KR102435103B1 - 화학물질에 의한 폭발 발생시 발생 가능한 연소가스 분석을 위한 모의 폭발 실험 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스가 발생되고, 연소가스가 배출되는 배출구를 갖는 연소부; 연소부와 연통하여, 연소부 내부의 연소 가스를 배출구로 밀어내는 캐리어 가스 주입부; 배출구로부터 이송된 연소가스를 포집하는 연소가스 포집부; 및 연소가스 포집부로부터 소정의 연소가스를 추출하여 연소가스를 분석하는 연소가스 분석장치를 포함하는 모의 폭발 실험 시스템에 관한 것이다.

Description

화학물질에 의한 폭발 발생시 발생 가능한 연소가스 분석을 위한 모의 폭발 실험 시스템{EXPERIMENTAL EXPLOSION TEST SYSTEM FOR ANALYZING COMBUSTION GAS IN FIRE BY CHEMICAL MATERIALS}
본 발명은 화학물질에 의한 폭발 사고시 발생하는 연소가스를 포집하여, 폭발에 의해 발생 가능한 물질을 분석할 수 있는 모의 폭발 실험 시스템에 관한 것이다.
근래에 크고 작은 폭발이 발생하여 많은 재산피해와 인명피해를 주고 있다. 이러한 대형 폭발사고의 발생으로 인하여 소방관련 규제들이 강화되고 있지만, 여전히 실제 폭발 발생시에 발생하는 폭발 특성을 분석하기가 힘들기 때문에 효과적인 폭발예방 및 소방활동에는 한계가 있었다.
한편, 화학물질에 의한 폭발 사고시, 발생한 연소가스들은 즉시 대기로 확산하며 사고 당시의 풍향, 풍속, 기압에 영향을 받아 사고지 인근 거주자들의 호흡기질환이나 농경지까지 영향을 미칠 수 있다.
폭발에서 유래된 물질들은 사람이나 동식물에 유해한 물질들이 포함되어 있으며, 해당 물질들의 위해성은 아직 명확히 규명되지 않았다.
전술한 이유들로 화학물질에 의한 폭발을 모사할 실험장치와 실험방법의 제시가 필요한 상황이지만, 아직 국내에서는 모의 실험 장치와 실험 방법에 대한 연구가 부족하다.
따라서, 폭발에서 유래된 물질들을 측정하고 분석할 수 있는 연구방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같이 화학 물질에 의한 폭발시 발생 가능한 연소가스를 채취할 수 있는 모의 폭발 실험 시스템을 제공함에 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스가 발생되고, 연소가스가 배출되는 배출구를 갖는 연소부; 연소부와 연통하여, 연소부 내부의 연소 가스를 배출구로 밀어내는 캐리어 가스 주입부; 배출구로부터 이송된 연소가스를 포집하는 연소가스 포집부; 및 연소가스 포집부로부터 소정의 연소가스를 추출하여 연소가스를 분석하는 연소가스 분석장치를 포함하는 모의 폭발 실험 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 연소부는, 내부에 알루미나 튜브가 형성된 플로우 퍼니스를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 캐리어 가스는 질소 또는 공기가 될 수 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어 가스 주입부의 캐리어 가스 주입 속도 및 연소가스 분석장치를 제어하고, 연소가스 분석장치의 결과 데이터를 저장하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 연소가스 포집부는, 내부에 각각 서로 다른 용매를 포함하는 복수의 용기를 포함할 수 있으며, 복수의 용기 각각은, 용기를 밀봉하는 마개부를 갖고, 용기와 마개부가 밀봉되는 지점에 추가 실링부가 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 복수의 용기 각각은, 가스가 주입되는 주입관과 가스가 배출되는 배출관을 포함하고, 주입관과 배출관은 마개부를 관통하여 형성되며, 주입관의 말단부는 용매 내부에 위치하고, 배출관의 말단부는 용매의 수면과 마개 사이의 공간에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 용기의 배출관과 다음 용기의 주입관은 테플론 재질의 튜브로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 용매는, 각각 헥산, 메탄올 및 증류수를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 연소가스의 추출은 용매 추출을 통해 이루어지고, 연소가스 분석장치는 가스크로마토그래피 질량분석장치일 수 있다.
또한, 본 발명의 연소가스 분석장치는 가스크로마토그래피 불꽃이온화검출기일 수 있다.
본 발명은 화학물질에 의한 폭발 발생시 발생 가능한 연소가스 분석을 위한 모의 폭발 실험 시스템으로서, 모든 유기화학물질에 대해 실험을 진행할 수 있으며 발생하는 연소가스를 용매 추출하는 모의 폭발 실험 시스템을 제시할 수 있다.
또한, 본 발명의 모의 폭발 실험 시스템을 이용하여, 화학사고 관련 정책에 반영될 수 있는 불완전 연소가스 속 성분에 대한 정보를 제공한다.
또한, 본 발명의 모의 폭발 실험 시스템을 이용하여, 안전하게 실험할 수 있으며 사용자의 목적에 따라 포집된 연소가스를 분석하여 정성분석 또한 가능하다. 또한, 본 발명은 화학사고와 인체 또는 생태계 위해성 사이의 인과관계를 규명하기 위한 자료로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연소부의 사진이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연소부 중 플로우 퍼니스 내부에 형성된 알루미나 튜브를 나타내는 단면이다.
도 4는 본 발명이 일 실시 형태에 따른 연소가스 포집부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템을 이용하여, 연소가스를 분석하는 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템을 이용하여, 연소 가스를 분석한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템(1)과 이를 이용한 연소가스 분석 방법에 대하여 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나, 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템(1)의 구성을 개략적으로 나타내는 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연소부(20)의 사진이며, 도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연소부(20) 중 플로우 퍼니스(21) 내부에 형성된 알루미나 재질의 튜브(22)를 나타내는 단면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 모의 폭발 실험 시스템(1)은 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스가 발생되고, 연소가스가 배출되는 배출구를 갖는 연소부(20), 연소부(20)와 연통하여 연소부(20) 내부의 연소 가스를 배출구로 밀어내는 캐리어 가스 주입부(10), 배출구로부터 이송된 연소가스를 포집하는 연소가스 포집부(40), 및 연소가스 포집부(40)로부터 소정의 연소가스를 추출하여 연소가스를 분석하는 연소가스 분석장치(50)로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템(1)은, 캐리어 가스 주입부(10)의 캐리어 가스 주입 속도 및 연소가스 분석장치(50)를 제어하고, 이러한 연소가스 분석장치(50)의 결과 데이터를 저장하는 제어부(60)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 연소부(20) 내부에 캐리어 가스를 공급할 수 있는 캐리어 가스 주입부(10)가 존재하며, 캐리어 가스 주입부는, 예를 들어, 봄베(bombe)를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에서, 캐리어 가스는 질소 또는 공기를 사용하여, 연소가스에 미치는 영향을 최소화하는 것이 바람직하다.
연소부(20)의 플로우 퍼니스(21, flow furnace)에서 반응이 종료된 연소가스는 도 4에 도시된 연소가스 포집부(40)로 연소가스를 이송시켜 용매에 퍼지하여(Purging), 연소가스를 용매에 녹여 포집한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 플로우 퍼니스(21)에 화학물질인 시료를 주입할 시 알루미나 재질의 튜브(22)에 담는다. 이러한 알루미나 재질의 튜브(22)는 우수한 내약품성(산, 알칼리, 유기물질)과 화학적 침식에 높은 저항성을 가지며, 최대온도 1,750℃까지 사용이 가능하고, 일반 금속보다 내마모성이 15배 내지 20배 높은 성능을 갖는다.
플로우 퍼니스(21) 내부의 연소가스의 농도가 높은 상태에서 누출사고가 발생할 시, 인명 및 재산 피해가 발생할 수 있으므로, 기밀을 유지하도록 매우 주의하여야 한다.
또한, 실험 후 플로우 퍼니스(21)의 내부에 해당하는 알루미나 재질의 튜브(22)는 아세톤으로 세척하여, 차후 실험에서의 오염을 방지하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명이 일 실시 형태에 따른 연소가스 포집부(40)를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플로우 퍼니스(21) 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스는, 플로우 퍼니스(21)와 연결된 테플론 튜브를 통해 포집 용매가 담긴 연소가스 포집부(40)로 이송되며, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연소가스 포집부(40)는, 내부에 각각 서로 다른 용매(44a, 44b, 44c)를 포함하는 복수의 용기(43)를 포함할 수 있으며, 복수의 용기(43) 각각은, 용기(43)를 밀봉하는 마개부(41)를 갖고, 용기(43)와 마개부(41)가 밀봉되는 지점에 추가 실링부(42)가 형성되어 있다. 이러한 마개부(41)는 일반적으로 연소가스와의 반응성이 낮은 고무마개를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 복수의 용기(43) 각각은, 연소 가스가 주입되는 주입관(45)과 포집 이후의 가스가 배출되는 배출관(46)을 포함하고, 주입관(45)과 배출관(46)은 마개부(41)를 관통하여 형성되며, 주입관(45)의 말단부(45a)는 용매 내부에 위치하고, 배출관(46)의 말단부(46a)는 용매의 수면과 마개부(41) 사이의 공간에 위치할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복수의 용기(43) 각각은 서로 다른 극성도를 갖는 용매들을 각각 사용하여 연소가스 내부의 다양한 성분을 포집할 수 있다. 예를 들어, 헥산, 메탄올 및 증류수 용매를 사용하여 연소가스를 추출함으로써 연소가스의 조성을 분석하는 경우, 연소가스 분석장치(50)는 가스크로마토그래피 질량분석장치를 사용하여 연소가스의 성분을 분석할 수 있다.
또한, 용매 추출을 사용하지 않고, 연소가스 자체를 분석하는 경우에는, 분석장치(50)로서 가스크로마토그래피 불꽃이온화검출기를 사용할 수도 있다.
도 5은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템을 이용하여, 연소가스를 분석하는 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템(1)의 수행 순서를 통해, 화학물질에 의한 폭발 발생시 발생 가능한 연소가스를 분석을 수행할 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 모의 폭발 실험 시스템(1)을 이용하여, 연소 가스를 분석한 그래프이다.
도 6에 기재된 실시예에서는, 톨루엔 시료를 사용하고, 헥산, 메탄올 및 증류수 용매로 추출하여, 가스크로마토그래피 질량분석장치를 통해 연소가스를 분석하였다. 그 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 에틸벤젠(Ethylbenzene), 3-부테닐벤젠(3-Butenylbenzene), 2-프로페닐벤젠(2-Propenylbenzene), 에테닐벤젠(Ethenylbenzene) 등이 검출되었고, 연소가스에 이들 성분이 포함되어 있음을 추정할 수 있었다.
전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구 범위에 의하여 나타내지며, 특허 청구 범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 모의 폭발 실험 시스템 10 캐리어 가스 주입부
20 연소부 21 플로우 퍼니스
22 튜브 40 연소가스 포집부
41 마개부 42 실링부
43 용기 44a, 44b, 44c 용매
45 연소 가스 주입관 46 연소 가스 배출관
50 연소가스 분석장치 60 제어부

Claims (11)

  1. 내부에서 시료를 연소하여 발생하는 연소가스가 발생되고, 상기 연소가스가 배출되는 배출구를 갖고, 내부에 알루미나 튜브가 형성된 플로우 퍼니스를 포함하는 연소부;
    상기 연소부와 연통하여, 상기 연소부 내부의 연소 가스를 상기 배출구로 밀어내는 캐리어 가스 주입부;
    상기 배출구로부터 이송된 상기 연소가스를 포집하는 연소가스 포집부; 및
    상기 연소가스 포집부로부터 소정의 연소가스를 추출하여 연소가스를 분석하는 연소가스 분석장치를 포함하고,
    상기 연소가스 포집부는, 내부에 각각 서로 다른 극성도를 갖는 용매를 각각 포함하는 복수의 용기를 포함하여, 각 용기마다 서로 다른 연소 생성물을 포집하는 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 질소 또는 공기인 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모의 폭발 실험 시스템은, 상기 캐리어 가스 주입부의 캐리어 가스 주입 속도 및 상기 연소가스 분석장치를 제어하고, 상기 연소가스 분석장치의 결과 데이터를 저장하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 용기 각각은, 상기 용기를 밀봉하는 마개부를 갖고, 상기 용기와 마개부가 밀봉되는 지점에 추가 실링부가 형성되는 것을 특징으로 하는 모의 폭발 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 용기 각각은, 연소가스가 주입되는 주입관과 가스가 배출되는 배출관을 포함하고,
    상기 주입관과 상기 배출관은 상기 마개부를 관통하여 형성되며,
    상기 주입관의 말단부는 상기 용매 내부에 위치하고, 상기 배출관의 말단부는 상기 용매의 수면과 상기 마개부 사이의 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 용기의 배출관과 다음 용기의 주입관은 테플론 재질의 튜브로 연결되는 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 다른 극성도를 갖는 용매는, 각각 헥산, 메탄올 및 증류수를 포함하는 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소가스의 추출은 용매 추출을 통해 이루어지고,
    상기 연소가스 분석장치는 가스크로마토그래피 질량분석장치인 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소가스 분석장치는 가스크로마토그래피 불꽃이온화검출기인 것을 특징으로 하는 모의 폭발 실험 시스템.
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