KR100666490B1 - 고온 고압 조건에서 금속재료의 부식 시험장치 - Google Patents

고온 고압 조건에서 금속재료의 부식 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온의 열처리 로에서 고온 고압의 조건에 노출된 금속재료의 부식 정도를 시험하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 로 내부 고온의 분위기로 인해 발생되는 압력용 배샐 내의 고압의 증기를 로 외부로 자동 배출되게 함으로써 폭발 사고를 방지할 수 있는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치에 관한 것이다.
본 발명의 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치를 이루는 구성수단은, 고온, 고압 하에서 금속재료의 부식시험을 수행하기 위한 장치에 있어서, 고온의 로 안에 위치하고 금속 시편을 장착하는 시편 장착대와 부식성 물질을 내부에 수용하며 일단이 개방된 형상을 가지는 압력용 배샐(Vessel)과, 상기 압력용 배샐(Vessel) 일단에 결합되는 제1 결합부와 상기 제1 결합부에 연결되어 길이 방향으로 형성되는 통로부와 상기 통로부 끝단에 연결되는 제2 결합부로 구성된 배출통로 배샐(Vessel)과, 상기 배출통로 배샐(Vessel)의 제2 결합부와 일단이 분리 가능하게 연결되어 배샐(Vessel) 내부를 밀폐시키거나 부식성 물질을 외부로 배출시키는 배기 밸브와, 상기 배기 밸브의 타단에 결합되어 상기 압력용 배샐(Vessel)의 내부 압력에 따라 수축되거나 복원되는 스프링과, 상기 스프링이 수축 또는 복원될 수 있도록 상기 스프링을 지지하고 상기 스프링의 탄성력을 조절하는 기본판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
부식, 시편, 압력용 배샐

Description

고온 고압 조건에서 금속재료의 부식 시험장치{corrosion test device for high temperature and high pressure condition}
도 1은 본 발명인 금속재료의 부식 시험장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 시편 장착대의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 압력용 배샐에 시편 장착대를 결합한 구조도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 배출통로 배샐의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 배기 밸브의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 배기 밸브와 기본판의 결합 구조도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 금속재료의 부식 시험장치가 로에 결합한 구조도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 시간에 따른 부식물의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 압력용 배샐 110 : 압력용 배샐의 오목부
120 : 압력용 배샐의 접촉부 150 : 시편 장착대
151 : 가이드 링 153 : 연결바
155 : 시편 고정대 157: 금속 시편
200 : 배출통로 배샐 210, 220 : 제1 결합부
230 : 통로부 240 : 제 2 결합부
250 : 제3 홀 300 : 배기 밸브
310 : 경사부 320 : 이동 가이드부
330 : 제1 안내부 340 : 제2 홀
350 : 제1 홈 400 : 기본판
410 : 볼트 411 : 볼트 몸체의 끝단
420 : 제1 홀 430 : 제2 홈
450 : 스프링 500 : 로
510 : 지지체
본 발명은 고온의 열처리 로에서 고온 고압의 조건에 노출된 금속재료의 부식 정도를 시험하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 로 내부 고온의 분위기로 인해 발생되는 압력용 배샐 내의 고압의 증기를 로 외부로 자동 배출되게 함으로써 폭발 사고를 방지할 수 있는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치에 관한 것이다.
종래에는 금속재료의 부식 정도를 시험하기 위하여 고온의 분위기를 유지하는 로 안에 소정 형상을 가지는 부식 시험장치를 설치하였다. 또한, 고온의 로 안에 일부를 설치하고 나머지는 로 밖으로 설치하여 금속재료의 부식 정도를 시험하였다.
상기 금속재료의 부식정도를 시험하는 장치는 압력용 배샐이 포함되어 있고, 이 압력용 배샐 내부에 시험용 금속재료와 부식용 액체 또는 기체를 수용한다. 그런데, 일반적으로 압력용 배샐의 내부 온도와 압력을 700℃, 200㎏/㎠ 가량의 고온 고압으로 유지하게 되면 압력 용기 재료의 강도는 상온 강도의 20％ 이하로 되기 때문에, 상기와 같이 금속재료의 부식정도를 시험하는 경우에는 다양한 문제점이 발생하게 된다.
즉, 로 내부의 온도를 높이게 되면 압력용 배샐 내부의 압력이 급격하게 증가하여 폭발 사고가 발생할 수 있고, 이로 인하여 금속 재료의 부식 시험장치 및 로가 파괴되는 문제점이 발생한다.
또한, 금속재료의 부식 시험은 고온의 분위기에서 장기간 진행되기 때문에 압력용 배샐의 강도가 저하되는 크리프 변형을 겪게되어 파단이 발생하고, 이로 인하여 폭발이 발생하기도 한다. 결국, 종래에는 고온 고압에서 6개월 혹은 1년 이상의 장기간 동안 시험을 수행할 수 없는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 고압의 가스 또는 액체를 시험 공간인 로 내부에서 외부로 자동 배기될 수 있게 함으로써, 고온 분위기를 가지는 로 내부에서 시험하는 경우 발생하는 폭발 사고를 방지할 수 있고, 실제 설비에서 발생하는 고온 고압의 조건에서 장기간 사용 시 발생하는 부식 정도를 시험할 수 있는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치를 이루는 구성수단은, 고온, 고압 하에서 금속재료의 부식시험을 수행하기 위한 장치에 있어서, 고온의 로 안에 위치하고 금속 시편을 장착하는 시편 장착대와 부식성 물질을 내부에 수용하며 일단이 개방된 형상을 가지는 압력용 배샐(Vessel)과, 상기 압력용 배샐(Vessel) 일단에 결합되는 제1 결합부와 상기 제1 결합부에 연결되어 길이 방향으로 형성되는 통로부와 상기 통로부 끝단에 연결되는 제2 결합부로 구성된 배출통로 배샐(Vessel)과, 상기 배출통로 배샐(Vessel)의 제2 결합부와 일단이 분리 가능하게 연결되어 배샐(Vessel) 내부를 밀폐시키거나 부식성 물질을 외부로 배출시키는 배기 밸브와, 상기 배기 밸브의 타단에 결합되어 상기 압력용 배샐(Vessel)의 내부 압력에 따라 수축되거나 복원되는 스프링과, 상기 스프링이 수축 또는 복원될 수 있도록 상기 스프링을 지 지하고 상기 스프링의 탄성력을 조절하는 기본판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압력용 배샐에 수용되는 시편 장착대는, 소정의 간격을 두고 배치되는 복수개의 가이드 링과, 상기 가이드 링을 서로 연결하는 복수개의 연결바와, 상기 가이드 링에 고정 부착되어 상기 금속 시편을 고정하는 소정 형상의 시편 고정대를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 금속 시편은 상기 시편 고정대에 3개가 고정 설치되되, 상기 시편 장착대의 길이 방향으로 3등분하여 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압력용 배샐의 개방된 일단에 오목부가 형성되고, 상기 배출통로 배샐(Vessel)의 제1 결합부에 볼록부가 형성되어, 상기 압력용 배샐과 상기 배출통로 배샐이 서로 결합되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 결합함으로써, 내부의 기밀을 유지할 수 있다.
또한, 상기 배출통로 배샐(Vessel)의 제2 결합부와 연결되는 배기 밸브의 일단에는, 상기 배출통로 배샐의 내면에 접촉되어 기밀을 유지하기 위한 경사부가 마련되고, 상기 경사부의 끝단에 이동가이드부가 길게 형성된 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 형상에 의하여 고압의 부식성 물질(기체 또는 액체)을 로 외부로 배출시킨 후에 배기 밸브가 배출통로 배샐 내면에 접촉하여 기밀을 유지할 수 있다.
또한, 상기 배기 밸브의 타단에는 상기 스프링의 이탈을 방지하기 위한 제1 안내부와 상기 스프링의 고정을 위한 제1 홈이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 기본판은 이동할 수 없도록 고정 설치되어 있고, 상기 스프링을 지지하는 면에는 상기 스프링의 이탈을 방지하기 위한 제2 안내부와 상기 스프링의 고정을 위한 제2 홈이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 기본판에 복수개의 제1 홀이 형성되고, 상기 배기 밸브에 상기 제1 홀과 대응하여 나사산이 존재하는 복수개의 제2 홀이 형성되며, 상기 배기 밸브와 연결되는 배출통로 배샐의 제2 결합부에는 상기 제1 홀 및 제2 홀에 대응하여 나사산이 존재하는 제3 홀이 형성되되, 상기 스프링의 길이방향 외곽을 따라 상기 제1 홀과 제2 홀 그리고 상기 제3 홀에 끼워지는 볼트가 더 부가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압력용 배샐과 배출통로 배샐의 일부는 로 내부에 설치되고, 상기 배출통로 배샐의 나머지 부분과 배기 밸브 및 기본판은 로 외부에 설치되는 것을 특징으로 한다. 상기 로 내부에는 상기 압력용 배샐을 지지하기 위한 지지체가 마련되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단들로 이루어져 있는 본 발명인 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치에 관한 작용과 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명인 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치의 전체 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고온 고압 하에서 금속 재료의 부식 시험을 수행하기 위한 장치는, 압력용 배샐(Vessel)(100),상기 압력용 배샐(100)과 연결된 배 출통로 배샐(Vessel)(200), 상기 배출통로 배샐(200)과 분리 가능하게 연결된 배기 밸브(300), 상기 배기 밸브(300)와 접촉 결합되는 스프링(350), 상기 스프링(350)을 고정 지지하는 기본판(400)으로 구성되어 있다.
상기 압력용 배샐(100)은 부식 시험의 대상이 되는 금속 시편과 액체 또는 가스 등의 부식성 물질을 내부에 수용하고, 실제 시험이 수행되는 경우에 상기 압력용 배샐(100)은 실제 설비와 비슷한 분위기를 가지는 고온의 로 안에 위치한다. 그리고 상기 부식성 물질을 내부에 수용하기 위해 내부 공간을 가지는 형상을 가지되, 일단은 개방되어 후술할 배출통로 배샐(200)과 결합된다.
한편, 상기 금속 시편을 고정하여 상기 압력용 배샐(100) 내부에 설치하기 위하여 시편 장착대를 상기 압력용 배샐(100) 내부에 설치한다.
도 2는 상기 압력용 배샐(100) 내부에 수용되는 상기 시편 장착대(150)를 보여주는 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 시편 장착대(150)는 복수개의 가이드 링(151)이 소정 간격을 두고 배치되어 있고, 상기 복수개의 가이드 링(151)을 복수개의 연결바(153)가 연결하고 있다. 그리고 얇은 4각 판형으로 제작된 금속 시편(157)을 고정 설치하기 위하여 상기 가이드 링(151)에 소정 형상을 가지는 시편 고정대(155)가 고정 부착되어 있다.
도 2에서는 상기 가이드 링(151)이 세개로 구성되고, 상기 연결바(153)가 두개로 구성되어 있지만, 제작자의 의도에 따라 달리 구성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 시편 장착대(150)를 구성하는 경우에는, 부식 시험 의 신뢰도를 확보하기 위하여 세개의 금속 시편(157)을 상기 시편 고정대(155)에 고정 설치하고, 각 금속 시편(157) 간의 거리는 상기 시편 장착대(150)의 길이 방향으로 3등분하여 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 일정한 거리를 두고 금속 시편(157)을 설치하는 이유는 금속 시편(157) 주변에 부식성 물질의 당량을 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위해서이다.
도 3은 상기 시편 장착대(150)를 상기 압력용 배샐(100) 내부에 장착한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가장 왼쪽에 위치하는 시편 장착대(150)의 가이드 링(151)이 압력용 배샐(100)의 내면과 접촉할 수 있도록 설치하여 부식 시험 중에 금속 시편(157)이 압력용 배샐(100)의 표면과 일정 거리를 유지할 수 있도록 한다. 그리고 가장 오른쪽에 위치하는 시편 장착대(150)의 가이드 링(151)은 상기 압력용 배샐(100) 일단에 형성된 오목부(110)의 시작점에 위치하여 상기 압력용 배샐(100)과 후술할 배출통로 배샐(200) 간의 결합을 방해하지 않도록 한다.
도 4는 상기 압력용 배샐(100)의 일단과 결합되는 배출통로 배샐(200)의 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배출통로 배샐(200)은 상기 압력용 배샐(100)의 일단과 결합되는 부분인 제1 결합부(210, 220)와, 상기 제1 결합부(210, 220)에 연결되어 길이 방향으로 길게 형성된 통로부(230)와, 상기 통로부(230) 끝단에 연결되는 부분인 제2 결합부(240)로 구성되어 있다.
상기 배출통로 배샐(200)의 제1 결합부(210, 220)는 볼록부(210)와 배출통로 배샐 접촉부(220)로 구성되어 상기 압력용 배샐(100)의 일단과 결합된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 압력용 배샐(100)의 개방된 일단에 오목부(110)와 압력용 배샐 접촉부(120)를 형성하고, 상기 배출통로 배샐(200)의 제1 결합부(210, 220)에 볼록부(210)와 배출통로 배샐 접촉부(220)를 형성하여 서로 결합을 한다. 상기 압력용 배샐(100)과 상기 배출통로 배샐(200)은 내부가 기밀이 유지될 수 있도록 결합되는 것은 당연하다.
상기와 같이 압력용 배샐(100)에 오목부(110)를 형성하고 배출통로 배샐(200)에 볼록부(210)를 형성하여 결합하는 이유는 결합 후에 기밀의 정도를 증대시키기 위해서이다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 배출통로 배샐(200)의 제2 결합부(240)에 복수개의 제3 홀(250)이 형성되어 있는데, 이는 후술할 기본판(400)에 볼트를 더 부가하는 경우에 필요한 홀이다. 상기 제3 홀(250)에는 도 4에 도시된 바와 같이 나사산이 존재하여 상기 볼트와 나사결합을 한다. 즉, 상기 제3 홀(250)은 볼트와 조립되는 너트 홀로 볼트의 조임 정도에 따라 스프링의 탄성력을 조정할 수 있도록 마련한 홀이다.
도 5는 상기 배출통로 배샐(200)의 제2 결합부(240)와 분리 가능하게 결합되어 배샐의 내부를 밀폐시키거나 부식성 물질을 외부로 배출시키는 배기 밸브(300)의 사시도와 정단면도이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 배기 밸브(300)의 일단에는 상기 배출통로 배샐(200)의 제2 결합부(240)와 분리 가능하게 연결될 수 있도록 경사부(310)와 이동가이드부(320)가 형성되어 있다.
상기 경사부(310)는 상기 배기 밸브(300)와 상기 배출통로 배샐(200)이 접촉된 상태에 있는 경우에, 기밀의 정도를 증대시키기 위해 상기 배출통로 배샐(200)의 내면에 접촉된다. 그리고, 상기 이동 가이드부(320)는 상기 경사부의 끝단부터 시작하여 길게 형성되어 상기 배기 밸브(300)와 상기 배출통로 배샐(200)이 분리 상태에서 재 접촉하는 경우에 서로 이탈되지 않고 정확하게 접촉할 수 있도록 한다. 상기 이동 가이드부(320)가 없다면, 상기 배기 밸브(300)와 상기 배출통로 배샐(200)이 분리 상태에 있는 경우에 서로 이탈되는 것은 자명할 것이다.
즉, 후술하겠지만 압력용 배샐의 내부 압력에 따라 상기 배기 밸브(300)와 상기 배출통로 배샐(200)은 분리 상태와 접촉 상태를 반복하게 되므로, 서로 이탈되지 않고 다시 정확하게 접촉할 수 있도록 상기 이동 가이드부(320)와 경사부(310)를 상기 배기 밸브(300) 일단에 마련하는 것이다.
그리고 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 배기 밸브(300)의 타단에는, 이 배기 밸브(300)의 타단에 연결되는 스프링(450)의 이탈을 방지하기 위해 제1 안내부(330)가 마련되어 있다. 그리고 상기 스프링의 끝부분을 고정하기 위해 상기 배기 밸브(300)의 타단에 제1 홈(350)이 형성되어 있다.
한편 도 5에 도시된 바와 같이 상기 배기 밸브(300)에는 복수개의 제2 홀(340)이 형성될 수 있다. 이와 같이 제2 홀(340)을 형성하는 이유는, 후술할 기본판(400)에 부가되는 볼트를 상술한 제3 홀(250)에 나사 결합한 경우에 볼트 몸체의 이동을 위한 가이드 통로를 제공하기 위해서이다.
도 6은 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력을 일정하게 유지하기 위해 필요한 스프링(450)과 배기 밸브(300) 그리고 기본판(450)의 결합을 보여주는 사시도와 정단면도이다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 배기 밸브(300)와 기본판(400) 사이에 상기 스프링(450)이 설치되어 있다.
상기 스프링(450)은 상술한 압력용 배샐(100) 내부의 압력에 따라 수축되거나 복원된다. 즉, 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력이 높은 경우 부식성 물질이 상기 배기 밸브(300)를 밀게되고, 결과적으로 배기 밸브(300)에 접촉되어 있는 스프링(450)은 수축된다. 반대로, 상기 부식성 물질이 상기 배기 밸브(300)를 통해 외부로 배기된 후에는 탄성력에 의해 다시 스프링(450)은 복원된다.
상기 기본판(400)은 금속 재료의 부식 시험장치가 로에 결합되어 세팅된 후에는 더 이상 이동할 수 없도록 고정 설치된다. 이와 같이 상기 기본판(400)이 세팅 후에 고정되므로 상기 기본판(400)에 의하여 지지되는 상기 스프링(450)은 수축과 복원을 반복할 수 있고, 탄성력을 발휘할 수 있다.
그리고 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 스프링(450)을 지지하는 기본판(400)의 면에는 상기 스프링(450)의 이탈을 방지하기 위한 제2 안내부(440)와 상기 스프링(450)의 고정을 위한 제2 홈(430)이 형성되어 있다. 이와 같은 구조는 상술한 배기 밸브(300)의 타단의 구조와 동일할 수 있다.
한편 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스프링(450)의 탄성력을 조절하기 위하여 상기 기본판(400)에는 볼트(410)를 더 부가할 수 있다. 즉, 상술한 압력용 배샐(100) 내부의 압력을 조절하기 위해서는 상기 스프링(450)의 수축 및 복원력을 조절하여야 하는데, 이를 위하여 상기 배기 밸브(300)와 상기 기본판(400)을 연결하는 볼트(410)를 더 부가시킨다.
도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면, 상기 기본판(400)에 복수개의 제1 홀(420)을 형성하고, 상기 배기 밸브(300)에 상기 제1 홀(420)과 대응하는 복수개의 제2 홀(340)을 형성시키며 상술한 배출통로 배샐(200)에 상기 제1 홀(420)과 상기 제2 홀(340)과 대응하는 복수개의 제3 홀(250)을 형성시킨다.
상기 복수개의 제3 홀(250)은 반드시 나사산이 존재하며 상기 복수개의 제2 홀(340)은 나사산이 존재하지 않는다. 한편, 상기 복수개의 제1 홀(420)은 나사산이 있어도 되고 없어도 된다. 즉, 상기 제3 홀(250)에 상기 볼트(410)가 나사결합되기 때문에 상기 제1 홀(420)에는 나사산이 존재하지 않아도 된다.
상기와 같이 형성된 제1 홀(420)과 제2 홀(340)에 몸체가 긴 볼트(410)가 끼워지고 상기 제3 홀(250)에 상기 볼트(410)가 나사 결합되어 상기 스프링(450)의 탄성력을 조절한다.
상기 볼트(410)는 상기 제3 홀(250)에 나사 결합되는 몸체의 끝부분(411)에 반드시 나사산이 형성되어야 하고, 상기 제1홀(420)에 나사 결합되는 부분에 나사산이 형성될 수 있다. 따라서 상기 볼트(410)를 상기 제1 홀(420)과 제2 홀(340)에 끼우고 제3 홀(250)까지 밀어 넣은 다음, 상기 볼트(410)를 조여서 상기 나사산이 존재하는 상기 제1 홀(420)(나사산이 형성된 경우에만 해당)과 제3 홀(250)에 나사 결합한다. 이 때, 상기 볼트(410)를 계속해서 조이게 되면 상기 스프링(450)은 인위적으로 수축되고, 상기 볼트(410)를 풀게 되면 상기 스프링(450)은 인위적으로 신장된다.
상기와 같이 볼트(410)를 조이거나 풀면, 상기 스프링(450)은 배기 밸브 (300)와 기본판(400) 안에서 수축되거나 신장되는데, 이와 같은 동작에 따라 상술한 압력용 배샐(100) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력을 설정하고, 상기 스프링(450)이 상기 압력과 평형을 이룰 수 있도록 상기 볼트(410)를 조이거나 풀어서 상기 스프링(450)의 탄성력을 조절한다. 상기 압력용 배샐(100) 내부의 설정 압력과 상기 스프링(450)의 탄성력이 평형이 이루어지면, 상기 기본판(400)은 움직일 수 없도록 고정된다.
상기와 같이 기본판(400)을 고정하는 이유는 상기 압력용 배샐(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 더 높아지는 경우, 고압에 의하여 부식성 물질이 상기 배기 밸브(300)를 통해 배기되는 동작 과정에서 상기 스프링(450)이 고정된 기본판(400) 방향으로 수축될 수 있도록 하기 위함이다.
도 7은 본 발명인 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치를 실제 설비 분위기를 가지는 고온의 로에 설치한 구조물의 사시도와 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 압력용 배샐(100)과 배출통로 배샐(200)의 일부는 로(500) 내부에 설치되고, 배출통로 배샐(200)의 나머지 부분과 배기 밸브(300) 및 스프링(450)을 포함한 기본판(400)은 로(500) 외부에 설치되어 대기에 노출되어 있다.
상기와 같이 금속 재료의 부식 시험장치를 고온의 로(500)에 설치하여 장기간 시험을 수행한다. 한편, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 고온의 로(500) 내부에 설치되는 압력용 배샐(100)은 지지체(510)에 의하여 지지된다. 이와 같이 상기 지 지체(510)에 의하여 상기 압력용 배샐(100)을 지지하는 이유는, 상기 압력용 배샐(100)의 내부 압력이 설정 압력보다 높아질 때 배기 밸브(300)가 배출통로 배샐(200)과 분리되면서 스프링(450)을 수축되게 하는데, 이 때 압력용 배샐(100)에 미치는 반발력에 의해 고온의 로(500)가 손상되는 문제점을 해결하기 위함이다.
도 8은 본 발명인 금속 재료의 부식 시험장치를 고온의 로에 설치하여 시험을 수행하여 얻은 시간에 따른 부식물의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 그래프를 얻는 시험은 압력 12㎏/㎠와 온도 600℃, 700℃, 800℃에서 8시간 동안 수행하였다. 도 8에 도시된 그래프를 보면, 온도가 높아짐에 따라 부식물이 많이 퇴적되는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명인 금속 재료 부식 시험장치를 고온의 로에 설치하여 시험하는 경우, 압력용 배샐(100) 내부의 압력 변화에 따라 부식 시험장치의 동작에 관한 실시예를 설명하기 위한 이해도이다.
도 9의 (a)는 압력용 배샐(100) 내부에 금속 시편을 고정한 시편 장착대를 설치한 후, 배출통로 배샐(200)과 배기 밸브(300)와 기본판을 조립하여 고온의 로(500)에 설치한 구조를 보여준다.
이 때, 상기 기본판(400)은 스프링(450)을 지지하기 위하여 고정되어 있다. 즉, 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력을 일정치로 설정하기 위하여 상기 스프링(450)의 탄성력을 조절하여 세팅한 후 상기 기본판(400)을 소정의 구조물에 고정한다.
상기와 같은 상태에서, 상기 스프링(450)은 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력이 설정치 이상으로 올라가는 경우에만 상기 기본판(400)을 향하여 수축되고, 그렇치 않은 경우에는 세팅된 상태로 유지한다.
도 9의 (b)는 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력이 설정치 이상이 되는 경우, 상기 압력용 배샐(100) 내부에 존재하는 부식성 물질이 배기 밸브(300)를 통해 로 밖으로 배기되는 모습을 보여준다.
로(500) 내부의 온도가 높아지면서, 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력은 점점 증가하게 된다. 이와 같이 증가되는 압력이 상기 스프링(450)의 탄성력과 평형을 유지할 수 있는 압력 이상이 되는 경우에, 상기 스프링(450)은 상기 압력용 배샐(100) 내부의 고압에 의해 수축될 것이다.
즉, 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력에 의해 상기 배출통로 배샐(200)과 분리 가능하게 연결되어 있는 배기 밸브(300)의 일단은 힘을 받게 된다. 이 상태에서 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력이 설정치 이상으로 올라가는 경우에, 상기 배기 밸브(300)는 상기 배출통로 배샐(200)과 이격될 것이고, 이 때 상기 압력용 배샐(100) 내부에 존재하는 부식성 물질(가스, 액체)은 로 바깥으로 배기될 것이다.
상기와 같이 배기 밸브(300)가 상기 배출통로 배샐(200)로부터 이격될 때, 상기 스프링(450)은 상기 기본판(400)을 향하여(도 9의 (b)의 화살표 방향) 수축될 것이다.
도 9의 (c)는 상기와 같이 부식성 물질(액체, 기체)이 로(500) 외부로 배출된 후에 다시 원상 복귀하는 상태를 보여준다.
상기와 같은 동작에 따라 압력용 배샐(100) 내부에 존재하는 고압의 부식성 물질(액체, 기체)이 로(500) 외부로 배기된 후에는, 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력은 점점 낮아지면서 상기 세팅된 스프링(450)의 탄성력과 평형을 유지하게 된다. 이와 같이 상기 압력용 배샐(100) 내부의 압력과 상기 세팅된 스프링(450)의 탄성력이 다시 평형을 유지하게 되면 상기 배기 밸브(300)와 상기 배출통로 배샐(200)은 다시 접촉 연결된다.
상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치에 의하면, 고온 고압의 부식성 물질 내에서 금속의 부식 시험을 수행할 때 실험용기(압력용 배샐)의 내부 압력을 일정하게 설정하여 압력을 자동으로 유지할 수 있도록 함으로써, 시험 중 발생할 수 있는 고압 용기의 폭발 사고를 방지하여 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 실제 설비에서 발생하는 온도 및 압력 조건에서 본 발명인 금속 재료의 부식 시험장치를 사용할 수 있으므로, 실제 설비에서 발생하는 조건을 명확히 규명할 수 있어 설비의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있고, 부식 분야에 대한 학문의 발전에도 유익하다.

Claims (10)

  1. 고온, 고압 하에서 금속재료의 부식시험을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    고온의 로 안에 위치하고 금속 시편을 장착하는 시편 장착대와 부식성 물질을 내부에 수용하며 일단이 개방된 형상을 가지는 압력용 배샐(Vessel)과;
    상기 압력용 배샐(Vessel) 일단에 결합되는 제1 결합부와 상기 제1 결합부에 연결되어 길이 방향으로 형성되는 통로부와 상기 통로부 끝단에 연결되는 제2 결합부로 구성된 배출통로 배샐(Vessel)과;
    상기 배출통로 배샐(Vessel)의 제2 결합부와 일단이 분리가능하게 연결되어 배샐(Vessel) 내부를 밀폐시키거나 부식성 물질을 외부로 배출시키는 배기 밸브와;
    상기 배기 밸브의 타단에 결합되어 상기 압력용 배샐(Vessel)의 내부 압력에 따라 수축되거나 복원되는 스프링과;
    상기 스프링이 수축 또는 복원될 수 있도록 상기 스프링을 지지하고 상기 스프링의 탄성력을 조절하는 기본판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 압력용 배샐에 수용되는 시편 장착대는,
    소정의 간격을 두고 배치되는 복수개의 가이드 링과, 상기 가이드 링을 서로 연결하는 복수개의 연결바와, 상기 가이드 링에 고정 부착되어 상기 금속 시편을 고정하는 소정 형상의 시편 고정대를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속 시편은 상기 시편 고정대에 3개가 고정 설치되되, 상기 시편 장착대의 길이 방향으로 3등분하여 배치되는 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력용 배샐의 개방된 일단에 오목부가 형성되고, 상기 배출통로 배샐(Vessel)의 제1 결합부에 볼록부가 형성되어, 상기 압력용 배샐과 상기 배출통로 배샐이 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출통로 배샐(Vessel)의 제2 결합부와 연결되는 배기 밸브의 일단에는, 상기 배출통로 배샐의 내면에 접촉되어 기밀을 유지하기 위한 경사부가 마련되 고, 상기 경사부의 끝단에 이동가이드부가 길게 형성된 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배기 밸브의 타단에는 상기 스프링의 이탈을 방지하기 위한 제1 안내부와 상기 스프링의 고정을 위한 제1 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본판은 이동할 수 없도록 고정설치되어 있고, 상기 스프링을 지지하는 면에는 상기 스프링의 이탈을 방지하기 위한 제2 안내부와 상기 스프링의 고정을 위한 제2 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기본판에 복수개의 제1 홀이 형성되고, 상기 배기 밸브에 상기 제1 홀과 대응하여 복수개의 제2 홀이 형성되며, 상기 배출통로 배샐에 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀과 대응하여 나사산이 존재하는 제3 홀이 형성되되, 상기 스프링의 길이방향 외곽을 따라 상기 제1 홀, 제2 홀, 제3 홀에 끼워지는 볼트가 더 부가되는 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속 재료의 부식 시험장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력용 배샐과 배출통로 배샐의 일부는 로 내부에 설치되고, 상기 배출통로 배샐의 나머지 부분과 배기 밸브 및 기본판은 로 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속재료의 부식 시험장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 로 내부에는 상기 압력용 배샐을 지지하기 위한 지지체가 마련되는 것을 특징으로 하는 고온 고압 조건에서 금속재료의 부식 시험장치.
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