KR102333495B1 - 수소저장용기의 파열시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소저장용기의 파열시험장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수소저장용기의 파열시험과정에서 수압에 의해 시험압력이 인가됨에 따라 파열검사 시 안전사고를 예방할 수 있도록 하고, 파열시험과정이 프로그램에 의해 자동으로운용되어 시험의 안전성과 신속성을 향상시킬 수 있도록 하는수소저장용기의 파열시험장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 펌프에 압력을 인가하기 위한 에어를 공급하는 에어공급부; 시험압력을 인가하기 위한 물을 저장하는 물탱크; 에어공급부로부터 압력을 인가받아 물탱크로부터 유입된 물을 시험압력에 따라 저압상태, 중압상태, 고압상태로 조절하여 수소저장용기로 공급하는 펌프; 펌프에서 공급된 물이 내부로 유입되고, 수압에 의해 시험압력이 인가되어 시험압력에 의해 파열검사가 수행되는 수소저장용기; 에어공급부, 물탱크, 수소저장용기를 포함하는 구성과 각 구성을 관로로 연결한 상태가 그래픽 방식으로 표시되며, 각 구성의 작동상태를 제어하고 모니터링할 수 있는 운용프로그램이 설치되는 컨트롤러를 포함하는 수소저장용기의 파열시험장치를 포함한다.

Description

수소저장용기의 파열시험장치{Burst test device for hydrogen storage container}
본 발명은 수소저장용기의 파열시험장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수소저장용기의 파열시험과정에서 수압에 의해 시험압력이 인가됨에 따라 파열검사 시 안전사고를 예방할 수 있도록 하고, 파열시험과정이 프로그램에 의해 자동으로운용되어 시험의 안전성과 신속성을 향상시킬 수 있도록 하는수소저장용기의 파열시험장치에 관한 것이다.
수소는 CNG(압축천연가스)에 비해 3배 이상 높은 압력의 초고압 용기에 수용되어 수소를 수용하고 있는 용기에 파열 사고 발생 시 화재, 가스누출, 폭발과 같은 대형 인명피해가 발생할 수 있는 가능성이 높다.
특히, 수소는 CNG 보다 상대적으로 높은 압력의 초고압 용기에 수용되고, 무색, 무취 가스로 인해 누출 시 탐지가 어렵고, 소량의 누출만으로도 대형사고로 이어질 수 있는 문제가 있어 정기적인 내압용기검사가 이루어져야만 한다.
내압용기검사 중 하나인 파열검사가 실시되기 위해서는 내압용기 내부에 물을 충전한 후 내압용기 내부에 압력을 가해 정해진 압력범위에서 파열이 되어야만 파열 시험을 통과하게 된다.
선행기술문헌 : KR 등록특허공보 제10-1655837호(2016.9.8.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수소저장용기의 파열검사 시 안전사고를 예방하고, 파열시험과정이 프로그램에 의해 자동으로운용되어 시험의 안전성과 신속성을 향상시킬 수 있도록 하는 수소저장용기의 파열시험장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 수소저장용기의 파열시험장치는 펌프에 압력을 인가하기 위한 에어를 공급하는 에어공급부; 시험압력을 인가하기 위한 물을 저장하는 물탱크; 에어공급부로부터 압력을 인가받아 물탱크로부터 유입된 물을 시험압력에 따라 저압상태, 중압상태, 고압상태로 조절하여 시험챔버로 공급하는 펌프; 펌프에서 공급된 물이 내부로 유입되고, 수압에 의해 시험압력이 인가되어 시험압력에 의해 파열검사가 수행되는 시험챔버; 에어공급부, 물탱크, 시험챔버를 포함하는 구성과 각 구성을 관로로 연결한 상태가 그래픽 방식으로 표시되며, 각 구성의 작동상태를 제어하고 모니터링할 수 있는 운용프로그램이 설치되는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한, 펌프는 물탱크에 저장된 물을 공급받아 저압상태로 형성하여 시험챔버에 공급하는 저압펌프, 중압상태로 형성하여 시험챔버에 물을 공급하는 중압펌프, 고압상태로 형성하여 시험챔버에 물을 공급하는 고압펌프를 포함하여 구성되고, 상기 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프는 병렬구조로 배치되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 컨트롤러는 시험챔버에 인가할 시험압력에 따라 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프 중 어느 하나를 개별선택하여 선택된 어느 하나의 펌프를 단독운용시키는 기능, 저압펌프에서 중압펌프로, 중압펌프에서 고압펌프로 전환되는 기준압이 미리 설정되고, 기 설정된 기준압에 따라 펌프가 자동전환되어 운용시키는 기능, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프 중 적어도 둘 이상을 동시구동시켜 운용시키는 기능을 포함하며, 상기 컨트롤러의 제어신호에 의해 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프가 선택적으로 가동되어 시험챔버에 시험압력이 인가되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 수소저장용기의 파열검사를 실시하기 위해, 시험챔버에 수압에 의한 시험압력이 인가됨에 따라 파열검사 시 안전사고를 예방할 수 있도록 하고, 파열시험과정이 프로그램에 의해 자동으로운용되어 시험의 안전성과 신속성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소저장용기의 파열시험장치의 유압회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소저장용기의 파열시험장치의 운용프로그램을 도시한 도면,
도 3 내지 도 4는 운용프로그램의 시험 조건을 입력하기 위한 입력창을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소저장용기의 파열시험장치의 유압회로도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소저장용기의 파열시험장치의 운용프로그램을 도시한 도면이며, 도 3 내지 도 4는 운용프로그램의 시험 조건을 입력하기 위한 입력창을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소저장용기의 파열시험장치(100)는 에어공급부(10), 물탱크(20), 펌프(30), 시험챔버(40), 컨트롤러(50), 운용프로그램(60), 및 제어패널(70)을 포함하여 구성된다.
에어공급부(10)는 펌프(30)의 구동을 위해 펌프(30)에 압력을 인가하기 위한 에어를 공급한다.
물탱크(20)는 시험압력을 인가하기 위한 물을 저장한다. 물탱크(20)에는 저장된 물의 높이를 측정하기 위한 수위계측기(22)가 구비된다.
펌프(30)는 에어공급부(10)로부터 압력을 인가받아 물탱크(20)로부터 유입된 물을 시험압력에 따라 저압상태, 중압상태, 고압상태로 조절하여 시험챔버(40)로 공급한다.
구체적으로, 펌프(30)는 물탱크(20)에 저장된 물을 공급받아 저압상태로 형성하여 공급하는 저압펌프(32), 중압상태로 형성하여 물을 공급하는 중압펌프(34), 고압상태로 형성하여 물을 공급하는 고압펌프(36)를 포함하여 구성된다.
에어공급부(10)와 펌프(30) 사이에는 펌프(30)에 공급되는 공기의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터(14)가 구비된다. 상기 압력 레귤레이터(14)는 전자적으로 가변되는 전자 레귤레이터의 형태로 구비된다.
에어공급부(10)와 펌프(30) 사이에는 펌프(30)에 공급되는 유량을 제어하는 니들밸브(12)가 구비되어 에어유량에 따라 펌프(30)의 구동속도가 변화되어 구동된다.
상기 압력 레귤레이터(14)와 니들밸브(12)는 저압펌프(32), 중압펌프(34), 고압펌프(36)에 각 하나씩 연결되어 각 펌프의 압력과 유량을 제어한다.
펌프(30)와 시험챔버(40) 사이에는 펌프로부터 토출되는 압력을 센싱하기 위한 압력센서(38)가 구비된다.
시험챔버(40)는 펌프(30)에서 공급된 물이 내부로 유입되고, 수압에 의해 시험압력이 인가되어 시험압력에 의해 파열여부, 파열위치, 및 파열시점의 압력값을 검사한다.
컨트롤러(50)는 에어공급부(10), 물탱크(20), 펌프(30), 시험챔버(40)를 포함하는 구성과 각 구성을 관로로 연결한 상태가 그래픽 방식으로 표시되며, 각 구성의 작동상태를 제어하고 모니터링할 수 있는 운용프로그램(60)이 설치된다.
운용프로그램(60)에는 파열시험이 수행되는 시험챔버의 식별정보, 시험압력, 각 펌프의 압력 상승 속도 조절값, 각 펌프의 최대압력값을 포함하는 시험조건을 설정하는 기능이 포함된다.
운용프로그램(60)은 파열시험이 이루어지는 시험챔버의 식별정보, 목표 시험압력, 시험경과시간, 시험진행과정에서의 압력, 최대압력을 표시하는 시험정보표시부(64)가 구비된다.
운용프로그램(60)은 시험진행과정을 나타내기 위해 시간에 따른 압력 및 온도 추이를 그래프를 포함하는 시각화된 자료로 나타낸 상태추이제공부(62)가 구비되고, 상태추이제공부(62)를 통해 시간에 따른 압력 및 온도 변화를 모니터링할 수 있도록 한다.
운용프로그램(60)에는 각 펌프에 공급되는 에어의 압력 상승 속도를 조절할 수 있는 승압속도조절부(68)가 구비된다.
운용프로그램(60)은 시험압력에 따라 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프를 개별선택하여 저압펌프(32), 중압펌프(34), 고압펌프(36) 중 선택된 어느 하나를 단독운용하는 기능, 저압펌프(32)에서 중압펌프(34)로, 중압펌프(34)에서 고압펌프(36)로 전환되는 기준압을 입력처리하면 전환되는 기준압에 따라 자동으로 펌프를 전환시켜 가동하는 기능, 저압펌프(32), 중압펌프(34), 고압펌프(36) 중 적어도 둘 이상을 동시구동시켜 시험챔버(40)에 시험압력을 인가하는 기능을 포함한다.
구체적으로, 시험챔버(40)에 특정 압력을 가하여 순간 고압에 의한 파열 시험이 요구되는 경우에는 시험압력을 입력하면 입력된 값에 따라 자동으로 펌프가 개별 선택되어 단독운용된다. 또한, 시험압력에 도달하기 위해 단계별로 승압시켜 파열 시험이 진행되는 경우에는 저압펌프(32)에서 중압펌프(34)로 전환되는 기준압, 중압펌프(34)에서 고압펌프(36)로 전환되는 기준압에 따라 펌프가 전환되어 물의 압력을 조절하여 시험챔버(40)에 시험압력을 인가한다.
일례로, 저압펌프에서 중압펌프로 전환되는 기준압이 800bar로 입력되고, 중압펌프에서 고압펌프로 전환되는 기준압이 1500bar로 입력된 경우에는 시험압력이 인가되는 초기시점에는 저압펌프를 가동시켜 시험압력에 시험압력을 인가하다가 시험챔버에 인가되는 압력이 800bar에 도달하는 시점에서는 저압펌프의 구동을 중지하고, 중압펌프로 전환시켜 중압펌프를 가동시키도록 한다. 이후, 시험압력에 인가되는 압력이 1500bar에 도달하는 시점에서는 중압펌프의 구동을 중지하고, 중압펌프에서 고압펌프로 전환시켜 고압펌프를 가동시키도록 한다.
운용프로그램(60)은 기 설정시간 동안 기 설정된 압력변화량이 충족되지 않는 경우에는 디스플레이에 "시험압력 누출 에러" 이라는 알람을 띄우도록 한다.
운용프로그램(60)은 시험챔버(40)에 인가되는 압력이 기 설정압력 이상인 경우에는 설정된 시험압력을 초과하였음을 알리는 알람을 출력하도록 한다.
운용프로그램(60)은 압력 레귤레이터(14)에 제어신호를 전송하기 위한 제어신호입력값을 입력할 수 있도록 한다. 구체적으로, 운용프로그램(70)은 물탱크(20 저장된 물이 저압상태, 중압상태, 고압상태로 형성하기 위해 펌프로 공급되는 압력 을 제어하기 위한 입력창이 구비되고, 상기 입력창에는 각 펌프에 인가되는 최대압력, 시간 당 압력상승값을 입력할 수 있는 입력창이 구비되어 펌프에 공급되는 압력을 조절할 수 있도록 한다.
상기 압력 레귤레이터(14)는 각 저압펌프(32), 중압펌프(34), 고압펌프(36)를 개별적으로 조절하기 위해 각 펌프(30) 마다 하나씩 구비되고, 운용프로그램(60)을 통해 압력 레귤레이터에 제어신호를 전송하기 위한 입력값을 입력처리하면 입력된 값에 따라 각 펌프에 압력이 인가된다.
제어패널(70)은 컨트롤러(50)와 유무선통신으로 연결되고, 장치의 수동조작 기능을 제공한다. 구체적으로, 제어패널(70)은 파열시험장치의 전원을 온 또는 오프하는 기능, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프의 전원을 온 또는 오프하는 기능, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프 프로세스 라인에 인가되는 압력을 해지하는 기능, 운용하고자 하는 장치를 선택하는 기능, 비상 시 장치의 작동을 제어하는 기능, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프의 구동을 위해 공급되는 시험압력을 표시하는 시험압력게이지, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프의 압력을 수동으로 제어하는 수동압력레귤레이터, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프에 공급되는 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프를 거쳐 토출되는 압력을 표시하는 압력 게이지, 저압펌프, 중압펌프 프로세스 라인의 압력을 차단하는 수동밸브, 고압펌프 프로세스 라인의 압력을 차단하는 수동밸브, 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프 프로세스 라인에 인가된 압력을 해지하는 수동밸브가 구비된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수소저장용기의 파열시험장치를 이용하여 수소저장용기의 파열을 시험하기 위한 방식은 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 수소저장용기의 파열시험장치에서 분리된 상태에 있는 시험챔버(40)에 물을 채우고, 시험챔버(40) 내부에 체류하고 있는 공기를 충분히 배출시킨다. 이후, 본 발명에 따른 수소저장용기의 파열시험장치와 시험챔버를 커플링을 포함한 체결장치를 이용하여 체결한다.
다음, 수위계측기(22)를 이용하여 물탱크(20)에 수용된 물의 수위가 적정 수위 이상인지 확인한다.
물탱크(20)에 수용된 물을 펌프(30)로 유동시키기 위해 제어패널(70)의 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프의 속도 제어밸브를 열린 상태로 조절하고, 중압펌프, 고압펌프 프로세스 라인의 압력을 차단하는 밸브를 열린상태로 조절한다.
만약, 자동으로 운용하고자 할 경우에는 컨트롤러(100) 운용프로그램(110)의 시험조건 설정 기능에 의해 시험조건을 설정하고, 자동운용모드를 선택하면 설정된 시험조건에 따라 펌프(30)로부터 시험챔버(40)에 시험압력이 인가된다.
운용프로그램(110)에는 최소파열압력이 미리 설정되고, 기 설정된 최소파열압력에 도달하기 위해 가압되는 승압속도를 단계별로 조절하여 시험챔버에 시험압력을 인가한다.
이때, 펌프(40)에서 유출되어 시험챔버(40)에 유입되는 물의 압력은 압력 레귤레이터(14)를 통해 조절되어 시험챔버(40)에 시험압력이 인가된다.
상기 설정된 시험조건에 따라 자동운용되며, 시험압력이 인가되어 실제 파열이 이루어진 후 기 설정된 시간이 경과하면 장치의 작동이 자동종료된다.
만약, 수동으로 운용하고자 할 경우에는 작동하고자 하는 펌프를 온(ON) 상태로 두고, 압력 레귤레이터(14) 제어입력창에 시험압력을 입력하고, 압력센서에 의해 인가된 시험압력을 측정한다.
인가된 시험압력 해제시에는 제어패널(70)에 펌프의 작동을 제어하는 스위치를 오프(OFF) 상태로 전환하고, 엑츄에이터 밸브를 개방하거나 드레인밸브를 개방한다.
컨트롤러(50)는 시험챔버(40)에 시험압력이 인가되어 실제 파열이 이루어진 파열압력이 기 설정된 최소파열압력 이상이고, 기 설정된 응력비 조건을 만족하는 경우 적합으로 판단한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 - 에어공급부 20 - 물탱크
30 - 펌프 32 - 저압펌프
34 - 중압펌프 36 - 고압펌프
40 - 시험챔버 50 - 컨트롤러
60 - 제어패널 70 - 운용프로그램
100 수소저장용기의 파열시험장치

Claims (3)

  1. 펌프에 압력을 인가하기 위한 에어를 공급하는 에어공급부;
    시험압력을 인가하기 위한 물을 저장하는 물탱크;
    에어공급부로부터 압력을 인가받아 물탱크로부터 유입된 물을 시험압력에 따라 저압상태, 중압상태, 고압상태로 조절하여 시험챔버로 공급하는 펌프;
    펌프에서 공급된 물이 내부로 유입되고, 수압에 의해 시험압력이 인가되어 시험압력에 의해 파열검사가 수행되는 시험챔버;
    에어공급부, 물탱크, 시험챔버를 포함하는 구성과 각 구성을 관로로 연결한 상태가 그래픽 방식으로 표시되며, 각 구성의 작동상태를 제어하고 모니터링할 수 있는 운용프로그램이 설치되는 컨트롤러;
    운용프로그램을 통해 제어신호를 전송하기 위한 입력값이 처리되면 입력값에 따라 각 펌프에 인가되는 압력을 조절하는 압력레귤레이터;
    에어공급부와 펌프 사이에는 펌프에 공급되는 유량을 제어하고 에어유량에 따라 펌프의 구동속도가 변화되어 구동되는 니들밸브;
    를 포함하고,
    압력 레귤레이터와 니들밸브는 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프에 각 하나씩 연결되어 각 펌프의 압력과 유량을 제어하는 것
    을 포함하며,
    펌프는
    물탱크에 저장된 물을 공급받아 저압상태로 형성하여 시험챔버에 공급하는 저압펌프, 중압상태로 형성하여 시험챔버에 물을 공급하는 중압펌프, 고압상태로 형성하여 시험챔버에 물을 공급하는 고압펌프를 포함하여 구성되고,
    저압펌프, 중압펌프, 고압펌프는 병렬구조로 배치되는 것
    을 포함하며,
    컨트롤러는
    시험챔버에 인가할 시험압력에 따라 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프 중 어느 하나를 개별선택하여 선택된 어느 하나의 펌프를 단독운용시키는 기능,
    저압펌프에서 중압펌프로, 중압펌프에서 고압펌프로 전환되는 기준압이 미리 설정되고, 기 설정된 기준압에 따라 펌프가 자동전환되어 운용시키는 기능,
    저압펌프, 중압펌프, 고압펌프 중 적어도 둘 이상을 동시구동시켜 운용시키는 기능
    을 포함하며,
    컨트롤러의 제어신호에 의해 저압펌프, 중압펌프, 고압펌프가 선택적으로 가동되어 시험챔버에 시험압력이 인가되는 것
    을 포함하고,
    운용프로그램은
    물탱크에 저장된 물이 저압상태, 중압상태, 고압상태로 형성하기 위해 펌프로 공급되는 압력을 제어하기 위한 입력창이 구비되고, 입력창에는 각 펌프에 인가되는 최대압력, 시간 당 압력상승값을 입력할 수 있는 입력창이 구비되어 펌프에 공급되는 압력을 조절하는 기능
    파열시험이 이루어지는 시험챔버의 식별정보, 목표시험압력, 시험경과시간, 시험진행과정 중의 압력 및 최대압력을 표시하는 기능,
    시험진행과정 중 시간에 따른 압력 및 온도 추이를 그래프로 나타내는 기능이 구비되는 것
    을 포함하고,
    컨트롤러 운용프로그램에 시험조건이 설정되면 시험조건에 따라 시험챔버에 시험압력이 인가되는 자동운용모드와, 컨트롤러와 통신으로 연결된 제어패널에 의해 수동으로 운영되는 수동운용모드의 기능이 구비되는 것
    을 포함하는 수소저장용기의 파열시험장치.




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