KR20230100517A - 수소가스용기의 누설 검사 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소가스용기 누설검사 장치 및 방법으로,
저분자로 보관 용기의 전체부분에서 미세하게 투과하고 고압의 상태로 사용하는 수소가스 용기를 가압 및 진공시스템 내부에 장착하여 가스용기의 실제가용 압력과 유사한 고압의 상태에서 다른 기체의 혼입 없이 용기 전체부분의 누설을 정밀하게 검사할 수 있다.
또한 사전에 보정용 마스터병을 이용하여 가스 누설감지기의 능력과 본 장치자체의 가스 누설량을 사전 확인하고, 진공시스템과 연결된 가스 누설검지기를 이용하여 특정 가스에 대하여 시간대별 초당 1x10-1cc에서 1x10-10cc의 미세한 누설량을 정밀하게 측정할 수 있다.
저분자로 보관 용기의 전체부분에서 미세하게 투과하고 고압의 상태로 사용하는 수소가스 용기를 가압 및 진공시스템 내부에 장착하여 가스용기의 실제가용 압력과 유사한 고압의 상태에서 다른 기체의 혼입 없이 용기 전체부분의 누설을 정밀하게 검사할 수 있다.
또한 사전에 보정용 마스터병을 이용하여 가스 누설감지기의 능력과 본 장치자체의 가스 누설량을 사전 확인하고, 진공시스템과 연결된 가스 누설검지기를 이용하여 특정 가스에 대하여 시간대별 초당 1x10-1cc에서 1x10-10cc의 미세한 누설량을 정밀하게 측정할 수 있다.
Description
본 발명은 수소가스용기의 누설을 검사하기 위한 장치에 관한 것이다.
분자량이 작고 투과력이 높은 수소를 고압의 상태로 보관하는 수소용기는 폭발 등 위험을 방지하기 위해 가스 누설 검사가 필요하다.
발명의 배경이 되는 기술로는 챔버 내부에 수소가스용기 장착 및 특정가스로 가스용기를 가압하고 챔버를 진공 처리하는 장치 구조와 진공 챔버내 가스용기의 미세한 특정 가스 누설을 측정할 수 있는 가스 누설검지기로 구성된 장치이다.
Leak Testing,in Nondestructive Tesing Handbook, R.C. McMaster,Ed.,1982
가스는 고유의 성질상 발화 하기 쉽고 일정 수준의 농도, 압력, 온도에 따라서 폭발하기에 위험성을 갖고 있고 안전관리가 필요하다.
따라서, 가스를 보관하는 사용하는 단위인 가스용기에 대한 안전성을 확인하기 위한 내압 , 파열과 화염, 충격 등 여러 시험을 해야 한다. 이 중 가스의 누출이 있었는지 검사 및 평가하는 것이 가스 누설 검사 장치이다.
종래 LNG, LPG, 산소, 질소, 염소 등 대부분 고압으로 용기에 보관하는 가스는 탄소강 등의 금속 용기를 사용하며, 가스용기에서 누설되기 쉬운 밸브나 기타연결 부분의 누설을 주로 확인하였고 누설 여부만 확인하거나 누설 정도에 대해 정밀도가 없는 누설장치를 주로 사용하였다.
종래의 가스용기에서 가스등 유체의 누설 및 손실을 검사 및 측정하는 방법은 용기의 질량 변화를 측정, 기체 손실량을 용기의 차압으로 측정, 또는 용기 외부에 검출 시약 등을 도포하여 시약 색의 변화를 보는 방법이나 용기내에 검출 가능 가스 주입 후 밸브 주변의 누설을 검출하는 방법등이 있으며 검출 설비는 압력계, 할로겐 검출기, 질량 분석계 등을 사용한다.
이러한 간접 방법들은 검출가능부가 국부적이거나 타 가스 혼입의 영향이 있고 누설여부를 확인하거나 상대적인 누설량의 크기를 확인하는 장치로 누설량에 대한 정확도가 낮다. 따라서 종래의 누설검사 장치 및 방식으로는 저분자량의 가스에 대한 용기 전체의 미세한 특정 가스 누설에 대해서는 누설 가스의 종류에 따른 정밀한 누설량 측정이 어렵다.
도 2는 선행 특허 ( 등록번호 20-0397044) 의 누설 검사 장치로 가스 용기의 절대압력을 압력센서를 이용하여 측정함으로써 누설상태를 확인하는 장치로 밸브의 누설 위주 검사이다. 가스의 종류나 가스 용기 전체 표면에서의 정밀한 누설량을 확인하기 어렵다.
도3는 선행 특허( 등록번호 20-0191427) 의 누설검사 장치로 암모니아, 헬륨 또는 할로겐 가스 등과 같은 추적가스(TRACER GAS)를 이용하여 그 기밀여부의 검사를 수행하는 추적가스를 이용한 누설검사 장치에 관한 것으로 국소적인 밸브를 통한 용기의 누설량을 확인하는 방식이다. 가스용기 전체에서 누설되는 미세한 특정 가스의 누설량을 확인할 수는 없다.
도 4는 선행 특허 ( 출원번호 1020060066088 ) 의 누설검사 장치로써, 연료탱크나 가스용기의 주입구에 연결되어 상기 주입구 주변을 밀폐시켜 기밀공간을 갖춤으로써 검사용 기체가 외부로 누출되지 않도록 하여 누설검사 하는 방식으로 역시 가스용기 전체에서 타 타 가스의 혼입이 발생할 수 있기에 누설되는 미세한 특정 가스의 누설량을 타 정밀하게 확인할 수는 없다.
하지만, 고압상태로 보관하는 수소 가스는 탄소강, 합금강 등 금속이 수소를 흡입, 저장하고 물러지게 되는 취성의 특징이 있어서 수소취성을 방지하는 원소인 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 티타늄 등을 용기에 추가하거나 용기의 재료를 알루미늄과 크롬등 금속 재료로 일부 사용하지만 안정성의 문제가 있다.
또한 수소는 고온에서 강재, 금속재료를 쉽게 투과할 수 있다. 최근은 비금속 재질의 내피(나일론 소재, 폴리아미드 라이너 등)와 외피는 고압에 대한 파열 안정성을 위하여 강성이 뛰어난 탄소섬유 강화 플라스틱 (탄소섬유+에폭시 소재)를 수십 mm 이내의 두께로 가공 및 와인딩하여 구성된 용기가 많이 사용하고 있다. 하지만, 고분자나 탄소 섬유를 활용한 재료를 용기로 사용하더라도 수소, 헬륨 등 분자량이 작은 가스 종류는 상대적으로 누출되기 쉬우며, 수소 투과가 낮은 고분자를 사용하고 탄소섬유로 보강하더라도 고분자 재질은 금속 대비 격자구조가 치밀하지 않아서 수소 가스 등이 누설의 위험성이 지속 존재하고 있다. 또한 수소는 가연성 가스로써 공기중에서 4~ 75% 의 넓은 농도범위에서는 연소가 엄청 빠르다 보니 폭발을 합니다. 매우 넓고 낮은 누출 농도에서 폭발의 위험성이 있기에 정밀한 누설량 검사가 필요하다.
따라서, 수소와 같은 저분자 고압가스이며 비금속 용기는 밸브등 일부가 아니라 용기 전체를 대상으로 다른 가스의 혼입 없이 극소량의 누설량에 대해서도 짧은 시간에 정밀히 측정할 수 있는 누설 장치가 요구되며 이를 위한 작동 방법이 요구된다.
종래의 누설 검사 장치는 금속용기 위주의 밸브 주변부 측정이며 분자량이 매우 작은 고압 수소 가스용기의 전체에 대한 시간대 별 극소량의 누설을 측정하기에는 부적합하다.
본 발명은 고압 가스, 특히 고압 수소가스 용기의 전체적인 부위를 다른 가스의 혼입 없이 미세한 누설량을 시간대별로 정밀하게 측정하는 장치이다.
앞에서 언급한 연료전지용 등의 목적으로 사용하는 수소가스는 효율적인 장시간 사용을 위하여 100 Bar 이상의 고압의 상태로 보관하며, 수소 취성의 반응성이 낮은 크롬강, 알루미늄강 등 금속재질의 용기 또는 최근에는 비금속 재질의 용기를 사용하고 있으나 수소는 저분자량으로 재료 투과성이 있고, 고압 보관 및 용기 재질의 특성상 용기 전체적으로 미세 누설이 발생할 수 있으며 누설량의 정밀한 측정이 필요하다.
따라서 고압 수소 용기는 용기 전체적으로 누설 검사를 할 수 있고, 폭발범위가 넓기에 초당 1x10-2 cc 이하의 미세한 누설량을 측정할 수 있어야 하며 측정시 다른 가스의 혼입 없는 검사 장치와 방법이 필요하다. 또한 가스검지기가 시간별 미세 측정할 수 있는 특정 감지가스는 수소와 같이 저분자로써 확산 속도가 크고 검지기에서 검지가 용이하여야 한다.
따라서, 본 발명은 측정대상이 되는 수소가스용기를 진공 챔버내에 고정하고 챔버를 진공상태로 만들어서 다른 가스의 혼입을 방지하고 용기전체의 미세한 누설을 확인할 수 있으며, 가스용기에 검지가 가능한 특정가스 가압을 통해 실제 사용에서 요구되는 고압의 상태로 검사 한다. 그리고 누설 가스의 종류와 누설량을 정밀하게 검출할 수 있도록 가스누설검지기를 이용하여 시간대별 정밀한 누설을 검출할 수 있는 고압 수소가스용기의 누설 검사장치에 관한 것이다
본 발명의 수소가스용기 누설검사 장치 및 방법은,
저분자로 금속 및 고분자 용기의 전체부분에서 미세하게 투과하고 고압의 상태로 사용하는 수소가스용기에 대하여 가압 및 진공시스템으로 가스용기의 실제 가용 압력과 유사한 고압의 상태에서 다른 기체의 혼입 없이 용기 전체부분의 누설을 정밀하게 검사할 수 있다.
또한 , 사전에 교정용 마스터병을 이용하여 본 장치와 가스 누설 검지기를 검증한다.
가스 누설검지기를 이용하여 특정 가스에 대한 시간대별 초당 1x10-1 cc에서 1x10-10 cc 의 미세한 누설량을 정밀하게 측정할 수 있다.
표 1. 종래 누설 검사장치와 본 발명 검사장치의 성능 등 비교
[도 1] 제1도는 본 발명의 가스용기 누설검사 장치의 평면도
[도 2] 제2도는 종래의 가스용기 압력센서 측정 방식
[도 3]제3도는 종래의 추적가스를 이용한 누설검사 장치
[도 4] 제4도는 종래의 주입구 밀폐한 누설검사 장치
[도 2] 제2도는 종래의 가스용기 압력센서 측정 방식
[도 3]제3도는 종래의 추적가스를 이용한 누설검사 장치
[도 4] 제4도는 종래의 주입구 밀폐한 누설검사 장치
본 발명은 수소 가스용기의 누설 검사 장치에 관한 것으로,
측정대상이 되는 가스용기를 진공시스템 챔버내에 고정하고, 가스용기를 가압하여 실제 사용하는 고압의 상태에서 , 챔버를 진공상태로 만들어서 다른 기체의 혼입 없이 가스용기 전체를 대상으로 미세한 누설을 검사할 수 있게 한다. 그리고 미세한 누설량이 확산펌프에 의해 이동되고 가스누설검지기를 이용하여 누설 가스의 종류와 누설량을 정밀하게 시간대별 측정할 수 있는 가스용기 누설 검사장치에 관한 것이다.
이하, 첨부한 도면의 제1도를 참고로 하여 본 발명을 실시하기 위한 설명이다.
제1도는 본 발명의 창치에 대한 평면도 이다.
1) 사전 교정 (Calibration) 실시: 본 장치 및 가스누설검사기의 성능을 검증함
- 챔버(10) 내에 감지가능한 특정 가스가 주입된 가스누설 교정용 마스터 병(30)을 부착하거나 가스 누설 검지기(80)에 연결한다. 특정 가스는 확산 속도가 빠르며 비활성이고 감지가 가능한 수소 또는 헬륨등의 가스를 사용하며, 마스터 병은 특정가스를 일정하게 누출 한다. 누출량은 요구되는 누설 감지 스펙에 따라 달라지며 초당 1x10-1 cc에서 1x10-10 cc 까지의 미세한 양을 누출할 수 있다.
- 진공펌프(60) 을 이용하여 챔버(10)를 진공 상태로 만든다. 진공 수준은 10-1 Torr에서 10-5 Torr까지 조정 할 수 있다.
- 확산을 위한 서브펌프(70) 를 가동하고 , 가스 누설 검지기(80) 가 마스터병(30)에서 누설되는 특정 감지 가스의 미세한 누설량을 검지할수 있는지 능력과 검지시간을 확인한다. 또한, 챔버(10) 자체와 가압하지 않은 수소용기의 가스발생량을 가스 누설 검지기 (80) 로 사전 측정하여 보정할 수 있도록 한다.
2) 가스용기의 누설 검사
- 챔버(10) 의 문을 열고 가스용기(20)를 장착한다.
- 가압배관(40)을 가스용기와 체결하고 챔버(10)의 문을 닫는다.
- 가압 컴프레셔(50)을 가동하여 특정 가스를 주입하여 가스용기를 검사가 요구되는 고압으로 가압한다. 이때 특정 가스는 검사하는 가스의 종류에 따라 변경할 수 있다. 수소가스 용기를 검사하는 경우 안전을 위하여 질소와 헬륨 . 수소 등을 일정한 비율로 조합하여 주입한다. 그리고 가스용기에 요구되는 고압으로 가압하며, 수소가스용기는 100 Bar 에서 1,000 Bar 까지 압력을 조정하여 검사할수 있다.
- 진공펌프(60) 을 이용하여 챔버(10)를 진공 상태로 만든다. 진공 수준은 10-1 Torr에서 10-5 Torr까지 조정 할 수 있다.
- 진공 및 고압 시스템이 준비되면 가스용기에 대한 누설 검사를 실시한다. 챔버내의 누설된 가스의 확산을 위한 서브펌프(70) 를 가동하고 , 가스 누설검지기(80) 가 가스용기(20)에서 누설된 특정 가스의 누설량을 시간별로 검지한다.
- 사전 교정 (Calibration) 에서 확인된 장치 누설 검지 소요 시간이 지난 후 후 누설 데이터를 확인 한다.
이때 가스 누설검지기(80)는 정밀하게 가스의 종류에 따른 미세한 누설량을 측정하며 감지력은 검사 요구 사양에 따라 조정할 수 있으며, 초당 1x10-1 cc에서 1x10-10 cc 까지 감지 할 수 있다.
- 누설검사 데이타가 측정되면 챔버(10)의 진공과 가스용기(20)의 가압을 해제하고 , 챔버 내에서 가스용기(20)를 외부로 꺼내고 검사를 완료한다.
[실시예] 가스용기의 누설 검사
첨부한 도면의 제1도를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
- 챔버(10) 의 문을 열고 수소가스용기(20)를 장착한다.
수소용기는 비금속 재질의 내피 (나일론 소재, 폴리아미드 라이너 등)와 외피는 탄소 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있다.
- 가압배관(40)을 가스용기와 체결하고 챔버(10)의 문을 닫는다.
- 가압 컴프레셔(50)을 가동하여 특정 가스를 주입하여 가스용기가 실제 사용하는 875Bar의 고압으로 가압한다.
이때 특정 가스는 수소 95% 와 헬륨 5%의 비율로 조합한다.
- 진공펌프(60) 을 이용하여 챔버(10)를 10-1 Torr 이상의 진공 상태로 만든다.
- 진공 및 고압 시스템이 준비되면 가스용기에 대한 누설 검사를 실시한다.
- 챔버내의 누설된 가스의 확산을 위한 서브펌프(70) 를 가동하고 ,
- 가스누설 검지기(80) 가 가스용기(20)에서 누설된 수소와 헬륨의 누설량을 시간별로 검지한다.
- 사전 교정 (Calibration) 에서 확인된 장치와 수소용기 자체의 누설량을 보정하며, 검지 소요 시간인 2분이 경과 후에 측정한 결과는 초당 1.5x10-2 cc 이다. 수소가스용기의 허용 누설 Spec 에 미팅한지 확인한다.
- 누설검사 데이타가 측정되면 챔버(10)의 진공과 가스용기(20)의 가압을 해제하고 , 챔버 내에서 가스용기(20)를 외부로 꺼내고 검사를 완료한다.
수소가스를 연료전지로 사용하는 자동차, 드론, 선박, 트럭 등 이동장치 및 산업기계, 발전기계 등에 적용되는 수소가스용기의 누설 검사시 사용할 수 있다.
제 1도의 부호의 설명
10: 챔버, 개폐 장치가 있고 가스용기 고정 및 가압, 진공 시스템 챔버
20: 가스 용기
30: 가스누설 보정용 마스터병
40: 가압 배관
50: 가압 컴프레셔
60: 진공 펌프
70: 확산 펌프
80: 가스 누설검지기
10: 챔버, 개폐 장치가 있고 가스용기 고정 및 가압, 진공 시스템 챔버
20: 가스 용기
30: 가스누설 보정용 마스터병
40: 가압 배관
50: 가압 컴프레셔
60: 진공 펌프
70: 확산 펌프
80: 가스 누설검지기
Claims (6)
- 가스용기의 누설 검사 장치로써, 특히 수소 가스용기를 챔버내에 부착하여 수소가스용기에 특정 가스를 주입하여 고압으로 가압할 수 있고, 챔버는 진공펌프와 연결되어 진공상태로 만들 수 있으며, 가스누설 교정용 마스터병이 부착되어 누설 감지 소요시간을 사전 확인하고, 가스 누설검지기와 연결되어 시간대별 가스용기의 누설량을 측정하는 장치이다. (독립항)
- 청구항 1에 있어서 가스용기에 특정가스를 주입하여 가압하며, 압력범위는 100Bar에서 1,000 Bar 이다. (종속항)
- 청구항 1에 있어서 챔버의 진공도는 10-1 Torr에서 10-5 Torr이다. (종속항)
- 청구항 1에 있어서 가스 누설감지기의 감지력은 초당 1x10-1 cc에서 1x10-10 cc 이다. (종속항)
- 청구항 2에 있어서 가스용기에 주입되는 가스는 질소, 헬륨, 수소 중 하나 이상을 사용한다. (종속항의 종속항)
- 청구항 1에 있어서 가스용기 누설검사 장치의 작동 방법에 관한 것으로 , 마스터 병을 이용하여, 누설감지기의 감지 능력과 본 장치 자체의 누설량을 사전 보정하며, 챔버에 고정된 가스용기에 특정 가스를 주입하여 일정한 고압상태로 만들고, 챔버는 진공 상태로 만든 후 펌프를 이용하여 챔버내에 누설된 가스를 확산시키고 가스검지기가 누설량을 측정 한다. (종속항)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210191398A KR20230100517A (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 수소가스용기의 누설 검사 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210191398A KR20230100517A (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 수소가스용기의 누설 검사 장치 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230100517A true KR20230100517A (ko) | 2023-07-05 |
Family
ID=87158711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210191398A KR20230100517A (ko) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 수소가스용기의 누설 검사 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230100517A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102589777B1 (ko) * | 2023-08-17 | 2023-10-13 | 강정민 | 수소 투과량 측정시스템 및 이를 이용한 측정 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200191427Y1 (ko) | 2000-02-24 | 2000-08-16 | 주식회사사이언스리서치서비스 | 추적가스를 이용한 누설검사장치 |
| KR200397044Y1 (ko) | 2005-07-19 | 2005-09-28 | 장관섭 | 가스누설 검사장치 |
| KR100716550B1 (ko) | 2006-07-14 | 2007-05-09 | 고려검사주식회사 | 기밀 내부공간을 갖춘 압력구조물의 누설검사장치 |
-
2021
- 2021-12-28 KR KR1020210191398A patent/KR20230100517A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200191427Y1 (ko) | 2000-02-24 | 2000-08-16 | 주식회사사이언스리서치서비스 | 추적가스를 이용한 누설검사장치 |
| KR200397044Y1 (ko) | 2005-07-19 | 2005-09-28 | 장관섭 | 가스누설 검사장치 |
| KR100716550B1 (ko) | 2006-07-14 | 2007-05-09 | 고려검사주식회사 | 기밀 내부공간을 갖춘 압력구조물의 누설검사장치 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Leak Testing,in Nondestructive Tesing Handbook, R.C. McMaster,Ed.,1982 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102589777B1 (ko) * | 2023-08-17 | 2023-10-13 | 강정민 | 수소 투과량 측정시스템 및 이를 이용한 측정 방법 |
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