KR20150108233A

KR20150108233A - 시편 열전달 성능 측정 장치

Info

Publication number: KR20150108233A
Application number: KR1020140031195A
Authority: KR
Inventors: 서기정; 김선우; 이정환; 박형권
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-09-25
Also published as: KR101659141B1; CN204514839U

Abstract

시편의 열전도도뿐만 아니라 대류, 복사 및 방사에 의한 열전달 성능을 측정할 수 있는 시편 열전달 성능 측정 장치가 개시된다.
개시되는 시편 열전달 성능 측정 장치는 시편이 배치되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 배치되는 시편에 연결되어 시편을 가열하는 발열부; 상기 발열부에서 발생하는 열을 조절하는 발열제어부; 상기 베이스 플레이트에 배치되는 시편에 접촉되어 시편의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에서 측정한 시편의 온도 데이터를 수집하는 온도 데이터 수집부;를 포함한다.
이러한 시편 열전달 성능 측정 장치에 의하면, 재료의 열전도도 뿐만 아니라 대류, 복사 및 방사에 의한 열특성 변화량을 측정함으로써, 실제 제품의 열전달 성능을 측정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

시편 열전달 성능 측정 장치 {APPARATUS FOR MEASURING HEAT TRANSFER PERFORMANCE OF SAMPLE}

본 발명은 시편 열전달 성능 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시편의 열전도도뿐만 아니라 대류, 복사 및 방사에 의한 열전달 성능을 측정할 수 있는 시편 열전달 성능 측정 장치에 관한 것이다.

알루미늄 히트싱크(Heat Sink) 제품을 플라스틱으로 변경하기 위해서는 두 재료의 열전도도를 고려해야 한다. 즉, 일반적으로 플라스틱은 알루미늄보다 열전도도가 낮기 때문에 알루미늄 히트싱크를 대체하는 플라스틱 히트싱크는 알루미늄 히트싱크 정도의 방열성능을 가지는 것이 필요하다.

일반적으로, 알루미늄의 열전도도는 약 150W/mk이고, 일반적인 플라스틱의 열전도도는 0.2W/mk, 열전도성 플라스틱은 10W/mk이다. 즉, 알루미늄이 플라스틱보다 100배 이상 열전도도가 높다.

그러나, 플라스틱 히트싱크를 실제 제품에 적용한 경우, 알루미늄 히트싱크와 열전도성 플라스틱 히트싱크의 실제 온도차이는 10℃ 미만으로 나타난다.

이는 두 물질의 열전달 성능이 재료의 열전도도 이외에 대류, 복사 및 방사 등에 의해 복합적으로 나타나기 때문이다. 즉, 열전달 성능은 전도, 대류, 복사 및 방사에 의한 열적 변화가 복합된 개념이다.

따라서, 플라스틱으로 급속을 대체하는 열전달 기능성 제품의 개발에 있어서 열전도도가 아닌 열전달 성능을 고려할 필요가 있다.

한편, 상용화된 열전도도 측정기기는 물질의 고유 물성인 열전도도를 측정하는 장비로서, 물질을 재료로 하여 제작된 시편의 열전달 성능을 측정할 수는 없다.

따라서, 시편의 열전달 성능을 측정할 수 있는 기기가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 일 측면으로서, 시편의 열전도도 뿐만 아니라 대류, 복사 및 방사에 의한 열특성 변화량을 측정할 수 있는 열전달 성능 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 시편이 배치되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 배치되는 시편에 연결되어 시편을 가열하는 발열부; 상기 발열부에서 발생하는 열을 조절하는 발열제어부; 상기 베이스 플레이트에 배치되는 시편에 접촉되어 시편의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에서 측정한 시편의 온도 데이터를 수집하는 온도 데이터 수집부;를 포함하는 시편의 열전달 성능 측정 장치를 제공한다.

일 실시예에서, 상기 발열부는 시편에 접촉되어 열을 전달하는 전기저항발열체로 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 발열부는 시편에 형성된 체결홈에 억지끼움 형태로 체결되도록 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 베이스 플레이트에 구비되며, 시편을 지지하는 시편지지부가 더 포함될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 시편지지부는 단열재질로 이루어질 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 상기 베이스 플레이트에 구비되며 상기 온도센서를 지지하는 지지대가 더 포함되고, 상기 지지대는 외력에 의해 길이가 탄성변형 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 서로 간격을 가지고 배치되는 복수의 상기 온도센서가 더 포함될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 재료의 열전도도 뿐만 아니라 대류, 복사 및 방사에 의한 열특성 변화량을 측정함으로써, 실제 제품의 열전달 성능을 측정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 성능 측정 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 열전달 성능 측정 장치의 측면도.
도 3은 도 1에 도시된 열전달 성능 측정 장치의 분해 사시도.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 성능 측정 장치에 대해서 살펴본다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 성능 측정 장치(100)는 베이스 플레이트(110), 시편지지부(120), 발열부(130), 발열제어부(140), 온도센서(150), 지지대(160) 및 온도 데이터 수집부(170)를 포함할 수 있다.

상기 베이스 플레이트(110)는 후술할 시편지지부(120), 온도센서(150), 지지대(160) 및 온도 데이터 수집부(170)가 설치되는 구조물로서, 일 실시예에서 상면이 평평한 판상 부재로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 베이스 플레이트(110)에는 후술할 시편지지부(120)를 통해 측정대상물인 시편(S)이 배치될 수 있다.

상기 시편지지부(120)는 베이스 플레이트(110)에 구비되며, 시편(S)을 지지할 수 있는 구조물이다.

일 실시예에서, 시편지지부(120)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(110)의 상면에 상당 높이로 연장된 기둥형태로 구성될 수 있으며, 시편(S)을 안정적으로 지지할 수 있도록 시편(S) 저면의 복수의 지점 각각을 지탱하기 위해 복수개로 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 시편지지부(120)는 시편(S)의 다양한 두께에 대응할 수 있도록 높이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시편지지부(120)는 볼트결합구조를 통해 높이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 이러한 시편지지부(120)는 지지하는 시편(S)의 열이 시편지지부(120)를 통해 손실되지 않도록 단열재질로 이루어지는 것이 바람직히다.

상기 발열부(130)는 베이스 플레이트(110)에 배치되는 시편(S)에 열결되어 시편(S)을 가열할 수 있다.

일 실시예에서, 발열부(130)는 시편(S)에 접촉되어 열을 전달하는 전기저항발열체로 구성될 수 있다. 즉, 발열부(130)는 후술할 발열제어부(140)로부터 공급받는 전기에너지를 열에너지로 변환할 수 있는 금속 플레이트로 구성될 수 있다.

이러한 발열부(130)는 적어도 일부분이 시편(S)에 접촉하도록 구성될 수 있으며, 시편(S)과의 접촉부위를 통해 시편(S)에 열을 전달할 수 있다.

여기서, 발열부(130)와 시편(S)의 접촉면에서 열손실이 발생하는 것을 최소화하기 위해, 일 실시예에서 발열부(130)는 시편(S)에 형성된 체결홈(g)에 억지끼움 형태로 체결되도록 구성될 수 있다.

일 예로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 발열부(130)의 시편(S) 체결부위는 단면이 'T'자 형태를 가지도록 형성될 수 있으며, 시편(S)에는 상기 'T'자 형태의 체결부위에 대응하는 체결홈(g)이 형성될 수 있다.

이러한 구성에서 시편(S)이 체결홈(g)을 통해 발열부(130)의 체결부위에 넓은 접촉면적을 확보한 채로 억지끼워지게 됨으로써 발열부(130)에 안정적으로 체결될 수 있고, 발열부(130)의 열이 열손실 없이 시편(S)에 전달될 수 있게 된다.

상기 발열제어부(140)는 발열부(130)에 연결되어 발열부(130)에서 발생하는 열을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 발열부(130)가 전기저항발열체로 구성되는 경우, 발열제어부(140)는 발열부(130)에 전기를 공급하는 기능을 수행할 수 있다.

이러한 발열제어부(140)는 발열부(130)에 공급하는 전기의 세기를 조절함으로써, 발열부(130)의 가열온도를 제어할 수 있으며, 단위시간당 발열부(130)의 발열량을 조절할 수 있다.

상기 온도센서(150)는 베이스 플레이트(110)에 배치되는 시편(S)에 접촉되어 시편(S)의 온도를 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 온도센서(150)는 시편(S)의 저면에 접촉되도록 구성될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 온도센서(150)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 온도센서(150)는 서로 간격을 가지고 배치될 수 있다.

이러한 복수의 온도센서(150) 각각은 시편(S)의 여러 부위에서 시편(S)의 온도를 측정함으로써, 시편(S)의 열전달 성능을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 할 수 있다.

상기 지지대(160)는 베이스 플레이트(110)에 구비되며 온도센서(150)를 지지할 수 있다.

일 실시예에서, 지지대(160)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 후술할 온도 데이터 수집부(170)에 구비되어 온도 데이터 수집부(170)를 매개로 베이스 플레이트(110) 상에 배치될 수 있다.

이러한 지지대(160)는 온도센서(150)에 일대일로 대응하도록 구비될 수 있다.

또한, 일 실시예에서, 지지대(160)는 외력에 의해 길이가 탄성변형 가능하도록 구성될 수 있다.

다시 말해, 지지대(160)는 시편(S)에 의해 온도센서(150)가 눌려지는 경우 길이가 줄어들 수 있고, 다시 시편(S)에 의한 하중이 제거되는 경우 길이가 원상복귀될 수 있도록 탄성복원력을 가지는 부재로 구성될 수 있다.

예를 들어, 지지대(160)는 압축스프링, 고무 또는 판스프링관 같은 부재로 구성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 지지대(160)가 외력에 의해 길이 변형이 가능하도록 구성되는 경우는 시편지지부(120)에 안착되는 시편(S)의 다양한 두께 및 모양에 유동적으로 대응하여 온도센서(150)와 시편(S) 간의 비접촉이 발생하지 않도록 할 수 있다는 장점이 있다.

상기 온도 데이터 수집부(170)는 온도센서(150)에 연결되어 온도센서(150)에서 측정한 시편(S)의 온도 데이터를 수집할 수 있다.

이를 위해, 온도 데이터 수집부(170)와 온도센서(150) 간에는 온도센서(150)에서 측정한 온도 데이터가 전송되는 케이블(미도시)이 연결될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 성능 측정 장치(100)는 재료의 열전도도 뿐만 아니라 대류, 복사 및 방사에 의한 열특성 변화량을 측정함으로써, 실제 제품의 열전달 성능을 측정할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 참고로, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 성능 측정 장치(100)를 사용하여 시편(S)의 열전달 성능을 측정하는 방법에 대해서 살펴본다.

먼저, 발열부(130)에 측정대상인 시편(S)을 체결하고, 발열제어부(140)를 가동시켜 발열부(130)을 가열한다.

이후, 시편(S)에 접촉된 온도센서(150)에서 시편(S)의 온도가 측정된다.

그리고, 온도센서(150)에서 측정된 온도 데이터는 온도 데이터 수집부(170)에 전송되며, 온도 데이터 수집부(170)는 발열부(130)의 발열량, 시간 및 시편(S)의 표면온도변화 등의 데이터를 수집 및 저장한다.

마지막으로, 발열제어부(140)와 시편(S)의 접촉면적을 이용하여 시편(S)의 온도변화량을 이론적으로 계산한다. 여기서, 이론적인 시편(S)의 온도변화량은 시편(S)의 재료의 물성을 기초로 계산되는 것을 의미한다.

이후, 실제로 측정된 시편(S)의 표면온도변화 데이터와 이론적으로 계산된 시편(S)의 온도변화량을 비교하여 시편(S)의 실제 열전달 성능을 측정한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100: 열전달 성능 측정 장치 110: 베이스 플레이트
120: 시편지지부 130: 발열부
140: 발열제어부 150: 온도센서
160: 지지대 170: 온도 데이터 수집부
S: 시편 g: 체결홈

Claims

시편이 배치되는 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트에 배치되는 시편에 연결되어 시편을 가열하는 발열부;
상기 발열부에서 발생하는 열을 조절하는 발열제어부;
상기 베이스 플레이트에 배치되는 시편에 접촉되어 시편의 온도를 측정하는 온도센서; 및
상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에서 측정한 시편의 온도 데이터를 수집하는 온도 데이터 수집부;
를 포함하는 시편의 열전달 성능 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 발열부는 시편에 접촉되어 열을 전달하는 전기저항발열체로 구성되는 것을 특징으로 하는 시편의 열전달 성능 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 발열부는 시편에 형성된 체결홈에 억지끼움 형태로 체결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 시편의 열전달 성능 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트에 구비되며, 시편을 지지하는 시편지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 열전달 성능 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 시편지지부는 단열재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 시편의 열전달 성능 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트에 구비되며 상기 온도센서를 지지하는 지지대를 더 포함하고,
상기 지지대는 외력에 의해 길이가 탄성변형 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시편의 열전달 성능 측정 장치.
제6항에 있어서,
서로 간격을 가지고 배치되는 복수의 상기 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 열전달 성능 측정 장치.