KR20060072908A - 고반사율의 반사체를 이용한 적외선 균일가열 시험장치 - Google Patents

고반사율의 반사체를 이용한 적외선 균일가열 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시편의 가열시험 장치에 있어서, 상기 시편을 가열하기 위한 적외선 히터; 상기 적외선 히터를 하측에서 고정수단에 의해 장착하기 위한 히터 지지대; 상기 시편을 상측에 장착하며 상기 적외선 히터와 대응하는 단열재; 상기 단열재를 지지하기 위한 시편 지지대; 및 상기 단열재의 상부의 적어도 일부에서 상기 시편을 둘러싸는 반사율이 높은 물질로 이루어진 반사체로 구성되되, 상기 히터 지지대와 상기 시편 지지대는 각각의 가장자리 부분에서 다수의 지지봉으로 연결되는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치에 관한 것이다.
적외선 히터, 균일 가열장치, 반사체

Description

고반사율의 반사체를 이용한 적외선 균일가열 시험장치{Uniform radiant heating test device using reflector of high reflectivity}
도 1은 종래 기술에 의한 가열장치의 구성을 도시하는 구성 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 반사율이 높은 반사체를 이용한 가열장치의 구성을 도시하는 구성 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21: 히터 22: 히터 지지대
23: 시편 지지대 24: 단열재
25: 온도센서 26: 제어부
27: 시편 28: 반사체
29: 연결 돌출부
본 발명은 균일가열 시험장치에 관한 것으로, 특히 높은 반사율의 반사체를 이용하여 물질의 시편을 균일하게 가열할 수 있는 적외선 균일가열 시험장치에 관한 것이다.
로켓이나 고속 비행기의 외부는 발사시부터 비행하는 동안 소정 부분, 예를 들어 로켓의 선두부 또는 고속 비행기의 기수부분은 공기와의 마찰에 의해 지속적으로 가열되므로 그 가열온도에 따라 열변형 및 열피로를 견디는 재질로 제작되어야 한다.
이런 공기와의 마찰열에 대해서 우주로켓 또는 고속 비행기를 보호하기 위한 재질들중에 예컨대, 우주로켓 또는 고속 비행기의 외부에 이용되는 내열 타일이 있다. 공기와의 마찰에 의해 로켓의 날개끝 부분 온도가 1000℃ 이상, 기수 앞부분은 1500℃이상으로 가열되기 때문에, 이런 가열온도로 인한 우주로켓 또는 고속 비행기를 보호하기 위하여 이 내열타일은 창문을 제외한 나머지 부분에 모두 틈없이 로켓의 외부에 부착된다.
따라서, 우주로켓이나 고속 비행기의 외부에는 최고 내열 온도가 1500℃가 넘는 특수 내열 타일(도자기 성분의 시리카 타일)을 쓰는 것이며, 이 내열타일에 흠결이 있다면 2003년에 일어났던 콜롬비이호 사건에서처럼 공기 마찰로 인한 마찰열로 내열타일이 떨어져 나가면서 치명적인 결과를 가져올 수 있다.
그러므로, 이런 공기 마찰열과 같은 고온에서 이용되는 재질의 열적 영향을 시험하기 위하여 짧은 시간동안 재질을 집중가열하는 장치가 필요하고, 종래에는 항온 챔버에서 일정온도를 유지하여 시편의 온도를 측정하였으나 이런 설비에서는 짧은 시간동안의 집중적인 가열시험을 할 수 없었다.
또한, 다른 가열방식으로서 도 1에서 보여지는 바와 같이 적외선 가열램프와 같은 적외선 히터(1), 적외선 히터(1)를 지지하기 위한 히터 지지대(2), 시편(7)을 장착한 단열재(4)를 지지하기 위한 시편 지지대(3), 시편(7)으로부터 시편 지지대(3)로 열전달을 차단하는 단열재(4), 시편(7)의 온도를 측정하는 온도센서(5), 및 적외선 히터(1)의 작동을 제어하고 온도센서(5)로부터 전달된 측정온도에 대한 정보를 컴퓨터(도시되지 않음)로 전달하는 제어부(6)로 구성된 적외선 가열장치가 사용되었다. 여기서, 적외선 히터를 가열원으로 채택한 것은 적외선을 가열원으로 채택하여 단위시간당 시편(7)에 조사되는 열량을 임의로 일정하게 조절할 수 있는 효과를 가지기 때문이다.
이런 적외선 가열장치를 이용한 종래의 가열방식은 적외선 히터(1)를 이용하여 시편(7)을 균일하게 가열해야 하는 목적에 반해서, 시편(7)의 가장자리 부분에서는 적외선이 시편 외부로 빠져나가게 되므로 균일하게 가열되지 않는 문제점을 가지고 있다.
또한, 시편을 균일하게 가열하기 위해서는 시편과 적외선 히터사이의 거리가 가까워야 하기 때문에, 시편과 히터사이의 작업공간이 부족하게 되거나 시편의 열적 반응에 의해 적외선 히터에 손실이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 적외선 가열장치로 가열실험을 할 경우 외부로 빠져나가는 적외선을 반사시켜 시편을 균일하게 가열하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 시편과 히터사이의 거리에 상관없이 시편을 균일하게 가열시키는 장치를 제공함으로써, 시편과 히터사이의 거리상의 제약을 해소할 수 있는 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 시편을 균일하게 가열시킴으로써, 히터의 전력소모를 절약할 수 있는 장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시편의 가열시험 장치에 있어서, 상기 시편을 가열하기 위한 적외선 히터; 상기 적외선 히터를 하측에서 고정수단에 의해 장착하기 위한 히터 지지대; 상기 시편을 상측에 장착하며 상기 적외선 히터와 대응하는 단열재; 상기 단열재를 지지하기 위한 시편 지지대; 및 상기 단열재의 상부의 적어도 일부에서 상기 시편을 둘러싸는 반사율이 높은 물질로 이루어진 반사체로 구성되되, 상기 히터 지지대와 상기 시편 지지대는 각각의 가장자리 부분에서 다수의 지지봉으로 연결되는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예와 첨부 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반사율이 높은 물질의 반사체를 이용한 균일가열 시험장치의 구성을 도시하는 구성 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 균일가열 시험장치는 도 1의 시험장치와 유사하게, 적외선 가열램프를 포함하는 히터(21), 히터(21)를 지지하기 위한 히터 지지대(22), 시편(27)을 장착한 단열재(24)를 지지하기 위한 시편 지지대(23), 시편(27)으로부터 시편 지지대(23)로 열전달을 차단하는 단열재(24), 시편(27)의 온도를 측정하는 온도센서(25), 히터(21)의 작동을 제어하고 온도센서(25)로부터 전 달된 측정온도에 대한 정보를 컴퓨터(도시되지 않음)로 전달하는 제어부(26), 및 반사율이 높은 물질로 이루어진 반사체(28)로 구성된 가열장치이다.
히터(21)는 니크롬선, 적외선 가열램프를 포함하는 가열히터이고 히터 지지대(22)의 하부에서 고정수단, 예를 들어 볼트에 의해 부착되며, 시편의 형태에 따라 원형, 사각형 또는 직선형중의 어느 일형태의 적합한 형태를 채용할 수 있다.
히터 지지대(22)는 금속으로 이루어지고 사각형 판의 형태를 가지며 히터 지지대(22)의 일측에 히터(21)로부터 전선을 도출하는 홈을 구비하여 제어부(26)로 전선이 연결되며, 도출된 전선을 통해 히터에 전력이 공급된다.
시편 지지대(23)는 또한 사각형 판의 형태를 가지며 금속으로 제작되어 있어서 시편(27)을 가열하게 되면 열을 흡수하게 되므로, 시편(27)과 시편 지지대(23)사이에는 열전달을 차단하는 단열재(24)를 구비한다. 또한, 히터 지지대(22)와 시편 지지대(23)의 각 모퉁이 또는 외측에는 다수의 지지봉(31)으로 서로 연결되어 하중을 지지한다.
단열재(24)는 규산칼슘, 크롬-마그네시아를 포함하는 내화벽돌의 성분으로 이루어져 10cm이상의 두께를 가지고, 시편(27)을 장착할 수 있는 홈을 가지며 이 홈은 시편(27)의 형태에 따라 그 모양이 변경될 수 있다. 여기서, 단열재(24)는 히터(21)측에서 봤을 때 원형, 직사각형, 또는 다른 다양한 형태를 채용할 수 있고, 상부 외곽측에는 반사체(28)를 지지하여 결합될 수 있는 걸림턱(30)을 구비한다.
한편, 시편 지지대(23)와 단열재(24)에는 시편(27)의 온도를 측정할 수 있는 열전대(thermocouple)을 포함하는 온도센서(25)가 관통하여 설치되고, 시편의 중앙 과 가장자리부분의 온도를 측정하여 제어부(26)로 측정된 온도에 관한 정보를 전송한다.
제어부(26)는 온도센서(25)로부터 전송된 시편의 중앙과 가장자리부분에서 측정된 온도에 관한 정보를 컴퓨터로 전송하거나, 적합한 전원을 히터(21)로 공급함으로써 발열할 수 있게 한다.
반사판(28)은 Ag, Ni-Al합금, 또는 백금-로듐 합금을 포함하는 고반사율의 물질을 구비되고, 단열재(24)의 형태에 따라 단열재의 상부 외곽의 걸림턱(30)에 걸쳐지는 이등분된 원주형 또는 직사각형 판일 수 있으며 좌, 우 외측에 대칭되는 연결 돌출부(29)가 형성되어 볼트로 상호고정된다.
따라서, 히터(21)로부터 발열된 적외선중 시편 외부로 빠져나가는 일부 적외선을 반사판(28)을 이용하여 반사시킴으로써, 시편(27)의 모든 표면으로 적외선이 균일하게 조사(照射)되어 동일한 가열량 분포를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 고속 비행체 또는 로켓의 외부표면중 집중적인 가열을 받는 표면에 관한 실제 가열 분위기를 정확히 재현할 수 있는 시험장치를 제공하여, 시편을 짧은 시간동안 집중적으로 균일 가열하는 시험을 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 시편의 가열시험 장치에 있어서,
    상기 시편을 가열하기 위한 적외선 히터;
    상기 적외선 히터를 하측에서 고정수단에 의해 장착하기 위한 히터 지지대;
    상기 시편을 상측에 장착하며 상기 적외선 히터와 대응하는 단열재;
    상기 단열재를 지지하기 위한 시편 지지대; 및
    상기 단열재의 상부의 적어도 일부에서 상기 시편을 둘러싸는 반사율이 높은 물질로 이루어진 반사체로 구성되되,
    상기 히터 지지대와 상기 시편 지지대는 각각의 가장자리 부분에서 다수의 지지봉으로 연결되는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단열재는 상부 외곽에 걸림턱을 구비하여 상기 반사체의 일측과 맞물려 상기 반사체를 지지하는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 상기 시편을 삽탈할 수 있는 개폐가능한 출입구를 일측에 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 상기 단열재의 상부 외곽 걸림턱에 걸쳐지 는 원주형 또는 직사각형일 수 있고, 하나 이상으로 분할된 상기 반사체 부분의 외측으로 대칭되는 연결 돌출부가 형성되어 볼트로 상호고정되는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 시편의 온도를 측정하기 위해 상기 시편 하측의 중앙부분과 가장자리부분에 접촉된 하나 이상의 열전대를 더 포함하고, 상기 열전대는 상기 단열재와 상기 시편 지지대를 거쳐서 측정된 온도정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반사판은 Ag, Ni-Al합금, 및 백금-로듐 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고반사율의 물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 균일가열 시험장치.
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