KR101221972B1 - 복렬구조 열유속 측정게이지 - Google Patents

복렬구조 열유속 측정게이지 Download PDF

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KR101221972B1
KR101221972B1 KR1020120073336A KR20120073336A KR101221972B1 KR 101221972 B1 KR101221972 B1 KR 101221972B1 KR 1020120073336 A KR1020120073336 A KR 1020120073336A KR 20120073336 A KR20120073336 A KR 20120073336A KR 101221972 B1 KR101221972 B1 KR 101221972B1
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이정호
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이공훈
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Abstract

본 발명은 복렬구조 열유속 측정게이지에 관한 것이며, 본 발명은 냉각 유체를 분사하여 냉각시 후판의 열유속을 측정하는 복렬구조 열유속 측정장치에 있어서, 분사된 냉각 유체와 접촉하는 상판과 모서리가 상기 상판의 모서리로부터 외측으로 연장되어 단차를 형성하도록 상기 상판과 결합하는 몸체와 상기 몸체에 설치되어 상기 상판 및 상기 몸체를 가열하는 히터와 상기 상판의 일단부에 마련되며, 상기 상판의 외면으로부터 내측으로 이격되는 제1 측정부의 온도를 측정하는 제1 온도센서부와 상기 제1 온도센서부와 대응되도록 상기 상판의 타단부에 마련되며, 상기 제1 측정부와 두께방향으로 이격되도록 형성된 상판의 제2 측정부의 온도를 측정하는 제2 온도센서부와 상기 상판과 몸체에 의하여 형성된 단차에 결합되도록 중앙부에 관통홈이 형성되며, 상기 상판에 분사되어 상기 상판을 냉각시키는 유체가 상기 상판의 외면과 이격되도록 형성된 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 후판의 표면 근처에서 두께방향을 따라 서로 이격된 두 지점에서의 온도를 측정하며, 후판의 측면으로 냉각 유체가 접촉하지 않도록 후판 표면에 케이스를 마련하여 냉각 유체에 의한 오차를 제거한 후판 표면에서의 열유속 및 열전달계수를 측정할 수 있는 복렬구조 열유속 측정게이지가 제공된다.

Description

복렬구조 열유속 측정게이지{GAUGE FOR MEASURING HEAT FLUX HAVING DOUBLE ROW}
본 발명은 복렬구조 열유속 측정게이지 및 이를 이용한 열유속 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재료의 몸체 상부에 두께 방향을 따라 서로 다른 높이에 위치한 두 위치의 온도를 측정하여 몸체 상부의 열유속, 열전달계수등의 냉각특성을 계산할 수 있는 복렬구조 열유속 측정게이지 및 이를 이용한 열유속 측정방법에 관한 것이다.
통상적으로 두께 6 mm 이상의 금속판을 후판이라고 하며, 이러한 후판은 고온으로 가열된 슬라브를 압연기에서 목표로 하는 두께와 폭으로 압연하고, 후판의 선수 및 선미 부분의 온도차를 제어하기 위해 냉각하는 도중에 판을 가속하게 되는 가속냉각설비를 이용하여 후판의 상하면을 냉각하는 가속냉각과정을 통하여 제조된다.
후판은 이러한 압연과정과 가속냉각과정에서 열전달과 소성변형과정을 거치는데, 이러한 과정을 거치면서 후판 재료의 물성뿐만 아니라 판 변형과 같은 후판 제품의 형상 품질에도 큰 영향을 미치게 된다. 이러한 점을 고려할 때, 가속냉각과정에서 표면온도, 열유속, 열전달계수와 같은 고온에서의 냉각열전달 특성을 정확하게 측정할 수 있어야 원하는 특성을 갖는 후판을 제조할 수 있다.
이러한 가속냉각공정에서 강판의 표면온도는 약 900°C 에서 약 400°C 정도까지 짧은 시간 동안에 냉각을 필요로 하고, 온도편차에 의해 발생하는 강판의 열변형을 최소화하기 위해서 효과적인 냉각 제어를 필요로 한다.
종래에는 가속냉각공정이 수행되는 가속냉각기에서 냉각 제어를 목적으로 접촉식 센서 또는 비접촉식 센서를 가속냉각기 내부에 설치하여 시간의 변화에 따른 강판의 표면 및 내부 온도변화와 가속냉각과정에서의 열전달 특성을 파악하기 위한 노력이 진행되어 왔다.
가속냉각기 내부의 열전달 특성을 파악하기 위하여 가속냉각기 내부에 설치된 접촉식 센서의 대표적인 예로 열전대를 들 수 있는데, 열전대가 후판의 표면에 설치되는 경우, 설치된 열전대 자체에 의해 유체 유동의 변화와 비등 현상의 변화가 발생하여 표면 온도 측정에 변화를 초래하고, 접촉식 센서를 적용하여 가속냉각과정에서의 후판의 표면온도를 정확하게 측정할 수 없다.
또한, 적외선 온도계와 같은 비접촉식 센서를 이용한 측정의 경우에는 과다한 증기와 수분류의 유동과 체류수의 영향으로 인해 직접적인 측정이 거의 불가능한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 몸체의 표면 근처에서 두께 방향을 따라 서로 다른 높이를 갖는 두 지점에서의 온도를 측정함으로써, 역열전도해석을 이용하지 않고 직접 측정된 두 지점의 온도만을 이용하여 몸체의 표면에서의 열유속, 열전달계수 등의 냉각특성을 효과적으로 측정할 수 있는 복렬구조 열유속 측정게이지 및 이를 이용한 열유속 측정방법을 제공함에 있다.
또한, 몸체 모서리의 홈에 케이스가 설치되어 냉각 유체가 몸체의 측면으로 흘러내리지 않게 함으로써, 정확한 냉각특성을 계산할 수 있는 복렬구조 열유속 측정게이지 및 이를 이용한 열유속 측정방법을 제공함에 있다
상기 목적은, 본 발명에 따라, 냉각 유체를 분사하여 냉각시 후판의 열유속을 측정하는 복렬구조 열유속 측정장치에 있어서, 분사된 냉각 유체와 접촉하는 상판과 모서리가 상기 상판의 모서리로부터 외측으로 연장되어 단차를 형성하도록 상기 상판과 결합하는 몸체와 상기 몸체에 설치되어 상기 상판 및 상기 몸체를 가열하는 히터와 상기 상판의 일단부에 마련되며, 상기 상판의 외면으로부터 내측으로 이격되는 제1 측정부의 온도를 측정하는 제1 온도센서부와 상기 제1 온도센서부와 대응되도록 상기 상판의 타단부에 마련되며, 상기 제1 측정부와 두께방향으로 이격되도록 형성된 상판의 제2 측정부의 온도를 측정하는 제2 온도센서부와 상기 상판과 몸체에 의하여 형성된 단차에 결합되도록 중앙부에 관통홈이 형성되며, 상기 상판에 분사되어 상기 상판을 냉각시키는 유체가 상기 상판의 외면과 이격되도록 형성된 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 복렬구조 열유속 측정게이지에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1 온도센서부 또는 상기 제2 온도센서부는 일부가 상기 상판의 외측으로 돌출되며, 상기 케이스는 저면에 상기 상판으로부터 외측으로 돌출된 상기 제1 온도센서부 또는 상기 제2 온도센서부를 수용하는 삽입홈이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이스는 상기 몸체의 냉각시 또는 가열시 온도 변화에 따른 열팽창에 의하여 상기 케이스와 상기 상판 사이로 상기 유체가 유입되지 않도록 인바(Invar)재질로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 온도센서부는 상기 몸체 상부의 중심으로부터 어느 한쪽의 영역에만 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 후판의 표면 근처에서 두께방향을 따라 서로 이격된 두 지점에서의 온도를 측정하며, 후판의 측면으로 냉각 유체가 접촉하지 않도록 후판 표면에 케이스를 마련하여 냉각 유체에 의한 오차를 제거한 후판 표면에서의 열유속 및 열전달계수를 측정할 수 있는 복렬구조 열유속 측정게이지가 제공된다.
또한, 케이스의 저면에 삽입홈이 형성되어 온도센서들과 냉각 유체의 접촉을 방지하여 온도측정의 오차를 방지할 수 있다.
또한, 케이스의 재질을 열팽창계수가 작은 인바(Invar) 재질로 형성하여 가열 및 냉각에 의한 급격한 온도변화에 따른 케이스의 열팽창을 방지하여 케이스와 상판 사이로 냉각 유체가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 온도센서부 및 제2 온도센서부가 상판의 중심으로부터 어느 한쪽의 영역에만 형성되어 적은 온도센서의 개수를 통해 넓은 범위의 온도를 측정할 수 있게 되어 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복렬구조 열유속 측정게이지를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지를 개략적으로 도시한 분해사시도이고,
도 3은 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지에서 상판 내부에 마련된 온도센서부의 평단면을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 4는 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지에서 상판 내부에 마련된 온도센서부의 측단면을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지에서 케이스를 개략적으로 도시한 저면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 복렬구조 열유속 측정 게이지에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복렬구조 열유속 측정게이지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지를 개략적으로 도시한 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지에서 상판 내부에 마련된 온도센서부의 평단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지에서 상판 내부에 마련된 온도센서부의 측단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 1의 복렬구조 열유속 측정게이지에서 케이스를 개략적으로 도시한 저면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복렬구조 열유속 측정 게이지(100)는 후판의 가속냉각공정에서 가속냉각기를 통과하는 후판의 열전달 특성을 측정하기 위한 것으로서, 상판(110)과 몸체(120)와 제1 온도센서부(130)와 제2 온도센서부(140)와 케이스(150)와 히터(160)를 포함한다. 복렬구조 열유속 측정 게이지(100)는 후판의 실제 가속냉각공정 전에 가속냉각기의 냉각 특성을 시험하는 수단으로 사용될 수 있다.
상기 상판(110)은 판형상으로 마련되어 상면이 냉각 유체와 접촉하며, 냉각 유체에 의하여 냉각된 상판에 구비된 제1 측정부(113)와 제2 측정부(114)를 이용하여, 후판의 열유속을 측정할 수 있으며, 열유속 측정에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 3 또는 도 4를 참조하면, 상기 제1 측정부(113)과 상기 제2 측정부(114)는 후술할 제1 온도센서부(130) 및 제2 온도센서부(140)에 의해 온도가 측정되는 지점으로, 상판(110)을 길이방향으로 반분하는 중심선(112)으로부터 두께방향으로 이격되게 형성된다. 즉, 중심선(112)과 제1 측정부(113)와 제2 측정부(114)는 동일 평면상에 위치한다. 본 발명의 일실시예(100)에서는 제1 측정부(113)가 제2 측정부(114)보다 상판(110)의 상면에 근접하도록 위치하였으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 몸체(120)는 상판(110)의 하면에 마련되며, 후술할 히터(160)가 설치되도록 히터 삽입구(121)가 형성된다. 본 발명의 일실시예(100)에서는 몸체(120)는 육면체로 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 몸체(120)는 후판 제품과 동일한 재질을 이용하여 구성될 수 있으며, 측정의 내구성을 향상시키고 일반 탄소강에서 발생하는 변태 발열에 의한 추가적인 열적 고려인자를 최소화하기 위하여 스테인리스강으로 만들어질 수 있다.
몸체(120)의 상면은 상판(110)의 하면보다 크게 형성되므로, 몸체(120)와 상판(110)의 결합시 모서리에 단차(111)가 형성된다. 상기 단차(111)에는 후술할 케이스(150)가 삽입된다. 본 발명의 일실시예에서는 몸체(120)와 상판(110)의 결합시 마주보는 2개의 모서리에 단차(111)가 형성되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 모든 모서리에 단차(111)가 형성되어도 무방하다.
또한, 몸체(120)의 정면에는 히터(160)가 설치되기 위해 몸체(120)의 후면까지 관통하는 히터 삽입구(121)가 형성된다. 본 발명의 일실시예(100)에서 히터 삽입구(111)는 몸체(120) 및 상판(110)의 온도를 균일하게 가열하기 위하여 2개가 하나의 층을 이루며 2개의 층으로 형성된다. 각층에 설치된 히터 삽입구(121) 사이의 간격과 상하로 이웃하는 층의 히터삽입구(121)들 사이의 간격이 동일하도록 형성된다. 다만, 본 발명의 일실시예(100)에 따른 히터 삽입부(121)의 배열은 여기에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 온도센서부(130)는 상판(110)의 정면에서 우측으로 편향되어 형성되며 일단부가 상판(110)의 외면으로부터 내측으로 이격되는 제1 측정부(113)의 온도를 측정하도록 제1 측정부(113)와 접촉하며, 타단부는 상판(110)의 정면으로부터 외측으로 돌출된다.
또한, 제1 온도센서부(130)는 복수개의 온도 센서가 상판 정면의 중심으로부터 폭방향을 따라 우측으로 편향되고, 온도센서들 사이는 서로 이격되도록 형성된다. 즉, 제1 온도 센서부(130)가 상판(110) 정면의 중심으로부터 어느 일방으로 편향되어 설치되면 좌우측으로 전도되는 열의 온도를 중복적으로 측정하지 않으므로, 동일한 개수의 온도 센서를 이용하여 최대의 효율을 기대할 수 있다. 다만, 온도 센서의 개수는 시험의 성격에 따라 자유롭게 선택할 수 있으며 본 발명의 일실시예에 따른 제1 온도센서부(130)는 열전대로 형성되나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 냉각 유체가 상판(100) 상면의 중심점을 향하여 분사되므로, 중심에서는 온도센서들 사이의 간격이 좁게 형성되고, 우측으로 편향될수록 온도센서들 사이의 간격이 넓게 형성되어 냉각이 이루어지는 영역에서의 온도를 자세히 측정할 수 있다. 다만 이러한 배열에 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 자유롭게 배열가능하다.
상기 제2 온도센서부(140)는 상판(110)의 후면에 제1 온도센서부(130)와 대응되도록 형성되며 제2 측정부(114)의 온도를 측정한다. 제2 온도센서부(140)의 일단부는 제1 측정부(113)으로부터 두께방향으로 서로 이격되도록 형성되는 제2 측정부(114)와 접촉하며, 타단부는 상판(110)의 후면에서 외측으로 돌출된다. 본 발명의 일실시예에 따른 제2 온도센서부(140)는 열전대로 형성되나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 냉각 유체가 상판(110)의 상면의 중심을 향하여 분사되는 점을 고려하여 제2 온도센서부(140)의 제2 기준센서(132)에서 제1 온도센서부(130)의 제1 기준센서(131)로 연장되는 가상선은 상판(110) 상면의 중심점을 통과하며, 냉각 유체가 분사되는 지점을 통과한다.
상기 케이스(150)는 상판(110)의 상면에 냉각 유체가 분사될 때 냉각 유체가 상기 케이스와 접촉하는 상기 상판(110)의 외면과 격리시키도록 마련된다. 냉각 유체가 상판(110)의 외면으로 흘러내려 제1 온도센서부(130) 또는 제2 온도센서부(140)에 영향을 주거나, 몸체(120)의 외면부에서 열전도가 일어나는 것을 방지하는 장치로 판형상으로 마련되며, 관통홈(151)과 삽입홈(152)가 형성되어 있다.
또한, 케이스(150)는 몸체(120)의 상면보다 큰 판형상으로 마련되며, 유체가 케이스(150)의 외면을 따라 흘러내려 몸체(120)에 영향을 주지 않도록 한다. 케이스(150)는 냉각 유체가 중력에 의해 용이하게 외부로 흘러내리도록 방사방향으로 하향된 곡률를 갖도록 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 관통홈(151)은 케이스(150)의 중앙부에 형성되어 상판(110)과 몸체(120)에 의해 형성되는 단차(111)에 결합되도록 형성된다. 상판(110)의 상면으로 냉각 유체를 분사시 유체가 상판(110)과 케이스(150) 사이로 유입되지 않도록 상판(110)의 외면과 관통홈(151)의 내면이 면접촉하도록 관통홈(151)은 단차(111)에 대응되도록 형성된다. 즉, 상판(110)의 두께와 케이스(150)의 두께는 동일하도록 마련되는 것이 바람직하다.
상기 삽입홈(152)은 케이스(150)의 저면에 형성되며, 상기 상판(110)의 외측으로 노출되는 제1 온도센서부(130) 또는 제2 온도센서부(140)를 수용한다. 삽입홈(152)은 제1 온도센서부(130) 또는 제2 온도센서부(140)를 구성하는 각각의 온도센서에 대응하여 개별적으로 형성될 수 있으며, 2개의 삽입홈으로 형성되어 제1 온도센서부(130)와 제2 온도센서부(140)를 수용할 수 있다.
상기 히터(160)는 상판(110) 및 몸체(120)를 가열하기 위한 것으로, 몸체(120)에 형성된 히터 삽입부(121)에 착탈 가능하게 삽입된다. 본 발명의 일실시예(100)에 따르면, 히터(160)는 정면에 2개가 1층을 이루고 2층으로 형성되며, 이웃하는 히터(160)들 사이의 간격이 동일하도록 형성된다. 이에 따라, 히터(160)들은 상판(110) 및 몸체(120)를 균일한 온도를 갖도록 가열하며, 히터(160)에 의해 가열되는 온도는 통상의 가속냉각공정에서 후판의 냉각이 시작되는 온도인 900°C 내외가 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 히터(160)는 구성을 단순화하기 위하여 원기둥 형상의 카트리지 히터를 사용하며, 카트리지 히터는 프레스나 열성형기에 사용되는 금형의 내측에 형성되어 있는 삽입공에 삽입 설치되어 전열코일에 의해 발산되는 열량을 열전달시켜 금형 내의 한정된 공간부를 가열하는데 주로 사용되는 기기이다. 다만, 히터(160)는 물체를 가열하도록 발열체가 포함되어 있으면 충분하며 카트리지 히터에 한정되는 것은 아니다.
지금부터는 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 복렬구조 열유속 측정 게이지(100)를 이용한 열유속 측정방법에 대하여 설명한다.
몸체(120)에 설치된 다수의 히터(160)를 통해 몸체(110)의 온도를 전체적으로 고르게 상승시키며, 가열되는 온도는 통상적으로 가속냉각공정에서 후판의 냉각이 시작되는 온도인 900°C 내외가 되도록 가열하는 것이 바람직하다.
상판(110)의 상면에 냉각 유체를 분사하여 상판(110)을 냉각하는 단계이다. 즉, 가속냉각공정과 동일한 공정을 수행한다. 본 발명의 일실시예(100)에 따라 냉각 유체는 몸체(110) 상면의 중심점을 향하여 분사된다.
제1 온도센서부(130)의 제1 기준센서(131)와 제2 온도센서부(140)의 제2 기준센서(141)를 이용하여, 제1 기준센서(131)와 제2 기준센서(141)의 온도 차이 및 수직 거리 차이를 고려하여 상판(110) 중심의 두께방향 열유속을 계산한다. 상판(110) 중심에서의 두께방향 열유속(q'')는 아래와 같은 열전도 방정식을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112012053894163-pat00001
여기서, q''는 상판(110) 중심에서의 두께방향 열유속이고, k는 상판(110)의 재질을 구성하는 물질의 열전도계수이며, s1는 제1 기준센서(131)를 의미하며, s2은 제2 기준센서(141)를 의미한다. 또한, Ts2는 제2 기준센서(141)에 의해 측정되는 온도이며, Ts1은 제1 기준센서(131)에서 측정되는 온도이다.
또한, ys2는 상판(110) 상면에서 제2 기준센서(141)까지의 수직방향의 거리이며, ys1은 상판(110) 상면에서 제1 기준센서(131)까지의 수직방향의 거리이다. 즉, ys2-ys1 은 제1 기준센서(131)의 단부와 제2 기준센서(141)의 단부와의 거리차이에 해당된다.
상판(110) 상면에서의 열유속(q'')를 측정하기 위해서는 제1 기준센서(131)가 상판(110) 상면을 따라서 마련되는 것이 이상적이나, 온도 센서가 외부로 노출되는 경우 온도센서 자체가 냉각 유체의 유동을 방해하여 정상적인 환경에서의 열유동 데이터를 획득할 수 없다. 따라서, 제1 온도센서부(130)는 상판(110) 상면 외부로 노출되지 않도록 설치하는 것이 바람직하며, 제1 온도센서부(130)가 설치된 지점이 상판(110) 상면과 미세하게 떨어진 위치이므로 상판(110) 상면과 동일한 위치로 볼 수 있다.
또한, 제1 온도센서부(130)를 구성하는 각각의 온도센서로부터 획득하는 온도와 제1 온도센서부를 구성하는 온도센서 사이의 거리를 이용하여 상판(110)의 중심에서 중심선(112)을 따라 우측으로 이동되는 열유속을 파악할 수 있다. 또한 제2 온도센서부(140)를 이용하는 경우도 동일하다.
또한, 제1 온도센서부(130)에서 제1 기준센서(131)를 제외한 어느 하나의 온도센서를 제1 임의센서(132)로 선정하고 이와 대응되는 제2 온도센서부(140)의 온도센서를 제2 임의센서(142)로 선정하여, 제1 임의센서(132)와 제2 임의센서(142)의 온도차이 및 거리차이를 이용하여 열유속을 계산할 수 있고, 이를 통해 상판(110)의 중심에서 중심선(112)를 따라 우측으로 이격되는 동안의 열유속의 변화경향을 파악할 수 있다.
또한, 제1 온도센서부(130)의 모든 온도센서와 이와 대응되는 제2 온도센서부(140)의 모든 온도센서를 이용하여 상술한 열전도방정식을 이용하여 복수의 열유속을 측정할 수 있고, 이를 평균한 상판(110) 상면에서의 평균 열유속을 계산할 수 있다.
상판(110)의 중심을 향하여 분사되는 유체의 온도와 제1 기준센서(131)의 온도의 온도 차이 및 상판(110) 중심의 열유속(q'')을 이용하여 상판(110) 상면의 대류열전달계수(h)를 계산하는 단계이다. 상판(110)의 중심에서의 대류열전달계수(h)는 하기 뉴턴의 냉각법칙을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112012053894163-pat00002
여기서, h는 상판(110) 중심에서의 대류열전달계수이고, q''는 상판(110) 중심에서의 열유속이며, Ts1은 제1 기준 센서(131)에 의해 측정된 온도이며, Tj는 분사되는 유체의 온도이다.
상판(110) 중심으로 분사되는 유체는 상판(110) 및 몸체(120)를 냉각하기 위하여 히터(160)에 의해 가열된 상판(110) 및 몸체(120)보다 낮은 온도의 유체이다. 본 발명의 일실시예(100)에 따르면 유체는 수분류로 형성되나 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 복렬구조 열유속 측정 게이지는, 후판의 내부에서 두께 방향을 따라 복수의 위치에서 온도를 측정하고 측정된 온도를 기준으로 역열전도 해석(inverse heat conduction analysis)을 수행하여 후판 표면에서의 열유속, 열전달계수를 간접적으로 예측하는 방식이 아니라, 후판의 표면 근처에서 두께 방향을 따라 서로 다른 두 지점에서 측정된 온도를 이용하여 후판 표면에서 직접적으로 열유속, 열전달 계수를 측정함으로써, 후판 표면에서의 열유속, 열전달 계수를 측정하는 장치 및 과정을 간단하게 구성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상판(110)에 케이스(150)를 설치하여, 상판(110)으로 분사되는 유체가 상판(110)과 케이스(150)의 사이로 흘러내림으로 인해 열유속, 대류열전달계수의 오류가 발생할 수 있는 것을 방지하여, 후판 표면에서의 열유속, 열전달계수를 정확하게 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다,
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 복렬구조 열유속 측정 게이지 110: 상판
111: 단차 112: 중심선
113: 제1 측정부 114: 제2 측정부
120: 몸체 121: 히터 삽입구
130: 제1 온도센서부 131: 제1 기준센서
132: 제1 임의센서 140: 제2 온도센서부
141: 제2 기준센서 142: 제2 임의센서
150: 케이스 151: 관통홈
152: 삽입홈 160: 히터

Claims (4)

  1. 냉각 유체를 분사하여 냉각시 후판의 열유속을 측정하는 복렬구조 열유속 측정장치에 있어서,
    분사된 냉각 유체와 접촉하는 상판;
    모서리가 상기 상판의 모서리로부터 외측으로 연장되어 단차를 형성하도록 상기 상판과 결합하는 몸체;
    상기 몸체에 설치되어 상기 상판 및 상기 몸체를 가열하는 히터;
    상기 상판의 일단부에 마련되며, 상기 상판의 외면에 폭방향을 따라 이격되는 복수개의 지점으로부터 내측으로 이격되는 제1 측정부의 온도를 측정하는 제1 온도센서부;
    상기 제1 온도센서부와 대응되도록 상기 상판의 타단부에 마련되며, 상기 제1 측정부와 두께방향으로 이격되도록 형성된 상판의 제2 측정부의 온도를 측정하는 제2 온도센서부;
    상기 상판과 몸체에 의하여 형성된 단차에 결합되도록 중앙부에 관통홈이 형성되며, 상기 상판에 분사되어 상기 상판을 냉각시키는 유체가 상기 상판의 외면과 이격되도록 형성된 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복렬구조 열유속 측정게이지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 온도센서부 및 상기 제2 온도센서부는 일부가 상기 상판의 외측으로 돌출되고,
    상기 케이스는 저면에 상기 상판으로부터 외측으로 돌출된 상기 제1 온도센서부 또는 상기 제2 온도센서부를 수용하는 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 복렬구조 열유속 측정게이지.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 몸체의 냉각시 또는 가열시 온도 변화에 따른 열팽창에 의하여 상기 케이스와 상기 상판 사이로 상기 유체가 유입되지 않도록 인바(Invar)재질로 형성된 것을 특징으로 하는 복렬구조 열유속 측정게이지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 온도센서부는 상기 몸체 상부의 중심으로부터 어느 한쪽의 영역에만 형성된 것을 특징으로 하는 복렬구조 열유속 측정게이지.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105372293A (zh) * 2015-12-16 2016-03-02 保定天威保变电气股份有限公司 一种测量金属板表面对介质的散热系数方法和装置
KR20210046395A (ko) * 2019-10-18 2021-04-28 한국에너지기술연구원 다중 열전달계수 측정장치 및 측정방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100912240B1 (ko) * 2009-01-20 2009-08-14 한국기계연구원 후판 가속냉각공정용 냉각 열특성 측정장치
KR100991107B1 (ko) 2010-03-16 2010-11-01 한국기계연구원 냉각공정용 고온 강판의 열유속게이지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100912240B1 (ko) * 2009-01-20 2009-08-14 한국기계연구원 후판 가속냉각공정용 냉각 열특성 측정장치
KR100991107B1 (ko) 2010-03-16 2010-11-01 한국기계연구원 냉각공정용 고온 강판의 열유속게이지

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105372293A (zh) * 2015-12-16 2016-03-02 保定天威保变电气股份有限公司 一种测量金属板表面对介质的散热系数方法和装置
CN105372293B (zh) * 2015-12-16 2017-12-05 保定天威保变电气股份有限公司 一种测量金属板表面对介质的散热系数方法
KR20210046395A (ko) * 2019-10-18 2021-04-28 한국에너지기술연구원 다중 열전달계수 측정장치 및 측정방법
KR102397486B1 (ko) 2019-10-18 2022-05-17 한국에너지기술연구원 다중 열전달계수 측정장치 및 측정방법

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