KR101324541B1

KR101324541B1 - 기상조절용 연소탄 조성물 및 이를 포함하는 기상조절용 연소탄

Info

Publication number: KR101324541B1
Application number: KR1020120108172A
Authority: KR
Inventors: 방기석; 김승도; 이찬구; 박재홍; 김범수; 이철규; 정재원
Original assignee: (주)지비엠 아이엔씨
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-11-01

Abstract

본 발명은 염화나트륨 15-25중량%, 염화칼륨 65-70중량% 및 산화마그네슘 5-20중량%를 포함하는 시딩 물질과; 과염소산칼륨 70-75중량%, 탄산스트론튬 10-15중량%, 탄소 1-5중량% 및 폴리염화비닐 5-15중량%를 포함하는 연소성 물질을 함유하는 기상조절용 연소탄 조성물과, 이를 포함하는 기상조절용 연소탄에 관한 것으로서,
본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물은 취급이 용이하고 안전하며, 연소개시 후에 안정적인 연소를 유지하면서 상대적으로 많은 핵형성 활성센터를 이루어 보다 향상된 기상조절효율의 달성을 가능하게 한다.

Description

기상조절용 연소탄 조성물 및 이를 포함하는 기상조절용 연소탄 {Hygroscopic flare composition for weather modification and hygroscopic flare including it}

본 발명은 기상조절용 연소탄 조성물과, 이를 포함하는 기상조절용 연소탄에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물은 시딩물질과 연소물질로 되는 혼합물을 포함하는 것으로서 연소에 의해 에어로졸을 생성하여 안개 소산, 강우 조절, 우박 방지 등과 같은 기상조절에 이용되는 것이다.

기상조절방법은 주로 다양한 화학조성의 에어로졸로 습한 대기중에 시딩(seeding; 모립살포)하는 것으로 되며, 시딩의 목적은 우박억제, 안개소산 또는 강우조절에 있다.

일반적으로 에어로졸은 대기중 물의 이종 핵형성의 활성 센터로 작용하여 그 주위 수증기압의 국부적인 강하를 일으켜 물방울 또는 빙정의 연속성장으로 이끈다. 핵형성제(nucleant)의 분산에 의해 생겨난 수많은 핵형성 활성센터는 기상조절효율의 척도로 이용된다.

수자원의 수요 증가에 따라 미국, 멕시코, 오스트레일리아, 타이, 러시아, 중국, 그리스, 일본등 세계 44개국에서 기상조절용 연소탄을 이용한 수자원 확보 연구를 수행하고 있다.

기상조절 기술로 세계기상기구(World Meteorological Organization, WMO)에 등록된 연구 프로젝트의 대부분 실험재료는 요오드화은(AgI)과 고체 이산화탄소인 드라이아이스로 약 전체의 95% 정도를 차지한다. 다른 기술로서 미국특허 제RE029142호에는 알루미늄, 마그네슘, 알칼리 금속 그리고 알카리 토금속류로 구성된 군에서 선택되는 산화성 물질과; (a) 황 및 황산출 화합물과 (b) 유기 및 무기 나이트레이트, 알칼리금속 및 암모늄 클로레이트 및 퍼클로레이트로 이루어진 군에서 선택되는 산화제를 산화성물질 대 산화제의 몰비 1.5:1 내지 3.5:1로 함유하고, 또한 연소과정에 직접 참여하지 않는 안정한 흡습성 고체를 조성물 총중량의 40중량% 이하의 양으로 함유하며, 또한 조성물의 연소를 개시하는 프라이머를 함유하여서, 연소중에 적정한 흡습성의 응결핵으로 이루어지는 미세분산 에어로졸 스모크와 비흡습성 가스를 동시에 방출하는 기상조절 에어로졸 생성용 연소성 조성물이 기술되어 있다. 이러한 기상조절방법은 항공실험을 위주로 실시한다.

또한 부족한 물 자원을 확보하기 위해서 담수화 및 댐건설들이 이루어지고 있는데, 알제리 정부의 경우에는 5개년 계획 일환으로 150억 ~ 160억 달러를 투자하고, 중동지역의 경우에는 2015년까지 150억 달러를 넘어서고 있는 실정이다.

우리나라의 경우에도 수자원 부족으로 인한 피해액도 날로 증가하고 있는 추세이며, 이를 해결하기 위해서 매년 100억에서 1,000억 원 정도를 피해복구비용으로 사용하고 있다.

또 다른 악기상 재해의 하나인 안개로 인해 물류와 인명 피해도 증가하는 추세이다. 그 예로 독일 메인(Main)주의 프랑크푸르트(Frankfurt) 공항은 안개로 인한 항공기 지연에 따른 손실액이 시간당 250,000 유로 (M, et al ., 2003)로 추산된다.

2006년 서울지방항공청의 「항공기 비정상 운항 분석」 보고서에 의하면 관할 6개 공항(인천, 김포, 청주, 양양, 군산, 원주)의 국내외 항공기의 지연 및 결항, 회항률 등을 비교 분석한 결과 안개바람 등의 기상요인에 의해 운항이 지연된 경우는 731편(총 지연편 대비 6.9%)이고, 목적지 공항의 기상으로 결항한 편은 1,836편(총 결항편 대비 40.1%)이었다. 또한 회항의 주요 사유는 목적지 공항의 기상 악화(333편)로서 6개 공항의 총 회항편(428편)의 회항 사유 중 77.8%를 차지했다. 그리고 교통사고에 대한 통계자료(2006년)에 따르면 안개 낀 날 교통사고 사망자 수는 맑은 날의 약 3배에 이른다고 한다. 미국의 한 고속도로에서는 1981-1989년(9년) 동안 안개 관련 사고로 6,000여명의 인명이 목숨을 잃었다(NCHRP, 1998). 우리나라에서는 2006년 10월 3일 서해대교에서 29 대의 차량이 부딪쳐 57명의 사상자를 낸 연쇄추돌 안개 참사가 있었으며, 최근에는 고양시 자유로에서 33중 추돌사고가 있었다.

안개는 기온에 따라 찬 안개와 따뜻한 안개로 구분하고, 발생 원인에 따라 복사 안개, 이류 안개, 증발 안개 등으로 구분한다. 오늘날 안개를 제거하는 방법은 크게 네 가지로 나눌 수 있는데, 이들은 안개의 발생 원인이 아니라 안개의 기온에 따라 결정된다. 냉 안개는 기온이 0℃ 이하인 경우의 안개를 말하며, 이를 제거하기 위해서는 인공증우의 인공빙정핵 뿌리기 또는 급격한 온도강하를 통한 과냉각 과정 강화 방법 등이 적용될 수 있다. 일반적으로 인공 빙정핵 물질로는 요오드화은이 많이 사용되며 과냉각을 유도하는 물질로는 드라이아이스를 많이 사용한다.

우리나라는 봄, 가을철에 안개가 많이 발생하며 영하로 기온이 떨어지지 않기 때문에 따뜻한 온안개가 대부분이다. 따라서 우리나라에 필요한 기술은 온안개 제거법이다. 그러나 온안개는 아직 뚜렷한 제거 방법이 없다고 알려져 있다. 다만 온안개 절감을 위한 여러 가지 방안을 모색하는 연구개발이 진행 되고 있다. 현재의 기술은 안개입자를 비가 될 정도로 성장시키거나 반대로 증발시켜 버리는 방법이 대표적이다. 그리고 최근에는 안개를 비로 내리게 하는데 전자기장을 활용하는 방법이 많이 연구되고 있다.

증발을 통한 안개 제거에는 많은 양의 열이 필요합니다. 이를 위해 상당한 양의 연료를 소모해 열을 발생시킬 수 있는 장치가 이용되며 보통 공항에서는 초고속 비행기의 엔진을 사용한다. 안개가 낀 활주로에 제트 비행기를 가동시켜 엔진에서 열을 방출하면 안개방울이 수증기로 증발하거나 대류 현상이 발생해 안개가 소산된다. 이 방법은 안개소산의 여러 방법중에 가장 효과적인 제거 방법이지만 안개를 모두 없애기에는 연료 소모가 너무 많기 때문에 대부분이 비경제적이다.

1994~1995년의 극심한 가뭄으로 인해 원활한 수자원 공급을 위해 기상조절 연구가 시작되었다. 현재 기상청의 대관령 구름물리 선도관측센터가 2005년에 구축되었으며, 기상조절 실험이 수행되고 있다.

겨울철에는 요오드화은을 이용한 인공증설실험이, 여름철에는 염화칼륨 연소탄을 이용한 안개소산이 수행중이다.

지상에서 사용되어지는 요오드화은 기재 연소탄의 경우에는 원재료를 이용하여 국내에서 직접제조가능하나, 항공용 AgI 연소탄의 경우 전량 해외 수입되어 사용되고, 도로용 염화칼륨 연소탄의 경우에도 전량 수입된다. 따라서 항공용 AgI 및 도로용 염화칼륨 연소탄은 국내 제작 및 공급이 이루어지지 않고 있다. 선진국의 기술에 대해서 기상조절 실험 기술은 60%정도의 수준을 유지하나, 원재료인 요오드화은이나 염화칼륨 연소탄의 경우에는 선진국 대비 20%의 수준임을 알 수 있다.

이러한 수자원 공급과 악기상으로 인해 발생하는 재해들을 방지하기 위해서 인공강우나 인공강우에 대한 연구가 활발해지는 시점에서 항공용, 도로용 연소탄 소비량이 증가할 것이고, 이러한 연소탄을 원활하게 공급하기 위해서는 전량 해외수입에 의존하는 것을 국산화하여 원활한 공급과 소비자의 요구에 즉각 대처할 수 있어야하기 때문에 기상조절용 연소탄 국산화 개발이 필요하다. 또한 경제적인 비용으로 향상된 효율의 연소탄을 개발하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 위에 설명한 필요에 부응할 수 있는 기상조절용 연소탄을 제공하는데에 있다.

상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면 염화나트륨 15-25중량%, 염화칼륨 65-70중량% 및 산화마그네슘 5-20중량%를 포함하는 시딩 물질과; 과염소산칼륨 70-75중량%, 탄산스트론튬 10-15중량%, 탄소 1-5중량% 및 폴리염화비닐 5-15중량%를 포함하는 연소성 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 시딩물질과 상기 연소성 물질을 1:2~2:1의 중량비로 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 조성물의 총중량기준으로 0.5~2중량%의 메탄올을 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 상기한 기상조절용 연소탄 조성물을 포함하는 기상조절용 연소탄이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 내부에 상기 조성물을 충전하여 시딩 물질을 분출할 수 있도록 한 외통과, 내부에 충전된 상기 조성물의 누출을 방지함과 동시에 외통의 상,하부를 마감하기 위하여 상,하부에 고정되는 상,하부 마감층과, 상부 마감층 중앙에 형성된 관통공에 장약되는 화약을 구비하는 기상조절용 연소탄이 제공된다.

본 발명에 따르는 기상조절용 연소탄 조성물은 취급이 용이하고 안전하며, 연소개시 후에 안정적인 연소를 유지하면서 상대적으로 많은 핵형성 활성센터를 이루어 보다 향상된 기상조절효율의 달성을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시구현에 따르는 연소탄의 구조를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따르는 기상조절용 연소탄 조성물은 시딩물질과 연소성물질을 주성분으로 한다.

본 조성물에서 시딩물질은 염화나트륨 15-25중량%, 염화칼륨 65-70중량% 및 산화마그네슘 5-20중량%를 포함한다.

상기 시딩물질은 본 조성물의 연소중에 흡습성 응축핵으로 이루어지는 에어로졸로 방출된다. 방출된 에어로졸은 대기중 물의 핵형성 활성 센터로 작용하여 그 주위 수증기압의 국부적인 강하를 일으켜 물방울 또는 빙정의 연속성장으로 이끈다.

본 조성물중에서 상기 시딩물질이 염화나트륨 15-25중량%, 염화칼륨 65-70중량% 및 산화마그네슘 5-20중량%의 비율로 이루어질 때 이 함량범위를 벗어난 경우에 비해 상대적으로 많은 핵형성 활성센터를 이루어 기상조절효율을 보다 향상시킬 수 있다.

본 조성물에서 연소성 물질은 과염소산칼륨 70-75중량%, 탄산스트론튬 10-15중량%, 탄소 1-5중량% 및 폴리염화비닐 5-15중량%를 포함한다.

연소하기 쉬운 산화제인 과염소산칼륨은 무색의 사방정계결정(斜方晶系結晶) 또는 백색 분말로, 물에 잘 녹지 않고, 에틸알코올에 약간 녹는다. 400 ℃ 이상으로 가열하면 산소와 염화칼륨으로 분해되며, 또 유기물, 가연성 물질의 존재 또는 충격에 의해서도 분해되지만, 염소산칼륨보다는 안정하다.

연소하기 쉬운 환원제인 탄산스트론튬은 백색의 분말 또는 과립으로 물에는 용해되지 않으나 산에는 쉽게 녹고, 고열로 가열하면 탄산가스와 산화스트론튬으로 분리된다. 스트론튬 광석을 질산에 녹여 농축시켜 만든 무색의 입방결정계 결정으로 1100℃에서 분해하여 산화스트론튬(SrO)이 된다.

폴리염화비닐은 연소성이 있는 불활성 바인더로서 과염소산 칼륨과 탄산스트론튬의 공존에 의해 취급 부주의로 발생하기 쉬운 폭발적인 반응을 방지하는 작용과 본 조성물의 연소개시 후에 안정적인 연소를 유지하는 작용을 위해 첨가된다.

탄소는 본 조성물의 연소의 지속성을 위한 연료로 작용한다.

본 조성물에서 연소성 물질은 과염소산칼륨 70-75중량%, 탄산스트론튬 10-15중량%, 탄소 1-5중량% 및 폴리염화비닐 5-15중량%의 비율로 배합될 때 안정적인 점화, 지속적인 연소 및 에어로졸을 대기중으로 효과적으로 분산시키는 가스의 발생을 보장한다.

본 조성물중 시딩물질과 연소성물질의 배합비는 중량기준으로 1:2~2:1, 보다 바람직하게 1:1.5~1.5:1, 특히 바람직하게 1:1이다. 본 조성물중 시딩물질과 연소성물질이 상기한 배합비로 혼합되어 있을 때 본 조성물의 연소중에 흡습성 에어로졸 스모크와 비흡습성 연소 가스가 적절한 비율로 방출되어서 대기중에 효율적으로 흡습성 응축핵을 분산시킬 수 있게 된다.

또한 본 조성물에 메탄올이 첨가될 수도 있다. 메탄올을 첨가하면 시딩물질과 연소성물질의 응집이 용이하게 되어 본 조성물의 연소 개시 후에 시딩물질의 에어로졸 전환이 안정적으로 이루어지게 된다. 본 조성물중 메탄올의 함량은 조성물 총중량 기준으로 0.5~2중량%가 바람직하다.

이하, 본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물이 사용되는 기상조절용 연소탄에 대하여 첨부도면을 참조하여 바람직한 구현의 방법으로 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 구현에 따르는 연소탄의 개략적인 구조가 제시된다. 도시되는 연소탄(10)은 내부에 기상조절용 연소탄 조성물(12)을 충전하여 에어로졸 스모크와 연소가스를 분출할 수 있도록 한 외통(11)과, 내부에 충전된 상기 조성물의 누출을 방지함과 동시에 외통의 상,하부를 폐색하기 위하여 상,하부에 고정되는 상,하부 마감층(13a,13b)과, 상부 마감층(13a) 중앙에 형성된 통공에 장약되는 화약(14)을 구비한다. 이때, 마감층(13a,13b)은 황토 등과 같은 점토광물로 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성된 연소탄(10)은 기상조절이 필요한 장소에서 지면이나 거치대에 고정설치한 상태에서 상부 마감층(13a)의 중앙 통공에 있는 화약(14)을 점화수단에 의하여 점화하게 되면, 화약의 화염이 외통(11)내부로 들어가 연소탄 조성물(12)을 점화시켜 에어로졸 스모크가 연소가스와 함께 동반하여 대기중으로 분출하게 되며, 방출된 에어로졸은 대기중 물의 핵형성 활성 센터로 작용하여 그 주위 수증기압의 국부적인 강하를 일으켜 물방울 또는 빙정의 연속성장으로 이끌고, 이에 의해 안개 소산, 강우 조절, 우박 방지 등과 같은 기상조절이 이루어진다.

10: 연소탄
11: 외통 12: 연소탄 조성물
13a: 상부 마감층 13b: 하부 마감층
14: 화약

Claims

염화나트륨 15-25중량%, 염화칼륨 65-70중량% 및 산화마그네슘 5-20중량%를 포함하는 시딩 물질과; 과염소산칼륨 70-75중량%, 탄산스트론튬 10-15중량%, 탄소 1-5중량% 및 폴리염화비닐 5-15중량%를 포함하는 연소성 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 시딩물질과 상기 연소성 물질을 1:2~2:1의 중량비로 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
제 1 항에 있어서, 조성물의 총중량기준으로 0.5~2중량%의 메탄올을 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항 기재의 기상조절용 연소탄 조성물을 포함하는 기상조절용 연소탄.
제 4 항에 있어서, 내부에 상기 조성물을 충전하여 시딩 물질을 분출할 수 있도록 한 외통과, 내부에 충전된 상기 조성물의 누출을 방지함과 동시에 외통의 상,하부를 마감하기 위하여 상,하부에 고정되는 상,하부 마감층과, 상기 상부 마감층 중앙에 형성된 관통공에 장약되는 화약을 구비하는 기상조절용 연소탄.