[논문]해군 수상함 국산화개발 천 덕트의 요구성능 검증연구

정영인; 최상민; 정현섭; 심민섭

doi:10.5762/kais.2020.21.8.468

해군 수상함 국산화개발 천 덕트의 요구성능 검증연구
A Verification Study on the Demand Performance of Fabric Duct for Localization Development of Naval Vessel 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.8, 2020년, pp.468 - 474

정영인 (국방기술품질원) , 최상민 (국방기술품질원) , 정현섭 (국방기술품질원) , 심민섭 (국방기술품질원)

초록
AI-Helper

덕트는 FCU에서 생산된 냉난방 공기를 각 함 내 격실로 수송하기 위한 통로로 이용되는 통풍관을 의마한다. 덕트는 일반적으로 금속재질로 제작되고 있으나, 최근 함정에서는 금속 덕트의 단점을 보완하기 위하여 전투지휘실, 조타실, 음탐기, 조종실 등 주요 격실에 대하여 소음감소효과가 뛰어나고 격실 내에 공기를 골고루 전달할 수 있는 장점을 가진 천 덕트가 대체재로 사용되고 있다. 그러나 함정용 천 덕트는 성능요구조건이 엄격하여 국내에서 생산하지 못하고 있으며 해외에서 전량 수입하고 있는 실정이다. 이 연구에서는 천 덕트는 국산화를 통해 경제적 효과를 창출하기 위하여 국내 업체에서 개발한 천 덕트에 대하여 주요성능 요구조건을 검증하여 보았다. 소음감쇄성능에 대한 자체 검증이 완료된 국산화 천 덕트에 대하여 현재 건조중인 함정에 적용 가능여부를 확인하기 위해 공기투과성능과 방화성능 시험을 수행하여 구매요구사양서에 제시된 성능요구조건 충족여부를 검증하여 보았다. 시험결과 국산화 개발된 천 덕트는 공기투과성능 요구조건과 방화성능 요구조건을 모두 만족하여 건조함정에 적용하기 위한 주요 성능조건을 충족하는 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Metal ducts for transporting air conditioning and heating inside ships have recently been replaced by cloth ducts that have the advantage of delivering air evenly to the compartments, with excellent noise reduction in major compartments, such as combat command rooms, steering rooms, and sound detector cabins. Since the performance requirements of fabric ducts for vessels are strict, and the entire length of the ducts was imported from Korea, the government wants to create economic effects through localization of fabric ducts. Air permeability and fire prevention performance tests verified the applicability to naval vessels of fabric ducts developed by Hyundai Heavy Industries and HiDact, and performance requirements presented in the POS were verified. As a result of the tests, the fabric ducts met the requirements for air permeability and fireproof performance.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Fabric Duct
그림 Fig. 2. Air-Shower type Fabric duct
그림 Fig. 3. Transfer type Fabric duct
그림 Fig. 4. Air-Shower, transfer fabric duct
그림 Fig. 5. BS EN 13823 SBI testing configuration
표 Table 1. Fabric duct specification requirements
표 Table 2. Study Process
그림 Fig. 6. Before and after combustion testing(Front)
그림 Fig. 7. Before and after combustion testing(Corner)
표 Table 3. Air permeability test result
표 Table 4. Classification according to european standard EN 13501-1
표 Table 5. Smoke emission and flame Classification
표 Table 6. SBI Classification criteria
그림 Fig. 8. Before and after combustion testing(Rear)
표 Table 7. SBI test result
표 Table 8. SBI Classification criteria
표 Table 9. Comparison between Euro-Air and HHI/HIDUCT Fabric duct

AI 본문요약
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문제 정의

그래서 2017년부터 함정 건조 업체에서는 함정용 천 덕트를 국산화를 진행하였고 2가지 type의 원단을 개발하여 강도시험, 소음시험 등을 통해 성능요구조건을 충족여부를 확인하였고 현재 천 덕트 정압프로그램 공동개발 중이다. 본 연구에서는 국산화 개발되고 있는 천 덕트에 대하여 공기투과성 시험과 내화성 시험 을 수행하여 현재 건조되고 있는 수상함정에서 제시하는 천 덕트 요구성능 충족여부를 검증하여 보았고, 현재 사용되고 있는 Euro-Air 社의 천 덕트와 성능비교를 통해 국산화 천 덕트의 적용 가능성을 가늠해 보았다.
본 연구에서는 함정 건조 업체에서 국산화 개발한 천 덕트에 대하여 함정 적용가능여부를 확인하여 위하여 공기 투과시험과 내화성능 시험을 수행하였다. 천 덕트는 공기 수송을 위한 Transfer형과 격실에 냉난방 공 기를 토출하기 위한 Air-Shower형에 대하여 공기투 과성능을 수행한 결과, Transfer형은 39.
과 같다. 주요 성능으로는 공기투과성, 내화성, 소음감소성이 있으며 본 연구에서는 가장 중요한 성능중 하나인 천 덕트의 공기투과성능과 내화성능을 검증하였다.

제안 방법

공기투과성능과 내화성능 검증을 통하여 천 덕트의 주요한 성능요구조건 충족여부를 검증하였으며 국산화 개발된 천 덕트의 함정 적용 가능여부를 확인하였다. 국산화 개발 천 덕트는 추후 건조예정인 수상함정에 적용 가능할 것으로 생각되며, 향후 건조 예정인 대한민국 해군 수상함정에 점진적으로 사용되어 비용절감과 유지보수 향상에 기여할 것으로 예상된다.
의 면적에 대하여 진행하였다. 또 비교적 높은 정압에서의 공기투과성 변화추이를 확인하기 위하여 300 Pa의 압력에서 추가시험을 수행하였다.
에서와 같이 천 덕트는 화염에 의하여 불이 쉽게 붙지 않는 난연성 재질이어야 하며, 연기와 불티가 발생되지 않아야 한다. 본 연구에서는 격실 내부에 직접적으로 설치되는 Air Shower type 천 덕트에 대하여 내화시험을 수행하였으며, Fig. 5와 같이 시험시편을 제작하고 모서리에 단일화 염을 가하여 결과를 확인하였다.
사진에서와 같이 화염에 노출된 천 덕트의 전면은 검은 그을음이 발생되었으나 후면에는 화염에 의한 손상이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 시험을 통하여 Table 7.과 같이 FIGRA(Fire growth rate), THR(Total heat release), SMOGRA(Smoke growth rate), TSP(Total smoke production), LSF(Lateral flame spread) 발생유무, FDP(Flaming droplet/particles) 발생유무를 측정하여 수치화하였으며, 충족여부를 확인하여 보았다. Table 8.
7 m³/m²/h로 측정되었다. 천 덕트의 내화성능 검증을 위하여 한국건설생활환경시험연구원(KCL)에 의뢰하여 Fig. 5.와 같이 BSEN 13823의 Single Burning Item(SBI)에 따라 화재시험을 수행하였다.

대상 데이터

시험에서는 Air-Shower용 섬유를 #1, Transfer용 섬유는 #2로 각각 설정하였으며 FCU에서 생성하는 정압조건인 125 Pa에서 20 cm²의 면적에 대하여 진행하였다. 또 비교적 높은 정압에서의 공기투과성 변화추이를 확인하기 위하여 300 Pa의 압력에서 추가시험을 수행하였다.

이론/모형

함정 내 화재상황에 대비하여 천덕트의 내화성능 요구 조건 충족여부를 확인하기 위해 BS EN 13823 SBI 시험을 수행하였다. 시험을 통해 FIGRA와 SMOGRA, LSF, FDP를 측정하였으며, 측정결과 방화성능 요구조건 B-s1-d0을 충족하는 것을 확인하였다.

성능/효과

5 MJ이하로 측정되어 화염요구기준 B를 만족하였다. 또 각 3번의 시험에서 SMOGRA는 30 m²/s² 미만으로 측정되어 요구 조건을 충족하였으며 TSP(600s)는 50 m² 미만을 충족 하여 연기발생 요구기준 S1을 만족하였다. 마지막으로 FDP가 발생되지 않음으로써 불티발생 요구기준 d0를 충족하여 구매요구사양서의 내화성능 요구조건(EN-13501 B-s1-d0)을 만족하였다.
또 각 3번의 시험에서 SMOGRA는 30 m²/s² 미만으로 측정되어 요구 조건을 충족하였으며 TSP(600s)는 50 m² 미만을 충족 하여 연기발생 요구기준 S1을 만족하였다. 마지막으로 FDP가 발생되지 않음으로써 불티발생 요구기준 d0를 충족하여 구매요구사양서의 내화성능 요구조건(EN-13501 B-s1-d0)을 만족하였다.
과 같이 시험은 3번에 거쳐 수행하였으며, 계측된 데이터는 평균값으로 산출하였다. 사진에서와 같이 화염에 노출된 천 덕트의 전면은 검은 그을음이 발생되었으나 후면에는 화염에 의한 손상이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 시험을 통하여 Table 7.
둘째로 여름철 냉방 시 차가워진 덕트에 고온다습한 외부공기가 덕트 표면에 응축되어 응축수가 발생하게 되고, 응축수는 격실 내로 낙하하여 함 내 가구나 전자 장비를 오염시킨다. 셋째로 FCU에서 Fan에 의한 진동과 고체소음, 덕트 내부 와류에 의하여 발생한 공기소음이 덕트를 따라 격실로 고스란히 전달된다. 소음을 저감하기 위하여 격실로 연결되는 덕트에 소음기(Silencer)를 설치하고 있으나 중량과 비용이 크게 증가하게 된다.
시험결과, 정압 125 Pa에서 #1 섬유(Air-Shower용 섬유)의 공기투과성은 654.1 m³/m²/h로 측정되었고 #2섬유(Transfer용 섬유)의 공기투과성능 39.7 m³/m²/h 로 측정되어 국산화 개발된 천 덕트는 구매요구사양서에 명시된 공기투과성능 요구조건을 만족하는 것으로 확인되었다. 정압 300 Pa 조건에서의 공기투과성 시험결과 #1 섬유에서 1,138.
함정 내 화재상황에 대비하여 천덕트의 내화성능 요구 조건 충족여부를 확인하기 위해 BS EN 13823 SBI 시험을 수행하였다. 시험을 통해 FIGRA와 SMOGRA, LSF, FDP를 측정하였으며, 측정결과 방화성능 요구조건 B-s1-d0을 충족하는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 함정 건조 업체에서 국산화 개발한 천 덕트에 대하여 함정 적용가능여부를 확인하여 위하여 공기 투과시험과 내화성능 시험을 수행하였다. 천 덕트는 공기 수송을 위한 Transfer형과 격실에 냉난방 공 기를 토출하기 위한 Air-Shower형에 대하여 공기투 과성능을 수행한 결과, Transfer형은 39.7 m³/m²/h, Air-Shower 형은 654.1 m³/m²/h로 측정되어 구매요구사양서에 명시된 요구조건을 충족하는 것을 확인하였다.

후속연구

공기투과성능과 내화성능 검증을 통하여 천 덕트의 주요한 성능요구조건 충족여부를 검증하였으며 국산화 개발된 천 덕트의 함정 적용 가능여부를 확인하였다. 국산화 개발 천 덕트는 추후 건조예정인 수상함정에 적용 가능할 것으로 생각되며, 향후 건조 예정인 대한민국 해군 수상함정에 점진적으로 사용되어 비용절감과 유지보수 향상에 기여할 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대한민국 해군 전투함에서는 경하배수량 통제를 위해 어떤 덕트를 사용하는가?	대한민국 해군 전투함은 함의 크기에 비하여 매우 많은 장비가 탑재되기 때문에 경하배수량 통제가 매우 중요하다. 이를 위해 스틸에 비하여 가벼운 알루미늄 덕트를 사용하는 경우가 있으나 가격이 비싸고 열전달계수가 높아 냉난방 공기를 전송하면서 손실되는 에너지가 커지게 되는 단점이 있기 때문에 스틸과 알루미늄 덕트를 조합하여 사용하고 있다. 그러나 금속 덕트는 중량문제 외에 몇 가지 단점을 가지고 있는데 첫째로 격실 끝단에 설치된 디퓨저를 통하여 냉난방 공기를 토출하게 되어 디퓨저 주변에서만 냉난방이 이루어지기 때문에 사각지대가 발생하기 쉽다.
	천 덕트의 장점은?	덕트는 FCU에서 생산된 냉난방 공기를 각 함 내 격실로 수송하기 위한 통로로 이용되는 통풍관을 의마한다. 덕트는 일반적으로 금속재질로 제작되고 있으나, 최근 함정에서는 금속 덕트의 단점을 보완하기 위하여 전투지휘실, 조타실, 음탐기, 조종실 등 주요 격실에 대하여 소음감소효과가 뛰어나고 격실 내에 공기를 골고루 전달할 수 있는 장점을 가진 천 덕트가 대체재로 사용되고 있다. 그러나 함정용 천 덕트는 성능요구조건이 엄격하여 국내에서 생산하지 못하고 있으며 해외에서 전량 수입하고 있는 실정이다.
	덕트의 정의는?	덕트는 FCU에서 생산된 냉난방 공기를 각 함 내 격실로 수송하기 위한 통로로 이용되는 통풍관을 의마한다. 덕트는 일반적으로 금속재질로 제작되고 있으나, 최근 함정에서는 금속 덕트의 단점을 보완하기 위하여 전투지휘실, 조타실, 음탐기, 조종실 등 주요 격실에 대하여 소음감소효과가 뛰어나고 격실 내에 공기를 골고루 전달할 수 있는 장점을 가진 천 덕트가 대체재로 사용되고 있다.

참고문헌 (7)

Hyundai Heavy Industry, Ulsan Batch-II, POS for Fabric Duct, Defense Aquisition Program Administration Republic of korea , 2020.
Hyundai Heavy Industry, Ulsan-Class Batch-II technical review proposal:Development progress of fabric duct local manufacturing, Republic of korea, 2020.
Korea Industrial standards commission, "KS K ISO 9237:1995 - Determination of the Permeability of fabrics to air.", Republic of korea, 2017.
B. H. Lee, S. H. Jin, H. W. Kim, Y. J. Kwon, "An Experimental Study on the Fire Risk Assessment of Windows by Materal.", J. Korean Soc. Hazard Mitig, Vol 19, No.4, pp.19-27, 2019(Aug) DOI : https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2019.19.4.19
S. Deeming, K. Hughes, BS EN 13823:2010+A1:2014; Reaction Fire Tests for Building Products - Building Products Excluding Flooring Exposed to the Thermal Attack by a Single Burning Item, Exova Warringtonfire, United Kingdom, Issue No.1, 2017.
European Standard, "EN 13501-1; Fire classification of construction products and building elements - Part 1: Classification using data from reaction to fire tests", EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION, 2007.
Dong Hee Kwak, Sang Gu Lee, Jun Su Lee, Seung Jun Koo, Ho Jun Lee and Byeong Soo Lee, " Investigation to reduce HVAC Duct noise using fabric material" , Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference, Issue 10, pp.16-17, 2014.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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