 발명의 에너지 저장 시스템은, 에너지 저장수단을 구비하는 에너지 저장시스템 컨테이너와, 컨테이너의 내외부를 연결하도록 형성되는 연통관체를 포함하고 있다. 연통관체의 내부에는 설정된 고압에 의하여 폭발하는 폭발패널이 설치되어 있다. 그리고 컨테이너의 일측에는 외부에서 컨테이너의 내부로 소화액을 공급할 수 있는 소화액 공급통로가 연결되어 있다. 이러한 소화액 공급통로의 내측에는 폭발패널의 폭발 압력보다 더 큰 압력에 의하여 파열되는 파열판이 설치되어 있다.
본 발명의 다른 실시례에 의하면, 폭발패널 지지수단의 상부에서 폭발패널을 덮을 수 있도록 설치되고, 이물질이 쌓이지 않도록 그 상면이 경사면으로 성형되는 단열커버가 설치된다.
또 다른 실시례에 의하면, 폭발패널은, 연통관체의 상단부에 성형된 상부플랜지와, 연통관체의 상부에 결합되는 카운터플랜지 사이에서 지지된다.
그리고 또 다른 실시례에 의하면, 폭발패널의 직하부에서 금속메쉬에 의하여 지지되는 섬유단열재를 더 포함하고 있다.
이상과 같은 구성을 가지고 있는 본 발명에 의하면, 컨테이너 내부에서 화재 등의 이상 이벤트가 발생하게 되면 기본적으로 외부의 소화액을 컨테이너의 내부로 공급할 수 있도록 구성되고 있음을 알 수 있다. 이때 내부의 고압 가스 등이 외부로 배출되는 것은 당연하다. 따라서 컨테이너 내부의 화재가 발생한 경우, 근본적으로 화재를 진압할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시례에 의하면, 폭발패널이 설치되는 단열커버에 의하여, 컨테이너의 내부를 충분히 단열시킬 수 있다. 이러한 단열커버의 상면을 경사면으로 함으로써 눈 또는 비와 같은 외력에 의하여 손상되지 않도록 하는 내구성을 기대할 수 있다.
또한 본 발명의 단열커버에는 파열선이 성형되어 있기 때문에, 컨테이너 내부의 이상 이벤트에 의하여 폭발패널의 파열과 같이 확실하게 파열될 수 있도록 설계되어 있기 때문에, 폭발장치로써의 신뢰도를 충분히 확보하고 있다. 또한 본 발명 단열커버의 저면에는 하방으로 연장 성형된 다수의 강도 보강 리브에 의하여, 충분한 구조적 강도를 확보할 수 있다고 할 수 있다. 그 외에도 연통관체의 내부에서 폭발패널의 직하부에 설치되는 섬유단열재에 의하여 컨테이너는 다시 한 번 단열 효과를 기대할 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 에너지 저장 시스템의 폭발패널을 예시한 설명도.
도 2는 본 발명 제1실시례의 폭발패널 어셈블리의 예시 평면도.
도 3은 도 2의 A-A선에 대응하는 본 발명 제2실시례의 단면도.
다음에는 도면에 도시한 실시례에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 에너지 저장 시스템의 컨테이너(C)에는 내외부가 연통하는 연통관체(10)가 만들어진다. 이러한 연통관체(10)는 일정한 높이를 가지면서, 컨테이너의 내부와 외부를 연결하게 된다. 그리고 이러한 연통관체(10)의 내부에는 설정된 압력에 의하여 폭발하는 폭발패널(24)이 설치되어 있다.
이러한 폭발패널(24)은 지지장치(11)에 의하여 지지되는데, 이러한 폭발패널(24) 지지장치(11)에 대해서는 후술하기로 한다. 본 발명에 의하면, 화재를 진압하기 위하여 소화액을 컨테이너의 내부로 공급하기 위한 소화액 공급통로(2)가 연통관체(10)에 설치되어 있다.
본 발명에서 소화액 공급통로(2)는 화재가 발생한 컨테이너(C)의 내부로 소화를 위한 물질을 공급할 수 있도록 만들어지는 것이다. 도시한 실시례에서, 소화액 공급통로(2)는 상술한 연통관체(10)와 연결되어 있음을 확인할 수 있다. 에너지 저장 시스템의 내부는 실질적으로 외부와 분리된 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 즉 소화액 공급통로(2)를 통하여 확인되지 않은 외기가 유입되는 것은 바람직하지 못하다.
따라서 소화액 공급통로(2)의 내부에는 외기를 차단할 수 있는 차단막이 성형되는 것이 바람직하다. 그런데 이러한 차단막이 화재 발생시 공급되는 소화액을 막는 것은 절대로 발생하지 않아야 한다. 이러한 점을 고려하여 본 발명은 소화액 공급통로(2)에 파열판(4)을 설치하는데, 도시한 실시례에서는 소화액 공급통로(2)의 최상류 부분에 파열판(4)을 설치하고 있다.
이러한 파열판(4)은 정해진 이상의 압력이 가해지면 파열되는 것으로, 구체적인 예를 들면 소화액 공급통로(2)를 통하여 컨테이터(C) 내부로 유입되는 소화액이 가하는 압력에 의해서는 파열되어야 한다. 이와 동시에 후술하는 폭발패널(24)이 폭발하는 압력 이하의 힘에 대해서는 파열되지 않는 것이 바람직하다. 폭발패널(24)의 폭발 압력보다 낮은 압력에서 파열되는 것은 바람직하지 못하다. 예를 들어, 컨테이너의 내부 압력이 0.1바아에 도달하면 폭발패널(24)이 폭발하도록 설정되면, 파열판(4)은 0.1바아에서는 파열되지 않고 0.2바아에서 파열되는 강도를 가지도록 설계된다.
따라서 본 발명의 파열판(4)은 공급되는 소화액에 의한 힘에 의해서는 파열되어야 하고, 폭발패널(24)이 폭발하는 힘에 상응하는 압력에 의해서는 파열되지 않도록 만들어져야 한다. 이러한 파열판(4)은 물리적인 기계가공 또는 레이저 가공 등과 같은 다양한 방법으로 파열선을 형성하는 것도 가능하고, 재질 자체의 강도에 의하여 정해진 압력에서 파열되도록 만드는 것도 가능하다.
소화액 공급통로(2)의 외측 단부에는 도킹장치(6)가 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 도킹장치(6)는 소화액을 공급하는 호스(또는 파이프)의 단부에 설치되는 금속재 연결부와 결합 및 해제 가능한 것을 가장 광범위하게 정의하는 것이라고 할 수 있다. 따라서 도킹장치(6)는, 외부의 급수원 또는 소화용 액체를 공급하는 파이프의 단부와 연결 및 결합될 수 있는 것이면 어떠한 구성이라도 가능함을 알 수 있고, 예를 들면 기존의 소화용 연결장치도 사용 가능할 것임은 당연하다.
본 발명에서 소화액 공급통로(2)는 실질적으로 그 길이에 의하여 제한될 수 없음은 당연하다. 도시한 바와 같이 긴 형태의 소화액 공급통로(2)로 실시하는 것도 가능하지만, 도킹장치(6) 자체가 소화액 공급통로(2)로 만들어질 수도 있을 것이다. 이러한 경우에는 도킹장치(6)를 직접 컨테이터(C)의 일측에 설치하는 것도 가능한데, 예를 들면 연통관체(10)에 설치할 수 있다.
다음에는 폭발패널(24) 주변의 단열과 관련된 구성에 대하여 살펴보기로 한다. 본 발명의 연통관체(10)에는 정해진 압력에 의하여 폭발함으로써 내부의 고압을 외부로 배기시키기 위한 폭발패널(24)이 설치되어 있고, 이러한 폭발패널(24)은 지지장치(11)에 의하여 지지되고 있다고 위에서 언급한 바와 같다.
이러한 지지장치(11)에 대한 실시례에 의하면, 도 3에 도시한 바와 같이, 연통관체(10)의 상단부에 형성되는 상부플랜지(12)와, 상부플랜지(12)의 상부에 대응하는 카운터플랜지(20)를 포함하고 있다. 상부플랜지(12)은, 에너지 저장 시스템의 컨테이너(도시 생략)의 내부와 연통하도록 결합되거나, 컨테이너와 연결되는 덕트 등과 결합되거나 덕트를 형성하는 연통관체(10)의 상단부에 성형되는 것이다.
이러한 연통관체(10)는 컨테이너 내부의 이상 이벤트 발생시 컨테이너 내부의 공기가 외부로 배출되는 통로를 형성하는 부분이라고 할 수 있다. 그리고 컨테이너의 내부에서 이상 고압이 형성되면 폭발하는 폭발패널(24)은 상부플랜지(12)와 카운터플랜지(20) 사이에 설치된다. 이러한 폭발패널(24) 자체의 구성은 실질적으로 공지된 다양한 구성의 것을 사용할 수 있기 때문에 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 의하면, 폭발패널(24)의 내부(도 3에서 폭발패널의 하부)에는 제1단열장치가 설치되고, 폭발패널(24)의 외부(도 3에서 폭발패널의 상부)에는 제2단열장치가 설치된다. 먼저 폭발패널(24)의 내부에 설치되는 제1단열장치에 대하여 살펴보기로 한다. 상부플랜지(12)와 카운터플랜지(20) 사이에 개재된 폭발패널(24)의 직하부에는 섬유단열재(18)가 설치된다. 이러한 섬유단열재(18)는 예를 들면 그라스울, 세라쿨섬유 등을 대표적으로 들 수 있다.
이러한 섬유단열재(18)는, 관체형상의 연통관체(10)의 내측에서 금속메쉬(16)에 의하여 지지되고 있다. 이러한 금속메쉬(16)은 용접 등으로 연통관체(10)에 고정될 수 있다. 이러한 섬유단열재(18)는 경량이기 때문에 폭발패널(10)을 파열시키는 내부압력에 의하여 쉽게 날아가서 고압가스 등의 배출에는 전혀 영향을 미치지 않는다.
다음에는 폭발패널(24)의 상부에 설치되는 제2단열장치에 대하여 설치된다. 즉, 폭발패널(24)의 상부에는 단열커버(30)가 설치되어 컨테이너의 내부에 대한 단열 기능을 가지게 된다. 본 발명의 단열커버(30)는 외부의 온도가 컨테이너 내부로 전도되지 못하도록, 에너지 저장 시스템의 컨테이터의 최외측에 설치되는 것이라고 할 수 있다.
본 발명의 단열커버(30)는 열전도성이 낮아서 열전도를 최대한 억제할 수 있는 재질, 예를 들면 스티로폼 등과 같은 솔리드(Solid) 재질로 만들어진다. 이러한 단열커버(30)의 상면(32)은 경사면으로 성형되는데, 눈 또는 비 등의 외부 저온체가 단열커버(30) 상부에 쌓이는 것을 방지하기 위함이다. 도시한 실시례에서, 단열커버(30)의 상면(32)은 중심을 정점으로 하고 외측으로 갈수록 낮아지는 경사면으로 성형되고 있음을 알 수 있다.
이러한 단열커버(30)의 테두리 부분은 상술한 카운터 플랜지(20)의 상면에 접촉하도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 단열커버(30)의 테두리 부분에는 별도의 단열커버 고정수단을 채택함으로써, 카운터 플랜지(20)에 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있을 것이다. 이러한 단열커버 고정수단은, 예를 들면 접착제 또는 볼트 및 너트 등으로 구성될 수 있을 것이다. 도시한 실시례에서는, 단열커버(30)의 테두리 부근에 카운터 플랜지(20)와의 간섭이 발생하지 않도록 간섭 회피홈(38)이 성형되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이 단열커버(30)의 테두리부분은 폭발패널(24)을 지지하는 지지수단(도시한 실시례에서는 상부플랜지 및/또는 카운터플랜지)에 대하여 단열커버 고정수단(예를 들면 접착제 또는 양면 접착 테이프 등)을 이용하여 견고하게 고정된 상태를 유지할 수 있어야 한다. 다음에는 단열재질, 에를 들면 스티로폼으로 만들어지는 단열커버(30) 자체의 파열을 위한 구조 및 구조적 강도 보강을 위한 구조에 대하여 살펴본다.
단열커버(30)는 단열을 위하여 일정한 두께를 가지고 있고, 테두리 부분이 폭발패널을 지지하는 지지수단(상부플랜지 및 카운터플랜지)에 고정된 상태를 가지고 있음은 상술한 바와 같다. 따라서 폭발패널(24)이 폭발할 때 단열커버(30)는 어떠한 저항도 형성하지 않고 파열되어야 할 것이다. 이를 위하여, 단열커버(30)에는 두께가 상대적으로 얇게 성형되는 파열선을 성형하는 것이 바람직하다.
즉, 단열커버(30)의 일면, 바람직하게는 저면에 단열커버(30)의 전체 두께보다 얇은 선형으로 만들어지는 파열선을 성형하게 되면, 폭발패널(24)의 폭발과 같이 단열커버(30)의 파열선이 찢어짐으로써, 단열커버(30)도 폭발패널(24)과 같이 파열될 것이다. 이러한 단열커버(30)의 파열선은 단열커버(30)의 성형시 같이 만들어지는 것도 가능하고, 단열커버(30)의 성형 후 물리적인 가공에 의하여 만들어지는 것도 가능하다.
이러한 단열커버(30)의 파열선은 단열커버(30)의 저면에서 성형되어, 폭발패널(24)의 파열 또는 폭발패널(24)의 파열에 의하여 외부로 나오는 가스의 고압에 의하여 파열될 수 있는 것이면 충분하고, 그 형상 등에 의하여 한정될 수 없을 것으로 생각된다. 예를 들어 단열커버(30)의 파열선의 형상은 공지된 파열디스크의 스코어드 라인(Scored line)과 같은 형상으로 만들어질 수 있는데, 예를 들면 십자 형상 등으로 만들 수 있다.
그리고 본 발명의 단열커버(30)는 컨테이너의 외부에 장착되는 것이기 때문에 외부 환경에 기초하는 힘에 대하여 충분히 유지될 수 있는 구조적 강도를 가져야 한다. 위에서 언급한 바와 같이, 폭발패널(30)의 상면을 경사면으로 성형하여, 비 또는 눈이 위에 쌓이는 것을 방지하는 것도 외력(비 또는 눈에 의한 하중)에 대하여 구조적 강도를 확보하기 위한 구성의 하나라고 할 수 있다.
이와 같은 외력에 대한 구조적 강도를 확보하기 위하여, 본 발명 단열커버(30)의 저면에는 강도 보강 리브를 성형하는 것이 바람직하다. 강도 보강 리브는, 단열커버(30)의 저면에서 하방으로 돌출하도록 성형되는 것으로, 예를 들면 선형으로 성형되거나 격자상으로 성형될 수 있다. 도 2에서, 단열커버(30)의 저면에서 하방으로 연장된 강도 보강 리브(34)가 도시되어 있음을 확인할 수 있다.
도시한 강도 보강 리브(34)는 그 하단부가 폭발패널(24)에 접촉하고 있는데, 이러한 경우의 강도 보강 리브(34)는 단열커버(30)의 강도를 보강함과 동시에 단열커버(30)가 하방으로 처지는 것을 방지하는 지지체로써의 기능을 겸하고 있다. 여기서 도시한 리브(34)와 같이 단열커버(30)의 저면에서 하방으로 연장되어 폭발패널(24)의 상면에 접촉하여 처짐을 방지하는 것도, 궁극적으로는 단열커버(30)의 구조적 강도를 보강하는 것이라고도 할 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 범주 내에서 다양한 변형이 가능함은 당연할 것으로 예상되고, 등록 시 본 발명의 보호범위는 특허청구범위의 기재에 기초하여 해석되어야 할 것임도 특허법의 규정 취지 상 당연할 것으로 생각된다.
10 ..... 연통관체
16 ..... 금속메쉬
18 ..... 섬유단열재
12 ..... 상부 플랜지
20 ..... 카운터 플랜지
24 ..... 폭발패널
30 ..... 단열커버
32 ..... 단열커버의 상면
34 ..... 강도 보강 리브

Claims (4)

  1. 에너지 저장수단을 구비하는 에너지 저장시스템 컨테이너(C);
    컨테이너의 내외부를 연결하도록 형성되는 연통관체(10);
    연통관체(10)에 설치되어, 설정된 압력에 의하여 폭발하는 폭발패널(24);
    컨테이너의 일측에 성형되어, 외부에서 내부로 소화액을 공급할 수 있는 소화액 공급통로(2); 그리고
    소화액 공급통로(2)의 내측에 설치되고, 폭발패널(24)의 폭발 압력보다 더 큰 압력에 의하여 파열되는 파열판(4)을 포함하여 구성되는 에너지 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 폭발패널 지지수단의 상부에서 폭발패널을 덮을 수 있도록 설치되고, 이물질이 쌓이지 않도록 그 상면이 경사면으로 성형되는 단열커버(30)를 더 포함하여 구성되는 에너지 저장 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 폭발패널(24)은, 연통관체(10)의 상단부에 성형된 상부플랜지(12)와, 연통관체(10)의 상부에 결합되는 카운터플랜지(20) 사이에서 지지되는 에너지 저장 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 폭발패널(24)의 직하부에서 금속메쉬(16)에 의하여 지지되는 섬유단열재(18)를 더 포함하여 구성되는 에너지 저장 시스템.


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