KR102241782B1 - 공간해상도가 개선된 판형열유속계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 판형열유속센서(100)와 상기 판형열유속센서(100)로부터의 열유속정보를 분석하는 분석모듈(200)과 단열재(300)를 포함하는 판형열유속계에 관한 것으로, 상기 판형열유속센서(100)는 상기 단열재(300)의 중앙에 형성되는 요홈부(310)에 삽입설치되는 것을 특징으로하는 공간해상도가 개선된 판형열유속계를 제공한다. 본 발명에 따르면 재환경 내 국소부위의 열유속을 정확하게 측정 가능한 효과를 기대할 수 있다.

Description

공간해상도가 개선된 판형열유속계{The Plate-thermometer with improved spatial resolution}
본 발명은 화재환경 내 다양한 위치에서 열유속을 측정하기 위한 열유속계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 판형열유속계의 개량에 관한 것이다.
화재환경에서 화염 및 고온연층, 또는 벽면으로부터 방출되는 복사 열유속(Radiative heat flux)은 인접 가연물의 열분해에 의한 화재확산, 플래시오버(Flashover)와 같은 천이현상의 발생에 관여하게 된다. 그 뿐만 아니라 화염 및 벽면으로부터 연료에 가해지는 복사 열유속에 의한 연료 공급량(Mass loss rate)의 증가는 열발생률(Heat release rate) 및 온도, 화재성장률(Fire growth rate)과 같은 주요 물리량의 변화를 야기한다. 이로 인해 복사 열유속은 화재 위험성평가 및 화재특성의 이해에 있어 중요한 물리량으로 인식되고 있다.
화재환경에서 복사 열유속의 측정에는 일반적으로 가돈형(Gardon type) 또는 슈미트볼터형(Schmidt-Boelter type)의 열유속계(Heat flux meter(HFM))가 활용된다. 그러나 HFM의 사용을 위해서는 부가적인 냉각 및 퍼징(Purging)시스템이 요구된다는 단점이 있다. 또한, 이와 같은 열유속계들은 전량 수입에 의존하고 있어 단위 가격이 높을 뿐만 아니라, 고장 발생시 이를 유지보수하기에 많은 어려움이 따르고 있다. 이에 최근에는 판형 열유속계(Plate thermometer, 이하 PT)와 같이 단순한 형상의 장치를 통한 화재환경의 복사 열유속 측정이 시도되고 있다.
PT는 최초에는 내화로(Furnace) 내부에서 건축자재의 내열성능 검토를 위한 표면온도 측정 목적으로 고안되었으며 ISO 834-1에 그 형상 및 재질에 관한 기준이 제시되었다. 도1에서 PT의 간략한 개략도가 도시되었다. 이후 잉가슨(Ingason) 등에 의해 PT 후면에서 측정된 온도에 대해 열전달 방정식을 역산하여 PT 전면에 입사된 복사 열유속을 예측하는 방법론이 제시되었다. 그러나 PT는 최초 고안 목적과 다른 열유속의 측정에 적용될 때 몇 가지 문제점을 가지고 있다.
첫 번째로 넓은 면적에서 측정되는 열유속의 불균일성에 따른 측정부의 오차 발생을 들 수 있다. PT는 측정값에 대한 대류의 영향을 감소시키고 복사열유속의 영향을 증가시키기 위하여 넓은 면적으로 설계되었다. 이는 열유속의 공간 불균일성이 존재할 수 있는 실제 화재환경에서 측정오차를 가져올 수 있다.
두 번째로 HFM 대비 넓은 면적에 따른 국소부위 열유속 측정의 어려움을 들 수 있다. PT는 종래 HFM (A=7.85×10-5 ㎡, D=10 mm)에 비해 매우 넓은 면적(100 mm × 100 mm, 약 130배)에 걸쳐 열유속을 측정하게 된다. 그러나 열유속 측정의 관점에서 중심부에 용접된 단일 열전대를 통해 측정되는 온도만으로 열유속을 산출하는 경우, 상대적으로 넓은 면적 내에 입사되는 열유속의 공간 평균값을 산출하게 된다. 따라서 PT는 사용자가 원하는 국소위치에서 정확한 열유속의 측정에 한계를 가지고 있다.
한편, 관련된 특허문헌으로서, 대한민국 공개특허 제10-2018-0122404호 '열유속계 및 이상진단장치'는 열유속계 및 이를 이용한 이상진단장치에 관한 것이다(이 건의 식별부호는 본원발명과는 무관하다). 상기의 열유속계는 열유속센서(10)와 방열부(20)를 구비한다. 열유속센서(10)는 일면과, 그 반대측의 타면을 가진다. 열유속센서(10)는 일면측과 타면측의 온도차에 따른 센서신호를 출력한다. 방열부(20)는 대상물(200)의 열발생원(202)으로부터의 열을 외부공간으로 방출한다. 열유속센서(10)는 열발생원(202)과 방열부(20) 사이의 열전도경로에 배치되어 있다. 열유속센서(10)의 일면측은 열전도경로에서의 열발생원(202)측에 배치되어 있다. 열유속센서(10)의 타면측은 열전도경로에서의 방열부(20)측에 배치되어 있다. 제10-2018-0122404호는 열유속센서에 열이 가득 차서, 열유속센서의 일면측과 타면측의 온도차가 작아지는 것을 억제하여. 대상물로부터 방출되는 열유속을 정확히 계측하는 기술을 개시한 바 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0122404호 '열유속계 및 이상진단장치' 공개일자 2018년11월12일
ISO 834-1, "Fire-Resistance Tests - Elements of Building Construction - Part 1: General Require- ments", ISO Standard, International Organization for Standardization, Geneva, 1999. H . Ingason and U . Wickstrom , "Measuring Incident Radiant Heat Flux Using the Plate Therm o-meter", Fire Safety Journal, Vol. 42, pp. 161-166, 2007.
본 발명은 위에서 살펴본 바의 첫 번째, 넓은 면적에서 측정되는 열유속의 불균일성에 따른 측정부의 오차 발생의 문제와, 두 번째로 HFM 대비 넓은 면적에 따른 국소부위 열유속 측정의 어려움의 문제를 판형유속계의 소형화를 통해 해결하고자 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
종래에 사용되고 있는 PT는 넓은 면적에 따른 측정값 불균일 및 국소부위의 열유속 측정에 한계를 가지고 있다. 따라서 PT의 소형화가 이루어져야 하지만, 종래 형상의 PT를 대상으로 소형화 가능성을 검토한 결과 외곽 및 측면 판(Plate)에서 발생하는 열손실에 의해 측정값에 오차가 발생하였다.
상기의 문제를 해결하기 위해 열손실을 최소화할 수 있는 형상 변화를 동반한 PT의 소형화를 통해 화재환경 내 국소위치의 정확한 열유속 측정이 가능하도록 개선하고자 한다.
이에, 본 발명은 판형열유속센서(100)와 상기 판형열유속센서(100)로부터의 열유속정보를 분석하는 분석모듈(200)과 단열재(300)를 포함하는 판형열유속계에 있어서, 상기 판형열유속센서(100)는 상기 단열재(300)의 중앙에 형성되는 요홈부(310)에 삽입설치되는 것을 특징으로 하는 공간해상도가 개선된 판형열유속계를 제공함으로써 상기의 과제를 해결하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단열재를 판(Plate) 후면에 삽입하는 방식에 갈음하여 하드보드(Hardboard) 단열재에 판(Plate)이 삽입되는 구조로 변경하여 외곽 열손실이 중심부의 측정온도에 미치는 영향을 최소화함으로써 판형열유속계의 소형화 구현하였다.
즉, 본 발명의 판형열유속센서는 국제 표준규격의 측정 면적(0.01 ㎡) 대비 약 10%(0.0009 ㎡)로 축소된다. 이러한 구성에 따라, 열유속의 불균일성에 따른 측정부의 오차 발생의 문제를 해소하고 화재환경 내 국소부위의 열유속을 정확하게 측정이 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 종래의 판형열유속계의 개략도이다.
도2는 종래의 소형화된 판형열유속계의 사진이다.
도3은 종래의 소형화된 판형열유속계의 측정온도를 비교한 그래프이다.
도4는 단열재의 두께 및 밀도 영향 검토를 확인하기 위한 그래프이다.
도5는 본원발명의 공간해상도가 개선된 판형열유속계의 사시도이다.
도6은 본원발명의 판형열유속센서의 뒷부분의 사시도이다.
도7은 PT의 적절성 검토를 위한 열전대 용접을 설명하는 설명도이다.
도8은 본 발명의 PT들의 중심부 온도 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도9는 본 발명의 PT들의 입사 열유속에 따른 온도편차 검토결과를 나타낸 그래프이다.
도10은 L30의 열유속 측정 성능에 대한 검토 결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이 종래의 PT는 넓은 면적에 따른 측정값 불균일 및 국소부위의 열유속 측정에 한계의 두 가지 문제점을 가지고 있다. 상기의 두 가지 문제점은 소형화를 통해 해결될 수 있다. 이에 도2와 같이 종래 형상의 PT를 소형화하여 그 적용성을 검토하였다. 그러나 PT 크기 감소에 따라 외부로의 열손실이 발생하는 외곽영역과 온도 측정부의 거리가 감소하여 도3의 그래프에서 나타난 바와 같이 열손실에 의한 오차가 야기되었다.
따라서 종래 형상의 PT를 소형화하는 것은 면적 내 측정값의 불균일, 국소부위 측정의 어려움에 대한 해결책이 될 수 없으며, 열손실을 최소화할 수 있는 형상변화를 동반한 소형화가 요구됨을 확인할 수 있었다.
본 출원인은 상기의 실험결과를 참고하여 PT 후면에 삽입되는 단열재의 영향을 우선적으로 검토하였다. 단열재 밀도 및 두께의 영향이 검토되었으며, 밀도는 100 kg/㎥를 기준으로 125, 150 kg/㎥의 세 가지가 고려되었다. 단열재 두께는 10 mm를 기준으로 30 mm까지 5 mm 간격으로 변화시켰으며, 밀도 변화 없이 후면에 삽입되기 위해 PT의 깊이가 함께 변화되었다.
동일한 입사열유속에 대한 단열재 밀도 및 두께의 영향을 검토한 결과 단열재 밀도는 도4의 그래프에서 나타난 바와 같이, PT의 측정성능과 열손실에 가장 큰 영향을 미치는 변수는 플레이트 후면에 삽입되는 단열재의 성능이다. 이에 PT 후면에 삽입되는 단열재 두께의 영향이 검토되었다. 단열재 두께는 10 mm를 기준으로 30 mm까지 5 mm 간격으로 변화되었으며, 삽입과정에서 단열재의 밀도를 일정하게 유지하기 위해 PT의 깊이가 함께 변화되었다.
동일한 입사열유속에 대한 단열재 두께의 영향을 검토한 결과 단열재 두께가 10 mm에서 20 mm로 증가하는 구간에서 측정온도가 증가하지만 그 이상의 조건(25 mm, 30 mm)에서 측정값이 감소함을 확인하였다.
단열재를 통한 열손실, 즉 전도열전달량은 양단의 온도차에 비례하고 두께에 반비례하므로, 열전도율과 면적이 동일한 단열재 두께의 증가는 열손실 감소로 이어진다. 그러나 두께가 25, 30mm로 증가하는 경우 함께 면적이 증가한 측면 플레이트에서 발생하는 열손실이 더욱 지배적인 영향을 미쳐 중심부 측정온도가 감소하게 된다. 즉, 측면 플레이트가 열손실에 따른 PT의 오차 원인으로 작용하며 열손실을 최소화하기 위해서는 측면 플레이트가 제외된 형상의 PT가 고안되어야 함을 알 수 있다.
실험결과에 제시된 것과 같이 단열재의 두께 및 밀도의 영향에 대한 검토 결과 측면 플레이트의 면적 증가가 PT의 측정오차를 야기한다는 사실이 확인되었으므로, 본 발명에서는 측면 플레이트를 제외한 형상의 PT를 제공한다.
도5는 본원발명의 공간해상도가 개선된 판형열유속계의 사시도이고, 도6은 본원발명의 판형열유속센서의 뒷부분의 사시도이다. 가장자리 및 측면 플레이트에서 발생하는 열손실의 영향을 최소화하기 위하여 전면만이 노출되는 형상으로 제작되었다. 단열재로써 12.5 mm 두께를 갖는 세라크울하드보드(Cerakwool hardboard)가 바람직하다.
정상상태 열유동 및 열전달 특성 표준시험인 ASTM C177 수행 결과 1000℃의 고온환경에서 세라크울하드보드의 열전도율은 0.20 W/m·K으로 종래의 PT에 활용되었던 세라크울블랭킷(Cerakwool blanket(0.25 W/m·K))보다 낮은 값을 갖는다. 위와 같은 형상의 PT를 대상으로 공간 해상도 개선을 위해 PT 크기가 변화되었다. 구체적으로 한 변의 길이(L1)가 종래의 100 mm에서 10 mm로 변화하는 8가지 조건이 고려되었으며, 이 때 모든 PT는 0.6 mm 두께로 제작되었다. 각 플레이트는 (L1+8 mm)×L1의 크기로 제작되었으며, 양단의 4 mm(D1)의 절곡면을 단열재 내에 삽입하여 PT가 고정되었다. 결론적으로 단열재 외부로 노출되는 각 PT의 크기는 L1×L1으로 설정되었다. 단열재의 한 변의 길이(L2)는 고려된 각 PT의 한 변의 길이(L1)보다 20 mm 긴 길이를 갖도록 변화되어 모든 PT의 외곽에 위치한 단열재 폭은 10 mm로 설정되었다. 이를 통해 외곽에서 발생하는 열손실을 최소화하고자 한다.
즉, 도5에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 판형열유속센서(100)와 상기 판형열유속센서(100)로부터의 열유속정보를 분석하는 분석모듈(200)과 단열재(300)를 포함하는 판형열유속계에 있어서, 상기 판형열유속센서(100)는 상기 단열재(300)의 중앙에 형성되는 요홈부(310)에 삽입설치되는 공간해상도가 개선된 판형열유속계를 제공한다.
도7은 PT의 적절성 검토를 위한 열전대 용접을 설명하는 설명도이다.
PT는 중심부에서 측정되는 온도를 통해 열유속을 산출하므로 중심부 온도의 신뢰성이 요구되지만 앞서 언급된 것과 같이 외곽 및 후면으로의 열손실은 온도 균일도의 저하와 중심부 온도의 측정오차를 야기할 수 있다. 따라서 각 PT의 적절성을 검토하기 위해서는 PT 크기에 따른 중심부 온도 측정값과 면적 내의 온도편차가 검토되어야 한다. 이에 본 연구에서는 각 PT를 대상으로 10 ~ 50 kW/m2 열유속이 입사될 때, 중심부 온도의 측정값이 비교되었다. 또한 정상상태에서 측정된 가장자리의 평균 온도와 중심부 온도의 편차가 비교되었다. 구체적으로 각 PT의 후면을 9개의 영역으로 분할하여 각 영역의 중심부에 열전대가 용접되었다. 각 영역은 도 7과 같이 중심부(Tcenter)와 이를 제외한 8개의 가장자리(Tedge) 영역으로 분할되었다. 각 영역의 중심부에 위치한 열전대는 영역의 경계선으로부터 L1/6의 거리를 갖도록 용접되었다. 온도편차(Temperature deviation, TD)는 다음 식을 통해 도출되었다.
식1) TD(%)= (Tcen-Tedge)/Tcen*100
PT의 성능을 검토하기 위한 표준 시험법이 제정되어 있지 않으므로, 넓은 범위의 열유속을 일정하게 제공할 수 있는 ISO 5660-1 콘칼로리미터 장치의 콘히터를 열원으로 사용하였다.
도8은 본 발명의 PT들의 중심부 온도 측정결과를 나타낸다. 온도 측정값은 정상상태에서 100초의 구간에 대한 평균을 통해 도출되었다. 도 8(a)는 고려된 열유속 중 가장 높은 50 kW/m2의 입사열유속이 제공되는 조건에서 PT 크기에 따른 중심부 온도 측정결과를 나타낸다. 그래프를 살펴보면 한 변의 길이가 30 ~ 100 mm인 L30부터 L100까지의 PT는 중심부 온도의 측정값에 큰 차이를 나타내지 않는 것을 확인할 수 있다. 그러나 한 변의 길이가 10 ~ 20 mm인 L10 및 L20의 경우에는 크기가 감소함에 따라 중심부 온도 측정값이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 단열재 성능의 한계로 해석될 수 있다. 단열재가 외부로의 열손실을 원천차단하는 것은 불가능하므로, 외부와 중심부의 거리가 감소할수록 열손실의 영향이 미치게 되는 것이다. 따라서 L10 및 L20은 열유속의 측정에 적절하지 않음을 알 수 있다. 반면 L30 ~ L100의 경우는 도 8(b)에 제시된 것과 같이 넓은 열유속 범위(10 ~ 50 kW/m2)에 대해서도 크기에 따른 측정오차가 매우 작게 나타남을 확인할 수 있다. 이는 종래형상의 PT를 대상으로 수행되었던 소형화 연구와는 다른 결과로, 본 발명의 PT 형상이 외곽으로의 열손실을 효과적으로 차단함을 알 수 있다.
도 9은 고안된 PT들의 입사 열유속에 따른 온도편차 검토결과를 나타낸다. 실험조건에 따른 온도편차는 3회 반복실험을 통해 도출되었다. 앞선 중심부 온도 측정결과에 따라 L10 및 L20은 검토대상에서 제외되었다. 도 9(a)는 50 kW/m2의 입사열유속이 제공되는 조건에서 PT 크기에 따른 온도편차를 나타낸다. 그림을 살펴보면 한 변의 길이가 30 ~ 60 mm인 L30 ~ L60의 조건은 1.5% 이하의 작은 편차를 나타내고 있으며, 이후 PT의 크기가 증가함에 따라 L80은 약 2.5%, L100은 약 4.5%의 값을 나타내고 있다. 앞서 언급된 것과 같이 면적 내 온도편차가 열유속 측정의 오차로 작용할 수 있음을 고려할 때, 상대적으로 작은 온도편차를 나타내는 L30 ~ L60이 열유속 측정에 적절함을 유추할 수 있다. 그러나 고안된 PT중 가장 큰 온도편차를 갖는 L100이 기존 형상의 PT(PT10)보다 낮은 온도편차를 갖는 것을 통해 본 발명의 PT 형상의 적절성을 재확인할 수 있다. 각 PT들의 넓은 열유속 범위에 대한 온도편차를 도 9(b)에서 살펴보면 입사열유속의 변화와 관계없이 L30 ~ L60이 상대적으로 낮은 온도편차를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
L30 ~ L60은 크기와 관계없이 모든 입사열유속 조건에 대해 1.5% 이하의 온도편차를 나타내며 뛰어난 성능을 나타내었다. 따라서 본 발명의 최종목적인 PT의 소형화를 달성하기 위하여 한 변의 길이가 30 mm인 L30이 최종 형상으로 선정되었으며, 콘히터를 통한 입사열유속에 대한 측정 정확도가 비교되었다.
도 10은 본 발명의 L30의 열유속 측정 성능에 대한 검토 결과를 나타낸다. 도 10(a)는 넓은 범위의 입사 열유속에 대한 L30의 정상상태 측정값을 나타낸다. 그림을 살펴보면 L30의 측정값은 빨간 실선으로 제시된 입사열유속에 대해 뛰어난 정확성을 나타냄을 확인할 수 있다. 측정값의 상대오차를 자세히 살펴보면 가장 낮은 10 kW/m2에는 13.9%의 값을 나타내며, 이후 조건들에서는 5% 이하로 매우 작은 값을 나타내고 있다. 13.9%의 오차는 큰 차이로 인식될 수 있으나, 도 10(b)에 제시된 10 kW/m2 조건에서 시간에 따른 HFM과의 측정값 비교를 살펴보면 그 절대값은 1.4 kW/m2으로 매우 작은 수치임을 확인할 수 있다. 결론적으로 새롭게 고안된 PT는 한 변의 길이가 30 mm로 축소되더라도 열유속 측정에 적절히 활용 가능하며, 면적 내의 온도균일성 측면에서는 종래 형상의 PT보다 더욱 뛰어난 성능을 가짐을 알 수 있다. 이러한 PT의 개발은 화재환경 내 다양한 위치에서의 열유속 측정, 이를 통한 화재특성 DB 구축에 의한 화재안전 확보에 크게 기여할 것이다.
즉, 본 발명에서의 상기 판형열유속센서(100)의 한 변의 길이(L1)는 25~35mm인 것이 바람직하며, 가장 바람직한 한 변의 길이(L1)는 30mm이다. 상기 판형열유속센서(100)는 상부와 하부에 지지판(110, 120)이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도6에서 도시된 바와 같이, 상기 판형판형열유속센서(100)의 연결포인트(130)에 케이블(210)이 연결된다. 상기 케이블(210)은 K타입의 서모커플(K-type themocouple)인 것이 바람직하며, 이는 판형열유속센서(100)로부터의 열유속정보를 분석하는 분석모듈(200)과 연결된다. 상기 분석모듈(200)은 열유속정보를 분석하기 위한 장비 일체를 본원발명은 상기 분석모듈(200)에 대하여 한정하지 아니한다.
본 발명은 상술한 바와 같이 PT의 면적을 감소시키고, 측면판을 배제함으로써 측면에서의 열손실을 방지하는 구성을 가진다. 본 발명에서는 한 변의 길이가 종래의 TP의 한 변의 길이가 100 mm에서 30 mm로 축소되어 공간해상도를 크게 개선시켰다. 상기 판형열유속센서(100)는 두께 0.6mm의 스테인레스강인 것이 바람직하다.
상기 각 지지판(110, 120)은 상기 판형열유속센서(100)를 절곡하여 형성되며 각 지지판(110, 120)의 폭(d1)은 2~6mm, 특히 4mm인 것이 바람직하다. 이는 별도의 접합을 이용할 경우 측정치의 왜곡이 우려되기 때문이다.
판형열유속센서(100)의 측정부, 즉 전면만이 노출되기 위해 4 mm의 절곡면을 통해 하드보드(Hardboard) 단열재에 판형열유속센서(100)를 고정시킨다. 노출된 전면의 외곽에는 10 mm 폭의 단열재가 위치하도록 하여 에지(Edge) 부분의 열손실을 최소화시킨다.
다른 실시예로서, 상기 각 지지판(110, 120)에 갈음하여 상기 판형열유속센서(100)의 각 모서리에 지지기둥을 설치할 수 있다. 상기 지지기둥 역시 상기 판형열유속센서(100)와 일체로 주조 및 프레스되어 제조되며 절곡에 의해서 형성될 수 있다.
또한, 상기 단열재(300)는 상술한 바와 같이, 파쇄된 모직의 하드보드 단열재인 것이 바람직하며, 상기 단열재(300)의 한 변의 길이(L2)는 40~60mm이고, 폭(d2)은 11~14mm인 것이 바람직하다. 이는 상술한 바와 같이, 단열재 두께의 경우 10 mm에서 20 mm로 증가하는 구간에서 측정온도가 증가하지만 그 이상의 조건(25 mm, 30 mm)에서 측정값이 감소함을 확인한 결과에 기초한 것이다.
즉, 본 발명은 단열재를 판(Plate) 후면에 삽입하는 방식에 갈음하여 하드보드(Hardboard) 단열재에 판(Plate)이 삽입되는 구조로 변경하여 외곽 열손실이 중심부의 측정온도에 미치는 영향을 최소화함으로써 판형열유속계의 소형화 구현하였다. 본 발명의 판형열유속센서는 국제 표준규격의 측정 면적(0.01 ㎡) 대비 약 10%(0.0009 ㎡)로 축소시킴에 따라, 열유속의 불균일성에 따른 측정부의 오차 발생의 문제를 해소하고 화재환경 내 국소부위의 열유속을 정확하게 측정이 가능한 장점이 있다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다. 또한, 청구항 부호는 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 형상과 구조를 첨부된 도면에 한정한다는 뜻이 아니다.
100. 판형열유속센서
110, 120. 지지판
130. 연결포인트(junction point)
200. 분석모듈
210. 케이블
300. 단열재
310. 요홈부

Claims (7)

  1. 정면이 정사각형 형상(L1xL1)인 판형열유속센서(100)와 상기 판형열유속센서(100)로부터의 열유속정보를 분석하는 분석모듈(200)과 단열재(300)를 포함하는 판형열유속계에 있어서,
    상기 단열재(300)의 중앙에 요홈부(310)가 형성되고,
    상기 단열재(300)의 한 변의 길이(L2)는 40~60mm으로 형성되고 폭(d2)은 11~14mm으로 형성되어 상기 판형열유속센서(100)의 열손실이 감소됨으로써, 상기 판형열유속센서(100)에 의한 측정 온도 값 저하가 방지되고,
    상기 판형열유속센서(100)가 절곡되어 상기 판형열유속센서(100)의 상부와 하부에 지지판(110, 120)이 형성되며,
    상기 판형열유속센서(100)의 각 모서리에는 상기 지지판(110, 120) 각각을 지지하는 지지기둥이 형성되고,
    상기 지지판(110, 120)이 상기 요홈부(310)에 삽입되도록 상기 판형열유속센서(100)이 상기 요홈부(310)에 삽입설치됨으로써, 상기 지지판(110, 120)이 단열되어 상기 판형열유속센서(100)의 외곽을 통한 열손실이 최소화되며 열유속 측정 오차가 감소되는 것을 특징으로 하는 공간해상도가 개선된 판형열유속계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판형열유속센서(100)의 한 변의 길이(L1)는 25~35mm인 것을 특징으로 하는 공간해상도가 개선된 판형열유속계.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지판(110, 120)의 폭(d1)은 2~6mm인 것을 특징으로 하는 공간해상도가 개선된 판형열유속계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단열재(300)는 파쇄된 모직의 하드보드 단열재인 것을 특징으로 하는 공간해상도가 개선된 판형열유속계.
  7. 삭제
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