[환경 챔버]LV 124 K-15 결로 시험 규격의 구현 난이도와 항온항습기 제어 기술

 

목차

 

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LV 124 K-15 / GS 95011-4 결로 시험의 목적과 시험 원리

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그래프는 자동차 전장품의 결로 내성을 평가하는 LV 124 K-15 Condensation Test, 또는 GS 95011-4 Dewing / Condensation Test 계열의 시험 프로파일입니다. 이 시험은 차량용 전기·전자 부품이 실제 차량 환경에서 경험할 수 있는 고온고습, 급격한 온도 하강, 저온 노출, 결로 발생, 재가열 및 건조 과정을 하나의 사이클 안에서 반복적으로 재현하는 시험입니다. 자동차 전장품은 실차 환경에서 엔진룸, 실내, 도어 내부, 트렁크, 하부 공간 등 다양한 위치에 장착되며, 지역에 따라 고온 다습한 환경과 영하의 저온 환경을 반복적으로 경험할 수 있습니다. 특히 추운 지방에서는 야간에 부품이 차갑게 식은 상태에서 외기 온도나 차량 내부 온도가 상승하면 부품 표면에 결로가 발생할 수 있습니다. 이 결로는 커넥터, PCB, 센서, 하우징 내부, 절연부 등에 영향을 주어 누설전류, 절연저항 저하, 부식, 전기화학적 마이그레이션, 통신 오류, 순간적인 기능 이상을 유발할 수 있습니다. 따라서 이 시험의 목적은 단순히 부품을 고온고습에 노출하는 것이 아니라, 실제 차량에서 발생할 수 있는 “젖음과 건조의 반복 조건”에서 전장품이 정상적으로 동작하는지를 확인하는 데 있습니다.

 

이 시험의 핵심은 온도와 습도의 동적 변화입니다. 그래프를 보면 고온 영역에서 높은 상대습도를 유지하다가, 비교적 짧은 시간 안에 온도를 낮추고 다시 상승시키는 구간이 반복됩니다. 특정 구간에서는 온도가 70°C 부근에서 25~30°C 부근으로 내려가고, 이후 더 낮은 온도 또는 영하 영역까지 진행됩니다. 습도는 95%RH, 90%RH, 80%RH와 같은 높은 수준에서 제어되며, 시험 구간별로 상대습도 조건이 달라집니다. 여기서 중요한 것은 상대습도 숫자 자체보다 공기 온도, 절대수분량, 이슬점, 시료 표면 온도 사이의 관계입니다. 결로는 공기 중 수증기가 더 이상 기체 상태로 머물지 못하고 물로 변하는 현상이며, 시료 표면 온도가 주변 공기의 이슬점 이하가 될 때 발생합니다. 예를 들어 25°C / 95%RH 조건의 이슬점은 약 24°C 수준입니다. 즉, 공기는 거의 포화 상태에 가깝고, 시료 표면이 공기보다 약간만 차가워도 표면에 물방울이 맺힐 수 있습니다. 이 시험은 바로 이러한 조건을 이용하여 시료 표면에 의도적으로 결로를 만들고, 그 상태에서 제품의 기능 안정성을 평가하는 시험입니다.

 

 

구현이 어려운 이유와 챔버에서 구현 가능한 방법

팜테크 항온 항습 챔버 라인

 

이 시험을 챔버에서 구현하기 어려운 가장 큰 이유는 온도가 빠르게 떨어지는 동안 높은 습도를 유지해야 하기 때문입니다. 일반적으로 온도 변화가 빠를수록 챔버 제어는 어려워집니다. 특히 이 시험처럼 고온고습 상태에서 저온 영역으로 내려가는 경우에는 물리적으로 더 복잡한 문제가 발생합니다. 공기는 온도가 높을수록 많은 수증기를 포함할 수 있고, 온도가 낮아질수록 포함할 수 있는 수증기량이 급격히 줄어듭니다. 따라서 70°C 이상의 고온고습 상태에서 25~30°C 부근으로 냉각되면, 공기가 보유할 수 있는 수분량이 크게 감소합니다. 이때 초과된 수분은 챔버 내부 벽면, 시료 표면, 증발기 표면 등에 물로 응축되어 빠져나가게 됩니다. 그래서 온도가 떨어지는 과정에서는 상대습도를 높게 유지하고 싶어도 실제로는 수분이 빠르게 물로 변해 공기 중에서 사라지는 현상이 발생합니다. 이 때문에 습도 제어가 늦어지거나 목표값을 따라가지 못할 수 있으며, 규격에서 특정 구간의 허용 오차나 안정화 시간을 비교적 넓게 두는 이유도 이러한 물리적 한계를 고려한 것으로 볼 수 있습니다.

 

또한 챔버 내부에서는 증발기와 가습기가 서로 반대 방향으로 동작하는 제어 충돌이 발생합니다. 온도를 낮추기 위해서는 냉동 시스템의 증발기를 사용해야 합니다. 증발기는 공기의 열을 빼앗아 온도를 낮추지만, 동시에 공기 중 수분을 증발기 표면에 응축시켜 제거합니다. 즉, 증발기는 냉각 장치이면서 동시에 제습 장치입니다. 그런데 시험 조건은 온도를 낮추면서도 높은 습도를 유지해야 하므로, 증발기에 의해 제거된 수분을 보충하기 위해 가습기가 동작해야 합니다. 문제는 가습기가 수분만 공급하는 것이 아니라, 물의 증발 또는 증기 공급 과정에서 열도 함께 투입한다는 점입니다. 결과적으로 증발기는 온도와 습도를 낮추고, 가습기는 습도를 올리면서 온도도 올리는 방향으로 작용합니다. 이 때문에 냉각과 가습이 서로 싸우는 상태가 되며, 제어가 불안정해지거나 온도·습도 헌팅이 발생할 수 있습니다.

 

전자식 습도센서, 온도센서, 항온항습 챔버, 팜테크

 

저온 구간에서는 습도 측정 자체도 어려워집니다. 특히 0°C 이하에서는 일반적인 전자식 습도 센서가 안정적으로 상대습도를 측정하기 어렵습니다. 센서 표면에 응축수나 성에가 생기면 실제 공기 습도와 다른 값을 읽을 수 있고, 반복적인 결로·건조 환경에서는 센서 소자가 오염되거나 열화될 수 있습니다. 또한 영하 구간을 지난 뒤 온도가 다시 상승하면서 습도를 측정하려 할 때, 센서 표면이나 보호 필터에 남아 있던 응축수가 다시 증발하거나 센서 표면을 젖게 만들어 측정 오류가 발생할 수 있습니다. 전자식 습도 센서는 이러한 결로 시험을 반복적으로 수행할 경우 수명 저하나 고장 위험이 커질 수 있습니다. 반면 습구식, 즉 헝겊 wick을 사용하는 방식은 전자식 센서보다 결로 환경에 상대적으로 강하고, 고습 조건에서 안정적인 측정에 유리합니다. 다만 습구식도 wick 오염, 물 공급, 저온 동결 조건에 대한 관리가 필요하므로, 챔버 설계와 운전 로직이 함께 중요합니다.

 

팜테크 챔버가 이 시험을 구현할 수 있는 이유는 이러한 물리적 제약과 제어 충돌을 고려하여 냉각, 제습, 가습, 재열, 습도 측정을 통합적으로 제어할 수 있는 구조를 갖추고 있기 때문입니다. 특히 이 시험에서는 단순히 온도와 습도 설정값을 입력하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 고온고습 구간에서는 안정적인 가습 능력이 필요하고, 온도 하강 구간에서는 증발기에 의한 과도한 제습을 억제하면서도 목표 냉각 속도를 따라가야 합니다. 저온고습 구간에서는 가습으로 인한 온도 상승을 보정해야 하며, 건조 구간에서는 수분을 빠르게 제거하면서 다음 사이클에 영향을 주지 않도록 챔버 내부와 시료 주변 조건을 안정화해야 합니다. 이를 위해서는 냉동 능력을 세밀하게 조절하고, 증발기 표면 온도와 제습량을 관리하며, 가습량과 재열량을 온도 제어와 연동해서 조절할 수 있어야 합니다.

 

또한 Dual 제어 또는 Dual 냉각·제습 구조를 적용하면 이 시험의 구현성이 크게 향상됩니다. Dual 구조의 의미는 장비 설계에 따라 이중 냉동계, 이중 증발기, 냉각·제습 분리 제어, 또는 듀얼 루프 제어일 수 있지만, 핵심은 하나입니다. 증발기가 습도를 과도하게 떨어뜨리는 것을 억제하고, 가습기가 온도를 과도하게 올리는 것을 보정하여 온도와 습도를 독립적으로 더 정밀하게 제어하는 것입니다. 일반적인 단일 제어 구조에서는 냉각을 강하게 걸면 습도가 떨어지고, 습도를 올리면 온도가 올라가는 악순환이 생기기 쉽습니다. 그러나 Dual 제어 구조를 사용하면 필요한 냉각량은 유지하면서 제습량을 억제하거나, 가습으로 인한 열 부하를 냉각·재열 제어와 함께 보정할 수 있습니다. 따라서 빠른 온도 하강 중에도 높은 습도 조건을 재현할 수 있고, 0°C 이하 또는 결로가 발생하는 구간에서도 센서 보호와 제어 안정성을 확보할 수 있습니다.

 

결국 이 시험은 단순한 온습도 반복 시험이 아니라, 빠른 온도 변화, 높은 습도 유지, 응축수 발생, 증발기 제습, 가습 열부하, 센서 결로, 저온 측정 한계가 동시에 존재하는 고난도 결로 시험입니다. 구현이 어려운 이유는 시험 조건 자체가 챔버 제어계에 서로 반대되는 요구를 하기 때문입니다. 그러나 냉각·가습 충돌을 고려한 Dual 제어, 증발기 결빙 및 과제습 억제 로직, 습구식 또는 결로 내성이 높은 습도 측정 방식, 구간별 제어 알고리즘을 갖춘 챔버라면 이 시험을 안정적으로 구현할 수 있습니다. 따라서 우리 챔버는 단순히 온도와 습도를 맞추는 장비가 아니라, 결로 시험의 특성에 맞게 온도 변화와 수분 거동을 동시에 제어할 수 있는 구조를 갖추고 있기 때문에 LV 124 K-15 / GS 95011-4와 같은 결로 시험 사이클을 재현할 수 있습니다.

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)