KR20100114576A - 수소 확산성 및 연소성 실험장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 확산성 및 연소성 실험장치에 관한 것으로서, 수소를 연료로 사용하는 연료전지 자동차 및 수소 내연기관 자동차의 안전성을 평가하기 위해 누출된 수소의 확산성 및 연소성 등을 파악할 수 있는 수소 확산성 및 연소성 실험장치를 제공하는 것이다. 이와 같은 목적을 실시하기 위한 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치는 수소가스의 확산 및 연소성을 측정하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치로서, 주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버와, 상기 챔버에 연결되어 수소가스를 공급하는 공급부와, 상기 챔버에 설치되며 공급된 상기 수소가스를 점화시키는 점화플러그와, 상기 챔버 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도센서 및 압력센서와, 상기 공급부 또는 상기 점화플러그의 점화를 제어하는 제어부를 포함한다.
수소, 자동차, 주차장, 밀폐, 챔버, 확산, 연소, 폭발
Description
본 발명은 수소 확산성 및 연소성 실험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소연료를 사용하는 자동차에서 누출된 수소 연료에 대한 연소 특성을 파악하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 연료를 연소하여 발생하는 에너지를 이용하여 이동하는 장치로서, 화석연료가 주로 사용되고 있으며, 최근에는 태양열이나, 수소연료 등을 사용하는 친환경 자동차가 개발되어 사용되고 있다.
이러한 친환경 자동차 중 수소연료를 사용하는 자동차는, 수소 또는 연료전지로 사용되는 수소가 대기 중으로 누출될 경우 폭발의 위험성이 있으며, 이에 따라 수소연료의 확산 및 연소 특성에 대한 연구가 요구되고 있다.
더욱이 수소 또는 연료전지 자동차가 지하 주차장과 같은 밀폐된 공간에 장시간 주, 정차될 경우 누출된 수소가 모여 폭발할 수 있다. 따라서 지하 주차장 등의 밀폐된 공간에는 누출된 수소의 확산성 및 연소성에 대한 파악을 위한 실험모델이 필요하나, 아직까지 이를 위한 실험모델이나 실험방법에 대한 연구 개발이 미 비한 실정이다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제를 해소하기 위한 것으로, 수소 및 연료전지 자동차의 안전성을 평가하기 위해 누출된 수소의 확산성 및 연소성 등을 파악할 수 있는 수소 확산성 및 연소성 실험장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 실시하기 위한 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치는 수소가스의 확산 및 연소성을 측정하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치로서, 주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버와, 상기 챔버에 연결되어 수소가스를 공급하는 공급부와, 상기 챔버에 설치되며 공급된 상기 수소가스를 점화시키는 점화플러그와, 상기 챔버 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도센서 및 압력센서와, 상기 공급부 또는 상기 점화플러그의 점화를 제어하는 제어부를 포함한다.
여기에서, 상기 챔버는 내부 환기를 위해 형성되며, 개방된 크기를 조절할 수 있는 적어도 하나 이상의 환기부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 환기부는 관통되어 형성된 환기구와, 상기 환기구의 개폐된 크기의 조절을 위해 슬라이딩 개폐되는 도어부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 챔버는 투명 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 챔버는 투명 아크릴일 수 있다. 또한, 상기 온도센서는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치될 수 있다. 또한, 상기 점화플러그는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치될 수 있다. 상기 공급부는 공급되는 수소가스의 용량을 측정하기 위한 용량계와, 상기 용량계에 측정되는 수소가스의 용량에 따라 공급되는 수소가스의 공급량을 조절하는 유량조절기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공급부는 상기 수소가스의 연소시 역화를 방지하기 위해 설치된 역화방지밸브를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공급부는 단부에 상기 수소가스의 분무형태를 가변하기 위한 노즐이 설치될 수 있다. 더불어, 상기 챔버는 정육면체의 형태로 형성된 것이 바람직하다. 또한, 상기 챔버는 각각의 연결부위에 설치된 프레임을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치는 누출된 수소가스의 유동 및 연소 특성을 파악할 수 있으며, 점화시 화염의 연소 특성을 관찰하거나 정량적 데이터로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명은 챔버의 환기부의 개폐를 제어하여 실험환경을 다양하게 변경할 수 있으며, 이를 통해 완전히 밀폐되거나, 일부만 밀폐된 공간을 실험적으로 재현할 수 있어 다양한 주차장 환경에 대한 실험이 가능하다.
이와 같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에 따른 작용효과는 첨부된 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 배선도이다. 또한, 도 2는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 정면도, 측면도, 평면도이다.
본 발명의 수소 확산성 및 연소성 실험장치(10)는 수소연료를 사용하는 차량이 주차장과 같이 밀폐된 공간에 주차할 경우, 이 차량에서 누출된 수소가스의 확산과 같은 유동 특성을 파악하기 위한 실험장치로서, 이 실험장치를 통해 실제 주차장과 유사한 환경을 재현할 수 있다.
이러한 수소 확산성 및 연소성 실험장치(10)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버(12)를 포함한다. 이러한 챔버(12)는 정육면체의 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 밀폐된 계를 형성할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이 챔버(12)는 연소시험시 외부에서 육안 및 고속 카메라, 적외선 카메라 등을 이용하여 화염의 확산을 파악할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 챔버(12)는 내부를 볼 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 일례로 투명 아크릴로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 챔버(12)를 형성하는 투명 아크릴은 수소가스의 폭발시 안전을 위해 약 30t 이상의 두께를 갖는 단일판을 연결하여 제조하는 것이 바람직하다. 더욱이 이 챔버(12)는 강도를 보강하기 위해 각각의 연결부위에 프레임(14)이 설치될 수 있다. 또한, 이 프레임(14)은 챔버(12)의 외벽부재와 볼트 등과 같은 체결부재에 의해 견고히 결합될 수 있다.
또한, 이 챔버(12)에는 내부의 공간으로 수소가스를 공급하는 공급부(20)가 연결된다. 바람직하게는 공급부(20)의 끝단은 이 챔버(12)의 저면 중앙부에 연결 될 수 있다.
이 공급부(20)는 수소가스가 저장된 가스탱크(22)를 포함하고, 이 가스탱크(22)에는 가스배관에 의해 전술된 공급부(20)와 연결된다. 가스탱크(22)에는 수소가스의 배출압력을 조절하기 위한 압력계 및 밸브(23)가 설치될 수 있다.
그리고, 이 가스배관에는 이물질을 거르기 위한 필터(24)가 설치되며, 수소가스의 역류를 차단하기 위한 체크밸브(26)가 더 설치된다.
또한, 공급부(20)는 가스배관의 일측에 역화방지밸브(28)가 설치된다. 이 역화방지밸브(28)는 챔버(12)에서 연소된 수소가스의 화염이 가스배관(29)을 통해 역류되며 발화되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 수소는 가장 가벼운 기체로 확산성이 높으며, 대기중으로 노출시 폭발의 위험성이 높다. 따라서, 공급부(20)에는 수소가스의 공급량을 정확하게 조절해야 하며, 이를 위해 수소가스의 용량을 측정하기 위한 용량계가 설치된다. 또한, 이 공급부(20)에는 용량계에 의해 측정되는 수소가스의 용량에 따라 공급되는 수소가스의 공급량을 조절하는 유량조절기(27)를 포함한다. 이 유량조절기(27)는 전자제어밸브(솔레노이드 밸브)로 이루어질 수 있으며, 제어부(30)에 의해 가스배관(29)의 개폐를 제어하여 수소가스의 공급량을 조절할 수 있다. 또한, 유량조절기(27)는 내부에 용량을 측정하기 위한 용량계가 일체로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 공급부(20)의 단부에는 수소가스의 분무형태를 가변하기 위한 노즐(21)이 설치될 수 있다. 이 노즐(21)은 직경을 다르게 하거나 노즐(21)팁의 모양을 다르게 할 수 있으며, 이에 따라 수소가스의 분사속도나 분사형태를 조절할 수 있다.
또한, 챔버(12)에는 내부로 공급된 수소가스를 점화시키기 위한 점화플러그(17)가 설치된다. 이 점화플러그(17)는 제어부(30)에 의해 작동이 제어된다.
이를 위해 제어부(30)에는 신호를 변환하기 위한 신호변환기(signal convertor)(32)가 설치되며, 이 신호변환기를 통해 각종 센서부에서 감지된 신호가 데이터값으로 변환될 수 있다. 또한, 이 신호변환기(32)는 제어부(30)에 의해 발생된 신호를 변환하여 점화플러그 작동 스위치(34)에 신호를 발생시킨다.
점화플러그(17)는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치될 수 있다. 일례로, 본 발명에서와 같이, 챔버(12)가 정육면체형으로 이루어진 경우, 양측면에 각각 9개의 점화플러그(17)가 장방형의 배열로 설치될 수 있다.
이 점화플러그(17)는 챔버(12)의 내부면에서 길게 연장되어 형성될 수 있으며, 설치된 길이를 조절할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 일례로, 챔버(12)의 한 방향 길이가 약 2,000mm인 정육면체형의 형태로 이루어진 경우, 점화플러그(17)는 약 400mm의 길이로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 점화플러그(17)는 점화플러그 작동 스위치(34)에서 인가된 고출력 방전에너지에 의해 스파크를 일으키며, 이에 의해 수소가스가 연소될 수 있다.
한편, 이 챔버(12)는 카메라 장비나 육안으로 화염을 관찰을 통해 수소의 확산성을 파악할 수 있으나, 보다 정확한 정량적 데이터를 위한 센서장치가 설치될 수 있다.
일례로 챔버(12)에는 수소가스의 연소시 온도를 측정하기 위한 온도센서(16)와, 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서(15)가 설치될 수 있다. 이 온도센서(16)는 복수개로 이루어지며, 챔버(12)의 각 영역에서 수소가스의 연소에 따른 온도변화를 측정한다. 바람직하게는 이 온도센서(16)는 9개 이상 설치될 수 있으며, 이에 따라 챔버(12)의 각 영역에서 수소가스의 유동상태를 확인할 수 있으며, 화염의 전파 속도 등의 측정도 가능하다.
여기에서 온도센서(16)는 다양한 방식의 제품이 사용될 수 있으며, 열전대를 이용하는 것도 가능하다. 일례로, 온도센서(16)는 K-type이 이용될 수 있으며, 약 21개로 이루어져 챔버(12)의 양측면에 9개의 온도센서(16)가 장방형으로 배열되고, 챔버(12)의 전면이나 후면에는 3개의 온도센서(16)가 서로 다른 높이에 일렬로 배열될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 수소 확산성 및 연소성 실험장치(10)의 챔버(12)는 밀폐된 환경의 실험모델을 제공할 수 있다. 한편, 주차장과 같은 공간은 완전히 밀폐되지 않으므로, 실제적인 주차장과 유사한 환경을 제공하기 위해서는 챔버(12)의 내, 외부가 연통하는 환기부(18)가 설치될 수 있다.
이러한 환기부(18)는 챔버(12)에 적어도 하나 이상으로 설치될 수 있으며, 그 개방된 크기를 조절할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.
일례로, 챔버(12)는 양측면 및 상부면에 각각 2개의 환기부(18)가 설치될 수 있다. 여기서, 환기부(18)가 설치된 위치는 다양한 주차장의 환경에 대해 현실적으로 실험이 가능한 실험모델을 제공하기 위한 것으로서, 그 개수가 설치된 위치, 크기 등은 한정되지 않는다. 또한, 모든 환기부(18)가 개방될 경우, 실외 또는 주변의 환기가 좋은 개방된 주차공간을 실험할 수 있으며, 측면만 개방될 경우 측면에 도로가 위치되거나 측면으로만 환기가 이루어지는 주차공간에 대한 실험이 가능하다. 이와 같이, 챔버(12)는 환기부(18)의 개폐여부 및 개폐된 상태를 조절하여 다양한 환경에 대한 실험모델을 제공할 수 있다.
도 6은 도 5의 A-A선의 단면도이다. 도 5를 참고하면, 환기부(18)의 구조를 자세히 알 수 있다. 이 환기부(18)는 관통되어 형성된 환기구(18a)와, 이 환기구(18a)의 개폐된 크기의 조절을 위한 도어부(18b)가 마련된다. 이 도어부(18b)는 챔버(12)에 슬라이딩되며 이동할 수 있도록 설치된다. 또한, 환기구(18a)의 주변에는 도어부(18b)의 이동을 안내하기 위한 가이드레일(18c)이 형성된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 배선도.
도 2는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 수소 확산성 및 연소성 실험장치의 정면도, 측면도, 평면도.
도 6은 도 5의 A-A선의 단면도.
Claims (12)
- 수소가스의 확산 및 연소성을 측정하기 위한 수소 확산성 및 연소성 실험장치로서,주변이 밀폐된 계를 형성하는 챔버와,상기 챔버에 연결되어 수소가스를 공급하는 공급부와,상기 챔버에 설치되며 공급된 상기 수소가스를 점화시키는 점화플러그와,상기 챔버 내의 온도 및 압력을 측정하는 온도센서 및 압력센서와,상기 공급부 또는 상기 점화플러그를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 챔버는 내부 환기를 위해 형성되며, 개방된 크기를 조절할 수 있는 적어도 하나 이상의 환기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 2에 있어서,상기 환기부는 관통되어 형성된 환기구와,상기 환기구의 개폐된 크기의 조절을 위해 슬라이딩 개폐되는 도어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 챔버는 투명 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 4에 있어서,상기 챔버는 투명 아크릴인 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 온도센서는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 점화플러그는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 높이에 일정한 간격으로 배열되어 설치된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 공급부는 공급되는 수소가스의 용량을 측정하기 위한 용량계와,상기 용량계에 측정되는 수소가스의 용량에 따라 공급되는 수소가스의 공급 량을 조절하는 유량조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 공급부는 상기 수소가스의 연소시 역화를 방지하기 위해 설치된 역화방지밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 공급부는 단부에 상기 수소가스의 분무형태를 가변하기 위한 노즐이 설치된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,상기 챔버는 정육면체형의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
- 청구항 11에 있어서,상기 챔버는 각각의 연결부위에 설치된 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 확산성 및 연소성 실험장치.
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