KR101177429B1

KR101177429B1 - 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치

Info

Publication number: KR101177429B1
Application number: KR1020110062519A
Authority: KR
Inventors: 신형섭; 김기현
Original assignee: 안동대학교 산학협력단
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-08-28

Abstract

침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치이다. 본 발명의 실시 예에 따른 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치는, 침식성 가스가 유입되는 충전 본체와, 상기 충전본체로부터 침식성 가스가 분기되어 공급되도록 구비되는 복수개의 서브관과, 상기 각 서브관(200)에 독립적으로 결합되어 침식성 가스가 충전되고 내부에 시험편이 구비된 시험 지그로 구성되는 침식성 가스 환경하 시험장치에 있어서, 상기 충전 본체에는 침식성 가스의 유입량을 조절하는 메인유량조절밸브가 구비되고, 상기 각 서브관 상에는 상기 시험 지그에 유입되는 침식성 가스의 유량을 조절하는 서브유량조절밸브가 각각 구비되며, 상기 시험 지그는 상기 서브관으로부터 침식성 가스가 주입되고 상부면에 가스가 충진되는 충진공간(S)이 형성되며 상기 충진공간(S) 상측에 시험편(T)이 거치되는 하부 다이와, 상기 하부 다이의 상부에 결합되고 중앙에 홀이 형성된 상부 다이와, 상기 홀에 삽입되어 상기 시험편(T)에 힘을 가하는 펀치 및 상기 펀치와 시험편(T) 사이에 구비되어 상기 시험편(T)을 직접 가압하는 가압구와, 상기 하부 다이의 일측에 상기 하부 다이에 유입된 침식성 가스의 압력을 측정하기 위한 서브압력게이지를 포함하여 이루어지되, 상기 시험편(T)은 상기 메인유량조절밸브 및 서브유량조절밸브의 개방을 통해 상기 충진공간(S)에 충진되는 침식성 가스와 직접 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치.

Description

침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치{Small punch testing apparatus under }

본 발명은 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치에 관한 것으로, 상세하게는 수소나 천연가스 혹은 수소혼합 천연가스와 같은 침식성 가스 환경 하에서 재료의 특성을 시험하기 위해 소형의 시험편을 사용하여 통상의 시험 환경에서 시험이 가능한 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치에 관한 것이다..

원자력 발전시 발생하는 중성자 조사효과가 원자로 재료의 기계적 특성을 저하시킨다는 것은 널리 알려져 있다. 원자로 압력용기나 배관계통에서 직접 시험편 채취가 불가능한 경우, 감시 시험편에 의한 조사 열화를 모니터링함으로써 조기에 검지하는 방법을 채택하고 있다.

한편 화력발전소의 경우, 보일러와 터빈용 재료도 고온에서 장기간 사용에 따른 경년열화가 발생하여 재료 특성을 저하시키게 된다. 이러한 경우, 취화거동을 조사하기 위한 감시 시험편으로는 주로 샬피 V-노치 시험편(CVN)을 사용해, 연성-취성 천이온도의 변화로 조사손상 및 열화 손상을 평가하고 있지만, 원자로와 발전소의 수명연장에 따라서는 더욱 소형화된 시험편을 사용한 평가기법이 필요하다.

또, 최근에는 수소나 천연가스와 같은 침식성 가스의 사용이 늘어나면서, 이들의 생산/저장/수송/이용과 관련된 설비의 건전성 평가를 통한 안전성 확보를 위해서는 고압 침식성 가스 환경 하에서의 구조재료의 특성평가가 필요하다. 특히, 수소환경취화, 수소유기균열, 저온균열 등과 같은 수소손상에 대한 평가가 필수적으로 수행되어야 한다.

지금까지는 고압 수소가스 및 침식용 가스(수소, 천연가스 등) 환경의 시험법은 전용시험설비로서 고압유지장치(autoclave)와 같은 고가의 대형 시험설비를 사용하여 고압가스분위기를 만들고 그 환경 속에 시험편을 두고 시험을 수행하게 된다.

특히 수소가스를 사용하는 시험의 경우 다중의 안전장치 확보가 필요하여 운용상의 어려움이 존재한다. 이를 완화하기 위한 방안의 하나로 간이 시험방법으로 일축 인장 중공시험편을 이용한 비교적 간편하면서도 국한적으로 중공부에 고압가스를 충전한 시험, 최근 전기-화학적으로 직접 수소가스를 시험편에 장입한 후 이들 시험편을 대기 중에서 시험 등의 간편 시험법이 제안되고 있으나, 고압 수소가스 분위기하의 역학적 특성을 나타내는 데는 한계와 차이가 있다.

따라서 고압 수소가스 분위기하 수소에너지용 구조재료로 적합한 재료를 걸러내는(Screening) 수법 확립을 위한 기반 구축, 수소 생산/저장/수송 관련 설비 및 배관의 건전성 및 안전성 확보를 위한 간편(간이)한 평가 수단이 필요하다.

본 발명의 실시 예들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 상세하게는 소형 펀치가 내장된 복수개의 독립된 시험 지그를 구비하여 1회 충전으로 다수개의 독립된 가스 환경하에서 시험이 가능하고 가스 충진공간의 체적을 최소화하여 가스 폭발의 위험을 줄일 수 있는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 침식성 가스가 유입되는 충전 본체와, 상기 충전본체로부터 침식성 가스가 분기되어 공급되도록 구비되는 복수개의 서브관과, 상기 각 서브관(200)에 독립적으로 결합되어 침식성 가스가 충전되고 내부에 시험편이 구비된 시험 지그로 구성되는 침식성 가스 환경하 시험장치에 있어서, 상기 충전 본체에는 침식성 가스의 유입량을 조절하는 메인유량조절밸브가 구비되고, 상기 각 서브관 상에는 상기 시험 지그에 유입되는 침식성 가스의 유량을 조절하는 서브유량조절밸브가 각각 구비되며, 상기 시험 지그는 상기 서브관으로부터 침식성 가스가 주입되고 상부면에 가스가 충진되는 충진공간(S)이 형성되며 상기 충진공간(S) 상측에 시험편(T)이 거치되는 하부 다이와, 상기 하부 다이의 상부에 결합되고 중앙에 홀이 형성된 상부 다이와, 상기 홀에 삽입되어 상기 시험편(T)에 힘을 가하는 펀치 및 상기 펀치와 시험편(T) 사이에 구비되어 상기 시험편(T)을 직접 가압하는 가압구와, 상기 하부 다이의 일측에 상기 하부 다이에 유입된 침식성 가스의 압력을 측정하기 위한 서브압력게이지를 포함하여 이루어지되, 상기 시험편(T)은 상기 메인유량조절밸브 및 서브유량조절밸브의 개방을 통해 상기 충진공간(S)에 충진되는 침식성 가스와 직접 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치가 제공될 수 있다.

이때, 상기 시험편과 하부 다이 사이에는 상기 충진공간에 충진된 침식성 가스의 누출을 방지하는 오링이 더 구비될 수 있다.

삭제

또한, 상기 충전 본체의 일측에는 유입된 침식성 가스의 배출을 위한 배출밸브가 구비될 수 있다.

또 상기 충전 본체에는 유입되는 침식성 가스의 압력을 측정하는 메인압력게이지가 구비될 수 있다.

한편, 상기 충전 본체와 서브관 사이에는 상기 서브관의 분리 또는 체결이 가능하도록 커넥터가 더 포함될 수 있다.

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종래의 고압 환경 침식용 가스의 시험을 위해서는 비교적 대형의 시험편을 필요로 하기 때문에 고가의 설비 및 안전관리에 많은 주의를 필요로 하나, 본 발명은 미소 시험편을 사용함으로써 상대적으로 작은 설비 및 경제성을 가지고, 취급가스가 미량이기 때문에 안전하며, 손쉬운 시험법 및 재현성 있는 데이터를 얻을 수 있기 때문에 천연가스 배관, 연료전지의 수소탱크, 수소 스테이션의 압력용기 등과 같은 침식성 가스환경에 노출된 재료의 특성 및 건전성 평가에 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치.
도 2는 도 1에 도시된 시험 지그의 확대 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 시험 지그의 내부 단면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치, 도 2는 도 1에 도시된 시험 지그의 확대 사시도를 나타낸다.

도시된 바를 참조하면, 본 발명은 크게 수소나 천연가스와 같은 침식성 가스 또는 불활성 가스(이하 '침식성 가스')가 외부에서 유입되는 충전 본체(100)와, 상기 충전 본체(100)에 결합되어 침식성 가스를 분기하여 다시 공급하는 복수개의 서브관(200) 및 상기 각 서브관(200)에 연결되고 내부에 시험편(T)이 구비되어 시험을 직접 수행하는 시험 지그(300)로 구성됨을 알 수 있다.

먼저, 충전 본체(100)에 대해 설명한다.

상기 충전 본체(100)는 침식성 가스가 저장된 탱크(미도시)와 같은 침식성 가스 공급원에 연결되어 침식성 가스가 유입되고, 내부는 중공 형태일 수 있다.

그리고 상기 충전 본체(100)의 입구 측에는 침식성 가스의 유입을 개폐하거나 유입량을 조절할 수 있는 메인유량조절밸브(120)가 구비될 수 있다.

또 상기 충전 본체(100)의 일측에는 유입된 침식성 가스의 배출을 위해서 배출밸브(140)가 더 구비될 수 있다.

또한 상기 충전 본체(100)에는 유입된 침식성 가스의 압력을 측정할 수 있는 메인압력게이지(160)가 설치될 수 있다.

다음으로 서브관(200)에 대해 설명한다.

상기 서브관(200)은 복수개가 구비되며 각각 파이프 형상을 가지면서 상기 충전 본체(100)에 연통되게 결합된다. 따라서, 상기 서브관(200)은 상기 충전 본체(100)로부터 공급되는 침식성 가스를 복수개로 분기하여 후술하는 상기 각 시험 지그(300)에 각각 주입한다.

이때, 상기 서브관(200)은 상기 시험 지그(300)의 하부측으로 연통되게 결합될 수 있다.

바람직한 것은 상기 각 서브관(200)에는 서브유량조절밸브(240)가 구비되어, 상기 시험 지그(300)에 유입되는 침식성 가스를 독립적으로 개폐하거나 유량을 조절할 수 있는 것이 좋다.

또 상기 서브관(200)과 충전 본체(100) 사이에는 커넥터(220)가 더 포함될 수 있는데, 상기 커넥터(220)는 상기 충전 본체(100)에 상기 서브관(200)을 체결 또는 분리 가능하게 한다.

따라서, 상기 커넥터(220)는 손쉬운 체결 및 분리가 가능하도록 원터치식 끼움 결합 또는 나사 결합 등의 방식으로 결합될 수 있을 것이다.

다음으로 도 3을 함께 참조하여 시험 지그(300)에 대해 설명한다. 도 3은 도 1에 도시된 시험 지그의 내부 단면도를 나타낸다.

도 3을 참조하면 상기 시험 지그(300)의 형태는 대략 원기둥 형상으로 이루어지고 상기 서브관(200)과 연통되게 결합된다.

상기 시험 지그(300)는 하부 다이(310), 상부 다이(320), 펀치(330), 가압구(340)로 구성될 수 있다.

상기 하부 다이(310)는 하측에 위치하고, 상기 서브관(200)이 연결되어 내부로 침식성 가스가 유입되며, 상부면에 충진공간(S)이 형성되어 있어 유입된 침식성 가스가 충진된다. 또 상측에 시험편(T)이 거치 되는데, 바람직한 것은 상기 충진공간(S)에 걸쳐 거치 되는 것이 좋다. 이것은 시험편(T)이 충진된 침식성 가스와 직접 접촉하게 하기 위함이다.

그리고 상부 다이(320)는 상기 하부 다이(310)의 상측에 결합되는 것으로 중앙에 상하로 관통된 형상의 홀(322)이 형성된다. 이때 상기 상부 다이(320)는 시험편(T)을 누르면서 고정하도록 상기 하부 다이(310)와 결합되는 것이 좋을 것이다.

또 상기 홀(322)에는 펀치(330)가 삽입되고 상기 펀치(330)와 시험편(T) 사이에는 구형의 가압구(340)가 구비된다. 이것은 상기 펀치(330)에 하중을 가함으로써 상기 가압구(340)가 시험편을 직접 가압할 수 있도록 하여 시험을 수행하기 위함이다.

바람직한 것은 상기 시험편(T)과 하부 다이(310)의 상부면 사이에는 고무 재질 등으로 이루어진 오링(350)이 게재되어 충진공간(S)에 충진된 침식성 가스의 누출을 방지할 수 있다.

다른 실시 예로 상기 시험 지그(300)의 하부 다이(310)에는 서브압력게이지(360)가 설치되어 상기 하부 다이(310)에 유입된 침식성 가스의 압력을 측정할 수 있다. 즉, 적정압력 또는 압력강하 등을 확인하기 위함이다.

이하에서는 본 발명을 이용한 시험방법에 대해 간략히 설명하기로 한다.

먼저, 상기 메인유량조절밸브(120)를 개방하여 침식성 가스가 상기 충전 본체(100)로 유입되게 하고 상기 각 서브관(200)에 있는 서브유량조절밸브(240)를 개방하여 침식성 가스를 상기 커넥터(220)를 통해 상기 시험 지그(300)의 하부 다이(310)로 주입한다.

이때 상기 하부 다이(310)에 설치된 서브압력게이지(360)에서 압력을 확인하고 원하는 압력에 도달하면 상기 서브유량조절밸브(240)를 잠그고 상기 커넥터(220)를 풀어 각각의 시험 지그(300)를 분리한 후 재료시험기로 가져가 시험에 필요한 하중을 상기 펀치에 부여하면서 시험을 실시하게 된다.

그리고 상기 배출밸브(140)를 열어 남은 침식성 가스는 배출할 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기의 특허청구범위에서 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 충전 본체 120 : 메인유량조절밸브
140 : 배출밸브 160 : 메인압력게이지
200 : 서브관 220 : 커넥터
240 : 서브유량조절밸브
300 : 시험 지그 310 : 하부 다이
320 : 상부 다이 322 : 홀
330 : 펀치 340 : 가압구
350 : 오링 360 : 서브압력게이지
T : 시험편 S : 충진공간

Claims

침식성 가스가 유입되는 충전 본체(100)와, 상기 충전 본체로부터 침식성 가스가 분기되어 공급되도록 구비되는 복수개의 서브관(200)과, 상기 각 서브관(200)에 독립적으로 결합되어 침식성 가스가 충전되고 내부에 시험편(T)이 구비된 시험 지그(300)로 구성되는 침식성 가스 환경하 시험장치에 있어서,
상기 충전 본체(100)에는 침식성 가스의 유입량을 조절하는 메인유량조절밸브(120)가 구비되고,
상기 각 서브관(200) 상에는 상기 시험 지그(300)에 유입되는 침식성 가스의 유량을 조절하는 서브유량조절밸브(240)가 각각 구비되며,
상기 시험 지그(300)는 상기 서브관(200)으로부터 침식성 가스가 주입되고 상부면에 가스가 충진되는 충진공간(S)이 형성되며 상기 충진공간(S) 상측에 시험편(T)이 거치되는 하부 다이(310)와, 상기 하부 다이(310)의 상부에 결합되고 중앙에 홀(322)이 형성된 상부 다이(320)와, 상기 홀(322)에 삽입되어 상기 시험편(T)에 힘을 가하는 펀치(330) 및 상기 펀치(330)와 시험편(T) 사이에 구비되어 상기 시험편(T)을 직접 가압하는 가압구(340)와, 상기 하부 다이(310)의 일측에 상기 하부 다이에 유입된 침식성 가스의 압력을 측정하기 위한 서브압력게이지(360)를 포함하여 이루어지되,
상기 시험편(T)은 상기 메인유량조절밸브(120) 및 서브유량조절밸브(240)의 개방을 통해 상기 충진공간(S)에 충진되는 침식성 가스와 직접 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치.
제 1 항에 있어서,
상기 시험편(T)과 하부 다이(310) 사이에는,
상기 충진공간(S)에 충진된 침식성 가스의 누출을 방지하는 오링(350)이 더 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 충전 본체(100)의 일측에는 유입된 침식성 가스의 배출을 위한 배출밸브(140)가 구비되는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치.
제 2 항에 있어서,
상기 충전 본체(100)에는 유입되는 침식성 가스의 압력을 측정하는 메인압력게이지(160)가 구비되는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치.
제 2 항에 있어서,
상기 충전 본체(100)와 서브관(200) 사이에는 상기 서브관(200)의 분리 또는 체결이 가능하도록 커넥터(220)가 더 포함될 수 있는 것을 특징으로 하는 침식성 가스 환경하 소형 펀치 시험장치.
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