KR101621006B1

KR101621006B1 - 단열성능 측정장치 및 이를 이용한 측정방법

Info

Publication number: KR101621006B1
Application number: KR1020130095273A
Authority: KR
Inventors: 권재성; 김형성; 박종성; 정영성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2016-05-13
Also published as: CN106198617B; KR20130089133A; KR20160056856A; CN106198617A; KR20130094279A; KR101786963B1

Abstract

본 발명은 열류센서에 의해 측정되는 단열재로의 열류량에 의해 단열재의 단열성능을 측정하는 단열성능 측정장치 및 이를 이용한 측정방법를 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 단열성능 측정장치는, 피측정물과의 접촉을 위한 전면을 구비하는 열류센서와, 상기 열류센서의 가열을 위하여 상기 열류센서의 상부에 설치되는 제1열원, 상기 제1열원의 상부에 배치되는 단열재, 상기 단열재의 상부에 배치되는 제3열원 및 상기 열류센서의 주위에 배치되는 제2열원을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

단열성능 측정장치 및 이를 이용한 측정방법{Apparatus for measuring performance of thermal insulation and measuring method using the same}

본 발명은 열류 센서에 의해 측정되는 열류량 변화에 의해 단열재의 단열성능을 측정하는 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 대한 것이다.

일반적으로, 진공 단열재는 기존 단열재보다 월등히 뛰어난 단열성능을 보유하므로 건물 및 가전제품 등의 다양한 분야에 적용되고 있다. 이러한 진공단열재는 단열재의 형태를 유지하는 다공성의 내부심재와, 진공유지를 위하여 내부심재를 감싸는 기체차단성의 외피재 필름 및 장기간 진공을 유지하기 위한 기체흡착제를 포함하여 구성된다. 진공단열재의 단열 성능은 내부의 진공도에 따라 결정되며, 내부의 압력이 일정 압력 이상 도달되면 단열성능이 급격히 저하된다. 이와 같이 진공단열재의 내부 압력이 상승하여 단열성능이 저하되는 열화현상을 진공단열재 내부의 게터(getter) 또는 흡착제 (desiccant) 가 억제시켜 장기간 높은 단열성능을 유지하게 된다. 진공단열재의 단열성능 열화요인은 다양하나 이중에서 취급 및 운반 시 외부충격에 의해 외피재 필름 손상으로 인한 기체침투가 가장 큰 요인이다. 외피재 필름은 기체투과를 막기 위하여 6~7um정도의 두께를 갖는 알루미늄박으로 이루어진 금속박막, 금속박막을 보호하기 위한 외부 플라스틱 필름, 파우치 제작용 열융착 층인 LDPE(Low Density Polyethylene)로 이루어져 있다. 외피재 필름이 찢어지게 되면 순식간에 기체가 진공단열재 내부로 완전히 유입되어 부풀어 오르면서 육안상 구별이 되지만 미세한 손상(slow leak)이 발생한 경우 기체투과가 서서히 진행되고 게터 및 흡착제의 흡착 영향으로 인해 육안상 구분이 불가능하다.

하지만, 진공단열재를 냉장고 또는 건물벽체의 내부에 매입한 후에는 다시 교체하기 어렵다. 특히, 냉장고의 경우 진공단열재를 냉장고 내부에 매입한 후 진공단열재의 불량발생이 확인되면 제품 전체를 폐기해야 한다. 따라서, 진공단열재의 장착 전 진공단열재 내부의 압력이나 열전도율을 확인하는 신뢰성 검사를 진행할 필요성이 대두된다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 신속하고 정확하게 단열재의 단열성능을 검사할 수 있는 단열성능 측정장치 및 이를 이용한 측정방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 단열재가 제품의 내부에 설치된 상태에서 단열재의 단열성능을 측정할 수 있는 단열성능 측정장치 및 이를 이용한 측정방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 단열성능 측정장치는, 피측정물과의 접촉을 위한 일면을 구비하는 열류센서, 상기 열류센서로 열을 공급하기 위하여 상기 열류센서의 상부에 배치되는 제1열원, 상기 열류센서의 주위로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 열류센서의 주위에 배치되는 제2열원, 상기 제1열원의 상부에 배치되는 단열재를 포함할 수 있다.

상기 열류센서의 상부로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 단열재의 상부에 배치되는 제3열원을 더 포함할 수 있다.

상기 제1열원, 제2열원 및 제3열원의 온도조절을 위한 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 제1열원, 제2열원 및 제3열원의 온도가 실질적으로 동일한 온도가 유지되도록 제어할 수 있다.

상기 열류센서는 접촉형 열류센서일 수 있다.

상기 단열재는 진공 단열재 또는 진공유리일 수 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 단열성능 측정장치의 열류센서를 냉장고의 외벽에 접촉시킨 후 소정의 시간이 경과한 후 상기 열류센서를 통해 측정되는 열류량에 의해 상기 냉장고에 매설된 단열재의 단열성능을 측정할 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 자동측정장치는, 피측정물과의 접촉을 위한 일면을 구비하는 열류센서;

상기 열류센서로 열을 공급하기 위하여 상기 열류센서의 상부에 배치되는 제1열원;

상기 열류센서의 주위로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 열류센서의 주위에 배치되는 제2열원;

상기 제1열원의 상부에 배치되는 단열재;를 포함하는 단열성능 측정장치와,

상기 단열성능 측정장치를 진퇴이동시키며 소정의 압력으로 피측정물에 접촉시키기 위한 구동장치와, 상기 단열성능 측정장치와 피측정물 사이에 가해지는 압력을 측정하기 위한 로드셀을 포함할 수 있다.

상기 구동장치는 동력을 제공하기 위한 모터와, 상기 모터에서 발생하는 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 볼스크류를 포함할 수 있다.

상기 구동장치는 에어실린더를 포함할 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 단열성능 측정방법에 따르면, 열류센서를 소정온도로 가열하는 과정과, 상기 열류센서의 주위로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 열류센서의 주위를 상기 소정온도로 가열하는 과정과, 상기 열류센서의 상부로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 열류센서의 상부를 상기 소정온도로 가열하는 과정과, 상기 소정온도로 가열된 상기 열류센서의 하부를 피측정물에 접촉시켜 상기 열류센서에서 측정되는 열류량에 의해 상기 피측정물의 단열성능을 측정하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 열류센서를 상기 피측정물에 접촉하여 소정의 시간이 경과한 후 상기 열류센서에서 측정되는 열류량에 의해 상기 피측정물의 단열성능을 측정할 수 있다.

열전도율 측정장치를 이용하여 다수의 시료들에 대한 제1열전도율을 측정하고, 상기 열류센서를 이용하여 상기 시료들에 대한 제2열류량을 측정하여 상기 제1열전도율과 상기 제2열류량의 상관관계에 대한 제1데이터를 얻고, 상기 제1데이터에 기초하여 상기 제2열류량에 의해 상기 피측정물의 열전도율를 추산하여 상기 피측정물의 단열성능을 측정할 수 있다.

내부압력의 조절이 가능한 진공단열재의 내부압력을 조절하면서 열전도율 측정장치를 이용하여 제1열전도율을 측정하고, 상기 열류센서를 이용하여 상기 진공단열재에 대한 제2열류량을 측정하여 상기 제1열전도율과 상기 제2열류량의 상관관계에 대한 제1데이터를 얻고, 상기 제1데이터에 기초하여 상기 제2열류량에 의해 상기 피측정물의 열전도율을 추산하여 상기 피측정물의 단열성능을 측정할 수 있다.

내부압력의 조절이 가능한 진공단열재의 내부압력을 여러 단계로 조절하면서 상기 진공단열재의 내부 압력의 각 단계별로 상기 열류센서에 의해 상기 진공단열재의 제3열류량을 측정하고, 단열재 내부의 진공도과 열전도율의 상관관계에 대한 제3데이터와 상기 제3열류량을 대비하여 상기 제1데이터를 보정할 수 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 외관을 형성하는 외상; 상기 외상의 내측에 배치되어 저장실을 형성하는 내상; 상기 외상과 상기 내상 사이에 매설되어 상기 저장실의 냉기를 차단하는 단열부재; 상기 단열부재는 상기 외상의 내측에 부착되는 진공단열패널로 구성된 제1단열부재 및 상기 외상과 상기 내상 사이로서 상기 제1단열부재가 배치되고 남은 공간에 우레탄 폼을 주입하여 구성되는 제2단열부재로 구성되며, 상기 진공단열패널로 구성된 제1단열부재를 상기 외상에 부착하기 전에, 단열성능 측정장치를 이용하여 소정의 단열성능을 확보한 상기 진공단열패널로 구성된 제1단열부재만을 사용하여 상기 단열부재를 구성함으로써 최종 단열부재의 불량으로 인한 제품 폐기를 방지할 수 있다.

상기 단열성능 측정장치는 열류센서, 상기 열류센서로 열을 공급하기 위하여 상기 열류센서의 상부에 배치되는 제1열원, 상기 열류센서의 주위로 열류가 이동하는 것을 방지하기 위하여 상기 열류센서의 주위에 배치되는 제2열원;을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열성능 측정장치의 사시도이다.
도 2는 단열성능 측정장치의 하부를 도시한 도면이다.
도 3은 단열성능 측정장치의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 단열성능 측정장치의 내부 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 단열성능 측정장치를 통해 측정되는 열류량값의 변화를 나타낸 선도이다.
도 6은 열전율과 열류량과의 상관관계에 대한 그래프이다.
도 7은 내부압력의 조절이 가능한 진공단열재를 나타낸 도면이다.
도 8은 진공단열재의 내부압력과 열전도율과의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동측정시스템을 도시한 도면이다.
도 10은 단열성능 측정장치를 진공유리의 단열성능 측정에 사용하는 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 단열성능 측정장치를 이용하여 냉장고 내부에 매설된 단열재의 단열성능을 검사하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장고용 자동측정시스템을 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 단열성능 측정장치를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 내지 4 에 도시된 바와 같이, 단열성능 측정장치(10)은 외관을 형성하는 커버(11)와, 커버(11)의 상부에 설치되는 손잡이(12)를 포함하여 구성된다.

커버(11)은 손잡이(12)가 설치된 상면에 대향되는 하부가 개방된 형태로 구성되며, 단열성능 측정장치(10)는 커버(11)의 내부에 설치되는 열류센서(100), 제1열원(120), 제2열원(110), 단열재(130) 및 제3열원(140)을 포함하여 구성될 수 있다.

열류센서(100)는 피측정물(V)의 표면에 접촉될 수 있도록 커버(11)의 개방된 하부의 중앙에 배치될 수 있다. 열류센서(100)는 접촉형 열류센서로 구성될 수 있으며, 이 경우 열류센서(100)는 필름형태의 박판으로 구성될 수 있다.

열류센서(100)에는 열류량 측정방향이 설정되어 있게 되는데, 이 열류량 측정방향이 피측정물(V)을 향하도록 열류센서(100)가 배치될 수 있다.

열류센서(100)의 상부에는 열류센서(100)를 소정의 온도를 가열하기 위한 제1열원(120)이 배치된다. 제1열원(120)은 구리 또는 알루미늄 등 열전도도가 우수한 금속에 전열히터가 삽입되는 형태 또는 금속에 박판형 필름 히터가 부착되는 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 제1열원(120)은 일정한 온도로 가열된 유체가 순환되는 방식으로 구성될 수도 있으며, 열류센서(100)과 제1열원(120)의 온도를 감지하기 위한 온도센서(121)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1열원(120)은 열류센서(100)의 상면 전체를 커버할 수 있도록 열류센서(100)의 상면에 대응되는 크기의 일면을 구비할 수 있다.

제2열원(110)은 열류센서(100)과 제1열원(120)의 주위에 배치되며, 열류센서(100)와 제1열원(120)이 합쳐진 상태의 두께와 동일한 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 제2열원(110)은 제1열원(120)과 마찬가지로 전열히터 또는 금속에 박판형 필름 히터가 부착되는 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 제2열원(110)은 일정한 온도로 가열된 유체가 순환되는 방식으로 구성될 수 있으며, 제2열원(110)의 온도감지를 위한 온도센서(111)가 설치될 수 있다.

제2열원(110)과 커버(11)의 내면사이에는 제2열원(110)이 커버(11)의 내면과 이격된 상태를 유지하도록 지지하기 위한 지지부재(150)가 설치될 수 있다.

지지부재(150)는 제2열원(110)을 커버(11)의 내면과 이격된 상태로 지지하여 제2열원(110)의 작동시 커버(11)로의 열전달을 최소화한다. 따라서, 커버(11)가 제2열원(110)의 온도에 가깝게 가열되는 것을 방지한다.

제1열원(120)과 제2열원(110)의 상부에는 제1열원에서 발생된 열이 모두 피측정물로 향햐도록 하기 위해 단열성능이 우수한 단열재(130)가 배치될 수 있다. 이 단열재(130)는 진공단열재(Vaccum Insulation Panel, VIP)로 구성될 수 있다.

단열재(130)의 상부에는 제3열원(140)이 마련될 수 있다. 제3열원(140)은 제1열원(120)과 제2열원(110)과 마찬가지로 전열히터 또는 금속에 박판형 필름 히터가 부착되는 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 제3열원(140)은 일정한 온도로 가열된 유체가 순환되는 방식으로 구성될 수 있으며, 그 온도감지를 위하여 온도센서(141)가 설치될 수 있다.

보호열원(110), 제1열원(120) 및 제3열원(140)은 전선(13)을 통해 제어부(20)로부터 전원을 공급받아 가열될 수 있게 되며, 각 열원(110, 120, 140)에 설치된 온도센서(111, 121, 141)를 통해 측정된 열원(110, 120, 140)의 온도는 전선(130)을 통해 제어부(20)에 입력된다.

제어부(20)는 제1열원(120)과 제3열원(140)에 설치된 온도센서(121, 141)를 통해 측정되는 열원(120, 140)의 온도를 모니터링하면서 제1열원(120)과 후방열원(140)으로의 전력공급을 제어함으로써 제1열원(120)과 제3열원(140)이 동일한 온도가 되도록 제어한다. 이와 같이, 제1열원(120)과 제3열원(140)의 온도가 동일하도록 설정하면, 제1열원(120)과 제3열원(140)사이의 온도차가 0가 되어 열의 흐름이 발생되지 않을 뿐만 아니라 제1열원(120)과 제3열원(140) 사이에 위치한 단열재(130)에 의해 제1열원(120)을 기준으로 피측정물(V) 반대방향으로의 열류량도 0가 되어 측정의 정확도를 높일 수 있다.

마찬가지로, 제어부(20)는 제1열원(120)과 제2열원(110)에 설치된 온도센서(111,121)를 통해 측정되는 열원(110, 120)의 온도에 따라 제1열원(120)과 제2열원(110)으로의 전력공급을 제어함으로써 제1열원(120)과 제2열원(110)이 동일한 온도가 되도록 제어한다. 결국, 제어부(20)는 제1열원(120)원의 온도를 기준으로 후방열원(140)과 제2열원(110)의 온도가 동일하도록 제1열원(120), 제3열원(140) 및 제2열원(110)의 작동을 제어할 수 있다.

이와 같이, 제1열원(120)과 제2열원(110)의 온도가 동일하도록 설정하면, 제1열원(120)에 의해 그와 동일한 온도로 가열되는 열류센서(100)와 제2열원(110)사이에 온도차이가 발생되지 않게 되므로 피측정물(V) 접촉시 피측정물(V) 표면상에서 열류센서(100)와 제2열원(110)사이의 열류량이 실질적으로 0이 되도록 할 수 있다. 또한, PID(Proportional Integral Derivative) 온도 제어를 통해 상기 3개의 열원(110, 120, 140)을 항상 동일 온도로 유지함으로써 연속적인 측정이 가능하게 된다.

제2열원(110)은 제1열원(120) 주위에 배치되되 열류센서(100) 및 제1열원(120)으로부터 일정간격 이격되게 배치될 수 있다.

제1열원(120)과 제3열원(140)사이에 배치되는 단열재(130)는 제1열원(120)과 제3열원(130)사이에 순간적으로 미세한 온도차이가 발생하더라도 낮은 열전달계수로 인하여 열류를 차단하여 제1열원(120)과 제3열원(140)사이에 열류량이 발생하지 않도록 완충요소(buffer)로 작용한다.

따라서, 열류센서(100)를 중심으로 피측정물(V)로 향하는 방향을 제외한 전방향으로의 열류량을 실질적으로 0이 되게 할 수 있으므로, 열류센서(100), 제1열원(120), 제2열원(110) 및 제3열원(140)의 온도를 모두 일치시킨 상태에서 열류센서(100)를 피측정물(V)에 접촉시켜 측정되는 열류량은 모두 열류센서(100)와 피측정물(V)사이에 발생한 열류량으로 신뢰할 수 있게 된다.

이하에는 본 발명에 의한 단열성능 측정장치(10)를 이용하여 피측정물(V)의 단열성능을 측정하는 방법을 구체적으로 설명한다.

먼저, 단열성능 측정을 위하여 열류센서(100)를 제1열원(120)을 통해 가열하여 일정온도로 예열하고, 제2열원(110)과 제3열원(140)도 열류센서(100) 및 제1열원(120)의 온도와 동일하게 가열을 진행한다. 이때 가열온도는 70~90℃정도가 될 수 있다.

열류센서(100), 제1열원(120), 제2열원(110) 및 제3열원(140)의 온도가 모두 동일해지면 측정을 개시할 수 있다.

측정을 위하여 커버(11)의 하부면에 배치된 열류센서(100)와 제2열원(110)을 피측정물(V)의 표면에 접촉시킨다. 이때 피측정물(V)은 진공단열재일 수 있다. 진공단열재의 경우 도 3에서와 같이 다공질의 심재(V2)와, 심재(V2)의 외부를 김싸면서 심재(V2)의 진공상태를 유지하는 보호필름(V1)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 5와 같이 열류센서(100)를 피측정물(V)인 진공단열재에 접촉시키기 전에는 열류센서(100)로부터 측정되는 열류량값이 낮게 유지되다가 열류센서(100)와 제2열원(110)을 피측정물(V)인 진공단열재의 표면에 접촉시키게 되면, 열류센서(100)를 통해 측정되는 열류량 값이 순간적으로 급상승한다. 이는 진공단열재의 경우 표면을 형성하는 보호필름(V1)의 열전도도가 내부의 심재(V2)의 열전도도보다 상대적으로 높게 되는데, 일종의 표면효과로 열류센서(100)를 진공단열재의 표면에 접촉시킨 초기에는 상대적으로 높은 열전도도를 갖는 보호필름(V1)으로 많은 열류량이 발생하기 때문이다.

하지만, 열류센서(100)를 진공단열재(V)의 표면에 접촉시킨 후 점차 시간이 경과함에 따라 열류센서(100)에서 측정되는 열류값은 점차 감소된다. 이는 접촉초기에는 보호필름(V1)에 합지된 금속박에 의해 열류값이 급상승하게 되지만, 시간이 경과함에 따라 보호필름(V1)이 열류센서(100)의 온도와 비슷하게 가열되면서 표면효과가 사라지고 심재(V2)의 낮은 열전도도 특성이 반영되기 때문이다.

따라서, 열류센서(100)를 진공단열재(V)에 접촉시킨 후 일정한 측정대기시간 후에 열류센서(100)를 통해 측정되는 열류량 값을 단열성능 측정의 지표로 고려할 수 있다.

진공단열재가 정상상태인 경우 열류센서에서 측정되는 열류량값이 G선과 같은 패턴으로 형성되어 낮은 열류량 값으로 측정값이 수렴되는 반면, 진공단열재가 불량상태인 경우, 열류센서(100)에서 측정되는 열류량값이 N선과 같이 G선보다 높은 열류량값으로 측정값이 수렴되는 것을 알 수 있다.

이 측정대기시간은 진공단열재의 경우 보호필름의 재질, 두께 등에 따라 변할 수 있는 것이므로, 반복된 실험에 의해 측정값에 대한 신뢰성이 확보될 수 있으면서 신속하게 단열성능을 측정할 필요성을 고려하여 결정될 수 있으며, 일반적인 진공단열재의 경우 7에서 15초 사이 정도가 될 수 있다.

상기한 과정을 통해 열류센서(100)에서 최종적으로 열류량 값이 측정되지만, 열류량값이 곧 열전도율을 의미하는 것은 아니다.

하지만, 어떤 물체의 열전도율과 열류량은 선형적으로 비례하는 관계를 가지고 있으므로, 미리 별도의 열전도율 측정장치(미도시)를 통해 열전도율이 측정된 서로 다른 복수의 단열재들을 본 발명에 따른 단열성능 측정장치(10)를 통해 열류량을 측정하여 미리 측정된 열전도율과 단열성능 측정장치 (10)에서 측정된 열류량의 관계를 데이터베이스화하면, 도 6과 같은 열전도율와 열류량과의 상관관계를 나타내는 선도를 얻을 수 있다.

즉, 단열성능 측정장치(10)를 통해 측정되는 열류량은 열류센서(100)을 통해 전위차의 형태로 출력지만, 도 6과 같이 미리 마련된 데이터를 대비하면 진공단열재(V)의 열전도율을 추산할 수 있게 되는 것이고, 결국 단열성능 측정장치(10)를 통해 측정되는 열류량을 통해 진공단열재가 정상범위내의 열전도율을 갖고 있는지 여부를 판별하여 진공단열재의 정상 유무를 검사할 수 있게 되는 것이다.

또한, 주기적으로 상기한 방법과 같이 미리 별도의 열전도율 측정장치(미도시)를 통해 열전도율이 측정된 서로 다른 복수의 단열재들을 본 발명에 따른 단열성능 측정장치(10)를 통해 열류량을 측정하여 열전도율와 열류량과의 상관관계에 대한 데이터를 주기적으로 보정할 수도 있다.

또한, 도 7과 같이 내부압력의 측정 및 조절가능한 진공단열재(A)를 이용하여 열전도율과 열류량과의 상관관계에 대한 데이터를 얻고, 상관관계에 대한 데이터를 주기적으로 보정할 수 있다.

*내부압력의 측정 및 조절가능한 진공단열재(A)에는 도 7과 같이 진공단열재 (A)내부의 압력을 측정할 수 있는 압력계(A1)와, 진공단열재 내부의 압력조절을 위한 조절밸브(A2)가 설치될 수 있다. 따라서, 사용자는 압력계(A1)를 통해 진공단열재(A) 내부의 압력을 모니터링하면서 조절밸브(A2)를 통해 진공단열재(A) 내부 압력(진공도)을 조절할 수 있다.

진공단열재(A) 내부 압력(진공도)이 조절된 상태에서 별도의 정밀한 열전도율 측정장치(미도시)를 통해 열전도율을 측정하여 측정된 열전도율과 상기 열류센서(100, 도 3참조)에 의해 측정된 상기 시료들의 상기 열류량의 관계에 대한 데이터를 얻고, 이 데이터에 기초하여 피측정물에서 측정된 열류량으로부터 피측정물의 열전도율을 추산할 수 있다.

또한, 진공단열재 내부의 압력과 진공단열재의 열전도율은 도 8의 선도와 같이 반비례관계를 갖는다. 따라서, 진공단열재의 내부 압력(내부 진공도)을 알게 되면 진공단열재의 열전도율을 도 8의 선도에 의해 추산할 수 있게 된다. 이와 같은 방법을 통해 진공단열재의 내부 압력을 여러단계로 조절하면서 도 8에 의해 각 압력에 따라 예상되는 열전도율을 구하고, 본 발명에 따른 단열성능 측정장치(10)를 통해 열류량을 측정하여 상기한 열전도율과 열류량과의 상관관계에 대한 데이터를 보정할 수도 있다.

상기한 도 8의 선도는 실험에 의해 확립되어 공지된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 제시된 도 1과 같은 단열성능 측정장치(10)는 도 9과 같이 자동 측정 시스템(200)으로 구성되어, 메인프레임(210)과, 단열성능 측정장치(10)를 상하방향으로 진퇴이동시키며 일정한 압력으로 피측정물에 접촉시키기 위한 구동장치(220)와, 단열성능 측정장치(10)와 피측정물(V) 사이에 가해지는 압력을 측정하기 위한 로드셀(230)과, 구동장치(220) 및 로드셀(230)이 메인프레임(210)에 대하여 상하운동 가능하게 안내하기 위한 가이드 로드(240)를 포함하여 구성될 수 있다.

구동장치(220)는 동력을 제공하기 위한 서보모터(221)와, 서보모터(221)에서 발생하는 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 볼스크류(222)를 포함하여 구성될 수 있다.

구동장치(220)의 하부에는 로드셀(230)과 단열성능 측정장치(10)가 설치된다. 가이드 로드(240)는 복수개로 마련될 수 있으며, 구동장치(220)가 메인 프레임(210)에 대하여 상하운동가능하게 메인프레임(210)에 마련되는 가이드홀(211)에 결합되어 될 수 있다.

*볼스크류(222)의 너트부(223)는 메인프레임(210)의 상판(211)에 설치되며, 이에 따라 서보모터(221)에 의해 볼스크류(222)의 스크류부(224)가 회전하면 스크류부(224)의 상하방향운동이 유도되면서 구동장치(220), 단열성능 측정장치(10) 및 로드셀 (230)이 상하이동된다.

자동측정시스템(200)의 작동과정을 살펴보면, 먼저 피측정물(V)을 단열성능 측정장치(10)의 하부인 메인프레임(210)의 선반(213)에 놓은 후, 서보모터(221)를 작동시켜 단열성능 측정장치(10)의 하강을 유도한다. 단열성능 측정장치(10)가 피측정물(V)에 접촉되기 시작하면서 로드셀(230)에는 단열성능 측정장치(10)에 의해 피측정물(V)에 가해지는 압력이 감지되고, 상기 압력이 적정 치에 도달되기전까지 서보모터(221)가 작동되다가 상기 압력이 적정치에 도달하면 서보모터(221)의 동작이 정지된 후 단열성능 측정장치(10)에 의한 측정과정이 시작된다.

이후, 단열성능 측정장치(10)에 의한 측정과정이 종료되면, 서보모터(221)가 단열성능 측정장치(10)의 하강동작시 회전방향의 역방향으로 작동되면서 단열성능 측정장치(10)가 상승하여 초기상태로 복귀된다.

위의 도 9에 의한 자동측정시스템(200)에 의하면 서보모터(221)와 볼스크류(222)를 이용하여 구동장치(220)를 구성한 실시예를 나타내고 있지만, 구동장치에 대한 구성은 이에 한정되지 않으며 직선왕복운동을 유발시킬 수 있는 구동요소라면 적용가능하다. 예를 들면, 공압에 의해 작동하는 에어실린더, 유압에 의해 작동하는 유압실린더, 리니어 모터 등이 구동장치로 구성될 수도 있다. 또한, 구동장치(220)의 서보모터(221)은 스텝모터로도 대체될 수 있다.

도 10과 같이 본원발명의 일 실시예에 따른 단열성능 측정장치(10)는 피측정물을 진공단열재로 한정하지 않으며, 진공유리(G)의 경우에도 적용할 수 있다. 진공유리(G)는 두 장의 유리(G1)사이에 진공공간(G2)이 형성된 진공유리(G)의 단열성능 측정에도 상기의 자동측정시스템(200) 또는 수동식 단열성능 측정장치(10)를 사용할 수 있다. 다만, 진공단열재의 외피재 필름과는 달리 열이 유리를 통과하는데 시간이 소요되므로 도 5에서 열류량이 안정화된 후에 측정하게 되는 시간이 1분 이내 정도로 길게 소요될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 단열성능 측정장치(10)를 통해 진공단열재와 같은 단열재의 단열성능을 측정하는 방법은 냉장고에 매설된 단열재의 단열성능을 측정하는 방법으로 적용할 수 도 있다.

도 11과 같이, 냉장고(R)에 매설된 단열재의 단열성능 측정방법은 열류센서(100, 도 3참조) 및 제2열원(110, 도 3참조)이 냉장고(R)의 외벽에 접촉하도록 단열성능 측정장치(10)를 냉장고(R)의 외벽에 접근시킨 후 냉장고(R) 외벽을 향하여 가압한다.

냉장고(R)의 외벽은 내부의 단열재에 비하여 상대적으로 열전도도가 높은 금속판재 또는 플라스틱 수지로 구성되어 있으므로, 진공단열재의 경우와 마찬가지로 측정초기에는 열류센서(100)를 통해 측정되는 열류량 값이 순간적으로 급상승한다. 특히, 냉장고(R)의 외벽은 진공단열재의 보호필름보다 그 두께가 더 두껍기 때문에 냉장고(R)의 외벽이 열류센서(100)와 비슷한 온도로 가열되어 표면효과가 사라지는데 진공단열재의 경우보다 더 긴 시간이 소요될 수 있다. 따라서, 측정대기시간이 진공단열재를 측정하는 경우보다 더 길어질 수 있다. 하지만, 결국 냉장고(R)의 외벽이 열류센서와 비슷한 온도로 가열되어 표면효과가 사라지고 나면, 진공단열재에 의한 단열효과가 열류량값에 반영되면서 시간의 경과에 따라 점차 측정값이 감소하면서 일정한 값으로 수렴하게 된다. 따라서, 측정값이 수렴되는 시간을 측정대기시간으로 하여 측정개시 후 측정대기시간 경과 후의 측정값으로 냉장고(R)에 매설된 단열재의 정상유무를 검사할 수 있게 된다.

도 12과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 단열성능 측정장치는 냉장고의 내부에 매설된 단열재의 단열성능 측정을 위한 자동 측정시스템(300)도 구성될 수 있다.

냉장고용 자동측정시스템(300)은 냉장고(R)의 양측에 배치되는 단열성능 측정장치(10)와, 단열성능 측정장치(10)를 수평방향으로 진퇴이동시키기 위한 구동장치(320)와, 구동장치(320)와 단열성능 측정장치(10)를 지지하기 위한 프레임(310)을 포함하여 구성될 수 있으며, 프레임(310)을 제외한 전체구성은 앞서 설명한 도 9에 따른 자동측정시스템(200)과 유사할 수 있다.

구동장치(320)는 앞서 설명한 도 9에 따른 자동측정시스템(300)의 구동장치(320)와 동일하게 서보모터(321)와 볼스크류(322)를 포함하여 구성될 수 있다.

마찬가지로, 구동장치(320)는 공압에 의해 작동하는 에어실린더 또는 유압에 의해 작동하는 유압실린더 또는 리니어 모터 등으로 구성될 수도 있다.,

또한. 구동장치(320)와 단열성능 측정장치(10) 사이에는 단열성능 측정장치(10)가 피측정물에 접촉될 때 가압되는 압력을 측정하기 위한 로드셀(330)이 설치될 수 있다.

냉장고용 자동측정시스템(300)은 냉장고(R)의 생산라인에 적용되어 컨베이어 벨트(미도시)를 따라 이동되는 냉장고(R) 측면에 매설된 단열재의 단열성능을 최종적으로 측정하여 정상유무를 판별하기 위한 최종적인 품질검사장비로 사용될 수 있다.

특히, 냉장고(R)에 매설되기 전 검사에서 정상상태로 확인된 진공단열재라도 냉장고(R)에 매설되는 단계에서 진공단열재(V, 도 3참조)의 보호필름(V1, 도 3참조)이 손상되면서 진공단열재의 내부압력이 상승하게 되면 진공단열재 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 냉장고 생산단계에서의 불량발생 가능성에 대비하기 위하여, 본 자동측정시스템(300)을 사용하여 제품생산의 최종단계에서 냉장고(R) 내부의 진공단열재에 대한 단열성능을 측정하여 진공단열재의 정상유무를 검사할 수 있다.

본 발명은 상기에 기재된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형할 수 있다는 점은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10: 단열성능 측정장치 20: 제어부
100 : 열류센서, 110 : 제2열원
120 : 제1열원 130 : 단열재
140 : 제3열원 150 : 지지부재
V : 단열재 R : 냉장고

Claims

하부가 피측정물과 접촉하도록 마련되는 열류센서;
상기 열류센서로 열을 공급하기 위하여 상기 열류센서의 상부에 접하도록 배치되는 제 1 열원;
상기 제 1 열원의 주위에서 상기 제 1 열원과 동일한 온도를 유지하도록 마련되며, 상기 제 1 열원과 일정간격 이격되게 배치되는 제 2 열원,
상기 제 1 열원의 상부에 배치되는 단열재;를 포함하는 단열성능 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 제 1 열원과 제 2 열원이 실질적으로 동일한 온도가 유지되도록 제어하는 단열성능 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 단열재는 상기 제 1 열원과 상기 제 2 열원의 상면에 대응되는 크기로 배치되는 단열성능 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 제 2 열원은,
피측정물로부터 상기 열류센서와 상기 제 1 열원이 배치되는 높이와, 실질적으로 동일한 높이를 갖도록 배치되는 단열성능 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 열류센서의 상부로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 단열재의 상부에 배치되는 제3열원을 더 포함하는 단열성능 측정장치.
제5항에 있어서,
상기 제1열원, 제2열원 및 제3열원의 온도조절을 위한 제어부를 더 포함하는 단열성능 측정장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1열원, 제2열원 및 제3열원의 온도가 실질적으로 동일한 온도가 유지되도록 제어하는 단열성능 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 열류센서는 접촉형으로 필름 형태의 박판인 단열성능 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 단열재는 진공 단열재인 단열성능 측정장치.
제5항에 있어서,
상기 제 1, 2,3 열원에는 각각 온도센서가 설치되는 단열성능 측정장치.
제5항에 있어서,
상기 제 1,2,3 열원의 가열온도는 70~90도인 단열성능 측정장치.
하부가 피측정물과의 접촉하도록 마련되는 열류센서;
상기 열류센서로 열을 공급하기 위하여 상기 열류센서의 상부에 접하도록 배치되는 제 1열원;
상기 제 1 열원의 주위에서, 상기 제 1 열원과 동일한 온도를 유지하도록 마련되며, 상기 제 1 열원과 일정간격 이격되게 배치되는 제 2 열원;
상기 제1열원의 상부에 배치되는 단열재를 포함하는 단열성능 측정장치와, 상기 단열성능 측정장치를 이동시키며 소정의 압력으로 피측정물에 접촉시키기 위한 구동장치;를 포함하는 자동측정시스템.
제12항에 있어서,
상기 구동장치는 동력을 제공하기 위한 모터와, 상기 모터에서 발생하는 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 볼스크류를 포함하는 자동측정시스템.
제12항에 있어서,
상기 구동장치는 에어실린더를 포함하는 자동측정시스템.
제1항에 의한 단열성능 측정장치의 상기 열류센서를 냉장고의 외벽에 접촉시킨 후 소정의 시간이 경과한 후 상기 열류센서를 통해 측정되는 열류량에 의해 상기 냉장고에 매설된 단열재의 단열성능을 측정하는 단열성능 측정방법.
제 1 열원을 통해 열류센서를 소정온도로 가열하고,
상기 열류센서의 주위로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 상기 열류센서의 주위로 배치되는 제 2 열원을 상기 소정온도로 가열하고,
피측정물과 상기 소정온도로 가열된 상기 열류센서의 접촉을 통해 상기 열류센서에서 측정되는 제1열류량에 의해 상기 피측정물의 단열성능을 측정하는 단열성능 측정방법.
제16항에 있어서,
단열재를 통해 상기 제 1 열원과 제 2 열원의 상부를 단열하는 단열성능 측정방법.
제16항에 있어서,
상기 열류센서의 상부로 열류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 열류센서의 상부를 상기 소정온도로 가열하는 단열성능 측정방법.
제16항에 있어서,
상기 소정온도는 70~90도인 단열성능 측정방법.
제16항에 있어서,
상기 열류센서를 상기 피측정물에 접촉하여 소정의 시간이 경과한 후 상기 열류센서에서 측정되는 상기 제1열류량에 의해 상기 피측정물의 단열성능을 측정하는 단열성능 측정방법.
제16항에 있어서,
열전도율 측정장치를 이용하여 다수의 시료들에 대한 제1열전도율을 측정하고,
상기 열류센서를 이용하여 상기 시료들에 대한 제2열류량을 측정하여 상기 제1열전도율과 상기 제2열류량의 상관관계에 대한 제1데이터를 얻고,
상기 제1데이터에 기초하여 상기 제2열류량에 의해 상기 피측정물의 열전도율를 추산하여 상기 피측정물의 단열성능을 측정하는 단열성능 측정방법.
제16항에 있어서,
내부압력의 조절이 가능한 진공단열재의 내부압력을 조절하면서 열전도율 측정장치를 이용하여 제1열전도율을 측정하고,
상기 열류센서를 이용하여 상기 진공단열재에 대한 제2열류량을 측정하여 상기 제1열전도율과 상기 제2열류량의 상관관계에 대한 제1데이터를 얻고,
상기 제1데이터에 기초하여 상기 제2열류량에 의해 상기 피측정물의 열전도율을 추산하여 상기 피측정물의 단열성능을 측정하는 단열성능 측정방법.
제22항에 있어서,
내부압력의 조절이 가능한 진공단열재의 내부압력을 여러 단계로 조절하면서 상기 진공단열재의 내부 압력의 각 단계별로 상기 열류센서에 의해 상기 진공단열재의 제3열류량을 측정하고,
단열재 내부의 진공도과 열전도율의 상관관계에 대한 제3데이터와 상기 제3열류량을 대비하여 상기 제1데이터를 보정하는 단열성능 측정방법.