KR20190062074A - 가스폭발 재현을 위한 실험장치 - Google Patents

가스폭발 재현을 위한 실험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스폭발 재현을 위한 실험장치에 있어서: 중공 구조이고 분사공(25)을 지닌 수직프레임(21)과 수평프레임(22)을 연결하여 실험공간을 형성하는 본체(20); 상기 본체(20)의 분사공(25)에 설치되어 가스의 공급과 차단을 수행하는 개폐수단(30); 및 상기 개폐수단(30)의 작동과 연계하여 가스폭발 실험을 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 석유 탐사 부생가스의 폭발과 관련된 정보 확보를 위한 실험용 텐트에 주입되는 가스의 농도를 균일하게 유지하여 실험 결과의 신뢰성을 개선하는 효과가 있다.

Description

가스폭발 재현을 위한 실험장치 {Experimental apparatus for reproducing gas explosion}
본 발명은 가스폭발 재현 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해양플랜트 등에서 발생하는 가스폭발 사고와 관련된 정보를 확보하는 가스폭발 재현을 위한 실험장치에 관한 것이다.
밀폐공간이 아닌 열린 공간에서 가스가 누출되어 가스구름이 형성된 후 가스폭발이 발생했을 때를 모사한 가스폭발 실험을 수행하기 위해서는 가스 점화 전에 가스를 가둬두기 위한 가스텐트가 사용된다. 가스텐트는 프레임 상에 비닐을 덮어 밀폐공간을 형성한 구조로서, 내부에 가스를 투입하기 위해 가스탱크와 연결된 구멍을 지닌다. 텐트 내 가스의 농도를 균일하게 만들어주기 위해 블로워와 연결된 복수의 구멍을 형성하기도 한다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제2013-0003130호가 알려져 있다.
선행문헌 1은 챔버의 상측에 결합되어 밀폐 공간을 형성하는 밀폐수단; 밀폐수단에 의해 밀폐된 챔버 내부로 가스를 주입하는 가스 주입부; 밀폐수단에 의해 밀폐된 챔버 내부로 에어를 주입하는 에어 주입부; 등으로 구성된다. 이에, 사전에 점화원의 역할을 할 수 있는 것들을 미리 사전에 주의하도록 하여 작업장의 안전성을 확보하는 효과를 기대한다.
그러나, 선행문헌 1을 비롯하여 지금까지 수행된 가스텐트들을 이용한 실험들이 공통적으로 안고 있는 문제들은, 블로워와 연결된 복수로 형성하여 순환기류를 만든다 하더라도 텐트 내부의 가스농도를 균일하게 만들어 주는 것이 매우 어렵다는 것이다. 열린 공간에서의 가스폭발 압력은 아주 미세한 가스농도 변화에도 그 결과의 차이가 매우 크게 나타난다.
경우에 따라서는 단 1~2%의 가스농도 변화로도 10배 이상 압력 차이가 발생 할 수 있다. 이러한 이유로, 가스농도에 따른 불확실성은 실험 결과의 신뢰도에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 기존의 가스텐트를 이용한 실험 설비는 반드시 개선되어야 한다.
한국 등록특허공보 제2013-0003130호 "가스폭발재현 실험장치" (공개일자 : 2013.05.28.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 석유 탐사 부생가스의 폭발과 관련된 정보 확보를 위한 실험용 텐트에 주입되는 가스의 농도를 균일하게 유지하는 가스폭발 재현을 위한 실험장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스폭발 재현을 위한 실험장치에 있어서: 중공 구조이고 분사공을 지닌 수직프레임과 수평프레임을 연결하여 실험공간을 형성하는 본체; 상기 본체의 분사공에 설치되어 가스의 공급과 차단을 수행하는 개폐수단; 및 상기 개폐수단의 작동과 연계하여 가스폭발 실험을 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1실시예로서, 상기 개폐수단은 일단의 힌지를 개재하여 회동 가능하게 설치되는 회동판, 회동판의 일면에 부착력과 기밀력을 작용하도록 장착되는 자석을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 회동판은 힌지축 상에 설치되는 토션스프링을 개재하여 설정된 회동토크를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예로서, 상기 개폐수단은 승강판, 지지축, 스프링을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 본체의 내부에 설치되는 농도센서, 개폐수단 상에 설치되는 압력센서로 입력되는 신호에 대응하여 점화플러그에 대한 출력을 발생하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 석유 탐사 부생가스의 폭발과 관련된 정보 확보를 위한 실험용 텐트에 주입되는 가스의 농도를 균일하게 유지하여 실험 결과의 신뢰성을 개선하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실험장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 개폐수단의 제1실시예를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 개폐수단의 제2실시예를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 제어수단의 회로연결을 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 가스폭발 재현을 위한 실험장치에 관하여 제안한다. 해양플랜트, 상선 등에서 가스 누출로 인한 위험성이 큰 장소(엔진룸, 공압실 등)의 폭발 위험성 대비용 실험장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 본체(20)가 중공 구조이고 분사공(25)을 지닌 수직프레임(21)과 수평프레임(22)을 연결하여 실험공간을 형성한다. 도 1에서 수직프레임(21)과 수평프레임(22)으로 4측벽과 천장을 형성한 상태를 예시한다. 수직프레임(21)과 수평프레임(22)은 공히 중공의 파이프를 사용하며 각각의 이음 부분에서도 중공 상태가 유지되어야 한다. 수직프레임(21)과 수평프레임(22)에 형성되는 분사공(25)은 균일한 간격으로 배치되는 것이 좋다.
이와 같이 구성되는 본체(20)의 외면에 비닐(15)을 덮어서 밀폐된 텐트(실험공간)을 형성하고 외부의 가스공급기(10)와 주입호스(12)를 통하여 소정의 가스(LNG or LPG)를 주입한다.
본체(20)에 의하여 형성된 텐트 내부에는 실제 상황을 모사하기 위한 구조물이 배치될 수 있다.
한편, 본체(20)의 외면에는 비닐(15)을 지지하기 위한 홀더(27)를 설치하는 것이 좋다.
또, 본 발명에 따르면 개폐수단(30)이 상기 본체(20)의 분사공(25)에 설치되어 가스의 공급과 차단을 수행하는 구조이다. 개폐수단(30)은 본체(20)로 형성된 가스텐트의 실험공간에 가스가 신속하게 충진되면서 균일하게 분포되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1실시예로서, 상기 개폐수단(30)은 일단의 힌지를 개재하여 회동 가능하게 설치되는 회동판(31), 회동판(31)의 일면에 부착력과 기밀력을 작용하도록 장착되는 자석(32)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2를 참조하면, 분사공(25)의 상단에 설치되는 힌지축에 회동판(31)이 회동 가능하게 설치된 상태를 예시한다. 회동판(31)의 내면에서 본체(20)의 프레임(21)(22)에 접촉하는 부분에 판형의 자석(32)을 설치한다.
이때, 프레임(21)(22)과 회동판(31)이 둘 다 금속이기 대문에 닫히면서 스파크가 발생하면 의도치 않게 내부의 가스가 점화될 수 있다. 그러므로 회동판(31)의 자석(32)은 내마모성, 내열성을 지닌 수지재가 선호되지만 엄격한 기밀성이 요구되지는 않는다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 회동판(31)은 힌지축 상에 설치되는 토션스프링을 개재하여 설정된 회동토크를 유지하는 것을 특징으로 한다. 이 경우 주입관(23)을 기준으로 근거리의 분사공(25)에는 높은 회동토크를 작용하고 원거리의 분사공(25)에는 낮은 회동토크를 작용하도록 차등화할 수 있다.
이에, 가스공급기(10)에서 주입관(23)을 통하여 프레임(21)(22) 상으로 공급되는 가스 압력이 원거리로 갈수록 감소하지만 개도율이 차등화된 분사공(25)으로 분출되는 가스량은 거리와 무관하게 균일성을 유지할 수 있다.
한편, 본체(20)의 일측으로 연결되는 주입관(23) 상에도 가스 공급을 개폐하는 수동 밸브를 설치한다.
본 발명의 제2실시예로서, 상기 개폐수단(30)은 승강판(35), 지지축(36), 스프링(37)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면, 승강판(35)이 상단과 하단에 고정되는 지지축(36)을 이용하여 분사공(25) 상에 승강(전후이동) 가능하게 설치된 상태를 예시한다. 지지축(36) 상에 장착되는 승강판(35)은 일단이 지지축(36)의 헤드에 타단이 프레임(21)(22)의 내면에 접촉한다.
이에, 전술한 제1실시예의 토션스프링과 마찬가지로 근거리/원거리의 승강판(35)에서 개도율을 차등화할 수 있으므로 주입관(23)에서 이격되는 거리와 무관하게 분출되는 가스량 및 분포 농도의 균일성을 유지한다.
물론, 전술한 제1실시예 및 제2실시예는 각기 어느 하나를 택하는 것이 아니고 혼용적으로 구현될 수도 있다. 일예로, 수직프레임(21)에는 제1실시예를 적용하지만 중력(자중)이 작용하는 수평프레임(22)에는 제2실시예를 적용한다.
어느 경우에나 실험상의 안전을 위해 원하는 양의 가스가 투입된 이후에는 분사공(25)의 회동판(31) 및 승강판(35)이 기계적으로 닫혀야 한다.
또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 개폐수단(30)의 작동과 연계하여 가스폭발 실험을 제어하는 구조이다. 제어수단(40)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어기(42)를 기반으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 본체(20)의 내부에 설치되는 농도센서(44), 개폐수단(30) 상에 설치되는 압력센서(46)로 입력되는 신호에 대응하여 점화플러그(48)에 대한 출력을 발생하는 것을 특징으로 한다. 농도센서(44)와 압력센서(46)는 프레임(21)(22) 상에 설치하고 폭발과정에서 손상되지 않도록 그 내부를 따라 배선한다. 농도센서(44)와 압력센서(46)는 제어기(42)의 입력인페이스에 연결하고, 점화플러그(48)는 제어기(42)의 출력인터페이스에 연결한다. 이외에 폭발 상태를 영상으로 촬영하는 카메라를 부가할 수 있다.
작동의 일예로서, 가스가 가스공급기(10)에서 주입관(23)과 프레임(21)(22)을 통하여 이동하면서 내외부 압력차로 인하여 회동판(31) 또는 승강판(35)이 열려서 가스가 텐트 내부로 유입되고, 제어기(42)가 농도센서(44) 및 압력센서(46)의 신호로 텐트의 가스 농도와 압력이 설정범위에 도달한 것으로 판단하면, 가스공급기(10)를 오프하는 동시에 점화플러그(48)에 출력을 인가하여 점화 및 폭발을 유발하고, 폭발 순간 비닐(15)은 찢겨져 나가지만 압력센서(46), 카메라 등을 통하여 폭발과 관련된 다양한 정보를 획득할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 가스공급기 15: 비닐
20: 본체 21: 수직프레임
22: 수평프레임 23: 주입관
25: 분사공 27: 홀더
30: 개폐수단 31: 회동판
32: 자석 35: 승강판
36: 지지축 37: 스프링
40: 제어수단 42: 제어기
44: 농도센서 46: 압력센서
48: 점화플러그

Claims (5)

  1. 가스폭발 재현을 위한 실험장치에 있어서:
    중공 구조이고 분사공(25)을 지닌 수직프레임(21)과 수평프레임(22)을 연결하여 실험공간을 형성하는 본체(20);
    상기 본체(20)의 분사공(25)에 설치되어 가스의 공급과 차단을 수행하는 개폐수단(30); 및
    상기 개폐수단(30)의 작동과 연계하여 가스폭발 실험을 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스폭발 재현을 위한 실험장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐수단(30)은 일단의 힌지를 개재하여 회동 가능하게 설치되는 회동판(31), 회동판(31)의 일면에 부착력과 기밀력을 작용하도록 장착되는 자석(32)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스폭발 재현을 위한 실험장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 회동판(31)은 힌지축 상에 설치되는 토션스프링을 개재하여 설정된 회동토크를 유지하는 것을 특징으로 하는 가스폭발 재현을 위한 실험장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐수단(30)은 승강판(35), 지지축(36), 스프링(37)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스폭발 재현을 위한 실험장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(40)은 본체(20)의 내부에 설치되는 농도센서(44), 개폐수단(30) 상에 설치되는 압력센서(46)로 입력되는 신호에 대응하여 점화플러그(48)에 대한 출력을 발생하는 것을 특징으로 하는 가스폭발 재현을 위한 실험장치.
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