KR20170034807A - 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치 및 이를 이용한 냉각 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉진 내후성 시험 장치에 관한 것으로, 챔버 내의 온도를 조절하는 제 1 제어부; 상기 제 1 제어부에 연결된 제 1 챔버 온도 센서; 및 상기 제 1 제어부에 의해 작동이 제어되는 제 1 송풍기를 포함하는 촉진 내후성 시험 장치용 냉각 장치에 있어서, 상기 촉진 내후성 시험 장치의 내측에 열 교환기 및 제 2 송풍기를 포함하는 추가 냉각기; 및 상기 추가 냉각기의 작동을 제어하는 제 2 제어부;를 부가하고, 상기 제 2 제어부가 상기 제 1 제어부와 독립적으로 챔버 내의 온도와 상태를 감지하여 작동하는 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 촉진 내후성 시험 장치 및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 것이다. 이를 통해 본 발명은 종래의 내후성 시험 장치를 그대로 활용하여 실제의 광열화가 진행되는 현실모사적 내후성 시험 온도까지 냉각하고 안정적으로 제어할 수 있는 수단을 제공할 수 있다.

Description

추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치 및 이를 이용한 냉각 방법{An apparatus for realistic weathering test with an add-mounted cooling unit and cooling method using thereof}

본 발명은 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치및 이를 이용한 냉각 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 플라스틱과 같은 화학소재의 태양광에 의한 광열화 및 내후성을 모사평가하는 촉진식 내후성 시험시, 인공광원의 발광에 의해 발생하는 과도한 온도 상승을 억제하여 실제 필드 환경 하에서 발생하는 광열화를 보다 현실적으로 모사할 수 있도록, 제 2 제어부와 연결된 냉매 증발기 및 송풍기 일체형의 냉각 장치를 기존의 내후성 시험 장치에 추가로 장착하여, 기존 촉진 내후성 시험 장치의 특별한 개조없이 챔버 내부의 온도 변화를 쉽게 계측하고 판단하여 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

플라스틱, 고무, 필름, 코팅, 도료, 접착제 등의 다양한 화학 제품은 탄소, 수소, 산소, 질소 등의 유기원소들이 공유결합을 취하고 있는 고분자소재를 주성분으로 포함하고 있는 경우가 많다. 따라서, 이러한 화학 제품에서는 자외선 등의 빛과 열에 의하여 점진적인 물리화학적 열화가 진행된다. 이러한 열화의 진행 속도는 제품 또는 소재의 고장 상태에까지 이르게 되는 시간, 즉 수명을 결정하는 주된 요소가 된다. 따라서, 열화의 속도를 결정하는 자외선 및 열 에너지의 노출 량 또는 빈도를 파악하는 것은 제품 수명을 예측하기 위한 기본적인 계산 자료가 된다.

옥외의 일광 노출에 의하여 제품 열화가 진행되는 화학소재가 사용되는 다양한 산업 제품군, 예를 들어 자동차, 선박, 철도 차량, 군수물자, 건축 자재, 토목 자재, 도로 및 해양 설치물, 전기 및 전파 시설물, 플랜트, 태양전지 및 풍력 발전 시설물, 농업용품 등에 대하여는 필드 현장에 적용되기 전에 여러 방법의 인공 광원에 의한 실내 촉진 내후성 시험이 수행되곤 한다. 일광 노출 환경 하에서 진행되는 광열화에 대한 제품의 내후성 시험은 태양광 모사성이 뛰어난 인공 광원이 장착된 촉진 내후성 시험 장치가 선호되어 사용되지만, 내후성 시험 장치를 사용한 촉진 내후성 시험 조건과 실제 사용 조건은 동일하지 않기 때문에 촉진 내후성 시험을 통해, 실제 자연 환경에서 발생하는 화학소재의 광열화 수명을 예측하는 것은 기술적으로 많은 어려움이 있다.

태양광 등에 의한 시편 표면 열화를 가속 모사하려는 촉진 내후성 시험에 있어 중요한 열화 유발 인자는 빛, 열 그리고 물이라고 알려져 있으며 이 중에서도 자외선이 가장 유력한 열화 유발 인자로 알려져 있다. 이때 인공광원의 자외선 영역에서의 스펙트럼이 태양광의 그것과 유사해야 함은 물론이다. 종래의 촉진 내후성 시험기용 인공광원인 카본-아크 램프, 자외선 형광 램프, 메탈-할라이드 램프 및 제논-아크 램프 등에서 가장 문제가 되었던 점이 자외선 영역의 스펙트럼이 태양광의 그것과 다름으로 인해서 발생하는 실제 사용 환경과는 다른 열화 현상 유발이었다. 이러한 문제는 최근 제논-아크 램프와 특정한 필터를 조합하여 태양광 모사성을 향상시키거나 무전극 플라즈마 램프 등의 새로운 광원을 적용(대한민국 특허: 10-1303691)함으로써 해결하고자 하는 시도들이 진행되고 있다.

플라스틱 등의 화학소재에 있어, 실제 사용 환경에서 자외선 다음으로 표면 열화를 유발시키거나 자외선에 의한 광열화를 더욱 촉진시키는 요소는 온도와 물이라고 알려져 있다. 종래 기술의 문제점은 촉진 내후성 시험에 있어 자연 폭로 조건 하의 태양광 자외선 효과 외에 온도의 영향이 현실모사적으로 제공되지 못한다는 점이다. 일반적으로 화학소재의 내후성 시험은 자외선, 온도, 수분의 영향이 3대 열화 인자로 여겨지고 있지만, 종래 기술의 경우 내후성 시험의 자외선 노출량에 비하여 시험 온도는 비현실적으로 높은 온도에서 진행되는 경우가 대부분이다. 종래 기술에서 높은 온도의 광열화가 진행되는 주된 이유는 인공 광원에 의하여 발생하는 복사에너지가 시편 표면에 복사열로 전달될 뿐 아니라 폐쇄된 내후성 시험기 내부 공간에 복사열이 지속적으로 축적되는 문제를 효과적으로 해결하지 못하기 때문이다.

사례로 제논-아크 시험기를 사용한 미국 자동차공학회의 SAE J1960(자동차 외장 재료의 촉진 내후성 시험법)에 의한 주요 시험 조건을 살펴보면 자외선 조사강도와 시험 온도가 각각 (300 ~ 400)nm 기준으로 60W/m², 블랙패널온도 기준으로 70도의 조건에서 수행하도록 제시되어 있어, 대부분의 실제자연 환경 조건보다 높은 온도에서 내후성 시험을 수행하도록 고안되어 있음을 알 수 있다. 실제로 대한민국 대전의 실제 필드환경에서 계측된 블랙패널온도는 계절 및 날씨에 따라 변화하지만 한여름철의 경우에도 블랙패널온도가 70도 이상에 도달하는 경우는 거의 없다. 따라서 실제 기후 환경에서 발생하는 필드 광열화를 모사하기 위한 현실모사적 광열화 시험을 위해서는 해당하는 지역 기후에 따라 종래의 내후성 시험 장비로는 제어할 수 없을 정도의 낮은 온도까지 블랙패널온도 및 챔버 온도를 내리는 것이 필요하다. 하지만 대부분의 종래의 내후성 시험기, 특히 태양광 모사성이 우수한 제논-아크 램프를 사용한 시험기는 램프에 의한 발열량이 높아 조사 강도에 따른 챔버 온도 제어 능력에 일정한 한계를 갖게 된다.

이와 같이 실제 자연 환경의 태양 광열화를 평가하는 촉진 내후성 시험법은 태양 자외선에 의한 광열화 효과 외에 열과 수분 등의 관련 환경 인자에 의한 열화 효과를 종합적으로 반영해야 하기 때문에, 자외선 조사강도 외에도 온도와 습도 및 물분사 효과 등을 정밀하게 제어할 필요가 있다. 특히 최근에는 내후성 시험의 시험기간을 단축하기 위하여 자외선 조사강도를 높이는 촉진 내후성 시험법이 기술적으로 주목받고 있으므로, 이러한 경우 자외선 조사강도를 증가시키는 만큼 비례하여 램프 발열량이 높아짐으로 해서 시편 및 챔버 내부의 온도 제어가 더 어렵게 되는 문제점이 발생한다.

실제의 광열화가 진행되는 자연 조건 하의 태양광 폭로는 복사열이 전달되어도 주변 대기 환경 하에서 쉽게 복사, 대류 등의 방식으로 방열되지만, 일정한 공간의 챔버 내에서 진행되는 인공 광원에 의한 내후성 시험은 램프에서 발생하는 전체 복사열이 챔버 내부에 축적되는 문제점을 갖는다. 이를 해소하기 위하여, 일부 램프 열을 순환하는 증류수로 제거하는 수냉식 장치나 빠른 공기 순환에 의해 제거하는 공랭식 장치가 사용되지만 밀폐된 챔버 내부의 열축적을 완전히 제거할 수는 없기 때문에 온도 제어는 제한적인 효과만을 얻게 된다.

한편, 냉각 장치가 구비된 내후성 시험기에 관해서는 JP 2005-181028, JP 2000-346787, JP 2005-147929에 제안되어 있지만, 이들은 내후성 시험기 본체 제조단계에서부터 냉각기가 챔버 본체와 일체형으로 제작되는, 통합 제어 방식으로 구성되는 온도 제어 장치에 관한 것이다.

그러나 실제 산업계에서 널리 사용하고 있는 대부분의 내후성 시험기에는 냉매를 사용한 적극적인 냉각 장치가 별도로 부착되어 있지 않다. 다만, 램프 열을 일부 제거하기 위해 램프 필터 부위에 증류수 순환 장치를 부착한 수랭식 장치와 외부 공기의 순환 공조에 의한 공랭식 장치를 사용하고 있지만 내후성 시험 장치의 주변 공기 온도에 의존하고 있기 때문에, 내후성 시험 장치의 온도 제어 능력이 계절에 따른 편차를 나타내게 되어 시험 재현성에 악영향을 미치게 될 뿐 아니라 현실모사적 내후성 시험을 수행하는 데에 필요한 시험 온도 제어 능력에 한계를 갖게 된다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서는 상기한 일부 인용 특허에서 제안하는 방법과 같이 제조 단계에서 냉각 장치가 본체와 함께 일체형으로 제작된 내후성 시험기를 제작하는 방법이 가장 바람직하지만, 산업계에서 널리 사용하고 있는 종래의 냉각 장치가 없는 내후성 시험 장치에는 적용할 수 없는 방법이다.

또 다른 방법으로서, 냉각 장치가 없는 내후성 시험기를 구매한 후에 추가 냉각 장치를 장착하는 것인데, 이 경우 내후성 시험 장치 본체와 추가 냉각 장치 사이의 호환성 문제가 발생하게 된다. 특히 본체의 공조 방식의 온도 제어 장치와 냉매 방식의 추가 냉각 장치를 위한 온도 제어 장치 간의 호환성 및 통합 제어 능력의 문제 때문에 사실상 동일한 제작사가 미리 냉각 장치 부착을 염두에 두고 제작된 특정한 시험기 모델에 한하여 적용이 가능한 문제가 있게 된다.

JP 2005-181028 A

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명은 다양한 세계 기후가 반영된 현실모사적 내후성 시험을 수행하기 위해 가속성의 희생없이 충분한 냉각 기능을 갖는 촉진 내후성 시험장치를 제공하고자 한다.

또한, 내후성 시험의 가속성을 향상시키고자 하는 노력은 종래부터 지속되어 왔지만 가속성 향상을 위해 선택하게 되는 자외선 조사 광량의 증가는 불가피하게 시편에 도달하는 복사열의 증가를 수반할 수밖에 없기 때문에 시험 온도의 증가를 피하기 어려운 문제가 있었는데, 이에 따라 내후성 시험기간 단축을 위해 높은 수준의 자외선 조사강도를 사용하는 경우에도 이를 충분히 상쇄할 수 있는 냉각된 공기를 챔버 내부에 공급하여 전체적인 시험 온도를 현실적인 광열화 온도 범위에서 안정적으로 제어함으로써 가속성이 높은 현실모사적 내후성 시험 장치를 제공하고자 한다.

또한, 내후성 시험 장치 본체와 추가 냉각 장치 사이의 온도 제어 방식에 따른 호환성 문제를 해결하여 기존 내후성 시험기의 제품 종류 및 온도 제어 방식과 무관하게 사용할 수 있는, 본체의 온도 제어 방법에 의존하지 않는 별도의 독립 제어 방법을 사용하는 추가 장착식 냉각 장치를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치는 챔버 내로 복사열을 제공하는 광원과, 상기 챔버 내의 온도를 측정하는 제 1 챔버 온도 센서, 상기 챔버 내에 위치하며 챔버 내의 공기를 외부로 배출하는 제 1 송풍기, 및 상기 제 1 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도에 따라 상기 제 1 송풍기의 작동을 제어하는 제 1 제어부를 포함하는 냉각장치를 구비한 현실모사 촉진 내후성 시험 장치에 있어서, 상기 현실모사 촉진 내후성 시험 장치에 상기 현실모사 촉진 내후성 시험 장치에 착탈 가능하게 장착되며, 내측에 열 교환기 및 제 2 송풍기가 구비된 추가 장착식 냉각기, 상기 제 1 챔버 온도 센서와는 별개로 구비되어 상기 챔버 내의 온도를 측정하는 제 2 챔버 온도 센서와 상기 제 1 송풍기의 풍량을 측정하는 송풍 측정기를 포함하는 추가 감지기 및 상기 추가 장착식 냉각기 및 상기 추가 감지기와 연결되어, 상기 추가 감지기에서 감지한 챔버 내의 온도와 제 1 송풍기의 풍량에 따라 상기 추가 장착식 냉각기의 열 교환기 및 제 2 송풍기의 작동을 제어하는 제 2 제어부가 더 포함되고, 상기 제 2 제어부가 상기 제 1 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도에 따라 상기 제 1 송풍기의 작동을 제어하는 제 1 제어부와는 독립적으로 작동하되, 상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 이상인 동시에, 상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 이상인 경우에만 상기 추가 장착식 냉각기를 작동시켜, 상기 챔버 내의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치의 상기 제 2 제어부는 상기 추가 감지기를 통해 상기 챔버 내의 온도와 제 1 송풍기의 풍량을 감지하여, 상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 보다 낮거나, 또는, 상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 보다 낮은 경우에 상기 추가 장착식 냉각기의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제 1 송풍기의 풍량은 제 1 송풍기의 출력, 제 1 송풍기의 회전수, 제 1 송풍기에 의해 발생된 풍속, 및 제 1 송풍기 상에 위치한 댐퍼의 각도 중 어느 하나 이상을 측정하여 산출될 수 있다.

또한, 상기 열 교환기 및 제 2 송풍기는 일정한 간격을 두고 일체로 형성되어, 상기 촉진 내후성 시험 장치 내부의 공기 흡입구 또는 공기 순환 통로 상에 위치하되, 상기 제 2 제어부는 상기 열 교환기가 작동될 때 동시에 제 2 송풍기가 작동되도록 제어함으로써, 챔버 내의 공기를 유동과 열 교환기의 냉각 효율을 증대시키는 것과 동시에 열 교환기의 작동에 의해 발생할 수 있는 성에의 생성을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치를 이용한 냉각 방법은 (a) 촉진 내후성 시험 장치 챔버의 내측에 위치하는 제 1 챔버 온도 센서가 챔버 내의 온도를 센싱하는 단계; (b) 상기 제 1 챔버 온도 센서에 의해 센싱된 온도가 제 1 제어부에 전송되는 단계; (c) 상기 제 1 챔버 온도 센서에 의해 센싱된 온도가 기설정된 온도 이상인 경우, 상기 제 1 제어부가 상기 챔버 내측에 위치하는 제 1 송풍기를 작동시키는 단계; (d) 상기 챔버 내측에 위치하는 제 2 챔버 온도 센서 및 송풍 측정기를 포함하는 추가 감지기가 상기 챔버 내의 온도 및 상기 제 1 송풍기의 풍량을 측정하는 단계; (e) 상기 추가 감지기는 제 2 제어부에 연결되며, 상기 제 2 챔버 온도 센서에서 센싱된 온도 및 상기 송풍 측정기에서 측정된 제 1 송풍기의 풍량값이 제 2 제어부에 전송되는 단계; 및 (f) 상기 제 2 제어부가 상기 제 1 제어부와 독립적으로, 상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 이상인 동시에, 상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 이상인 경우에만 상기 추가 장착식 냉각기를 작동시키는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 (f) 단계 이후, (g) 상기 제 2 제어부가 상기 추가 감지기를 통해 상기 챔버 내의 온도와 제 1 송풍기의 풍량을 감지하여, 상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 보다 낮거나, 또는, 상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 보다 낮은 경우에 상기 추가 장착식 냉각기의 작동을 중단시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 과제의 해결 수단을 통해, 본 발명은 상술한 바와 같이 공기 순환에 의한 공조 장치에 의존하여 현실모사적 온도 제어 능력을 갖추지 못한 내후성 시험 장치에 추가 장착하여 종래의 시험 온도를 실제의 광열화가 진행되는 현실모사적 내후성 시험 온도까지 냉각하여, 안정적으로 제어할 수 있는 수단을 제공한다.

또한, 본 발명에 의할 때 가속성이 향상된 새로운 현실모사적 내후성 시험 방법의 구현이 가능해지는데, 세계 기후를 열대, 온대, 한대의 3개 지역으로 분류하고, 각 지역 기후에 적합한 차별화된 내후성 시험 조건을 사용하도록 규정한 새로운 촉진내후성 시험 방법을 구현하도록 고성능의 온도 제어 능력을 제공하여 높은 자외선 조사강도를 사용하면서도 낮은 블랙패널온도를 사용하는 혁신적인 가속시험 조건을 실현한 현실모사적 촉진내후성 시험 장치를 제공할 수 있게 한다.

특히 본 발명은 성능을 개선하고자 하는 종래의 내후성 시험 장비 본체의 온도 제어 장치와의 제어 알고리즘 및 제어 장치 일체화의 한계에 속박되지 않고 추가 냉각 장치 스스로의 독립적 제어 알고리즘을 사용하는 큰 장점을 제공하면서도, 기존 장치의 온도 제어를 방해하거나 공조 효율을 저하시키지 않고 안정적이며 효율적인 연계 제어가 이루어지는 효과를 제공한다. 이에 따라, 본 발명은 기존 내후성 장비의 제조사 및 모델에 따른 램프의 종류, 챔버의 구조, 온도 제어의 원리 및 장치 등에 상관없이 광범위하게 적용하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 장치에 의해서, 내후성 시험 장치 챔버 내부의 열축적 효과를 상쇄할 수 있게 됨으로써 램프의 광량을 증가시킨 화학소재의 촉진 내후성 시험을 열변형이나 열열화와 같은 부작용없이 수행 가능하게 됨으로써, 장기간이 소요되는 내후성 시험의 기간을 획기적으로 단축시키는 새로운 내후성 시험을 가능케 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열 교환기 또는 냉매 증발기 및 송풍기를 일체형으로 장착함으로써 냉각된 공기를 챔버 내부로 송풍하는 효과를 얻는 것에 그치지 않고 냉매 증발기 또는 열 교환기의 냉각 효율을 높이고, 냉각핀의 성에가 생성되는 것을 방지하는 효과를 얻는다.

또한, 본 발명의 추가 장착식 냉각 장치는 기존 내후성 시험 장치의 온도 제어 장치로 제어할 수 없는 온도로의 냉각이 필요할 때에만, 선택적으로 작동하기 때문에 내후성 장치 운영에 요구되는 전력 소비를 합리적으로 절약할 수 있으며 특히 인버터 방식의 냉각 장치 도입으로 더욱 절전형의 온도 제어를 가능하게 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 촉진 내후성 시험 장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 촉진 내후성 시험 장치와 종래 기술에 따른 온도 제어 효과를 나타낸 비교 시험 결과 값이다.
도 3은 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 촉진 내후성 시험 장치와 종래 기술에 따른 내후성 시험 결과인 누적 자외선 조사량에 따른 색채 변화를 그래프로 표시한 도면이다.

본 발명에 따른 촉진 내후성 시험 장치를 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(1000)가 장착된 촉진 내후성 시험 장치를 자세히 설명한다.

종래의 촉진 내후성 시험 장치는 챔버 내의 온도를 조절하는 제 1 제어부(100)를 포함한다. 구체적으로, 챔버 내에는 제 1 챔버 온도 센서(120)가 위치하여 챔버 내의 온도를 측정하고, 측정된 온도는 제 1 제어부(100)에 입력된다. 이에 제 1 제어부(100)는 측정된 온도가 기설정된 온도 이상이 되는 경우, 제 1 송풍기(140)를 작동시켜 챔버 내의 온도가 시험조건에 맞는 적정 수준의 온도가 되도록 한다.

종래의 촉진 내후성 시험 장치의 기타 구성요소 및 작동은 종래 기술인 바, 자세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 촉진 내후성 시험 장치용 추가 장착식 냉각 장치(1000)는 촉진 내후성 시험 장치 본래에 장착된 구성요소와는 별도로, 내측에 열 교환기(222) 및 제 2 송풍기(224)를 포함하는 추가 냉각기(220) 및 추가 냉각기(220)의 작동을 제어하는 제 2 제어부(200)를 더 포함한다.

즉, 촉진 내후성 시험 장치 본래의 냉각 장치 외에 별도로 추가 냉각기(220)가 촉진 내후성 시험 장치에 구비되며, 추가로 구비된 추가 냉각기(220)의 작동은 제 2 제어부(200)에 의해 제어된다.

또한, 본 발명에 따른 촉진 내후성 시험 장치용 추가 장착식 냉각 장치(1000)는 챔버 내의 온도를 센싱하는 제 2 챔버 온도 센서(241)와 제 1 송풍기(140)의 풍량을 측정하는 송풍 측정기(242)를 포함하는 추가 감지기(240)를 포함한다.

즉, 촉진 내후성 시험 장치에 본래 장착된 제 1 챔버 온도 센서(120)와는 별개로 챔버 내의 온도를 센싱하는 제 2 챔버 온도 센서(241)와 본래의 시험 장치에 포함된 제 1 송풍기의 풍량을 측정하는 송풍 측정기(242)를 추가로 장착하고, 이러한 제 2 챔버 온도 센서(241) 및 송풍 측정기(242)에서 측정된 온도와 풍량값으로 챔버 내의 온도를 보조적으로 조절하기 위함이다.

제 2 제어부(200)는 추가 감지기(240)와 연결된다. 이에 따라, 제 2 제어부는 추가 감지기(240)에서 측정된 온도와 풍량값을 판단하여 열 교환기(222) 및 제 2 송풍기(224)의 작동 여부를 결정한다.

송풍 측정기(242)에서의 제 1 송풍기(140)의 풍량 측정은, 제 1 송풍기(140)의 출력, 제 1 송풍기(140)의 회전 날개의 회전수, 제 1 송풍기(140)에 의해 발생된 풍속, 및 제 1 송풍기(140) 상에 위치한 댐퍼의 각도 중 어느 하나 이상을 측정으로 이루어질 수 있다.

여기에서 제 1 제어부(100)와 제 2 제어부(200)는 독립적으로 작동된다. 즉, 제 1 제어부(100)의 작동은 제 2 제어부(200)의 작동에 영향을 미치지 않는다. 다만, 후술하는 것처럼 제 1 제어부(100)의 작동에 따라 제 1 송풍기(140)가 작동되어 제 1 송풍기(140)의 풍량이 변하고, 이러한 풍량의 변화가 제 2 제어부(200)의 작동에 영향을 미칠 수 있다.

이에 따라, 현실모사적 온도 제어 능력을 갖추지 못한 내후성 시험 장치에 추가 냉각기(220)를 별도로 부가하여 현실모사적 내후성 시험 온도까지 냉각할 수 있다. 또한, 추가 냉각기(220)가 부가되더라도 본래의 제어 시스템 즉 제 1 제어부(100)의 작동에 영향을 받지 않고 자체적으로 제 2 제어부(200)에 의해 추가 냉각기(220)가 제어되는 바, 종래의 어떠한 내후성 시험 장치에도 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.

이러한 추가 냉각기(220)는 촉진 내후성 시험 장치에 위치하는 공기 흡입구 또는 공기가 유동하는 공기 순환 통로 상에 위치하는 것이 바람직하다. 또는, 시험 시간이 지남에 따라 챔버 내의 특정 부분에서의 온도가 비정상적으로 증대되는 현상이 발생하는 경우 그러한 부분의 인근에 추가 냉각기(220)를 장착할 수 있다. 본래의 냉각 장치와 별도로 장착된 추가 냉각기(220)에 의해 챔버 내의 냉각 효율을 증대시키기 위해서이다.

열 교환기(222)와 제 2 송풍기(224)를 포함하는 추가 냉각기(220)는 촉진 내후성 장치의 챔버의 내측에서 착탈 가능하다. 즉, 필요에 따라 또는 촉진 내후성 시험 장치의 다양한 모델에 상관없이 촉진 내후성 시험 장치에 장착되기 위해서는 착탈 가능성이 있는 것이 바람직하다. 특히, 본래 냉각 장치를 구비하지 않은 촉진 내후성 시험 장치에 모델에 상관없이 상술한 추가 냉각기(220)를 용이하게 장착하기 위해서는 착탈 가능성이 있는 것이 바람직하다.

추가 냉각기(220)에 포함된 이러한 열 교환기(222)와 제 2 송풍기(224)는 일체형으로 장착될 수 있다. 후술하는 것처럼 열 교환기(222)와 제 2 송풍기(224)의 작동은 동시에 이루어지는 것이 바람직한바, 냉각 효율을 증대시키기 위해서는 열 교환기(222)와 제 2 송풍기는 일정한 간격을 두고 배치되고, 일체로 장착되거나 탈착되는 것이 바람직하다.

열 교환기(222)가 작동될 때 동시에 제 2 송풍기(224)가 작동되는 것이 바람직하다. 챔버 내부로 송풍하여 챔버 내의 공기를 유동하게 하는 것뿐만 아니라 열 교환기(222)의 냉각 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 열 교환기(222)의 작동에 의해 발생할 수 있는 성에의 생성을 방지할 수 있다.

여기에서 열 교환기(222)는 챔버 내의 온도를 조절할 수 있도록 열을 교환할 수 있는 수단이면 어떠한 수단이라도 가능하나 바람직하게는 냉매 증발기일 수 있다.

냉매 증발기의 냉각 핀의 간격은 3mm 이상이며, 냉매 증발기의 높이는 10cm 이상인 것이 바람직하다. 이에 따른 효과는 후술할 비교 시험값에 대한 설명에 따른다.

제 2 제어부(200)는 제 1 제어부(100)와 서로 독립적으로 작동된다. 다만, 제 2 제어부(200)에 의해 추가 냉각기(220)가 작동되며, 이러한 추가 냉각기(220)는 본래의 제 1 제어부(100)로 제어할 수 없는 온도까지 냉각이 필요할 때에만 작동되도록 설정됨이 바람직하다. 촉진 내후성 시험 장치 운영에 요구되는 전력 사용을 최소화하기 위함이다. 이러한 설정을 위해 냉매 증발기에 연결된 실외기는 인버터 방식이 바람직하다.

구체적으로, 제 2 챔버 온도 센서(241) 및 송풍 측정기(242)에서 챔 제 2 제어부(200)에 연결되어 측정된 챔버 내의 온도와 제 1 송풍기(140)의 풍량값이 제 2 제어부(200)에 전송된다. 이후, 제 2 제어부(200)는 챔버 내의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우 및 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 이상인 경우에만 추가 냉각 장치(200)를 작동시켜 추가로 챔버 내의 온도를 조절한다.

또한, 제 2 제어부(200)에 의해 추가 냉각기(220)가 작동된 상태에서 챔버 내의 온도가 상술한 기설정된 온도 미만으로 떨어지거나 제 1 송풍기(140)의 풍량 값이 상술한 기설정된 풍량값으로 떨어지는 경우에 상기 제 2 제어부(200)는 작동 중인 추가 냉각기(220)를 중단시킨다.

이에 따라, 본래의 냉각 장치에 의해 챔버 내의 온도의 조절이 어려운 경우에만 추가 냉각기(220)를 가동시켜 챔버 내의 온도가 조절되도록 하여 전력 낭비를 최소화하면서 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.

도 2 내지 도 3을 참조하여 시험 1 및 시험 2를 통하여 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(100)가 장착된 촉진 내후성 시험 장치에 의한 효과와 종래 기술에 따른 효과를 비교한 비교 시험값을 자세히 설명한다.

1. 시험 1

6.5kW급 제논-아크 램프를 구비한 종래의 촉진 내후성 시험 장치에 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(1000)가 장착된다.

추가 냉각기(220)는 다시 촉진 내후성 시험 장치 내에 장착되는 열 교환기(222)인 냉매 증발기와 제 2 송풍기(224), 그리고 촉진 내후성 시험 장치 외부에 장치되는 냉매 응축기(실외기)로 구성되었으며, 냉매 증발기의 냉각 핀 간격은 7mm, 냉매 증발기 높이는 25cm로 제작되었고, 제 2 송풍기(224)는 냉매 증발기와 일체형으로 제조되었다. 또한, 냉매 응축기 용량은 3마력(HP)을 사용하였다.

추가 감지기(240)는 촉진 내후성 시험 장치의 챔버 내부 온도를 측정하는 제 2 챔버 온도 센서(241)와 제 1 송풍기(140)의 풍량을 감지하는 송풍 측정기(242)로 구성되며, 이를 각각 감지하여 제 2 제어부(200)에 신호를 송출하면 제 2 제어부(200) 스스로의 제어에 의하여 추가 냉각기(220)의 작동 상태를 제어하여 종래 내후성 시험 장치의 온도 제어 장치로는 구현할 수 없는 현실모사적 내후성 시험온도를 구현하도록 하였다.

도 2에서 개시하고 있는 바와 같이, 종래의 촉진 내후성 시험 장치(6.5 kW급 제논-아크 램프 시험기)에 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(1000)를 장착하여 시험한 결과 블랙패널온도 및 챔버 온도 모두 종래 대비 (23 ~ 29)℃의 추가 냉각 효과를 안정적으로 구현할 수 있었으며 이는 종래의 시험 장치에서 구현할 수 없는 시험 온도이다.

2. 시험 2

또한, 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(1000)를 장착한 제논-아크 램프 방식의 촉진 내후성 시험 장치에 가로, 세로, 두께 각각 (68 mm × 47 mm × 3 mm) 크기의 무색 투명한 범용 폴리스틸렌(GPPS) 시편을 탑재하여 수행한 촉진 내후성 시험 결과를 도 3에 개시하였다.

도 3은 폴리스티렌 시편을 각각 상이한 시험 조건으로 수행한 결과를 누적 자외선 조사량에 따른 색차 변화 그래프로 표시한 것이다. 여기에서 볼 수 있듯이, 대전 지역의 남향 35°경사각으로 수행된 고정식 옥외 폭로에 의한 내후성 시험 결과(동그라미)를 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(1000)를 장착한 현실모사적 내후성 시험 장치의 시험 결과(네모)와 추가 장착식 냉각 장치(1000)가 없는 종래의 촉진 내후성 시험 장치로 수행된 종래의 촉진 내후성 시험 장치(SAE J1960의 시험 결과(마름모)를 함께 비교하여 개시한 것이다.

본 시험에서의 옥외 폭로시험이 수행된 시험 장소는 대한민국 대전광역시 유성구 장동이며, (300 ~ 400)nm 범위의 자외선 폭로량을 기준으로 누적 광량 500MJ/m² 폭로를 위한 시험 소요기간은 고정식 옥외 폭로시험의 경우 641일(2011년 2월부터 2012년 11월까지)이 소요되었다. 또한, 시험 2의 본 발명의 추가 장착식 냉각장치(1000)를 장착한 제논-아크 광원에 의한 내후성 시험에서 누적 광량 500MJ/m² 폭로를 위한 시험 소요시간은 87일이 소요되었으며, 추가 장착식 냉각 장치(1000)가 없는 종래의 내후성 시험에서 누적 광량 500MJ/m² 폭로를 위한 시험 소요시간은 158일이 소요되었다. 따라서 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(1000)를 사용한 현실모사적 촉진 내후성 시험 장치는 동일한 자외선 재현 시험 결과를 얻는데 약 7.4배의 가속 효과를 얻을 수 있는데 반하여, 종래의 촉진 내후성 장치를 사용한 시험 방법(SAE J1960: 미국 자동차공학회의 "자동차 외장재료의 촉진 내후성 시험법)은 4.1배의 가속 효과를 얻는데 불과하다.

도 2에서 확인할 수 있는 것처럼, 종래의 촉진 내후성 시험 장치에 본 발명에 따른 추가 장착시 냉각 장치(1000)를 장착하면 종래 기술에서 제어할 수 있는 블랙패널온도 및 챔버온도 하한치 모두를 종래 대비 (23 ~ 29)℃ 추가로 냉각할 수 있는 효과를 안정적으로 구현하여 촉진 내후성 시험 장치의 시험 온도를 실제의 필드 온도에 보다 근접한 현실모사적 시험 조건을 사용할 수 있다.

또한, 도 3에 개시된 바와 같이, 통상 내후성 시험의 표준시료로 흔히 사용되는 무색 투명한 범용 폴리스틸렌 시편 내후성 시험에 의한 표면 색차 변화를 확인한 결과, 본 발명에 따른 추가 장착식 냉각 장치(1000)를 장착한 촉진 내후성 시험 장치를 사용한 현실모사적 내후성 시험은 종래기술보다 대한민국 대전 지역에서 발생한 광열화를 보다 잘 재현해 낼 뿐 아니라, 상술한 바와 같이 추가 장착식 냉각 장치(1000)가 없는 종래의 내후성 시험보다 약 1.8배 이상 빠른 가속성을 나타내는 효과를 갖는다. 이는 촉진 내후성 시험 장치의 개발 목표인 더 빠르면서도 더 필드 재현성이 우수한 가속시험 조건을 구사하는 것을 의미한다.

이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 제 1 제어부
120: 제 1 챔버 온도 센서
140: 제 1 송풍기
200: 제 2 제어부
220: 추가 냉각기
222: 열 교환기
224: 제 2 송풍기
240: 추가 감지기
241: 제 2 챔버 온도 센서
242: 송풍 측정기
1000: 추가 장착식 냉각 장치

Claims (6)

1. 챔버 내로 복사열을 제공하는 광원;과
   상기 챔버 내의 온도를 측정하는 제 1 챔버 온도 센서,
   상기 챔버 내에 위치하며 챔버 내의 공기를 외부로 배출하는 제 1 송풍기, 및
   상기 제 1 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도에 따라 상기 제 1 송풍기의 작동을 제어하는 제 1 제어부를 포함하는 냉각장치;를 구비한 현실모사 촉진 내후성 시험 장치에 있어서,
   상기 현실모사 촉진 내후성 시험 장치는,
   상기 현실모사 촉진 내후성 시험 장치에 착탈 가능하게 장착되며, 내측에 열 교환기 및 제 2 송풍기가 구비된 추가 장착식 냉각기;
   상기 제 1 챔버 온도 센서와는 별개로 구비되어 상기 챔버 내의 온도를 측정하는 제 2 챔버 온도 센서와 상기 제 1 송풍기의 풍량을 측정하는 송풍 측정기를 포함하는 추가 감지기; 및
   상기 추가 장착식 냉각기 및 상기 추가 감지기와 연결되어,
   상기 추가 감지기에서 감지한 챔버 내의 온도와 제 1 송풍기의 풍량에 따라 상기 추가 장착식 냉각기의 열 교환기 및 제 2 송풍기의 작동을 제어하는 제 2 제어부;를 더 포함하고,
   상기 제 2 제어부는,
   상기 제 1 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도에 따라 상기 제 1 송풍기의 작동을 제어하는 제 1 제어부와는 독립적으로 작동하되,
   상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 이상인 동시에, 상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 이상인 경우에만 상기 추가 장착식 냉각기를 작동시켜,
   상기 챔버 내의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제 2 제어부는,
   상기 추가 감지기를 통해 상기 챔버 내의 온도와 제 1 송풍기의 풍량을 감지하여,
   상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 보다 낮거나, 또는,
   상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 보다 낮은 경우에는,
   상기 추가 장착식 냉각기의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는, 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제 1 송풍기의 풍량은,
   제 1 송풍기의 출력, 제 1 송풍기의 회전수, 제 1 송풍기에 의해 발생된 풍속, 및 제 1 송풍기 상에 위치한 댐퍼의 각도 중 어느 하나 이상을 측정하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 열 교환기 및 제 2 송풍기는 일정한 간격을 두고 일체로 형성되어,
   상기 촉진 내후성 시험 장치 내부의 공기 흡입구 또는 공기 순환 통로 상에 위치하되,
   상기 제 2 제어부는 상기 열 교환기가 작동될 때 동시에 제 2 송풍기가 작동되도록 제어함으로써,
   챔버 내의 공기를 유동과 열 교환기의 냉각 효율을 증대시키는 것과 동시에 열 교환기의 작동에 의해 발생할 수 있는 성에의 생성을 방지하는 것을 특징으로 하는, 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치.
   
5. 제1항 또는 제4항의 추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치를 이용한 냉각 방법에 관한 것으로,
   (a) 촉진 내후성 시험 장치 챔버의 내측에 위치하는 제 1 챔버 온도 센서가 챔버 내의 온도를 센싱하는 단계;
   (b) 상기 제 1 챔버 온도 센서에 의해 센싱된 온도가 제 1 제어부에 전송되는 단계;
   (c) 상기 제 1 챔버 온도 센서에 의해 센싱된 온도가 기설정된 온도 이상인 경우, 상기 제 1 제어부가 상기 챔버 내측에 위치하는 제 1 송풍기를 작동시키는 단계;
   (d) 상기 챔버 내측에 위치하는 제 2 챔버 온도 센서 및 송풍 측정기를 포함하는 추가 감지기가 상기 챔버 내의 온도 및 상기 제 1 송풍기의 풍량을 측정하는 단계;
   (e) 상기 추가 감지기는 제 2 제어부에 연결되며, 상기 제 2 챔버 온도 센서에서 센싱된 온도 및 상기 송풍 측정기에서 측정된 제 1 송풍기의 풍량값이 제 2 제어부에 전송되는 단계; 및
   (f) 상기 제 2 제어부가 상기 제 1 제어부와 독립적으로, 상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 이상인 동시에, 상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 이상인 경우에만 상기 추가 장착식 냉각기를 작동시키는 단계;를 포함하는,
   추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치의 냉각 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 (f) 단계 이후,
   (g) 상기 제 2 제어부가 상기 추가 감지기를 통해 상기 챔버 내의 온도와 제 1 송풍기의 풍량을 감지하여,
   상기 제 2 챔버 온도 센서에서 측정한 챔버 내의 온도가 기설정 온도 보다 낮거나, 또는, 상기 송풍 측정기를 통해 측정한 상기 제 1 송풍기의 풍량이 기설정된 풍량값 보다 낮은 경우에는, 상기 추가 장착식 냉각기의 작동을 중단시키는 단계;를 더 포함하는,
   추가 장착식 냉각 장치가 구비된 현실모사 촉진 내후성 시험 장치의 냉각 방법.
   

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