KR101348115B1

KR101348115B1 - 기상조절용 연소탄 조성물, 및 이를 이용한 냉구름 소산방법

Info

Publication number: KR101348115B1
Application number: KR1020130016269A
Authority: KR
Inventors: 방기석; 김승도; 이찬구; 박재홍; 김범수; 이철규; 정재원
Original assignee: (주)지비엠 아이엔씨
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-01-08

Abstract

본 발명은 기상조절용 연소탄 조성물, 및 이를 이용한 냉구름 소산(dissipation)방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요오드화은(AgI) 시딩(seeding) 물질과 더불어 특정 조성을 갖는 연소 물질을 사용함으로써, 구름 소산 등의 기상조절, 특히 온도 0℃ 미만의 냉구름 소산에 매우 효과적인 기상조절용 연소탄 조성물, 및 이를 이용한 냉구름 소산방법에 관한 것이다.

Description

기상조절용 연소탄 조성물, 및 이를 이용한 냉구름 소산방법{HYGROSCOPIC FLARE COMPOSITION FOR WEATHER MODIFICATION, AND COLD CLOUD DISSIPATION METHOD USING THE SAME}

기상조절방법은 주로 다양한 화학조성의 에어로졸(aerosol)을 습한 대기 중에 시딩(seeding; 모립살포)하는 것으로 이루어지며, 이러한 시딩은 구름 소산(dissipation), 우박 억제, 안개 소산, 강우 조절 등의 목적으로 실시되고 있다.

일반적으로 에어로졸은 대기 중 물의 이종 핵형성의 활성센터로 작용하여 그 주위 수증기압의 국부적인 강하를 일으켜 물방울 또는 빙정의 연속성장을 이끌게 되며, 핵형성제(nucleant)의 분산에 의해 생겨난 수많은 핵형성 활성센터는 기상조절 효율의 척도로 이용된다.

한편, 수자원의 수요 증가에 따라 미국, 멕시코, 오스트레일리아, 타이, 러시아, 중국, 그리스, 일본 등 세계 44개국에서 기상조절용 연소탄을 이용한 수자원 확보 연구를 수행하고 있다. 또한 부족한 수자원을 확보하기 위해 담수화 및 댐 건설들이 이루어지고 있는데, 알제리 정부의 경우에는 5개년 계획 일환으로 150억~160억 달러를 투자하고 있고, 중동지역의 경우에는 그 투자액이 2015년까지 150억 달러를 넘어서고 있는 실정이다. 우리나라 역시 수자원 부족으로 인한 피해액이 날로 증가하고 있는 추세이며, 이를 해결하기 위해 매년 100억~1,000억 원 정도를 피해복구비용으로 사용하고 있다.

이에, 수자원 확보와 더불어 악(惡)기상으로 인한 각종 재해를 방지하기 위해 영상의 온도를 유지하는 이른바 "온구름"을 소산시키기 위한 노력이 진행 중이다. 온구름에서의 인공 증우 실험에서 구름씨앗 성분은 구름의 응결과정을 촉진하는 흡습성 물질로서 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl₂), 진흙(clay) 등을 들 수 있다.

그러나, 염화나트륨은 토양오염 등의 환경문제를 유발하는바 국내에서는 사용되고 않지 않으며, 염화칼슘을 이용한 소산이 바람직한 것으로 인식되고 있다. 그 원리는 응결핵이 부족한 수증기의 과포화 상태에서 인공적인 응결핵으로 염화칼슘 입자를 살포하여 강수를 유발하는 것으로서 인공 증우 원리에 기반한 것이다. 구체적으로, 염화칼슘을 이용한 연소탄을 영상의 온도(0℃ 이상)를 갖는 따뜻한 구름에 살포하면, 염화칼슘의 흡습성 특징으로 인해 응결과정을 촉진시켜 강수를 유발할 수 있음이 확인되었다. 상기와 같은 염화칼슘 연소탄은 구름하단(운저고도)에서 살포하는 것이 일반적이지만, 그 살포 위치 및 방법은 구체적인 기상조건에 따라 달라진다.

한편, 또 다른 악(惡)기상 재해의 하나인 안개로 인한 물류와 인명 피해도 증가하는 추세이다. 특히, 우리나라는 봄, 가을철에 안개가 많이 발생하며 영하로 기온이 떨어지지 않기 때문에 영상의 온도를 유지하는 따뜻한 안개(온안개)가 대부분이다. 따라서 이러한 온안개를 소산시키기 위해 국내에서 여러 가지 방안이 모색되고 있는데, 그 대표적인 방법은 안개입자를 비가 될 정도로 성장시키거나 반대로 증발시켜 버리는 것이다. 또한 최근에는 안개를 비로 내리게 하는데 전자기장을 활용하는 방법도 많이 연구되고 있으며, 전술한 염화칼슘 연소탄 역시 0℃ 이상의 온도를 갖는 안개 소산에 효과적임이 확인되었다. 이에 현재 국내에서는 염화칼슘 연소탄을 여름철의 안개 저감 실험에 사용 중이다.

이렇듯 온도가 0℃ 이상인 온구름 내지 안개의 소산에 대한 연구는 활발히 진행되고 있는 반면, 온도가 0℃ 미만인 구름(즉, 냉구름)의 소산에 대한 연구는 아직 미미한 실정이다. 예를 들어, 지상이 아닌 높은 고도의 저온에서 사용될 수 있는 항공용 연소탄 등에 연구가 상대적으로 부족한 상황이다.

비록, 냉구름 소산에 요오드화은이 사용될 수 있다는 이론들이 제시되고는 있으나, 실효적으로 적용가능한 구체적인 요오드화은 연소탄 제품의 개발은 아직까지 괄목할만한 성과를 거두지 못하고 있다. 항공용 요오드화은 연소탄이 일부 해외에서 수입되고 있으나, 단순히 시딩 물질로서 요오드화은을 이용한다는 점뿐 만족할만한 냉구름 소산효율을 나타내지는 못하고 있다.

이에, 온도 0℃ 미만의 냉구름을 효과적으로 소산시킬 수 있는 것으로서, 악(惡)기상 재해를 방지하는 항공용 연소탄 등으로 적합하게 적용될 수 있고, 제조공정의 국산화가 가능하여 소비자의 요구에 즉각 대처할 수 있으며, 부족한 수자원의 공급에도 일조할 수 있는, 새로운 기상조절용 연소탄에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.

미국특허 제RE29142호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 구름 소산 등의 기상조절, 특히 온도 0℃ 미만의 냉구름 소산에 매우 효과적이어서 항공용 연소탄, 항공실험 등에 적합하게 이용될 수 있는 기상조절용 연소탄 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 요오드화은을 포함하는 시딩 물질; 및 염소산칼륨, 중탄산나트륨, 유황 및 전분을 포함하는 연소 물질;을 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물을 제공한다.

또한, 상기 연소 물질은 염소산칼륨 40~45 중량%, 중탄산나트륨 25~30 중량%, 유황 15~20 중량% 및 전분 5~10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물을 제공한다.

그리고, 상기 시딩 물질과 상기 연소 물질은 1:2~2:1의 중량비로 함유되는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물을 제공한다.

아울러, 조성물의 총 중량 기준으로 0.5~2 중량%의 메탄올을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물을 제공한다.

더불어, 상기 기상조절용 연소탄 조성물은 냉구름의 소산에 사용되는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 측면으로, 상기 기상조절용 연소탄 조성물; 내부에 상기 조성물을 충전하여 시딩 물질을 분출할 수 있도록 한 외통; 상기 외통 내부에 충전된 상기 조성물의 누출을 방지함과 동시에 상기 외통의 상,하부를 마감하기 위하여 상기 외통의 상,하부에 고정되는 상,하부 마감층; 및 상기 상부 마감층 중앙에 형성된 관통공에 장약되는 화약;을 구비하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면으로, 상기 기상조절용 연소탄 조성물을 냉구름에 살포하는 것을 특징으로 하는 냉구름 소산방법을 제공한다.

그리고, 상기 냉구름의 온도는 -6℃ 이하인 것을 특징으로 하는 냉구름 소산방법을 제공한다.

아울러, 상기 냉구름의 액체수함량(Liquid Water Content; LWC)은 0.2g/㎥ 이상인 것을 특징으로 냉구름 소산방법을 제공한다.

더불어, 상기 살포는 상기 냉구름의 운정고도에서 투하시키는 방법, 상기 냉구름의 하단에서 상승풍을 이용하여 살포하는 방법, 또는 상기 냉구름 속에서 살포하는 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 냉구름 소산방법을 제공한다.

본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물은 구름 소산 등의 기상조절, 특히 온도 0℃ 미만의 냉구름 소산에 매우 효과적이어서 항공용 연소탄, 항공실험 등에 적합하게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물은 제조공정의 국산화가 가능하여 소비자의 요구에 즉각 대처할 수 있으며, 부족한 수자원의 공급에도 일조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기상조절용 연소탄의 구조를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

기상조절용 연소탄 조성물

본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물(이하, "조성물"로도 약칭함)은 요오드화은(AgI)을 포함하는 시딩(seeding) 물질; 및 염소산칼륨(KClO₃), 중탄산나트륨(NaHCO₃), 유황(硫黃, sulfur) 및 전분(starch)을 포함하는 연소 물질;로 이루어진 것이다.

상기 시딩 물질은 본 발명 조성물의 연소 중에 흡습성 빙정핵(내지 응축핵)으로 이루어지는 에어로졸(aerosol)로서 방출된다. 방출된 에어로졸은 대기 중 물의 핵형성 활성센터로 작용하여 그 주위 수증기압의 국부적인 강하를 일으켜 빙정 또는 물방울의 연속성장을 유도한다.

상기 시딩 물질로 사용되는 요오드화은의 결정 구조는 얼음과 흡사하여 빙정핵으로 매우 효과적이며, 인공 증설 실험시 인공 구름씨 물질로도 사용될 수 있다.

상기 연소 물질에 포함되는 염소산칼륨은 광택이 있는 무색의 단사정계 결정으로서, 가열하면 400℃에서 분해하여 과염소산칼륨과 염화칼륨이 되고, 혼합폭약으로 쓰일 정도로 마찰과 충격에 쉽게 반응하여 본 발명 조성물의 연소를 용이하게 한다.

상기 연소 물질에 포함되는 중탄산나트륨은 백색의 분말로서, 가열하면 이산화탄소와 물을 발생시키면서 탄산나트륨무수물(Na₂CO₃)로 변한다.

상기 연소 물질에 포함되는 유황은 상온에서 황색, 무취의 파삭파삭한 결정체 형상을 갖는 물질로서, 고온에서는 금과 백금을 제외한 거의 모든 금속이나 수소와 화합하여 황화물을 만든다. 유황은 점화하면 청색의 불꽃이 생기는데 화약과 성냥의 원료로 사용될 만큼 연소성이 뛰어나 본 발명 조성물의 연소 지속성을 위한 일종의 연료로서 작용한다.

상기 연소 물질에 포함되는 전분은 매우 부드러운 분말로 이루어져 있으며, 물과 동시에 가열할 때 일정 온도를 넘으면 호화되어 콜로이드 모양의 풀(糊)이 된다. 전분은 연소성이 있는 바인더로서 염소산칼륨과 중탄산나트륨의 공존에 의해 취급 부주의로 발생하기 쉬운 폭발적인 반응을 방지하는 작용과 본 발명 조성물의 연소개시 후에 안정적인 연소를 유지하는 작용을 한다.

상기 연소 물질은 염소산칼륨 40~45 중량%, 중탄산나트륨 25~30 중량%, 유황 15~20 중량% 및 전분 5~10 중량%의 비율로 배합되는 것이 안정적인 점화 및 지속적인 연소 측면에서 바람직하며, 상기와 같은 배합비에서 에어로졸을 대기 중으로 효과적으로 분산시키도록 가스를 발생시킬 수 있다. 일 구체예로, 상기 연소 물질은 염소산칼륨 43.7g, 중탄산나트륨 29.5g, 유황 17.3g 및 전분 9.5g을 포함하는 것일 수 있다.

상기 시딩 물질과 상기 연소 물질은 1:2~2:1의 중량비, 더욱 상세하게는 1:2의 중량비로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 중량비로 배합되어 조성물을 구성할 때, 본 발명 조성물의 연소 중 흡습성 에어로졸 스모크와 비흡습성 연소 가스가 적절한 비율로 방출되어 대기 중에 효율적으로 흡습성 빙정핵(내지 응축핵)을 분산시킬 수 있게 된다. 일 구체예로, 본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물은 시딩 물질(요오드화은) 50g 및 연소 물질 100g으로 이루어진 것일 수 있다.

본 발명의 조성물에는 그 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 당분야의 통상적인 첨가물이 추가적으로 포함될 수 있다.

예를 들어, 조성물의 총 중량 기준으로 0.5~2 중량%의 메탄올을 더 함유할 수 있다. 메탄올을 첨가하면 시딩 물질과 연소 물질의 응집이 용이하게 되어 본 발명 조성물의 연소개시 후에 시딩 물질의 에어로졸 전환이 안정적으로 이루어지게 된다.

본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 전술한 성분들을 재료로 하여 당분야의 통상적인 방법을 통해 제조할 수 있다. 예를 들어, 요오드화은, 염소산칼륨, 중탄산나트륨, 유황 및 전분을 소정 비율로 혼합함으로써, 본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물을 얻을 수 있다.

본 발명의 조성물은 구름 소산(dissipation), 인공 증설, 우박 억제 등 다양한 목적의 기상조절 수단으로 사용될 수 있으며, 특히 냉구름의 소산에 유용하게 적용될 수 있다. 본원에서 "냉구름"이란 온구름과 상반되는 차가운 구름의 개념으로서, 온도가 0℃ 미만인 구름을 말한다.

일 구체예로, 본 발명에서의 시딩 물질인 요오드화은은 -4℃에서 1g 당 약 1,011개 정도의 빙정핵으로 활성화된다.

기상조절용 연소탄

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물; 내부에 상기 조성물을 충전하여 시딩 물질을 분출할 수 있도록 한 외통; 상기 외통 내부에 충전된 상기 조성물의 누출을 방지함과 동시에 상기 외통의 상,하부를 마감하기 위하여 상기 외통의 상,하부에 고정되는 상,하부 마감층; 및 상기 상부 마감층 중앙에 형성된 관통공에 장약되는 화약;을 구비하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄이 제공된다.

이하, 본 발명의 기상조절용 연소탄의 일 구현예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

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

상기와 같이 구성된 본 발명의 연소탄(10)은 기상조절이 필요한 장소에서 상부 마감층(13a)의 중앙 통공에 있는 화약(14)을 점화수단에 의하여 점화하게 되면, 화약(14)의 화염이 외통(11) 내부로 들어가 연소탄 조성물(12)을 점화시켜 에어로졸 스모크가 연소 가스와 함께 동반하여 대기 중으로 분출하게 되며, 방출된 에어로졸은 대기 중 물의 핵형성 활성센터로 작용하여 그 주위 수증기압의 국부적인 강하를 일으켜 빙정의 연속성장을 유도하고, 이에 의해 냉구름 소산 등과 같은 기상조절이 이루어진다.

냉구름 소산방법

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 본 발명의 기상조절용 연소탄 조성물을 냉구름에 살포하는 것을 특징으로 하는 냉구름 소산(dissipation)방법이 제공된다.

본 발명의 냉구름 소산방법은 온도가 -6℃ 이하, 상세하게는 -6℃~-40℃, 더욱 상세하게는 -20℃~-40℃인 구름에서 시딩 물질인 요오드화은의 빙정에 대한 성장효율이 우수한바, 상기 온도범위의 냉구름을 소산시키는데 특히 바람직하다. 이러한 측면에서, 본 발명의 냉구름 소산방법은 지상보다 구름의 온도가 낮은 영하의 영역, 예를 들어 항공용 연소탄에 의한 구름 소산 내지 항공실험 등에 매우 적합하게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 냉구름 소산방법은 액체수함량(Liquid Water Content; LWC)이 0.2g/㎥ 이상(예컨대, 0.2g/㎥~3g/㎥)인 냉구름을 소산시키는데 효과적이다.

상기 기상조절용 연소탄 조성물을 냉구름에 살포하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 본 발명의 조성물로 충전된 연소탄 등을 이용하여 당분야의 통상적인 방법을 통해 살포할 수 있다.

예를 들어, 냉구름의 운정고도에서 투하시키는 방법, 냉구름의 하단에서 상승풍을 이용하여 살포하는 방법, 또는 냉구름 속에서 살포하는 방법에 의해 기상조절용 연소탄 조성물을 살포할 수 있다.

상기 기상조절용 연소탄 조성물을 냉구름에 살포하는 수단 또한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 미사일, 항공기, 대포 등을 이용하여 살포할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

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

Claims

요오드화은을 포함하는 시딩 물질; 및
염소산칼륨, 중탄산나트륨, 유황 및 전분을 포함하는 연소 물질;을 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
제1항에 있어서,
상기 연소 물질은 염소산칼륨 40~45 중량%, 중탄산나트륨 25~30 중량%, 유황 15~20 중량% 및 전분 5~10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
제1항에 있어서,
상기 시딩 물질과 상기 연소 물질은 1:2~2:1의 중량비로 함유되는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
제1항에 있어서,
조성물의 총 중량 기준으로 0.5~2 중량%의 메탄올을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
제1항에 있어서,
냉구름의 소산에 사용되는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 기상조절용 연소탄 조성물;
내부에 상기 조성물을 충전하여 시딩 물질을 분출할 수 있도록 한 외통;
상기 외통 내부에 충전된 상기 조성물의 누출을 방지함과 동시에 상기 외통의 상,하부를 마감하기 위하여 상기 외통의 상,하부에 고정되는 상,하부 마감층; 및
상기 상부 마감층 중앙에 형성된 관통공에 장약되는 화약;을 구비하는 것을 특징으로 하는 기상조절용 연소탄.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 기상조절용 연소탄 조성물을 냉구름에 살포하는 것을 특징으로 하는 냉구름 소산방법.
제7항에 있어서,
상기 냉구름의 온도는 -6℃ 이하인 것을 특징으로 하는 냉구름 소산방법.
제7항에 있어서,
상기 냉구름의 액체수함량(Liquid Water Content; LWC)은 0.2g/㎥ 이상인 것을 특징으로 냉구름 소산방법.
제7항에 있어서,
상기 살포는 상기 냉구름의 운정고도에서 투하시키는 방법, 상기 냉구름의 하단에서 상승풍을 이용하여 살포하는 방법, 또는 상기 냉구름 속에서 살포하는 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 냉구름 소산방법.