KR101158463B1

KR101158463B1 - 압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압 발생장치

Info

Publication number: KR101158463B1
Application number: KR1020090126603A
Authority: KR
Inventors: 김경수; 장용석; 최문호; 이상민; 최성호; 김진욱
Original assignee: 주식회사 마르센
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2012-06-19
Also published as: KR20110069986A

Abstract

본 발명은 압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압 발생장치에 관한 것으로, 방폭형 유압 발생장치는 본체 내부에 수용되되, PCB부를 포함하여 이루어져 제어신호를 송출하는 제어부, 상기 본체에 접속되어, 복수 개의 코어라인을 통해 상기 제어신호를 인가받아 동작함으로써 탱크부에 구동력을 전달하는 모터부, 상기 본체에 접속되되, 오일탱크와 펌프를 포함하여 이루어져 작동유의 유압을 상승시켜 방출하는 탱크부, 및 상기 제어부와 상기 모터부 사이에 마련되어 상기 제어부 공간과 상기 모터부 공간을 분리하는 라인부싱 어셈블리를 포함하여 이루어져, 압력 중첩 현상 회피 설계를 통해 수소 등의 가연성, 폭발성 가스로 인한 폭발 위험을 방지할 수 있어 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

압력 중첩 현상, 방폭 유압발생장치, 제어부, 모터부, 탱크부, 라인부싱 어셈블리

Description

압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압 발생장치{EXPLOSION-PROOF HYDRAULIC POWER GENERATING APPARATUS FOR AVOIDING PRESSURE PULLING PHENOMENON}

본 발명은 방폭형 유압 발생장치에 관한 것으로, 구체적으로는 선박 등에 존재하는 폭발성 가스에 의한 폭발을 방지할 수 있는, 압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 유압 발생장치는 동력공급장치로서, 구동모터 등을 이용하여 동력을 발생시키고, 발생된 동력으로 오일을 고압으로 만들어 각종 기계들을 작동시키는 동력원으로 사용된다.

종래 기술에 따른 유압 발생장치는 구동모터 또는 내연기관의 원동기를 사용하여 회전토크를 발생시키는 동력공급원, 동력원으로부터 공급받은 회전토크에너지를 이용하여 오일을 공급하는 유압 펌프, 및 각 부품들이 일정 기능을 수행하도록 제어하는 회로로 이루어지며, 이러한 유압 발생장치는 각 구성요소끼리 연결되어 내부가 열린 공간으로 되어 있기 마련이다.

그런데, 이러한 종래의 유압 발생장치에 의하면 폭발성 가스가 존재하는 경우에 압력 중첩 현상 등으로 인한 폭발 위험을 방지할 수 없다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 폭발 방지 규격을 만족하도록 설계하려면 장치가 대형화되고, 경비 또한 많이 소요된다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폭발성 가스가 존재하는 경우에도 압력 중첩 현상 등으로 인한 폭발 위험을 방지할 수 있는 안전성 높은 방폭형 유압 발생장치를 제공하고자 한다. 또한, 장치를 소형화할 수 있으며 경비도 절감시킬 수 있는 방폭형 유압 발생장치를 제공하고자 한다.

전술한 기술적 과제의 해결을 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압 발생장치는 본체(160) 내부 공간에 수용되되, PCB부(112)를 포함하여 이루어져 제어신호를 송출하는 제어부(110)와: 상기 본체(160) 일 측에 결합되는 모터 하우징(122)의 내부 공간에 구비되며, 복수 개의 코어 라인(140)을 통해 상기 제어부(110)로부터 제어신호를 인가받아 동작하는 모터부(120)와: 내부에 펌프(134)와 오일 탱크(132)가 구비되어 상기 본체(160)의 타 측에 결합되며, 상기 모터부(120)의 구동력을 본체(160)를 관통하는 샤프트(150)를 통해 전달받아 작동유의 유압을 상승시켜 방출하는 탱크부(130)와; 상기 제어부(110) 내부 공간과 상기 모터부(120) 내부 공간을 분리 구획하기 위하여, 상기 코어 라인(140)을 수용한 상태로 상기 제어부(110)와 모터부(120) 사이에 설치되는 라인부싱 어셈블리(170)를; 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

여기서, 상기 라인부싱 어셈블리(170)는, 내부에 길이 방향으로 형성되는 수용부를 가지는 몸체(172)와 상기 몸체(172)의 일단에 마련된 플랜지부(174)를 포함하여 이루어지되, 상기 수용부에는 상기 코어 라인(140)이 관통할 수 있는 공간인 관통부(176)가 복수 개 마련되고, 상기 수용부의 양측 말단에는 몰딩부(178)가 형성되는 것을 다른 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 라인부싱 어셈블리(170)의 몸체(172) 외주면에는 나사선이 마련되어, 상기 제어부(110) 및 상기 모터부(120)와 나사결합되는 것을 또 다른 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 방폭형 유압발생장치를 구성함에 있어, 제어부, 모터부, 탱크부 각각의 공간을 구획하여 별도로 마련되는 밀폐된 영역에 배치하는 압력 중첩 현상 회피 설계를 통해, 특정 공간에서 수소 등의 가연성, 폭발성 가스에 의한 폭발 압력이 타 공간으로 전파되어 중첩되는 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 본체에 대하여 제어부, 모터부, 탱크부 각각을 밀착 결합시키는 구성을 취함으로써 유압발생장치를 소형화, 경량화할 수 있으며 경비도 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1a 는 가스 농도에 따른 폭발 압력의 관계 그래프이고, 도 1b 는 가스 농도에 따른 폭발압 상승 시간의 관계 그래프이고, 도 2a 는 에틸렌 폭발 시 중첩 압력 특성 그래프이고, 도 2b 는 수소 폭발 시 중첩 압력 특성 그래프이고, 도 3 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방폭형 유압 발생장치이고, 도 4 는 상기 방폭형 유압 발생장치에 포함되는 라인 부싱 어셈블리의 단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 라인 부싱 어셈블리의 정면도 및 배면도이고, 도 6a 및 도 6b 는 본 발명을 이용하여 측정한 수소 및 에틸렌 폭발시 중첩 압력 특성 그래프이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 방폭형 유압 발생장치는 본체(160) 내부 공간에 수용되되 PCB부(112)를 포함하여 이루어져 제어신호를 송출하는 제어부(110)와, 상기 본체(160) 일 측에 결합되는 모터 하우징(122)의 내부 공간에 구비되며, 복수 개의 코어 라인(140)을 통해 상기 제어부(110)로부터 제어신호를 인가받아 동작하는 모터부(120)와, 내부에 펌프(134)와 오일 탱크(132)가 구비되어 상기 본체(160)의 타 측에 결합되며 상기 모터부(120)의 구동력을 본체(160)를 관통하는 샤프트(150)를 통해 전달받아 작동유의 유압을 상승시켜 방출하는 탱크부(130)와, 상기 제어부(110) 내부 공간과 상기 모터부(120) 내부 공간을 분리 구획하기 위하여 상기 코어 라인(140)을 수용한 상태로 상기 제어부(110)와 모터부(120) 사이에 설치되는 라인부싱 어셈블리(170)를 포함함으로써 압력 중첩 현상 회피 설계를 통해 폭발성 가스에 의한 폭발 위험을 방지할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있다.

우선 본 실시형태에서의 폭발 방지구조(Type of protection)는 Ex d ⅡC T4 로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 'Ex d' 는 내압 방폭 구조에 관한 것으로, 용기 내부로 유입된 가연성 혼합물의 내부 폭발 압력에 대해 용기가 손상되지 않으면서 견디어 내고, 접합면 또는 구조적인 틈새를 통하여 당초 설계된 하나 또는 그 이상의 가스 또는 증기로 혼합된 외부 폭발성 분위기에 인화되지 않도록 한 전기기기의 구조이다.

다음으로, 전기 기기의 분류에 따라 그룹Ⅰ과 그룹Ⅱ로 나눌 수 있는데, 그룹Ⅰ은 폭발성 메탄가스에 민감한 광산용 전기기기이고, 그룹Ⅱ는 폭발성 메탄가스에 민감한 광산용 전기기기 이외의 것으로 잠재 폭발 위험 분위기를 갖는 장소에 설치하는 전기기기이다.

그룹Ⅱ 의 전기기기는 잠재 폭발 위험 분위기의 종류에 따라 ⅡA, ⅡB, ⅡC 로 세분화될 수 있으며, 세분화 기준은 내압 방폭 구조에 대한 최대 안전 틈새에 기초한다. 최대 안전 틈새(Maximum Experimental Safe Gaps : MESG)란 대상으로 한 가스 또는 증기와 공기와의 혼합가스에 대하여 화염일주가 일어나지 않는 틈새의 최대치를 의미하는 것으로, 최대 안전 틈새의 한계는 다음과 같다.

가스 및 증기 그룹 A : 0.9mm 를 초과하는 최대 안전 틈새

가스 및 증기 그룹 B : 0.5mm 와 0.9mm 사이의 최대 안전 틈새

가스 및 증기 그룹 C : 0.5mm 미만의 최대 안전 틈새

즉, ⅡB 등급의 기기는 ⅡA 등급의 기기가 필요한 지역에 적용할 수 있으며, 마찬가지로 ⅡC 등급의 기기는 ⅡA 등급이나 ⅡB 등급의 기기가 필요한 지역에 사용할 수 있다.

다음으로, T4 는 온도 분류를 의미하는 것으로, 온도 등급과 최고 표면 온도는 다음의 표 1과 같다.

온도 등급	온도 범위(℃)
T1	300 초과 450이하
T2	200 초과 300이하
T3	135 초과 200 이하
T4	100 초과 135이하
T5	85초과 100이하
T6	85이하

따라서, 본 실시형태에서의 폭발 방지구조, Ex d ⅡC T4 는 내압 방폭 구조에 관한 것으로, 0.5mm 미만의 최대 안전 틈새 기준과 최고 온도 범위는 135℃ 이하를 기준으로 한 것이다.

다만 상기 설명한 폭발 방지구조는 폭발성 가스에 의한 폭발방지 설계 기술 관련하여 표준 KS C IEC 60079-0, KS C IEC 60079-1 에 의거한 것으로, 이는 본 발명을 설명하기 위한 일 실시예에 불과한 것이다.

내압 방폭 구조로 설계를 하기 위해서는 ① 압력 중첩 회피, ②용적별 MESG(Maximum Experimental Safe Gap) 설계 인자 도출 및 형상화 조건을 고려하여 설계하여야 한다.

우선, 압력 중첩(Pressure Pulling)이란 용기 내부의 특정한 곳에서 일어난 폭발에 의해 해당 용기의 다른 곳의 폭발성 분위기가 예압되어 그 후에 일어난 폭발로 해당 장소 이외의 곳의 압력이 통상의 압력보다도 이상적으로 상승하는 상태를 말하는 것으로, 종래 기술에 따르는 경우 모터부나 PCB부에 폭발이 발생한 경우 양 공간부 사이에 압력 중첩 현상이 발생할 위험이 크다.

압력 중첩으로 발생할 수 있는 위험상황은 도 1a 내지 2b, 도 2a 내지 2b 에 도시되어 있다. 도 1a 는 가스 종류 및 농도에 따른 폭발시 발생하는 압력을 설명한 그래프로서, 폭발시 발생하는 압력으로 인하여 케이스가 파괴되지 않도록 도 1a 의 그래프를 참조하여 설계이자를 도출한다.

도 1b 은 가스 종류 및 농도에 따른 폭발압이 상승하는 시간을 설명한 그래프로 폭발 압력의 상승 속도가 빠를수록 케이스에 데미지(damage)를 많이 주게 되므로 그래프를 참조하여 케이스의 강도와 관련된 설계인자를 도출한다.

도 2a 는 에틸렌 폭발 시 중첩 압력 특성을 나타낸 그래프로 그래프 중 빨간색(Volume 1)이 처음 폭발 시의 발생 압력이고 처음 폭발로 인하여 발생한 압력으로 다른 공간의 압력이 증가하는 중첩현상이 발생되어진 후 두 번째 공간에서의 폭발이 일어날 경우의 발생 압력은 파란색(Volume 2)으로 표시하였다. 도 2b 는 수소 폭발시 중첩 압력 특성 그래프로, 도 2a 와 마찬가지로 처음 폭발시의 발생 압력을 빨간색 그래프(Volume 1)로, 처음 폭발로 인하여 발생한 압력으로 다른 공간의 압력이 증가하는 중첩현상이 발생한 후 두 번째 공간에서의 폭발이 일어날 경우의 발생 압력을 파란색 그래프(Volume 2)로 표시하였다.

다음으로, 용적별 MESG 설계 인자 도출 및 형상화 조건에 대해 설명한다. 접합면의 길이와 용기 내용적(V㎤)에 따라 최대 틈새 인자가 결정될 수 있는데, 내압 방폭설계 기준에 따른 요구사항을 충족시키고 부품들의 소형화 및 집적화를 위해서는 용기의 내용적 구분이 중요하게 고려되어야 한다.

예를 들어, 열린 공간인 모터부의 내부용적이 350㎤ 이고, PCB 부의 내부 용적이 450㎤ 인 경우, 총 내부 용적은 800㎤ 으로, 용기의 내용적 기준이 500＜V≤1500 을 만족하게 되어 최대 틈새에 따른 접합면의 길이에 설계 기준을 맞출 경우에 기기의 대형화와 이로 인한 비용 증가가 문제될 수 있다.

그러나, 도 3 에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따르면 내압방폭설계가 가능하고 동시에 제품의 소형화를 달성할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 방폭형 유압 발생장치(100)는 크게 제어부(110)를 포함하는 본체(160), 모터부(120), 탱크부(130) 로 이루어진다. 본체(160), 모터부(120), 탱크부(130) 는 각종 체결수단(180)에 의해 상호 접속될 수 있다. 상기 제어부(110), 모터부(120), 탱크부(130) 각각은 상기 본체(160)에 결합되되, 별도로 마련되어 상호 간에 분리된 공간을 형성하는 하우징 내부에 구비되는 특징이 있다.

제어부(110)는 PCB부(112)를 포함하여 이루어지며, 각종 제어신호를 송출한다. 제어부(110)에는 케이블(미도시)이 접속되며, 상기 케이블을 통해 교류 또는 직류 전원 및 각종 입력 신호를 인가받게 된다. 제어부(110)와 케이블의 접속에 있어서 별도의 케이블 그랜드(114)를 설치할 수 있다. 제어부(110)에 접속되는 케이블의 개수에는 제한이 없으며, 용도에 따라 달리 선택할 수 있음은 물론이다.

모터부(120)는 내부에 모터(124)를 수용하는 수용부를 갖는 모터 하우징(122)을 포함하여 이루어져, 본체(160)의 일 측에 접속됨이 바람직하다. 모터부(120)는 코어라인(140)으로 제어부(110)와 상호 접속되어 제어부(110)로부터 제어신호를 인가받는다. 도 3 에는 3 개의 코어라인(140)이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 용도 및 설치 목적에 따라 코어라인(140)의 개수를 달리할 수 있음은 물론이다. 코어라인(140)을 통해 제어부(110)로부터 제어신호를 인가받은 모터부(120)는 인가된 제어신호에 따라 동작하여 탱크부(130)에 구동력을 제공한다. 모터부(120)와 탱크부(130)는 샤프트(150)로 상호 접속되며, 이 때 제어부(110)를 포함하는 본체(160)를 중심으로 모터부(120)와 탱크부(130)가 양측에 마련되고, 샤프트(150)가 제어부(110)를 관통하면서 양측의 모터부(120)와 탱크부(130)를 접속시킴이 바람직하다 할 것이다. 한편, 공지의 베어링이 모터부(120)와 샤프트(150) 사이에 마련되어 모터의 구동력을 전달한다.

탱크부(130)는 오일탱크(132)와 펌프(134)를 포함하여 이루어지며, 상기 모터부(120)와 대향한 위치로서 상기 본체(160)의 타 측에 접속됨이 바람직하다. 샤프트(150)를 통해 모터부(120)로부터 구동력을 전달받으며, 그에 따라 펌프(134)가 동작하여 오일탱크(132) 내의 유압을 상승시키고, 상승된 유압의 작동유를 방출하게 된다.

다음으로, 제어부(110)와 모터부(120) 사이에는 라인부싱 어셈블리(170)가 마련된다. 상기 라인부싱 어셈블리(170)는 제어부(110)와 모터부(120) 사이에 마련되어 열린 공간인 제어부(110)와 모터부(120)를 분리 구획하기 위한 것으로 구체적인 구성은 도 4 를 참조하여 설명하도록 한다.

라인부싱 어셈블리(170)는 절연성 재질로 이루어지며, 내부에 길이 방향으로 수용부를 갖고, 소정 길이의 원통 형상 몸체(172)와 상기 몸체(172)의 일단에 마련된 플랜지부(174)를 포함하여 이루어진다. 상기 플랜지부(174)는 제어부(110) 또는 모터부(120) 에 형성된 홀 등에 삽입되어 고정시킬 수 있는 부분이다. 또한, 라인부싱 어셈블리(170)의 내부 수용부에는 코어라인(140)이 결합되어 지나갈 수 있도록 길이방향으로 복수 개의 관통부(176)가 형성되어 있으며, 라인부싱 어셈블리(170)의 수용부 양 말단에는 몰딩부(178)가 마련되어 라인부싱 어셈블리(170) 내부 수용부를 폐공간으로 만든다. 이 때, 몰딩부(178)는 코어라인(140)이 결합되는 관통부(176)를 제외한, 수용부 전체에 마련될 수도 있음은 물론이다.

한편, 라인부싱 어셈블리의 몸체(170) 외주면에는 나사선이 마련되어, 제어부(110) 또는 모터부(120) 와 나사결합함이 바람직하다 할 것이다.

이러한 라인부싱 어셈블리(170)의 정면도 및 배면도가 도 5a 및 도 5b 에 각각 도시되어 있다. 도 5a 에 도시된 바와 같이 플랜지부(174)는 팔각 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 원형, 사각, 육각 등 여러 형태일 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다. 한편, 관통부(176a, 176b, 176c) 의 개수 및 위치도 도 5 에 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 6a 및 도 6b 는 본 발명을 이용하여 측정한 수소 및 에틸렌 폭발시 중첩 압력 특성 그래프이다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 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 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1 은 종래 기술에 따른 도이다.

도 1a 는 가스 농도에 따른 폭발 압력의 관계 그래프이다.

도 1b 는 가스 농도에 따른 폭발압 상승 시간의 관계 그래프이다.

도 2a 및 도 2b 는 에틸렌/수소 폭발 시 중첩 압력 특성 그래프이다.

도 3 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방폭형 유압 발생장치의 단면도이다.

도 4 는 상기 방폭형 유압 발생장치에 포함되는 라인 부싱 어셈블리의 단면도이다.

도 5a 및 도 5b는 라인 부싱 어셈블리의 정면도 및 배면도이다.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100 : 방폭형 유압 발생장치 110 : 제어부

120 : 모터부 130 : 탱크부

140 : 코어라인 150 : 샤프트

160 : 본체 170 : 라인부싱 어셈블리

Claims

방폭형 유압발생장치로서,

본체(160) 내부 공간에 수용되되, PCB부(112)를 포함하여 이루어져 제어신호를 송출하는 제어부(110)와:

상기 본체(160) 일 측에 결합되는 모터 하우징(122)의 내부 공간에 구비되며, 복수 개의 코어 라인(140)을 통해 상기 제어부(110)로부터 제어신호를 인가받아 동작하는 모터부(120)와:

내부에 펌프(134)와 오일 탱크(132)가 구비되어 상기 본체(160)의 타 측에 결합되며, 상기 모터부(120)의 구동력을 본체(160)를 관통하는 샤프트(150)를 통해 전달받아 작동유의 유압을 상승시켜 방출하는 탱크부(130)와;

상기 제어부(110) 내부 공간과 상기 모터부(120) 내부 공간을 분리 구획하기 위하여, 상기 코어 라인(140)을 수용한 상태로 상기 제어부(110)와 모터부(120) 사이에 설치되는 라인부싱 어셈블리(170)를;

포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압발생장치.
제 1 항에 있어서,

상기 라인부싱 어셈블리(170)는, 내부에 길이 방향으로 형성되는 수용부를 가지는 몸체(172)와 상기 몸체(172)의 일단에 마련된 플랜지부(174)를 포함하여 이루어지되,

상기 수용부에는 상기 코어 라인(140)이 관통할 수 있는 공간인 관통부(176)가 복수 개 마련되고, 상기 수용부의 양측 말단에는 몰딩부(178)가 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압발생장치.
제 2 항에 있어서,

상기 라인부싱 어셈블리(170)의 몸체(172) 외주면에는 나사선이 마련되어, 상기 제어부(110) 및 상기 모터부(120)와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 압력 중첩 현상 회피 설계를 이용한 방폭형 유압발생장치.