KR20200100283A - 열교차단 구조의 하중재하장치 및 이를 구비한 극한환경 시험장치 - Google Patents

열교차단 구조의 하중재하장치 및 이를 구비한 극한환경 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하중재하장치가 열교차단(熱交遮斷) 구성을 가지고 있어서, 하중재하장치의 실린더 로드(cylinder rod)가 챔버의 관통공을 관통하여 신축함으로써 시편에 연직하중을 가하는 과정에서, 관통공과 실린더 로드 사이의 간극을 통해서 열손실과 결로현상이 발생하는 것을 효과적으로 차단하고 방지하며, 실린더 로드의 열전도로 인하여 챔버 외부의 각종 장치가 과도하게 냉각되는 것을 방지하고, 더 나아가 챔버 내의 수분으로 인하여 실린더 로드에 부식이 발생하거나 그로 인한 고장 발생 및 하중재하 과정에 문제가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 되는 "열교차단 구조의 하중재하장치 및 이를 구비한 극한환경 시험장치"에 관한 것이다.

Description

열교차단 구조의 하중재하장치 및 이를 구비한 극한환경 시험장치{Load Test Apparatus in Extreme Temperature Chamber}
본 발명은 극저온(極低溫)이나 극고온(極高溫) 등과 같이 극한의 혹독한 내부 상태를 조성할 수 있는 챔버(Extreme Temperature Chamber) 내에 시험용 시편을 배치하고, 연직방향으로 신축하는 실린더 로드를 구비한 하중재하장치를 이용하여 시험용 시편에 연직하중을 가하여 시편의 강도 측정 등과 같은 하중에 대한 응답특성을 측정하고 관찰하는 극한환경 시험장치와, 이러한 극한환경 시험장치에 구비된 하중재하장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 하중재하장치가 열교차단(熱交遮斷) 구성을 가지고 있어서, 시편에 연직하중을 가하기 위하여 하중재하장치의 실린더 로드(cylinder rod)가 챔버의 관통공을 관통하여 신축하는 과정에서, 챔버의 관통공과 실린더 로드 사이의 간극을 통해서 열손실과 결로현상이 발생하는 것을 효과적으로 차단하고 방지하며, 실린더 로드의 열전도로 인하여 챔버 외부의 각종 장치가 과도하게 냉각 또는 과열되는 것을 방지하고, 더 나아가 챔버 내의 수분으로 인하여 실린더 로드에 부식이 발생하거나 그로 인한 고장 발생 및 하중재하 과정에 문제가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 "열교차단 구조의 하중재하장치 및 이를 구비한 극한환경 시험장치"에 관한 것이다.
극한지역에서의 파이프 라인 동결에 대한 대비, 극한지역에서의 새로운 건설공법 개발 및 검증 등 다양한 목적을 위하여, 매우 낮은 온도의 극저온 환경 또는 매우 높은 온도의 극고온 환경에서 재료나 부재의 성능을 사전 시험을 통해 검증할 필요가 있다. 이를 위해서 극한환경 시험장치를 이용한 시험(극한환경 시험)을 수행한다. 대한민국 등록특허 제10-1734360호에는 종래기술에 의한 극한환경 시험장치의 일예가 개시되어 있다. 종래의 극한환경 시험장치에는, 극저온(極低溫) 또는 극고온(極高溫)의 내부 환경을 조성할 수 있는 챔버(Extreme Temperature Chamber)와, 신축 가능한 실린더 로드(cylinder rod)를 포함하는 하중재하장치가 구비된다. 내부가 온도 극저온이나 극고온 또는 기타 극한상태에 있는 챔버 내에 시편을 배치하고, 실린더 로드가 챔버를 관통한 채 신축하여 시편에 연직하중을 가하게 되며, 그에 따른 강도, 균열 양상 등과 같은 시편의 구조적인 하중응답을 측정하고 모니터링 하는 방식으로 극한환경 시험이 수행된다.
그런데 종래의 극한환경 시험장치에서는, 실린더 로드가 챔버의 관통공을 관통한 채 신축하여 시편에 연직하중을 가하는 과정에서, 관통공과 실린더 로드 사이의 간극을 통해서 열손실이 발생하게 되며, 이러한 열손실로 인하여 챔버의 실내를 원하는 온도로 유지하는데 어려움이 야기되며, 더 나아가 결로현상이 발생하는 문제점이 있다.
경우에 따라서는 챔버의 내부를 매우 다습(多濕)한 상태로 만들어서 장시간 하중재하 시험을 수행할 수도 있는데, 이 때 실린더 로드가 다습 상태에 지속적으로 노출됨으로 인하여 실린더 로드에 부식이 발생할 수 있다. 특히 극한상태의 챔버를 관통하는 부분에서 실린더 로드에 부식이 발생할 수 있는데, 이 경우에는 실린더 로드의 신축이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.
또한 챔버의 내부가 극저온의 극한상태로 되고, 이러한 극저온의 극한상태에서 실린더 로드가 챔버를 관통하여 챔버 내에서 연직방향으로 신축하는 과정에서, 실린더 로드 자체의 열전도로 인하여 챔버의 외부에 위치하는 각종 장치 역시 온도가 저하되어 결로가 발생할 수 있으며, 기타 성능 발휘에 악영향이 발생할 위험이 매우 크다.
대한민국 등록특허공보 제10-1734360호(2017. 05. 12. 공고).
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 극한의 내부 환경을 조성할 수 있는 챔버와, 신축 가능한 실린더 로드를 구비한 하중재하장치를 포함하는 극한환경 시험장치에서, 하중재하장치를 열교차단 구조를 가지도록 구성함으로써, 실린더 로드가 챔버의 관통공을 관통한 채 신축하여 시편에 연직하중을 가하는 과정에서, 관통공과 실린더 로드 사이의 간극을 통해서 열손실과 결로현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 실린더 로드의 열전도로 인한 챔버 내부의 극저온의 외부 전파를 억제할 수 있고, 더 나아가 챔버 내의 수분으로 인하여 실린더 로드에 부식이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 극한환경 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 극한의 내부환경을 조성할 수 있는 챔버(20)를 구비한 극한환경 시험장치(100)에 구비되어, 챔버(20) 내에 배치된 시편(200)에 연직하중을 가하는 하중재하장치(10)로서, 챔버(20)의 천정부(21)에 형성된 관통공을 관통하여 하단부가 챔버(20)의 내부에 위치한 상태에서 연직하게 신축하여 시편(200)에 연직하중을 재하하는 실린더 로드(1)를 포함하는데; 챔버(20)의 내부에서 실린더 로드(1)의 하부는, 연직방향으로의 길이 신축이 가능한 주름관(6)에 관통 삽입되어 있으며; 주름관(6)의 상단은 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀봉된 상태로 결합되고, 주름관(6)의 하단은 실린더 로드(1)의 하부를 밀봉된 상태로 감싸게 됨으로써; 실린더 로드(1)가 하중재하를 위하여 자유롭게 연직방향으로 신축하는 것이 가능하면서도, 챔버(20) 내부의 습기나 냉,온기가 주름관(6)의 내부로 유입되지 않고 천정부(21)의 관통공이 주름관(6)에 의해 챔버(20)의 내부와 격리되어, 관통공으로 인한 챔버 내외부간의 열교가 차단되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 하중재하장치가 제공된다.
또한 본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 극한의 내부 환경을 조성할 수 있는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치된 시편에 연직하중을 가하는 하중재하장치를 포함하는 극한환경 시험장치로서, 상기한 본 발명에 따른 챔버 내외부간의 열교가 차단되는 구성을 가지는 하중재하장치인 것을 특징으로 하는 극한환경 시험장치가 제공된다.
상기한 본 발명에 따른 하중재하장치 및 이를 구비한 극한환경 시험장치에서, 챔버(20)의 천정부(21)의 외부에 존재하는 실린더 로드(1)의 중간부에는 전기에 의해 열을 발생시키는 가열선(2)이 감겨져 있어서, 전기가 공급되어 가열선(2)이 가열됨으로써, 실린더 로드(1) 자체의 열전도로 인하여 챔버(20)의 열에너지가 챔버(20) 외부로 전파되는 것을 억제하게 되는 구성을 더 가질 수 있으며, 더 나아가, 챔버(20)의 천정부(21)의 외부에 존재하는 실린더 로드(1)의 중간부에는, 판형태의 부재로 이루어져 전기에 의해 열을 발생시키는 밴드 히터부재(3)가 끼워지며; 밴드 히터부재(3)는 챔버(20)의 천정부(21)의 외부 상면에 밀착되어 위치하고 있어서; 전기 공급에 의해 밴드 히터부재(3)가 발열됨으로써, 되어 실린더 로드(1)가 챔버(20)의 천정부를 관통하는 부분에서의 온도를 높여줌으로써, 천정부(21)의 관통공을 통해서 열이 외부로 누출되는 것을 차단하게 되는 구성을 더 가질 수도 있다.
특히, 주름관(6)의 상단에는 수평 플랜지(61)가 일체로 구비되어 수평 플랜지(61)가 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀착되어 결합 고정되는 구성을 가질 수도 있고, 이와 달리, 챔버(20)의 내부에는, 중공을 가지는 원통형상의 부재로 이루어지고 상단에는 수평 플랜지(61)가 일체로 구비된 상부 슬리브부재(4)가 구비되고, 실린더 로드(1)가 주름관(6)의 내부에 삽입된 상태에서, 실린더 로드(1)는 상부 슬리브부재(4)의 중공을 관통하고 있고, 상부 슬리브부재(4)의 수평 플랜지(61)가 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀착된 상태로 결합되어, 주름관(6)의 상단이 상부 슬리브부재(4)를 외면을 감싼 상태에서 밀봉체결링(8)이 주름관(6)의 상단 외면을 감싸서 조임으로써, 주름관(6)의 상단 내면과 상부 슬리브부재(4)의 외면 사이에 틈이 없게 밀착되도록 하여, 주름관(6)과 상부 슬리브부재(4)가 밀봉된 상태로 결합되어 있는 구성을 가질 수도 있다.
한편, 본 발명에서 챔버(20) 내부의 실린더 로드(1) 하부에서, 중공을 가지는 원통형상의 부재로 이루어진 하부 슬리브부재(5)가 실린더 로드(1)의 외면에 밀봉된 상태로 끼워져서 구비되며; 실린더 로드(1)의 하부가 주름관(6)에 관통 삽입되고, 주름관(6)의 하단은 하부 슬리브부재(5)의 외면을 감싼 상태에서 밀봉체결링(8)이 주름관(6)의 하단 외면을 감싸서 조임으로써, 주름관(6)의 하단 내면과 하부 슬리브부재(5)의 외면 사이에 틈이 없게 밀착되도록 하여, 주름관(6)과 하부 슬리브부재(5)가 밀봉된 상태로 결합되는 구성을 가질 수 있다.
상부 슬리브부재와 하부 슬리브부재를 사용하는 경우, 주름관의 상단이 상부 슬리브부재를 감싼 상태 및 주름관의 하단이 하부 슬리브부재를 감싼 상태에서 밀봉체결링이 주름관의 상단, 하단의 외면을 감싸서 조임으로써, 주름관과 상,하부 슬리브부재와 각각 밀착되도록 하여 밀봉된 상태로 결합될 수 있으며, 이 때, 상부 슬리브부재와 하부 슬리브부재 각각의 원주를 따라 오목한 형태의 원주홈을 형성하여, 주름관을 감싼 밀봉체결링이 원주홈 내에 위치한 상태로 조여짐으로써, 주름관과 상,하부 슬리브부재 사이가 밀봉상태로 결합되도록 할 수 있다.
본 발명에서는 챔버의 천정부 외측에서는 실린더 로드에 감겨진 가열선의 가열에 의해 실린더 로드의 온도를 상승시킬 수 있으므로, 실린더 로드의 하부가 극저온 상태로 냉각되더라도 챔버 외부에서 실린더 로드가 과도하게 냉각되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 되며, 따라서 실린더 로드의 외면에 결로 현상이 발생하여 작동성능이 저하되는 것을 사전에 효과적으로 예방할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
특히, 본 발명에서 실린더 로드는 주름관으로 둘러싸이고, 이러한 주름관 내부로는 챔버 내부의 습기나 냉,온기가 유입되지 않은 채, 자유롭게 연직방향으로 승하강 운동하여 하중 재하 작동을 하게 되는 바, 챔버의 천정부에서 관통공과, 이를 관통하는 실린더 로드의 외면 사이에 존재하는 간극을 통해서 챔버 내외부 간의 열교(熱交)가 효과적으로 차단되며, 따라서 열교로 인하여 발생하는 챔버 내부의 열에너지 손실을 방지하고, 챔버 외부에서 실린더 로드 등의 하중재하장치 각 부분에서의 결로 발생을 방지할 수 있음은 물론이고, 다습한 챔버의 내부 상태에서의 하중 재하시험과정에서의 실린더 로드 부식도 효과적으로 방지할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 극한환경 시험장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 극한환경 시험장치에 대해 도 1의 화살표 A-A에 따른 단면 형상을 정면방향에서 바라보는 개략적인 정면도이다.
도 3은 챔버와 수평지지빔에서 하중재하장치가 설치된 부분을 상세히 보여주는 도 2의 원 B부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 4는 도 3에 도시된 하중재하장치를 내부 구조가 보이도록 단면형태로 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 극한환경 시험장치에 구비된 하중재하장치를 별도로 분리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 하중재하장치를 보여주는 도 3에 대응되는 도 2의 원 B부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 7은 도 6에 도시된 하중재하장치를 내부 구조가 보이도록 단면형태로 도시한 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 하중재하장치를 별도로 분리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 극한환경 시험장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 극한환경 시험장치(100)에 대해 도 1의 화살표 A-A에 따른 단면 형상을 정면방향에서 바라보는 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에서는 실험을 위한 시편(200)으로서 콘크리트 빔 부재가 챔버(20)의 내부에 배치된 것을 예시하였다. 특히, 도 2에서는 챔버(20)는 그 내부가 보이도록 도시하였다.
도면에 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 극한환경 시험장치(100)는, 원하는 극고온도, 극저온, 고습도 상태 등의 극한상태의 내부환경을 조성할 수 있으며 내부에 시편(200)이 배치되어 극한환경 시험이 진행되는 챔버(20)와, 시편(200)에 연직하중을 재하할 수 있는 하중재하장치(10)와, 상기 하중재하장치(10)가 설치되는 지지프레임(30)을 포함하여 구성된다.
지지프레임(30)은, 챔버(20)의 외측에서 챔버(20)의 천정부(21) 위를 가로질러 배치되는 수평지지빔(31)과, 상기 수평지지빔(31)의 양단에서 각각 연직하게 세워져서 수평지지빔(31)을 지지하게 되는 한 쌍의 연직기둥부(32)를 포함하여 구성된다. 수평지지빔(31)에는, 실린더 로드(1)를 신축시키기 위한 연직구동모듈(19)이 고정 설치된다.
챔버(20)는 시편(200)이 배치될 수 있는 내부공간을 가지는 부재로서 지지프레임(30)의 수평지지빔(31) 아래에 위치하며, 극저온이나 극고온의 원하는 실내온도를 유지할 수 있는 구성을 가지며, 실내습도 역시 원하는 정도가 될 수 있는 구성을 가진다. 이와 같이 챔버(20)의 실내 상태를 원하는 온도와 습도 등의 상태 즉, 시험을 위한 극한환경으로 조성하기 위한 구조 및 방법은 공지된 것인 바, 이에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에는 하중재하장치(10)가 구비되는데, 하중재하장치(10)는 신축하는 실린더 로드(1), 및 상기 실린더 로드(1)를 신축시키기 위한 연직구동모듈(19)을 포함하며, 연직구동모듈(19)은 고정수단에 의해 지지프레임(30)의 수평지지빔(31) 위에 고정설치된다. 챔버(20)의 천정부(21)에는 관통공이 형성되어 있으며, 실린더 로드(1)는, 수평지지빔(31)과 천정부(21)의 관통공을 관통하여 그 하단부가 챔버(20)의 내부에 위치한 상태에서 연직하게 신축하여 시편(200)에 연직하중을 재하하게 된다.
본 발명에 따른 하중재하장치(10)에는 아래에서 설명하는 구조로 이루어진 열교차단 구조가 구비되어 있다. 도 3에는 하중재하장치(10)에서 챔버(20)의 천정부(21)를 관통하는 부분만을 상세히 보여주는 도 2의 원 B부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3에 도시된 하중재하장치(10)의 부분을 내부 구조가 보이도록 단면형태로 도시한 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 따른 하중재하장치(10)에서 실린더 로드(1) 및 이와 결합된 부재들만을 별도로 분리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
앞서 설명한 것처럼 지지프레임(30)의 수평지지빔(31) 아래에는 챔버(20)가 위치하게 되고, 그에 따라 수평지지빔(31)은 챔버(20)의 천정부 위를 가로질러 위치하게 되는데, 수평지지빔(31)과 챔버(20)의 천정부(21) 사이에는 연직간격이 존재한다. 하중재하장치(10)의 실린더 로드(1)는 챔버(20)의 천정부(21)에 형성된 관통공을 통과함으로써 천정부(21)를 관통하게 되는데, 수평지지빔(31)과 챔버(20)의 천정부(21) 사이의 연직간격에 의해 실린더 로드(1)가 외부에 노출되는 부분이 존재한다. 편의상 수평지지빔(31)과 챔버(20)의 천정부(21) 사이에서 실린더 로드(1)가 외부에 노출되어 있는 부분을 "실린더 로드의 중간부"라고 기재하고, 챔버(20)의 천정부(21)를 관통하여 실린더 로드(1)가 챔버(20) 내에 위치하고 있는 부분을 "실린더 로드의 하부"라고 기재한다.
본 발명에서, 실린더 로드(1)의 중간부에는 전기에 의해 열을 발생시키는 가열선(2)이 감겨져 있다. 필요에 따라서는 밴드 히터부재(3)가 더 구비될 수 있는데, 밴드 히터부재(3)는 도면에 예시된 것처럼 판형태의 부재로 이루어지고, 전기에 의해 열을 발생시키는 것이다. 도면에 도시된 것처럼, 실린더 로드(1)의 중간부에는 가열선(2)이 감겨져 있고, 가열선(2)이 감겨져 있는 부분의 아래에서는 실린더 로드(1)가 밴드 히터부재(3)를 관통하게 되어, 밴드 히터부재(3)가 실린더 로드(1)와 직교하는 형태로 실린더 로드(1)에 끼워져 구비될 수 있다. 밴드 히터부재(3)는 챔버(20)의 천정부(21)의 외부 상면에 밀착되어 위치한다.
챔버(20)의 내부가 극저온의 극한상태로 되고, 이러한 극저온의 극한상태에서 실린더 로드(1)가 챔버(20)의 천정부(21)를 관통하여 챔버(20) 내에서 연직방향으로 신축하는 과정에서, 실린더 로드(1)의 열전도성으로 인하여 챔버(20)의 외부에 위치하는 하중재하장치(10)의 각종 부재 역시 온도가 저하되어 결로가 발생할 수 있으며, 기타 성능 발휘에 악영향이 발생할 수 있다. 이러한 상황에 대비하여, 본 발명에서는 가열선(2)에 전기를 공급하여 열을 발생시킴으로써, 실린더 로드(1)의 열전도성으로 인하여 챔버(20) 내부의 극저온 상태가 실린더 로드(1)를 타고 챔버(20)의 외부로 전파되는 것을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 즉, 챔버(20)의 내부에 위치하는 실린더 로드(1)의 하부가 극저온 상태로 냉각되고 실린더 로드(1)의 열전도 특성으로 인해 이러한 극저온 상태가 전파되더라도, 챔버(20)의 외부에서는 가열선(2)을 가열하여 실린더 로드(1)의 중간부가 과도하게 냉각되는 것을 방지할 수 있게 되며, 따라서 실린더 로드(1)의 중간부를 포함하여 하중재하장치(10)에서 챔버(20)의 외부에 위치하고 있는 각종 부재에 결로가 발생하고, 그로 인하여 작동성능이 저하되는 것을 사전에 효과적으로 예방할 수 있게 되는 것이다. 전기 공급에 의해 가열되는 가열선(2)은 실린더 로드(1)에서 복수개 위치에 구비될 수 있는데, 실린더 로드(1)의 중간부 이외에, 실린더 로드(1)의 하부에서 주름관(6)의 내부 위치에도 필요에 따라서는 가열선(2)이 구비될 수 있다.
또한 밴드 히터부재(3)가 구비되는 경우, 전기에 의해 밴드 히터부재(3)가 발열되어 실린더 로드(1)가 챔버(20)의 천정부를 관통하는 부분에서의 온도를 높여줌으로써, 천정부(21)의 관통공을 통해서 열이 외부로 누출되는 것을 차단하게 되고, 그에 따라 실린더 로드(1)와 챔버(20) 내부에서 결로가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 챔버(20) 내부의 열손실도 방지할 수 있게 된다.
본 발명에서, 챔버(20)의 천정부(21)를 관통하여 챔버(20) 내에 위치하고 있는 실린더 로드(1)의 하부는 연직방향으로의 길이 신축이 가능한 주름관(6)에 관통 삽입되어 있다. 주름관(6)의 내부에 실린더 로드(1)의 하부가 삽입되어 있는 상태에서 주름관(6)의 상단은 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀봉된 상태로 결합되며, 주름관(6)의 하단은 실린더 로드(1)의 하부를 밀봉된 상태로 감싸게 된다. 시편(200)에 직접 하중을 가하는 실린더 로드(1)의 하부 끝단은 주름관(6)의 하단 외부에 노출되어 있다.
구체적으로 도 1 내지 도 5에 도시된 제1실시예의 경우, 주름관(6)의 상단이 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀봉된 상태로 결합될 수 있도록, 주름관(6)의 상단에 수평 플랜지(61)가 일체로 구비되어 있으며, 수평 플랜지(61)가 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀착되어 볼트 등의 체결수단에 의해 천정부(21)에 결합 고정되어 있다. 그리고 주름관(6)의 하단은 실린더 로드(1)의 하부를 직접 밀봉된 상태로 감싸게 되는데, 도면에 예시된 것처럼, 주름관(6)의 하단이 실린더 로드(1)의 하부를 감싼 상태에서 밀봉체결링(8)이 주름관(6)의 하단 외면을 강하게 감싸서 조임으로써, 주름관(6)의 하단 내면과 실린더 로드(1)의 외면 사이에 틈이 없게 밀착되도록 하여 밀봉된 상태로 결합시킬 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 주름관(6)의 내부와 주름관(6)의 외부는 공기가 통하지 않도록 분리되며, 따라서 실린더 로드(1)의 하부에서 주름관(6)의 내부에 위치하는 부분 즉, 주름관(6)에 의해 감싸져 있는 부분은 챔버(20)의 내부 공기와 접하지 않은 채 격리된다. 주름관(6)은 신축이 가능하므로, 실린더 로드(1)의 신축에 의해 챔버(20)의 내부에서 실린더 로드(1)의 하부가 연직 승하강운동을 하는 과정에서, 주름관(6)의 내부는 위와 같이 외부로부터 격리되어 있는 상태를 그대로 유지할 수 있게 된다.
주름관(6)의 상부를 밀폐시킴에 있어서 도 1 내지 도 5에 도시된 제1실시예처럼 수평 플랜지(61)를 반드시 주름관(6)의 상단에 직접 일체로 구비해야 하는 것은 아니며, 수평 플랜지(61)를 가지는 상부 슬리브부재(4)를 이용할 수도 있다. 도 6에는 본 발명의 제2실시예에 따른 하중재하장치(10)에 대한 도 3에 대응되는 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 7에는 도 6에 도시된 하중재하장치 부분을 내부 구조가 보이도록 단면형태로 도시한 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 6에 도시된 하중재하장치(10)에서 실린더 로드 및 이와 결합된 부재들만을 별도로 분리하여 보여주는 도 5에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
도 6 내지 도 9에 예시된 실시예의 경우, 중공을 가지는 원통형상의 부재로 이루어지고 상단에는 수평 플랜지(61)가 일체로 구비된 상부 슬리브부재(4)가 실린더 로드(1)의 외부에 끼워져 있으며, 실린더 로드(1)의 하부가 주름관(6)의 내부에 삽입된 상태에서, 주름관(6)의 상단이 상부 슬리브부재(4)를 감싼 상태로 밀봉되도록 결합되어 있다. 수평 플랜지(61)가 연직 상부에 위치하는 형태로 상부 슬리브부재(4)가 배치되어 실린더 로드(1)가 상부 슬리브부재(4)의 중공을 관통하고 있고, 수평 플랜지(61)는 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀착되어 밀실한 상태를 유지하면서 천정부(21)에 결합된다. 주름관(6)의 상단은 상부 슬리브부재(4)와 밀봉된 상태로 결합되는데, 도면에 예시된 것처럼 주름관(6)의 상단이 상부 슬리브부재(4)의 외면을 감싼 상태에서 밀봉체결링(8)이 주름관(6)의 상단 외면을 강하게 감싸서 조임으로써, 주름관(6)의 상단 내면과 상부 슬리브부재(4)의 외면 사이에 틈이 없게 밀착되도록 하여 밀봉된 상태로 결합시킬 수 있다.
상부 슬리브부재(4)에는 그 원주를 따라 오목한 형태의 원주홈이 형성될 수 있는데, 이 경우 주름관(6)을 감싼 밀봉체결링(8)이 원주홈 내에 위치한 상태로 조여지게 됨으로써, 주름관(6)과 상부 슬리브부재(4) 사이가 더욱 완벽한 밀봉상태로 결합될 수 있다.
주름관(6)의 상부에 직접 수평 플랜지가 구비되어 있는 구성을 가지는 도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예와 달리, 도 6 내지 도 9에 도시된 본 발명의 제2실시예처럼 수평 플랜지를 구비한 별도의 상부 슬리브부재(4)를 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 설치한 상태에서 주름관(6)의 상부가 상부 슬리브부재(4)를 감싸는 경우, 주름관(6)의 교체작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다. 실린더 로드(1)의 연직방향 승하강이 반복됨에 따라 주름관(6)도 신축이 반복되고, 그 과정에서 주름관(6)이 파손될 수 있으며, 이 경우 주름관(6)을 교체하여야 하는데, 주름관(6)의 상단이 직접 챔버(20)의 천정부(21) 하면에 결합되는 것이 아니라, 위에서 설명한 제2실시예처럼 주름관(6)의 상부가 상부 슬리브부재(4)를 감싸게 되는 구성을 가지게 되면, 상부 슬리브부재(4)는 천정부에 고정 설치되어 있는 상태에서, 주름관(6)의 상부만을 용이하게 상부 슬리브부재(4)와 분리하여 교체한 후 다시 체결할 수 있게 되며, 따라서 주름관(6)의 교체작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.
한편, 도 1 내지 도 5에 도시된 제1실시예에서는 주름관(6)의 하단이 실린더 로드(1)의 하부를 직접 밀봉된 상태로 감싸고 있지만, 도 6 내지 도 9에 도시된 제2실시예처럼 중공을 가지는 원통형상의 부재로 이루어진 하부 슬리브부재(5)를 실린더 로드(1)의 외부에 밀봉된 상태로 견고하게 끼워서 고정시킨 후 주름관(6)의 하단이 하부 슬리브부재(5)의 외면을 밀봉된 상태로 감싸도록 할 수도 있다. 하부 슬리브부재(5)는 중공을 가지는 원통형상의 부재로 구성되는데, 실린더 로드(1)가 하부 슬리브부재(5)의 중공에 삽입되고, 그에 따라 하부 슬리브부재(5)는 실린더 로드(1)의 하부 외면을 감싸도록 구비된다. 상부 슬리브부재(4)의 경우에는 실린더 로드(1)와 직접 결합되는 것이 아니므로, 실린더 로드(1)는 상부 슬리브부재(4)의 중공에 삽입된 상태에서 자유롭게 연직방향으로 신축할 수 있지만, 하부 슬리브부재(5)는 실린더 로드(1)와 일체가 되도록 결합되며, 특히 실린더 로드(1)의 외면과 하부 슬리브부재(5)의 내면 사이에는 공기가 유입될만한 틈이 없도록 밀봉된 상태로 결합되는 것이다.
하부 슬리브부재(5)가 구비되는 경우, 주름관(6)의 하단은 하부 슬리브부재(5)와 밀봉된 상태를 이루면서 결합되는데, 주름관(6)의 하단이 하부 슬리브부재(5)의 외면을 감싼 상태에서 밀봉체결링(8)이 주름관(6)의 하단 외면을 강하게 감싸서 조임으로써, 주름관(6)의 하단 내면과 하부 슬리브부재(5)의 외면 사이에 틈이 없게 밀착되도록 하여 밀봉된 상태로 결합시킬 수 있다. 이 경우에도 하부 슬리브부재(5)에 원주를 따라 오목한 형태의 원주홈을 형성할 수 있으며, 이렇게 원주홈이 형성된 경우, 주름관(6)을 감싼 밀봉체결링(8)이 원주홈 내에 위치한 상태로 조여지게 됨으로써, 주름관(6)과 하부 슬리브부재(5) 사이가 더욱 완벽한 밀봉상태로 결합될 수 있다.
주름관의 하단이 직접 실린더 로드를 감싸는 구성을 가지는 도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예와 달리, 도 6 내지 도 9에 도시된 본 발명의 제2실시예처럼, 별도의 하부 슬리브부재(5)가 구비되고 주름관(6)의 하단이 하부 슬리브부재(5)를 감싸는 구성의 경우에는, 주름관(6)의 하부에서 주름관(6)과 실린더 로드(1) 사이의 간격이 증가되어 주름관(6)이 실린더 로드(1)에 직접 접촉하지 않게 되며, 따라서 실린더 로드(1)의 연직방향 승하강 과정에서 주름관(6)에 손상이 발생하는 것을 효과적으로 예방할 수 있게 되는 장점이 발휘된다.
도 6 내지 도 8에서는 상부 슬리브부재(4)와 하부 슬리브부재(5)가 모두 사용되는 것으로 도시하였지만, 상부 슬리브부재(4)만을 구비하고 하부 슬리브부재(5)를 사용하지 않아서 주름관(6)의 하단이 실린더 로드(1)의 하부를 직접 밀봉된 상태로 감싸게 될 수도 있으며, 이와 반대로 하부 슬리브부재(5)는 사용하되 상부 슬리브부재(4)는 사용하지 않아서, 주름관(6)의 상단에 수평 플랜지(61)가 일체로 구비될 수도 있다.
본 발명의 하중재하장치(10)에서는, 실린더 로드(1)의 하부가 챔버(20) 내에서 연직방향 승하강하여 시편(200)에 하중을 재하하는 과정에서, 주름관(6)으로 둘러싸인 부분의 내부로는 챔버(20) 내부의 습기나 냉,온기가 유입되지 않는다. 즉, 주름관(6)으로 둘러싸인 공간으로 챔버(20) 내부의 습기나 냉,온기가 유입되지 않은 채, 실린더 로드(1)는 자유롭게 연직방향으로 승하강 운동하여 하중 재하 작동을 할 수 있는 것이다. 특히, 본 발명에서, 챔버(20)의 천정부(21)에서 실린더 로드(1)가 관통하게 되는 부분 즉, 천정부(21)에 형성되어 실린더 로드(1)가 관통하는 관통공은, 수평 플랜지(61)와 주름관(6)에 의해 챔버(20)의 내부와 격리되어 있는 바, 이를 통해서 매우 유리한 효과가 발휘된다. 도 1 내지 도 5에 도시된 제1실시예의 경우에는, 주름관(6)의 상단에 일체로 구비된 수평 플랜지(61)가 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀착되어 밀봉된 상태를 형성하면서 고정되어 있으며, 도 6 내지 도 9에 도시된 제2실시예의 경우에는, 주름관(6)의 상단이 상부 슬리브부재(4)를 밀실하게 감싸고 있고 상부 슬리브부재(4)의 수평 플랜지(61)가 챔버(20)의 천정부(21) 내부 하면에 밀착되어 밀봉된 상태를 형성하면서 고정되어 있다. 주름관(6)의 하단은 실린더 로드(1)를 직접 밀봉되게 감싸거나 또는 실린더 로드(1)에 일체 결합되는 하부 슬리브부재(5)를 밀봉되게 감싸고 있다. 따라서 챔버(20)의 천정부(21)에서 관통공과, 이를 관통하는 실린더 로드(1)의 외면 사이에 존재하는 간극을 통해서 챔버(20)의 내부 열이 외부로 누출되는 것이 원천적으로 차단된다. 즉, 챔버(20)의 천정부(21)에 형성된 관통공을 통해서 챔버(20) 내외간의 열교(熱交)가 발생하는 것을 사전에 차단하게 되는 것이다. 따라서 챔버 내외부 간의 열교(熱交)로 인한 챔버 내부의 열에너지 손실을 효과적으로 방지할 수 있으며, 챔버 외부에서 실린더 로드를 포함한 하중재하장치의 각 부재 및 부분에서 결로(結露)가 발생하는 것 및 그로 인한 하중재하장치의 여러 작동상의 문제점의 발생을 사전에 효과적으로 예방할 수 있게 된다.
본 발명에서는 위와 같이 주름관(6)으로 둘러싸인 공간 내부로는 챔버(20) 내부의 습기가 유입되지 않으므로, 챔버(20)의 내부를 매우 다습(多濕)한 상태로 만들어서 장시간 하중재하 시험을 수행하는 경우에도, 주름관(6)의 내부에서는 습기로 인한 실린더 로드의 부식이 발생하지 않게 되며, 따라서 부식으로 인하여 실린더 로드의 신축이 원활하게 이루어지지 않게 되는 현상을 사전에 효과적으로 예방할 수 있게 된다.
1: 실린더 로드
2: 가열선
3: 밴드 히터부재
10: 하중재하장치
20: 챔버
21: 천정부
30: 지지프레임
100: 극한환경 시험장치
200: 시편

Claims (7)

  1. 극한의 내부환경을 조성할 수 있는 챔버를 구비한 극한환경 시험장치에 구비되어, 챔버 내에 배치된 시편에 연직하중을 가하는 하중재하장치로서,
    챔버의 천정부에 형성된 관통공을 관통하여 하단부가 챔버의 내부에 위치한 상태에서 연직하게 신축하여 시편에 연직하중을 재하하는 실린더 로드를 포함하는데;
    챔버의 내부에서 실린더 로드의 하부는, 연직방향으로의 길이 신축이 가능한 주름관에 관통 삽입되어 있으며;
    주름관의 상단은 챔버의 천정부 내부 하면에 밀봉된 상태로 결합되고, 주름관의 하단은 실린더 로드의 하부를 밀봉된 상태로 감싸게 됨으로써;
    실린더 로드가 하중재하를 위하여 자유롭게 연직방향으로 신축하는 것이 가능하면서도, 챔버 내부의 습기나 냉,온기가 주름관의 내부로 유입되지 않고 천정부의 관통공이 주름관에 의해 챔버의 내부와 격리되어, 관통공으로 인한 챔버 내외부간의 열교가 차단되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 하중재하장치.
  2. 제1항에 있어서,
    챔버의 천정부의 외부에 존재하는 실린더 로드의 중간부에는 전기에 의해 열을 발생시키는 가열선이 감겨져 있어서,
    전기가 공급되어 가열선이 발열됨으로써, 실린더 로드 자체의 열전도로 인하여 챔버 내의 열에너지가 챔버 외부로 전파되는 것을 억제하게 되는 구성을 더 가지는 것을 특징으로 하는 하중재하장치.
  3. 제1항에 있어서,
    챔버의 천정부의 외부에 존재하는 실린더 로드의 중간부에는, 판형태의 부재로 이루어져 전기에 의해 열을 발생시키는 밴드 히터부재가 끼워지며;
    밴드 히터부재는 챔버의 천정부의 외부 상면에 밀착되어 위치하고 있어서;
    전기 공급에 의해 밴드 히터부재가 발열됨으로써, 되어 실린더 로드가 챔버의 천정부를 관통하는 부분에서의 온도를 높여줌으로써, 천정부의 관통공을 통해서 열이 외부로 누출되는 것을 차단하게 되는 구성을 더 가지는 것을 특징으로 하는 하중재하장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    주름관의 상단에는 수평 플랜지가 일체로 구비되어 있으며;
    수평 플랜지가 챔버의 천정부 내부 하면에 밀착되어 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 하중재하장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    챔버의 내부에는, 중공을 가지는 원통형상의 부재로 이루어지고 상단에는 수평 플랜지가 일체로 구비된 상부 슬리브부재가 구비되는데;
    실린더 로드가 주름관의 내부에 삽입된 상태에서, 실린더 로드는 상부 슬리브부재의 중공을 관통하고 있고, 상부 슬리브부재의 수평 플랜지가 챔버의 천정부 내부 하면에 밀착된 상태로 결합되고;
    주름관의 상단이 상부 슬리브부재의 외면을 감싼 상태에서 밀봉체결링이 주름관의 상단 외면을 감싸서 조임으로써, 주름관의 상단 내면과 상부 슬리브부재의 외면 사이에 틈이 없게 밀착되도록 하여, 주름관과 상부 슬리브부재가 밀봉된 상태로 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 하중재하장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    챔버 내부의 실린더 로드 하부에서, 중공을 가지는 원통형상의 부재로 이루어진 하부 슬리브부재가 실린더 로드의 외면에 밀봉된 상태로 끼워져서 구비되며;
    실린더 로드의 하부가 주름관에 관통 삽입되고, 주름관의 하단은 하부 슬리브부재의 외면을 감싼 상태에서 밀봉체결링이 주름관의 하단 외면을 감싸서 조임으로써, 주름관의 하단 내면과 하부 슬리브부재의 외면 사이에 틈이 없게 밀착되도록 하여, 주름관과 하부 슬리브부재가 밀봉된 상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 하중재하장치.
  7. 극한의 내부환경을 조성할 수 있는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치된 시편에 연직하중을 가하는 하중재하장치를 포함하는 극한환경 시험장치로서,
    하중재하장치는, 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 의한 하중재하장치인 것을 특징으로 하는 극한환경 시험장치.

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