KR100706882B1 - 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치 - Google Patents

열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제트기 엔진의 터빈 블레이드의 환경과 유사하게 환경을 조성하여 코팅층의 열전도도를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 열 차폐용 코팅층의 열전도도를 측정하는 방법에 있어서, 코팅층의 두께를 달리 하되 외경이 동일한 다수의 시험편을 제조하는 시험편 제조공정과; 노를 가열하여 상기 다수의 시험편을 각각 가열하는 가열공정과; 에어공급튜브 및 에어배기튜브를 통해 각각의 시험편 내부에 공기를 통과시켜 냉각시키는 공냉공정과; 상기 각각의 시험편 내부를 통과하는 공기의 온도차에 의한 열량과 시험편 표면의 온도를 통해 각 시험편의 열저항을 계산하고, 계산된 각 시험편의 열저항 차이를 통해 열전도도를 구하는 열전도도 측정공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 실제 제트기 엔진의 터빈 블레이드의 조건과 매우 유사한 환경으로 시험장치를 시뮬레이션 제작하여 시험함으로써, 블레이드 코팅층의 열전도도를 보다 정확하고 확실하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
터빈 블레이드, 시뮬레이션, 코팅층, 열저항, 열전도도.

Description

열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치{Method and apparatus for calculating thermal conductivity of thermal barrier coatings}
도 1은 종래 기술의 일실시예에 따른 코팅층의 열전도도를 측정하기 위한 장치,
도 2는 종래 기술의 다른 일실시예에 따른 코팅층의 열전도도를 측정하기 위한 장치,
도 3은 본 발명에 따른 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법을 나열한 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 5a, 5b, 5c, 5d는 본 발명에 따른 각각의 시험편을 나타낸 평단면도,
도 6은 본 발명에 의해 각 시험편을 통과하는 공기의 온도를 나타낸 그래프선도,
도 7은 본 발명에 의해 각 시험편을 통과하는 공기의 열량을 나타낸 그래프선도,
도 8은 본 발명에 따른 각 시험편의 표면온도를 나타낸 그래프선도,
도 9는 본 발명에 따른 각 시험편의 열저항값은 나타낸 그래프선도,
도 10은 본 발명에 따른 각 시험편의 열저항 차이에 의한 열전도도를 나타낸 그래프선도.
*도면중 주요 부호에 대한 설명*
100 : 측정장치 200 : 시험편
210 : 모재 220 : 코팅층
300 : 외부 내열벽돌 350 : 내부 내열벽돌
400a : 에어공급튜브 400b : 에어배기튜브
500 : 캡 600a, 600b, 600c : 열전대
S100 : 시험편 제조공정 S200 : 가열공정
S210 : 승온단계 S220 : 가열유지단계
S300 : 공냉공정 S400 : 열전도도 측정공정
S410 : 열량계산단계 S420 : 시험편온도측정단계
S430 : 열저항계산단계 S440 : 열전도도계산단계
Q : 열량 R : 열저항
k : 열전도도
본 발명은 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제트기 엔진의 터빈 블레이드의 환경과 유사하게 환경을 조성하여 열 차 폐용 코팅층의 열전도도를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치에 관한 것이다.
실제로 제트기 엔진의 터빈 블레이드는 고속 회전되는 작동 특성상 그 작동온도(혹은 분위기온도)가 1200℃ 이상임에 비해 금속(Ni base super alloy)이 견딜수 있는 온도는 약 1000℃ 가량으로 그 차이를 극복하기 위해 터빈 블레이드 표면에 열 차폐용 코팅을 적용하게 된다.
또한, 상기 블레이드 내부에 공기가 흐르는 통로를 설계하여 고속으로 흐르는 냉각 공기에 의해 블레이드를 끊임없이 냉각시켜 주게 된다.
그러나, 상기와 같은 터빈 블레이드의 코팅작업은 통상 플라즈마스프레이, PVD, EB-PVD 등의 방법으로 코팅되어 사용되나, 코팅 적용시 얼마만큼의 열전달이 억제되는지 혹은 실제 터빈 블레이드에 적용시 코팅층의 열전도도가 얼마인지는 정확히 알려져 있지 않다.
이와 같은 코팅층의 열전도도를 측정하는 종래의 방법으로는 크게 두 가지로 요약될 수 있는데, 첫 번째는 열적평형이 이루어진 정상상태에서 열전도도를 측정하는 방법(Steady-state technique)이고, 두 번째는 승온중인 전이상태에서 열전도도를 측정하는 방법(Transient technique)이다.
첨부 도면 도 1은 정상상태(Steady-state)에서 열전도도를 측정하는 방법 중 일반적으로 사용되는 트윈 플레이트(twin-plate)장치를 도시한 것으로, 이하 설명하면 수냉하는 냉각판(1) 사이에 측정 하고자 하는 두께가 동일한 시험편(2)을 각각 구비하고, 상기 시험편(2) 사이에 전기적으로 가열되는 가열판(3)을 구비하며, 상기 냉각판(1)과 시험편(2)과 가열판(3) 사이의 경계면에는 열전대(4)를 구비한다.
이와 같은 시험장치는 Fourier 법칙에 의한 율 방정식
Figure 112005047240736-pat00001
을 이용하여 열전도율을 측정할 수 있게 된다.
여기서, q는 열 유속(heat flux), k는 열 전도율, T는 시험편의 온도차, L은 시험편의 두께를 나타내는 것으로, 상기 열 유속은 가열판(3)에 들어가는 히터의 전력으로부터 구할 수 있고, 시험편(2)의 온도 차는 가열판(3), 시험편(2), 냉각판(1)의 경계면에 위치한 열전대(4)를 측정하여 율 방정식에 대입 및 계산함으로써, 열전도도를 구할 수 있게 된다.
그러나, 상기한 트윈플레이트장치를 이용한 열전도도 측정 방법은 간단하게 열 전도도를 계산할 수 있는 효과는 있으나, 판형의 시험편 모서리에서의 열 손실로 인해 순수한 열전달을 얻기 힘들기 때문에 터빈 블레이드의 정확한 열전도도를 측정하기 어려운 문제가 있었다.
한편, 첨부 도면 도 2는 전이상태에서 열전도도를 측정하는 방법 중 일예인 레이져 플레시(Laser Flash)장치를 도시한 것으로, 상기 플레시장치를 이용한 열전도도 측정 방법은 열전달에 관련한 열전도율, 비열, 열확산율의 세 개의 재료에 대한 상수를 한번에 초단위로 측정 할 수 있는 간편함으로 인해 널리 이용되고 있다.
상기한 레이져 플레시장치의 원리를 간단하게 설명하면, 레이져 펄스 발전기(10)(Laser pulse generator)로부터 나오는 펄스관을 원판형의 시험편(20) 표면에 쪼이게 되면, 시험편(20) 표면은 급격히 온도가 상승하고, 시간이 흐름에 따라 그 열이 시험편의 반대 표면으로 전달되게 된다.
이 때, 시험편(20)의 반대 표면에서 시간에 따른 온도의 경과를 측정하게 되는데, 열전도율이 큰 경우 짧은 시간에 양면의 온도가 같아 지게 되어 온도가 변화하지 않은 일정한 온도 값인 Tm에 도달하게 되고, 그 일정한 온도 값 Tm의 반인 Tm/2에 도달하는 시간을 측정함으로써, 시험편(20)의 열확산계수를 알 수 있게 된다.
따라서, 상기 열확산계수와 함께 시험편(20)의 비열과 밀도를 이용한 계산식
Figure 112005047240736-pat00002
를 통해 열전도도를 계산할 수 있는 것이다.
여기서 k는 열전도도, α는 열확산계수, c는 비열, ρ는 밀도를 나타낸 것이다.
그러나, 상기한 레이져 플레시장치를 이용한 열전도도 측정방법 역시 전술한 트윈플레이트장치를 이용한 측정방법과 마찬가지로 실제 열차폐용코팅이 적용되는 터빈 블레이드의 환경, 즉 한쪽 면은 고온에 노출되어 있고 다른 면은 찬 공기가 냉각되는 상황과는 다른 환경에서 측정됨으로써 실제 터빈 블레이드에 적용시 얼마 만큼의 열전달이 억제되는지, 또한 열전도도가 얼마인지 정확하지 않아 터빈 블레이드 코팅층의 열전도도를 정확히 알 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 실제 터빈 블레이드가 작용되는 환경과 매우 유사한 조건으로 시뮬레이션화하 여 시험함으로써, 블레이드 코팅층의 열전도도를 보다 정확하고 확실하게 측정할 수 있도록 한 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법의 구성은, 열 차폐용 코팅층의 열전도도를 측정하는 방법에 있어서, 코팅층의 두께를 달리 하되 외경이 동일한 다수의 시험편을 제조하는 시험편 제조공정과; 노를 가열하여 상기 다수의 시험편을 각각 가열하는 가열공정과; 에어공급튜브 및 에어배기튜브를 통해 각각의 시험편 내부에 공기를 통과시켜 냉각시키는 공냉공정과; 상기 각각의 시험편 내부를 통과하는 공기의 온도차에 의한 열량과 시험편 표면의 온도를 통해 각 시험편의 열저항을 계산하고, 계산된 각 시험편의 열저항 차이를 통해 열전도도를 구하는 열전도도 측정공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치의 구성은, 열 차폐용 코팅층의 열전도도를 측정하는 장치에 있어서, 히팅부가 구비된 외부 내열벽돌 내측에 설치되는 석영튜브와; 상기 석영튜브 상, 하부에 각각 내장 설치된 내부 내열벽돌과; 상기 각각의 내부 내열벽돌 사이에 설치되는 시험편과; 상기 시험편 내부를 공냉시키기 위해 상기 각각의 내부 내열벽돌을 관통하여 설치된 에어공급튜브 및 에어배기튜브와; 상기 시험편과 에어공급튜브 및 에어배기튜브를 연결하는 각각의 캡과; 상기 시험편 내, 외부 표면 온도를 측정하기 위해 상기 에어공급튜브 및 에어배기튜브와 시험편 표면 중심에 각각 설치된 열전대를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법에 대하여 도시한 것으로, 크게 시험편 제조공정(S100)과, 가열공정(S200)과, 공냉공정(S300)과, 열전도도 측정공정(S400)으로 구성된다.
이하 설명하면, 먼저 시험편 제조공정(S100)은 코팅층(220)의 두께가 서로 다른 시험편(200)을 다수 제조하는 것으로, 모재(210)와 코팅층(220)의 두께를 각각 달리 하되, 상기 각각의 시험편(200) 외경을 동일하게 형성한다.
이 때, 상기 시험편(200)은 모재(210)에 8YSZ를 플라즈마스프레이로 분사하는 용사법을 통해 코팅층(220)을 형성하게 된다.
계속해서, 가열공정(S200)은 노를 가열하여 상기 다수의 시험편(200) 각각을 가열하는 것으로, 다시 승온단계(S210)와 가열유지단계(S220)로 나뉘어진다.
설명하면, 상기 승온단계(S210)에서 노 온도를 200℃에서 1000℃까지 100℃단위로 점진적으로 상승시킨다. 그리고, 가열유지단계(S220)에서는 상기 승온단계(S210)에서의 안정적인 열 전달 조건을 주기 위해 100℃단위별로 3시간동안 가열을 유지하게 된다.
다음으로, 공냉공정(S300)은 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)를 통해 각각의 시험편(200) 내부에 공기를 통과시켜 시험편(200)을 냉각시키게 된다.
그리고, 열전도도 측정공정(S400)은 상기 각각의 시험편(200) 내부를 통과하는 공기의 온도차에 의한 열량(Q)과 시험편(200) 표면의 온도를 통해 각 시험편(200)의 열저항(R)을 계산하고, 계산된 각 시험편(200)의 열저항(R) 차이를 통해 열전도도(k)를 구하는 것으로, 다시 열량계산단계(S410)와, 시험편온도측정단계(S420)와, 열저항계산단계(S430)와, 열전도도계산단계(S440)로 나뉘어진다.
먼저, 열량계산단계(S410)는 시험편(200) 내부를 통과하는 공기의 유량과, 공기의 비열과, 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 각각 설치된 열전대(600a)(600b)의 온도차를 구하여 열량(Q)을 계산하는 것으로, 계산식
Figure 112005047240736-pat00003
에 의해 공기의 열량(Q)을 계산하게 된다.
이 때, 상기 계산식에서의 m은 공기의 유량, CP는 공기의 비열, △Tair는 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 설치된 열전대(600a)(600b)의 온도차를 각각 나타낸다.
계속해서, 시험편온도측정단계(S420)는 시험편(200) 외부 표면에 설치된 열전대(600c)를 통해 상기 시험편(200) 표면 온도(Tsurf)를 측정하게 된다.
그리고, 열저항계산단계(S430)는 상기 계산 및 측정된, 열량(Q)과 각각의 시험편(200) 표면 온도를 통해 각각의 시험편(200)의 열저항(R)을 계산하는 것으로, 계산식
Figure 112006094482209-pat00004
에 의해 계산하게 된다.
여기서, 상기 계산식에서의 Tsurf는 시험편(200) 외부 표면에 설치된 열전대(600c)를 통한 해당 시험편(200)의 표면 온도, Tair는 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 설치된 열전대(600a)(600b)의 온도평균치를 나타낸다.
다음으로, 열전도도계산단계(S440)는 상기 계산된 각각의 시험편(200)들의 열저항(R)의 차이를 이용하여 열전도도(k)를 계산하는 것으로, 계산식
Figure 112005047240736-pat00005
에 의해 계산하게 된다.
이 때, 상기 열전도도계산단계(S440)에서의 L은 시험편(200)의 두께, Rx는 2개의 시험편 중 코팅층(220)의 두께가 두꺼운 시험편(200)의 열저항(R), Ry는 2개의 시험편 중 코팅층(220)의 두께가 얇은 시험편(200)의 열저항(R), rx는 2개의 시험편 중 두꺼운 코팅층(220)을 갖는 모재(210)의 일측 두께, ry는 2개의 시험편 중 얇은 코팅층(220)을 갖는 모재(210)의 일측 두께, kss는 해당 모재(210)의 열전도도를 나타내는 것이다.
한편, 도 4는 본 발명의 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치(100)에 대한 것으로, 크게 석영튜브(320)와, 내부 내열벽돌(350)과, 시험편(200)과, 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)와, 캡(500)과, 열전대(600a)(600b)(600c)로 구성된다.
이하 설명하면, 노는 열전달시 열 손실을 최소화하기 위해 외부 내열벽돌(300)로 둘러싸여 있고, 상기 외부 내열벽돌(300) 내부에는 히팅부(310)가 구비되어 상기 외부 내열벽돌(300) 내부를 가열한다.
그리고, 상기 외부 내열벽돌(300) 내측에는 직경 70㎜, 내경 55㎜의 석영튜브(320)가 설치되고, 상기 석영튜브(320) 내측 상, 하부에는 내부 내열벽돌(350)이 각각 내장 설치되며, 상기 내부 내열벽돌(350) 사이에는 중앙이 관통되게 실린더 형태의 시험편(200)이 설치된다.
이 때, 상기 내부 내열벽돌(350)은 상기 시험편(200)을 지탱하는 역할을 할 뿐만 아니라, 고온산화 분위기에서 상기 시험편(200)과 후술되는 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)와 캡(500)을 보호하는 역할을 하기도 한다.
그리고, 상기 시험편(200)은 외경을 달리한 모재(210)를 다수 형성하고, 그 표면에 코팅층(220)을 코팅하여 다수 구비하되, 모재(210)의 외경에 따라 코팅층(220)의 두께를 각각 달리하여 상기 시험편(200)의 외경을 모두 동일하게 제조하게 된다.
즉, 시험편(200)의 외경이 15.875㎜인 경우, 모재(210)의 외경을 13.475㎜가 되도록 형성하면 코팅층(220)의 두께를 1.2㎜가 되도록 코팅하고, 모재(210)의 외경을 11.875㎜가 되도록 형성하면 코팅층(220)의 두께를 0.8㎜가 되도록 코팅하여, 각각의 시험편(200)의 외경이 동일하게 되도록 형성하였다.
본 발명에서는 도 5a, 5b, 5c, 5d와 같이 4개의 시험편(200)을 사용하였고, 아래의 표 1은 각각의 시험편(200) 제조시 사용된 모재(210)의 외경, 코팅층(220)의 두께, 시험편(200) 외경을 나타내었다.
코팅 형식 모재 외경 (㎜) 코팅층 두께 (㎜) 시험편 외경 (㎜)
0.4㎜ 코팅층 + 모재 15.075 0.4 15.875
0.8㎜ 코팅층 + 모재 14.275 0.8 15.875
1.2㎜ 코팅층 + 모재 13.475 1.2 15.875
2.0㎜ 코팅층 + 모재 11.875 2.0 15.875
여기서, 상기와 같이 기재된 코팅층(220)의 두께는 모재(210) 외경 중 어느 한 쪽에 코팅된 코팅층(220)의 두께만을 표시하였다. 즉, 모재(210) 외경에 0.4㎜ 코팅된 코팅층(220)은 모재(210)가 원형태이므로 그 두배인 0.8㎜를 모재(210)의 외경과 더해 계산해야 시험편(200) 외경을 구할 수 있는 것이다.
계속해서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 내부 내열벽돌(350)을 관통하여 시험편(200) 내부를 공냉시키기 위해 내경을 약 4.5㎜로 형성한 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)를 각각 설치하고, 상기 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)의 단부가 시험편(200) 내부의 모재(210)와 연결되도록 캡(500)을 각각 나사 결합한다.
다음으로, 상기 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)와 시험편(200) 표면 중심에는 상기 시험편(200) 내, 외부 온도를 측정하기 위해 열전대(600a)(600b)(600c)를 각각 설치한다.
이 때, 상기 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 관통 설치된 열전대(600a)(600b)는 그 튜브의 내벽과 접촉되지 않도록 설치하고, 상기 양측의 열전대(600a)(600b) 사이의 거리는 50㎜되게 형성한다. 그리고, 상기 시험편(200) 외부에 설치된 열전대(600c)는 석영시멘트(610)에 의해 고정 설치한다.
여기서, 본 발명의 사용되는 시험편(200)의 모재(210)와 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)와 캡(500)은 고온 환경에서도 완벽하게 밀폐시킬 수 있도록 열팽창 계수가 같은 동일한 재질로 제조하게 되는데, 그 일예로 304 스테인리스강 재질을 사용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 열전도도 측정장치(100)를 이용하여 열전도도(k)를 측정하기 위해서는 도 3내지 도 5d에 도시된 바와 같이 먼저, 코팅층(220)의 두께가 다르되, 외경이 동일한 시험편(200)을 다수(본 발명에서는 4개) 제작하고, 상기 시험편(200)들을 각각 노 내부에 구비한 후, 200℃에서 1000℃까지 100℃단위로 3시간정도 각각 가열한다.
그리고, 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)를 통해 냉각 공기를 투입하여 시험편(200) 내부를 냉각시키게 되는데, 공기의 유량은 상온에서 2.4m3/hr로 유지시킨다.
이 때, 상기 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)를 통과하는 공기의 온도는 도 6의 그래프와 같이 노 온도에 따라 증가하게 되는데, 에어공급튜브(400a)의 열전대(600a)에서의 공기 측정 온도와 에어배기튜브(400b)의 열전대(600b)에서의 공기 측정 온도는 각각 차이가 나게 되고, 상기한 차이에 의한 계산식
Figure 112005047240736-pat00006
에 의해 열량(Q)을 계산하게 됨으로써, 도 7에 도시된 그래프와 같이 공기의 열량(Q)을 알 수 있게 된다.
여기서, 상기 계산식을 통해 열량(Q)은 공기의 유량, 비열, 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에서의 온도차에 비례하여 커짐을 알 수 있다.
이와 동시에 상기한 노 온도와 동일한 노 온도의 조건으로 각각의 시험편(200) 외부 중심에 설치된 열전대(600c)를 통하여 시험편(200) 표면의 온도를 측정한다. 도 8은 상기 시험편(200) 표면의 측정 온도를 나타낸 그래프이다.
이 후에, 상기 공기의 열량(Q)과, 각 시험편(200)들의 표면 온도를 이용한 계산식
Figure 112005047240736-pat00007
에 의해 각 시험편(200)들의 열저항(R)을 계산하게 된다. 도 9는 상기와 같이 계산하여 수치를 나타낸 열저항 그래프이다.
그리고, 상기와 같이 계산된 각 시험편(200) 열저항(R)값의 차이로부터 열전도도(k)를 계산하게 된다. 즉, 예를 들어 코팅층(220)의 두께가 1.2㎜인 시험편(200)의 열저항(R)을 R1.2라 하고, 코팅층(220)의 두께가 2.0㎜인 시험편(200)의 열저항(R)을 R2.0이라 할 때에, 각각의 모재(210) 일측 두께는 상기한 표 1을 통해 5.9375㎜와 6.7375㎜임을 알 수 있고, 계산식
Figure 112005047240736-pat00008
에 의해 열전도도(k1220)를 구할 수 있게 되며, 이처럼 계산된 각 시험편(200)들의 열전도도(k)는 도 10에 도시된 그래프와 같다.
따라서, 본 발명의 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법 및 그 장치는 상기한 바와 같이 제트기 엔진의 실제 터빈 블레이드의 환경과 매우 유사한 환경으로 시뮬레이션한 시험편(200)의 열전도도(k)를 측정함으로써, 보다 정확한 터빈 블레이드 코팅층(220)의 열전도도(k)를 측정할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 실제 제트기 엔진의 터빈 블레이드의 조건과 매우 유사한 환경으로 시험장치를 시뮬레이션 제작하고, 또한 상기 시험장치에 사용되는 코팅층의 두께가 다른 각 시험편들의 열저항 차이에 기인한 계산식을 적용하여 시험함으로써, 블레이드 코팅층의 열전도도를 보다 정확하고 확실하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 열 차폐용 코팅층의 열전도도를 측정하는 방법에 있어서,
    코팅층(220)의 두께를 달리 하되 외경이 동일한 다수의 시험편(200)을 제조하는 시험편 제조공정(S100)과;
    노를 가열하여 상기 다수의 시험편(200)을 각각 가열하는 가열공정(S200)과;
    에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)를 통해 각각의 시험편(200) 내부에 공기를 통과시켜 냉각시키는 공냉공정(S300)과;
    상기 각각의 시험편(200) 내부를 통과하는 공기의 온도차에 의한 열량(Q)과 시험편(200) 표면의 온도를 통해 각 시험편(200)의 열저항(R)을 계산하고, 계산된 각 시험편(200)의 열저항(R) 차이를 통해 열전도도(k)를 구하는 열전도도 측정공정(S400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시험편 제조공정(S100)에서의 시험편(200)은 모재(210)에 용사법을 통해 코팅층(220)을 형성하게 됨을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가열공정(S200)은 노 온도를 200℃에서 1000℃까지 100℃단위로 점진적으로 상승시키는 승온단계(S210)와;
    상기 승온단계(S210)에서 안정적인 열 전달 조건을 주기 위해 100℃단위별로 3시간동안 가열을 유지하는 가열유지단계(S220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법.
  4. 제 1항에 있어서, 열전도도 측정공정(S400)은,
    시험편(200) 내부를 통과하는 공기의 유량과, 공기의 비열과, 상기 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 각각 설치된 열전대(600a)(600b)의 온도차를 통한 계산식
    Figure 112006094482209-pat00009
    에 의해 공기의 열량(Q)을 계산하는 열량계산단계(S410)와;
    시험편(200) 외부 표면에 설치된 열전대(600c)를 통해 상기 시험편(200) 표면 온도를 측정하는 시험편온도측정단계(S420)와;
    상기 계산 및 측정된, 열량(Q)과 시험편(200) 표면 온도를 이용한 계산식
    Figure 112006094482209-pat00010
    에 의해 각각의 시험편(200)의 열저항(R)을 계산하는 열저항계산단계(S430)와;
    상기 계산된 각각의 열저항(R)들의 차이를 이용한 계산식
    Figure 112006094482209-pat00011
    에 의해 열전도도(k)를 계산하는 열전도도계산단계(S440)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정방법.
    여기서, 열량계산단계(S410)에서의 m은 공기의 유량, CP는 공기의 비열, △Tair는 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 설치된 열전대(600a)(600b)의 온도차를 나타내고,
    열저항계산단계(S430)에서의 Tsurf는 시험편(200) 외부 표면에 설치된 열전대(600c)를 통한 해당 시험편(200)의 표면 온도, Tair는 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 설치된 열전대(600a)(600b)의 온도평균치를 나타내며,
    열전도도계산단계(S440)에서의 L은 시험편(200)의 두께, Rx는 2개의 시험편 중 코팅층(220)의 두께가 두꺼운 시험편(200)의 열저항(R), Ry는 2개의 시험편 중 코팅층(220)의 두께가 얇은 시험편(200)의 열저항(R), rx는 2개의 시험편 중 두꺼운 코팅층(220)을 갖는 모재(210)의 일측 두께, ry는 2개의 시험편 중 얇은 코팅층(220)을 갖는 모재(210)의 일측 두께, kss는 해당 모재(210)의 열전도도를 나타내는 것임.
  5. 열 차폐용 코팅층의 열전도도를 측정하는 장치에 있어서,
    히팅부(310)가 구비된 외부 내열벽돌(300) 내측에 설치되는 석영튜브(320)와;
    상기 석영튜브(320) 상, 하부에 각각 내장 설치된 내부 내열벽돌(350)과;
    상기 각각의 내부 내열벽돌(350) 사이에 설치되는 시험편(200)과;
    상기 시험편(200) 내부를 공냉시키기 위해 상기 각각의 내부 내열벽돌(350)을 관통하여 설치된 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)와;
    상기 시험편(200)과 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)를 연결하는 각각의 캡(500)과;
    상기 시험편(200) 내, 외부 표면 온도를 측정하기 위해 상기 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)와 시험편(200) 표면 중심에 각각 설치된 열전대(600a)(600b)(600c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 시험편(200)은 외경이 다른 각각의 모재(210)에 코팅층(220)을 코팅하여 다수 구비하되, 모재(210)의 외경에 따라 코팅층(220)의 두께를 각각 달리하여 상기 시험편(200)의 외경을 동일한 두께로 제조하는 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 캡(500)은 시험편(200) 내부의 모재(210)에 나사 결합한 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)에 관통 설치된 열전대(600a)(600b)는 그 튜브의 내벽과 접촉되지 않도록 설치하는 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 시험편(200) 외부에 설치된 열전대(600c)는 석영시멘 트(610)에 의해 고정 설치한 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 시험편(200)에 사용된 모재(210)와 에어공급튜브(400a) 및 에어배기튜브(400b)와 캡(500)은 열팽창계수가 같은 동일한 재질로 제조한 것을 특징으로 하는 열 차폐용 코팅층의 열전도도 측정장치.
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