KR101939458B1 - 이중 구조 열 방호 시트 및 방호 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과도(Transient) 열 전달이 일어나는 고온환경 내 자체 발열을 갖는 전자장비에 대한 열 방호 시트 및 그 방호 방법에 대한 것으로, 과도 열 전달이 일어나는 고온환경인 외부로부터의 열 유입을 차단하고 내부 발열의 흡열을 통해 요구되는 시간 동안 열을 제어할 수 있는 2중구조 열 방호 시트 및 그 방호 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 과도(Transient) 열 전달이 일어나는 고온환경 내 자체 발열을 갖는 전자장비에 대한 열 방호 시트 및 그 방호 방법에 대한 것으로, 과도 열 전달이 일어나는 고온환경인 외부로부터의 열 유입을 차단하고 내부 발열의 흡열을 통해 요구되는 시간 동안 열을 제어할 수 있는 2중구조 열 방호 시트 및 그 방호 방법에 관한 것이다.
고속으로 비행하는 비행체는 속도가 증가할수록 공기와의 마찰열과 엔진 열이 증가하므로 고속 비행체의 외부뿐만 아니라 비행체의 내부 역시 고온의 환경에 노출된다.
비행체 내부에는 다수의 전자장비들이 작동하며 전자장비는 그 작동에 있어서 자체적인 발열이 있으므로 이들의 정상적인 작동을 위해서는 외부 열의 유입뿐만 아니라 자체 발열을 해소해야 한다.
통상적으로 전자장비의 냉각을 위해서는 내부에서 발생된 열을 외부로 내보내는 것을 생각할 수 있으나, 고속비행으로 인해 전자장비에서 발생하는 열보다 더 고온의 환경에 노출된 경우에는 전자장비에서 발생한 열을 외부로 방출하는 것이 어렵게 된다.
상변화 물질(Phase Change Materials)이란, 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 상(phase)이 변하면서 많은 열(잠열)을 흡수 또는 방출할 수 있어서 자체적으로 주위의 열을 저장하였다가 필요할 때 방출하는 물질이다. 이러한 잠열은 현열에 비해 수십 배에서 수백 배의 에너지 저장 능력과 방출 능력을 가지기 때문에 기존 현열을 이용하는 에너지 저장 소재들보다 탁월한 기능을 가진다. 그러나 상변화 물질의 잠열용량의 한계나 부피 팽창등의 문제로 그 흡열 성능에는 한계가 있다.
따라서, 고속비행으로 인한 비행체 내부의 열을 차단하지 못한다면, 상기 상변화 물질을 사용한 흡열재의 적용만으로는 상기 외부의 열과 내부의 열 모두에 대해서 전자장비의 열적 방호를 하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 고온의 외부환경에 놓은 자체 발열이 있는 전자장비를 방호함에 있어서, 외부의 열 유입을 차단할 단열층과 전자 장비 내부의 열을 흡수할 흡열층을 형성하고 그 사이에 진공층을 형성하여, 외부로부터의 열을 막으면서 발열에 의한 과도한 온도상승을 능동적으로 막음으로써, 요구되는 시간동안 장비의 생존성을 보장할 수 있는 이중구조 열 방호 시트 및 이를 통한 열 방호 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중구조 열 방호 시트는 내부 발열이 있는 발열체를 고온의 외부환경으로부터 방호하기 위한 열 방호 시트에 있어서,
외부 열의 유입을 차단하기 위한 단열층(200); 상기 발열체에서 발생되는 열을 흡수하기 위한 흡열층(300); 을 포함할 수 있다.
상기 단열층(200) 및 상기 흡열층(300) 사이에 진공층을 더 포함하여 상기 시트의 가장자리가 합지되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 단열층(200) 및 상기 흡열층(300) 사이에 공기층을 더 포함하여 상기 시트의 가장자리가 합지되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 흡열층(300)은 상변화 물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 방호 방법은 내부 발열이 있는 발열체를 고온의 외부환경으로부터 방호하기 위한 열 방호 방법에 있어서,
외부 열의 유입을 차단하기 위한 단열층(200)과 상기 발열체의 열을 흡수하기 위한 흡열층(300)을 포함하는 이중 구조의 열 방호 시트로 상기 발열체를 둘러싸서 상기 발열체를 외부로부터 차폐시키는 단계; 상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300) 사이에 진공층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 발열체는 고속 비행체 내부의 전자장비인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 흡열층(300)은 상변화 물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 고온의 외부환경에 놓은 자체 발열이 있는 전자장비를 방호함에 있어서, 외부의 열 유입을 차단할 단열층과 전자 장비 내부의 열을 흡수할 흡열층을 형성하고 그 사이에 진공층을 형성한 이중구조 열 방호 시트를 통한 열 방호 방법을 통해, 요구되는 시간동안 장비의 생존성을 보장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중구조 열 방호 시트의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 방호 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 방호 방법의 순서도이다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중구조 열 방호 시트는 고온의 외부환경으로부터 자체발열이 있는 내부의 발열체를 열적으로 방호하기 위해 외부의 열 유입을 차단하기 위한 단열층(200) 및 자체적으로 발생한 열을 흡수하기 위한 흡열층(300)으로 구성된다.
상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300) 사이에는 이들간의 열전달을 방지하여 방호 효율을 최대화 하기 위해 공기층(미도시)을 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 진공층(미도시)을 포함할 수 있다.
그러나 상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300) 사이에 유체층을 포함하기 위해서는 양 층의 가장자리를 서로 합지하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중구조 열 방호 시트는 상기 단열층(200) 또는 상기 흡열층(300)중 어느 한 층을 먼저 형성하거나, 동시에 형성하고, 상기 두 층을 적층한 후, 양 층의 가장자리를 합지하여 부내에 진공층 또는 공기층을 형성하는 방법으로 제조함이 바람직하다.
이때 상기 단열층(200)은 고온으로 가열된 외부 환경으로부터의 복사등에 의한 열 유일을 막기 위한 층으로, 복사 흡수율 및 열전도도가 낮은 재질로 구성하는 것이 바람직하며, 진공 단열재, 열반사단열재등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않고, 방호가 필요한 외부온도와 요구되는 방호 시간을 만족하는 범위내에서 단열재가 선택될 수 있다.
상기 흡열층(300)은 상변화 물질(Phase Change Meterials)로 구성할 수 있다. 상변화 물질은 상변화 과정에서 분자의 물리적 배열이 변하면서, 즉 어떤 물질이 고체상태에서 액체상태, 액체상태에서 기체상태등 하나의 상태에서 다른 상태로 변화하는 과정을 통해 잠열을 흡수하여 열을 축적하는 물질이다. 따라서, 장비의 운용에 따라 선정된 온도에서 큰 잠열을 갖고 상변화하는 물질로 구성하는 것이 바람직하다.
그러나 본 발명은 영구적인 단열 또는 흡열이 아니라, 일정 온도 및 시간의 구간에 있어서 해당 전자장비의 열적 방호를 목적으로 하는 것이므로, 요구되는 시간에 따라 축열용량, 열전도도, 부피팽창을 고려하여 상변화 물질을 선택할 수 있다.
또한, 상기 단열층 및 상기 흡열층의 두께는 과도 열전달에 의한 가열량, 장비 자체 발열량 및 열제어가 요구되는 시간에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 고온의 외부환경으로부터 자체발열이 있는 내부의 발열체를 열적으로 방호하기 위한 방법은, 외부 열의 유입을 차단하기 위한 단열층(200)과 상기 발열체의 열을 흡수하기 위한 흡열층(300)을 포함하는 이중 구조의 열 방호 시트로 상기 발열체를 둘러싸서 상기 발열체를 외부로부터 차폐시키는 단계(S100);와 상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300) 사이에 진공층을 형성하는 단계(S200);를 포함하여 진행될 수 있다.
즉, 상기 단열층(200) 및 상기 흡열층(300)을 동시에 적용함으로써, 고속으로 비행하는 비행체 내부의 고온 환경에서 작동되어야 하는 전자장비에 있어서, 내부에서 발생되는 열을 방출할 수 없는 환경에서 방호가 요구되는 시간 동안, 해당 전자장비를 열적으로 방호할 수 있게 된다.
따라서, 상기 단열층(200)은 고온의 외부환경에 노출되도록 상기 발열체(100)로부터 외측에 형성되며, 상기 흡열층(300)은 상기 전자장비에서 방출되는 열을 흡수할 수 있도록 상기 발열체(100)로부터 내측에 형성되어야 한다.
이 때 상기 발열체(100)는 고속으로 비행하는 비행체 내부의 고온환경에서 작동되어야 하는 전자장비를 포함한다.
복사흡수율 및 열전도도가 낮은 재료로 구성된 상기 단열층(200)은 상기 고속비행체 내부의 고온환경으로부터 상기 전자장비를 차폐시킴으로써 외부(고속비행체 내부)의 열이 상기 전자장비에 도달하는 것을 차단한다. 따라서, 내측에 형성된 상기 흡열층(300)은 상기 전자장비에서 발생된 열을 흡수할 수 있고, 상변화 물질을 포함하는 상기 흡열층(300)이 일정온도를 유지하는 상태에서 상변화 과정에서 상기 전자장비가 방출하는 열을 흡수하게 된다. 이때 상변화 물질은 열적 방호가 요구되는 전자장비의 적정사용온도에 따라 해당 물질의 상변화 온도를 고려하여 상변화 물질을 적용할 수 있다. 다만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열적 방호 방법에 있어서는 방호가 요구되는 일정 시간 동안 축열이 이루어지면 충분하다.
다만, 상기 단열층(200)은 단열효과가 유지되는 시간에도 소량의 열은 흡수될 수 있다. 따라서, 상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300)이 밀착되어 있는 경우에는 상기 단열층에서 흡수된 열이 내측의 상기 흡열층(300)으로 전도될 우려가 있다. 상기 흡열층(300)은 상변화를 통해 외부의 열을 흡수하는 물질이 적용될 수 있으나, 상변화 물질의 흡열 성능에는 한계가 있으므로, 상기 단열층(200)을 통해 흡수되는 외부의 열은 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300)의 접촉으로 인해 외부열이 전도되는 것을 방지하고자 상기 진공층을 형성하는 것이 바람직하나, 진공층 대신 공기층을 형성하는 방법도 가능하다.
다만, 상기 단열층(200)의 두께를 조절하는 등 상기 단열층(200)이 외부의 고온에 대해 충분한 단열성을 갖는다면, 상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300) 사이에 별도의 진공층이나, 공기층을 형성하지 않는 경우도 가능하다.
단열층과 흡열층의 두께는 비행체의 비행방향에 따라 두께를 달리하는데, 예를들어 고속에 노출된 비행체의 정체(stagnation)부의 두께가 저속에 비해 더 클 수 있다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 (이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예 일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
100 : 발열체
200 : 단열층
300 : 흡열층
200 : 단열층
300 : 흡열층
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- 내부 발열이 있는 발열체를 고온의 외부환경으로부터 방호하기 위한 열 방호 방법에 있어서,
외부 열의 유입을 차단하기 위한 단열층(200)과 상기 발열체의 열을 흡수하기 위한 흡열층(300)을 포함하는 이중 구조의 열 방호 시트로 상기 발열체를 둘러싸서 상기 발열체를 외부로부터 차폐시키는 단계(S100);
상기 단열층(200)과 상기 흡열층(300) 사이에 진공층을 형성하는 단계(S200);
를 포함하는 열 방호 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 발열체는 고속 비행체 내부의 전자장비인 것을 특징으로 하는 열 방호 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 흡열층(300)은 상변화 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 방호 방법.
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