KR101694395B1 - 내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light

Abstract

플라스틱 등, 화학소재의 태양광에 의한 광열화 및 내후성을 평가하는 촉진식 내후성 시험에 있어, 가시광선 또는 근적외선과 달리 직사광 성분이 적은 자외선을 효율적으로 집광하는 내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 내후성 시험 장치는, 소정 지역에서의 제품의 광열화 수명을 예측하는 내후성 시험 장치에 있어서, 정사각형 모양의 시편 수광부 및 상기 시편 수광부의 각 변에 연접하며, 상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 소정의 각도만큼 상기 시편 수광부의 외측으로 기울어진 복수개의 반사판으로 형성되는 반사판부를 포함함으로써, 상기 복수개의 반사판 각각의 측부가 상호 간에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TESTING WEATHER RESISTANCE AND ARRANGEMENT METHOD OF THE APPARATUS}
본 발명은 내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 플라스틱 등, 화학소재의 태양광에 의한 광열화 및 내후성을 평가하는 촉진식 내후성 시험에 있어, 가시광선 또는 근적외선과 달리 직사광 성분이 적은 자외선을 효율적으로 집광하는 내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법에 관한 것이다.
플라스틱, 고무, 필름, 코팅, 도료, 접착제 등의 다양한 화학 제품은 탄소, 수소, 산소, 질소 등의 유기원소들이 공유결합을 취하고 있는 고분자소재를 주성분으로 포함하고 있는 경우가 많다. 따라서, 이의 화학 제품에서는 자외선 등의 빛과 열에 의하여 점진적인 열화반응이 진행된다.
열화반응의 속도는 제품 또는 소재의 고장 상태에까지 이르게 되는 수명 시간을 결정하는 주된 요소가 된다. 따라서, 열화 반응의 속도를 결정하는 자외선 및 열 에너지의 노출량과 노출 빈도를 파악하는 것은 제품 수명에 대한 기본적인 설계 요소가 된다.
옥외의 일광 노출에 의하여 제품 열화가 진행되는 화학소재가 사용되는 다양한 산업 제품군, 예를 들어 자동차, 선박, 철도 차량, 군수물자, 건축 자재, 토목 자재, 도로 및 해양 설치물, 전기 및 전파 시설물, 플랜트, 태양전지 및 풍력 발전 시설물, 농업용품 등에 대하여는 여러 종류의 인공광원에 의한 옥외 및 실내 촉진 내후성 시험이 수행 된다.
일광 노출 환경 하에서 진행되는 광열화에 대한 제품의 내후성 시험은 태양광 모사성이 뛰어난 인공 광원이 장치된 촉진 내후성시험기로 수행하게 된다. 그러나 촉진 내후성시험기의 시험 조건과 실제 사용 조건은 동일하지 않기 때문에 촉진 시험 결과를 통해, 실제 사용 환경에서의 광열화 수명을 예측하는 것은 기술적으로 많은 어려움이 있다.
이러한 기술적 어려움 중에서도 가장 까다로운 부분은, 고분자 소재의 광열화를 유발하는 태양광의 자외선을 집광하는 것이다.
고분자 소재의 광열화를 유발하는 태양광의 자외선은, 태양 에너지 분야에서 에너지원으로서 활용의 대상이 되는 가시광선 또는 근적외선과는 다른 대기권 투과 및 반사 특성을 갖고 있다고 알려져 있다.
자외선의 이러한 특성 때문에 태양광의 자외선은 대기권을 투과하는 과정 중의 산란 특성이 커서 가시광선 등에 비해 상대적으로 직사광 성분이 적으며 가시광을 집광하는 일반적인 반사판으로는 반사 집광이 잘되지 않는 특징을 갖고 있다.
옥외용 촉진 내후성 시험장치 관련 종래 기술의 경우 광열화 시험 시료가 태양을 직접 마주하지 못하여 태양광의 반사된 직사광 성분만을 사용할 뿐 흐리거나 구름이 낀 통상의 날씨에서는 산란광과 태양광 직접 노출 효과가 전무함으로써 자외선 집광 효율을 기대하기 어려운 문제가 있다.
또한 종래 기술의 경우 대표적으로는 10개를 사용하는 여러 반사경의 직사광을 하나의 시료에 집광하는 원거리 타게팅 방식이므로 바람이 심한 경우 타겟의 흔들림으로 집광 효율이 크게 떨어지고, 원거리에서의 물 분사 방식으로 바람의 영향을 받으며 시편이 지면을 향해 거꾸로 매달려 있어 젖음 효과가 저조하다는 문제가 있다.
또한, 종래 기술의 경우 사막기후 지역인 미국 아리조나주 피닉스에서도 구름으로 인한 직사광 부족으로 2004년도에 76일은 촉진장치를 사용할 수 없었다고 했으며 플로리다와 유럽 중부와 같이 구름이 많은 일반기후 지역에서는 촉진장치 사용이 부적합하며 연간 청명 상태가 최소 3,500시간은 되어야 이러한 장치를 사용하기가 적합하다고 하였다.
아울러, 직사광 만을 집광하기 때문에 가시광선이나 근적외선에 비해 산란이 훨씬 큰 자외선 집광이 곤란하여 자연 상태 전 일사량(300~2500nm)에 대한 자외선(300~400nm) 비중이 약 6%인데 반해 종래 기술로 집광된 전 일사량에 대한 자외선 비중은 약 3.5%에 불과하여 전 일사량에 대한 집광비가 4이더라도 320nm 자외선의 집광비는 2에 불과하다고 하였다.
이에 수반한 시료의 온도 제어 문제로서, 종래 기술에 의한 장치의 경우 집광시 부착된 블로어에 의한 집중적인 냉각으로도 블랙 패널 표면 온도는 90℃에 달하며 냉각 중지 시에는 불과 수 분만에 150℃ 이상의 고온에 도달하게 됨으로써 범용 화학소재의 열손상 및 열변형이 유발될 수 있고 시험편을 극단적인 건조조건으로 시험하게 되어 이 장치를 사용한 촉진 내후성 시험의 재현성 부족의 중요한 원인이 된다고 하였고 냉각수에 의한 시험편 표면의 급작스러운 온도 변화로부터 발생하는 열충격 문제도 지적되고 있다.
즉 종래기술에 의하여서는 청명일 비중이 높은 사막기후 외에는 실질적인 가속 촉진성을 얻을 수 있는 자외선 집광도를 얻을 수 없을 뿐 아니라, 과열에 의해 통제하기 어려운 시료 표면의 온도 상승 및 극단적 건조 조건, 물분사에 의한 열충격 문제 등의 무시할 수 없는 치명적 문제점이 있어, 일부 사막지역에서의 활용 외에는 널리 사용되지 못하고 있다.
또한, 태양에너지 응용 분야에서 시도되었던 종래 역피라미드 형태의 반사판을 사용하는 집광 장치는 수광부의 시료면에서 실질적 집광 효과가 없는 역피라미드형 반사판의 모서리 부분이 제거되지 못하여, 수광부의 통풍이 확보되지 못하여 집광에 의하여 열이 축적되는 열섬 현상이 발생할 뿐만 아니라 별도의 냉각 장치가 없으므로 집광 부위가 지나치게 과열되는 문제가 있으며 모서리 부분의 반사 중첩 효과로 수광부 시료면의 광조사가 불균일해서, 촉진내후성 시험장치에 요구되는 시험 재현성을 확보할 수 없는 문제가 있다.
역피라미드 형태의 반사판을 사용하는 태양광 집광 장치 중 원뿔형 또는 곡면형의 경우 수광부 전체에 균일한 집광이 되는 것이 아니라 수광부 중앙에 초점이 맺혀지게 된다. 즉 종래의 역피라미드 형태의 반사판을 사용하는 태양광 집광 장치의 경우 플라스틱 등의 화학 소재에 대한 촉진 내후성 시험용으로 최적화된 구조가 공지되어 있지 않다.
아울러 종래의 태양광 반사판은 가시광선 대비 자외선 성분의 반사율이 낮아 자외선 집광 효율은 부족한 상태로 가시광선과 적외선 만이 집광됨으로, 원하는 자외선 집광은 부족한 상태에서 집열에 의한 온도 상승 만 촉발되는 현상 때문에 촉진 내후성 장치로 응용할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 플라스틱 등, 화학소재의 태양광에 의한 광열화 및 내후성을 평가하는 촉진식 내후성 시험에 있어, 가시광선 또는 근적외선과 달리 직사광 성분이 적은 자외선을 효율적으로 집광하는 내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법이 필요한 실정이다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제10-2012-0079705호에서 "광열화 가속 시스템"에 관한 기술을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 태양광을 직접 마주 보는 위치에 시료를 거치함으로써 태양광의 직접 폭로 효과를 받으며, 모서리가 제거된 사각 나팔형 집광 장치를 사용함으로써 흐린 날 여러 각도에서 입사되는 분산광 또는 산란광까지도 효율적으로 집광하는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 모서리가 제거된 반사판부의 입구로 들어온 빛이 인접한 시편 수광부로 반사되어 균일 조사되도록 설계됨에 따라 바람에 의해 집광 초점이 흔들리는 것을 방지하고 반사판 열화에 대한 영향을 최소화하는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 모서리가 제거된 반사판부를 통하여 집광함에 따라, 집광 얼룩이 제거되어 균일한 집광 상태로 높은 자외선 집광도를 얻는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 시편 수광부의 한 변의 길이와, 복수개의 반사판의 측부의 길이 및 설치 각도의 관계를 한정하여 정의하여 직사각형의 반사판을 형성함에 따라 반사판의 제작 및 교체가 용이하고 열섬 효과에 의한 시료의 과열을 방지하는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 자외선 집광율이 높은 반사판의 재질을 채용함에 따라 전일사량 대비 자외선 비중을 향상시키고, 가시광선 및 근적외선 성분의 집광에 의한 온도 상승을 억제하는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 시편 수광부의 일측에 시편 표면 온도를 기반으로 외기를 직접 송풍할 수 있는 팬을 설치함에 따라 블랙 패널 표면 온도를 일정하게 유지하는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 시편 수광부의 일측에 전자 제어식 조절 장치 또는솔레노이드 밸브에 대응하여 안개 분사 방식으로 물분사를 수행하는 물분사 노즐을 설치함에 따라 기후조건에 따른 외부 바람의 영향을 줄이는 것을 가능케 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 GPS(Global Positioning System) 기반의 프로그램 제어 장치 및 광센서 기반의 태양 위치 추적 장치 중 적어도 하나의 제어 명령에 대응하여 시편 수광부를 이동함에 따라 시편 수광부가 항상 태양 법선면을 향하여 배치되는 것을 가능케 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내후성 시험 장치는, 소정 지역에서의 제품의 광열화 수명을 예측하는 내후성 시험 장치에 있어서, 정사각형 모양의 시편 수광부 및 상기 시편 수광부의 각 변에 연접하며, 상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 소정의 각도만큼 상기 시편 수광부의 외측으로 기울어진 복수개의 반사판으로 형성되는 반사판부를 포함함으로써, 상기 복수개의 반사판 각각의 측부가 상호 간에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 복수개의 반사판 중 제 1 반사판에 입사한 빛이 제 1 반사되어, 상기 제 1 반사판에 대향하는 제 2 반사판에 도달하며, 상기 제 2 반사판에 도달한 빛이 제 2 반사되어, 상기 시편 수광부에 조사됨에 따라, 상기 시편 수광부 전체 영역에 태양 자외선이 균일하게 집광되어 조사될 수 있다.
이 때, 상기 소정의 각도는, 10도 내지 20도이며, 상기 시편 수광부의 각 변의 길이에 대한 상기 반사판 각각의 측부의 길이의 비는 8이하의 값을 가질 수 있다.
이 때, 상기 소정의 각도는, 10도 내지 20도이며, 상기 복수개의 반사판 각각의 측부의 길이는,
Figure 112014011378515-pat00001
을 통하여 정해지며, 상기 L은 상기 복수개의 반사판 각각의 측부의 길이이며, 상기 X는 상기 복수개의 반사판 각각을 상기 수광부의 법선면의 방향으로 입사되는 태양 직사광을 투영한 길이이며, 상기
Figure 112014011378515-pat00002
은 상기 복수개의 반사판 각각의 설치 각도로서 90도에서 상기 소정의 각도를 뺀 값일 수 있다.
이 때, 상기 시편 수광부는, 상기 시편 수광부의 일측에 설치된 송풍 팬을 통하여 외부의 공기를 송풍함으로써 블랙 패널 표면의 온도를 일정하게 유지하되, 상기 송풍 팬은, 상기 블랙 패널의 온도를 실시간으로 감지하는 접촉식 블랙 패널 온도계 또는 비접촉식 시편 표면 온도계와 연동될 수 있다.
이 때, 상기 시편 수광부의 모서리 일측에 위치하여 근거리 안개 분사 방식으로 물분사를 수행하는 물분사 노즐을 포함하되, 상기 물분사 노즐은, 전자 제어식 조절 장치 또는 솔레노이드 밸브에 대응하여 물분사 주기를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 복수개의 반사판의 표면 재질은, SiO2, Al2O3, TiO2 중 어느 하나로 형성되는 무기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 불소수지, 실리콘수지 중 어느 하나를 통하여 유기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 상기 불소수지, 상기 실리콘수지 중 어느 하나로 형성되는 필름층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름일 수 있다.
이 때, 상기 시편 수광부는, 태양 위치 추적 장치의 제어 명령에 대응하여 이동함에 따라, 태양의 법선면과 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내후성 시험 방법은, 소정 지역에서의 제품의 광열화 수명을 예측하는 내후성 시험 방법에 있어서, GPS(Global Positioning System) 기반의 프로그램 제어 장치 및 광센서 기반의 태양 위치 추적 장치 중 적어도 하나의 제어 명령에 대응하여 이동함에 따라, 태양의 법선면과 평행하게 배치되는 시편 수광부를 준비하는 시편 수광부 준비 단계, SiO2, Al2O3, TiO2 중 어느 하나로 형성되는 무기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 불소수지, 실리콘수지 중 어느 하나를 통하여 유기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 상기 불소수지, 상기 실리콘수지 중 어느 하나로 형성되는 필름층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름을 표면 재질로 하는 복수개의 반사판을 준비하는 복수개의 반사판 준비 단계, 상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 소정의 각도만큼 상기 수광부의 외측으로 기울어지도록 상기 복수개의 반사판을 상기 시편 수광부의 각 변에 결합하는 결합 단계 및 상기 복수개의 반사판 중 제 1 반사판에 입사한 빛이 제 1 반사되어, 상기 제 1 반사판에 대향하는 제 2 반사판에 도달하며, 상기 제 2 반사판에 도달한 빛이 제 2 반사됨에 따라, 상기 시편 수광부 전체 영역에 균일하게 집광되어 조사된 태양 자외선을 기반으로 상기 제품의 내후성를 시험하는 내후성 시험 단계를 포함한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 배열 방법은, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 배열하는 방법에 있어서, 제 1 내후성 시험 장치의 제 1 반사판의 중심과, 상기 제 1 내후성 시험 장치에 최근접하여 위치한 제 2 내후성 시험 장치의 복수개의 반사판 중 상기 제 1 반사판과 최근접한 제 2 반사판의 중심은, 2차원 좌표 공간에서 X축 및 Y축의 좌표 값이 서로 상이하도록 배열하는 제 1 배열 단계 및 상기 제 1 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 중심과, 상기 제 2 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 중심은, 상기 2차원 좌표 공간에서 X축 및 Y축 중 어느 하나의 좌표 값이 서로 동일하도록 배열하는 제 2 배열 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 태양광을 직접 마주 보는 위치에 시료를 거치함으로써 태양광의 직접 폭로 효과를 받으며, 모서리가 제거된 사각 나팔형 집광 장치를 사용함으로써 흐린 날 여러 각도에서 입사되는 분산광 또는 산란광까지도 효율적으로 집광할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 모서리가 제거된 반사판부의 입구로 들어온 빛이 인접한 시편 수광부로 반사되어 균일 조사되도록 설계됨에 따라 바람에 의해 집광 초점이 흔들리는 것을 방지하고 반사판 열화에 대한 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 모서리가 제거된 반사판부를 통하여 집광함에 따라, 집광 얼룩이 제거되어 균일한 집광 상태로 높은 자외선 집광도를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 시편 수광부의 한 변의 길이와, 복수개의 반사판의 측부의 길이 및 설치 각도의 관계를 한정하여 정의하여 직사각형의 반사판을 형성함에 따라 반사판의 제작 및 교체가 용이하고 열섬 효과에 의한 시료의 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자외선 집광율이 높은 반사판의 재질을 채용함에 따라 전일사량 대비 자외선 비중을 향상시키고, 가시광선 및 근적외선 성분의 집광에 의한 온도 상승을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 시편 수광부의 일측에 시편 표면 온도를 기반으로 외기를 직접 송풍할 수 있는 팬을 설치함에 따라 블랙 패널 표면 온도를 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 시편 수광부의 일측에 전자 제어식 조절 장치 또는솔레노이드 밸브에 대응하여 안개 분사 방식으로 물분사를 수행하는 물분사 노즐을 설치함에 따라 기후 조건에 따른 외부 바람의 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, GPS(Global Positioning System) 기반의 프로그램 제어 장치 및 광센서 기반의 태양 위치 추적 장치 중 적어도 하나의 제어 명령에 대응하여 시편 수광부를 이동함에 따라 시편 수광부가 항상 태양 법선면을 향하여 배치되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 시편 수광부의 각 변의 길이에 대한 반사판 각각의 측부의 길이의 최적의 비를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 다중 반사가 이루어지는 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 1회 반사형 모델에서 반사판의 경사각에 따른 집광비와 공간 효율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 9는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 시편 수광부의 경사각에 대응하여 반사판 길이를 조정하는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 1회 반사형 모델의 경우 측면 각도와 반사판 길이비에 따른 집광비를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 반사판의 경사 각도와 길이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 다중 반사형 모델에서 반사판의 경사각에 따른 집광비와 공간 효율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 반사횟수에 따른 시편 수광부의 최적의 경사 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 17은 반사판 길이가 기준 길이 이상인 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 제조예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 부위별 집광비의 균일성의 효과를 확인하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 설치한 모습을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 성능을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
도 22는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 통하여 1년 동안 수행된 누적 자외선 조사량 결과를 나타낸 그래프이다.
도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 25는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 배열하는 방법의 제 1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 배열하는 방법의 제 2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 본 발명에 따른 내후성 시험 방법의 흐름도이다.
도 28은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 배열 방법의 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
태양광의 자외선은, 태양 에너지 분야에서 에너지원으로서 활용의 대상이 되는 가시광선 또는 근적외선과는 다른 대기권 투과 및 반사 특성을 갖고 있다고 알려져 있다.
자외선의 이러한 특성 때문에 태양광의 자외선은 대기권을 투과하는 과정 중의 산란 특성이 커서 가시광선 등에 비해 상대적으로 직사광 성분이 적으며 가시광을 집광하는 일반적인 반사판으로는 반사 집광이 잘되지 않는 특징을 갖고 있다.
보고된 바에 의하면, 고정식 장치에 있어서 남향 기준으로 연중 일사량이 가장 높은 최적 경사각은 그 지역의 위도에 가까운 값으로, 예를 들면 서울 또는 대전 지역의 경우 약 33°, 제주도의 경우 24°이다. 또한, 태양 전지의 발전 효율에 있어서는 단축형 추적식의 경우 고정식 보다 약 20%의 발전 효율을 증가시킬 수 있고 반사판을 추적식 장치에 사용할 경우 청명일을 기준으로는 최대 50%의 발전 효율 증가도 기대할 수 있다고 알려져 있다.
하지만 이들은 태양광 에너지 전체 또는 발전량을 기준으로 한 것이므로, 화학소재 및 제품의 옥외 폭로 장치의 개발을 위하여서는 태양 에너지의 집광보다도 화학소재의 광열화를 유발하는 자외선의 집광으로 다르게 발명되어야 한다.
자외선 특유의 대기 투과 특성 중 산란광의 세기는 파장의 4제곱에 반비례한다는 레일리 산란(Rayleigh scatter) 법칙에 의할 때, 청명일이 많은 사막 기후와는 달리 흐린 날이 많은 우리나라 및 세계 대부분의 인구 밀집 지역이 갖는 기후 특성상 자외선 산란광의 효과적인 집광이 전천후 촉진내후성 시험장치 개발의 기술적 관건이 된다.
본 발명의 목표인 플라스틱 등의 화학소재 및 제품에 대한 옥외 폭로 방식의 내후성 시험 분야에서 가속성과 재현성이 향상된 전천후 촉진내후성 시험장치의 제공을 위해서는 가령 10배 이상의 고도의 집광비가 요구되지는 않으며 실제 옥외 폭로에 대한 열화 재현성을 확보하기 위하여서는 2배 내지 5배 정도의 집광이 최적의 범위이다.
그 이유는 내후성 시험의 3대 요소인 자외선, 온도, 물의 영향을 필드 환경과의 괴리 없이 가속 모사하여 재현성을 확보하기 위해서는 자외선 집광비 증가에 따른 가속성 변화에 맞추어 온도와 물의 영향도 균형 있게 부여되어야 하는데, 일정 수준이 넘는 고강도의 자외선 조사강도를 사용할 경우 대응하는 최적 시험온도가 범용 플라스틱 소재의 열손상 또는 열변형을 유발할 수 있는 온도인 85 ℃를 넘게 되는 문제점이 나타나기 때문이다.
또한 본 발명은 시편 수광부의 모든 시험편 면적에 균일한 조사가 필요하다는 점에서 태양열 집광과는 달리, 수광부 특정 부위에 집광 초점이 맺히거나 불균일한 집광 얼룩이 형성되면 안된다는 제한이 있다.
따라서 본 발명은 화학소재 및 제품의 광열화 시험을 수행하기 위한 광원으로 자연 태양광을 사용한다는 것이 같을 뿐, 시편 온도의 제어와 물분사 싸이클 시험을 통하여 자외선에 의한 광열화 가속시험을 수행하는 촉진 내후성 시험 장치에 대한 것으로써, 태양 에너지 관련 기술분야와는 큰 차이가 있다. 즉, 태양 에너지 분야에서 활용되는 일반적 집광장치는 본 발명의 용도인 옥외 집광식 촉진 내후성 장치로 활용이 불가능하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 실시예를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 확대도이다.
도 1 및 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치(100)는, 상기 내후성 시험 장치(100)를 복수개 결합하는 지지대 역할을 하는 프레임(200)에 설치되어 있다. 상기 내후성 시험 장치를 복수개 결합하는 구체적인 배열 방법은 추후 자세하게 설명하도록 한다.
계속하여 도 1 및 도2를 참조하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치(100)는, 시편 수광부(120) 및 반사판부(110)를 포함하여 형성된다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치(100)는, 소정 지역에서의 제품의 광열화 수명을 예측하는 내후성 시험 장치에 있어서, 정사각형 모양의 시편 수광부(120) 및 상기 시편 수광부(120)의 각 변에 연접하며, 상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 소정의 각도만큼 상기 시편 수광부(120)의 외측으로 기울어진 복수개의 반사판(111, 112, 113, 114)으로 형성되는 반사판부(110)를 포함함으로써, 상기 복수개의 반사판 각각의 측부(112a, 113a)가 상호 간에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
이처럼, 상기 시편 수광부(120)가 정사각형 모양이며, 상기 복수개의 반사판이(111, 112, 113, 114) 상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 소정의 각도만큼 상기 시편 수광부(120)의 외측으로 기울어진 형상으로 내후성 시험 장치(100)를 설계하게 되면, 상기 복수개의 반사판(111, 112, 113, 114)은 필연적으로 직사각형 형태가 된다. 여기서, 상기 시편 수광부의 법선면이라 함은, 상기 시편 수광부의 평면과 수직으로 배치되는 면을 의미한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 네 개의 직사각형 반사판이 사각 나팔 모양으로 특정한 각도와 길이로 형성되는 것이다.
상기 복수개의 반사판(111, 112, 113, 114)이 직사각형 모양으로 설계되면 종래 기술과 대비하여 장치의 구성이 간단하므로 제작 및 관리가 용이하며 본 발명에 따른 형상으로 설계된 내후성 시험 장치는 자외선을 집광함에 있어서 상기 시편 수광부(120)의 전 영역에 자외선이 균일하게 조사될 수 있게 된다.
촉진 내후성 시험 방법은 태양 자외선에 의한 광열화 효과 외에 열과 수분 등의 환경인자에 의한 열화 효과를 종합적으로 반영해야 하기 때문에, 자외선 조사강도 외에도 온도와 습도 및 물분사 효과 등을 정밀하게 제어할 필요가 있다.
광열화 가속 시험법의 기본은 자외선 조사강도를 높여 시험에서 요구되는 누적 광량에 도달하는 시험기간을 단축하는 방법이지만, 시간이 단축되는 만큼 열과 수분 등에 의한 열화 효과도 함께 축소되기 때문에 실제의 필드 환경에서 주어지는 열화 현상과의 불일치가 발생하는 문제가 생기게 된다.
따라서 지나치게 높은 자외선 조사강도를 사용할수록 필드 열화에 대한 재현성이 부족해질 가능성이 높으며, 광열화에 수반하는 열열화와 수분 침해에 의한 열화 효과도 균형있게 진행될 수 있는 시험조건 설계가 필요하다.
본 발명에 의하면 상기 도 1에 도시된 바와 같이 모서리 부분이 없는 사각 나팔형 집광 장치의 제조를 위하여 직사각형 반사판을 상기 시편 수광부의 법선면에 대하여 15°± 5°(상기 소정의 각도)로 기울여 고정시키고 반사판 상단 모서리의 최초 입사 지점에서 반사된 빛이 최종적으로 상기 시편 수광부의 반사판 하단 모서리에 도달하도록 하였을 때 사각 나팔형 집광 장치 입구로 들어온 빛이 1 내지 3회까지 마주한 반사판을 통하여 반사된 후 상기 시편 수광부로 전체에 균일하게 조사되므로 공간 사용 및 자외선 집광 효율을 최적화 할 수 있으며 청명일 기준 최대 6배의 자외선 집광도, 실측 기준 연중 누적 자외선 3배의 높고 균일한 집광비를 얻을 수 있어, 적당한 시험 온도를 유지하는 조건 하에서 촉진내후성 시험의 최대 자외선 집광비를 얻을 수 있도록 구조 설계를 최적화 하였다.
여기서 상기 특정한 각도와 길이와 관련하여, 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다
도 3은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 시편 수광부의 각 변의 길이에 대한 반사판 각각의 측부의 길이의 최적의 비를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 다중 반사가 이루어지는 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 1회 반사형 모델에서 반사판의 경사각에 따른 집광비와 공간 효율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 6은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 내지 9는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 시편 수광부의 경사각에 대응하여 반사판 길이를 조정하는 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 1회 반사형 모델의 경우 측면 각도와 반사판 길이비에 따른 집광비를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 반사판의 경사 각도와 길이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 다중 반사형 모델에서 반사판의 경사각에 따른 집광비와 공간 효율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 13은 반사횟수에 따른 시편 수광부의 최적의 경사 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 10을 참조하여 설명하면, 상기 소정의 각도(특정한 각도)는 10도 내지 20도이며, 상기 시편 수광부의 각 변의 길이에 대한 상기 복수개의 반사판 각각의 측부의 길이의 비는 8이하의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 소정의 각도는, 10도 내지 20도이며, 상기 복수개의 반사판 각각의 측부의 길이는, 아래의 수학식 1을 통하여 결정될 수 있다.
Figure 112014011378515-pat00003
상기 수학식 1에서 상기 복수개의 반사판 각각의 측부의 길이이며, 상기 X는 상기 복수개의 반사판 각각에 상기 시편 수광부의 법선면의 방향으로 입사되는 태양 직사광을 투영한 길이이며, 상기
Figure 112014011378515-pat00004
은 상기 복수개의 반사판 각각의 설치 각도로서 90도에서 상기 소정의 각도를 뺀 값을 의미한다.
보다 구체적으로 도 3을 참조할 때, H는 직사각형 반사판의 태양 법선면 높이로 주어지며, 직사각형 반사판의 길이(즉, 상기 복수개의 반사판 각각의 측부의 길이) L은, 직사각형 반사판의 시편 수광부면 기준 설치 각도
Figure 112014011378515-pat00005
과 상기 복수개의 반사판 각각에 상기 시편 수광부의 법선면의 방향으로 입사되는 태양 직사광을 투영한 길이 X를 통하여 얻어질 수 있는 것이다. 여기서
Figure 112014011378515-pat00006
는, 상기 소정의 각도를 의미한다.
이 때, 상기 H는 아래의 수학식 2를 통하여 산출할 수 있다.
Figure 112014011378515-pat00007
상기 수학식 2에서 상기 X는 상기 복수개의 반사판 각각에 상기 시편 수광부의 법선면의 방향으로 입사되는 태양 직사광을 투영한 길이를 의미하고, R은 상기 시편 수광부의 각 변의 길이를 의미한다. 또한, 상기
Figure 112014011378515-pat00008
은 상기 복수개의 반사판 각각의 설치 각도로서 90도에서 상기 소정의 각도
Figure 112014011378515-pat00009
를 뺀 값을 의미한다. 상기 소정의 각도
Figure 112014011378515-pat00010
가 10도 내지 20도에 해당하는 것으로 상기 설명한 바와 같이, 상기
Figure 112014011378515-pat00011
은 70도 내지 80도가 바람직하다.
또한, 상기 X는 아래의 수학식 3을 통하여 산출할 수 있다.
Figure 112014011378515-pat00012
상기 수학식 3에서, R은 상기 시편 수광부의 각 변의 길이를 의미한다. 또한, 상기
Figure 112014011378515-pat00013
은 상기 복수개의 반사판 각각의 설치 각도로서 90도에서 상기 소정의 각도
Figure 112014011378515-pat00014
를 뺀 값을 의미한다. 상기 소정의 각도
Figure 112014011378515-pat00015
가 10도 내지 20도에 해당하는 것으로 상기 설명한 바와 같이, 상기
Figure 112014011378515-pat00016
은 70도 내지 80도가 바람직하다.
또한, 상기 수학식 1 내지 3을 복수개의 반사 회수별로 정리한 식은 아래의 수학식 4와 같다.
Figure 112014011378515-pat00017
도 4를 참조하여 시편 수광부 전체에 균일한 조사를 만족시키는 다중 반사 조건을 설명하면, 상기 시편 수광부 전체에 균일한 조사를 만족시키기 위해서는 1) 추가 반사광이 아래로 향하는 범위에서 2) 최종적으로 시편 수광부의 모서리에 닿아야 하므로 각각의 추가 반사층에서는 앞선 도 3에서 도시된 바와 같이 상기 수학식 1 내지 4의 관계식을 따르게 되는데 이 때, 추가 입사각이 변화되었으므로 아래의 상기 수학식 4와 같이 추가 입사각 P의 인자가 도입된다.
상기 수학식 4에서 i는 다중 반사의 횟수를 의미한다. 또한,
Figure 112014011378515-pat00018
의 조건에서 추가 반사광이 아래로 향하므로 다중반사가 가능하고, 시편 수광부 전체의 균일한 조사를 위해서는 i는 2이상의 정수여야 하며 상기 도 3을 참조하여 설명한 1회 반사형 모델의 관계식이 확장된 상기 수학식 4를 만족하여야 한다.
도 5는 1회 반사형 모델에서 반사판의 경사각에 따른 집광비와 공간 효율의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면 경사각이 75도 일 때, 집광판 길이비는 3.3, 이론 집광비는 4.5의 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 도 4 및 수학식 4를 통하여 설명한 다중 반사를 수행하는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 제조예를 확인할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 제조함에 있어서, 도 7 내지 도9를 참조하면, 1) 추가 반사광이 아래로 향하는 범위에서 2) 최종적으로 수광부 모서리에 닿기 위해서는 특정 경사각 마다 반사판 길이를 조정할 수 있게 된다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치는, 상기 복수개의 반사판 중 제 1 반사판에 입사한 빛이 제 1 반사되어, 상기 제 1 반사판에 대향하는 제 2 반사판에 도달하며, 상기 제 2 반사판에 도달한 빛이 제 2 반사되어, 상기 시편 수광부에 조사됨에 따라, 상기 시편 수광부 전체 영역에 태양 자외선이 조사되는 것을 확인할 수 있다. 계속하여 도 11 및 도 12를 함께 참조하면,
Figure 112014011378515-pat00019
범위에서는 1회 반사형 집광판 모델이외에 집광판 길이를 조정함으로써 2회 반사형 집광판 모델을 선택할 수 있고,
Figure 112014011378515-pat00020
범위에서는 1회 내지 3회 반사형 집광판 모델을 선택할 수 있다. 경사각 75도 일 때 1회 반사형 집광판 모델의 경우 집광판 길이비 3.3, 집광비 4.5의 성능을 갖는데 2회 반사형 집광판 모델의 경우 집광판 길이비는 5.3으로 증가되었지만 이론 집광비 6.5를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
그리고 다중 반사형 집광판 모델은 기본적으로 1회 반사형 집광판 모델을 포함하며 추가로 중복 집광이 수행됨에 따라 가능한 것이다. 가령 3회 반사형으로
Figure 112014011378515-pat00021
범위에서 상기 조건을 만족하도록 제조되었을 경우에는 제 1 반사판의 하단부에 직달 입사한 빛은 제 1 반사되어 바로 수광부로 향하고, 제 1 반사판의 중단부에 직달 입사한 빛은 마주한 제 2 반사판을 거쳐서 수광부로 향하며, 제 1 반사판의 상단부에 직달 입사한 빛은 제 2 반사판과 다시 제 1 반사판을 거쳐서 수광부로 향하므로써 직사광 성분이 3회까지 반사되어 시편 수광부에 균일하게 중복 조사되게 된다.
도 12를 계속하여 참조하면 본 발명은 직사각형 반사판을 상기 시편 수광부의 법선면에 대하여 15°± 5°의 각도(상기 소정의 각도)로 기울여 고정시키고 반사판 상단 모서리의 최초 입사 지점에서 반사된 빛이 최종적으로 상기 시편 수광부의 반사판 하단 모서리에 도달하도록 하였을 때 모서리가 제거된 사각 나팔형 집광 장치(본 발명에 따른 내후성 시험 장치)입구로 들어온 빛이 1 내지 3회까지 마주한 반사판을 통하여 반사된 후 시편 수광부로 굴절되어 시편 거치대 전체에 균일하게 조사되므로 공간 사용 및 집광 효율을 최적화 할 수 있다.
이 경우 청명일 기준으로 이론적 집광비는 일사량으로 최대 8배를 얻을 수 있으며, 흐린 날씨가 많은 대한민국 대전에서 실측된 연간 누적 자외선 집광도로는 약 3배의 높고 균일한 집광비를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 13은 반사횟수에 따른 시편 수광부의 최적의 경사 각도를 설명하기 위한 도면이다. 도 13을 참조하면 경사각 70도 내지 80도의 범위에서는 다양한 반사횟수 모델을 선택할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 1회 반사형 모델의 경우 내후성 시험장치의 모양은 사각뿔형으로 구성되는 나팔모양이 가장 효과적인 것을 확인할 수 있다.
또한, 측면 각도(직사각형 반사판의 시편 수광부면 기준 설치 각도
Figure 112014011378515-pat00022
)는 70도 내지 80도의 경우에 가장 이상적인 집광비를 획득할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 모서리가 제거된(복수개의 반사판의 측부가 상호 간에 이격된) 사각 나팔형 내후성 시험 장치의 구조와 관련한 성능을 살펴보면, 내후성 시험 장치의 모양을 정사각뿔형, 정육각뿔형 또는 정팔각뿔형 구조로 할 경우 시편 수광부 시료 거치면의 모양은 각각 정사각형, 정육각형, 정팔각형이 된다.
각각의 반사판을 모서리가 제거되지 않은 사다리꼴 모양으로 할 경우 집광 장치의 구조는 각각 사각뿔형, 육각뿔형 또는 팔각뿔형이 되며 각각의 반사판을 직사각형 모양으로 할 경우 집광 장치의 구조는 각각 사각뿔형, 육각뿔형 또는 팔각뿔형에서 모서리 부분이 제거된 모습이 된다.
이밖에 삼각뿔형 또는 양쪽 날개형의 경우 집광 효율이 낮으므로 촉진 내후성 시험장치로서 부적합하고 원뿔형의 경우에는 상기 시편 수광부의 시편 거치면 중앙에 초점이 맺히는 등 불균일한 조사 때문에 부적합하다.
즉, 직사각형 모양의 반사판을 사용할 때 이론적으로는 사각뿔형, 육각뿔형 및 팔각뿔형의 경우에 측면 반사판의 개수가 많아질수록 시료 거치대 조사면의 집광 균일성은 낮아지게 된다.
사각뿔형의 경우에는 사다리꼴 모양의 반사판을 사용하여 집광 장치 모서리 부분의 반사 효과가 더해지는 경우 조사면적의 대각선 부위에 부분적으로 높은 집광비를 갖게되고 모서리를 제거한 경우와 대비하여 조사면적에 대한 이득도 크지 않으므로 직사각형 모양의 반사판을 사용하되 모서리가 제거된 사각뿔 형태의 나팔형 구조가 바람직하다.
그러나 육각뿔형 및 팔각뿔형의 경우에는 집광도가 높은 가운데 부분의 집광비는 사각뿔형에 비하여 높지만 각 반사판에 의하여 반사된 빛이 시료 거치면에 불균일하게 집광되어 균일하게 조사되는 면적이 크게 좁아지므로 촉진 내후성 시험장치를 위한 공간 효율면에서 부적합하다.
도 19는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 부위별 집광비의 균일성의 효과를 확인하기 위한 도면이다.
도 19를을 참조하면, 직사각형 모양의 반사판을 사용하여 모서리가 제거된 사각뿔형 집광 장치(본 발명에 따른 내후성 시험 장치)의 수광부에서 자외선 집광 균일성을 측정한 결과를 확인할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 통해 2010년 9월 18일 오후 2시 대전지역에서 자외선 조도계로 관측된 시편 거치대 위치별 자외선 집광도는 다음과 같았다.
이 결과에서 보듯이 17군데에서 측정된 자외선 조도량은 거치대 모서리 및 가운데 등의 위치 구분 없이 5.1~5.4의 집광도 차이를 가지는바 촉진 내후성 시험으로 사용되기에 적합한 자외선 집광도 균일성을 확인할 수 있었다.
상기 도 10을 계속하여 참조하면 내후성 시험 장치의 구조와 관련하여 집광비, 집광 균일성, 조사면적 및 집광 온도를 확인할 수 있다. 또한, 측면 반사판 최고점의 직달 입사광이 시편 수광부의 시편 거치면인 밑면 반대쪽 끝에 도달되는 반사판의 길이를 기준 길이(반사횟수 2회)로 전제하였을 때, 이 기준 길이에 대한 집광 장치 구조 및 반사판 경사각에 따른 집광 성능 변화를 확인할 수 있다.
또한, 도 10을 계속하여 참조하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서의 상기 소정의 각도는, 10도 내지 20도이며, 상기 시편 수광부의 각 변의 길이에 대한 상기 복수개의 반사판 각각의 측부의 길이의 비는 8이하의 값을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 10에서의 반사판 효율이란, 경사진 반사경의 정사영 넓이에 대한 수광부 조사면 넓이의 비(X/R)를 의미한다. 여기서, 측면 각도(직사각형 반사판의 시편 수광부면 기준 설치 각도
Figure 112014011378515-pat00023
)가 높아질수록, 그리고 측면 반사판의 개수가 많아 질수록 높은 집광비를 얻을 수 있지만, 공간적인 효율을 감안할 때, 상기 시편 수광부의 한변의 길이R에 대한 반사판 길이(L)의 비(L/R)는 8이하의 값을 갖는 것이 가장 효율적이다. 이를 초과하는 경우에는 반사판의 길이가 지나치게 길어져 장치 관리 및 운영에 지장을 초래하기 때문이다.
도 14 내지 17을 참조하면, 반사판의 길이가 지나치게 길어진 경우를 확인할 수 있다. 보다 구체적으로 도 14의 a부분과, 도 15의 b부분 및 도 16의 c부분은 상기 설명한 본 발명에 따른 내후성 시험 장치에서 정의하는 시편 수광부의 한변의 길이R에 대한 반사판 길이(L)의 비(L/R)를 벗어나므로, 결과적으로, 상기 a, b, c 영역에는 빛이 입사되더라도 시편 수광부에 도달하지 않게 되는 것이다. 또한, 도 17에서 도시된 바와 같이 반사판이 기준 길이 이상인 경우에는 제 2 반사광이 아래로 향하더라도 시편 수광부 전체에 대하여 균일한 조사를 확보할 수 없음을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로 도 14에서는 제 2 반사 후 빛이 위로 탈출하게 되며, 도 15에서는 빛이 시편 수광부로 도달하지 못하여 다시 반복하여 제자리로 반사되며, 도 16에서는 반사판의 길이가 매우 길어 제 3 반사 후 빛이 위로 탈출하게 되는 것이다. 이와 같이, 반사판의 길이가 기준 길이 이상인 경우에는 시편 수광부 전체에 균일하게 조사될 수 있도록 반사판의 길이를 조정하여야 하는 것이다. 구체적으로 도 16과 도 17에 도시된 반사판의 길이 사이의 길이의 범위 안에서 상기 설명한 바와 같이 최적의 반사판 길이를 상정할 수 있게 된다.
즉, 직달 입사광이 본 발명에 따른 내후성 시험 장치 입구의 반사판 최고점에서 장치 바닥의 시료 조사면에 도달되는 반사판의 길이를 기준 길이라고 하였을 때, 반사판의 경사각에 따라 정해지는 일정 길이 이상에서는 마주한 반사판을 통하여 수 회 이상 반사되어 장치바닥의 조사면에 도달할 수 있지만 그 이상의 길이에서는 도 14 내지 17에 도시된 바와 같이 입사 반사광 일부 또는 전부가 장치 바닥면에 도달하지 못하게 된다.
또한, 경사각에 따라 기준길이 이상에서 반사된 입사광이 아래로 향하는 경우에는 측면 반사판 최고점의 직달 입사광이 최종 시편 수광부의 끝지점인 모서리에 도달하지 않는 이상 시편 수광부 전체 면적에 대하여 불균일한 조사가 되므로 어떠한 반사 경로를 갖더라도 상기한 수학식 1의 수치 관계를 만족하여야 한다. 즉 다양한 각도로 입사되는 분산 산란광을 제외한 시료 거치면에 수직하게 입사하는 직사광만을 고려할 때, 주어진 경사각에 따라 시편 수광부 시료 거치면에 집광 균일성이 확보될 수 있는 반사판의 길이는 수학식 1로 표시될 수 있는데, 경사각이 증가할수록 최적 반사판의 길이는 증가되어야 하며 그에 따라 집광도도 증가한다
그러나 경사각이 80°를 초과할 경우에는 최적 반사판의 길이가 지나치게 증가하기 때문에 실용적으로 사용되기 어려운 문제가 나타난다. 이러한 조건을 만족하는 반사판 경사각에 따른 집광비와 공간효율의 관계를 도 12의 그래프로 확인할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 반사판의 표면 재질에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 상기 복수개의 반사판의 표면 재질은, SiO2, Al2O3, TiO2 중 어느 하나로 형성되는 무기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 불소수지, 실리콘수지 중 어느 하나를 통하여 유기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 상기 불소수지, 상기 실리콘수지 중 어느 하나로 형성되는 필름층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 자외선 반사판이 사용되는 기존 응용 분야로는 UV 경화기용 반사갓 소재 및 의료 폐기물 등의 살균을 위한 Solar detoxification 등의 분야가 있다.
옥외에서 사용되는 자외선 반사판으로서 갖추어야 할 요건은 높은 자외선 반사율, 사용 환경에 대한 내구성 및 적정한 가격이다. 높은 자외선 반사율과 관련해서는 고순도의 알루미늄이 실용적으로 사용될 수 있는 유일한 소재로 알려져 있으며, 내구성을 위해서는 알루미늄 판재 표면에 Anodizing처리, SiO2 코팅, 불소계 또는 실리콘, acryl계 고분자 코팅 등의 방법이 알려져 있다.
가격 면에서는 고순도의 알루미늄 판재를 직접 사용하는 것 보다는 폴리에스터(PET) 필름에 알루미늄을 증착한 필름을 사용하는 것이 유리하다.
본 발명의 실시를 위한 연구 결과에서도 다양한 소재로 수행된 시험에서 고순도의 알루미늄 판재가 가장 우수한 자외선 반사율을 나타내었으며 옥외 사용 환경에 노출되었을 때는 표면 산화 방지를 위해 SiO2 박막 코팅된 것이 가장 바람직하였다.
은 또는 티타늄 박막 코팅의 경우 자외선 반사율이 낮았으며 태양전지 등의 용도로 가시광선 중심의 반사를 위해 개발된 다층 코팅 알루미늄 판재 역시 자외선 반사율이 상대적으로 낮았다.
알루미늄 증착 필름의 경우 자외선 반사율은 알루미늄 판재 대비 우수하나 내구성이 부족한 문제가 있다. 하지만 가격이 매우 저렴하므로 교체 주기를 감안하여 사용 하거나 박막 보호 코팅된 증착 필름을 사용하는 것은 가능하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 제조예를 설명하도록 한다.
도 18은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 제조 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 상기 시편 수광부는 적어도 하나의 시편(121, 122, 123, 124, 125)을 포함하며, 접촉식 블랙 패널 온도계(130) 또는 비접촉식 시편 표면 온도계(미도시)를 포함할 수 있으며, 송풍팬(150)을 포함할 수 있으며, 상기 송풍팬을 보호하기 위한 송풍팬 보호 상자(160)을 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 물분사 노즐(141,142)을 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 상기 시편 수광부는 상기 시편 수광부의 일측에 설치된 송풍 팬을 통하여 외부의 공기를 송풍함으로써 블랙 패널 표면의 온도를 일정하게 유지하되, 상기 송풍 팬은, 상기 블랙 패널의 온도를 실시간으로 감지하는 접촉식 블랙 패널 온도계 또는 비접촉식 시편 표면 온도계와 연동될 수 있다.
광열화 시험에서 기준이 되는 온도는 빛을 수광한 소재 및 제품의 표면이 실제 도달하는 온도로 이는 일반적인 대기온도와는 다른 온도이기 때문에 일반적인 기후 정보로 얻기 어려운 데이터이다. 일광 노출 환경에서 빛을 수광한 제품의 표면 온도는 흔히 검정색의 색상을 가질 경우 가장 높은 복사에너지를 흡수하여 높은 온도에 도달한다. 따라서, 제품의 표면 색상을 검정색으로 가정하였을 때 빛을 수광한 제품의 표면온도를 블랙패널온도(BPT; Black Panel Temperature)라 칭한다.
촉진식 광열화 시험에서도 기준이 되는 시험온도는 블랙패널온도가 되며, 본발명에 따른 내후성 시험 장치는 블랙패널온도를 측정할 수 있는 온도계를 장치하고 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치는 집광에 따른 시편 거치대의 온도 상승으로 지나친 열열화 및 열손상을 유발할 수 있기 때문에 실내 촉진 시험장치와 같이 블랙패널온도계 등과 같은 시편 표면 온도계를 사용하여 시험온도를 제어한다. 이를 위하여 시편 표면에 외기를 직접 송풍할 수 있는 팬을 설치하고 표면 온도계와 연동함으로써 대한민국 대전에서 수행된 시험에서는 최대 집광시에도 블랙 패널 표면 온도로 60℃ 이하를 유지할 수 있어 화학소재 시편의 과열 및 열충격으로 인한 시험편 손상을 억제할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치는, 상기 시편 수광부의 모서리 일측에 위치하여 근거리 안개 분사 방식으로 물분사를 수행하는 물분사 노즐을 포함하되, 상기 물분사 노즐은, 전자 제어식 조절 장치 또는 솔레노이드 밸브에 대응하여 물분사 주기를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 수분에 의한 열화 가속성과 재현성 향상을 위하여 시편 거치대 인접부에서 주어진 사이클 시험 조건에 따라 분사 주기를 다양하게 조절할 수 있는 전자제어식 조절장치와 솔레노이드 밸브를 사용함으로써 근거리 안개 분사 방식으로 냉각 팬의 송풍 방향으로 물분사를 수행하여 기후 환경에 따라 주어지는 외풍의 영향을 덜 받게 되는 장점이 있으며, 시편이 태양을 향하여 거치되어 인공 물 분사로 인한 효과 이외에도 자연 조건으로 주어지는 비와 이슬 등에 의한 젖음 효과도 향상되는 장점을 제공한다.
종래 기술의 옥외용 촉진 내후성 시험기가 태양과 반대 위치의 땅을 바라봄으로써 시편 표면이 강수에 노출되기 어렵고, 이슬이 맺혀진 후에도 물방울이 바닥으로 쉽게 떨어져 시편 표면의 젖음 효과가 실제에 비하여 부족해지는 단점이 있으나 본 발명에서는 시편 표면이 반대로 하늘 태양면을 바라보기 때문에 자연의 강수 효과와 이슬 맺힘에 의한 젖음 효과를 그대로 작용시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 상기 시편 수광부는, GPS(Global Positioning System) 기반의 프로그램 제어 장치 및 광센서 기반의 태양 위치 추적 장치 중 적어도 하나의 제어 명령에 대응하여 이동함에 따라, 태양의 법선면과 평행하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 태양의 법선면이라 함은, 태양이 조사되는 방향에 대하여 수직으로 형성되는 평면을 의미한다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 효과적인 태양광 집광을 위해 태양위치 추적장치를 통해 시편 거치대 표면(시편 수광부의 표면)을 상기 태양의 법선면과 평행하게 놓여지게 하는 태양추적장치를 사용한다.
이 때 사용하는 추적장치로는 종래에 사용되는 프로그램에 의한 제어방식, GPS(Global Positioning System) 방식이 도입된 프로그램 제어방식, 광센서 방식, 이들 방법의 혼합식 등의 방법이 사용될 수 있다. 본 발명의 연구에 의하면 청명일이 부족한 대한민국과 같은 일반 기후지역에서는 구름 등의 대기 변화에 의하여 광센서에 의한 태양위치추적이 어려운 경우가 많아서 옥외 집광식 촉진내후성 시험장치의 태양위치추적에 사용하기 위한 광센서 방식은 프로그램 방식이나 프로그램과 광센서 혼합식보다 불리하다. 따라서 본 발명에서는 태양추적장치에 사용되는 추적방식을 프로그램 방식 또는 프로그램과 광센서 혼합방식을 사용하도록 권장한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 성능을 살펴보도록 한다. 도 20은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 설치한 모습을 나타낸 도면이다. 도 21은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 성능을 종래 기술과 비교한 그래프이다. 도 22는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 통하여 1년 동안 수행된 누적 자외선 조사량 결과를 나타낸 그래프이다. 도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 성능을 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 도 20에서는 프로그램 및 광센서의 혼합형 태양위치추적 방식으로 작동되는 태양추적장치에 탑재하여 제작한 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 확인할 수 있다. 이 장치는 4X4 배열 방식으로 16개의 사각 나팔형 집광장치를 탑재하고 있다.
2010년 6월 1일 오전 6시부터 오후 19시까지 대전지역에서 자외선 조도계로 관측된 하루 동안의 정남향 35°로 고정된 고정식 옥외 폭로 시험대의 자외선 조사량과, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 자외선 조사량을 시간대별로 비교한 관측 결과를 도 21을 통해 확인할 수 있다.
비교 시험 결과는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치가 정남향으로 배치된 고정식 장치에 비하여 약 434%의 자외선 집광비를 얻는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 청명일 기준으로는 높은 자외선 집광도를 갖는 경우에도 흐린 날씨가 많이 포함되는 일반기후 지역에서는 장기간의 누적 자외선 집광도가 거의 1배에 가깝게 나온다는 것이 알려져 있지만, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치는 도 22에 도시된 바와 같이, 2012년 1월부터 12월까지 1년 동안 수행된 누적 자외선 조사량 결과와 같이 월간 평균 최소 2.5배 이상으로 연간 누적 약 2.7배의 자외선 집광도를 나타내었다.
또한, 상기한 본 발명의 제조예로 제작된 내후성 시험 장치에 68mm × 47mm ×3mm 크기의 범용 폴리스틸렌(GPPS) 시편을 탑재하여 2012년 집광 시험 중에 진행한 옥외 집광식 촉진내후성 시험 결과는 도 23 및 도 24에 도시된 누적 자외선 조사량 및 시험 기간에 따른 색차 변화 그래프에서 볼 수 있듯이, 남향 35°경사각으로 수행된 고정식 옥외 폭로에 의한 내후성 시험 결과와 유사한 열화 거동을 나타내었다.
이러한 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 시험이 수행된 시험 장소는 대한민국 대전광역시 유성구 장동이며, 300nm~400nm 범위의 자외선 폭로량을 기준으로 500MJ/m2 폭로를 위한 시험 소요기간은 고정식 옥외 폭로시험의 경우 641일, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 시험은 229일이 소요되어, 동일한 시험 결과를 얻는데 약 2.8배의 가속 효과를 얻을 수 있었다.
참고로 표시한 제논-아크 시험기를 사용한 미국 자동차공학회의 "자동차 외장재료의 촉진내후성 시험법(SAE J1960)"에 의한 실내 촉진시험은 동일한 자외선 조사량에 도달하는데 필요한 총 시험기간이 158일로, 누적 자외선 조사량을 기준으로 고정식 폭로시험 대비 4.0배의 가속 효과를 얻는 것이다.
이처럼 상기 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같은 폴리스틸렌 시편의 표면 색차 변화는 통상의 고정식 폭로시험에 의한 광열화와 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 사용한 광열화가 거의 유사한 표면 광열화 양상을 보여주는 것에 반하여, 제논-아크 광원을 이용한 실내 촉진시험은 200 MJ/m2 이상의 자외선 노출 이후부터는 고정식 폭로시험에 의한 자연 열화 현상과 불일치하는 결과를 보인다는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 내후성 시험 장치는 실제의 자연 태양광을 광원으로 사용함에 따른 필드열화에 대한 우수한 열화 재현성과 제논-아크 광원을 사용하는 실내 촉진시험 장치에 비교할 수 있는 광열화 가속성을 실현할 수 있는 옥외 내후성 시험을, 구름이 많이 끼는 일반기후 지역인 대전지역에서도 장기간의 촉진시험으로 수행 가능함을 보여주었다.
이하, 본 발명에 따른 내후성 시험 방법에 대하여 설명하도록 한다. 상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치와 중복되는 기술 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 27은 본 발명에 따른 내후성 시험 방법의 흐름도이다.
도 27을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 방법은, 소정 지역에서의 제품의 광열화 수명을 예측하는 내후성 시험 방법에 있어서, GPS(Global Positioning System) 기반의 프로그램 제어 장치 및 광센서 기반의 태양 위치 추적 장치 중 적어도 하나의 제어 명령에 대응하여 이동함에 따라, 태양의 법선면과 평행하게 배치되는 시편 수광부를 준비하는 시편 수광부 준비 단계(S100)가 제일 먼저 진행된다.
상기 S100 단계 이후에는, SiO2, Al2O3, TiO2 중 어느 하나로 형성되는 무기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 불소수지, 실리콘수지 중 어느 하나를 통하여 유기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 상기 불소수지, 상기 실리콘수지 중 어느 하나로 형성되는 필름층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름을 표면 재질로 하는 복수개의 반사판을 준비하는 복수개의 반사판 준비 단계(S110)가 진행된다.
상기 S110 단계 이후에는, 상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 소정의 각도만큼 상기 시편 수광부의 외측으로 기울어지도록 상기 복수개의 반사판을 상기 시편 수광부의 각 변에 결합하는 결합 단계(S120)가 진행된다.
상기 S120 단계 이후에는, 상기 복수개의 반사판 중 제 1 반사판에 입사한 빛이 제 1 반사되어, 상기 제 1 반사판에 대향하는 제 2 반사판에 도달하며, 상기 제 2 반사판에 도달한 빛이 제 2 반사됨에 따라, 상기 시편 수광부 전체 영역에 균일하게 집광되어 조사된 태양 자외선을 기반으로 상기 제품의 내후성를 시험하는 내후성 시험 단계(S130)가 진행된다.
이하, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 배열 방법에 대하여 설명하도록 한다. 상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치와 중복되는 기술 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 배열 방법은, 내후성 시험 장치 각각을 다중으로 배열하는 방법에 관한 것으로서, 제 2 실시예 및 제 1 실시예로 나누어 설명하도록 한다.
도 25는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 배열하는 방법의 제 1 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 26은 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 배열하는 방법의 제 2 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 28는 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 배열 방법의 흐름도이다.
도 28을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치의 배열 방법은, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치를 다중으로 배열하는 방법에 있어서, 제 1 내후성 시험 장치의 제 1 반사판의 중심과, 상기 제 1 내후성 시험 장치에 최근접하여 위치한 제 2 내후성 시험 장치의 복수개의 반사판 중 상기 제 1 반사판과 최근접한 제 2 반사판의 중심은, 2차원 좌표 공간에서 X축 및 Y축의 좌표 값이 서로 상이하도록 배열하는 제 1 배열 단계(S200)가 진행된다.
상기 S200 단계 이후에는, 상기 제 1 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 중심과, 상기 제 2 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 중심은, 상기 2차원 좌표 공간에서 X축 및 Y축 중 어느 하나의 좌표 값이 서로 동일하도록 배열하는 제 2 배열 단계(S210)가 진행된다.
본 발명에서는 모서리가 제거된 사각 나팔형 집광 장치(본 발명에 따른 내후성 시험 장치)를 사용함으로, 필연적으로 정사각형의 시편거치대를 사용하며 정사각형 시편거치대 각 변에 4개의 직사각형 반사판을 시편 수광부의 법선면을 기준으로 15°± 5°의 경사각으로 거치함으로 시편 거치대를 정면으로 바라볼 때 열십자(+) 모양의 구조를 갖게 된다.
시편 거치대 전체 면적 대비 개별 반사판의 길이를 고려할 때 대형 시편거치대 하나로 본 발명의 촉진 내후성 시험장치로 제작되는 것 보다는 적절한 사이즈의 시편 거치대 및 그에 따른 반사판 사이즈로 구성된 여러 개의 집광장치를 다양한 방법으로 배치하여 사용하는 것이 적합하다.
단위 집광장치를 평면상에 거치하는 방법은 도 25에서 도시된 바와 같이, 반사판과 반사판이 엇갈리게 배치하는 제 1 실시예와 도 26에서 도시된 바와 같이, 반사판과 반사판이 맞닿도록 배치하는 제 2 실시예가 있다.
본 발명의 실시를 위한 연구결과에서는 상기 제 2 실시예를 통하여 내후성 시험 장치를 배열하는 것이 분산 산란광을 조금 더 수광하는 특징이 있으므로 자외선 집광도가 상기 제 1 실시예보다 커지지만, 그러한 차이가 미미하기 때문에, 본 발명에서는 상기 제 2 실시예와 상기 제 1 실시예를 모두 사용할 수 있다. 하지만, 공간 배치의 효율성의 측면을 고려할 경우에는 상기 제 1 실시예가 권장될 수 있다.
도 25을 참조하여 상기 제 1 실시예를 구체적으로 살펴보면, 제 1 내후성 시험 장치(10)의 제 1 반사판의 중심(11)과, 상기 제 1 내후성 시험 장치(10)에 최근접하여 위치한 제 2 내후성 시험 장치(20)의 복수개의 반사판 중 상기 제 1 반사판과 최근접한 제 2 반사판의 중심(21)은, 2차원 좌표 공간에서 X축 및 Y축의 좌표 값이 서로 상이하도록 배열된다.
또한, 상기 제 1 내후성 시험 장치(10)의 시편 수광부의 중심(12)과, 상기 제 2 내후성 시험 장치(20)의 시편 수광부의 중심(22)은, 상기 2차원 좌표 공간에서 X축 및 Y축 중 어느 하나의 좌표 값이 서로 동일하도록 배열됨을 확인할 수 있다.
도 26을 참조하여 상기 제 2 실시예를 구체적으로 살펴보면, 제 3 내후성 시험 장치(30)의 제 3 반사판의 중심(31)과, 상기 제 3 내후성 시험 장치(10)에 최근접하여 위치한 제 4 내후성 시험 장치(40)의 복수개의 반사판 중 상기 제 3 반사판과 최근접한 제 4 반사판의 중심(41)은, 2차원 좌표 공간에서 X축 및 Y축의 좌표 값 중 하나의 좌표 값이 동일하도록 배열된다. 즉, 도 26에서는 Y축의 좌표 값이 동일하다.
상기 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법에 의하면, 태양광을 직접 마주 보는 위치에 시료를 거치함으로써 태양광의 직접 폭로 효과를 받으며, 모서리가 제거된 사각 나팔형 내후성 시험 장치를 사용함으로써 흐린 날 여러 각도에서 입사되는 분산광 또는 산란광까지도 효율적으로 집광할 수 있는 장점이 있다
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 내후성 시험 장치 및 방법, 그 장치의 배열 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100; 내후성 시험 장치
200; 프레임 110; 반사판부
111, 112, 113, 114; 복수개의 반사판
112A, 113A; 반사판의 측부
120; 시편 수광부
121, 122, 123,124; 시편
130; 접촉시기 블랙 패널 온도계
140; 물분사 노즐 150; 송풍팬
160; 송풍팬 보호 상자
10; 제 1 내후성 시험 장치 20; 제 2 내후성 시험 장치
30; 제 3 내후성 시험 장치 40; 제 4 내후성 시험 장치
11; 제 1 반사판의 중심 21; 제 2 반사판의 중심
31; 제 3 반사판의 중심 41; 제 4 반사판의 중심
12; 제 1 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 중심
22; 제 2 내후성 시험 장치의 시편 수광부의 중심

Claims (10)

  1. 소정 지역에서의 제품의 광열화 수명을 예측하는 내후성 시험 장치에 있어서,
    정사각형 모양의 시편 수광부; 및
    상기 시편 수광부의 각 변에 연접하며, 상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 10도 내지 20도의 각도만큼 상기 시편 수광부의 외측으로 기울어진 4개의 직사각형 반사판으로 형성되는 반사판부를 포함하고,
    상기 4개의 직사각형 반사판은 각각의 측부가 상호 간에 이격되어 배치되어 모서리가 제거된 사각 나팔형인 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    빛은 상기 시편 수광부에 직접 조사되고,
    상기 4개의 반사판 중 제 1 반사판에 입사한 빛이 제 1 반사되어, 상기 제 1 반사판에 대향하는 제 2 반사판에 도달하며, 상기 제 2 반사판에 도달한 빛이 제 2 반사되어, 상기 시편 수광부에 조사됨에 따라,
    상기 시편 수광부 전체 영역에 태양 자외선이 균일하게 집광되어 조사되는 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편 수광부의 각 변의 길이에 대한 상기 4개의 반사판 각각의 측부의 길이의 비는 8이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 4개의 반사판 각각의 측부의 길이는,
    Figure 112016075496125-pat00054
    을 통하여 정해지며, 상기 L은 상기 4개의 반사판 각각의 측부의 길이이며, 상기 X는 상기 4개의 반사판 각각에 상기 시편 수광부의 법선면의 방향으로 입사되는 태양 직사광을 투영한 길이이며, 상기
    Figure 112016075496125-pat00055
    은 상기 4개의 반사판 각각의 설치 각도로서 90도에서 상기 소정의 각도를 뺀 값인 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편 수광부는,
    상기 시편 수광부의 일측에 설치된 송풍 팬을 통하여 외부의 공기를 송풍함으로써 블랙 패널 표면의 온도를 일정하게 유지하되,
    상기 송풍 팬은,
    상기 블랙 패널의 온도를 실시간으로 감지하는 접촉식 블랙 패널 온도계 또는 비접촉식 시편 표면 온도계와 연동되는 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편 수광부의 모서리 일측에 위치하여 근거리 안개 분사 방식으로 물분사를 수행하는 물분사 노즐을 포함하되,
    상기 물분사 노즐은, 전자 제어식 조절 장치 또는 솔레노이드 밸브에 대응하여 물분사 주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 4개의 반사판의 표면 재질은,
    SiO2, Al2O3, TiO2 중 어느 하나로 형성되는 무기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나,
    불소수지, 실리콘수지 중 어느 하나를 통하여 유기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나,
    상기 불소수지, 상기 실리콘수지 중 어느 하나로 형성되는 필름층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름인 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 시편 수광부는,
    태양 위치 추적 장치의 제어 명령에 대응하여 이동함에 따라, 태양의 법선면과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 내후성 시험 장치.
  9. 소정 지역에서의 제품의 광열화 수명을 예측하는 내후성 시험 방법에 있어서,
    GPS(Global Positioning System) 기반의 프로그램 제어 장치 및 광센서 기반의 태양 위치 추적 장치 중 적어도 하나의 제어 명령에 대응하여 이동함에 따라, 태양의 법선면과 평행하게 배치되는 시편 수광부를 준비하는 시편 수광부 준비 단계;
    SiO2, Al2O3, TiO2 중 어느 하나로 형성되는 무기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 불소수지, 실리콘수지 중 어느 하나를 통하여 유기 박막층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름이거나, 상기 불소수지, 상기 실리콘수지 중 어느 하나로 형성되는 필름층으로 코팅된 알루미늄판 또는 알루미늄 증착 필름을 표면 재질로 하는 4개의 반사판을 준비하는 4개의 반사판 준비 단계;
    상기 시편 수광부의 법선면을 기준으로 10도 내지 20도의 각도만큼 상기 시편 수광부의 외측으로 기울어지도록 상기 4개의 반사판 각각의 측부를 상기 시편 수광부의 각 변에 상호 간에 이격되어 배치하여 모서리가 제거된 사각 나팔형으로 결합하는 결합 단계; 및
    상기 4개의 반사판 중 제 1 반사판에 입사한 빛이 제 1 반사되어, 상기 제 1 반사판에 대향하는 제 2 반사판에 도달하며, 상기 제 2 반사판에 도달한 빛이 제 2 반사됨에 따라, 상기 시편 수광부 전체 영역에 균일하게 집광되어 조사된 태양 자외선을 기반으로 상기 제품의 내후성를 시험하는 내후성 시험 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내후성 시험 방법.
  10. 삭제
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