KR101129377B1 - 수소 확산성 및 연소성 실험장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 확산성 및 연소성 실험장치에 관한 것으로서, 수소를 연료로 사용하는 연료전지 자동차 및 수소 내연기관 자동차의 안전성을 평가하기 위해 누출된 수소의 확산성 및 연소성 등을 파악할 수 있는 수소 확산성 및 연소성 실험장치를 제공하는 것이다. 이와 같은 목적을 실시하기 위한 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치는 수소가스의 확산 및 연소성을 측정하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치로서, 주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버와, 상기 챔버에 연결되어 수소가스를 공급하는 공급부와, 상기 챔버에 설치되며 공급된 상기 수소가스를 점화시키는 점화플러그와, 상기 챔버 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도센서 및 압력센서와, 상기 공급부 또는 상기 점화플러그의 점화를 제어하는 제어부를 포함한다.
수소, 자동차, 주차장, 밀폐, 챔버, 확산, 연소, 폭발
Description
본 발명은 수소 확산성 및 연소성 실험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소연료를 사용하는 자동차에서 누출된 수소 연료에 대한 연소 특성을 파악하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 연료를 연소하여 발생하는 에너지를 이용하여 이동하는 장치로서, 화석연료가 주로 사용되고 있으며, 최근에는 태양열이나, 수소연료 등을 사용하는 친환경 자동차가 개발되어 사용되고 있다.
이러한 친환경 자동차 중 수소연료를 사용하는 자동차는, 수소 또는 연료전지로 사용되는 수소가 대기 중으로 누출될 경우 폭발의 위험성이 있으며, 이에 따라 수소연료의 확산 및 연소 특성에 대한 연구가 요구되고 있다.
더욱이 수소 또는 연료전지 자동차가 지하 주차장과 같은 밀폐된 공간에 장시간 주, 정차될 경우 누출된 수소가 모여 폭발할 수 있다. 따라서 지하 주차장 등의 밀폐된 공간에는 누출된 수소의 확산성 및 연소성에 대한 파악을 위한 실험모델이 필요하나, 아직까지 이를 위한 실험모델이나 실험방법에 대한 연구 개발이 미 비한 실정이다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제를 해소하기 위한 것으로, 수소 및 연료전지 자동차의 안전성을 평가하기 위해 누출된 수소의 확산성 및 연소성 등을 파악할 수 있는 수소 확산성 및 연소성 실험장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 실시하기 위한 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치는 수소가스의 확산 및 연소성을 측정하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치로서, 주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버와, 상기 챔버에 연결되어 수소가스를 공급하는 공급부와, 상기 챔버에 설치되며 공급된 상기 수소가스를 점화시키는 점화플러그와, 상기 챔버 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도센서 및 압력센서와, 상기 공급부 또는 상기 점화플러그의 점화를 제어하는 제어부를 포함한다.
여기에서, 상기 챔버는 내부 환기를 위해 형성되며, 개방된 크기를 조절할 수 있는 적어도 하나 이상의 환기부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 환기부는 관통되어 형성된 환기구와, 상기 환기구의 개폐된 크기의 조절을 위해 슬라이딩 개폐되는 도어부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 챔버는 투명 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 챔버는 투명 아크릴일 수 있다. 또한, 상기 온도센서는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치될 수 있다. 또한, 상기 점화플러그는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치될 수 있다. 상기 공급부는 공급되는 수소가스의 용량을 측정하기 위한 용량계와, 상기 용량계에 측정되는 수소가스의 용량에 따라 공급되는 수소가스의 공급량을 조절하는 유량조절기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공급부는 상기 수소가스의 연소시 역화를 방지하기 위해 설치된 역화방지밸브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공급부는 단부에 상기 수소가스의 분무형태를 가변하기 위한 노즐이 설치될 수 있다. 더불어, 상기 챔버는 정육면체의 형태로 형성된 것이 바람직하다. 또한, 상기 챔버는 각각의 연결부위에 설치된 프레임을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치는 누출된 수소가스의 유동 및 연소 특성을 파악할 수 있으며, 점화시 화염의 연소 특성을 관찰하거나 정량적 데이터로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명은 챔버의 환기부의 개폐를 제어하여 실험환경을 다양하게 변경할 수 있으며, 이를 통해 완전히 밀폐되거나, 일부만 밀폐된 공간을 실험적으로 재현할 수 있어 다양한 주차장 환경에 대한 실험이 가능하다.
이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 배선도이다. 또한, 도 2는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 정면도, 측면도, 평면도이다.
본 발명의 수소 확산성 및 연소성 실험장치(10)는 수소연료를 사용하는 차량이 주차장과 같이 밀폐된 공간에 주차할 경우, 이 차량에서 누출된 수소가스의 확산과 같은 유동 특성을 파악하기 위한 실험장치로서, 이 실험장치를 통해 실제 주차장과 유사한 환경을 재현할 수 있다.
이러한 수소 확산성 및 연소성 실험장치(10)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버(12)를 포함한다. 이러한 챔버(12)는 정육면체의 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 밀폐된 계를 형성할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이 챔버(12)는 연소시험시 외부에서 육안 및 고속 카메라, 적외선 카메라 등을 이용하여 화염의 확산을 파악할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 챔버(12)는 내부를 볼 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 일례로 투명 아크릴로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 챔버(12)를 형성하는 투명 아크릴은 수소가스의 폭발시 안전을 위해 약 30t 이상의 두께를 갖는 단일판을 연결하여 제조하는 것이 바람직하다. 더욱이 이 챔버(12)는 강도를 보강하기 위해 각각의 연결부위에 프레임(14)이 설치될 수 있다. 또한, 이 프레임(14)은 챔버(12)의 외벽부재와 볼트 등과 같은 체결부재에 의해 견고히 결합될 수 있다.
또한, 이 챔버(12)에는 내부의 공간으로 수소가스를 공급하는 공급부(20)가 연결된다. 바람직하게는 공급부(20)의 끝단은 이 챔버(12)의 저면 중앙부에 연결 될 수 있다.
이 공급부(20)는 수소가스가 저장된 가스탱크(22)를 포함하고, 이 가스탱크(22)에는 가스배관에 의해 전술된 공급부(20)와 연결된다. 가스탱크(22)에는 수소가스의 배출압력을 조절하기 위한 압력계 및 밸브(23)가 설치될 수 있다.
그리고, 이 가스배관에는 이물질을 거르기 위한 필터(24)가 설치되며, 수소가스의 역류를 차단하기 위한 체크밸브(26)가 더 설치된다.
또한, 공급부(20)는 가스배관의 일측에 역화방지밸브(28)가 설치된다. 이 역화방지밸브(28)는 챔버(12)에서 연소된 수소가스의 화염이 가스배관(29)을 통해 역류되며 발화되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 수소는 가장 가벼운 기체로 확산성이 높으며, 대기중으로 노출시 폭발의 위험성이 높다. 따라서, 공급부(20)에는 수소가스의 공급량을 정확하게 조절해야 하며, 이를 위해 수소가스의 용량을 측정하기 위한 용량계가 설치된다. 또한, 이 공급부(20)에는 용량계에 의해 측정되는 수소가스의 용량에 따라 공급되는 수소가스의 공급량을 조절하는 유량조절기(27)를 포함한다. 이 유량조절기(27)는 전자제어밸브(솔레노이드 밸브)로 이루어질 수 있으며, 제어부(30)에 의해 가스배관(29)의 개폐를 제어하여 수소가스의 공급량을 조절할 수 있다. 또한, 유량조절기(27)는 내부에 용량을 측정하기 위한 용량계가 일체로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 공급부(20)의 단부에는 수소가스의 분무형태를 가변하기 위한 노즐(21)이 설치될 수 있다. 이 노즐(21)은 직경을 다르게 하거나 노즐(21)팁의 모양을 다르게 할 수 있으며, 이에 따라 수소가스의 분사속도나 분사형태를 조절할 수 있다.
또한, 챔버(12)에는 내부로 공급된 수소가스를 점화시키기 위한 점화플러그(17)가 설치된다. 이 점화플러그(17)는 제어부(30)에 의해 작동이 제어된다.
이를 위해 제어부(30)에는 신호를 변환하기 위한 신호변환기(signal convertor)(32)가 설치되며, 이 신호변환기를 통해 각종 센서부에서 감지된 신호가 데이터값으로 변환될 수 있다. 또한, 이 신호변환기(32)는 제어부(30)에 의해 발생된 신호를 변환하여 점화플러그 작동 스위치(34)에 신호를 발생시킨다.
점화플러그(17)는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치될 수 있다. 일례로, 본 발명에서와 같이, 챔버(12)가 정육면체형으로 이루어진 경우, 양측면에 각각 9개의 점화플러그(17)가 장방형의 배열로 설치될 수 있다.
이 점화플러그(17)는 챔버(12)의 내부면에서 길게 연장되어 형성될 수 있으며, 설치된 길이를 조절할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 일례로, 챔버(12)의 한 방향 길이가 약 2,000mm인 정육면체형의 형태로 이루어진 경우, 점화플러그(17)는 약 400mm의 길이로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 점화플러그(17)는 점화플러그 작동 스위치(34)에서 인가된 고출력 방전에너지에 의해 스파크를 일으키며, 이에 의해 수소가스가 연소될 수 있다.
한편, 이 챔버(12)는 카메라 장비나 육안으로 화염을 관찰을 통해 수소의 확산성을 파악할 수 있으나, 보다 정확한 정량적 데이터를 위한 센서장치가 설치될 수 있다.
일례로 챔버(12)에는 수소가스의 연소시 온도를 측정하기 위한 온도센서(16)와, 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서(15)가 설치될 수 있다. 이 온도센서(16)는 복수개로 이루어지며, 챔버(12)의 각 영역에서 수소가스의 연소에 따른 온도변화를 측정한다. 바람직하게는 이 온도센서(16)는 9개 이상 설치될 수 있으며, 이에 따라 챔버(12)의 각 영역에서 수소가스의 유동상태를 확인할 수 있으며, 화염의 전파 속도 등의 측정도 가능하다.
여기에서 온도센서(16)는 다양한 방식의 제품이 사용될 수 있으며, 열전대를 이용하는 것도 가능하다. 일례로, 온도센서(16)는 K-type이 이용될 수 있으며, 약 21개로 이루어져 챔버(12)의 양측면에 9개의 온도센서(16)가 장방형으로 배열되고, 챔버(12)의 전면이나 후면에는 3개의 온도센서(16)가 서로 다른 높이에 일렬로 배열될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 수소 확산성 및 연소성 실험장치(10)의 챔버(12)는 밀폐된 환경의 실험모델을 제공할 수 있다. 한편, 주차장과 같은 공간은 완전히 밀폐되지 않으므로, 실제적인 주차장과 유사한 환경을 제공하기 위해서는 챔버(12)의 내, 외부가 연통하는 환기부(18)가 설치될 수 있다.
이러한 환기부(18)는 챔버(12)에 적어도 하나 이상으로 설치될 수 있으며, 그 개방된 크기를 조절할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
일례로, 챔버(12)는 양측면 및 상부면에 각각 2개의 환기부(18)가 설치될 수 있다. 여기서, 환기부(18)가 설치된 위치는 다양한 주차장의 환경에 대해 현실적으로 실험이 가능한 실험모델을 제공하기 위한 것으로서, 그 개수가 설치된 위치, 크기 등은 한정되지 않는다. 또한, 모든 환기부(18)가 개방될 경우, 실외 또는 주변의 환기가 좋은 개방된 주차공간을 실험할 수 있으며, 측면만 개방될 경우 측면에 도로가 위치되거나 측면으로만 환기가 이루어지는 주차공간에 대한 실험이 가능하다. 이와 같이, 챔버(12)는 환기부(18)의 개폐여부 및 개폐된 상태를 조절하여 다양한 환경에 대한 실험모델을 제공할 수 있다.
도 6은 도 5의 A-A선의 단면도이다. 도 5를 참고하면, 환기부(18)의 구조를 자세히 알 수 있다. 이 환기부(18)는 관통되어 형성된 환기구(18a)와, 이 환기구(18a)의 개폐된 크기의 조절을 위한 도어부(18b)가 마련된다. 이 도어부(18b)는 챔버(12)에 슬라이딩되며 이동할 수 있도록 설치된다. 또한, 환기구(18a)의 주변에는 도어부(18b)의 이동을 안내하기 위한 가이드레일(18c)이 형성된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 배선도.
도 2는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 정면도, 측면도, 평면도.
도 6은 도 5의 A-A선의 단면도.
Claims (12)
- 수소가스의 확산 및 연소성을 측정하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치로서,환기구가 관통되어 형성되고, 상기 환기구의 개폐된 크기의 조절이 가능하게 슬라이딩 캐폐되고 내부 환기를 위하여 도어부를 포함하는 환기부를 적어도 하나 이상 포함하고 주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버와상기 챔버에 연결되어 수소가스를 공급하는 공급부와,상기 챔버에 설치되며 공급된 상기 수소가스를 점화시키는 점화플러그와,상기 챔버 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도센서 및 압력센서와,상기 공급부 또는 상기 점화플러그를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 챔버는 투명 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 4에 있어서,상기 챔버는 투명 아크릴인 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 온도센서는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 점화플러그는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 공급부는 공급되는 수소가스의 용량을 측정하기 위한 용량계와,상기 용량계에 측정되는 수소가스의 용량에 따라 공급되는 수소가스의 공급 량을 조절하는 유량조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 공급부는 상기 수소가스의 연소시 역화를 방지하기 위해 설치된 역화방지밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 공급부는 단부에 상기 수소가스의 분무형태를 가변하기 위한 노즐이 설치된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1, 청구항 4, 청구항 5, 청구항 6, 청구항 7, 청구항 10에 있어서,상기 챔버는 정육면체형의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 11에 있어서,상기 챔버는 각각의 연결부위에 설치된 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
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