KR101800216B1 - 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치 - Google Patents

플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치에 관한 것으로, 플랜트 시설 내의 시험챔버(100); 수소저장장치(220); 일단은 상기 수소저장장치(220)와 연결되고, 타단은 상기 시험챔버(100) 내부의 일측에 위치하여 수소가스를 배출하는 수소공급노즐부(200)과 연결되어, 상기 수소저장장치(220)의 수소가스를 상기 시험챔버(100) 내부로 공급하는 수소공급배관(210); 상기 수소공급노즐부(200)와 일정간격 이격되며, 수소가스가 상기 시험챔버(100)의 일측에만 분포하도록 상기 시험챔버(100) 내부 단면을 막는 부도체 재질인 대전부(300); 상기 수소공급노즐부(200)를 향하는 상기 대전부(300)의 일면에 접촉되어 정전기를 축적시키는 정전기발생기(400); 상기 수소공급노즐부(200)에서 수직 상부로 일정간격 이격되어 위치한 도체 재질인 접지부(410); 상기 접지부(410)와 상기 수소공급노즐부(200) 사이에 배치되는 도체 재질인 추가접지부(420); 상기 수소공급노즐부(200), 접지부(410) 및 상기 추가접지부(420)에 수평하게 대응되는 상기 대전부(300)의 정전기량을 측정하는 정전기량 측정기(110); 정전기에 의해 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하는 열화상카메라(120);를 포함하여, 수소가스의 유량 또는 수소가스의 농도와 정전기량에 따라 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하고, 실재 수소화재 현장을 재현할 수 있다.

Description

플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치{The apparatus for hydrogen fire testing due to electrostatic ignition in plant facility}
본 발명은 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플랜트 시설 내에서 정전기량과 수소가스량에 따라 수소화재가 발생하는지를 시험할 수 있는 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치에 관한 것이다.
수소가스는 산소 또는 공기와 혼합되어 적당한 수준의 수소 농도, 산소 농도 및 점화원이 존재하면 수소화재가 발생할 수 있다.
수소가스는 공기보다 가볍고 확산속도가 빠르지만, 수소가스를 억류하는 구조물 또는 배기가 잘 되지 않는 실내에 수소가스가 모일 경우 수소가스 화재의 위험성이 높게 된다.
플랜트 시설에서 중대사고가 발생하는 경우 다량의 수소가 발생될 수 있으며, 플랜트 시설 내에서 발생하는 수소가스가 일부 누설되어 공기와 혼합되고 점화원이 존재하였을 경우 대형 재난 사고가 발생할 위험이 있다.
점화원으로 전기적 용흔이나 단락, 아크 및 지락흔 등의 전기적 요인, 기계화학적 요인, 낙뢰 등 자연적인 발화원이 있을 수 있으나, 플랜트발전소 내에서 발생하기 쉬운 것은 정전기이다.
공기와 수소 혼합가스에서 수소의 최소점화에너지는 0.019mJ 이므로 일상적인 정전기 방전에너지(0.1~1mJ)에 의해 점화될 수 있다.
특히, 천막으로 공병 등을 둘러싸 배치해놓은 경우에는 천막과 공병 사이의 마찰로 인해 천막에 정전기가 축적될 수 있으며, 방전되면서 천막 내부로 누설되는 수소가스를 점화시켜 수소화재가 발생될 수 있다.
따라서, 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 발생을 미연에 방지할 수 있고, 정전기에 의한 수소화재가 발생할 수 있는 취약점을 찾아 미리 제거할 수 있도록 정전기에 의한 수소화재 발생 여부를 시험할 수 있으며, 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 발생을 재현 또는 체감함으로써 정전기에 의한 수소화재 발생의 위험성을 실제로 체감할 수 있는 시험장치 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부에 대해 시험 및 재현을 할 수 있는 시험장치를 제공하는 것이다.
구체적으로, 누설되는 수소가스의 유량 또는 수소가스의 농도와 정전기량에 따라 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있는 시험장치를 제공하는 것이다.
또한, 정전기에 의한 수소화재가 효과적으로 발생함으로써, 수소화재 발생 여부를 쉽게 확인할 수 있도록, 대전부의 구성이 변경된 시험장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치는, 플랜트 시설 내의 시험챔버(100); 상기 시험챔버 외부에 위치하는 수소저장장치(220); 일단은 상기 수소저장장치(220)와 연결되고, 타단은 상기 시험챔버(100) 내부의 일측에 위치하여 수소가스를 배출하는 수소공급노즐부(200)과 연결되어, 상기 수소저장장치(220)의 수소가스를 상기 시험챔버(100) 내부로 공급하는 수소공급배관(210); 상기 수소공급노즐부(200)와 일정간격 이격되며, 수소가스가 상기 시험챔버(100)의 일측에만 분포하도록 상기 시험챔버(100) 내부 단면을 막는 부도체 재질인 대전부(300); 상기 수소공급노즐부(200)를 향하는 상기 대전부(300)의 일면에 접촉되어 정전기를 축적시키는 정전기발생기(400); 상기 수소공급노즐부(200)에서 수직 상부로 일정간격 이격되어 위치한 도체 재질인 접지부(410); 상기 접지부(410)와 상기 수소공급노즐부(200) 사이에 배치되는 도체 재질인 추가접지부(420); 상기 수소공급노즐부(200), 접지부(410) 및 상기 추가접지부(420)에 수평하게 대응되는 상기 대전부(300)의 정전기량을 측정하는 정전기량 측정기(110); 정전기에 의해 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하는 열화상카메라(120);를 포함하되, 상기 수소공급노즐부(200), 접지부(410) 및 추가접지부(420)는 접지 상태이며, 상기 시험챔버(100) 내에 도체 재질인 끝단부만 외부로 노출되고 나머지 부분은 외부로 노출되지 않도록 필름으로 쌓여지며, 상기 대전부(300)는 상기 접지부(410), 추가접지부(420), 수소공급노즐부(200)에 대응되도록 각각 제1대전부(310), 제2대전부(320) 및 제3대전부(330)으로 분리되어 구성되고, 상기 정전기발생기(400)는 상기 제1대전부(310), 제2대전부(320) 및 제3대전부(330)의 일면에 각각 접촉되어 정전기를 서로 다르게 축적시킬 수 있도록 복수개로 구성되고, 상기 제1대전부(310)는 일면에 상기 접지부(410)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제1금속선(510)이 부착되며, 상기 제2대전부(320)는 일면에 상기 추가접지부(420)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제2금속선(520)이 부착되며, 상기 제3대전부(330)은 일면에 상기 수소공급노즐부(200)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제3금속선(530)이 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치는 상기 복수개의 제1금속선(510)은 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 상기 접지부(410)를 향하여 돌출되는 제1방전집중부(540)를 구비하며, 상기 복수개의 제2금속선(520)은 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 상기 추가접지부(420)를 향하여 돌출되는 제2방전집중부(550)를 구비하며, 상기 복수개의 제3금속선(530)은 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 상기 수소공급노즐부(200)를 향하여 돌출되는 제3방전집중부(560)를 구비할 수 있다.
또한, 균일한 대전을 위해, 상기 제1금속선(510)은 중심부에서 서로 만나지 않도록 배치되고, 제1대전부(310)의 일면에 적어도 6개 이상의 제1금속선(510)이 부착되며, 상기 제2금속선(520)은 중심부에서 서로 만나지 않도록 배치되고, 제2대전부(320)의 일면에 적어도 6개 이상의 제2금속선(520)이 부착되며, 상기 제3금속선(530)은 중심부에서 서로 만나지 않도록 배치되고, 제3대전부(330)의 일면에 적어도 6개 이상의 제3금속선(530)이 부착될 수 있다.
또한, 상기 대전부(300)의 상부에 상기 대전부(300)를 이동시켜 상기 대전부(300)와 상기 수소가스노즐부(200) 사이의 간격을 변화시킬 수 있는 간격변동장치(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실시예에 따르면, 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부에 대해 시험 및 재현을 할 수 있는 시험장치이다.
구체적으로, 누설되는 수소가스의 유량에 따라 대전부(300)에 축적되는 정전기량을 늘려가면서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다.
또한, 누설된 수소가스가 모여 수소가스농도가 높아지는 부분에서, 수소가스농도에 따라 대전부(300)에 축적되는 정전기량을 늘려가면서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다.
또한, 대전부(300)를 3개로 분리하여, 수소가스가 누설되는 부분 및 수소가스가 모이는 부분 뿐만 아니라 수소가스가 이동하는 경로에서도 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다.
또한, 부도체인 대전부(300)가 불균일하게 대전될 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위해 대전부(300)의 일면에 금속선을 구비하여 대전부(300)를 균일하게 대전시킬 수 있으며, 접지부와 방전집중부를 구비하여 대전부(300)에 축적된 대전전하가 효과적으로 불꽃방전이 이루어지도록 구성하였다.
또한, 대전부(300)와 접지부(410) 또는 수소가스노즐부(200) 사이의 간격을 변화시킬 수 있는 간격변동장치(340)를 구비하여 그 간격에 따라 정전기에 의한 불꽃방전이 일어나는지 여부를 알 수 있거나 불꽃방전을 효과적으로 이루어질 수 있도록 구성하였다.
또한, 대전부(300)에 마찰에 의해 정전기가 축적될 수 있도록, 왕복운동장치(500) 등을 구비하여, 실제 화재현장을 모사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 측면도.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 대전부(300)의 구체적 구성을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 개략도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치는 크게 플랜트 시설 내의 시험챔버(100), 수소저장장치(220), 수소공급배관(210), 수소공급노즐부(200), 대전부(300), 정전기발생기(400), 접지부(410), 정전기량 측정기(110), 열화상카메라(120)를 포함하여 구성된다.
먼저, 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치는 플랜트 시설 내에서 내부에 수소가스가 모일 수 있는 공간에 해당하는 시험챔버(100)를 구비한다. 시험챔버(100)는 내부에 수소가스가 모일 수 있는 공간이 형성되도록 외부 공기와 차단되어야 하며, 시험 전후로 또는 비상시 수소가스를 배출할 수 있는 배출통로 또는 배기팬을 포함하는 배기장치를 구비하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시험챔버(100)의 일측에 수소가스를 배출하는 수소공급노즐부(200)이 배치된다. 수소가스는 시험챔버(100)의 외부에 위치한 수소저장장치(220)에 저장되어 있다가, 수소공급배관(210)을 통해 시험챔버(100) 내에 위치한 수소공급노즐부(200)로 보내져 시험챔버(100) 내부로 공급된다.
수소공급배관(210)에는 수소가스 공급을 조절하기 위해 레귤레이터(230)와 차단밸브(240)가 구비되며, 시험챔버(100) 내부로 유입되는 수소가스의 유량을 측정하기 위한 유량계(250)가 구비된다.
대전부(300)는 수소공급노즐부(200)와 일정간격 이격되어 위치되어, 도 1에 도시된 바와 같이, 시험챔버(100)의 일측면, 수소공급노즐부(200), 대전부(300)의 순서로 위치되어, 수소공급노즐부(200)에서 공급되는 수소가스가 시험챔버(100)의 일측면과 대전부(300) 사이에 모일 수 있는 공간을 형성한다.
수소가스가 모이는 공간의 바깥쪽에 대전부(300) 표면의 정전기를 측정할 수 있는 정전기량 측정기(110)가 구비된다. 정전기량 측정기(110)는 비접촉식 정전기량 측정기를 사용하여, 대전부(300) 표면과 떨어져 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 수소가스가 모이는 공간의 바깥쪽에, 화재시 발생하는 열을 감지하여 대전부(300) 내부에서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하기 위한 열화상카메라(120)를 설치한다.
또한, 시험챔버(100) 내부에 화재현장과 유사한 온도, 습도 조건을 만들기 위해 제습기(130), 온도조절기(140), 온습도계 등을 구비할 수 있다.
실제 화재현장을 보면, 천막으로 공병 등을 둘러싸 배치해놓은 경우에는 천막과 공병 사이의 마찰로 인해 천막에 정전기가 축적될 수 있으며, 천막의 정전기가 방전되면서 천막 내부로 누설되는 수소가스를 점화시켜 수소화재가 발생될 수 있다. 그래서 대전부(300)는, 도 2 내지 3에서 보듯이, 수소공급노즐부(200)와 일정간격 이격되며, 수소가스가 시험챔버(100)의 일측에만 분포하도록 시험챔버(100) 내부 단면을 막을 수 있는 형태로 설치된다. 수소가스가 공기보다 가볍기 때문에 하측에서 누설되는 경우 상측으로 이동하게 되므로, 대전부(300)의 양 측부와 상측부에서 수소가스가 대전부(300) 바깥으로 새어나가지 않도록 최대한 시험챔버(100)와의 간격을 줄여야 하며, 이를 위해 대전부(300)와 시험챔버(100)가 맞닿게 설치하는 것이 바람직하나, 대전부(300)에서 시험챔버(100)로 정전기가 흐르지 않도록 대전방지장치를 구비할 수 있다. 또한, 대전부(300)의 하측부는 수소가스가 대전부(300) 안쪽에서 누설되는 경우, 내부에 있던 공기가 대전부(300) 바깥으로 나와 대전부(300) 내부가 일정한 압력으로 유지되도록 시험챔버(100)와 일정간격 이격되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 대전부(300)는 실제 화재현장을 모사하기 위해, 부도체인 천막 재질일 수 있으며, 유연성이 있어 마찰 시 접촉면적을 늘릴 수 있는 재질일 수 있다. 대전부(300)가 방염천막인 경우 방염천막에 쉽게 불이 붙지 않기 때문에, 수소가스가 점화되어 화재가 어느 정도 유지되기 위해서는 방염천막 전체적으로 PP노끈 등과 같은 화재전파매개체를 추가로 구비할 수 있다. 대전부(300)가 불이 붙을 수 있는 일반 천막인 경우, 수소화재가 발생하면 천막에 불이 붙어 천막이 손상될 수 있으나, 수소화재를 육안으로 쉽게 확인가능하다는 장점이 있다.
실제 화재현장에서와 같이, 천막과 공병 사이의 마찰을 일으켜 천막에 정전기가 축적할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 대전부(300)에 접촉되어 대전부(300)에 정전기를 축적시키기 위해 정전기발생기(400)를 별도로 설치하였으며, 정전기발생기(400)는 반데그라프 발전기일 수 있다. 정전기발생기(400)는 수소공급노즐부(200)를 향하고 있는 대전부(300)의 일면에 접촉되어 정전기를 축적시키는 것이 바람직하고, 이를 위해 대전부(300)의 안쪽에 위치할 수 있다.
정전기발생기(400)는 대전부(300)와 접촉하여 대전부(300)에 정전기를 축적시킨다. 대전부(300)가 부도체이기 때문에 정전기발생기(400)와 접촉된 부분과 그렇지 않은 부분 사이에 정전기 축적의 정도가 차이가 있을 수 있어, 대전부(300) 전체에 일정하게 정전기를 축적시키는 경우, 복수개의 정전기발생기(400)를 대전부(300)에 골고루 분포시키거나, 구리선과 같은 도체를 대전부(300)에 골고루 배치하고 이를 정전기발생기(400)와 연결할 수 있다. 정전기발생기(400)에 의해 대전부(300)에 축적되는 정전기량을 늘려가면서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다.
정전기에 의한 수소화재는 정전기 전위량이 어느 수준을 넘어서면 반드시 발생하는 확정 현상이 아니고 확률로 나타나는 현상이다. 따라서 화재를 재현하기 위해 대상물체에서 인위적인 정전기 불꽃을 만들어내는 것은 용이하지 않다. 특히 천막에 정전기 전위가 충분히 축적되어 있다 하더라도 대전전하 및 전위가 불균등하게 분포하여 이로부터 정전기 불꽃을 만들어내는 것은 매우 어렵다. 또한 천막이 부도체 이므로 천막에 축적된 대전전하가 효과적으로 방전되지 않기 때문에, 정전기에 의한 수소화재 발생을 용이하게 하기 위해 접지부 및 방전집중부를 구비할 수 있다.
대전부(300)와 접지된 부분 사이에 정전기에 의한 불꽃방전(spark discharge)이 일어나도록, 접지부(410)를 구비하고, 수소공급노즐부(200)에 접지를 시킬 수 있다. 구체적으로, 수소가스가 누설되는 부분에서 정전기에 의한 불꽃방전이 일어나면 수소화재가 발생할 확률이 높기 때문에 이를 확인하고자 수소공급노즐부(200)를 접지된 상태로 구성할 수 있다.
또한, 수소가스가 누설되어 대전부(300) 안쪽에서 모여 점화가 가능한 수소농도로 공기와 혼합되었을 때 불꽃방전이 일어나 수소화재가 발생할 수 있는지 확인하기 위해 수소가스가 모이는 대전부(300) 상측에 접지부(410)를 구비할 수 있다. 접지부(410)는 불꽃방전이 용이하게 일어날 수 있도록 도체 재질로 형성될 수 있다.
도 2에서 보듯이, 수소공급노즐부(200)를 대전부(300)의 하측에 구비하여 누설되는 수소가스유량에 따라 누설부위에서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하고, 접지부(410)를 대전부(300)의 상측에 구비하여 누설된 수소가스가 모여 수소가스농도에 따라 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다. 접지부(410)가 위치한 부분에 수소가스농도 측정기를 구비하여, 수소가스농도에 따라 정전기에 의한 수소화재가 발생할 수 있는지 여부를 확인할 수 있다.
접지된 도체 부분이 대전부(300)에 대하여 길게 노출되어 않도록 하는 것이 바람직하다, 정전기에 의한 불꽃방전이 효과적으로 일어나는 곳을 한정하여 수소화재 발생확인을 용이하게 할 수 있고, 그 위치를 사용자가 원하는 곳으로 변경할 수 있기 때문이다. 이를 위해, 시험챔버(100) 내에서 도체 재질인 수소공급노즐부(200)와 접지부(410)의 끝단부만 노출되고 나머지 부분은 외부로 노출되지 않도록 정전기방지 필름이나 보호재 등으로 감쌀 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이 구성된 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 작동관계를 살펴보면 아래와 같다.
먼저, 플랜트 시설 내의 시험챔버(100) 내 온도와 습도 조건을 화재현장과 유사한 조건으로 설정한다. 특히, 습도는 정전기 발생에 큰 영향을 미치기 때문에, 습도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다.
다음으로, 수소공급노즐부(200)를 통해 수소저장장치(220)로부터 일정량의 수소가스를 시험챔버(100) 내부로 공급한다. 공급되는 수소가스의 유량은 실제 화재현장에서 수소가스가 누설되는 양으로 볼 수 있고, 수소가스 유량을 점점 증가시키면서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다.
공급되는 수소가스의 양이 일정량 이상이 되면, 누설부분에서 정전기에 의한 불꽃방전에 의해 외부 공기와 혼합된 수소가스가 점화가 되고 화염이 지속되는 경우가 있다. 시험에 앞서, 수소공급노즐부(200)를 통해 방출되는 수소가스의 유량을 늘려가면서 수소가스가 누설되는 부분에 불꽃을 일으켜 수소가 착화되는 최소 수소가스유량을 확인하여, 최소 수소가스유량을 시작으로 수소가스를 시험챔버(100) 내부로 공급할 수도 있다.
다음으로, 정전기발생기(400)를 이용하여 대전부(300)에 축적되는 정전기를 증가시킨다. 이때, 대전부(300)의 정전기 전위를 정전기량 측정기(110)를 통해 측정할 수 있다. 대전부(300)의 여러 부분을 측정하여 대전부(300)가 전체적으로 고르게 정전기가 축적되었는지를 확인할 수 있다. 정전기에 의한 불꽃방전이 일어날 확률이 높은 수소공급노즐부(200) 및 접지부(410)에 수평하게 대응되는 대전부(300)의 정전기량을 주로 측정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 대전부(300)에 축적된 정전기가 불꽃방전되면서 수소화재가 발생하는지 여부를 열화상카메라(120)를 통해 확인한다. 이때, 수소화재가 발생하는 정전기 전위 역시 확인한다. 수소가스 유량 및 정전기 전위는 데이터 획득 장치에 의해 자동으로 측정 및 저장될 수 있다.
이를 통해, 정전기 전위와 수소가스노즐부(200)에서의 수소가스 유량 또는 정전기 전위와 접지부(410)에서의 수소가스 농도에 따라 정전기에 의해 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다.
대전부(300)와 접지된 접지부(410) 또는 수소가스노즐부(200)는 일정간격 이격되어 있는데, 이격된 간격이 크면 정전기에 의한 방전이 일어나기 어렵고, 이격된 간격에 따라 정전기에 의한 방전 여부가 달라질 수 있다. 따라서, 대전부(300)가 접지부(410) 또는 수소가스노즐부(200) 사이의 간격을 변화시키면서 시험할 필요가 있다. 이를 위해, 도 3에서 보듯이, 대전부(300)의 상부에 대전부(300)를 이동시킬 수 있는 간격변동장치(340)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 레일과 휠 등을 이용할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 구성된 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치를 통해 수소공급노즐부(200)를 대전부(300)의 하측에 구비하여 누설되는 수소가스유량에 따라 누설부위에서 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하고, 접지부(410)를 대전부(300)의 상측에 구비하여 누설된 수소가스가 모여 수소가스농도에 따라 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인할 수 있다. 여기에 추가로, 하측의 수소공급노즐보(200)에서 상측의 접지부(410)로 수소가스가 확산되면서 이 확산되는 부분에서도 정전기에 의한 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하기 위해, 접지부(410)와 수소공급노즐부(200) 사이에 도체 재질인 추가접지부(420)를 더 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5에서 왼쪽 도면은 대전부의 배면도를 나타내고, 오른쪽 도면은 대전부의 측면도를 나타낸다.
도 4에서 보듯이, 추가접지부(420)는 접지부(410)와 수소공급노즐부(200) 중간에 위치하는 것이 바람직하며, 추가접지부(410)가 위치한 부분에 수소가스농도 측정기를 구비하여 수소가스농도를 측정할 수 있다. 또한, 접지부(410)와 마찬가지로, 추가접지부(420)는 접지된 상태이며, 시험챔버(100) 내에서 도체 재질인 추가접지부(410)의 끝단부만 노출되고 나머지 부분은 외부로 노출되지 않도록 정전기방지 필름이나 보호재 등으로 감쌀 수 있다.
실제 화재현장의 천막과 같은 대전부(300)는 부도체이기 때문에 그 표면에서 정전기 축적의 정도가 불균일할 수 있으며, 이는 정전기에 의한 불꽃방전이 발생여부 및 발생 위치에 영향을 미칠 수 있다. 이와 같이 대전부(300)에 정전기 축적이 불균일하게 이루어지는 것을 시험장치에 반영할 수 있도록, 대전부(300)를 접지부(410), 추가접지부(420), 수소공급노즐부(200)에 대응되도록 각각 제1대전부(310), 제2대전부(320), 제3대전부(330)로 분리하여 구성할 수 있다. 이와 같이 대전부(300)는 3개로 분리할 수 있고, 필요에 따라 2개로 또는 4개 이상으로 분리하여 구성할 수도 있다. 도 4에서 보듯이, 제1대전부(310), 제2대전부(320), 제3대전부(330)의 중심부가 접지부(410), 추가접지부(420), 수소공급노즐부(200)에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다.
제1대전부(310), 제2대전부(320), 제3대전부(330)는 서로 맞닿지 않도록 하며, 수소가스가 각각의 사이로 새어나오지 않도록 최대한 가까이 위치하는 것이 좋다. 수소가스가 각각의 사이로 새어나오는 것을 막기 위해 제1대전부(310)의 하단부가 제2대전부(320)의 상단부보다 아래에 위치하고, 제2대전부(320)의 하단부가 제3대전부(330)의 상단부보다 아래에 위치하도록 계단형태로 배치하여, 하부에서 배출되는 수소가스가 상부로 이동하면서 대전부 바깥으로 새어나오지 못하도록 할 수 있다.
또한, 정전기발생기(400)는 제1대전부(310), 제2대전부(320), 제3대전부(330)의 일면에 각각 접촉되어 정전기를 서로 다르게 축적시킬 수 있도록 복수개로 구성될 수 있다.
실제 화재현장의 천막과 같은 대전부(300)는 부도체이기 때문에 대전부(300)에 정전기가 축적되었다 하더라도 축적된 정전기가 접지부나 수소공급노즐부와 같은 도체와 효과적으로 방전되기 어려울 수 있다. 정전기에 의한 불꽃방전이 효과적으로 일어날 수 있도록, 대전부(300)의 안쪽 일면에 복수개의 금속선을 부착하여 구성할 수 있다. 대전부(300)에 부착되므로 가는 금속선을 이용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 도 5에서 보듯이, 제1대전부(310)에는 수소공급노즐부(200)가 있는 쪽의 일면에 접지부(410)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제1금속선(510)이 부착될 수 있다. 또한, 접지부(410)와 불꽃방전을 효과적으로 일으키기 위해 추가로 복수개의 제1금속선(510)이 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 접지부(410)를 향하여 돌출되는 금속재질의 제1방전집중부(540)를 구비할 수 있다.
위와 같은 구성은 제2대전부(320) 및 제3대전부(330)에도 동일하게 구비될수 있다. 즉, 제2대전부(320)에는 수소공급노즐부(200)가 있는 쪽의 일면에 추가접지부(420)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제2금속선(520)이 부착될 수 있고, 복수개의 제2금속선(520)이 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 추가접지부(420)를 향하여 돌출되는 금속재질의 제2방전집중부(550)를 구비할 수 있다. 또한, 제3대전부(330)에는 수소공급노즐부(200)가 있는 쪽의 일면에 수소공급노즐부(200)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제3금속선(530)이 부착될 수 있고, 복수개의 제3금속선(530)이 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 수소공급노즐부(200)를 향하여 돌출되는 금속재질의 제3방전집중부(560)를 구비할 수 있다.
제1금속선(510) 내지 제3금속선(530)은 각각 제1대전부(310) 내지 제3대전부(330)의 표면에 균일하게 분포되도록 방사형태가 아닌 다른 형태로 형성될 수도 있다.
정전기에 의한 수소화재 발생 시험 도중 문제가 생기는 경우 수소화재를 막기 위해 수소공급배관에 설치된 차단밸브를 닫아 공급되는 수소를 차단할 수 있다.
또한, 대전부(300)에 축적된 정전기를 없애기 위해 정전기방출장치를 구비할 수 있다. 구체적으로, 제1금속선(510) 내지 제3금속선(530)은 접지된 도선과 연결될 수 있다. 이때, 제1금속선(510) 내지 제3금속선(530)과 접지된 도선 사이에 스위치를 구비하여, 문제가 생긴 경우에 스위치를 눌러 제1금속선(510) 내지 제3금속선(530)과 접지된 도선 사이를 연결하여, 대전부에 축적된 정전기를 안전하게 방출할 수 있다.
정전기발생기(400)를 통해 대전부(300)에 정전기를 축적시키는 것이 아니라, 실제 화재현장에서와 같이 천막과 공병 사이의 마찰을 일으켜 천막에 정전기가 축적하도록 구성할 수 있다. 그래서, 본 발명의 다른 실시예로, 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치는 수소공급노즐부(200)를 향하는 대전부(300)의 일면에 접촉되어 대전부(300)와의 마찰에 의해 대전부(300)에 정전기를 축적시키는 고정부(600); 대전부(300)를 좌우로 일정간격 반복하여 이동시켜 대전부(300)와 고정부(600) 사이에 마찰을 일으키는 왕복운동장치(500)를 포함할 수 있다.
도 6에서 왼쪽 도면은 시험장치의 평면도를 나타내고, 오른쪽 도면은 시험장치의 정면도를 나타낸다.
도 6에서 보듯이, 고정부(600)는 금속재질의 공병 등과 같이 대전부(300)와의 마찰에 의해 정전기가 발생할 수 있는 물체이다. 또한, 왕복운동장치(500)는 시험챔버(100)의 상측에 설치되고, 아래에 대전부(300)를 매달아, 대전부(300)를 좌우로 왕복운동시킬 수 있는 장치이다. 예를 들어, 레일과 모터를 포함한 휠을 이용할 수 있다.
도 6에서 보듯이, 대전부(300)에는 일면에 상기 대전부(300)의 중심부를 중심으로 방사형태로 일정각도 이격된 적어도 6개 이상의 금속선(700)이 부착될 수 있다. 이때, 중심부에서 복수개의 금속선(700)이 서로 만나지 않도록 배치하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 대전부(300)가 불균일하게 대전되는 경우, 각 금속선(700)들을 중심으로 구획된 부분은 금속선에 의해 균일하게 대전될 수 있으며, 수소화재가 발생한 구획 부분에서 정전기 발생이 많이 일어나고, 정전기에 의한 수소화재에 취약한 부분임을 쉽게 확인할 수 있어, 수소화재 예방책을 세우는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 대전부(300) 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치의 대전부(300) 및 세부구성인 제1대전부(310) 내지 제3대전부(330)에도 적용될 수 있다. 금속선(700)은 대전부(300)의 표면에 균일하게 분포되어 있으면 방사형태가 아닌 다른 형태로 형성될 수도 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
또한, 각 실시예에 기재된 특징적 기술 구성은 다른 실시예에 적용할 수 있음은 물론이다.
100 : 시험챔버 110 : 정전기량 측정기
120 : 열화상카메라 200 : 수소공급노즐부
210 : 수소공급배관 220 : 수소저장장치
300 : 대전부 310 : 제1대전부
320 : 제2대전부 330 : 제3대전부
340 :　간격변동장치 400 : 정전기발생기
500 : 왕복운동장치 510 : 제1금속선
520 :　제2금속선 530 : 제3금속선
540 : 제1방전집중부 550 : 제2방전집중부
560 : 제3방전집중부 600 : 고정부
700 : 금속선

Claims (4)

  1. 플랜트 시설 내의 시험챔버(100);
    상기 시험챔버 외부에 위치하는 수소저장장치(220);
    일단은 상기 수소저장장치(220)와 연결되고, 타단은 상기 시험챔버(100) 내부의 일측에 위치하여 수소가스를 배출하는 수소공급노즐부(200)와 연결되어, 상기 수소저장장치(220)의 수소가스를 상기 시험챔버(100) 내부로 공급하는 수소공급배관(210);
    상기 수소공급노즐부(200)와 일정간격 이격되며, 수소가스가 상기 시험챔버(100)의 일측에만 분포하도록 상기 시험챔버(100) 내부 단면을 막는 부도체 재질인 대전부(300);
    상기 수소공급노즐부(200)를 향하는 상기 대전부(300)의 일면에 접촉되어 정전기를 축적시키는 정전기발생기(400);
    상기 수소공급노즐부(200)에서 수직 상부로 일정간격 이격되어 위치한 도체 재질인 접지부(410);
    상기 접지부(410)와 상기 수소공급노즐부(200) 사이에 배치되는 도체 재질인 추가접지부(420);
    상기 수소공급노즐부(200), 접지부(410) 및 상기 추가접지부(420)에 수평하게 대응되는 상기 대전부(300)의 정전기량을 측정하는 정전기량 측정기(110); 및
    정전기에 의해 수소화재가 발생하는지 여부를 확인하는 열화상카메라(120);를 포함하되,
    상기 수소공급노즐부(200), 접지부(410) 및 추가접지부(420)는 접지 상태이며, 상기 시험챔버(100) 내에 도체 재질인 끝단부만 외부로 노출되고 나머지 부분은 외부로 노출되지 않도록 필름으로 쌓여지며,
    상기 대전부(300)는 상기 접지부(410), 추가접지부(420), 수소공급노즐부(200)에 대응되도록 각각 제1대전부(310), 제2대전부(320) 및 제3대전부(330)으로 분리되어 구성되고,
    상기 정전기발생기(400)는 상기 제1대전부(310), 제2대전부(320) 및 제3대전부(330)의 일면에 각각 접촉되어 정전기를 서로 다르게 축적시킬 수 있도록 복수개로 구성되고,
    상기 제1대전부(310)는 일면에 상기 접지부(410)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제1금속선(510)이 부착되며
    상기 제2대전부(320)는 일면에 상기 추가접지부(420)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제2금속선(520)이 부착되며,
    상기 제3대전부(330)는 일면에 상기 수소공급노즐부(200)에 대응되는 위치를 중심으로 방사형태로 복수개의 제3금속선(530)이 부착되는 것을 특징으로 하는 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1금속선(510)은 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 상기 접지부(410)를 향하여 돌출되는 제1방전집중부(540)를 구비하며,
    상기 복수개의 제2금속선(520)은 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 상기 추가접지부(420)를 향하여 돌출되는 제2방전집중부(550)를 구비하며,
    상기 복수개의 제3금속선(530)은 서로 만나는 중심부분에서 일정길이만큼 상기 수소공급노즐부(200)를 향하여 돌출되는 제3방전집중부(560)를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속선(510)은 중심부에서 서로 만나지 않도록 배치되고, 제1대전부(310)의 일면에 적어도 6개 이상의 제1금속선(510)이 부착되며,
    상기 제2금속선(520)은 중심부에서 서로 만나지 않도록 배치되고, 제2대전부(320)의 일면에 적어도 6개 이상의 제2금속선(520)이 부착되며,
    상기 제3금속선(530)은 중심부에서 서로 만나지 않도록 배치되고, 제3대전부(330)의 일면에 적어도 6개 이상의 제3금속선(530)이 부착되는 것을 특징으로 하는 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 대전부(300)의 상부에 상기 대전부(300)를 이동시켜 상기 대전부(300)와 상기 수소공급노즐부(200) 사이의 간격을 변화시킬 수 있는 간격변동장치(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트 시설 내에서 정전기에 의한 수소화재 시험장치.
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