KR101796484B1

KR101796484B1 - 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관

Info

Publication number: KR101796484B1
Application number: KR1020160021628A
Authority: KR
Inventors: 김희동; 이재형
Original assignee: (주)대주기계
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-11-10
Also published as: KR20170099502A

Abstract

자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관에 관한 것으로,
사방이 밀폐된 형태의 고압챔버; 일단부가 고압챔버의 내부에 삽입 설치되는 저압챔버; 고압챔버의 내부 일측에 마련되는 리크챔버; 리크챔버의 내부에 좌우방향으로 이동가능하게 설치되어 저압챔버의 선단부를 개폐하는 자유 피스톤;을 포함하는 기술 구성을 통하여
충격파 발생과정에서의 파편이나 부스러기가 발생되지 않게 되고, 격막 교체 등의 실험 준비에 필요한 시간 및 인력을 절감하면서 보다 용이하게 반복적인 충격파 실험을 진행할 수 있게 되는 것이다.

Description

자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관 { DIAPHRAGMLESS SHOCK TUBE USING A FREE PISTON SYSTEM }

본 발명은 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관에 관한 것으로, 더 자세하게는 리크챔버에 충진된 기체의 압력에 따라 팽창 또는 수축하는 개폐고무를 통해 저압챔버를 개방할 수 있도록 하여 파막에 의한 파편이나 부스러기의 발생이 없도록 하고 격막의 교체 없이 반복적인 실험을 수행할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 충격파관의 구성도이고, 도 2는 격막의 파막 예시도이다.

일반적으로 충격파관(10; Shock Tube)은 도 1과 같이 고압실(11)과 저압실(12) 그리고 이들을 구분하는 격막(13)의 단순구조로 되어 있다.

상기 충격파관(10)은 격막(13)의 파막에 의하여 발생되는 순간적인 유동을 통해 저압관에서 충격파를 얻게 되는 장치이다.

이러한 충격파관(10)은 현재까지 매우 여러 형태가 개발되어 있으며, 최근에는 항공우주용뿐만 아니라 의료용 기계장치 등에서도 광범위하게 활용되고 있다.

도 1에 도시된 충격파관(10)에서 격막(13)의 파막에 의하여 발생하는 충격파는 저압실(12)을 향하여 압축파의 형태로 전파되고, 저압실(12)로 충격파가 전파될 때에 고압실(11)로는 팽창파가 전파된다.

이러한 파동이 관 내부에 전파되어 관의 막힌 부분이나 개방단(Open end of pipe)에서 반사되는 경우 매우 복합한 유동이 발생하게 된다.

한편, 충격파관으로 얻어진 충격파는 순간적인 압력, 온도 상승을 수반하게 되고, 매우 빠른 속도로 전파되기 때문에 최근 이러한 특성을 이용하는 공업적 수요가 다양한 분야에서 요구되고 있다.

충격파관의 공학적 응용에서는 대부분 충격파의 강도(압력 상승)나 전파 속도는 주로 고압실과 저압실의 압력비, 그리고 격막의 재질의 두께 등에 의하여 결정되므로 단순히 압력비나 격막재를 변경하는 것에 의하여 다른 강도의 충격파을 용이하게 얻을 수 있게 된다.

격막의 재질은 충격파관의 사용 압력비가 낮은 경우 약한 충격파를 발생시키기 위하여 두께가 매우 얇은 셀포판, 합성비닐 등을 사용하며, 매우 강한 충격파를 발생시키기 위해서는 동판이나 철판을 사용하는 경우도 있다.

이러한 격막의 파막은 도 2에 도시한 바와 같이 충격파관의 고압판과 저압판의 압력차에 의한 자연 파막과 외부로부터 격침(needle) 등에 의한 강제 파막 등의 형태가 있다.

도 2의 (a)는 자연파막 상태를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 격침에 의한 파막을 나타낸 것이다.

대부분의 충격파관의 응용에서 접하게 되는 중요한 이슈들로, 충격파관의 파막과정에 대한 재현성의 문제와 파막과정에서 발생하는 파편이나 부스러기 등에 의한 오염 문제가 있다.

도 3은 파막과정에서 발생하는 파편이나 부스러기를 나타낸 도면이다.

일반적으로 충격파관의 압력비가 동일하다고 하더라도 파막과정의 상세는 실험에 따라 차이가 발생하게 되며, 이와 같은 파막과정을 정밀하게 제어하는 것은 매우 어렵다.

또한, 반드시 파막에 의한 파편 등의 부스러기가 발생하여 충격파관의 공학적 응용에서는 해결해야 하는 중요한 기술적 문제로 남아 있다.

따라서 이와 같은 오염들을 깨끗하게 정리한 후 새로운 실험을 해야 하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라 파막후에 격막을 다시 재생하여 사용할 수 없기 때문에 매번 새로운 격막재로 교체하여야 하며, 이러한 문제들은 충격파관의 기술적 응용을 제한하는 요인이 되고 있다.

하기의 특허문헌 1에는 개선된 충격파관 구조체가 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-1994-0009116호(1994년 05월 16일 공개)

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 격막을 파막하지 않고 자유 피스톤을 통해 저압챔버를 개방하여 충격파를 발생하는 것에 의해 충격파 발생과정에서의 파편이나 부스러기가 발생되지 않도록 하고, 격막 교체 등의 실험 준비에 필요한 시간 및 인력을 절감하면서 보다 용이하게 반복적인 충격파 실험을 진행할 수 있도록 하는 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관을 제공하는 데에 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관은 사방이 밀폐된 형태의 고압챔버; 일단부가 고압챔버의 내부에 삽입 설치되는 저압챔버; 고압챔버의 내부 일측에 마련되는 리크챔버; 리크챔버의 내부에 좌우방향으로 이동가능하게 설치되어 저압챔버의 선단부를 개폐하는 자유 피스톤;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관은 리크챔버의 일측에 마련되어 리크챔버에서 배출되는 기체를 수용하는 보조챔버; 보조챔버의 내부에 좌우방향으로 이동 가능하게 설치되어 리크챔버의 일측에 마련된 배기구멍을 개폐하는 보조 피스톤;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관은 보조챔버의 일측에 마련되어 보조 피스톤을 가압하는 릴리스챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관은 릴리스챔버에는 순간개폐밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관은 릴리스챔버의 충진된 기체의 압력이 리크챔버에 충진된 기체의 압력보다 크게 설정된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관은 저압챔버의 선단부에 유도경사부가 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관에 의하면, 보다 정확하게 충격파를 발생시킬 수 있게 되고, 저압챔버에 충격파가 전파되는 과정에서 파막에 의한 파편이나 부스러기의 발생이 없게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관에 의하면, 격막을 교체할 필요가 없기 때문에 실험 준비에 필요한 시간을 대폭적으로 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관에 의하면, 고압챔버와 저압챔버를 재사용하여 반복적인 충격파 실험을 할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격판 충격파관에 의하면, 고압챔버의 기체가 저압챔버로 유동하는 과정에서 발생하는 유동의 줄일 수 있게 되고, 저압챔버의 내부에서 발생하게 되는 충격파의 재현성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 충격파관의 구성도,
도 2는 격막의 파막 예시도,
도 3은 파막과정에서 발생하는 파편이나 부스러기를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관의 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관의 요부 종단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무격막 충격파관을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관의 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무격막 충격파관(100)은 고압챔버(110), 저압챔버(120), 리크챔버(130), 자유 피스톤(140), 보조챔버(150), 보조 피스톤(160), 릴리스챔버(170)를 포함한다.

고압챔버(110)의 사방이 밀폐된 형태이고, 그의 내부에는 고압의 기체가 충진된다.

저압챔버(120)는 고압챔버(110)보다 작은 직경으로, 일단부가 고압챔버(110)의 내부에 삽입 설치된다.

저압챔버(120)의 내부에는 고압챔버(110)에 충진된 기체의 압력보다 낮은 압력의 기체가 충진된다.

리크챔버(130)는 자유 피스톤(140)을 좌우 이송시키기 위한 것으로, 고압챔버(110)의 내부 일측에 마련된다.

리크챔버(130)의 내부에는 고압챔버(110)에 충진되는 기체의 압력보다 높은 압력의 기체가 충진된다.

리크챔버(130)의 일측에는 배기구멍(131)이 마련된다.

자유 피스톤(140)는 저압챔버(120)의 선단부를 개폐하는 것으로, 리크챔버(130)의 내부에 좌우방향으로 이동가능하게 설치된다.

자유 피스톤(140)은 리크챔버(130)에 좌우방향으로 이동 가능하게 설치되는 이동체(141)의 일측에 밀착체(142)가 마련된 형태를 가진다.

보조챔버(150)는 리크챔버(130)에서 배출되는 기체를 수용하는 것으로, 리크챔버(130)의 일측에 마련된다.

보조 피스톤(160)는 리크챔버(131)의 배기구멍(131)을 개폐하는 것으로, 보조챔버(150)의 내부에 좌우방향으로 이동 가능하게 설치된다.

릴리스챔버(170)는 상기 보조 피스톤(160)을 가압하기 위한 것으로, 보조챔버(150)의 일측에 마련된다.

릴리스챔버(170)에는 그의 내부에 충전된 기체를 외부로 방출시킬 수 있도록 하는 순간개폐밸브(180)가 설치된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관(100)는 리크챔버(130)에 충진되는 기체의 압력(Ps2)이 고압챔버(110)에 충진되는 기체의 압력(Ph)보다 크게 설정된다.

따라서 리크챔버(130)에 설치된 자유 피스톤(140)이 저압챔버(120) 쪽으로 이동하여 저압챔버(120)의 선단부를 밀폐하게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관(100)에 있어서 릴리스챔버(170)의 충진된 기체의 압력(Ps1)은 리크챔버(130)에 충진된 기체의 압력(Ps2)보다 크게 설정된다.

따라서 보조챔버(150)에 설치된 보조 피스톤(160)이 리크챔버(130) 쪽으로 이동하여 리크챔버(130)의 배기구멍(131)을 밀폐하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관(100)에 있어서 릴리스챔버(170)의 순간개폐밸브(180)를 개방햐여 릴리스챔버(170)에 충진된 고압의 기체를 외부로 배출하게 되면 릴리스챔버(170) 내부의 압력이 급격하게 낮아지게 된다.

릴리스챔버(170)의 내부 압력이 낮아지게 되면 리크챔버(130)의 충진된 기체의 압력이 작용하는 보조 피스톤(160)이 릴리스챔버(170)쪽으로 이동하게 되고, 그에 따라 리크챔버(130)의 배기구멍(131)이 열리게 된다.

리크챔버(130)의 배기구멍(131)이 개방되면 리크챔버(130) 내부의 기체가 보조챔버(150)로 빠져나가게 되고, 그에 따라 리크챔버(130)의 내부 압력이 고압챔버(110)의 내부 압력보다 낮아지게 된다.

리크챔버(130)의 내부 압력이 고압챔버(110)의 내부 압력보다 낮아지게 되면 고압챔버(110)의 압력에 의해 자유 피스톤(140)이 리크챔버(130) 쪽으로 이동하게 되고, 그에 따라 저압챔버(120)의 선단부가 개방되어 고압챔버(110)에 충진된 고압의 기체가 저압챔버(120)로 전파되면서 종래의 충격파관(10)과 마찬가지로 저압챔버(120)의 내부에 충격파가 발생하게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관(100)은 리크챔버(130)에 충진된 기체의 압력에 따라 좌우방향으로 이동되는 자유 피스톤(140)을 통해 저압챔버(120)를 폐쇄 및 개방하게 된다.

따라서 자유 피스톤(140)의 이동에 따라 저압챔버(120)가 개방되고, 저압챔퍼(120)에 충격파가 전파되는 과정에서 파막에 의한 파편이나 부스러기의 발생이 없게 된다.

또한, 격막을 교체할 필요가 없기 때문에 실험 준비에 필요한 시간을 대폭적으로 줄일 수 있게 되고, 고압챔버(110)와 저압챔버(120)를 재사용하여 반복적인 충격파 실험을 할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관의 요부 종단면도이다.

도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관(100)은 저압챔버(120)의 선단부에 유도경사부(121)를 마련한 형태이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 무격막 충격파관(100)에 있어서 저압챔버(120)의 선단부에 마련된 유도경사부(121)는 저압챔버(120)가 개방된 순간에 고압챔버(110)로부터 저압챔버(120)로 이동하는 고압챔버(110)의 기체를 보다 원활하게 저압챔버(120) 쪽으로 유도하게 된다.

도 5에서 미설명부호 190은 오링이다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100 : 무격막 충격파관
110 : 고압챔버
120 : 저압챔버
130 : 리크챔버
140 : 자유 피스톤
150 : 보조챔버
160 : 보조 피스톤

Claims

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사방이 밀폐된 형태의 고압챔버(110);
일단부가 고압챔버(110)의 내부에 삽입 설치되는 저압챔버(120);
고압챔버(110)의 내부 일측에 마련되는 리크챔버(130);
리크챔버(130)의 내부에 좌우방향으로 이동가능하게 설치되어 저압챔버(120)의 선단부를 개폐하는 자유 피스톤(140);
리크챔버(130)의 일측에 마련되어 리크챔버(130)에서 배출되는 기체를 수용하는 보조챔버(150);
보조챔버(150)의 내부에 좌우방향으로 이동 가능하게 설치되어 리크챔버(131)의 일측에 마련된 배기구멍(131)을 개폐하는 보조 피스톤(160);을 포함하고,
보조챔버(150)의 일측에 마련되어 보조 피스톤(160)을 가압하는 릴리스챔버(170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관.
제5항에 있어서,
릴리스챔버(170)에는 그의 내부에 충전된 기체를 외부로 방출시킬 수 있도록 하는 순간개폐밸브(180)가 설치된 것을 특징으로 하는 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관.
제5항에 있어서,
릴리스챔버(170)의 충진된 기체의 압력(Ps1)은 리크챔버(130)에 충진된 기체의 압력(Ps2)보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관.
사방이 밀폐된 형태의 고압챔버(110);
일단부가 고압챔버(110)의 내부에 삽입 설치되는 저압챔버(120);
고압챔버(110)의 내부 일측에 마련되는 리크챔버(130);
리크챔버(130)의 내부에 좌우방향으로 이동가능하게 설치되어 저압챔버(120)의 선단부를 개폐하는 자유 피스톤(140);을 포함하고,
저압챔버(120)의 선단부에 유도경사부(121)가 마련된 것을 특징으로 하는 자유 피스톤을 이용한 무격막 충격파관.