KR101230027B1 - 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일측이 개방되고 내부에 수용공간이 구비되도록 형성되어, 열진공 챔버 내에 수용된 시편에 부착되는 본체와, 상기 본체의 개방된 일측을 폐쇄하도록 설치되어, 외부 열원에 의해 열을 전달받는 센서 플레이트와, 상기 센서 플레이트 및 본체의 내부 하면에 각각 설치되는 열전대와, 상기 본체와 시편의 사이에 설치되는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 진공상태에서 임무를 수행하는 인공위성의 복사 열 유속을 측정할 수 있어, 측정한 복사 열 유속을 인공위성 열 해석에 활용하여 인공위성의 열 설계를 최적화할 수 있으며, 인공위성 최적 열 설계는 인공위성의 신뢰성을 높이고 제작비용을 감소시켜 경제적 이익을 창출하는 효과가 있다.

Description

진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치 {MEASUREMENT DEVICE OF RADIATION HEAT FLUX AT VACUUM CONDITION}
본 발명은 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공상태에서 임무를 수행하는 인공위성의 복사 열 유속을 측정할 수 있는 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열 유속(Heat Flux)은 단위시간당 단위면적을 통하여 이동한 열에너지의 양을 말한다.
이러한 열 유속은 인공위성의 열 설계에 있어 매우 주요한 요인 중의 하나로, 인공위성에 입사되는 복사 열 유속을 측정하여 인공위성의 열 설계시 신뢰성을 높이는 방안이 강구되고 있다.
그러나, 현재까지 진공상태에서 임무를 수행하는 인공위성의 복사 열 유속을 측정하는 장치가 제안되지 않아 진공상태에서의 복사 열 유속을 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 진공상태에서 임무를 수행하는 인공위성의 복사 열 유속을 측정할 수 있는 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 일측이 개방되고 내부에 수용공간이 구비되도록 형성되어, 열진공 챔버 내에 수용된 시편에 부착되는 본체와, 상기 본체의 개방된 일측을 폐쇄하도록 설치되어, 외부 열원에 의해 열을 전달받는 센서 플레이트와, 상기 센서 플레이트 및 본체의 내부 하면에 각각 설치되는 열전대와, 상기 본체와 시편의 사이에 설치되는 절연체에 의해 달성된다.
또한, 상기 센서 플레이트의 외부 전 영역에 걸쳐 부착되는 방사 커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서 플레이트에 설치되어 열을 공급하는 히터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본체의 내부 수용공간에 설치되는 다층 박막 단열재(MLI, Multi-Layer Insulation)를 더 포함할 수 있다.
이에 의해, 진공상태에서 임무를 수행하는 인공위성의 복사 열 유속을 측정할 수 있어, 측정한 복사 열 유속을 인공위성 열 해석에 활용하여 인공위성의 열 설계를 최적화할 수 있으며, 인공위성 최적 열 설계는 인공위성의 신뢰성을 높이고 제작비용을 감소시켜 경제적 이익을 창출하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치가 이용되어 진공상태에서 복사 열 유속을 측정하는 시험에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치에 적용되는 열의 흐름을 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치가 이용되어 진공상태에서 복사 열 유속을 측정하는 시험에 대한 개념도이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치(200)는 열진공 챔버(100) 내에 수용된 시편(120)에 설치되어 열원(110)으로부터 입사되는 열 유속을 측정한다.
본 실시예에서는, 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치(200)가 열진공 챔버(100) 내의 진공환경에서 시험에 의해 열 유속을 측정하는 것을 일 예로 설명하지만, 우주환경에서 직접 인공위성에 설치되어 인공위성에 입사되는 열 유속을 측정할 수도 있다.
본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치(200)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일측이 개방되고 내부에 수용공간이 형성되어 시편(120)에 부착되는 본체(210)와, 본체(210)의 개방된 일측에 설치되는 센서 플레이트(220)와, 센서 플레이트(220) 및 본체(210)의 내부 하면에 각각 설치되는 열전대(230, 230')와, 본체(210)와 시편(120)의 사이에 설치되는 절연체(240)와, 센서 플레이트(220)의 외부 전 영역에 걸쳐 부착되는 방사 커버(221)와, 센서 플레이트(220)에 설치되어 열을 공급하는 히터(222)와, 본체(210)의 내부 수용공간에 설치되는 다층 박막 단열재(MLI, Multi-Layer Insulation)(240)로 구성된다.
먼저, 본체(210)는 원통 형상의 구조체로, 내부에 수용공간이 형성되고 일측이 개방된 형태로 형성된다.
여기서, 본체(210)는 알루미늄과 같은 일반적인 금속재질로 형성된다.
그리고, 센서 플레이트(220)는 본체(210)의 개방된 일측에 대응하는 직경으로 형성된 원형 플레이트로, 본체(210)의 개방된 일측을 폐쇄하도록 설치된다.
여기서, 센서 플레이트(220)는 구리와 같이 열 전도율이 좋은 재질로 형성된다.
한편, 열전대(Thermo couple)(230, 230')는 센서 플레이트(220) 및 본체(210)의 내부 하면에 설치되어, 센서 플레이트(220) 및 본체(210)의 온도를 측정한다.
열전대(230, 230')는 제베크 효과를 이용하여 넓은 범위의 온도를 측정하기 위해 두 종류의 금속으로 제작된 장치로서, 일반적으로 널리 사용되므로 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 절연체(240)는 본체(210)와 시편(120)의 사이에 설치되어 본체(210)의 열이 시편(120)으로 전도되는 것을 방지한다.
또한, 방사 커버(221)는 센서 플레이트(220)의 외부 전 영역 즉, 열원(110)에 의해 직접적으로 열을 전달받는 영역 전체에 걸쳐 부착되는 것으로, 방사율을 사전에 알 수 있는 페인트 또는 테이프 등으로 마련되어 센서 플레이트(220)에 부착된다.
그리고, 히터(222)는 일반적으로 사용되는 열 공급 수단으로, 센서 플레이트(220)에 설치되어 센서 플레이트(220)에 열을 공급한다.
또한, 다층 박막 단열재(MLI, Multi-Layer Insulation)(211)는 여러 겹의 Layer로 형성된 단열재로서, 본체(210)의 내부 수용공간에 설치되어 센서 플레이트(220)와 본체(210) 사이의 복사 열전달을 최소화한다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치의 측정 원리 및 측정 방법에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치를 이용하여 복사 열 유속을 도출하기 위한 열평형 방정식은 아래의 식 1과 같다.
[식 1]
Figure 112010086113116-pat00001
Q1 Q2 Q3
Qa : 측정하고자 하는 복사 열 유속
εs1 : 센서 플레이트 방사 커버의 적외선 영역 복사 방사율
σ : 슈테판-볼츠만 상수
As : 센서 플레이트의 면적
Ts : 센서 플레이트의 온도
Tc : 열진공 챔버의 표면온도 또는 심연 우주의 온도
Tr : 본체의 온도
εs2 : 센서 플레이트 내부 표면의 적외선 영역 복사 방사율
εMLI : 다층박막 단열재의 가상 방사율
hr : 센서 플레이트와 본체 사이의 전도 열전달 계수
진공상태에서 열원(110)에 의해 입사되는 복사 열 유속(Qa)은 일정부분이 방사 커버(221)에 의해 외부로 방사되고(Q1), 일부는 다층박막 단열재(211)를 통해 본체(210) 내부로 복사 열전달이 이루어지며(Q2), 나머지 열은 센서 플레이트(220)와 본체(210) 사이의 전도 열전달(Q3)을 통해 이동된다.
식 1에서 hr, Ts, Tr을 제외한 나머지 상수는 본 발명의 제작 시에 미리 알 수 있는 상수 값이다.
그러므로, hr 값만 알 수 있다면 센서 플레이트(220)의 온도(Ts)와 본체(210)의 온도(Tr)를 측정하여 복사 열 유속을 구할 수 있게 된다.
진공상태에서 hr을 구하는 방법은 다음과 같다.
히터(222)를 발열시켜 센서 플레이트(220)에 일정량의 열을 인가하고, 열전대(230, 230')에 의해 센서 플레이트(220)와 본체(210)의 온도를 측정한다.
그리하면, 히터(222)에 의해 인가된 열이 식 1의 Qa 값이 되므로 식 1을 통해 hr을 구할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치는 진공상태에서 임무를 수행하는 인공위성의 복사 열 유속을 측정할 수 있어, 측정한 복사 열 유속을 인공위성 열 해석에 활용하여 인공위성의 열 설계를 최적화할 수 있으며, 인공위성 최적 열 설계는 인공위성의 신뢰성을 높이고 제작비용을 감소시켜 경제적 이익을 창출하는 효과가 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.
100 : 열진공 챔버 110 : 열원
120 : 시편 200 : 복사 열 유속 측정장치
210 : 본체 211 : 다층 박막 단열재
220 : 센서 플레이트 221 : 방사 커버
222 : 히터 230, 230' : 열전대
240 : 절연체

Claims (4)

  1. 일측이 개방되고 내부에 수용공간이 구비되도록 형성되어, 열진공 챔버 내에 수용된 시편에 부착되는 본체와;
    상기 본체의 개방된 일측을 폐쇄하도록 설치되어, 외부 열원에 의해 열을 전달받는 센서 플레이트와;
    상기 센서 플레이트 및 본체의 내부 하면에 각각 설치되는 열전대와;
    상기 본체와 시편의 사이에 설치되는 절연체와;
    상기 센서 플레이트의 외부 전 영역에 걸쳐 부착되는 방사 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 플레이트에 설치되어 열을 공급하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 내부 수용공간에 설치되는 다층 박막 단열재(MLI, Multi-Layer Insulation)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공상태에서의 복사 열 유속 측정장치.
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