KR101297514B1 - 진공단열재, 및 주파수 응답법을 이용한 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치와 그 방법 - Google Patents

진공단열재, 및 주파수 응답법을 이용한 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치와 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재는 상기 진공단열재 표면의 평활도 및 표면 경도를 위해, 외피재와 심재 사이에는, 기준 두께보다 얇은 강체 또는 기준 강도보다 강한 게터(Getter)가 형성되는 구조; 또는 상기 외피재와 상기 심재 사이에 형성된 상기 게터의 상부에는, 상기 기준 두께보다 얇은 강체가 형성되는 구조를 가진다.

Description

진공단열재, 및 주파수 응답법을 이용한 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치와 그 방법{VACUUM INSULATION PANEL, AND APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING INTERNAL VACUUM LEVEL OF THE VACUUM INSULATION PANEL USING FREQUENCY RESPONSE METHOD}
본 발명의 실시예들은 진공단열재, 및 주파수 응답법을 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
진공단열재는 다공성 충진물(심재)과 이를 싸고 있는 차단성 외피(외피재)로 구성되는데, 외피 내부의 기체를 제거하여 진공 상태를 수년이상 유지함으로써 매우 낮은 열전도도를 갖게 된다.
상기 진공단열재는 그 단열 성능이 내부의 진공에 의존하는 것이므로, 진공도의 저하에 따라 단열성능도 저하하게 된다. 따라서, 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하여 제품의 불량 여부를 확인하는 것이 중요하다.
그런데, 기존에는 진공단열재 표면에 열류량 및 전위차를 이용하여 입력된 열류 및 전위값을 열저항값으로 환산하여 진공도를 평가하는 방법이 사용되었다. 이러한 기존 진공도 평가 방법은 열류 및 전위값을 인식하는 센서의 민감도 및 측정 환경에 따라서 그 신뢰 수준이 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 기존의 진공도 평가 방법은 내부 진공도를 직접적으로 평가하는 것이 아니라 열저항값과의 상관 관계에 의해서만 진공도를 평가할 수 있으므로, 진공단열재 표면에 물리적인 강한 스트레스 및 장시간에 걸친 평가 시간이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 진공단열재 표면에 임팩트 포스(Impact Force)를 가할 시, 진공단열재 표면의 평활도 및 표면 경도에 따라 임팩트 포스가 분산 또는 저감될 수 있도록 하는 진공단열재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 진공단열재의 표면에 임팩트(impact) Force를 가한 후 고유진동수를 측정하여 진공단열재의 진공도와 고유진동수와의 관계를 통해 진공단열재 내부의 진공도를 평가할 수 있는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 진공단열재 표면에 물리적인 강한 스트레스 및 장시간에 걸친 평가 시간이 필요 없고, 내부 진공도에 따른 진공단열재 자체의 강성으로만 진공도를 평가할 수 있으므로, 진공단열재의 품질 검사에 유용하게 사용될 수 있는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재는 상기 진공단열재 표면의 평활도 및 표면 경도를 위해, 상기 외피재와 상기 심재 사이에는, 기준 두께보다 얇은 강체 또는 기준 강도보다 강한 게터(Getter)가 형성되는 구조; 또는 상기 외피재와 상기 심재 사이에 형성된 상기 게터의 상부에는, 상기 기준 두께보다 얇은 강체가 형성되는 구조를 가진다.
상기 기준 두께는 0.5 ~ 1.5mm 범위를 갖는 것이 바람직하다.
상기 기준 강도는 2 ~ 4H 범위를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 진공단열재를 가진시키기 위해, 상기 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면에 충격을 가해주는 해머부; 상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 변위를 측정하는 변위 측정부; 상기 변위 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 주파수 분석부; 및 상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 진공도 평가부를 포함한다.
상기 주파수 분석부는 상기 변위 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻고, 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정할 수 있다.
상기 진공도 평가부는 상기 주파수 분석부에 의해 측정된 고유진동수를 기준 진동수와 비교하여, 상기 비교 결과에 따라 상기 진공단열재의 진공도를 평가할 수 있다.
상기 기준 진동수는 사이즈별 및 중량별 정상 진공단열재 제품의 고유진동수에 대한 평균값으로서 일정 범위를 가질 수 있다.
상기 진공도 평가부는 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위를 벗어나면 상기 진공단열재의 진공도가 불량인 것으로 평가하고, 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위 내에 있으면 상기 진공단열재의 진공도가 우량인 것으로 평가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 해머부의 가격에 따라 상기 진공단열재에 전달되는 힘의 크기를 측정하는 힘 측정 센서를 더 포함하고, 상기 주파수 분석부는 상기 변위 측정값을, 상기 변위와 상기 힘과의 관계식에 따른 기계적 컴플라이언스(Mechanical Compliance) 값으로 환산하고, 상기 환산된 기계적 컴플라이언스 값을 주파수 영역에서 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정할 수 있다.
상기 변위 측정부는 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 변위를 측정하는 레이저식 변위계 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면을 가격하여 충격을 주기 위한 해머부; 상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 가속도를 측정하는 가속도 측정부; 상기 가속도 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 주파수 분석부; 및 상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 진공도 평가부를 포함한다.
상기 주파수 분석부는 상기 가속도 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻고, 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정할 수 있다.
상기 가속도 측정부는 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 가속도를 측정하는 레이저식 가속도계 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법은 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면을, 해머로 가격하여 충격을 주는 단계; 상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 변위를 측정하는 단계; 상기 변위 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계; 및 상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계를 포함한다.
상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계는 상기 변위 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻는 단계; 및 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계는 상기 측정된 고유진동수가 기준 진동수의 범위를 벗어나면 상기 진공단열재의 진공도가 불량인 것으로 평가하는 단계; 및 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위 내에 있으면 상기 진공단열재의 진공도가 우량인 것으로 평가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법은 상기 해머의 가격에 따라 상기 진공단열재에 전달되는 힘의 크기를 측정하는 단계; 상기 변위 측정값을, 상기 변위와 상기 힘과의 관계식에 따른 기계적 컴플라이언스(Mechanical Compliance) 값으로 환산하는 단계; 및 상기 기계적 컴플라이언스 값을 주파수 영역에서 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 변위를 측정하는 단계는 레이저식 변위계 센서를 이용하여, 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 상기 질점의 변위를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법은 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면을, 해머로 가격하여 충격을 주는 단계; 상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 가속도를 측정하는 단계; 상기 가속도 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계; 및 상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계를 포함한다.
상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계는 상기 가속도 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻는 단계; 및 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 질점의 가속도를 측정하는 단계는 레이저식 가속도계 센서를 이용하여, 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 상기 질점의 가속도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법은 힘을 발생시키는 가진기로, 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면에 힘을 가해 주는 단계; 상기 진공단열재에 가해진 힘에 따른 질점의 가속도를 측정하는 단계; 상기 가속도 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계; 및 상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계를 포함한다.
상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계는 상기 가속도 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻는 단계; 및 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 질점의 가속도를 측정하는 단계는 레이저식 가속도계 센서를 이용하여, 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 상기 질점의 가속도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재에 의하면, 진공단열재 표면에 임팩트 포스(Impact Force)를 가할 시, 진공단열재 표면의 평활도 및 표면 경도에 따라 임팩트 포스가 분산 또는 저감될 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치 및 방법에 의하면, 진공단열재의 표면에 임팩트(impact) 포스(Force)를 가한 후 고유진동수를 측정하여 진공단열재의 진공도와 고유진동수와의 관계를 통해 진공단열재 내부의 진공도를 평가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치 및 방법에 의하면, 진공단열재 표면에 물리적인 강한 스트레스 및 장시간에 걸친 평가 시간이 필요 없고, 내부 진공도에 따른 진공단열재 자체의 강성으로만 진공도를 평가할 수 있으므로, 진공단열재의 품질 검사에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공단열재의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에서는 진공단열재 제품 표면에 임팩트(impact)를 가할 때, 충격력(impact force)과 질점의 변위 또는 가속도를 측정하여 고유진동수를 분석함으로써, 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가할 수 있는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치를 제공한다.
상기 진공단열재는 내부의 진공도(vacuum level)가 클 수록, 또는 압력이 낮아질수록 심재(core material) 내부의 공기가 벤트(vent)되어 대기상태에서 진공상태로 치환되고, 이로 인해 심재가 수축 후 강성이 증가된다. 특히, 외피재의 경우, 외피재 필름 내부의 중립층을 기준으로 진공단열재 내부와 외부의 압력차에 의해서 심재와 강인한 접착을 하게 된다.
그러나, 상기 진공단열재 내부에 진공이 해체될 경우, 공기가 심재 내부로 유입되면서 강성이 낮아지고 심재 자체의 복원을 통해 유연성이 증가된다. 특히, 심재와 외피재 내부에 공기층이 형성되고 이로 인해 댐핑(damping) 값이 증가하므로 강성은 낮아지게 된다.
따라서, 임팩트(impact) 포스(Force)에 의해 가해진 질점의 변위를 기계적 컴플라이언스(mechanical compliance)(변위/힘) 값으로 환산하여 주파수 영역에서 분석하면 고유진동수를 구할 수 있고, 고유진동수 분석을 통해 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가할 수 있다.
주파수 분석법을 통해 상기 고유진동수를 분석할 경우, 상기 진공단열재 내부의 진공 해체에 따른 감쇠비(damping ratio)의 증가로 인해, 상기 고유진동수는 변하게 된다. 이때, 상기 진공단열재의 필름(외피재)과 심재는 내부 진공압에 의해서 단일체(단일 질량)로 형성된 것으로 가정한다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에서는 상기 진공단열재 내부의 진공 해체에 따른 감쇠계수의 증대로 고유진동수가 변하는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 진공단열재 표면에 임팩트(impect) Force를 가할 시, 상기 진공단열재 표면의 평활도 및 표면 경도에 따라 임팩트 포스(impact force)가 분산 또는 저감될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 진공단열재 내부에 스틸, 알루미늄 등의 얇은 강체를 외피재와 심재 사이에 삽입하여, 그 부분에 임팩트 포스를 가하는 것이 유리하다.
그러나, 얇은 강체로 인해 상기 진공단열재 표면에 돌출부가 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 게터(Getter)를 하드(hard)하게 만들거나 게터 상단에 얇은 강체를 위치시킴으로써, 상기 진공단열재 표면의 돌출 두께를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 변위계 또는 가속도계 센서를 이용하여 변위 또는 가속도를 측정하는데, 이러한 변위계 또는 가속도계 센서는 압전형으로 상기 진공단열재 표면에 부착할 수 있는 센서보다는 레이저로 일정 거리에서 변위 또는 가속도를 측정할 수 있는 센서가 더욱 유리하다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에서는 압전형 센서를 상기 진공단열재 표면에 부착하여 사용할 경우, 상기 진공단열재 표면의 평활도가 좋은 부위에 부착하는 것이 변위 및 가속도 측정에 유리하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 진공단열재의 사이즈 및 중량별 정상제품의 고유진동수를 측정한 후, 평균 고유진동수 값에 윈도우(Window) 작업을 통해 얻은 주파수 영역을 설정함으로써, 상기 진공단열재 내부의 진공도 평가를 수행할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재(100)는 외피재(110), 심재(120), 및 강체(130)를 포함한다.
일반적인 진공단열재(100)의 표면에 임팩트 해머(102)로 임팩트 포스(Impact Force)를 가할 시, 상기 진공단열재(100) 표면의 평활도 및 표면 경도에 따라 임팩트 포스가 분산 또는 저감될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 진공단열재(100) 내부에 스틸(Steel), 알루미늄(Al) 등의 얇은 강체(130)를 상기 외피재(110)와 상기 심재(120) 사이에 삽입하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강체(130)가 삽입된 부분에 대응하는 표면에 임팩트 포스를 가하여 변위계 또는 가속도계 센서(101)를 통해 변위 또는 가속도를 측정함으로써 상기 진공단열재(100) 내부의 진공도를 평가할 수 있다.
여기서, 상기 강체(130)는 기준 두께보다 얇은데, 이때 상기 기준 두께는 0.5mm ~ 1.5mm 범위인 것이 바람직하다. 상기 강체(130)가 상기 기준 두께보다 얇은 이유는, 상기 강체(130)가 두꺼우면 진공단열재 표면으로 돌출되어 상기 진공단열재(100) 시공 시 표면이 평탄하지 않게 되며, 이에 따라 접착 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재(200)는 외피재(210), 심재(220), 및 게터(230)를 포함한다.
도 1에서와 같이 상기 강체(130)는 상기 외피재(110)와 상기 심재(120) 사이에 삽입되는데, 이때 상기 강체(130)가 조금이라도 두껍게 되면 상기 진공단열재(100) 표면에 돌출부가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 게터(Getter)(230)를 하드(Hard)하게 만들어서 도 1의 강체(130) 대신에 상기 외피재(210)와 상기 심재(220) 사이에 삽입할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 진공단열재(200) 표면의 돌출 두께를 최소화할 수 있다.
여기서, 상기 게터(230)는 기준 강도보다 하드한데, 이때 상기 기준 강도는 2H ~ 4H 범위인 것이 바람직하다. 상기 게터(230)가 상기 기준 강도보다 하드한 이유는, 상기 게터(230)가 삽입된 부분에 대응하는 표면에 임팩트 포스를 가할 시, 상기 게터(230)의 댐핑(Damping) 효과로 인해 임팩스 포스가 분산되거나 저감되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공단열재의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공단열재(300)는 외피재(310), 심재(320), 강체(330) 및 게터(340)를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 1의 경우 상기 강체(130)는 상기 외피재(110)와 상기 심재(120) 사이에 삽입되는데, 이때 상기 강체(130)가 조금이라도 두껍게 되면 상기 진공단열재(100) 표면에 돌출부가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 외피재(210)와 상기 심재(220) 사이에 상기 강체(330)와 상기 게터(340)를 삽입하되, 상기 게터(340)를 하드(Hard)하게 만들어서 그 위에 얇은 강체(330)를 위치시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 진공단열재(300) 표면의 돌출 두께를 최소화할 수 있다.
여기서, 상기 강체(330)는 기준 두께보다 얇은데, 이때 상기 기준 두께는 0.5mm ~ 1.5mm 범위인 것이 바람직하다. 상기 강체(330)가 상기 기준 두께보다 얇은 이유는, 상기 강체(330)가 두꺼우면 진공단열재 표면으로 돌출되어 상기 진공단열재(300) 시공 시 표면이 평탄하지 않게 되며, 이에 따라 접착 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 게터(340)는 기준 강도보다 하드한데, 이때 상기 기준 강도는 2H ~ 4H 범위인 것이 바람직하다. 상기 게터(340)가 상기 기준 강도보다 하드한 이유는, 상기 게터(340)가 삽입된 부분에 대응하는 표면에 임팩트 포스를 가할 시, 상기 게터(340)의 댐핑(Damping) 효과로 인해 임팩스 포스가 분산되거나 저감되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에서는 진공단열재의 외피재와 심재 사이에 얇은 강체와 하드한 게터 중 적어도 하나를 삽입함으로써, 진공단열재 내부의 진공도를 더욱 정확하게 평가할 수 있는 환경을 마련할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치(400)는 해머부(410), 변위 측정부(420), 주파수 분석부(430), 및 진공도 평가부(440)를 포함한다.
상기 해머부(410)는 진공단열재(401)를 가격하여 충격을 주기 위한 것이다. 상기 해머부(410)는 사용자의 직접적인 조작에 따라 상기 진공단열재(401)에 충격을 줄 수 있다. 또 달리, 상기 해머부(410)는 구동 장비의 작동에 따라 움직여 상기 진공단열재(401)에 충격을 줄 수도 있다.
여기서, 상기 구동 장비는 상기 해머부를 구동시키기 위한 장비로서, 상기 진공단열재(401)에 일정한 크기의 힘을 줄 수 있도록 동작한다. 또한, 상기 구동 장비는 입력되는 값에 따라 다양한 크기의 힘을 상기 진공단열재(401)에 줄 수 있도록 동작할 수도 있다.
상기 해머부(410)에는 힘 측정 센서(412)가 내장될 수 있다. 이와는 달리, 상기 힘 측정 센서(412)는 상기 해머부(410)와는 별도로 설치될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
이러한 힘 측정 센서(412)는 상기 해머부(410)의 가격에 따라 상기 진공단열재(401)에 전달되는 힘의 크기를 측정하는 역할을 한다. 상기 힘 측정 센서(412)에 의해 측정된 힘의 크기는 상기 주파수 분석부(430)로 전달되고, 상기 주파수 분석부(430)는 상기 진공단열재(401)의 고유진동수 측정 시 상기 측정된 힘의 크기를 반영할 수 있다.
상기 변위 측정부(420)는 상기 진공단열재(401)에 가해진 충격에 따른 질점(material point)의 변위를 측정한다. 즉, 상기 변위 측정부(420)는 상기 진공단열재(401)에 충격이 가해진 지점(영역)의 변위를 측정하는 역할을 한다.
참고로, 질점이란 물체의 질량이 총집결한 것으로 간주되는 이상적인 점으로서, 역학적으로는 질량을 갖고 있으면서 부피가 없는 물체를 말한다.
상기 변위 측정부(420)는 상기 진공단열재(401)와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 변위를 측정하는 레이저식 변위계 센서로 구현되는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 변위 측정부(420)는 이에 국한되지 않고 상기 진공단열재(401) 표면에 부착된 상태에서 변위를 측정하는 압전형 변위계 센서로 구현될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
상기 주파수 분석부(430)는 상기 변위 측정값을 이용하여 상기 진공단열재(401)의 고유진동수를 측정한다. 즉, 상기 주파수 분석부(430)는 상기 변위 측정값을 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여 주파수 스펙트럼을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 주파수 분석부(430)는 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재(401)의 고유진동수를 측정할 수 있다.
한편, 상기 주파수 분석부(430)는 앞서 설명한 바와 같이, 고유진동수 측정 시 상기 힘 측정 센서(412)에 의해 측정된 힘의 크기를 반영할 수 있다.
즉, 상기 주파수 분석부(430)는 상기 변위 측정값을, 상기 변위와 상기 힘과의 관계식에 따른 기계적 컴플라이언스(Mechanical Compliance) 값(변위/힘)으로 환산할 수 있다. 그리고, 상기 주파수 분석부(430)는 상기 환산된 기계적 컴플라이언스 값을 주파수 영역에서 분석하여, 상기 진공단열재(401)의 고유진동수를 측정할 수 있다.
상기 진공도 평가부(440)는 상기 측정된 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재(401) 내부의 진공도를 평가한다. 이를 위해, 상기 진공도 평가부(440)는 상기 주파수 분석부(430)에 의해 측정된 고유진동수를 기준 진동수와 비교할 수 있다. 상기 진공도 평가부(440)는 상기 비교 결과에 따라 상기 진공단열재(401)의 진공도를 평가할 수 있다.
즉, 상기 진공도 평가부(440)는 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위를 벗어나면, 상기 진공단열재(401)의 진공도가 불량인 것으로 평가할 수 있다. 반면, 상기 진공도 평가부(440)는 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위 내에 있으면, 상기 진공단열재(401)의 진공도가 우량인 것으로 평가할 수 있다.
여기서, 상기 기준 진동수는 정상 제품의 진공단열재(401)에 대한 고유진동수를 의미한다. 정상 제품의 진공단열재(401)의 경우에도 고유진동수에 있어서 약간의 차이가 있을 수 있다. 따라서, 상기 기준 진동수는 이러한 차이를 고려하여 일정 범위의 값을 갖도록 미리 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 도 4의 진공도 평가 장치(400)과 전체적으로 유사하다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 진공단열재의 고유진동수를 측정하기 위해 질점의 가속도를 측정한다는 점에서, 도 4의 진공도 평가 장치(400)와 차이가 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 가속도를 측정하는 가속도 측정부에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 가속도 측정부는 상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 가속도를 측정하는 역할을 한다. 즉, 상기 가속도 측정부는 상기 진공단열재에 충격이 가해진 지점(영역)의 가속도를 측정한다.
이러한 가속도 측정부는 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 가속도를 측정하는 레이저식 가속도계 센서로 구현되는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 가속도 측정부는 이에 국한되지 않고 상기 진공단열재에 부착되어 가속도를 측정하는 압전형 가속도계 센서로 구현될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 여기서, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 방법은 도 4의 진공단열재 내부 진공도 평가 장치(400)에 의해 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 단계(510)에서 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 해머로 진공단열재를 가격하여 충격을 준다. 이때, 상기 해머의 동작은 상기와 같이 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치에 마련된 기계장치에 의해 자동으로 행해질 수도 있지만, 사용자에 의해 수동으로 행해질 수도 있다.
다음으로, 단계(520)에서 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 변위를 측정한다. 즉, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 진공단열재에 충격이 가해진 지점(영역)의 변위를 측정하는 역할을 한다.
이때, 상기 변위의 측정은 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 변위를 측정하는 레이저식 변위계 센서에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계(530)에서 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 변위 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정한다.
즉, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 변위 측정값을 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여 주파수 스펙트럼을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정할 수 있다.
한편, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 해머에 내장된 힘 측정 센서를 이용하여 상기 진공단열재에 가해진 힘의 크기를 측정할 수 있다. 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 진공단열재의 고유진동수 측정 시 상기 힘 측정 센서에 의해 측정된 힘의 크기를 반영할 수 있다.
즉, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 변위 측정값을, 상기 변위와 상기 힘과의 관계식에 따른 기계적 컴플라이언스(Mechanical Compliance) 값(변위/힘)으로 환산할 수 있다. 그리고, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 환산된 기계적 컴플라이언스 값을 주파수 영역에서 분석하여, 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정할 수 있다.
다음으로, 단계(540)에서 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가한다. 이를 위해, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수를 기준 진동수와 비교할 수 있다. 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 비교 결과에 따라 상기 진공단열재의 진공도를 평가할 수 있다.
즉, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위를 벗어나면, 상기 진공단열재의 진공도가 불량인 것으로 평가할 수 있다. 반면, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위 내에 있으면, 상기 진공단열재의 진공도가 우량인 것으로 평가할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재 내부 진공도 평가 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계(610)에서 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 해머로 진공단열재를 가격하여 충격을 준다. 이때, 상기 진공단열재를 가격하기 위한 도구로는 상기와 같은 해머 외에도 가진기가 사용될 수도 있다.
다음으로, 단계(620)에서 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 가속도를 측정한다. 즉, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 진공단열재에 충격이 가해진 지점(영역)의 가속도를 측정하는 역할을 한다.
이때, 상기 가속도의 측정은 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 가속도를 측정하는 레이저식 가속도계 센서에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계(630)에서 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 가속도 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정한다.
즉, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 가속도 측정값을 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여 주파수 스펙트럼을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정할 수 있다.
다음으로, 단계(640)에서 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가한다. 이를 위해, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수를 기준 진동수와 비교할 수 있다. 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 비교 결과에 따라 상기 진공단열재의 진공도를 평가할 수 있다.
즉, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위를 벗어나면, 상기 진공단열재의 진공도가 불량인 것으로 평가할 수 있다. 반면, 상기 진공단열재 내부 진공도 평가 장치는 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위 내에 있으면, 상기 진공단열재의 진공도가 우량인 것으로 평가할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은 주파수 응답법을 통한 진공단열재의 비파괴 평가법으로, 진공단열재 내부의 진공도에 따른 고유진동수 변화를 분석하여 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 방법이다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 진공단열재 표면에 물리적인 강한 스트레스 및 장시간에 걸친 평가 시간이 필요 없고, 내부 진공도에 따른 진공단열재 자체의 강성으로만 진공도를 평가할 수 있으므로, 진공단열재의 품질 검사에 유용하게 사용될 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300: 진공단열재
110, 210, 310: 외피재
120, 220, 320: 심재
130, 330: 강체
230, 340: 게터
400: 진공도 평가 장치
410: 해머부
412: 힘 측정 센서
420: 변위 측정부
430: 주파수 분석부
440: 진공도 평가부

Claims (24)

  1. 외피재 및 심재를 포함하는 진공단열재에 있어서,
    상기 진공단열재 표면의 평활도 및 표면 경도를 위해,
    상기 외피재와 상기 심재 사이에는, 기준 두께보다 얇은 강체 또는 기준 강도보다 강한 게터(Getter)가 형성되는 구조; 또는
    상기 외피재와 상기 심재 사이에 형성된 상기 게터의 상부에는, 상기 기준 두께보다 얇은 강체가 형성되는 구조
    를 가지는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 두께는
    0.5 ~ 1.5mm 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 강도는
    2 ~ 4H 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  4. 상기 청구항 1에 따른 진공단열재를 가진시키기 위해, 상기 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면에 충격을 가해주는 해머부;
    상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 변위를 측정하는 변위 측정부;
    상기 변위 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 주파수 분석부; 및
    상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 진공도 평가부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 주파수 분석부는
    상기 변위 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻고, 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 진공도 평가부는
    상기 주파수 분석부에 의해 측정된 고유진동수를 기준 진동수와 비교하여, 상기 비교 결과에 따라 상기 진공단열재의 진공도를 평가하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기준 진동수는
    사이즈별 및 중량별 정상 진공단열재 제품의 고유진동수에 대한 평균값으로서 일정 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 진공도 평가부는
    상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위를 벗어나면 상기 진공단열재의 진공도가 불량인 것으로 평가하고, 상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위 내에 있으면 상기 진공단열재의 진공도가 우량인 것으로 평가하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 해머부의 가격에 따라 상기 진공단열재에 전달되는 힘의 크기를 측정하는 힘 측정 센서
    를 더 포함하고,
    상기 주파수 분석부는
    상기 변위 측정값을, 상기 변위와 상기 힘과의 관계식에 따른 기계적 컴플라이언스(Mechanical Compliance) 값으로 환산하고, 상기 환산된 기계적 컴플라이언스 값을 주파수 영역에서 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 변위 측정부는
    상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 변위를 측정하는 레이저식 변위계 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  11. 상기 청구항 1에 따른 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면을 가격하여 충격을 주기 위한 해머부;
    상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 가속도를 측정하는 가속도 측정부;
    상기 가속도 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 주파수 분석부; 및
    상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 진공도 평가부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 주파수 분석부는
    상기 가속도 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻고, 상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가속도 측정부는
    상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 가속도를 측정하는 레이저식 가속도계 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 장치.
  14. 상기 청구항 1에 따른 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면을, 해머로 가격하여 충격을 주는 단계;
    상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 변위를 측정하는 단계;
    상기 변위 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계; 및
    상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계는
    상기 변위 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계는
    상기 측정된 고유진동수가 기준 진동수의 범위를 벗어나면 상기 진공단열재의 진공도가 불량인 것으로 평가하는 단계; 및
    상기 측정된 고유진동수가 상기 기준 진동수의 범위 내에 있으면 상기 진공단열재의 진공도가 우량인 것으로 평가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 해머의 가격에 따라 상기 진공단열재에 전달되는 힘의 크기를 측정하는 단계;
    상기 변위 측정값을, 상기 변위와 상기 힘과의 관계식에 따른 기계적 컴플라이언스(Mechanical Compliance) 값으로 환산하는 단계; 및
    상기 기계적 컴플라이언스 값을 주파수 영역에서 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 변위를 측정하는 단계는
    레이저식 변위계 센서를 이용하여, 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 상기 질점의 변위를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  19. 상기 청구항 1에 따른 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면을, 해머로 가격하여 충격을 주는 단계;
    상기 진공단열재에 가해진 충격에 따른 질점의 가속도를 측정하는 단계;
    상기 가속도 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계; 및
    상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계는
    상기 가속도 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 질점의 가속도를 측정하는 단계는
    레이저식 가속도계 센서를 이용하여, 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 상기 질점의 가속도를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  22. 힘을 발생시키는 가진기로, 상기 청구항 1에 따른 진공단열재의 강체 또는 게터 부분에 대응하는 표면에 힘을 가해 주는 단계;
    상기 진공단열재에 가해진 힘에 따른 질점의 가속도를 측정하는 단계;
    상기 가속도 측정값을 이용하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계; 및
    상기 고유진동수를 이용하여 상기 진공단열재 내부의 진공도를 평가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계는
    상기 가속도 측정값을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    상기 주파수 스펙트럼을 분석하여 상기 진공단열재의 고유진동수를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 질점의 가속도를 측정하는 단계는
    레이저식 가속도계 센서를 이용하여, 상기 진공단열재와 일정 거리 떨어진 상태에서 레이저로 상기 질점의 가속도를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 내부 진공도 평가 방법.
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