KR101428259B1 - 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용 유체를 공급하는 유체 공급부, 상기 유체 공급부의 사용 유체와 열교환 전용 유체를 격리시키고 압력만을 전달하는 실린더, 상기 열교환 전용 유체를 전달받아 소정의 온도로 열교환 시키는 열교환부, 시험 용기가 배치되는 챔버, 상기 실린더에 의해 상기 열교환 전용 유체가 반복가압되어 내부 열이 발생하는 경우, 이중배관을 통해 유동되는 액화질소를 이용하여 상기 내부 열의 온도를 낮추는 추가온도제어부 및 상기 열교환 전용 유체가 설정된 시험 조건을 만족하는 경우, 설정된 회수 및 압력 조건을 기준으로 상기 시험 용기로 상기 열교환 전용유체를 반복적으로 제공하여 반복 가압을 실시하는 테스트 모니터링부를 포함하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비를 제공한다.

Description

극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비{TEST EQUIPMENT FOR CYCLIC TEST IN EXTREME TEMPERATURE}
본 발명은 극한온도 반복 시험이 가능한 부품 시험 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비 및 극한온도 반복시험방법에 관한 것이다.
국내외적으로, 고압용기의 건전성을 확인하는 방법으로 파열시험, 상온수압반복시험, 낙하시험, 극한온도반복시험 등 다양한 고압시험을 수행하여야 한다. 이를 통해 자동차 등에 쓰이는 고압용기에 문제가 생기지 않도록 미리 시험 및 검증하는 것이다. 그 중 극한온도반복시험은 시험용기를 환경챔버에 두고, 일반적으로 -40도에서 +85도이상의 상태로 두어 수압반복가압함으로서 극한의 상황에서도 용기내부 반복가압을 통한 피로도시험에서 용기의 심각한 문제가 발생하지 않는지 검증하는 시험이다.
보통 극한온도반복 장비들은 용기 외부의 환경만 제어하여 시험하는 방식이었으나, 국내외 규정(KGS AC412, ANSI/NGV2-2007, ISO/DIS 15869, UN ECE R No. 79등)에서도 실제 상황을 정확히 모사하기 위해 내부 유체온도도 동일하게 정확히 제어하는 법규로 변환되었기에 이에 따른 시스템 개발이 요구되고 있다.
상기와 같은 이유로 용기는 극한온도하에서 반복가압시험이 요구된다.
또한, 시험용 고압용기 외부뿐만 아니라 내부의 유체의 온도도 다양한 온도로 제어하며 고압으로 반복가압할 수 있는 설비의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은, 국내외 기준에 따라 고압용기의 인증시험(정밀검사) 시 고압용기를 내외부 극한온도(-40℃, +85℃) 제어를 통한 반복가압시험(Cyclic Pressure Test)을 실시할 수 있는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비를 제공함에 있다.
일 양태에 있어서, 본 발명은 사용 유체를 공급하는 유체 공급부; 상기 유체 공급부의 사용 유체와 열교환 전용 유체를 격리시키고 압력만을 전달하는 실린더; 상기 열교환 전용 유체를 전달 받아 소정의 온도로 열교환 시키는 열교환부; 시험 용기가 배치되는 챔버; 상기 실린더에 의해 상기 열교환 전용 유체가 반복가압되어 내부 열이 발생하는 경우, 이중배관을 통해 유동되는 액화질소를 이용하여 상기 내부 열의 온도를 낮추는 추가온도제어부 및 상기 열교환 전용 유체가 설정된 시험 조건을 만족하는 경우, 설정된 회수 및 압력 조건을 기준으로 상기 시험 용기로 상기 열교환 전용유체를 반복적으로 제공하여 반복 가압을 실시하는 테스트 모니터링부를 포함하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비를 제공한다.
상기 사용 유체 및 열교환전용유체는 비부식성 유체인 것이 바람직하다.
상기 열교환부는, 상기 열교환전용유체를 저온으로 형성하는 저온 열교환기와, 상기 열교환전용유체를 고온으로 형성하는 고온 열교환기를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 챔버의 내부에는, 상기 시험 용기의 내부 및 외부의 온도를 측정하고 상기 측정한 온도를 상기 테스트 모니터링부로 전달하는 온도 센서와, 상기 시험 용기의 내부의 습도를 측정하고 상기 측정한 온도를 상기 테스트 모니터링부로 전달하는 습도 센서가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 시험 조건은, 상기 테스트 제어부에 설정된다.
저온 시험의 경우, 상기 열교환전용유체 및 상기 시험 용기의 온도가 영하 40도씨 이하를 형성하고,
고압 시험의 경우, 상기 열교환전용유체 및 상기 시험 용기의 온도가 영상 85도씨 이상을 형성하고, 95% 상대습도를 유지하도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기 압력 조건은, 2 MPa이하, 용기사용압력의 1.25배로 반복 가압하도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기 저온 열교환기와 상기 챔버를 연결하는 관로에는, 이중배관을 통한 반복가압 시 발생하는 열을 제어하는 액화질소 배관을 연결하는 것이 바람직하다.
상기 챔버는, 영하 60도씨 내지 영상 140도씨로 온도가 유지 가능하고, 습도 98%까지 가습 가능하도록 설계된 것이 바람직하다.
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본 발명은 국내외 기준에 따라 고압용기의 인증시험(정밀검사) 시 고압용기를 극한온도(-40℃, +85℃)에서 수압반복가압시험(Cyclic Pressure Test)을 실시할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 시험용 고압용기 외부뿐만 아니라 내부의 유체의 온도도 다양한 온도로 제어하며 고압으로 반복가압할 수 있는 설비의 개발을 이룰 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 일반 고압워터펌프로 110 MPa까지 가압하고 가운데 실린더를 기점으로 반대편에는 부동액이 들어감으로서 영하에서 영상까지 내부유체의 온도를 제어할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 열교환기에는 드라이아이스를 채우고 반복가압하면서 생기는 열로 인해 내부유체의 온도가 올라가면 자동으로 액화질소를 흘려보내 정확히 국제규격에서 요구하는 -40℃, +85℃를 유지 할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비의 개략적인 구성을 보여주는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비 및 극한온도 반복시험방법을 설명한다.
먼저, 부품 시험 설비의 구성을 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조 하면, 본 발명의 부품 시험 설비는 크게 유체 공급부(100)와, 열교환부(200)와, 추가온도제어부(600)와, 테스트 모니터링 부(400)로 구성된다.
상기 유체 공급부(100)는 사용 유체를 사용하여 압력을 공급한다. 상기 유체공급부는 일반 고압 워터 펌프로 110MPa까지 압력을 공급한다.
상기 사용 유체 및 열교환 전용 유체는 비부식성 유체인 것이 좋다. 예컨대, 상기 사용 유체는 물, 오일, 글리콜 등과 같은 물질을 사용할 수 있다.
상기 열교환부(200)는 열교환 유체를 소정의 온도로 열교환 시킨다.
상기 열교환부(200)는 상기 열교환 유체를 저온으로 형성하는 저온 열교환기(210)와, 상기 열교환 유체를 고온으로 형성하는 고온 열교환기(220)로 구성된다.
또한, 열교환부(200)의 전단에는 반복압력을 제공하기 위한 압력 전달 실린더(150)가 설치된다. 압력전달 실린더(150)는 상기 유체 공급부의 사용 유체와 열교환 전용 유체를 격리시키고, 유체공급부의 압력만을 전달한다.
상기 챔버(300)에는 시험 용기(10)가 배치된다.
상기 챔버(300)의 내부에는 상기 시험 용기(10)의 내부 및 외부의 온도를 측정하고 상기 측정한 온도를 상기 테스트 모니터링부(400)로 전달하는 온도 센서(310)와, 상기 시험 용기(10)의 내부의 습도를 측정하고 상기 측정한 온도를 상기 테스트 모니터링부(400)로 전달하는 습도 센서(320)가 설치된다.
상기 추가온도제어부(600)는 상기 실린더(150)에 의해 상기 열교환 전용 유체가 반복가압되어 내부 열이 발생하는 경우, 이중배관(미도시)을 통해 유동되는 액화질소를 이용하여 상기 내부 열의 온도를 낮출 수 있다.
상기 테스트 모니터링 부(400)는 상기 열교환 전용 유체가 설정된 시험 조건을 만족하는 경우, 설정된 회수 및 압력 조건을 기준으로 상기 시험 용기(10)로 상기 열교환 전용 유체를 반복적으로 제공하여 반복 가압을 실시한다.
여기서, 상기 시험 조건은 상기 테스트 모니터링부(400)에 설정된다.
저온 시험의 경우, 상기 사용 유체 및 상기 시험 용기(10)의 온도가 영하 40도씨 이하를 형성하고, 95% 상대습도를 유지하도록 설정된다.
또한, 고압 시험의 경우, 상기 열교환 전용 유체 및 상기 시험 용기(10)의 온도가 영상 85도씨 이상을 형성하고, 95% 상대습도를 유지하도록 설정된다.
또한, 상기 압력 조건은, 2MPa이하, 용기사용압력의 1.25배로 반복 가압하도록 설정된다.
이에 더하여, 상기 저온 열교환기(210)와 상기 챔버(300)를 연결하는 관로에는, 상기 시험 유체를 저장하는 저장기(190)가 더 연결된다.
특히, 상기 챔버(300)는 영하 60도씨 내지 영상 140도씨로 온도가 유지 가능하고, 습도 98%까지 가습 가능하도록 설계된다.
다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 부품 시험 설비를 통한 극한온도 반복시험방법을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조 하면, 본 발명의 극한온도 반복시험방법은 유체 공급부(100)를 사용하여 압력을 공급하는 단계와, 열교환 전용유체를 열교환부(200)를 사용하여 소정의 온도로 열교환 시키는 단계와, 상기 열교환 전용 유체가 설정된 시험 조건을 만족하는 경우, 설정된 회수 및 압력 조건을 기준으로 상기 시험 용기로 상기 열교환 전용 유체를 반복적으로 제공하여 반복 가압을 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 저온 시험의 경우, 상기 열교환 전용 유체 및 상기 시험 용기(10)의 온도가 영하 40도씨 이하를 형성하도록 설정한다.
또한, 고압 시험의 경우, 상기 열교환 전용 유체 및 상기 시험 용기의 온도가 영상 85도씨 이상을 형성하고, 95% 상대습도를 유지하도록 설정할 수 있다.
이에 더하여, 테스트 모니터링부(400)를 사용하여 상기 압력 조건을 2MPa이하, 용기사용압력의 1.25배로 반복 가압하도록 설정한다.
다음은 KGS AC412 14.5(KGS code : 압축천연가스자동차 용기 제조의 시설ㅇ기술ㅇ검사 기준) 극한온도 압력반복시험의 경우의 예를 설명한다.
1개의 시험 용기를 아래와 같이 시험하여 누출이나 파열이 없는 것이 바람직하다.
(a) 0 압력, 82±5℃ 온도로 용기 상태를 유지한다.
(b) 충전압력의 10% 이하와 충전압력의 125% 사이를 4,000회 동안 반복가압 한다.
(c) 0 압력, 상온 조건으로 용기 상태를 유지한다.
(d) 0 압력, -40±5℃온도로 용기 상태를 유지한다.
(e) 충전압력의 10%이하와 충전압력의 80% 사이를 4,000회 동안 반복가압 한다.
온도 측정은 용기의 외부 표면에서 실시하고 위의 (a)와 (d)의 온도한계를 각각 (b)와 (e)의 시험하는 동안에도 유지하여야 한다. 반복가압 속도는 분당 10회를 초과하지 아니하여야 한다.
다음은, UN ECE R No. 79 (국제표준 : 압축수소연료전지자동차 용기기준) 극한온도 압력반복시험의 경우의 예를 설명한다.
완성된 시험 용기 1개를 준비한다.
(a) 오일, 인히비티드 워터(inhibited water), 글리콜 같은 비 부식성 유체로 2MPa 이하의 압력, 85℃ 보다 높은 온도와 95%나 그 이상의 상대 습도에서 48시간 동안 유지한다.
(b) 용기 제조자에 의해 명기된 충전 반복 횟수의 0.5배 동안 용기 표면에서 측정되는 온도가 85℃ 이상이어야 하며, 95% 이상의 상대 습도에서 2MPa이하 사용압력의 1.25배 이상의 압력으로 반복시험을 실시한다.
(c) 시험유체와 용기의 표면온도는 -40℃ 이하로 유지된 상태에서 시험실시한다.
(d) -40℃이하의 온도로 용기 제조자에 의해 명기된 충전 반복 횟수의 0.5배의 횟수 만큼, 2MPa 이하∼ 사용압력 이상의 압력으로 반복시험을 실시하여야 하며, 시험 시 시험유체의 온도는 -40℃ 이하인 것이 기록으로 검증되어야 한다.
고온시험 시 압력 반복 속도는 분당 10회를 초과하지 않아야 한다. 압력 측정기(압력계)가 용기 내에 직접 설치되어 있지 않다면, 고온시험 시 압력 반복 속도은 분당 2회를 초과하지 않아야 한다.
압력 반복시험 동안, 용기는 파열, 누출, 섬유 풀림을 보이지 않아야 한다.
극한온도 반복시험 완료 후, 용기는 파열시험을 실시하여야 하며, 용기의 설계 시 최소파열압력의 80% 이상의 파열압력을 얻어야한다.
이상, 본 발명의 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비 및 극한온도 반복시험방법에 관한 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시 예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 시험 용기
100 : 유체 공급부
150 : 실린더
200 : 열교환부
210 : 저온 열교환기
220 : 고온 열교환기
300 : 챔버
310 : 온도 센서
320 : 습도 센서
400 : 테스트 모니터링부
600 : 추가온도제어부

Claims (12)

  1. 사용 유체를 공급하는 유체 공급부;
    상기 유체 공급부의 사용 유체와 열교환 전용 유체를 격리시키고 압력만을 전달하는 실린더;
    상기 열교환 전용 유체를 소정의 온도로 열교환 시키는 열교환부;
    시험 용기가 배치되는 챔버;
    상기 실린더에 의해 상기 열교환 전용 유체가 반복가압되어 내부 열이 발생하는 경우, 이중배관을 통해 유동되는 액화질소를 이용하여 상기 내부 열의 온도를 낮추는 추가온도 제어부 및
    상기 열교환 전용 유체가 설정된 시험 조건을 만족하는 경우, 설정된 회수 및 압력 조건을 기준으로 상기 시험 용기로 상기 열교환 전용유체를 반복적으로 제공하여 반복 가압을 실시하는 테스트 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 사용 유체 및 상기 열교환 전용 유체는 ,
    비 부식성 유체인 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 열교환 전용 유체를 저온으로 형성하는 저온 열교환기와,
    상기 열교환 전용 유체를 고온으로 형성하는 고온 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기,챔버의 내부에는,
    상기 시험 용기의 내부 및 외부의 온도를 측정하고 상기 측정한 온도를 상기 테스트 모니터링부로 전달하는 온도 센서와, 상기 시험 용기의 내부의 습도를 측정하고 상기 측정한 습도를 상기 테스트 모니터링부로 전달하는 습도 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 시험 조건은, 상기 테스트 모니터링부에 설정되되,
    저온 시험의 경우, 상기 열교환 전용유체 및 상기 시험 용기의 온도가 영하 40도씨 이하를 유지하도록 설정되고,
    고압 시험의 경우, 상기 열교환 전용 유체 및 상기 시험 용기의 온도가 영상 85도씨 이상을 형성하고, 95% 상대습도를 유지하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압력 조건은,
    2MPa이하, 용기사용압력의 1.25배로 반복 가압하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 저온 열교환기와 상기 챔버를 연결하는 관로에는,
    상기 열교환 전용 유체가 반복가압을 통한 내부 열이 발생할 경우, 상기 이중배관을 통해 유동되는 액화질소를 이용하여 상기 내부 열의 온도를 낮춰주는 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 챔버는,
    영하 60도씨 내지 영상 140도씨로 온도가 유지 가능하고, 습도 98%까지 가습 가능하도록 설계된 것을 특징으로 하는 극한온도 반복시험이 가능한 부품 시험 설비.
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