7.1 일반

7.1.1 누출과 누출 감지

비파괴 테스트에서 누출은 한 개의 구멍, 한 개의 기공 면적, 한 개의 침투 가능 기체 영역 또는 압력이나 농도의 차이로 인해 기체가 벽의 한 쪽에서 다른 쪽으로 빠져나갈 수 있는 테스트 표본 벽에 있는 한 개의 다른 구조로 제한됩니다[33]. 더 간단하게 표현하면, 누출은 기체나 액체가 더 높은 압력 측면에서 더 낮은 압력 측면으로 흐르는 작은 구멍입니다. 구 멍의 기하학은 알려져 있지 않습니다. 이는 누출이 매끄러운 벽의 둥근 파이프에서 발생하는지 아니면 균열이나 틈새의 형태에서 발생하는지를 테스트가 알아내지 못함을 의미합니 다. 가정과 연산은 이상적인 기하학에 대해서만 만들어질 수 있습니다. 누출 채널의 실제 기하학은 보통 알려져 있지 않기 때문에 연산된 값만이 누출률에 대한 상한으로 가정될 수 있 습니다. 주의: 유럽 표준 DIN 1330-8은 이전에 사용했던 용 어 "누출률"을 나타냅니다. 당사는 판독성을 위해 이 책에서 "누출률"이라는 더 일반화된 용어를 계속 사용할 것입니다.

누출은 수도 꼭지에서 물방울이 떨어지는 것과 같은 무해한 누출일 수가 있습니다. 공격적인 매개체나 독성 물질의 누출 을 포함하는 누출은 더 심각한 결과에 이를 수 있습니다. 미 국 우주선 챌린지호가 1986년에 겪은 사고 역시 고체 연료 로켓의 오링 고장과 뜨거운 연소 기체의 누출 때문이었습니 다.

누출이 일어나면 기술 제품은 작동하지 않거나 상당한 기간 동안 기능하지 않습니다.
이런 예에는 다음이 포함됩니다.

냉장고의 냉장 순환 체계
자동차의 공기 조절 체계
자동차 타이어
자동차 연료 탱크 또는 가열 오일 탱크
화학 또는 제약 산업의 처리 시스템

많은 경우, 생산 공정에서 기계 및 시스템의 누출 기밀은 제 조된 제품의 품질에 필수 불가결한 전제 조건입니다.

누출에 대한 원래의 정의로 되돌아가면, 물질이 벽을 통해 흐 르는 것을 완전히 방지하기란 불가능하다는 것을 알게 됩니 다. "단단한"이라는 용어는 따라서 각 기계, 시설 또는 용기의 요구조건을 나타내며, 그에 따라 정량화되어야 합니다.

7.1.2 누출률

부피가 4리터인 자전거 튜브를 생각해봅시다. 이 튜브는 3bar(3,000hPa)의 압력까지 팽창되었으며, 추가 팽창이 없으 면 30일 후에 최대 1bar(1,000hPa)의 압력 손실을 겪게 됩니 다 누출률은 이미 1.3.3: (공식 1-35)에서 정의되었습니다.

Q_{L}=\frac{\Delta p\cdot V}{\Delta t}

Q_L누출률 [Pa m³ s^-1]
Δp 측정 기간 동안 압력 변화 [Pa]
V 부피 [m³]
Δt 측정 기간 [s]

예를 들면, 부피가 1 cubic meter인 어떤 용기의 누출률은, 내 부 압력이 1초 이내에 1 Pa 증가 또는 감소할 경우, 1 Pa m³ s^-1 입니다. 다른 단위계로 전환하려면 표 1-8 또는 당사의 앱 을 참조하십시오.

자전거 튜브 값을 입력하면 허용 가능 누출률이 나오고,

Q_{L}=\frac{1\cdot10^5\mathrm{\ Pa}\cdot4\cdot10^{-3}\mathrm{m}^3}{30\cdot24\cdot3,600\mbox{s}}=1.5\cdot10^{-4}\mathrm{\ Pa\ m}^3\mathrm{s}^{-1}

이 누출률을 가진 자전거 튜브는 충분히 단단히 조여졌음을 알게 됩니다. 이런 종류의 누출률은 잘 알려진 거품 테스트 방법을 이용하여 구할 수 있습니다(그림 7.1).

그림 7.1: 자전거 튜브의 거품 누출 테스트

test

이제는 10년 동안 10g의 냉각제 손실이 허용되는 냉장고에 대해 생각해봅시다. 당사에서 사용하는 냉각제는 분자량이 102g mol -1 인 R134a (1,1,1,2-테트라플루오로에탄)입니다. 따라서 허용 가능 손실은 약 224 Pa m³ 입니다. 이 경우 허용 가능 누출률은 다음과 같습니다.

Q_{L}=\frac{224\mathrm{\ Pa\ m}^3}{10\cdot365\cdot24\cdot3,600\mathrm{\ s}}=7.1\cdot10^{-7}\mathrm{\ Pa\ m}^3\mathrm{s}^{-1}

이런 종류의 누출률은 예를 들면 질량 분광 분석 및 대기에 존재하지 않는 테스트 기체를 사용하는 매우 민감한 측정 방 법을 사용하여 위치 측정 및 정량화가 가능합니다.

7.1.3 추적 기체

T누출률에 사용되는 테스트 기체(추적 기체라 불리기도 함)는 다음 조건을 충족시켜야 합니다.

이 기체는

인간, 동물, 환경에 비독성이어야 합니다.
공기를 대체해서는 안됩니다. 그렇지 않으면 질식과 같은 위험한 상황이 발생할 수 있습니다.
불활성이어야 합니다. 예를 들면 반응이 느려야 하고, 화 학적으로 반응하거나 인화성이 있어서는 안 됩니다.
가능하면 공기 중에 존재해서는 안 됩니다. 주변 공기에 가능한 한 최소 농도로 존재하는 기체를 사용해야만 최소 누출 감지가 가능합니다.
다른 기체와 오인되어서는 안 됩니다.
테스트 누출을 통해 정량화될 수 있어야 합니다.

추적 기체 헬륨은 이 모든 요구조건을 충족시킵니다. 불활성 기체인 헬륨은 화학적으로 반응할 수 없습니다. 5ppm의 헬 륨만 주변 공기에 존재하기 때문에 최소 누출 감지를 가능하 게 해줍니다. 헬륨은 공기보다 가볍기 때문에 건강 위험을 노 출하지 않습니다. 특정한 감지는 질량 분광 분석이라는 더 민 감하고 굉장히 선택적인 분석 공정을 사용할 경우 가능합니 다(6.1장 및 7.2장 참조). 확산 누출 또는 흐름 누출로 설계된 상업적으로 사용 가능한 많은 테스트 누출이 있습니다.

위에서 설명한 기준은 거의 어떤 테스트 기체에 의해서도 충 족되지 않으며, 질소 95%와 수소 5%의 혼합물인 형성 기체 95/5는 예외입니다. 공기와 폭 넓은 혼합 범위에서 폭발하는 가연성 수소는 혼합물이 폭발성이나 가연성이 아니고 따라 서 테스트 기체로 사용하기에 안전한 정도로 희석됩니다. 동 일한 질량 분광 분석 감지기가 수소에 대한 민감한 테스트로 사용될 수도 있습니다. 사용된 분석 기술에서 수소의 배경 신 호가 더 높기 때문에 수소는 테스트 기체 헬륨과 동일한 감지 감도에 도달하지 않지만, 압력 감쇠 방법의 감지 감도를 훨씬 초과합니다.