KR101905672B1 - 금속 매트릭스 복합재의 전기적 발열을 이용한 제빙장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기에 적용되는 제빙장치에 관한 것으로서, 제빙장치가 항공기의 표면, 리딩엣지, 프로펠러, 터보엔진 블레이드 등의 역할을 할 수 있어, 항공기에 제빙장치를 적용하며 항공기 기체의 무게가 증가되는 것을 방지하고, 항공기의 구조 또한 단순화 시킬 수 있는, 제빙장치에 관한 것이다.

Description

금속 매트릭스 복합재의 전기적 발열을 이용한 제빙장치 {Thermal Electric De-Icing device by using Metal Matrix Composite}

본 발명은, 항공기의 제빙장치에 관한 것으로서, 항공기 운행 중 항공기의 특정 부위에 결빙 현상이 발생하는 것을 방지하거나, 형성된 얼음을 제거하는 금속 매트릭스 복합재의 전기적 발열을 이용한 제빙장치에 관한 것이다.

항공기는 결빙으로 항공기 사고가 발생하는 것을 방지하고자 화학적, 기계적, 전기적 방식으로 다양한 방식의 제빙 시스템(De-icing system)을 사용하고 있으나, De-Icing Boots와 같은 기계적 제빙시스템의 경우 제거할 수 있는 얼음 두께가 제한되고, 엔진에서 발생하는 고온의 공기를 이용한 방식은 뜨거운 공기가 이동하는 파이프가 필요하므로 항공기의 무게를 증가시키고, Glycol 성분의 액체를 얼음에 분사하는 화학적 방식의 경우 화학성분의 액체가 지속적으로 충전하여야 할 뿐만 아니라, 항공기 내부에 화학액체를 구비하고 있어야 하므로 항공기의 무게를 가중시키며, 전기적인 방식의 제빙시스템은 전선의 배선(wring)에서 발생하는 전기 저항을 이용하므로 피토관(pitot tube)과 같이 작은 장치에 적합할 뿐, 넓은 범위나 표면이 복잡한 형상으로 되어 있는 경우 사용이 어려운 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 종래의 제빙 시스템이 가지는 단점을 해소한 제빙장치의 필요성이 대두되고 있다.

한국등록특허 제1273860호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본발명의 목적은, 종래에 항공기상에 제빙장치 설치 시 발생하는 항공기의 하중 증가 문제를 해결하는 것이다.

또한, 제빙장치를 항공기에 설치하며 항공기의 구조가 복잡해지거나 항공기의 내구성이 감소하는 문제를 해결하는 것이다.

아울러, 특정 형상을 가져야 하기 때문에 제빙장치를 적용하기 어려웠던 항공기의 특정 부위의 바디를 구성하는데 제빙장치 자체를 사용하여 제빙장치를 적용하기 어려웠던 부위에서 나타나던 결빙문제를 해소하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 제빙장치는, 입력되는 전기 에너지에 대응하여 열에너지를 방출하는 방열체(110)와, 상기 방열체(110)를 감싸는 절연체(120)를 포함하는 복수개의 방열부(100); 상기 방열부(100)를 감싸 고정 지지하는 열전달체(200); 를 포함하는 방열모듈로 이루어지되, 상기 방열모듈은, 금속 재질의 열전달체(200)에 탄소섬유로 이루어지는 방열체(110)가 내설된 복합재로 이루어지고, 복수개의 상기 방열부(100)는 서로 동일한 방향성으로 연장 형성되어 상기 열전달체(200)를 관통하며, 각각의 방열부(100)는 서로 상하 및 좌우 방향으로 이격 배치되고, 상기 방열모듈은, 복수개가 결합되되, 각각의 방열모듈을 구성하는 방열부(100)가 서로 교차되도록 결합되며, 제빙장치인 상기 방열모듈 자체가 항공기 몸체 또는 부속품의 표면요소인 구조체의 스킨에 적용된다.

또한, 상기 방열체(110)는 탄소섬유인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열전달체(200)는 알류미늄계 합금, 티타늄, 철 중 어느 하나 이상을 포함하는 금속 재질인 것을 특징으로 한다.

또한, 복수개의 상기 방열부(100)는 서로 동일한 방향성으로 연장 형성되어 상기 열전달체(200)를 관통하며, 각각의 방열부(100)는 서로 상하 및 좌우 방향으로 이격 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 복수개의 상기 방열부(100)는 동일높이에서 일정한 방향성을 가지며 연장 형성된 방열부(100)가 모여 개별적인 방열모듈을 형성하고, 각각의 방열모듈을 구성하는 방열부(100)는 서로 교차되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제빙장치가 항공기의 리딩 엣지(leading edge), 프로펠러, 터보엔진 블레이드 중 어느 하나 이상에 적용되는 특징으로 한다.

또한, 제빙장치를 포함하는 프로펠러인 것을 특징으로 한다.

또한, 제빙장치를 리딩엣지로 사용하는 항공기 날개인 것을 특징으로 한다.

또한, 제빙장치를 포함하는 터보엔진 블레이드인 것을 특징으로 한다.

또한, 제빙장치를 표면으로 사용하는 항공기인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 제빙장치는, 일정 이상의 강성을 가지는 방열체가 열전달체의 내부에 구비되어 골격 역할을 하므로, 제빙장치의 강성과 내구성이 극대화되는 장점이 있다.

상세히 설명하면, 열전달체를 열전도도가 높으나 강성이 낮은 금속 재질로 형성하여도 방열체가 열전달체의 골격 역할을 하여 방열체와 열전달체로 구성되는 제빙장치가 일정 이상의 강성과 내구성을 가질 수 있게 한 것이다.

따라서, 제빙장치 자체를 항공기 리딩엣지, 프로펠러, 터보엔질 블레이드, 항공기 몸체의 표면으로 사용 가능하다.

결국, 제빙장치 자체를 항공기를 구성하는 필수 구성요소 제작을 위한 하나의 재료로 사용 가능하므로, 제빙장치를 기존의 항공기에 적용하며 나타나는 항공기의 기체무게 증가, 항공기의 구조 복잡화 문제를 해결할 수 있는 것이다.

아울러, 열전달체 내부에 구비되어 골격 역할을 하는 방열체의 나열 방향을 제어하여 특정한 방향에서 가해지는 충격에 대한 내구성을 극대화 시킬 수 있으므로, 내구성 문제로 종래의 제빙 시스템이 적용되기 어려웠던 항공기의 다양한 부위에 적용될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명인 제빙장치를 나타낸 사시도. (제1 실시에)
도 2는 본 발명인 제빙장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명인 제빙장치를 나타낸 사시도. (제2 실시예)
도 4는 착빙이 발생하는 항공기의 리딩 엣지를 표현한 개념도.
도 5는 본 발명의 제빙장치의 배선을 나타낸 개념도.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제빙장치에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 1을 참조하여 설명하면 본 발명인 제빙장치는 입력된 전기 에너지에 대응하여 열에너지를 방출하는 방열체(110)와, 상기 방열체(110)를 감싸는 절연체(120)를 포함하는 복수개의 방열부(100)와, 상기 방열부(100)를 감싸 고정 지지하며, 방열부(100)에서 방출되는 열에너지를 전달받는 열전달체(200)를 포함하여 이루어진다.

상세히 설명하면, 상기 방열체(110)는 전기에너지가 입력되면 이에 대응하여 온도가 상승하거나, 열을 발산하는 재질로 이루어지고, 상기 절연체(120)가 방열체(110)를 감싸 방열체(110)를 통과하는 전기에너지가 열전달체(200)로 전달되는 것을 방지함과 동시에 방열체(110)에서 방출되는 열에너지를 열전달체(200)로 전달하여, 열전달체(200)와 직접 접촉하는 특정 대상이나, 열전달체(200)에 착빙된 얼음을 제거하거나, 착빙 현상이 발생하는 것을 방지하는 것이다.

이때, 상기 방열체(110)는 다양한 재질이 가능하나 항공기의 몸체 하중 증가를 방지함과 동시에 일정 이상의 강성을 가지게 하기 위하여 탄소섬유로 이루어지는 것을 권장한다.

그리고, 상기 열전달체(200)는 상기 방열부(100)에서 전달되는 열에너지를 전달받아 타 대상으로 전달하거나 또는 자체의 온도를 제어 가능하므로, 열전도성이 높은 다양한 재질로 이루어질 수 있으며, 일 실시예로는 알루미늄, 알루미늄계 합금, 티타늄, 철 등 다양한 금속 재질일 수 있다.

아울러, 일정 이상의 강성을 가지는 상기 방열체(110)는 상기 열전달체(200)를 관통하며 연장 형성되되, 도 2의 단면도에 도시된 바와 같이 서로 일정간격 이격 형성되어 방열부(100)와 열전달체(200)가 형성하는 제빙장치의 내구성과 강성을 향상시킨다.

상세히 설명하면, 결빙 현상이 발생하는 항공기의 표면, 리딩 엣지, 프로펠러, 터보엔진 블레이드 등은 항공기가 운항되며 대기에 존재하는 공기, 수분입자 등과 지속적으로 마찰을 하므로 파손 방지를 위하여 일정 이상의 규격 조건이 요구된다. 따라서, 본 발명인 제빙장치에서 일정 이상의 강성을 가지는 상기 방열부(100)가 상기 열전달체(200)의 골격 역할을 하여, 상기 열전달체(200)가 가볍고 열전도성이 뛰어난 물질로 구성될 경우에도 충분한 강성과 내구성을 가질 수 있게 한 것이다.

그리고, 복수개의 상기 방열부(100)는 서로 동일한 방향성을 가지며 연장형성되어 상기 열전달체(200)와 관통 결합되되, 각각의 방열부(100)가 서로 상하 및 좌우 방향으로 이격 배치되어 열전달체(200)의 내구성을 향상시킬 수 있으나, 단방향으로 방열부(100)를 배열할 경우, 방열부(100)가 위치된 영역이 방열부(100)가 위치되지 않고 열전달체(200)만 위치된 부위와 비교하여 상대적으로 낮은 내구성 및 강성을 가지므로, 도 3에 도시된 바와 같이 복수개의 상기 방열부(100)는 동일높이에서 일정한 방향성을 가지며 연장 형성된 방열부(100)가 모여 개별적인 방열모듈을 형성하고, 각각의 방열모듈을 구성하는 방열부(100)가 서로 교차될 수 있다.

상세히 설명하면, 열전달체(200)의 상측에 전후 일정한 방향성을 가지며 연장 형성되되 폭방향으로 서로 일정거리 이격 배열되는 방열부(100)들이 모여 하나의 방열모듈(M1)을 형성하고, 하측에 위치되는 방열부(100)들이 상측에 위치되는 방열부(100)들과 교차 형성되어 다른 하나의 방열 모듈(M2)을 형성하여, 본 발명인 제빙장치에서 특정 부위에 강성 및 내구성이 상대적으로 약한 부위가 형성되는 것을 방지한 것이다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명인 제빙장치를 항공기(1)의 리딩 엣지(A)로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 항공기의 외표면, 프로펠러, 터보엔진 블레이드 등과 같이, 제빙장치가 필요함과 동시에 일정 이상의 강성 및 내구성을 필수 요건으로 하는 항공기의 다양한 부위의 몸체로 적용 가능하다.

아울러, 도면상에는 도시되지 않았지만 본 발명인 제빙장치는 상기 방열부(100)가 관통하는 상기 열전달체(200)가 상하 방향으로 적층되어 하나의 제빙장치를 형성할 수 있고, 복수개의 열전달체(200)가 상하방향으로 적층 시 서로 다른 높이에 위치되는 열전달체(200)를 관통하는 방열부(100)가 서로 교차될 수 있음은 물론이다.

그리고, 상기 항공기 제빙장치는 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이 전력 공급부(2)와 각각의 상기 방열부(100)가 서로 연결되어 전력 공급부(2)에서 각각의 방열부(100)에 전기 에너지를 직접 공급하여 어느 하나의 방열부(100)에서 문제가 발생하더라도 제빙장치 가동에 문제가 없도록 할 수 있으며, 복수개의 상기 방열부(100)가 서로 음극과 양극이 연결되고 전력 공급부(2)가 서로 음극과 양극이 연결되지 않은 방열부(100)에 연결되어 방열부(100)로 전기에너지를 공급하는 동력 배선을 단순화 시킬 수 도 있다.

또한, 본 발명인 제빙장치는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 온도제어부(300)가 더 구비되어, 방열부(100) 또는 열전달체가 일정이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 방열부(100) 또는 상기 열전달체(200) 상에 온도센서(310)가 구비되어 방열부(100)의 온도변화와 열전달체(200)의 온도변화를 파악하고, 상기 온도제어부(300)가 전력 공급부(2)에서 방열체(110)로 공급되는 전기에너지의 양을 제어함으로서, 제빙장치의 신뢰성을 향상시킨 것이다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

A : 리딩 엣지.
1 : 항공기
2 : 전력 공급부
100 : 방열부
110 : 방열체
120 : 절연체
200 : 열전달체
300 : 온도제어부
310 : 온도센서

Claims (9)

1. 입력되는 전기 에너지에 대응하여 열에너지를 방출하는 방열체(110)와, 상기 방열체(110)를 감싸는 절연체(120)를 포함하는 복수개의 방열부(100); 및
   상기 방열부(100)를 감싸 고정 지지하는 열전달체(200); 를 포함하는 방열모듈로 이루어지되,
   상기 방열모듈은, 금속 재질의 열전달체(200)에 탄소섬유로 이루어지는 방열체(110)가 내설된 복합재로 이루어지고,
   복수개의 상기 방열부(100)는 서로 동일한 방향성으로 연장 형성되어 상기 열전달체(200)를 관통하며, 각각의 방열부(100)는 서로 상하 및 좌우 방향으로 이격 배치되고,
   상기 방열모듈은, 복수개가 결합되되, 각각의 방열모듈을 구성하는 방열부(100)가 서로 교차되도록 결합되고,
   제빙장치인 상기 방열모듈 자체가 항공기 몸체 또는 부속품의 표면요소인 구조체의 스킨에 적용되는, 제빙장치.
   
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6. 제 1항의 제빙장치를 포함하는 프로펠러.
   
7. 제 1항의 제빙장치를 리딩엣지로 사용하는 항공기 날개.
   
8. 제 1항의 제빙장치를 포함하는 터보엔진 블레이드.
   
9. 제 1항의 제빙장치를 표면으로 사용하는 항공기.

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