KR102656772B1 - 열전달 시험기 - Google Patents

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KR102656772B1
KR102656772B1 KR1020230160171A KR20230160171A KR102656772B1 KR 102656772 B1 KR102656772 B1 KR 102656772B1 KR 1020230160171 A KR1020230160171 A KR 1020230160171A KR 20230160171 A KR20230160171 A KR 20230160171A KR 102656772 B1 KR102656772 B1 KR 102656772B1
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KR
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heat transfer
jig
chamber
specimen
inner chamber
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박용문
이동진
안경준
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크라이오에이치앤아이(주)
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기는 시편의 열전달계수를 측정하는 초저온 열전달 시험기에 있어서, 제 1 개폐부가 형성되는 외부 챔버; 상기 외부 챔버 내에 배치되고, 제 2 개폐부가 형성되는 제 1 내부 챔버; 상기 외부 챔버를 관통하여 상기 제 1 내부 챔버와 연결되고, 상기 제 1 내부 챔버의 내부를 진공 상태로 유지시키는 크라이오 펌프; 상기 제 1 내부 챔버 내에 배치되는 제 2 내부 챔버; 상기 제 2 내부 챔버 내에 배치되고 상기 시편이 안착되는 지그부; 상기 외부 챔버 및 상기 제 1 내부 챔버를 관통하여 상기 제 2 내부 챔버와 연결되고, 상기 제 2 내부 챔버를 냉각시키는 극저온 냉동기; 상기 지그부에 연결되고 상기 지그부를 통해 상기 시편에 열량을 전달하는 히터부; 및 상기 지그부의 온도 변화량에 기초하여 상기 시편의 열전달계수를 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.

Description

열전달 시험기{HEAT TRANSFER TESTER}
본 발명은 시편의 열전달계수를 측정하는 초저온 열전달 시험기에 관한 것이다.
일반적으로 초저온에서의 열전도도 측정은 전도 냉각을 이용한 직접 측정방식과 밀도, 비열, 열확산도를 이용하여 계산하는 간접 측정방식이 사용된다.
간접 측정방식은 극저온에서 밀도, 비열 및 열확산도를 모두 측정하기 매우 어렵기 때문에 잘 사용되고 있지 않지만, 직접 측정방식은 정밀도가 상대적으로 우수하여 간접 측정방식보다 많이 채택되어 사용되고 있다.
종래의 직접 측정방식에 의한 시편의 열전도도 측정장치는 냉동기 또는 극저온 용기 내에 구비된 시편홀더에 시편을 부착시킨 후 히터를 이용하여 온도를 가변시키면서 열전도도를 측정하게 된다.
그러나, 이와 같은 직접 측정방식에 의한 시편의 열전도도 측정장치는 액화 헬륨과 같은 흡열원을 사용하므로 측정 온도범위가 제한되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1163070호(2012.06.29. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제 1 내부 챔버와 연결된 크라이오 펌프를 이용하여 제 1 내부 챔버의 내부상태를 진공상태로 유지하고, 극저온 냉동기를 통해 시편을 냉각시키며, 지그부의 온도 변화량에 기초하여 시편의 열전달계수를 산출하는 열전달 시험기를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기는 시편의 열전달계수를 측정하는 초저온 열전달 시험기에 있어서, 제 1 개폐부가 형성되는 외부 챔버; 상기 외부 챔버 내에 배치되고, 제 2 개폐부가 형성되는 제 1 내부 챔버; 상기 외부 챔버를 관통하여 상기 제 1 내부 챔버와 연결되고, 상기 제 1 내부 챔버의 내부를 진공 상태로 유지시키는 크라이오 펌프; 상기 제 1 내부 챔버 내에 배치되는 제 2 내부 챔버; 상기 제 2 내부 챔버 내에 배치되고 상기 시편이 안착되는 지그부; 상기 외부 챔버 및 상기 제 1 내부 챔버를 관통하여 상기 제 2 내부 챔버와 연결되고, 상기 제 2 내부 챔버를 냉각시키는 극저온 냉동기; 상기 지그부에 연결되고 상기 지그부를 통해 상기 시편에 열량을 전달하는 히터부; 및 상기 지그부의 온도 변화량에 기초하여 상기 시편의 열전달계수를 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지그부는, 상기 제 2 내부 챔버 내의 하부와 접하고 상기 시편의 하부에 배치되는 제 1 지그; 및 상기 시편의 상부에 배치되는 제 2 지그를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 지그를 하부로 가압하여 상기 시편을 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 극저온 냉동기는, 상기 제 1 내부 챔버에 연결되고, 상기 제 1 내부 챔버를 냉각시키는 1단 냉동기; 및 상기 제 2 내부 챔버에 연결되고, 상기 제 2 내부 챔버를 냉각시키는 2단 냉동기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 히터부는, 상기 제 1 지그의 양단부에 형성되는 복수의 제 1 히터; 및 상기 제 2 지그의 양단부에 형성되는 복수의 제 2 히터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 크라이오 펌프와 상기 제 1 내부 챔버에 연결되는 러핑 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 크라이오 펌프, 상기 극저온 냉동기 및 러핑 펌프(미도시)의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 러핑 펌프(미도시)를 작동하여 상기 제 1 내부 챔버 내에 저진공을 형성한 후 상기 극저온 냉동기를 작동시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 러핑 펌프(미도시)를 작동하여 상기 크라이오 펌프 내에 저진공을 형성한 후 상기 크라이오 펌프를 작동시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 히터부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 지그의 온도가 기설정된 온도값을 유지하도록 상기 제 1 히터를 제어하고, 상기 제 2 히터의 전류값을 조절하여 상기 제 2 지그의 온도를 변화시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제 2 지그의 온도 변화량에 기초하여 열전달계수를 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 내부 챔버의 외주면은 G10 에폭시로 둘러쌓일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기는 제 1 내부 챔버에 크라이오 펌프가 연결됨에 따라, 극저온에서 온도가 상승시 발생할 수 있는 진공도 변동 요인을 제거할 수 있고, 극저온 냉동기와 제 2 내부 챔버가 연결됨에 따라, 시편의 온도를 20K이하로 냉각시킬 수 있다.
또한, 지그부에 연결되는 히터부를 작동시키고, 히터부의 전류값을 조절하여 지그부의 온도를 변화시킴으로서, 시편의 열전달계수를 산출할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 내부 챔버가 투영되는 열전달 시험기의 내부사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 내부 챔버가 투영되는 열전달 시험기의 내부사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기에서 제 1 내부 챔버 및 제 2 내부 챔버의 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기에서 제 1 내부 챔버 및 제 2 내부 챔버의 정면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기에서 제 2 내부 챔버의 내부사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기에서 제 2 내부 챔버의 내부를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 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 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 중간에 다른 부재를 개재하여 연결되어 있는 경우와, 중간에 다른 소자를 사이에 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않으며, 반드시 다른 구성요소를 의미하는 것은 아니다. 예로서, '제1 방향'과 '제2 방향'은 동일한 방향을 의미할 수도 있고, 다른 방향을 의미할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기(10)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 내부 챔버(200)가 투영되는 열전달 시험기(10)의 내부사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 내부 챔버(400)가 투영되는 열전달 시험기(10)의 내부사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 열전달 시험기(10)는 외부 챔버(100), 제 1 내부 챔버(200), 크라이오 펌프(300), 제 2 내부 챔버(400), 지그부(500), 극저온 냉동기(600), 히터부(700) 및 산출부(미도시)를 포함할 수 있다.
외부 챔버(100)는 일측면에 제 1 개폐부(110)가 형성되어 내부에 제 2 내부 챔버(400)를 안착시킬 수 있다.
제 1 개폐부(110)의 일부는 열전달 시험시에 시편(20)을 관측할 수 있도록 강화유리, 플라스틱 등과 같은 투명한 재질로 구성될 수 있다.
외부 챔버(100)는 도 1 내지 도 3에 도시되는 바와 같이, 타측면에 크라이오 펌프(300)의 일부가 삽입되어 결합될 수 있도록 외부로 돌출된 개구부가 형성될 수 있다. 또한, 외부 챔버(100)의 하부에는 극저온 냉동기(600)의 일부가 삽입될 수 있도록 관통홀이 형성될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기(10)에서 제 1 내부 챔버(200) 및 제 2 내부 챔버(400)의 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기(10)에서 제 1 내부 챔버(200) 및 제 2 내부 챔버(400)의 정면도이다.
제 1 내부 챔버(200)는 도 2 내지 도 4b에 도시되는 바와 같이, 외부 챔버(100) 내에 배치되고, 일측면에는 제 2 개폐부(210)가 형성될 수 있다.
제 1 내부 챔버(200)의 타측면에는 외부 챔버(100)의 개구부와 대응되는 위치에 크라이오 펌프(300)와 연결됨에 따라, 제 1 내부 챔버(200)의 내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 제 1 내부 챔버(200)의 하부에는 극저온 냉동기(600)와 연결되어 제 1 내부 챔버(200)를 냉각시킬 수 있다.
제 2 개폐부(210)는 제 1 내부 챔버(200)의 내부에 제 2 내부 챔버(400)를 안착시키기 용이하도록 제 1 개폐부(110)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
제 2 개폐부(210)의 일부는 열전달 시험시에 시편(20)을 관측할 수 있도록 강화유리, 플라스틱 등과 같은 투명한 재질로 구성될 수 있다.
크라이오 펌프(300)는 외부 챔부를 관통하여 제 1 내부 챔버(200)와 연결되고, 제 1 내부 챔버(200)의 내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다.
크라이오 펌프(300)는 제 1 내부 챔버(200)의 내부 압력을 감소시키는 펌프로서, 극저온에서 온도 상승시 발생할 수 있는 진공도 변동요인을 제거할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기(10)에서 제 2 내부 챔버(400)의 내부사시도이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기(10)에서 제 2 내부 챔버(400)의 내부를 나타낸 도면이다.
제 2 내부 챔버(400)는 도 3 내지 도 5b에 도시되는 바와 같이, 제 1 내부 챔버(200) 내에 배치되고, 내부에 시편(20)이 안착될 수 있다.
제 2 내부 챔버(400)의 외주면은 G10 에폭시로 둘러쌓일 수 있다.
예를 들어, G10 에폭시는 에폭시 수지가 함침된 유리섬유 직물을 적층 성형한 판재 형태로 구성될 수 있다.
에폭시는 네마등급(Nema Grade)에 따라, G10 또는 G11으로 분류될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기(10)에는 극저온에서 사용할 수 있도록 저온 특성이 뛰어난 G10 애폭시로 구성될 수 있다.
지그부(500)는 도 5a 내지 도 5b에 도시되는 바와 같이, 제 2 내부 챔버(400) 내에 배치되고 지그부(500) 사이에 시편(20)이 안착될 수 있다.
지그부(500)는 제 2 내부 챔버(400) 내의 하부와 접하고, 상부에 시편(20)이 배치되는 제 1 지그(510) 및 시편(20)의 상부에 배치되는 제 2 지그(520)를 포함할 수 있다.
제 1 지그(510)는 도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 제 2 내부 챔버(400)의 하부와 접촉하여 극저온 냉동기(600)의 열원을 시편(20)으로 전달할 수 있다.
또한, 제 1 지그(510)의 일면은 시편(20)의 일면 전체와 접촉할 수 있도록 시편(20)의 일면의 면적보다 크게 형성될 수 있다.
제 2 지그(520)는 도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 시편(20)의 상부와 접하여 시편(20)의 이동을 저지하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 제 2 지그(520)의 상부에는 제 2 지그(520)를 하부로 가압하여 시편(20)을 고정하는 고정부(530)를 더 포함할 수 있다.
고정부(530)는 고정플레이트 및 고정스크류를 포함할 수 있다.
고정플레이트는 지그부(500)의 일측면에 형성되고, 지그부(500)보다 상부로 돌출형성될 수 있으며, 고정플레이트의 상단부는 지그부(500)를 향해 횡방향으로 연장형성될 수 있다.
지그부(500)를 향해 횡방향으로 연장형성된 고정플레이트에는 고정스크류가 삽입결합될 수 있으며, 이 때 결합은 볼팅결합일 수 있다.
고정스크류의 상부에는 사용자의 외력에 의해 시편(20)을 가압하여 고정시키거나, 시편(20)을 감압하여 고정 해제시킬 수 있도록 손잡이부가 형성될 수 있다.
한편, 극저온 냉동기(600)는 외부 챔버(100) 및 제 1 내부 챔버(200)를 관통하여 제 2 내부 챔버(400)와 연결되고, 제 2 내부 챔버(400)를 냉각시킬 수 있다.
극저온 냉동기(600)는 가스를 작동 유체로 하는 GM(Gifford-McMahon) 사이클에 의해 냉각 능력을 발생하는 GM냉동기일 수 있다.
극저온 냉동기(600)는 1단 냉동기(610) 및 2단 냉동기(620)를 포함할 수 있다.
1단 냉동기(610)는 제 1 내부 챔버(200)와 연결되고 제 1 내부 챔버(200)를 냉각시킴에 따라, 외부 온도에 의해 제 2 내부 챔버(400)의 온도가 변화되는 것을 방지할 수 있다.
2단 냉동기(620)는 제 2 내부 챔버(400)에 연결되고 제 2 내부 챔버(400)를 냉각시킬 수 있다.
예를 들어, 2단 냉동기(620)는 도 4b에 도시되는 바와 같이, 제 2 내부 챔버(400)의 하부와 접촉하여 제 2 내부 챔버(400)와 접촉하는 제 1 지그(510) 및 제 1 지그(510)와 접촉하는 시편(20)을 향해 열원을 전달하여 냉각시킬 수 있다.
히터부(700)는 지그부(500)에 연결되고 지그부(500)를 향해 시편(20)에 열량을 전달할 수 있다.
히터부(700)는 시편(20)의 일정 온도값을 유지하기 위해 DC 모터로 구성되고, PID 제어(P: Proportional, I: (Proportional) Integral, D: (Proportional) Derivative)를 이용할 수 있다.
여기서, PID 제어는 ON, OFF 제어 방식과 달리 비례, 적분, 미분을 조합하여 제어하는 방식으로, 보다 정교한 제어 방식이다.
구체적으로, PID 제어는 일정 온도가 되었을 때 꺼지거나 켜지는 단순 제어 방식이 아닌 온도차나 온도의 상승과 하강, 시간 등의 요인에 비례하여 작동하는 제어 방식이다. 즉, 변수까지 고려하는 방식으로 제어되는 변수와 입력한 기준점 사이의 오차를 계산하여 전압을 유지할지 말지를 결정하기 때문에 기존의 ON, OFF 방식에 비해 오류가 적다는 장점이 있다.
이처럼, 히터부(700)는 PID 제어를 이용함에 따라, 지그부(500)의 온도를 일정하게 유지시켜 시험을 원활하게 진행할 수 있다.
산출부(미도시)는 지그부(500)의 온도 변화량에 기초하여 시편(20)의 열전달계수(K)를 산출할 수 있다. 산출부는 도시를 생략한 별도의 컴퓨팅 장치에 포함된 프로세서에 의해 동작될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치는 퍼스널 컴퓨터(PC)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 히터부(700)는 제 1 지그(510)의 양단부에 형성되는 복수의 제 1 히터(710) 및 제 2 지그(520)의 양단부에 형성되는 복수의 제 2 히터(720)를 포함할 수 있다.
제 1 히터(710)는 도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 제 1 지그(510)의 양단부에 각 형성되어 제 1 지그(510)의 열평형을 유지할 수 있다.
예를 들어, 제 1 히터(710)는 PID 제어를 이용하여 제 1 지그(510)의 온도를 일정 온도로 유지시킬 수 있다.
제 2 히터(720)는 도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 제 2 지그(520)의 양단부에 각 형성되어 제 2 지그(520)의 열평형을 유지할 수 있다.
예를 들어, 제 2 히터(720)는 열량을 변경하여 제 2 지그(520)의 온도를 변경시킴으로써, 산출부(미도시)를 통해 열전달계수(K)를 구할 수 있다.
여기서, 열전달계수(K)를 구하는 식은 다음과 같다.
<수학식 1>
Q = K*A*(dT/dx)
여기서, Q는 열량(Watt)으로서 제 2 히터(720)에 전달되는 전류값을 말하고, K는 열전달 계수, A는 시편(20) 단면적, dT는 시편(20)의 상, 하부의 온도차(T₂ - T₁), dx는 시편(20)의 두께를 말한다.
상기 수학식 1을 살펴보면, 시편(20)의 상, 하부의 온도차 즉, 제 1 지그(510) 및 제 2 지그(520)의 온도차를 통해 산출부(미도시)를 이용하여 시편(20)의 열전달 계수를 측정할 수 있다.
한편, 열전달 시험기(10)는 크라이오 펌프(300)와 제 1 내부 챔버(200)에 연결되는 러핑 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다.
러핑 펌프(미도시)는 진공 시스템의 초기 진공화를 위해 사용되는 것으로써, 크라이오 펌프(300)와 제 1 내부 챔버(200)의 신속한 배기를 위해 장착될 수 있다.
열전달 시험기(10)는 크라이오 펌프(300), 극저온 냉동기(600) 및 러핑 펌프(미도시)의 작동을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부 또한 상술한 컴퓨팅 장치에 포함된 프로세서에 의해 동작될 수 있다.
제어부(미도시)는 러핑 펌프(미도시)를 작동하여 제 1 내부 챔버(200) 내에 저진공을 형성한 후 극저온 냉동기(600)를 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 러핑 펌프(미도시)를 이용하여 제 1 내부 챔버(200)의 내부 압력을 기설정된 제 1 압력값 이하로 배기 작업을 실시하여 저진공을 형성하고, 극저온 냉동기(600)를 작동시켜 제 1 내부 챔버(200) 및 제 2 내부 챔버(400)를 냉각시킬 수 있다.
제어부(미도시)는 러핑 펌프(미도시)를 작동하여 크라이오 펌프(300) 내에 저진공을 형성한 후 크라이오 펌프(300)를 작동시킬 수 있다.
예를 들어, 러핑 펌프(미도시)를 이용하여 크라이오 펌프(300)의 내부 압력을 기설정된 제 2 압력값 이하로 배기 작업을 실시하여 저진공을 형성하고, 크라이오 펌프(300)의 냉동기를 작동시키며, 크라이오 펌프(300)의 패널의 온도가 저하되면 게이트 밸브를 오픈하여 제 1 내부 챔버(200) 내에 고진공을 형성할 수 있다.
이후에 일정 시간이 흐르게 되면, 극저온 냉동기(600)에 의해 시편(20)의 온도가 10K까지 냉각될 수 있다.
한편, 제어부(미도시)는 히터부(700)를 더 제어할 수 있다.
제어부(미도시)는 제 1 지그(510)의 온도가 기설정된 온도값을 유지하도록 제 1 히터(710)를 제어하고, 제 2 히터(720)의 전류값을 조절하여 제 2 지그(520)의 온도를 변화시킬 수 있고, 제 2 지그(520)의 온도 변화량에 기초하여 열전달계수(K)를 산출할 수 있다.
예를 들어, 극저온 냉동기(600)에 의해 시편(20)의 온도가 10K까지 냉각된 후에, 제 1 지그(510)의 온도값을 20K로 유지하도록 제 1 히터(710)를 작동시키고, 제 2 히터(720)의 전류값을 10W로 조절하여 제 2 지그(520)의 온도를 변화시킬 수 있다.
이 때, 제 1 지그(510)의 온도값를 50K, 70K 등과 같이 변경하여 수학식 1에 표기된 dT값을 구할 수 있고, 제 2 히터(720)의 전류값에 의한 제 2 지그(520)의 온도 변화량에 기초하여 열전달계수(K)를 산출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 시험기(10)에 의하면, 제 1 내부 챔버(200)에 크라이오 펌프(300)가 연결됨에 따라, 극저온에서 온도가 상승시 발생할 수 있는 진공도 변동 요인을 제거할 수 있고, 극저온 냉동기(600)와 제 2 내부 챔버(400)가 연결됨에 따라, 시편(20)의 온도를 20K이하로 냉각시킬 수 있게 된다.
또한, 지그부(500)에 연결되는 히터부(700)를 작동시키고, 히터부(700)의 전류값을 조절하여 지그부(500)의 온도를 변화시킴으로서, 시편(20)의 열전달계수(K)를 산출할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
또한, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 열전달 시험기
20 : 시편
100 : 외부 챔버
110 : 제 1 개폐부
200 : 제 1 내부 챔버
210 : 제 2 개폐부
300 : 크라이오 펌프
400 : 제 2 내부 챔버
500 : 지그부
510 : 제 1 지그
520 : 제 2 지그
530 : 고정부
600 : 극저온 냉동기
610 : 1단 냉동기
620 : 2단 냉동기
700 : 히터부
710 : 제 1 히터
720 : 제 2 히터

Claims (12)

  1. 시편의 열전달계수를 측정하는 초저온 열전달 시험기에 있어서,
    제 1 개폐부가 형성되는 외부 챔버;
    상기 외부 챔버 내에 배치되고, 제 2 개폐부가 형성되는 제 1 내부 챔버;
    상기 외부 챔버를 관통하여 상기 제 1 내부 챔버와 연결되고, 상기 제 1 내부 챔버의 내부를 진공 상태로 유지시키는 크라이오 펌프;
    상기 제 1 내부 챔버 내에 배치되는 제 2 내부 챔버;
    상기 제 2 내부 챔버 내에 배치되고 상기 시편이 안착되는 지그부;
    상기 외부 챔버 및 상기 제 1 내부 챔버를 관통하여 상기 제 2 내부 챔버와 연결되고, 상기 제 2 내부 챔버를 냉각시키는 극저온 냉동기;
    상기 지그부에 연결되고 상기 지그부를 통해 상기 시편에 열량을 전달하는 히터부; 및
    상기 지그부의 온도 변화량에 기초하여 상기 시편의 열전달계수를 산출하는 산출부
    를 포함하는 것인, 열전달 시험기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그부는
    상기 제 2 내부 챔버 내의 하부와 접하고, 상기 시편의 하부에 배치되는 제 1 지그; 및
    상기 시편의 상부에 배치되는 제 2 지그를 포함하는 것인, 열전달 시험기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 지그를 하부로 가압하여 상기 시편을 고정하는 고정부를 더 포함하는 것인, 열전달 시험기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 극저온 냉동기는,
    상기 제 1 내부 챔버에 연결되고, 상기 제 1 내부 챔버를 냉각시키는 1단 냉동기; 및
    상기 제 2 내부 챔버에 연결되고, 상기 제 2 내부 챔버를 냉각시키는 2단 냉동기를 포함하는 것인, 열전달 시험기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 히터부는,
    상기 제 1 지그의 양단부에 형성되는 복수의 제 1 히터; 및
    상기 제 2 지그의 양단부에 형성되는 복수의 제 2 히터를 포함하는 것인, 열전달 시험기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 크라이오 펌프와 상기 제 1 내부 챔버에 연결되는 러핑 펌프를 더 포함하는 것인, 열전달 시험기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 크라이오 펌프, 상기 극저온 냉동기 및 러핑 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것인, 열전달 시험기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 러핑 펌프를 작동하여 상기 제 1 내부 챔버 내에 저진공을 형성한 후 상기 극저온 냉동기를 작동시키는 것인, 열전달 시험기
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 러핑 펌프를 작동하여 상기 크라이오 펌프 내에 저진공을 형성한 후 상기 크라이오 펌프를 작동시키는 것인, 열전달 시험기.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 히터부를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 지그의 온도가 기설정된 온도값을 유지하도록 상기 제 1 히터를 제어하고,
    상기 제 2 히터의 전류값을 조절하여 상기 제 2 지그의 온도를 변화시키는 것인, 열전달 시험기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 지그의 온도 변화량에 기초하여 열전달계수를 산출하는 것인, 열전달 시험기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 내부 챔버의 외주면은 G10 에폭시로 둘러싸인 것인, 열전달 시험기.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7329043B2 (en) * 2003-11-04 2008-02-12 L&P Property Management Company Thermal properties testing apparatus and methods
KR101163070B1 (ko) 2010-12-01 2012-07-05 한국기계연구원 극저온 열전도도 및 열팽창계수 측정장치 및 이를 이용한 열전도도 및 열팽창계수 동시 측정방법
KR101175630B1 (ko) * 2009-02-19 2012-08-22 성균관대학교산학협력단 퍼니스를 이용한 열구배 피로 시험기의 냉각장치
KR101655906B1 (ko) * 2015-06-08 2016-09-09 한국과학기술연구원 단열재의 극저온 열전도 실험장치
US9678025B1 (en) * 2009-06-12 2017-06-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Guarded flat plate cryogenic test apparatus and calorimeter
WO2018110546A1 (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 熱特性評価測定装置及びそれを用いた熱特性の評価測定方法
KR101871623B1 (ko) * 2014-06-16 2018-06-26 이브이이 러버 인스티튜트 컴퍼니, 리미티드 압축 발열 검출기 및 그 방법
US11460386B2 (en) * 2019-03-21 2022-10-04 King Abdulaziz University Heating apparatus for material testing machine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7329043B2 (en) * 2003-11-04 2008-02-12 L&P Property Management Company Thermal properties testing apparatus and methods
KR101175630B1 (ko) * 2009-02-19 2012-08-22 성균관대학교산학협력단 퍼니스를 이용한 열구배 피로 시험기의 냉각장치
US9678025B1 (en) * 2009-06-12 2017-06-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Guarded flat plate cryogenic test apparatus and calorimeter
KR101163070B1 (ko) 2010-12-01 2012-07-05 한국기계연구원 극저온 열전도도 및 열팽창계수 측정장치 및 이를 이용한 열전도도 및 열팽창계수 동시 측정방법
KR101871623B1 (ko) * 2014-06-16 2018-06-26 이브이이 러버 인스티튜트 컴퍼니, 리미티드 압축 발열 검출기 및 그 방법
KR101655906B1 (ko) * 2015-06-08 2016-09-09 한국과학기술연구원 단열재의 극저온 열전도 실험장치
WO2018110546A1 (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 トヨタ自動車株式会社 熱特性評価測定装置及びそれを用いた熱特性の評価測定方法
US11460386B2 (en) * 2019-03-21 2022-10-04 King Abdulaziz University Heating apparatus for material testing machine

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