KR100313742B1 - 가역성진공하의단열용쟈켓 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 내부벽(2)과, 내부벽(2)과, 외부벽(3)과, 그리고 사용전에 수소로 채워지는 가역성 수소게터(7,7')를 수용하고 있는 외부하우징(6,6',K)과 유통하도록 상기 내부벽과 외부벽의 사이로 형성되어있는 내부공간(4)을 갖춘 가역성 진공항의 단열용 쟈켓으로서, 상기 가역성 수소게터(7,7')가 500℃ 이고 중량비 0.1% 이하의 수소농도에서 100mbar 이하의 수소평형압력(Px1)을 가지며 상기 쟈켓의 고온벽의 온도(Tc)와 다른 가변의 혹은 일정한 온도(Ti)로 유지되며, 상기 내부공간(4)이 500℃ 이고 중량비 0.1% 이하의 수소농도에서 100mbar 이하의 수소평형압력(Px2)을 가지는 비증발성 프로모우터 게터(9,9',9")를 포함하고 있으며, 상기 프로모우터 게터가 상기 온도(Tc)에 노출되는 단열용 쟈켓이 제공된다.

Description

가역성 진공하의 단열용 쟈켓
본 발명은 가역성 진공하에 사용되는 단열용 쟈켓에 관한 것이며, 특히 사용 중에 서로 다른 여러가지 상황에 따라서 변화되는 열전달 계수를 가지며, 통상적으로 양호한 단열성을 필요로 하고, 때에 따라서는 이와 대조적으로 빠른 열소산(dissipation)을 필요로 하는 특성을 만족시키는 단열용 쟈켓에 관한 것이다.
이와 같은 유형의 단열용 쟈켓은, 미국 특허 제 3,823,305호에서 예를 들어 축열기에 사용되는 단열용 쟈켓으로 이미 공지된 것이다. 상기 미국 특허에 개시된 쟈켓은 내벽, 외벽, 및 이를 벽 사이의 내부 공간(또는 계면이나 중공형 공간)으로 이루어져 있는데, 어느 한쪽 벽(이 경우에는 내벽)의 온도가 다른쪽 벽의 온도 보다 훨씬 높다.
통상적으로, 내외벽 사이의 내부 공간에는 (1) 가역성 수소 게터, 즉, 게터를 가열 또는 냉각시키는 각각의 온도에 따라서 최소 또는 최대의 수소량을 방출시키거나 또는 역으로 재흡착시킬 수 있는 게터와, (2) 게터의 온도에 따라서 고체상태로 게터에 의해 화학적으로 흡착되는 제 1 양의 수소와, 그리고 (3) 마찬가지로 게터의 온도에 따라서 쟈켓의 내부에서 이용가능한 전체 체적을 차지하는 가스상태(자유상태)의 제 2 양의 수소를 포함하고 있다.
게터의 온도가 상승하도록 더 많은 양의 수소가 흡착상태로부터 자유로운 가스상태로 이동되며, 게터의 온도가 낮아질수록 자유수소의 양, 즉 압력이 낮아진다. 수소의 압력이 클수록 일정한 범위내에서 쟈켓 내부의 열전달량을 증가된다.
이와 같이 쟈켓에 수소가 사용되는 응용분야는 실험적인 수준에 머물러 있기는 하지만 전지로 구동되는 차량에 설치되는 축전지에서 사용된다. 그와 같이 공지된 전지는 고온(300 내지 425℃)에서 작동하는 것으로서, 대체로 한쌍의 리튬 및황화물(작동온도 425℃), 나트륨 및 황화물(작동온도 325℃), 또는 나트륨 및 니켈 염화물(작동온도 300℃)등으로 이루어져 있다. 이들 전지는 과열이 발생될 경우에 열을 신속하게 소산시켜야만 하는데, 이러한 과열은 전지의 종류에 따라서 나트륨 및 황으로 이루어진 전지의 경우에는 방전 중에 그리고 리튬 및 황화물로 이루어진 전지의 경우에는 재충전 중에 각각 발생되는 것이다.
이와 같이 전지가 정상적으로 작동하는 동안 주기적으로 반복되면서 발생하는 상황들 이외에, 예를 들면 급속한 방전이나 갑작스런 과열을 발생시키는 과정 등에서도 비상상황이 관측될수 있다. 이와 같은 경우에도, 마찬가지로 쟈켓의 내부 공간을 통한 열소산을 급속하게 증가시키는 효과적인 수단이나 방책을 제공하는 것이 중요하다.
공지된 바와 같이, 쟈켓의 중공형 공간 내부에서 수소압력을 매우 급속히 증가시킴으로써 수소의 높은 열전도성에 의해 과열을 방지할 수가 있다. 이와 반대로, 과열을 발생시키는 조건이 아닌 경우에는 각 부재들의 온도가 최적 효율 수준(300 내지 425℃) 이하로 낮아지는 것을 방지하기 위해서 열소산을 최소화시킬 필요가 있다.
상기한 것들은 가역성 게터가 수소를 재흡수하도록 함에 의해 쟈켓의 중공형 공간 내부의 낮은 압력조건을 복원시킴으로써 가능하다. 이에 따라서 제공되는 진공은 다른 한편으로 공지된 바와 같이 시간이 지남에 따라서 악화되며, 따라서 만족스러운 진공상태를 신속하게 형성하는 것 뿐만 아니라 가급적 이러한 진공상태를 유지시킬 필요가 있다.
이와 같은 이중의 조건(수소압력의 급속한 증가 및 급속한 감소)은, 쟈켓 바깥쪽의 단열 하우징내에 증발되지 않는 가역성 수소 게터를 설치하고 이를 쟈켓과 유통하도록 구성함으로써 대체로 충족되어질수가 있다.
제 1도에는 공지된 방법으로 게터를 설치하는 종래예가 도시되어 있다. 단열을 최대화시킬 필요가 있을 때에는 게터가 상온까지 냉각되고, 따라서 수소압력은 낮아지는데, 예를 들어 전지로 구동되는 차량의 경우에는 1내지 0.1파스칼(Pa) 이하까지 낮아지며, 이에 따라서 열소산이 제한된다. 반대로, 열소산을 증대시킬 필요가 있는 경우에는 게터 재료의 온도를 상승시키는 외부 또는 내부의 전기식 가열장치가 사용되어야 하며, 이에 따라서 상당량의 수소가 방출되며, 그 결과 수소의 압력이 상승하게 되는데, 예를 들어서 전기로 구동되는 차량의 경우에 수소압력이 1000Pa까지 상승된다.
또한, 전지구동식 자동차의 경우에는 소위 "가역성 진공"에 의해서, 작동압력의 최소치인 5Pa 이하로부터, 바람직하게 1Pa, 보다 바람직하게 0.1Pa로부터, 작동압력의 최대치인 50Pa 이상으로, 경우에 따라서는 1000Pa까지 진공상태가 변화될 수 있다.
실험된 종래의 가역성 수소 게터는, 예를 들어서 원자％로 지르코늄 33%, 바나듐 33%, 및 나머지는 철을 함유하는 단지 하나의 합금(Zr-V-Fe)으로만 구성되었다.
그러나, 이와 같은 가역성 합금도 아직까지는 제조업자들에게 그다지 만족스러운 결과를 제공하지는 못하고 있으며, 예를 들어서 전지구동식 차량의 경우에 적어도 다음과 같은 문제점들이 제기될 수 있다.
(1) 수소의 방출 및 재흡착성(특히 마지막 과정)은 실제로 산업계에서 사용하기에는 너무 느리다.
(2) 통상적으로 진공챔버내에 존재하는 (CO2, H2O, O2, N2, CH4) 등과 같이 수소와는 다른 가스 또는 상단한 량의 일산화탄소가 존재할 경우에, 수소의 방출 및 재흡착성은 더욱 느려진다.
(3) 수소의 방출속도 및 재흡착속도가 그 자체로서 크지 않으므로 시간에 따라서 따르게 감소하는데, 즉 수소에 대한 가역성 게터의 작용이 시간에 따라서 감소하게 되는 것을 알 수가 있다.
미국 특허 제, 4,455,998호에서 다른 게터가 제시되지는 했지만,그 결과도 마찬가지로 산업상 이용성의 측면에서 볼 때 만족스럽지 못하다.
본 발명의 주목적은 지금까지 언급된 단열 쟈켓의 내부 공간에서의 양호한 진공상태를 발생시키고 유지시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 언급된 가역성 수소 게터에 의해서 수소의 방출속도 및 재흡착속도를 향상시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가역성 게터가 작용 시간을 연장시킴에 의해 진공도의 유지시간을 연장시키고 방출속도 및 재흡속도를 정상적으로 지속적으로 높이는 것이다.
그밖의 다른 목적을 통상적으로 진공상태에서 상당량의 일산화탄소 및 다른잔류 가스가 존재할 경우에도 그러한 수소의 방출속도와 재흡착속도를 높은 수준으로 유지시키는 것이다.
넓은 관점에서 이와 같은 목적들을 성취하기 위한 본 발명의 실시형태에 따르면, 내부벽과, 외부벽과, 그리고 증발되지 않는 가역성 수소 게터를 포함하고 있는 외부 하우징과 유통하도록 상기 내부벽과 외부벽의 사이로 형성되어 있으며 수소로 채워져 있는 내부 공간을 갖추고 있는 가역성 진공하의 단열용 쟈켓이 제공되는데, 이러한 가역성 수소 게터는 게터내의 수소농도가 0.1％ b.w.일 때 500℃에서 100mbar(바람직하게 10mbar이하의 수소평형압력(Px1)을 가지며 쟈켓의 고온벽의 온도(Tc)와는 필수적으로 다른 가변온도 또는 일정한 온도(Ti)로 유지되고, 내부 공간내에는 수소농도가 0.1% b.w.일 때 500℃에서 100mbar 이상의 수소 평형압력(Px2)으로(바람직하게 10Px1이상의, 보다 바람직하게 100Px1이상의) 유지되고 필수적으로 상기 고온벽의 온도(Tc)에 노출되는 비증발성 프로모우터 게터가 포함되어 있다.
단열 쟈켓내의 한쪽 벽은 항상 다른 한쪽 벽 보다 고온으로 유지되지만, 그러한 고온벽이 항상 내부벽인 것은 아니며, 바람직하게는 프로모우터 게터가 고온벽과 접촉한다.
가역성 수소 게터내의 수소량은 그 사용전 부터 작동압력까지 상응하게 변화되는데, 예를 들어서 전기작동식 차량의 경우에는 상온일 때는 5Pa (바람직하게 1Pa, 보다 바람직하게 0.1Pa)에서부터 작동온도 500℃일 때는 50Pa(최대로 1000Pa)까지 대응되어 변화된다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 프로모우터 게터가 제공되어 단열 쟈켓의 고온벽의 온도(Tc)가 유지되고, 시간상으로 가역성 수소 게터의 방출 및 재흡착의 가역작용이 현저하게 연장된다는 것이다. 동시에, 프로모우터 게터가 가역성 진공하에 1 내지 0.1Pa의 사이에서 단열용 쟈켓의 내부 공간에서의 확실한 진공상태를 발생시키고 이를 오랜동안 유지시키는데, 예를 들어서 전지구동식 차량에 있어서 수소의 대량 방출을 요하는 비상상황에서도 가역성 수소 게터를 연속적으로 작용하도록 한다.
본 발명에 따른 쟈켓에 있어서, 복귀시간, 즉 상온의 상기 온도(Ti)가 500℃일 때는, 즉 100Pa의 압력으로부터 상기 온도(Ti)가 실온일때는 1Pa의 압력으로 도달되는데 필요한 시간이 일산화탄소의 존재여부에 관계없이 10분 이하로 된다.
또한, 완전복귀 시간(DRT; deep return time), 즉 상기 온도(Ti)가 500℃일 때는 100Pa의 압력으로부터 상기 온도(Ti)가 실온일때는 0.1Pa의 압력에 도달되는데 필요한 시간은 일산화탄소의 존재여부에 관계없이 15분 이하, 바람직하게 12분 이하로 될 수 있다.
가역성 진공에 대하여 실질적으로 효과적인 수소 게터를 선택하기 위한 많은 노력들이 이루어져 왔지만, 상기한바와 같은 모든 결과는 그 전에는 결코 기대할 수 없던 것이다. 이러한 복귀시간 및 급속 복귀시간(DRT)은, 특히 가역성 수소 게터를 포함한 하우징에 열 소산용 날개부 및 휜이 제공되어 있는 경우에 매우 느리다.
본 발명의 일실시예에서, 프로모우터 게터는 Zr-Mn-Fe 합금으로 구성되어 있고, 보다 일반적으로는 Zr-M2합금으로 구성되어 있는데, 여기서 M은 Cr, Mn, Fe, Co, Mi 및 그 혼합물로부터 선택된 전이원소(transition element)이다. 이들 합금은, 예를 들어서 본 출원인의 미국 특허 제 5,180,568호에 개시되어 있으며, 소위 "St 909"라는 상표로 시판되고 있다. 이러한 목적에 적합한 다른 게터 합금으로서는, 유럽 특허출원 제 0,538,622호에 개시된 AB5타입의 란타늄(Lanthanum)-니켈합금과, 본 출원인의 이탈리아 특허출원 제 93-A-000851호에 개시된 HM 및 LM 합금(다량 또는 소량의 망간을 함유한 Ti-V합금)과, 그리고 티타늄 및 니켈(Ti/Ni) 기재 합금 등이 있다.
비증발성 및 가역성 수소 게터의 대표적인 예는 지르코늄 및 티타늄 합금, 미국 특허 제 3,780,501호에 개시된 Zr-Al 합금, 그리고 특히 미국 특허 제 4,312,669호 및 제 4,839,085호에 개시된 Zr-V-Fe 합금과 같이 지르코늄과 바나듐을 함유하고 있는 합금 등이며, 중량비로 지르코늄 70%, 바나듐 24.6%, 및 나머지는 철을 함유하는 성분을 갖춘 소위 "St 707"합금으로부터 실제로 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
일반적으로, 이러한 가역성 수소게터는 일정한 중량비(%)의 조성을 갖는 비증발성 3원합금 Zr-V-Fe가 될 수도 있으며, 3원 조성에 대한 적절한 선도상에 표시했을 때 그 정점이 a) 78% Zr-20% V-2% fe, b) 45% Zr-20% V-35% Fe, c) 48% Zr-50% V- 2% FE의 지점에 있는 다각형의 안쪽에 놓여진다. 보다 바람직하게, 이러한가역성 수소 게터는 3원조성에 대한 적절한 선도상에 표시했을 때 그 정점이 d) 70%Zr - 35%V - 5%Fe, e) 70%Zr -24%V - 6%e, f) 66%Zr - 24%V - 10%Fe, g) 47%Zr - 43%V - 10%Fe, h)47%Zr - 45%V - 8%Fe, i) 50%Zr - 45%V - 5%Fe의 지점에 있는 다각형으로 안쪽으로 놓여지는 일정한 중량비 조성을 갖는 비증발성 3원합금 Zr-V-Fe로 될 수도 있다.
끝으로, 각각의 개별적 작용을 하도록 앞서 언급된 가역성 수소 게터의 혼합물 및 프로모우터 게터의 혼합물을 사용할 수도 있다.
이들 2가지 게터 재료(가역성 게터 및 프로모우터 게터)는 각가 별도로 설치된다. 그러나, 본 출원인은 가역성 수소 게터가 프로모우터 게터의 얇은 보호층으로 코우팅된 경우에는 언제라도,특히 프로모우터 게터가 가역성 수소 게터와 동일한 온도(Ti)로 유지된 경우에, 가역성 수소 게터의 높은 방출속도 및 재흡착속도가 보다 연장된 시간 동안에 일정하게 유지될 수 있다는 사실에 주목하였다. 바람직하게는, 프로모우터 게터의 보호층은 차례로 금속, 세라믹 또는 이에 상당한 다른 재료로 제조된 다공성 격막으로 덮혀진다. 또한 상기 보호층은 Ti 대신에 일정한 Tc온도에서 유지되는 분리프로모우터 게터와는 다른 제 2 프로모우터 게터로 구성될수도 있다.
일반적으로, 그러한 프로모우터 게터의 보호층의 질량에 대한 쟈켓의 고온벽의 온도(Tc)에 노출된 프로모우터 게터의 질량 및 가역성 수소게터의 질량의 합과의 비는 0.001:1 내지 1:1이며, 바람직하게는 0.01:1 내지 0.5:1이다.
사용전에 가역성 수소 게터는 조정된 양의 수소로 채워져 있어서, 진공 조건을 변화시킬 필요가 있을 때 고온상에서 단열용 쟈켓의 내부 공간이 소정의 압력에 도달할 수가 있다.
가역성 수소 게터와 프로모우터 게터는 분말의 형태로 사용될 수 있으며, 필요에 따라서는 적어도 하나의 다공벽을 갖춘 하우징내에 설치된다. 이와 같은 분말은 통상적으로 0.1 내지 500㎛의 평균 입자크기를 갖는데, 바람직하게는 평균 입자크기가 0.1 내지 250㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 125㎛이다. 체적비로 입자의 적어도 85%가 100㎛ 이하의 평균 입자크기를 갖는 경우에, 그리고 15㎛ 이하의 평균 입자크기를 갖는 입자의 체적비가 10% 또는 그 이하인 경우에, 매우 만족스러운 결과가 제공될 수 있다.
그러나, 이러한 분말형태의 입자가 사용전에 알갱이, 과립상, 정제(tablets), 고리, 받침대(saddles), 또는 코우팅된 스트립 등의 몸체의 형태로 변형될 수도 있다.
이와 같은 몸체의 형상은 압축 및 소결에 의해서 제공되는데, 그러한 소결작업은 예를 들어서 영국 특허출원 제 2,077,487호에 개시된 바와같이 단순가열에 의해서 또는 가열원 및 제 2 분말의 존재하는 곳에서 분말형태의 입자를 처리함으로써, 다소 높은 다공성을 제공하게 된다. 형상화된 몸체의 평균 입자크기는 대략 0.5 내지 5mm 정도이다.
각각의 프로모우터 게터가 환형 벨트나 스트립의 형태 또는 쟈켓벽의 평면상에 놓여진 단순한 층이나 얇은 판의 형태로 고온벽(온도 Tc)과 접촉하는 경우에 양호한 결과가 얻어졌다.
이러한 단열용 쟈켓의 내부 공간은 예를 들어서 밀보가 매우 작은 발포성 중합체(폴리스틸렌, 페놀포마데하이드 수지, 폴리아세탈릭 수지 등)와 같은 고형 단열재료에 의해서 부분적으로 또는 전체적으로 채워질 수도 있고, 또는 그대로 비워진 상태로 둘 수도 있다.
본 발명에 따른 쟈켓의 형상은 예를 들어서 원통형이나 반원통형 또는 2개의 반원통형으로 구성될 수 있으며, 2개의 반원통형인 경우에 하나는 가역성 진공상태로 그리고 다른 하나는 안정된 진공상태나 가역성 진공상태로 된다.
본 발명에 따른 가역성 단열용 쟈켓은 여러 장치들에서 바람직하게 사용될 수가 있는데, 예를 들면 축열기, 태양전지판(solar panels), 축전지, 그리고 급속하게 높은 온도구배를 제공하도록 크기가 큰 저온 냉동용기(cryogenic vessels) 등으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 쟈켓은 작동조건에 따라서 여러가지 방법으로 단열이 가능한 자동차 또는 트럭용 촉매반응 소음기로도 사용가능하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 제 2도 및 제 3도를 참조하면, 예를 들어 전지로 구동되는 차량에 설치되어서 고온에서 작동하는 축전지와 등을 수용하는 공간과 같이, 온도가 조절되는 공간(1)이 내부 원통벽(2)으로 둘러싸여져 있는데, 내부 원통벽(2)과 외부 원통벽(3)이 함께 단열용 쟈켓을 형성하고 있으며, 이러한 쟈켓의 내부 공간(4)에서는 소정의 진공상태가 유지된다. 단열용 쟈켓의 바깥쪽에 있는 하우징(6)에는 온도제어기(TC)에 의해서 열전쌍(thermocouple)(5)이 연결되어 있으며, 하우징(6)은쟈켓의 온도와는 다른 온도로 유지된다. 내부공간(4)과 유통하는 하우징(6)내에는, 예를 들어서 Zr-V-Fe 합금의 가역성 수소 게터(7)가 분말, 알갱이, 과립상 등의 형태로 제공되어 있으며, 이러한 수소 게터(7)는 온도제어기(TC)에 의해서 직동되는 항온기(thermostat)(15)에 연결되어 있는 가열부재(6)에 의하여 급속하게 가열 또는 냉각될 수 있다.
내부 공간(4)에는 각각 별개의 프로모우터 게터(9 또는 9')가 수용되어 있는데, 이들 프로모우터 게터(9 또는 9')는 내부 공간(4)의 온도(Tc)에 노출되어 있으며, 시간에 따라서 가역성 수소 게터(7)의 수소 방출율 및 수소 재흡착율을 가속화시키거나 안정화시킨다.
이제 제 4도를 참조하면, 동축으로 설치된 가열부재(8')를 갖추고 있는 원통형 하우징(6')내에 가역성 수소 게터(7')가 채워져 있다. 가열부재(8')는 게터 재료내에 직접 잠겨지게 설치될 수도 있고, 또는 제 4도에 도시된 바와 같이 하우징(6')의 벽의 바깥쪽으로 형성된 홈 안으로 설치될 수도 있다.
제 5도를 참조하면, 가역성 수소 게터(7')가 얇은 보호층의 프로모우터 게터(10)로 덮여져 있으며, 그러한 프로모우터 게터(10)의 보호층은 다공성 다이아프램으로 덮여져 있어서, 가역성 수소 게터의 수소 방출을 및 수소 재흡착율을 상당히 높은 수준으로 오랜 기간동안 연장시킬 수 있는 구성을 보여주고 있다.
제 6도는 제 5도의 선 Ⅵ-Ⅵ을 따라서 절단된 단면도로서, 가역성 수소 게터의 가열 또는 냉각 중에 열전달을 향상시키기 위해서 열전도성이 좋은 재료로 제조된 편평한 형상 또는 곡면형상의 날개부(12)를 수소 게터(7')안에 삽입시킨 구성을보여주고 있다. 제 7도는 제 6도에 도시된 바와 같은 날개부가 제공되어 있는 하우징의 부분 단면도로서, 하우징의 외벽에 열소산을 향상시킬 목적으로 다수의 휜(13)을 제공한 구성을 보여주고 있다. 물론, 하우징에 다른 형태의 휜을 제공할 수도 있고, 또는 날개부를 생략할 수도 있다.
제 13도에는 내부에 프로모우터 게터(9")를 갖춘 반원통형의 단열용 쟈켓이 도시되어 있으며, 바깥쪽 하우징(6")에는 가역성 수소 게터가 수용되어 있고, 수소 게터를 필요에 따라서 얇은 층의 프로모우터 게터로 덮을 수 도 있다.
2개의 반원통형 쟈켓(16) 중 하나는 안정된 진공상태로 유지시키고 다른 하나는 가역성 진공으로 유지시켜서, 2개의 반원통형 쟈켓이 하나의 원통형 쟈켓과 마찬가지로 구성될 수 있다. 쟈켓과 하우징(6")을 유통시키는 노즐을 제 13도에 도시된 위치에 제공할 수 있으며, 물론 다른 적절한 위치에 그러한 노즐을 제공할 수도 있다.
제 8도 내지 제 12도를 참조하여 다음에 제시된 2개의 실시예는 단지 예시적인 것이며, 결코 본 발명을 이들 실시예로 국한시킬 수는 없다. 쟈켓의 내부 공간을 비워둔 상태로 실험이 수행되었지만, 단열 재료로 그러한 내부 공간을 전체적으로 또는 부분적으로 채워줌으로써 보다 나은 결과를 얻을 수 있을 것이다.
(제 1 실시예)
제 8도를 참조하면, 각각 0.5ℓ 및 2ℓ의 체적(V1 및 V2)을 갖는 공간이 밸브(v1)에 의해서 서로 연결되어 있다. 체적(V1)의 공간은 밸브(v4)에 의해서 펌프 시스템과 연결되어 있는데, 이 펌프 시스템은 각각 날개부가 제공되어 있는 축류분자 펌프(turbomolecular pump)(X) 및 회전 펌프(Y)로 이루어져 있으며, 극초진공(UHV; ultra-high vacuum)을 제공하기 위한 것이다. 체적(V1)의 공간내에는 각각의 계량 밸브(v2 및 v3)를 통해서 2개의 플라스크로부터 소정량의 수소 및 일산화탄소가 유입된다. 체적(V1)의 공간 내부의 가스압력이 각각 133,000Pa 및 100Pa의 최대 가스압력을 나타낼 수 있는 2개의 체적형 압력계(C1 및 C2)에 의해서 기록된다. 이와 같은 체적형 압력계는 국제특허협력조약 출원공개공보 제 93/11415호에 개시되어 있는데, 최대 가스압력이 그와 같이 큰 것은 넓은 압력 범위를 측정해야 하기 때문이다. 체적(V2)의 공간내에는 각각 제 9도 및 제 10도에 도시된 바와 같은 2개의 장치가 수용되어 있는데, 이들 장치는 금속분말 형태의 게터 재료를 수용하고 가열시키기 위한 것으로서, 이후 간략하게 "HHD(Housing and Heating Device)"라고 부르겠다. 이들 HHD는 경화처리된 강으로 제조된 원통형 하우징(K)을 둘러싸는 원통형 코일을 포함하고 있는데, 코일은 저항(R)을 가지며, 원통형 하우징(K)의 내부는 게터 재료로 채워져 있다. 제 9도에 도시된 HHD(A+B)는 본 출원인에 의해서 상표면 "St 707"로 시판되고 있는 Zr-V-Fe 합금(중량비로 Zr 70%, V 24.6% 및 소량의 Fe)으로 구성된 가역성 수소 게터 500mg를 수용하고 있다.
온도 500℃, 중량비 0.1%의 수소농도에서 이와 같은 합금의 평형압력(Px1)은 약 0.05토르(6.67Pa 또는 0.0667밀리바아)이다. 제 9도의 HHD에서, 이와 같은 합금으로 본 출원인에 의해서 상표면 "St 909"로 시판되고 있는 Zr-Mn-Fe 합금(중량비로 Zr 45.4%, Mn 27.3%, 소량의 Fe)으로 구성된 프로모우터 게터의 보호층(300mg)에 의해서 덮여져 있다.
이러한 Zr-Mn-Fe 합금은 AB2타입의 금속간 화합물에 해당하는 것으로서, 그 수소 평형압력(Px2)은 500℃, 체적비 0.1%의 수소농도에서 1바아(100,000Pa) 이상으로 알려졌는데, 이에 대해서는 디. 샬티엘(D. Shaltiel) 등의 논문에 실려있는 "저어널 오브 더 레스 콤먼 메탈스(J. of the Less Common Metals)"의 제 53권 (1977) 117쪽 내지 131쪽, 특히 125쪽의 표 3을 참조하면 된다. 제 10도에 도시된 HHD(C)는 수소게터(St 909) 500mg을 수용하고 있다. 제 9도 및 제 10도에 도시된 각각의 HHD에서, 수소 게터는 분말상태를 유지할 수 있도록 고도의 다공성 필터(F)로 덮여져 있다. St 707 합금의 입자크기는 0.1 내지 125㎛이고, St 909 합금의 입자크기도 0.1 내지 125㎛이다.
초기에는 이들 재료가 활성화된 상태로 처리되며, 펌프 시스템이 작동하여서 공간 내부의 잔류 압력이 10-4Pa 이하로 된다. 그리고나서, 2개의 HHD의 코일(저항R)에 적절한 입력전압이 공급됨으로써, 분말상태의 게터가 600℃의 온도에 도달할 때까지 가열된다. 이들 2개의 HHD는 그러한 온도로 약 1시간 정도 유지되는데, 동시에 진공펌프가 계속해서 작동한다.
활성화 처리단계가 종려되면, HHD(A+B)는 상온으로 복귀되는 반면에 HHD(C)는 온도제어기(TC2)에 의해서 350℃로 안정화된다. 그리고나서, 밸브(v4)를 폐쇄시킴으로써 체적(V1)의 공간을 포함한 전체 시스템이 진공펌프로부터 고립되며, 이어서 밸브(v1)를 폐쇄시키고 계량밸브(v2)를 적절히 제어함으로써 압력을 8000Pa로유지시키기에 충분한 양의 수소가 0.5ℓ체적(V1)의 공간내부로 유입된다. 그리고나서, 밸브(v1)를 개방함으로써 수소가 체적(V2)의 공간으로 팽창하게 되는데, 그러한 체적(V2)의 공간내에서 수소는 2개의 HHD에 의해서 흡착된다. 수소가 실질적으로 거의 다 흡착되었을 때(체적(V2)의 공간내의 잔류압력이 0.01Pa 이하가 됨), HHD(A+B)는 온도제어기 및 프로그램 된 타이머에 의해 상온에서 500℃로, 그리고 다시 상온으로 계속해서 순환식으로 온도가 변화된다. HHD(C)의 온도(Tc)는 일정수준(350℃)으로 유지된다. 동시에, 2개의 HHD의 온도와 함께 시스템내의 수소압력의 연속적인 변화가 기록된다. HHD(A+B)가 상온일 때 수소압력은 오랜 기간에 걸쳐서 0.1 이하로 떨어지기 때문에, 온도가 500℃로 상승된 후에 다시 상온으로 복귀할 때 1Pa 이하의 압력으로 감소되는데 필요한 시간(복귀시간)은 10분 이하이며, 0.1Pa 이하의 압력까지 감소되는데 필요한 시간(완전복귀시간)은 15분 이하이다(가역성 수소 게터로 ZrV2합금이 사용되는 경우에는 12분). 온도가 상온에서 500℃로 상승되는데 걸리는 시간은 약 3분 정도로서 훨씬 짧다.
가열-냉각 사이클 중에 시스템내에 유입되는 일산화탄소(CO)의 양은 전체적으로 1.3Pa·㎥에도달할 때까지 점차 증가된다.
이러한 일산화탄소의 증가는 500℃에서의 압력값이나 그러한 압력에 도달하는데 걸리는 복귀시간에 어떠한 영향도 미치지 않으며, 단지 일산화탄소의 양이 0.6Pa·㎥ 이상일 때 처음의 2 또는 3 싸이클에 대해서만 냉각중에 압력을 조금 감소시키도록 작용한다. 그리고, 2 또는 3 싸이클 후에는 압력이 다시 원래의 값으로변화된다.
이와 같은 싸이클의 변화가 제 11도에 도시되어 있다.
(제 2 실시예; 비교예)
제 2 실시예는 제 1 실시예에서 보호층(온도 Ti) 및 별도의 프로모우터 게터(온도 Tc)로 사용된 St 909 합금을 동일한 양의 지르코늄 하이드라이드로 교체시키고 실험을 반복한 것인데, 지르코늄 하이드라이드는 가역성 수소 게터(St 909 합금)의 수소 평형압력(Px1) 보다 큰 수소 평형압력을 갖는다. 그 결과, 수소만이 존재할 때 또는 일산화탄소가 추가되었을 때 제 1 실시예에 비해서 훨씬 나쁜 결과가 얻어졌다.
40분 후에도 압력은 결코 1Pa 이하로 떨어지지 않았다. 제 2 실시예의 비교되는 싸이클이 제 12도에 도시되었다(단, 500℃로부터 25℃까지의 냉각 싸이클만이 도시됨).
제 1도는 가역성 진공하에 사용되는 종래기술에 따른 단열을 쟈켓의 횡단면도이다.
제 2도는 가역성 진공하에 사용되는 본 발명에 따른 단열용 쟈켓의 횡단면도이다.
제 3도는 제 2도의 다른 실시예를 보여주는 도면으로서, 프로모우터 게터가 환형 스트립으로서 안쪽의 원통벽을 둘러싸면서 접촉하고 있는 것을 도시한 횡단면도이다.
제 4도는 제 2도 및 제 3도의 또 다른 실시예로서 가역성 수소 게터를 수용하는 또 다른 방법을 예시한 횡단면도이다.
제 4a도는 제 4도의 쟈켓에서 게터의 전체 질량이 박막형태의 다공성 격막(다이아프램 또는 필터)내에 수용되어 있는 것을 예시한 부분 확대 단면도이다.
제 5도는 프로모우터 게터의 보호층이 다공성 격막으로 덮여져 있는 장치의 부분 확대 단면도이다.
제 6도는 제 5도의 선 Ⅵ-Ⅵ을 따라서 절단된 단면도이다.
제 7도는 열소산용 휜이 제공되어 있는 하우징이 가역성 수소 게터로 채워진 것을 예시한 부분 단면도이다.
제 8도는 본 발명을 실시하기 위한 설비를 개략적으로 도시한 블럭선도이다.
제 9도 및 제 10도는 각각 가역성 수소 게터 및 프로모우터 게터를 포함하고 있는 하우징의 실시예들을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
제 11도 및 제 12도는 각각 제 9도 및 제 10도의 결과를 도시한 도면들이다.
제 13도는 촉매반응 소음기로 사용하기 적절한 특정형상(반원통형)으로 형성되어 있는 단열용 쟈켓의 한 실시예를 나타낸 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 공간 2 : 내부벽
3 : 외부벽 4 : 내부 공간
5 : 열전쌍 6,6',K : 외부 하우징
7,7' : 수소 게터 8,8' : 가열부재
9,9',9" : (비증발성) 프로모우터 게터
10 :보호층 11 : 다공성 격막
12 : 날개부 13 : 휜
16 : 쟈켓 17 : 항온기

Claims (2)

  1. 내부벽(2)과, 외부벽(3)과, 그리고 상기 내부벽(2)과 외부벽(3)의 사이에 형성되어있는 내부공간(4)을 갖춘 가역성 진공하의 단열용 쟈켓으로서, 상기 내부공간(4)이 사용전에 수소로 채워지는 비증발성 및 가역성 수소 게터(7, 7')를 수용하고 있는 외부 하우징(6, 6', K)과 유통하도록 구성되어 있는 단열용 쟈켓에 있어서,
    a) 상기 가역성 수소게터(7, 7')의 수소 농도가 0.1중량%.일 때, 상기 가역성 수소게터(7, 7')가 500℃에서 100mbar이하의 수소 평형 압력(Px1)을 가지며, 상기 자켓의 고온벽의 온도(Tc)와는 다른 가변 또는 일정 온도(Ti)에서 유지되고,
    b) 상기 가역성 수소게터(7, 7')내의 수소 농도가 0.1중량%일 때, 상기 내부공간(4)이 500℃에서 100mbar보다 높은 수소평형압력(Px2)을 갖고 상기 온도(Tc)로 노출되는 비증발성 프로모우터 게터(9, 9', 9")를 포함하고 있는 단열용 쟈켓.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징(6')에 열 소산용 휜(13)이 형성되어 있는 단열용 쟈켓.
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