적층 단열재(multi-layer insulation, MLI)는 초전도마그넷과 초전도 전력 케이블과 같은 초전도 응용기기의 냉각에 사용되는 저온유지장치(cryostat)에 외부 열침입을 차단하여 단열성능을 향상시키기 위해 사용된다. 적층 단열재는 인공위성에 사용되는 단열재로 적층단열재를 구성하는 자재의 종류와 적층층수 등에 따라 단열 성능이 변화한다. 본 연구에서는 적층 단열재의 원리를 이용한 축열조용 복합 다층 단열재(composite multilayer insulation, CMI)의 구성 재질 종류를 변경하고 적층 방식을 바꿈으로서 단열 성능이 바뀌는 것을 확인하였다. 실험은 KS C 9805의 방법을 이용하였으며, 복합 다층 단열재의 단열 성능 확인을 위해 동일한 조건의 축열조에 스티로폼을 적용하여 비교하였다. 또한, 실험 결과를 분석하기 위한 방법으로 기존 단열재에 대한 등가 두께를 비교하고 type별 CMI의 열전도율을 구해 비교하였다. 그 결과 복합 다층 단열재의 등가 두께는 스티로폼 보다 작아 동일 두께인 경우 스티로폼 보다 단열성능이 더 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 복합 다층 단열재의 구성 소재 및 적층 방식에 따라 전도, 대류 및 복사와 관련된 값들의 변화가 총괄 열전달계수에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
적층 단열재(multi-layer insulation, MLI)는 초전도 마그넷과 초전도 전력 케이블과 같은 초전도 응용기기의 냉각에 사용되는 저온유지장치(cryostat)에 외부 열침입을 차단하여 단열성능을 향상시키기 위해 사용된다. 적층 단열재는 인공위성에 사용되는 단열재로 적층단열재를 구성하는 자재의 종류와 적층층수 등에 따라 단열 성능이 변화한다. 본 연구에서는 적층 단열재의 원리를 이용한 축열조용 복합 다층 단열재(composite multilayer insulation, CMI)의 구성 재질 종류를 변경하고 적층 방식을 바꿈으로서 단열 성능이 바뀌는 것을 확인하였다. 실험은 KS C 9805의 방법을 이용하였으며, 복합 다층 단열재의 단열 성능 확인을 위해 동일한 조건의 축열조에 스티로폼을 적용하여 비교하였다. 또한, 실험 결과를 분석하기 위한 방법으로 기존 단열재에 대한 등가 두께를 비교하고 type별 CMI의 열전도율을 구해 비교하였다. 그 결과 복합 다층 단열재의 등가 두께는 스티로폼 보다 작아 동일 두께인 경우 스티로폼 보다 단열성능이 더 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 복합 다층 단열재의 구성 소재 및 적층 방식에 따라 전도, 대류 및 복사와 관련된 값들의 변화가 총괄 열전달계수에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
MLI(Multi-layer Insulation) is widely used to get highly insulating on cryogenic system in order to reduce heat loads. MLI for satellites thermal performance is changed by materials and laminated method. In this study, a composite multilayer insulation by application of heat stroage tank performance...
MLI(Multi-layer Insulation) is widely used to get highly insulating on cryogenic system in order to reduce heat loads. MLI for satellites thermal performance is changed by materials and laminated method. In this study, a composite multilayer insulation by application of heat stroage tank performance were compared with materials and laminated to change the way. Experimental methods of the KS C 9805 was used, the composite multilayer insulation and EPS was compared with the insulation performance. A method for analysis of experimental results is the equivalent thickness about CMI and the insulation performance were used to compare thermal conductance. As a results, the equivalnet thickenss and the thermal conductance of the composite multilayer insulation were smaller than the EPS and the thermal performance are more excellent. In addition, the configuration of the composite multilayer insulation materials and laminated method varies depending on the overall heat transfer coefficient was confirmed.
MLI(Multi-layer Insulation) is widely used to get highly insulating on cryogenic system in order to reduce heat loads. MLI for satellites thermal performance is changed by materials and laminated method. In this study, a composite multilayer insulation by application of heat stroage tank performance were compared with materials and laminated to change the way. Experimental methods of the KS C 9805 was used, the composite multilayer insulation and EPS was compared with the insulation performance. A method for analysis of experimental results is the equivalent thickness about CMI and the insulation performance were used to compare thermal conductance. As a results, the equivalnet thickenss and the thermal conductance of the composite multilayer insulation were smaller than the EPS and the thermal performance are more excellent. In addition, the configuration of the composite multilayer insulation materials and laminated method varies depending on the overall heat transfer coefficient was confirmed.
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제안 방법
복합 다층 단열재는 그림 2와 같이 여러 겹의 소재와 메시를 차례로 적층하여 구성하였다. 따라서 복합 다층 단열재를 통한 열전달 경로는 복사 및 접촉에 의한 전도 현상이며, 대기압 하에서는 복합 다층 단열재 내부에 존재하는 기체에 의한 열전달도 발생한다.
본 연구는 복합 다층 단열재를 제작함에 있어 그 사용 재질의 종류를 변경하고 구성 방식을 바꿈으로서 대기압 상온 조건에서 축열조용 복합 다층 단열재의 단열 성능을 실험하고 결과를 분석하였다.
본 연구에서 복합 다층 단열재의 구성 소재 및 적층방식을 달리하여 제작한 후 축열조에 적용하여 보온 성능을 실험하였다. 비교 단열재는 두께 50 mm의 EPS로 하였으며 단열 성능을 비교한 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
본 연구에서 복합 다층 단열재의 구성 소재 및 적층방식을 달리하여 제작한 후 축열조에 적용하여 보온 성능을 실험하였다. 비교 단열재는 두께 50 mm의 EPS로 하였으며 단열 성능을 비교한 결과는 다음과 같다.
실험 결과를 비교하기 위한 실험 비교군으로 기존 축열조용 단열재로 사용되던 스티로폼 50mm를 이용하였으며, 그림 5에 그 예를 나타내었다.
이론/모형
복합 다층 단열재의 실험을 위한 실험장치로 온도 측정을 위한 계측기는 YOKOGAWA 2000을 사용하였다. 실험장치는 그림 3, 축열조의 사양은 표 2, 축열조의 내부는 그림 4와 같다.
축열조의 보온 실험은 KS C 9805의 보온 효율 실험방법을 이용하였다3]. 먼저 보일러가 7kW로 일정하게 열량을 공급하여 물을 가열하고 축열조 내부 물의 온도를 60℃까지 올렸다.
성능/효과
(1) 복합 다층 단열재는 EPS 대비 등가 두께의 비율이 0.143 ~ 0.833범위로 얇은 두께이지만 기존 EPS 보다 단열 성능이 더 뛰어난 것을 확인하였으며, 동일한 단열효과를 나타내는 두께가 스티로폼보다 얇아짐을 알 수 있다.
(2) 복합 다층 단열재는 스티로폼의 열전도율이 0.035 W/m·K인데 반해 구성 방식에 따라 0.013 ~ 0.035 W/m·K의 값을 가졌다.
(3) 이와 같은 결과를 토대로 볼 때 복합 다층 단열재의 구성 소재 및 적층 방식에 따라 전도, 대류 및 복사와 관련된 값들의 변화가 생겨 열전도율과 등가 두께가 달라질 수 있음을 확인하였다.
표4와 표 5의 결과를 종합해볼 때 Type 6의 경우 계산된 열전도율은 대비 1/3 수준이지만, 등가두께는 1/7 수준이 된다. 이는 복합 다층 단열재가 일반 단열재와는 달리 전도에 의한 열손실을 줄이는 기능 이외에 복사에 의한 열손실을 방지하는 기능을 가졌음을 보여준다 할 수 있다.
035 W/m·K의 값을 가졌다. 이는 복합 다층 단열재의 구성 방식을 바꾸어 줌으로서 열전도율이 더 낮은 좋은 단열재의 제작이 가능함을 확인한 것이다.
표 4를 보면 구성이 다른 각 Type에 따라 EPS 등가 두께도 달라졌으며, CMI 두께 대비 등가 두께의 비도 0.143 ~ 0.833의 범위인 것을 알 수 있다.
후속연구
(4) 복합 다층 단열재의 단열 성능에 대한 경향을 파악하고 성능을 예측하기 위한 이론적인 연구가 필요하다고 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
적층 단열재란?
적층 단열재(multi-layer insulation, MLI)는 초전도 마그넷과 초전도 전력 케이블과 같은 초전도 응용기기의 냉각에 사용되는 저온유지장치(cryostat)에 외부 열침입을 차단하여 단열성능을 향상시키기 위해 사용된다. 적층 단열재는 인공위성에 사용되는 단열재로 적층단열재를 구성하는 자재의 종류와 적층층수 등에 따라 단열 성능이 변화한다. 본 연구에서는 적층 단열재의 원리를 이용한 축열조용 복합 다층 단열재(composite multilayer insulation, CMI)의 구성 재질 종류를 변경하고 적층 방식을 바꿈으로서 단열 성능이 바뀌는 것을 확인하였다.
적층 단열재가 사용되는 이유는?
적층 단열재(multi-layer insulation, MLI)는 초전도 마그넷과 초전도 전력 케이블과 같은 초전도 응용기기의 냉각에 사용되는 저온유지장치(cryostat)에 외부 열침입을 차단하여 단열성능을 향상시키기 위해 사용된다. 적층 단열재는 인공위성에 사용되는 단열재로 적층단열재를 구성하는 자재의 종류와 적층층수 등에 따라 단열 성능이 변화한다.
복합 다층 단열재의 구성 소재 및 적층방식을 달리하여 제작한 후 축열조에 적용하여 단열 성능을 비교한 결과는?
(1) 복합 다층 단열재는 EPS 대비 등가 두께의 비율이 0.143 ~ 0.833범위로 얇은 두께이지만 기존 EPS 보다 단열 성능이 더 뛰어난 것을 확인하였으며, 동일한 단열효과를 나타내는 두께가 스티로폼보다 얇아짐을 알 수 있다.
(2) 복합 다층 단열재는 스티로폼의 열전도율이 0.035 W/m·K인데 반해 구성 방식에 따라 0.013 ~ 0.035 W/m·K의 값을 가졌다. 이는 복합 다층 단열재의 구성 방식을 바꾸어 줌으로서 열전도율이 더 낮은 좋은 단열재의 제작이 가능함을 확인한 것이다.
(3) 이와 같은 결과를 토대로 볼 때 복합 다층 단열재의 구성 소재 및 적층 방식에 따라 전도, 대류 및 복사와 관련된 값들의 변화가 생겨 열전도율과 등가 두께가 달라질 수 있음을 확인하였다.
(4) 복합 다층 단열재의 단열 성능에 대한 경향을 파악하고 성능을 예측하기 위한 이론적인 연구가 필요하다고 사료된다.
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