KR101636834B1 - 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법 - Google Patents

초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, (a) 초저온 가스 압력용기의 재료로 검증된 재료를 사용하여 제작되는 기준 대상물과, 새로 개발된 재료를 사용하여 제작되는 시험 대상물을 제작하는 단계; (b) 초저온 가스가 저장되는 저장탱크로부터 연장되는 유체공급관이 연결되는 제1챔버 및 제2챔버에 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물을 수납하여 상기 유체공급관과 연결하는 단계; (c) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 초저온 가스를 공급하여 충진시키는 단계; (d) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도를 감지하여 감지된 온도가 제1설정온도 이하인지 판단하는 단계; (e) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제1설정온도 이하로 낮아지면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 초저온 가스를 배출시키는 단계; (f) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 초저온 가스의 배출이 개시되면 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기를 공급하는 단계; (g) 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기 공급이 개시되면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제2설정온도 이상인지 판단하는 단계; (h) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제2설정온도 이상이면 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기 공급을 중단하는 단계; (i) 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기의 공급이 중단되면 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되었는지 판단하는 단계; 및 (j) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 변형 또는 파손을 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법 {RELIABILITY VERIFICATION METHOD FOR MATERIAL OF PRESSURE VESSEL STORAGE FOR ULTRA-LOW TEMPERATURE GAS}
본 발명은 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이미 검증된 기존의 재료로 제작되는 압력용기와, 새롭게 개발된 재료로 제작되는 압력용기에 동일한 온도 조건으로 열충격을 가하여 개발된 재료로 제작되는 압력용기의 신뢰성을 검증하여 개발된 재료를 압력용기 제작에 신속하게 적용시킬 수 있도록 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법에 관한 것이다.
일반적으로, 제품에 급속한 가열 또는 냉각 등의 열충격이 가해지면 제품 내부에 균일하지 않은 온도분포를 갖게 되어 제품의 내부에는 열응력(Thermal Stress)이 형성된다.
이와 같이, 급격한 온도변화, 즉 열충격에 대한 물체의 내구성을 시험하기 위한 열충격 시험장치(Thermal Shock Tester)는 상기와 같이 제품에 가열 또는 냉각함으로써, 제품의 특성 및 성능을 변화시키고, 그에 따른 내구성을 시험하는 장치이다.
제품이 사용되는 장소의 환경변화에 따라 반복적인 온도변화를 겪게 되며, 이러한 온도변화 시 발생되는 열응력이 반복됨에 따라 변형이 생기게 된다.
이러한 변형이 제품 내에서 반복되면 균열(Crack)이 발생하거나 전극이 탈착되어 제품의 특성 및 성능이 열화되어 결국 고장이 발생하게 된다.
그리고 다양한 제품의 신뢰성 수명을 확인하는 가속 시험 방법으로 여러 가지가 있으나, 특히 환경시험온도를 급격하게 변화시켜 전자부품의 열화를 촉진시키는 열충격 시험이 많이 사용되고 있다.
그러나 종래 열충격 시험장치는 제품에 열을 가하는 장치와 제품에 냉각시키는 장치를 따로 구비해야하는 문제점이 있고, 가열과 냉각 작업이 따로 이루어져 실험하는 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 열충격 냉온 시스템이 개발되었으며, 종래기술에 따른 열충격 냉온 시스템은, 내부에 제품이 수납되고, 제품의 외주면에 고온 또는 저온의 열을 가하는 챔버와, 저온유체가 저장된 제1 유체 탱크와, 일단이 제1 유체 탱크와 연결되고, 타단은 챔버 내부로 삽입되어 제품의 일측에 연결되며, 저온유체가 제품의 내부로 이송되도록 하는 제1 배관과, 일단이 제품의 타단에 연결되고, 타단은 열교환기에 연결되며, 제품 내부를 통해 배출되는 회수유체를 열교환기로 이송되도록 하는 제2 배관과, 일단이 열교환기에 연결되고, 타단은 제1 유체 탱크에 연결되며, 열교환기를 통해 이송되는 회수유체를 제1 유체 탱크로 이송되도록 하는 4 배관과, 열교환기와 연결되고, 열교환기 내부로 냉매를 제공하는 냉각수단과, 고온유체가 저장되는 제2 유체 탱크와, 일단이 제2 유체 탱크와 연결되고, 타단은 제1 배관과 연결되며, 고온유체가 제1 배관을 통해 제품 내부로 이송되도록 하는 제6 배관과, 일단이 제2 유체 탱크에 연결되고, 타단은 제2 배관에 연결되며, 제품 내부를 통해 배출되는 회수유체를 제2 배관을 통해 제2 유체 탱크로 이송되도록 하는 제7 배관을 포함한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1511693호(2015년 04월 10일 공고, 발명의 명칭 : 열충격 냉온 시스템)에 개시되어 있다.
종래기술에 따른 열충격 냉온 시스템은, 새로 개발된 재료로 제작되는 압력용기의 열충격 시험을 행할 때에 새롭게 개발된 재료의 성능을 판단하기 위한 비교 대상이 되는 기준이 없기 때문에 새로운 재료로 제작되는 압력용기의 사용 가능성을 판단하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 이미 검증된 기존의 재료로 제작되는 압력용기와, 새롭게 개발된 재료로 제작되는 압력용기에 동일한 온도 조건으로 열충격을 가하여 개발된 재료로 제작되는 압력용기의 신뢰성을 검증하여 개발된 재료를 압력용기 제작에 신속하게 적용시킬 수 있도록 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, (a) 초저온 가스 압력용기의 재료로 검증된 재료를 사용하여 제작되는 기준 대상물과, 새로 개발된 재료를 사용하여 제작되는 시험 대상물을 제작하는 단계; (b) 초저온 가스가 저장되는 저장탱크로부터 연장되는 유체공급관이 연결되는 제1챔버 및 제2챔버에 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물을 수납하여 상기 유체공급관과 연결하는 단계; (c) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 초저온 가스를 공급하여 충진시키는 단계; (d) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도를 감지하여 감지된 온도가 제1설정온도 이하인지 판단하는 단계; (e) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제1설정온도 이하로 낮아지면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 초저온 가스를 배출시키는 단계; (f) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 초저온 가스의 배출이 개시되면 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기를 공급하는 단계; (g) 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기 공급이 개시되면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제2설정온도 이상인지 판단하는 단계; (h) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제2설정온도 이상이면 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기 공급을 중단하는 단계; (i) 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기의 공급이 중단되면 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되었는지 판단하는 단계; 및 (j) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 변형 또는 파손을 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (a) 단계에서 제작되는 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물은, 압력용기의 단부 형상이 모사되도록 제1상판부 및 제1측면부를 포함하여 이루어지는 내조; 상기 내조를 감싸고 상기 내조와 일정한 간격을 이루도록 제2상판부 및 제2측면부를 포함하여 이루어지는 외조; 및 상기 내조와 상기 외조가 간격을 유지하며 지지되어 밀폐공간을 이루도록 상기 내조의 단부와 상기 외조의 단부 사이에 설치되는 지지패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 지지패널은 상기 내조의 외측 하단 및 내측 하단에 용접되어 연결되고, 상기 외조의 외측 하단에 용접되어 연결되며, 상기 외조의 내측 하단과 상기 지지패널 사이에 접착부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (c) 단계 및 상기 (e) 단계는, 열충격 시험의 기준치를 제공하는 상기 기준 대상물이 수납되는 상기 제1챔버; 상기 기준 대상물과 비교하여 열충격 시험의 통과여부를 판단하는 상기 시험 대상물이 수납되는 상기 제2챔버; 상기 저장탱크로부터 연장되고 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버를 관통하여 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 연결되는 상기 유체공급관; 및 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 배출되는 초저온 가스를 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버 외부로 배출시키는 유체배출관을 포함하는 시험장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (f) 단계 및 상기 (h) 단계는, 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 상온 이상의 온도를 유지하는 외부 공기를 공급하는 유체급기관; 및 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버로부터 배출되는 공기를 배출시키는 유체배기관을 더 포함하는 시험장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (d) 단계 및 상기 (g) 단계는, 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물 복수 부위의 온도변화를 감지하도록 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 설치되는 복수 개의 온도감지센서를 더 포함하는 시험장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (i) 단계에서 초저온 가스의 공급 및 배출이 반복되는 공정의 회수가 설정치 미만이면 상기 (c) 단계가 진행되어 반복되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 시험 대상물은 고망간강을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법은, 이미 검증된 재료로 제작되는 압력용기와, 새롭게 개발된 재료로 제작되는 압력용기에 동일하거나 유사한 온도 조건을 유지하면서 열충격을 가하므로 기존의 압력용기와 개발된 압력용기의 변형 또는 파손여부를 비교하며 관찰할 수 있어 새로 개발된 재료로 제작되는 압력용기의 신뢰성을 용이하게 판단할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법이 도시된 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증을 위한 시험장치가 도시된 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증을 위한 시험장치의 압력용기 샘플이 도시된 절개도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증을 위한 시험장치의 압력용기 샘플이 도시된 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법이 도시된 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증을 위한 시험장치가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증을 위한 시험장치의 압력용기 샘플이 도시된 절개도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증을 위한 시험장치의 압력용기 샘플이 도시된 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법은, 초저온 가스 압력용기의 재료로 검증된 재료를 사용하여 제작되는 기준 대상물(102)과, 새로 개발된 재료를 사용하여 제작되는 시험 대상물(104)을 제작하는 단계(S10)와, 초저온 가스가 저장되는 저장탱크(50)로부터 연장되는 유체공급관(72)이 연결되는 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)을 수납하여 유체공급관(72)과 연결하는 단계(S20)와, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)에 초저온 가스를 공급하여 충진시키는 단계(S30)와, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도를 감지하여 감지된 온도가 제1설정온도 이하인지 판단하는 단계(S40)와, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도가 제1설정온도 이하로 낮아지면 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)로부터 초저온 가스를 배출시키는 단계(S50)와, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물로(1040부터 초저온 가스의 배출이 개시되면 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 외부 공기를 공급하는 단계(S60)와, 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 외부 공기 공급이 개시되면 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도가 제2설정온도 이상인지 판단하는 단계(S70)와, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도가 제2설정온도 이상이면 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 외부 공기 공급을 중단하는 단계(S80)와, 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 외부 공기의 공급이 중단되면 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되었는지 판단하는 단계(S90)와, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)에 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되면 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 변형 또는 파손을 검사하는 단계(S100)를 포함한다.
액체질소(Liquid Nitrogen)와 같은 초저온 가스를 저장하는 압력용기의 재료로서, 고망간강과 같은 새로운 재료가 개발되는 경우에는, 고망간강으로 이루어지는 압력용기, 즉 시험 대상물(104)을 제작하고, 기존의 초저온 가스 압력용기, 즉 스테인리스재질을 포함하여 이루어지는 기준 대상물(1020을 동일한 모양으로 제작하여 제1챔버(10)에 기준 대상물(102)을 수납하고, 제2챔버(30)에 시험 대상물(104)을 수납하여 열충격 시험을 행한다.
액체질소와 같은 초저온 가스를 저장하는 압력용기는 고압가스안전관리법 시행규칙, "KGS AC111"의 규정에 따라야 하나, 본 발명품은 동규정에 의한 압력용기외 규격으로 제작할 수 있다.
따라서 새롭게 개발된 재료를 초저온 압력용기의 재료로 적용하기 위해서는 시행규칙에서 제시하는 성능의 신뢰도를 제공하여야 한다.
본 실시예는, 동일한 온도 조건을 유지하면서 기준 대상물(102)과 시험 대상물(104)을 극저온 상태와 상온 상태에 교호로 노출시키는 열충격 시험이 진행된 후에 기준 대상물(102)과 시험 대상물(104)의 변형 또는 파손여부를 검사하여 시험 대상물(104) 제작에 사용되는 재료의 신뢰성을 검증하게 된다.
상기한 바와 같은 검증방법을 행하는 시험장치는, 초저온 가스 압력용기의 재질로서 검증된 재질을 포함하여 이루어지고 열충격 시험의 기준치를 제공하는 기준 대상물(102)이 수납되는 제1챔버(10)와, 초저온 가스 압력용기의 재질로서 개발된 재질을 포함하여 이루어지고 기준 대상물(102)과 비교하여 열충격 시험의 통과여부를 판단하는 시험 대상물(104)이 수납되는 제2챔버(30)와, 기준 대상물(102) 내부와 시험 대상물(104) 내부에 동일한 온도의 초저온 가스를 공급하도록 저장탱크(50)로부터 연장되고 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)를 관통하여 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)에 연결되는 유체공급관(72)과, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)로부터 배출되는 초저온 가스를 제1챔버(10) 및 제2챔버(30) 외부로 배출시키는 유체배출관(74)과, 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 상온 이상의 온도를 유지하는 외부 공기를 공급하는 유체급기관(76)과, 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)로부터 배출되는 공기를 배출시키는 유체배기관(78)과, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104) 복수 부위의 온도변화를 감지하도록 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)에 설치되는 복수 개의 온도감지센서(110)와, 유체공급관(72), 유체배출관(74), 유체급기관(76) 및 유체배기관(78)에 설치되는 복수 개의 밸브에 개폐신호를 송신하여 초저온 가스의 공급여부 또는 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 외부 공기 공급여부를 제어하는 제어부(120)를 포함한다.
본 실시예는, 초저온 가스 압력용기로 제작되는 재료가 새로 개발된 경우에 개발된 재료를 사용하여 제작되는 압력용기, 즉 시험 대상물(104)을 기존의 압력용기 제작에 사용되는 재료, 예를 들어 스테인리스재질을 포함하여 제작되는 압력용기, 즉 기준 대상물(102)을 동일한 온도 및 온도 변화 조건 하에 노출시켜 열충격을 가하면서 기준 대상물(102)과 시험 대상물(104)의 변형 또는 파손을 검사할 수 있도록 하는 시험장치이다.
본 실시예는, 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)가 구비되고, 각각의 챔버에 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)을 수납한 후에 유체공급관(72)을 통해 기준 대상물(102)과 시험 대상물(104) 내부에 초저온 가스, 예를 들어 액체질소(Liquid Nitrogen)를 충진시켜 섭씨 -150℃ 이하로 온도를 낮추면서 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 변형 또는 파손 여부를 감지하게 된다.
이후에, 초저온 가스를 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)로부터 배출시키고, 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)에 상온 또는 상온 이상의 외부 공기를 공급하여 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도를 높이면서 변형 또는 파손을 감지할 수 있게 된다.
초저온 가스의 공급 또는 배출과, 외부 공기의 공급 또는 배출은 제어부(120)에 입력되는 시험 데이터에 의해 반복되어 진행되고, 설정된 회수만큼 공급작업 및 배출작업이 반복된 후에 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 내조(108) 및 외조(106)의 변형 또는 파손의 정도를 판단할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 이미 검증된 재질로 이루어지는 압력용기인 기준 대상물(102)과 비교하여 새로 개발된 재질로 이루어지는 시험 대상물(104)에 열충격 시험을 행하여도 변형 또는 파손이 발생되지 않게 되면 제품의 신뢰성을 증명할 수 있게 된다.
따라서 새로 개발된 재질을 초저온 가스 압력용기로 사용할 수 있도록 특례나 특정상세기준에 새로 개발된 재질의 코드를 등재시킬 수 있게 된다.
본 실시예의 압력용기를 이루는 기준 대상물(102) 및 상기 시험 대상물(104)은, 압력용기의 단부 형상이 모사되도록 제1상판부 및 제1측면부를 포함하여 이루어지는 내조(108)와, 내조(108)를 감싸고 내조(108)와 일정한 간격을 이루도록 제2상판부 및 제2측면부를 포함하여 이루어지는 외조(106)와, 내조(108)와 외조(106)가 간격을 유지하며 지지되어 밀폐공간을 이루도록 내조(108)의 단부와 외조(106)의 단부 사이에 설치되는 지지패널(109)을 포함한다.
제1상판부 및 제2상판부는 상측으로 볼록한 곡면을 이루고, 제1측면부와 제2측면부는 원통 모양으로 형성되며, 제1상판부는 제1측면부의 상단에 용접되어 실린더의 단부 형상을 이루게 되고, 제2측면부는 제1측면부 내측으로 배치될 때에 균일한 간격이 유지되도록 제1측면부의 지름과 비교하여 작게 형성된다.
제2상판부의 지름은 제1상판부의 지름과 비교하여 작게 형성되며, 제2측면부의 상단에 용접되므로 내조(108)의 상단부도 실린더의 단부 형상으로 제작된다.
제1측면부의 개구부가 상측을 향하도록 외조(106)를 거꾸로 안착시킨 후에 외조(106)의 개구부를 통해 내조(108)를 삽입하여 외조(106)와 내조(108)의 개구부를 연결하며 외조(106)와 내조(108) 사이의 공간을 밀폐하도록 지지패널(109)을 용접한다.
지지패널(109)은 내조(108)의 개구부에 먼저 용접하여 내조(108)를 외조(106) 내부에 삽입할 때에 지지패널(109)의 외측 테두리가 외조(106)의 개구부에 안착되도록 하여 지지패널(109)과 용접하여 밀폐공간을 이루게 된다.
지지패널(109)은 내조(108)의 외측 하단 및 내측 하단에 용접되어 연결되고, 외조(106)의 외측 하단에 용접되어 연결되며, 외조(106)의 내측 하단과 지지패널(109) 사이에 접착부재(109a)가 설치된다.
내조(108)의 개구부와 지지패널(109)을 용접할 때에는 내조(108)의 개구부, 즉 내조(108)의 하단이 노출된 상태이므로 내조(108) 개구부의 외측 단부와 내측 단부 모두를 지지패널(109)에 용접하여 연결하고, 지지패널(109)이 설치된 내조(108)를 외조(106) 내부로 삽입하면 지지패널(109)이 외조(106)의 개구부에 안착되면서 외조(106)의 내측 단부가 지지패널(109)에 의해 가려지게 된다.
따라서 외조(106)의 내측 단부에는 접착부재(109a)를 설치하여 지지패널(109)이 외조(106) 개구부에 안착될 때에 접착부재(109a)에 의해 외조(106) 내측 단부가 지지패널(109)에 접착되게 하고, 외조(106)의 외측 단부와 지지패널(109)을 용접하여 지지패널(109)과 외조(106)의 연결을 행하게 된다.
제2실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 열충격 시험에 사용되는 기준 대상물(102) 및 상기 시험 대상물(104)은, 도 3에 도시된 바와 같이 패널부재가 파이프 형상으로 굴곡되어 용접되는 측면부재와, 측면부재의 개구부에 용접되는 마개부재를 포함하는 파이프 모양의 압력용기로 이루어질 수 있다.
여기서, 측면부재는 패널을 실린더 모양으로 굴곡시켜 둘레면에 길이 방향으로 길게 용접라인이 형성되도록 용접하고, 측면부재의 개구부에 마개 모양으로 형성되는 마개부재가 기준 대상물(102)의 원주방향으로 용접되어 연결된다.
이는 새롭게 개발되는 재료에 의해 제조되는 압력용기가 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 이렇게 다양한 형상의 압력용기로 제조될 때에 형성되는 용접라인의 안전 상태를 시험하기 위한 것이다.
제3실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 열충격 시험에 사용되는 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)은, 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 패널부재가 용접되어 이루어지고 모서리에 곡면부가 구비되는 다면체 케이스를 포함한다.
이는 다면체로 이루어지는 압력용기가 새로 개발된 재료, 즉 고망간강으로 제조되는 경우에 해당되는 열충격 시험을 행하기 위한 것으로서, 탱크, 실린더 또는 파이프 모양으로 형성되는 기존의 압력용기 외에 다면체로 이루어지는 압력용기의 열충격 시험을 행하여 다양한 압력용기의 모양을 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예는, 유체배출관(74)에서 배출되는 초저온 가스를 기화시켜 배출시키고, 유체공급관(72) 또는 유체배출관(74)에서 분기되어 배출되는 초저온 가스를 기화시켜 배출시키는 기화부(80)를 더 포함한다.
따라서 기준 대상물(102) 또는 시험 대상물(104)로부터 배출되는 초저온 가스는 유체배출관(74)으로부터 배출되는 액상의 초저온 가스에 열에너지를 공급함으로써, 액상의 초저온 가스의 온도가 상온까지 상승되면서 기화되어 대기 중으로 배출된다.
기준 대상물(102)로부터 연장되는 제1배출관(74a)과, 시험 대상물(104)로부터 연장되는 제2배출관(74b)은 유체배출관(74)으로 합관되어 제1라디에이터(82)에 연결되고, 제1배출관(74a), 제2배출관(74b) 및 유체배출관(74)은 초저온 진공 파이프로 이루어진다.
물론, 초저온 가스가 공급되는 유체공급관(72), 제1공급관(72a) 및 제2공급관(72a)도 초저온 진공 파이프로 이루어지므로 섭씨 -150℃ 이하의 액체질소(Liquid Nitrogen)가 통과되어도 유체공급관(72) 또는 유체배출관(74)이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 초저온 가스 압력용기용 열충격 시험장치는, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)에 충진되는 초저온 가스로 액체질소(Liquid Nitrogen)를 사용하고, 액체질소(Liquid Nitrogen)를 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)에 충진시켜 섭씨 -150℃ 이하로 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도가 낮아지지 않는 경우에는 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 외벽을 감싸는 단열재를 설치하여 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도가 섭씨 -150℃ 이하로 낮아질 수 있도록 한다.
기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)을 섭씨 -150℃까지 냉각시킨 후에는 유체배출관(74)을 따라 배출되어 기화부(80)를 통과하면서 상온으로부터 열에너지를 공급받아 기체로 상태 변화된 후에 대기 중으로 배출된다.
제1챔버(10)의 제1배풍팬(14)에 대향되게 설치되어 연장되는 제1배기관(78a)을 따라 제1챔버(10)에 공급된 외부 공기가 배출되고, 제2챔버(32)의 제2배풍팬(34)에 대향되게 설치되어 연장되는 제2배기관(78b)을 따라 제2챔버(30)에 공급된 외부 공기가 배출되며, 제1배기관(78a)과 제2배기관(78b)은 유체배기관(78)으로 합관된다.
기화된 질소는 인체에 무해하므로 대기 중에 배출시킬 수 있으며, 제1탱크(52) 및 제2탱크(54)로부터 유체우회관(90)을 따라 기화부(80)로 우회되는 작동유체는 제2라디에이터(84)를 통과하면서 기화되어 대기 중에 배출된다.
기화부(80)는, 유체배출관(74)으로부터 배출되고 액체 상태의 초저온 가스에 열에너지를 공급하여 기화시키는 제1라디에이터(82)와, 유체공급관(72) 또는 유체배출관(74)으로부터 분기되어 배출되고 액체 상태의 초저온 가스에 열에너지를 공급하여 기화시키는 제2라디에이터(84)와, 유체공급관(72)으로부터 분기되어 제2라디에이터(84)에 연결되는 제1우회관(92a, 92b)과, 유체배출관(74)으로부터 분기되어 제2라디에이터(84)에 연결되는 제2우회관(94a, 94b)과, 유체배출관(74)으로부터 분기되어 제2라디에이터(84)의 배출유로 측에 연결되는 제3우회관(96a, 96b)을 포함한다.
저장탱크(50)로부터 연장되는 유체공급관(72)은, 유체공급관(72)으로부터 분기되고 기준 대상물(102)에 연결되는 제1공급관(72a)과, 유체공급관(72)으로부터 분기되고 시험 대상물(104)에 연결되는 제2공급관(72b)을 포함하므로 저장탱크(50)로부터 공급되는 액상의 초저온 가스, 즉 액체질소(Liquid Nitrogen)는 동일하거나 유사한 온도를 이루며, 각각 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104) 내부에 충진된다.
제1공급관(72a) 및 제2공급관(72b)에는 제1탱크(52) 및 제2탱크(54)가 연결되고, 제1탱크(52) 및 제2탱크(54)로부터 연장되는 공급라인으로부터 연장되는 제1우회관(92a, 92b)은 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)에 공급되는 초저온 가스를 우회시켜 제2라디에이터(84)에 공급하게 된다.
또한, 본 실시예의 제1챔버(10)에는 제1송풍팬(12)에 대향되게 제1급기관(76a)이 설치되고, 제2챔버(30)에는 제2송풍팬(32)에 대향되게 제2급기관(76b)이 설치되어 유체급기관(76)으로부터 공급되는 외부 공기가 제1급기관(76a) 및 제2급기관(76b)으로 분기되어 동일하거나 유사한 온도를 유지하면서 각각 제1챔버(10) 및 제2챔버(30)의 내부에 상온 또는 고온의 온도로 가열된 공기를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예는, 유체급기관(76)에 설치되고 열에너지를 공급하는 히터(97)를 더 포함하고, 히터(97)에는 외부 공기를 히터(97)를 통해 유체급기관(76)에 공급하는 급기팬(99)이 설치되어 히터(97)를 통과하여 상온 또는 상온 이상으로 가열된 외부 공기가 제1챔버(10) 및 제2챔버(30) 내부로 공급된다.
또한, 제1라디에이터(82)의 배출유로와 히터(97) 사이에 회수관(98)이 설치되므로 따라서 제1라디에이터(82)를 통해 기화되어 질소 가스가 히터(97)에 공급되므로 질소가 발화되면서 열에너지를 공급할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 온도감지센서(110)는, 외조(106)의 외벽 온도를 감지하는 제1센서(112)와, 외조(106)와 내조(108) 사이의 공간에 충진되는 초저온 가스의 온도를 감지하는 제2센서(114)를 포함하므로 제1센서(112)에 의해 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 상면 외벽의 온도를 측정하고, 제2센서(114)에 의해 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 내부 온도를 측정하게 된다.
따라서 저장탱크(50), 제1탱크(52) 및 제2탱크(54)로부터 공급되는 액체질소(Liquid Nitrogen)에 의해 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 온도가 섭씨 -150℃ 이하로 낮아지는지 판단할 수 있게 되며, 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)이 섭씨 -150℃로 낮아지지 않는 경우에는 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)을 감싸고 냉기가 유실되는 것을 방지하는 단열부재를 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)을 감싸도록 설치한다.
상기한 바와 같이 설치되는 시험장치에 초저온 가스 또는 상온의 외부 공기를 교호로 다수 차례 공급하고 배출시키는 반복작업을 진행하면서 기준 대상물(102) 및 시험 대상물(104)의 변형 및 파손여부를 감지하여 새로 개발된 재료의 신뢰성을 입증할 수 있게 된다.
이로써, 이미 검증된 기존의 재료로 제작되는 압력용기와, 새롭게 개발된 재료로 제작되는 압력용기에 동일한 온도 조건으로 열충격을 가하여 개발된 재료로 제작되는 압력용기의 신뢰성을 검증하여 개발된 재료를 압력용기 제작에 신속하게 적용시킬 수 있도록 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법이 아닌 다른 제품에도 본 발명의 검증방법이 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 제1챔버 12 : 제1송풍팬
14 : 제1배풍팬 30 : 제2챔버
32 : 제2송풍팬 34 : 제2배풍팬
50 : 저장탱크 52 : 제1탱크
54 : 제2탱크 72 : 유체공급관
72a : 제1공급관 72b : 제2공급관
74 : 유체배출관 74a : 제1배출관
74b : 제2배출관 76 : 유체급기관
76a : 제1급기관 76b : 제2급기관
78 : 유체배기관 78a : 제1배기관
78b : 제2배기관 80 : 기화부
82 : 제1라디에이터 84 : 제2라디에이터
90 : 우회관 92a, 92b : 제1우회관
94a, 94b : 제2우회관 96a, 96b : 제3우회관
97 : 히터 98 : 회수관
99 : 급기팬 102 : 기준 대상물
104 : 시험 대상물 106 : 외조
108 : 내조 109 : 지지패널
109a : 접착부재 110 : 센싱부
112 : 제1센서 114 : 제2센서
120 : 제어부

Claims (8)

  1. (a) 초저온 가스 압력용기의 재료로 검증된 재료를 사용하여 제작되는 기준 대상물과, 새로 개발된 재료를 사용하여 제작되는 시험 대상물을 제작하는 단계;
    (b) 초저온 가스가 저장되는 저장탱크로부터 연장되는 유체공급관이 연결되는 제1챔버 및 제2챔버에 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물을 수납하여 상기 유체공급관과 연결하는 단계;
    (c) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 초저온 가스를 공급하여 충진시키는 단계;
    (d) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도를 감지하여 감지된 온도가 제1설정온도 이하인지 판단하는 단계;
    (e) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제1설정온도 이하로 낮아지면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 초저온 가스를 배출시키는 단계;
    (f) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 초저온 가스의 배출이 개시되면 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기를 공급하는 단계;
    (g) 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기 공급이 개시되면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제2설정온도 이상인지 판단하는 단계;
    (h) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 온도가 제2설정온도 이상이면 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기 공급을 중단하는 단계;
    (i) 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 외부 공기의 공급이 중단되면 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되었는지 판단하는 단계; 및
    (j) 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 초저온 가스의 공급 회수가 설정치에 도달되면 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물의 변형 또는 파손을 검사하는 단계를 포함하고,
    상기 (a) 단계에서 제작되는 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물은,
    압력용기의 단부 형상이 모사되도록 제1상판부 및 제1측면부를 포함하여 이루어지는 내조;
    상기 내조를 감싸고 상기 내조와 일정한 간격을 이루도록 제2상판부 및 제2측면부를 포함하여 이루어지는 외조; 및
    상기 내조와 상기 외조가 간격을 유지하며 지지되어 밀폐공간을 이루도록 상기 내조의 단부와 상기 외조의 단부 사이에 설치되는 지지패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지패널은 상기 내조의 외측 하단 및 내측 하단에 용접되어 연결되고, 상기 외조의 외측 하단에 용접되어 연결되며, 상기 외조의 내측 하단과 상기 지지패널 사이에 접착부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계 및 상기 (e) 단계는,
    열충격 시험의 기준치를 제공하는 상기 기준 대상물이 수납되는 상기 제1챔버;
    상기 기준 대상물과 비교하여 열충격 시험의 통과여부를 판단하는 상기 시험 대상물이 수납되는 상기 제2챔버;
    상기 저장탱크로부터 연장되고 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버를 관통하여 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 연결되는 상기 유체공급관; 및
    상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물로부터 배출되는 초저온 가스를 상기 제1챔버 및 상기 제2챔버 외부로 배출시키는 유체배출관을 포함하는 시험장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (f) 단계 및 상기 (h) 단계는,
    상기 제1챔버 및 상기 제2챔버에 상온 이상의 온도를 유지하는 외부 공기를 공급하는 유체급기관; 및
    상기 제1챔버 및 상기 제2챔버로부터 배출되는 공기를 배출시키는 유체배기관을 더 포함하는 시험장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (d) 단계 및 상기 (g) 단계는,
    상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물 복수 부위의 온도변화를 감지하도록 상기 기준 대상물 및 상기 시험 대상물에 설치되는 복수 개의 온도감지센서를 더 포함하는 시험장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (i) 단계에서 초저온 가스의 공급 및 배출이 반복되는 공정의 회수가 설정치 미만이면 상기 (c) 단계가 진행되어 반복되는 것을 특징으로 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시험 대상물은 고망간강을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 가스 압력용기용 재료에 대한 신뢰성 검증방법.
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