Radiative heating is suitable for outdoor heating system in windy and cold seasons. Optimal design of the radiative thermal reflector is very important to maximize heat transfer to a specific target area in the open space. Geometric optics can be applied to analyze efficiency of the reflector. Commercial ray tracing computer programs are available only for limited geometries of the reflector. Alternatively, it may be designed and analyzed through an approximated simple lens theory. Two types of reflectors are analyzed using either of these methods. The key issue in this paper is to propose a new illumination experimental method for determination of the radiative efficiency. Optical light source and illuminometer are employed. The calculated efficiency of the reflector is compared with experimental one for checking the reliability. The relative errors between the experimental and analytical results are less than 5%, which proves the validity of this method. Based on these methodologies, a practical reflector and heating lamp unit is developed.
본 논문에서는 복사열 반사판의 성능을 해석하기 위한 광학적 해석 및 새로운 실험기법에 관한 연구를 기술하였다. 복사열전달은 적외선의 형태로 직접 전달되기 때문에 복사열 난방은 춥고 바람이 부는 계절의 야외난방에 적합하다. 따라서 임의의 공간상에서 특정한 위치로의 복사열전달을 최대화하기 위해서는 복사열 반사판의 최적 설계가 상당히 중요하다.
이를 위해 기하 광학 이론이 적용 가능하며 상용 광선 추적 프로그램을 이용하는 것이 바람직하지만 복잡한 형상에의 적용에 한계가 있어 간단한 렌즈이론 및 형상계수의 개념을 적용시켜 근사해석을 수행하였다. 즉, 여섯 가지의 다른 주요변수를 가지는 사각 반사판과 구형 반사판에 대한 설계 및 해석을 수행하였다. 해석적 결과를 얻기 위해 사각 반사판의 경우는 OpticsLab522$^\circledR$라는 상용프로그램을 이용하였고 구형 반사판의 경우는 렌즈이론 및 형상계수의 개념을 적용하였다. 복사열의 적외선을 가시광선으로 상사하여 광원과 조도계를 이용한 실험법을 제시하였고 이를 이용하여 반사판의 실제 복사열전달 효율을 구하였다.
여러 가지 주요변수를 갖는 사각 반사판과 구형 반사판에 대한 실험 결과와 해석 결과를 비교한 결과 그 측정오차와 환경오차를 감안하면 5%내로 잘 일치함을 알 수 있었다. 이로써 본 연구에서 제시된 복사열 반사판 설계를 위한 광학적 해석 및 실험기법이 타당함을 확인할 수 있었으며 이를 바탕으로 실제 응용이 가능한 구형 반사판과 근적외선 할로겐 램프 열원을 제작하였다.
