KR101696278B1 - 성능 검사를 위한 시편 가열 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성능 검사를 위한 시편 가열 장치에 관한 것으로서, 상기 성능 검사를 위한 시편 가열 장치는 시편이 장착되어 있는 시편 고정 장치, 상기 시편으로 화염을 발사하는 화염 발생부, 상기 화염 발생부로 가스와 산소를 공급하기 위한 가스 및 산소 공급 제어기, 상기 시편으로 화염을 발사시키기 위한 구동 스위치, 그리고 상기 구동 스위치와 가스 및 산소 공급 제어기에 연결되어 있고, 상기 구동 스위치가 동작되면 상기 가스 및 산소 공급 제어기를 동작시켜 외부로부터 인가되는 가스와 산소가 상기 화염 발생부로 공급되도록 하는 동작 제어부를 포함한다.

Description

성능 검사를 위한 시편 가열 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR HEATING TEST PIECE FOR PERFORMANCE TEST AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 성능 검사를 위한 시편 가열 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

내열재나 단열재는 자동차 분야, 철도 분야, 소방 분야, 항공우주 분야 등과 같이 다양한 분야에 사용되고 있고, 내열재나 단열재의 성능은 인명피해와도 밀접한 관련이 있다.

따라서, 이러한 내열재나 단열재 등의 성능을 정확히 검사해야 하는데, 이들의 성능을 검사하기 위해서는 해당 제품의 시편에 실제로 불에 가한 후, 시편의 조직 검사, 열에 침식되는 정도와 상태 등을 검사해야 한다.

하지만, 실제로 제품의 시편을 가열하기 위한 장치가 개발되어 있지 않으므로, 정확한 제품 성능 검사가 이루어지고 있지 않다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 검사를 위한 시편을 용이하고 안전하게 가열하여 해당 제품의 성능 검사를 정확하게 행할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치는 시편이 장착되어 있는 시편 고정 장치, 상기 시편으로 화염을 발사하는 화염 발생부, 상기 화염 발생부로 가스와 산소를 공급하기 위한 가스 및 산소 공급 제어기, 상기 시편으로 화염을 발사시키기 위한 구동 스위치, 그리고 상기 구동 스위치와 가스 및 산소 공급 제어기에 연결되어 있고, 상기 구동 스위치가 동작되면 상기 가스 및 산소 공급 제어기를 동작시켜 외부로부터 인가되는 가스와 산소가 상기 화염 발생부로 공급되도록 하는 동작 제어부를 포함한다.

상기 특징에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치는 상기 시편 고정 장치 내에 장착되어 있고, 상기 시편 고정 장치 내의 압력을 감지하여 해당 상태의 압력 감지 신호를 상기 동작 제어부로 출력하는 압력 감지부와 상기 시편의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 시편 고정 장치는 시편이 장착되는 시편 고정부, 상기 시편 고정부에 위치하며 상기 시편의 일부와 접해있는 절연부, 상기 시편 고정부의 후단에 위치하고 상기 압력 감지부가 장착되는 압력 감지부 장착부, 그리고 상기 시편 고정부와 상기 압력 감지부 장착부 사이에 위치하는 보호막을 포함할 수 있다.

상기 절연부는 0.2W/mk 이하의 절연도를 갖고 있고, 절연부와 시편과의 접촉 면적은 52.0㎡ 이하일 수 있다.

상기 특징에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치는 해당 방향으로 상기 화염 발생부를 회전하는 회전판, 그리고 상기 회전판 위에 위치하여 상기 화염 발생부를 원하는 양만큼 좌우 방향으로 이동하는 좌우 이동판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치의 제어 방법은 구동 스위치가 동작되었는지 판단하는 단계, 상기 구동 스위치가 동작되면 가스 및 산소 공급 제어기를 동작시켜 가스와 산소가 화염 발생부로 공급되어 상기 화염 발생부에서 시편 쪽으로 화염을 발사할 수 있도록 하는 단계, 상기 화염 발생부의 동작 시간이 설정 시간을 경과했는지 판단하는 단계, 그리고 상기 화염 발생부의 동작 시간이 설정 시간을 경과하면 상기 가스 및 산소 공급 제어기를 동작을 중지시켜 상기 화염 발생부로 공급되어 가스와 산소를 차단시키는 단계를 포함한다.

이러한 특징에 따르면, 해당 제품의 성능을 검사하기 위해 설정 시간 동안 해당 온도의 화염을 내열재의 시편에 안정적으로 발사하여, 시편의 상태를 성능 검사 가능한 상태로 만듦으로써, 사용자의 안전성과 편리성이 향상된다.

또한, 사용자의 조작에 의해 화염 발생부의 위치를 조정할 수 있으므로 정확한 시편의 위치에 화염이 가해져, 시편의 탄 상태를 원하는 상태로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치의 개략적인 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치의 화염 발생부가 위치 이동부에 장착되어 있는 도면의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치의 시편 고정 장치에 대한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치의 제어 방법에 대한 동작 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접속되어" 있다거나 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 접속되어 있거나 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 접속되어" 있다거나 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 성능 검사를 위한 시편 가열 장치(이하, '시편 가열 장치' 함)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 본 발명의 한 실시예에 따른 시편 가열 장치는 구동 스위치(11), 비상 중지 스위치(12), 압력 감지부(13), 온도 측정부(14), 구동 스위치(11), 비상 중지 스위치(12), 압력 감지부(13) 및 온도 측정부(14)에 연결된 동작 제어부(20), 동작 제어부(20)에 연결된 상태 출력부(31), 동작 제어부(20)에 연결된 동작 상태 표시부(32), 동작 제어부(13)에 연결된 솔레노이드 밸브(solenoid valve)(33), 솔레노이드 밸브(33)에 연결된 가스 저장부(41)와 산소 저장부(42), 솔레노이드 밸브(33)를 통해 가스 저장부(41)와 산소 저장부(42)에 연결된 화염 발생부(34) 그리고 화염 발생부(34)와 대면하고 있는 시편 고장 장치(50)를 구비한다.

구동 스위치(11)는 사용자에 의해 동작되어 스위칭 상태에 해당하는 상태의 신호를 동작 제어부(20)로 출력한다.

따라서, 동작 제어부(20)는 구동 스위치(11)가 동작 상태(즉, 온 상태)이면 솔레노이드 밸브(33)를 동작시켜 솔레노이드 밸브(33)을 통해 가스 저장부(41)와 산소 저장부(42)에서 배출되는 가스와 산소가 화염 발생부(34)로 인가되어 시편 고정 장치(50) 쪽으로 화염을 발사하도록 한다.

비상 중지 스위치(12) 역시 사용자에 의해 동작되어 해당 상태의 신호를 동작 제어부(20)로 출력한다.

따라서, 동작 제어부(20)는 비상 중지 스위치(12)가 동작 상태로 판정되면, 솔레노이드 밸브(33)의 동작을 중지시켜 화염 발생부(34)의 동작을 중지시킨다.

이로 인해, 위급 상황 시 신속하게 화염 발생부(34)의 화염 발생을 중지시키므로, 화재 위험성을 방지하거나 감소시킨다.

압력 감지부(13)는 시편 고정 장치(50) 내부에 장착되어 화염 출력부(34)의 동작에 의해 변화하는 시편 고정 장치(50) 내의 압력을 감지해 해당 상태의 압력 감지 신호를 동작 제어부(20)로 출력한다.

동작 제어부(20)는 압력 감지부(13)에 의해 감지된 압력을 상태 출력부(31)로 출력한다.

온도 측정부(14)는 화염 발생부(34)에서 발생되는 온도를 감지하기 위한 것으로서, 열화상 카메라 또는 적외선 카메라로 이루어질 수 있다.

따라서, 온도 측정부(14)에서 출력되는 신호를 이용하여 동작 제어부(20)는 시편 고정 장치(50)에 장착된 시편(100)의 온도를 판정하게 되며, 또한 온도 측정부(14)에 의해 촬영된 영상을 상태 출력부(31)로 출력할 수 있다.

본 예의 경우, 온도 측정부(14)는 동작 제어부(20)와 연결되어 촬영된 영상을 저장부(22)에 저장한다.

하지만, 대안적인 예에서, 온도 측정부(14)는 저장부(22)에 저장되는 대신 자체에 내장된 별도의 저장부에 촬영된 자신의 영상을 저장할 수 있고, 이런 경우, 별도의 통신장치를 이용하여 온도 측정부(14) 내부에 저장된 촬영 영상은 저장부(22)에 저장되거나 상태 출력부(31)를 통해 확인할 수 있다.

동작 제어부(20)는 이미 설명한 것처럼, 스위치(11, 12)의 동작에 따라 화염 발생부(34)의 동작을 제어하며, 압력 감지부(13)와 온도 측정부(14)에 의해 감지된 시편 고정 장치(50)에 가해지는 온도와 압력을 판정하게 된다.

이러한 동작 제어부(20)는 타이머(timer)(21)와 동작 중에 발생한 데이터나 동작에 필요한 데이터가 저장되어 있는 저장부(22)를 구비하고 있다. 도 1과 달리, 타이머(21)와 저장부(22)는 동작 제어부(20) 외부에 동작 제어부(20)와 별개의 구성요소로 장착될 수 있다.

상태 출력부(31)는 동작 제어부(20)의 제어 동작에 따라 동작하여 해당 데이터를 출력하는 것으로서, 액정 표시 장치나 유기 발광 표시 장치 등으로 이루어질 수 있다.

동작 상태 표시부(32)는 화염 발생부(34)가 동작 중인지를 표시하기 위한 것으로서, 동작 제어부(20)의 제어 동작에 따라 점등 상태가 제어되는 발광 다이오드 등으로 이루어져 있다.

솔레노이드 밸브(33)는 동작 제어부(20)의 제어 상태에 따라 동작되어, 가스 저장부(41) 및 산소 저장부(42)와 화염 발생부(34) 사이에 형성된 경로를 개폐 상태를 제어하여, 가스 및 산소 공급 제어기이다.

따라서, 솔레노이드 밸브(33)가 동작하여 경로가 개방되면 가스 저장부(41)와 산소 저장부(42)에 각각 저장되어 있는 가스와 산소가 화염 발생부(34) 쪽으로 공급되고, 반대로 솔레노이드 밸브(33)가 비동작 상태로 바뀌면 경로가 폐쇄되어 화염 발생부(34)로의 가스와 산소의 공급이 차단된다.

가스 저장부(41)는 액화 석유가스(LPG, liquefied petroleum gas)나 아세틸렌(acetylene) 등이 저장되어 있다.

산소 저장부(42)는 산소가 저장되어 있어 가스 저장부(41)에 의해 저장된 가스와 산소와의 결합을 통해 화염이 발생될 수 있도록 있다.

화염 발생부(34)는 도 2와 같은 구조를 갖고 있고, 위치 이동부(35) 위에 장착된 설치판(36) 위에 위치한다.

위치 이동부(35)는 수동 또는 모터 등을 이용한 자동으로 해당 방향(R)으로 회전하는 회전판(351)과 회전판(351) 위에 위치하여 이동 밸브 등의 조작에 의해 원하는 양만큼 좌우 방향으로 이동하는 좌우 이동판(352)을 구비한다.

따라서, 이러한 위치 이동부(35)를 이용하여 설치판(36)에 위치한 화염 발생부(34)의 위치는 조정 가능하다.

이러한 화염 발생부(34)는 가스 제어부(341)와 화염 출력부(432)로 이루어져 있다.

가스 제어부(341)는 레귤레이터(regulator), 유량 설정 밸브, 압력 설정 밸브 등을 구비하고 있어 안정적으로 정해진 유량과 압력의 가스와 산소가 화염 출력부(342)로 공급될 수 있도록 한다.

화염 출력부(342)는 토치(torch)(3421), 점화봉(3422), 노즐(nozzle)(3423) 등을 구비하고 있어, 가스 저장부(41)와 산소 저장부(42) 각각에서 공급되는 가스와 산소가 혼합된 후 불꽃이 점화되어 화염이 노즐을 통해 발사된다.

시편 고정 장치(50)는 성능을 실험하고자 하는 내열재나 단열재 등과 같이 성능 검사를 위한 해당 제품의 시편(100)이 장착되는 곳으로서, 도 3에 도시한 것처럼, 시편 장착부(51), 시편 장착부(51) 뒤에 위치한 보호막(52), 보호막(52) 뒤에 부착된 압력 감지부 장착부(53)를 구비한다.

이러한 시편 고정 장치(50)는 육면체로 이루어진 케이스(case)(도시하지 않음)로 덮여 있으나, 시편 장착부(51)가 노출되게 한 면은 개방되어 있어 시편 장착부(51)에 장착된 시편 쪽으로 화염 발생부(34)에서 발생되는 화염이 시편(100)에 도달될 수 있도록 한다.

따라서, 시편 고정 장치(50)는 케이스에 의해 양 측부, 바닥부, 후면부 및 상부는 막혀있고, 전면부만 개방되어 있다.

시편 장착부(51)는 가운데가 빈 직사각형의 평면 형상을 갖는 절연부(511), 절연부(511)과 결합된 시편(100)을 고정하는 시편 고정부(512)를 구비한다.

절연부(511)은 시편(100)의 가장자리부와 접해있어, 시편(100)에 화염이 가해져 온도가 상승할 때 시편(100)의 온도를 하강시켜 시편(100) 후단에 위치한 장치들을 고온으로부터 보호한다.

이러한 절연부(511)는 0.2W/mk 이하의 절연도를 갖고 있고, 절연부(511)와 시편(100)과의 접촉 면적은 52.0㎡ 이하일 수 있다.

절열부(511)의 절연도가 0.2W/mk를 초과하는 경우, 화염 발생부(34)에서 출력되는 화염의 온도를 견디지 못하여 정상적인 절연 효과를 발휘하지 못한다.

또한, 시편(100)과의 접촉 면적이 52.0㎡를 초과하여 시편(100)과 절연부(511)와의 접촉 면적이 증가하게 되며, 시편(100)에 전달되는 열의 절연이 과도하게 발생하여 가열 동작 후 정확하게 시편(100)의 내열 성능을 파악하지 못하는 문제가 발생한다.

또한 압력 감지부 장착부(53)에 장착되는 압력 감지부(13)는 화염의 중심축과 일치하게 설치되어야 좀더 정확하게 압력을 감지할 수 있다.

시편 고정부(512)는 시편(100) 장착을 위해 가운데 부분에 사각형의 시편 장착홀(513)이 형성되어 있어, 절연부(511)과 접해 있는 시편(100)은 시편 장착홀(513)에 삽입된 후, 시편 고정부(512)에 형성된 나사홀을 통해 삽입된 나사가 시편(100)의 대응하는 측면에 삽입되어 시편 고정부(512)에 안정적으로 시편(100)이 장착된다.

시편 고정부(512)의 양 측부는 가로 방향(X 방향)으로 정해진 간격만큼 이격되어 있는 한 쌍의 가이드(53)에 연결되어 있어, 시편 장착부(51)에 장착된 시편(100)으로 화염이 가해질 때 발생하는 압력에 따라 시편 장착부(51)가 가이드(53)를 따라 가로 방향으로 이동하여, 시편 장착부(51)와 시편 장착부(51)에 장착된 시편(100)을 압력으로부터 보호할 수 있도록 한다.

보호막(52)은 시편 장착부(51) 뒤에 위치하고 사각형의 판 형상을 갖고 있다.

이러한 보호막(52)은 후단에 위치한 압력 감지부 장착부(53)에 장착된 압력 감지부(13)에 가해지는 열을 차단하여 압력 감지부(13)를 보호하기 위한 것이다.

다음, 도 4를 참고로 하여, 이러한 구조를 갖는 시편 가열 장치의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 시편 가열 장치의 동작에 필요한 전원이 공급되어 동작 제어부(20)의 동작이 시작되면(S10), 동작 제어부(20)는 구동 스위치(11)가 동작 상태 즉, 온 상태인지 판단한다(S12).

사용자에 의해 구동 스위치(11)가 온된 상태로 판정되면, 동작 제어부(20)는 솔레노이드 밸브(33)를 동작시켜 가스 저장부(41) 및 산소 저장부(42)와 화염 발생부(34) 사이의 경로를 개방한다

이로 인해, 가스 저장부(41)에 저장된 가스와 산소 저장부(42)에 저장된 산소는 개방 상태의 솔레노이드 밸브(33)를 통해 화염 발생부(34)로 공급되고, 가스 제어부(341)의 동작에 의해 설정된 압력과 유량으로 화염 출력부(342)로 공급된다.

따라서, 화염 출력부(342)의 동작에 의해 화염이 발생되어 시편 고정 장치(50)의 시편 장착부(51)에 장착된 시편(100) 쪽으로 화염이 발생된다.

이처럼, 시편(100)으로 화염이 발사되면, 동작 제어부(20)는 동작 상태 표시부(32)를 동작시켜 현재 화염 발생부(34)가 동작 중임을 외부로 알리게 된다(S13).

그런 다음, 동작 제어부(20)는 압력 감지부(13)에서 입력되는 압력 감지 신호를 실시간으로 판독하여 감지된 압력을 감지한 후 저장부(22)에 저장하고(S14) 또한, 온도 측정부(14)를 동작시켜 시편(100)의 온도 변화에 따른 영상이 촬영되어 역시 저장부(22)에 저장될 수 있도록 한다(S15).

이처럼, 화염 발생부(34)를 동작시킨 후, 동작 제어부(20)는 타이머(21)에 의해 계수된 시간과 설정 시간을 비교하여 화염 발생부(34)의 동작 시간이 설정 시간을 경과했는지 판단한다(S16).

화염 발생부(34)의 동작 시간이 설정 시간을 경과하게 되면, 동작 제어부(20)는 솔레노이드 밸브(33)의 동작을 중지시켜 개방되었던 경로를 폐쇄하며(S17), 동작 상태 표시부(32)의 동작을 중지한다(S18).

이로 인해, 더 이상 화염 발생부(34)로 가스와 산소의 공급이 이루어지지 않으므로, 화염 발생부(34)의 동작은 중지된다.

하지만, 화염 발생부(34)의 동작 시간이 설정 시간을 경과하지 않게 되면, 동작 제어부(20)는 계속해서 솔레노이드 밸브(33)를 동작시켜, 설정 시간동안 시편(100) 쪽으로 화염을 가해질 수 있도록 한다.

이와 같이, 설정 시간 동안 정해진 불꽃의 세기에 해당하는 불꽃이 시편(100)이 가해진 후, 사용자는 시편(100)을 시편 장착부(51)로부터 분리하여 시편(100)의 상태를 조사하여 해당 시편(100)에 해당하는 제품의 성능을 검사하게 된다.

또한, 필요할 경우, 도시하지 않은 스위치 등의 동작에 의해 저장부(22)에 저장되어 있는 시간별로 감지된 압력의 크기와 온도 측정부(14)에 의해 측정된 온도 변화를 상태 출력부(31)를 통해 출력할 수 있다.

본 예의 경우, 불꽃의 세기는 유량 설정 밸브와 압력 설정 밸브의 동작에 의해 정해진 가스와 산소의 유량 및 압력의 크기에 따라 달라질 수 있다.

이처럼, 동작 제어부(20)의 제어에 의해, 구동 스위치(11)의 동작에 의해 화염 발생부(34)가 동작하여 시편(100)으로의 불꽃이 발사되는 도중, 비상 중지 스위치(12)의 동작에 의해 인터럽트 신호(interrupt signal)가 동작 제어부(20)로 입력되면 동작 제어부(20)는 구동 스위치(11)의 상태에 무관하게 솔레노이드 밸브(33)의 동작을 중지시켜 화염 발생부(34)의 동작을 중지시킨다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

11: 구동 스위치 13: 압력 감지부
14: 온도 측정부 20: 동작 제어부
31: 상태 출력부 32: 동작 상태 표시부
33: 솔레노이드 밸브 34: 화염 발생부
50: 시편 고정 장치

Claims (6)

1. 시편이 장착되어 있는 시편 고정 장치;
   상기 시편으로 화염을 발사하는 화염 발생부;
   상기 화염 발생부를 회전하는 회전판;
   상기 회전판 위에 위치하여 상기 화염 발생부를 원하는 양만큼 좌우 방향으로 이동하는 좌우 이동판;
   상기 화염 발생부로 가스와 산소를 공급하기 위한 가스 및 산소 공급 제어기;
   상기 시편으로 화염을 발사시키기 위한 구동 스위치;
   상기 구동 스위치와 가스 및 산소 공급 제어기에 연결되어 있고, 상기 구동 스위치가 동작되면 상기 가스 및 산소 공급 제어기를 동작시켜 외부로부터 인가되는 가스와 산소가 상기 화염 발생부로 공급되도록 하는 동작 제어부; 및
   상기 시편 고정 장치 내에 장착되어 있고, 상기 시편 고정 장치 내의 압력을 감지하여 해당 상태의 압력 감지 신호를 상기 동작 제어부로 출력하는 압력 감지부와 상기 시편의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부;를 포함하고,
   상기 시편 고정 장치는,
   시편이 장착되는 시편 고정부;
   상기 시편 고정부에 위치하며 상기 시편의 일부와 접해있는 절연부;
   상기 시편 고정부의 후단에 위치하고 상기 압력 감지부가 장착되는 압력 감지부 장착부; 및
   상기 시편 고정부와 상기 압력 감지부 장착부 사이에 위치하는 보호막을 포함하며,
   상기 절연부는 0.2W/mk 이하의 절연도를 갖고 있고, 절연부와 시편과의 접촉 면적은 52.0㎡ 이하인 것을 특징으로 하는 성능 검사를 위한 시편 가열 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images