KR101652860B1 - 단열재의 단열 성능 측정장치 및 이를 이용한 단열 성능 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 운반선이나 또는 액화천연가스 이송 배관 등을 감싸는 단열재를 극저온 환경에 투입하여 단열 성능을 측정할 수 있도록 한 단열재의 단열 성능 측정장치 및 이를 이용한 단열 성능 측정방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 단열재의 단열 성능 측정장치는, 상부면과 하부면이 개방된 통 형상으로 이루어져 내부에 피측정 단열재가 채워지는 단열재충전부와, 상기 단열재충전부의 하부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 하부플레이트와, 상기 단열재충전부의 상부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 상부플레이트를 포함한 시료용기와; 상부면이 개방된 통형상으로 이루어지며, 개방된 상부면을 통해 상기 시료용기가 삽입되면서 시료용기에 의해 상부면이 폐쇄되도록 된 냉각용기와; 상기 시료용기가 냉각용기의 하부면에 대해 일정 거리 이격된 상태로 지지되도록 시료용기를 지탱하는 서포트부재와; 상기 냉각용기와 시료용기 사이의 공간으로 냉각유체를 공급하는 냉매공급수단과; 상기 시료용기의 상부플레이트와 접촉하도록 설치되어 온도를 측정하는 온도측정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

단열재의 단열 성능 측정장치 및 이를 이용한 단열 성능 측정방법{Measurement Apparatus of the Insulation to Measure Thermal Insulation Performance}

본 발명은 단열재의 단열 성능을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 운반선이나 또는 액화천연가스 이송 배관 등을 감싸는 단열재를 극저온 환경에 투입하여 단열 성능을 측정할 수 있도록 한 단열재의 단열 성능 측정장치 및 이를 이용한 단열 성능 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 지하에서 뽑아 올린 탄화수소 계열의 천연가스를 운송과 저장의 편의를 위해 -163℃로 압축, 냉각, 액화시켜 부피를 1/600으로 줄인 극저온의 액체를 말한다. 이러한 액화천연가스는 가격에 비해 열량이 우수하여 석유 대체에너지로 각광받고 있다.

-163℃의 초저온으로 냉각된 액화천연가스를 취급하기 위해서는 액화천연가스가 이송되는 배관과 저장탱크 등이 모두 우수한 단열재로 보호되어야 하며, 이에 따라 배관 단열재 및 탱크 단열재에 대한 연구와 기술 개발이 급속도로 진행되고 있다.

개발된 단열재의 성능을 측정하기 위해서는 단열재의 열차단 효율을 측정하고 비교하는 기술이 필연적으로 수행되어야 하며, 특히 극저온 상태인 액화천연가스의 이송 및 저장에 사용되는 단열재는 극저온 환경에서 열전도도가 측정되어야 한다.

그러나 극저온 환경에서 단열재의 성능 측정하는 종래의 장치들은 장비가 매우 고가여서 측정 시험에 많은 비용이 소요되고, 측정 과정 또한 매우 까다로운 문제가 있다.

등록특허 제10-1163070호(등록일자 2012년06월29일) "극저온 열전도도 및 열팽창계수 측정장치 및 이를 이용한 열전도도 및 열팽창계수 동시 측정방법" 등록특허 제10-0520895(등록일자 2005년10월05일) "보온, 보냉성능 측정 시스템"

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 이루어지며, 저렴하고 용이하게 극저온 환경에서 단열재의 열전도도를 계측하여 단열 성능을 측정할 수 있도록 한 단열재의 단열 성능 측정장치 및 이를 이용한 단열 성능 측정방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단열재의 단열 성능 측정장치는, 상부면과 하부면이 개방된 통 형상으로 이루어져 내부에 피측정 단열재가 채워지는 단열재충전부와, 상기 단열재충전부의 하부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 하부플레이트와, 상기 단열재충전부의 상부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 상부플레이트를 포함한 시료용기와; 상부면이 개방된 통형상으로 이루어지며, 개방된 상부면을 통해 상기 시료용기가 삽입되면서 시료용기에 의해 상부면이 폐쇄되도록 된 냉각용기와; 상기 시료용기가 냉각용기의 하부면에 대해 일정 거리 이격된 상태로 지지되도록 시료용기를 지탱하는 서포트부재와; 상기 냉각용기와 시료용기 사이의 공간으로 냉각유체를 공급하는 냉매공급수단과; 상기 시료용기의 상부플레이트와 접촉하도록 설치되어 온도를 측정하는 온도측정수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 단열 성능 측정장치를 이용한 단열 성능 측정방법은, 시료용기 내측에 피측정 단열재를 채워 넣는 단계와; 상기 시료용기를 냉각용기의 개방된 상부를 통해 삽입하여 서포트부재 상에 재치하는 단계와; 상기 냉각용기 내측으로 냉각유체를 공급하는 단계와; 상기 시료용기의 상부플레이트의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 냉각용기 내측에 액화질소와 같은 극저온 냉각유체를 공급하고, 단열재가 수용된 시료용기의 상부플레이트의 온도를 측정함으로써 단열재를 통한 열전도도를 계측할 수 있다. 따라서 간단한 구성으로 단열재의 성능을 쉽고 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명의 단열재의 단열 성능 측정장치는 극저온 환경을 조성하기 위한 큰 용적의 극저온 챔버 등을 구성하지 않고 상온 상태에서 시료용기의 온도를 측정하여 시료용기 내의 단열재의 열전도도를 계측할 수 있으므로 장치의 구성과 작용이 매우 단순화될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열재의 단열 성능 측정장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 단열 성능 측정장치의 사시도이다.
도 3은 도 1의 단열 성능 측정장치의 단면도이다.
도 4는 도 1의 단열 성능 측정장치의 시료용기를 나타낸 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단열재의 단열 성능 측정장치 및 이를 이용한 단열 성능 측정방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 단열재의 단열 성능 측정장치의 일 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 단열 성능 측정장치는, 피측정 단열재(1)가 수용되는 시료용기(10)와, 상기 시료용기(10)가 수용되는 냉각용기(20)와, 상기 시료용기(10)의 하부면과 냉각용기(20)의 하부면이 소정 거리 이격된 상태를 유지하도록 냉각용기(20)에 대해 시료용기(10)를 지지하는 서포트부재, 상기 냉각용기(20)와 시료용기(10) 사이의 공간으로 냉각유체를 공급하는 냉매공급수단과, 상기 시료용기(10)의 상부플레이트(13)의 온도를 측정하는 온도측정수단(50)을 포함한다.

상기 시료용기(10)는 상부면과 하부면이 개방된 직육면체의 통 형상으로 이루어져 내부에 피측정 단열재(1)가 채워지는 단열재충전부(11)와, 상기 단열재충전부(11)의 하부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 하부플레이트(12)와, 상기 단열재충전부(11)의 상부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 상부플레이트(13)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 시료용기(10)의 단열재충전부(11)는 시료용기(10)의 네 측면을 이루며, 내부가 진공 처리된 진공단열패널(Vacuum Insulation Panel)로 이루어질 수 있지만, 이외에도 단열성이 우수한 수지 재질로 만들어질 수도 있다.

상기 시료용기(10)의 하부플레이트(12)와 상부플레이트(13)는 열전도성이 우수한 금속, 예를 들어 스테인레스스틸 또는 알루미늄 등으로 만들어진다.

상기 냉각용기(20)는 상부면이 개방된 직육면체의 통 형상으로 이루어지며, 내부에 폼(foam)이 채워진 스테인레스스틸 등의 금속 재질로 만들어진다. 상기 시료용기(10)는 상기 냉각용기(20)의 개방된 상부면을 통해 삽입되며, 냉각용기(20)의 상부면은 상기 시료용기(10)에 의해 폐쇄된다. 상기 냉각용기(20)의 상단부 둘레에는 시료용기(10)의 외면과 냉각용기(20)의 상단부 내주면 사이의 틈을 통해 냉각유체가 누출되지 않도록 고무나 실리콘 재질의 가스켓(25)이 설치될 수 있다.

상기 냉각용기(20)의 하부에는 액화질소와 같은 냉각유체를 공급하기 위한 냉매유입구(21)와, 냉각용기(20) 내의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉매배출구(22)가 냉각용기(20)의 내외측으로 연통되게 형성된다.

상기 서포트부재는 상기 냉각용기(20) 내측으로 삽입된 시료용기(10)가 냉각용기(20)의 하부면에 대해 일정 거리 이격된 상태로 지지되도록 시료용기(10)를 지탱하는 기능을 한다. 이 실시예에서 상기 서포트부재는 상기 냉각용기(20)의 바닥면의 각 모서리 부분에 상측으로 연장되게 설치되어, 시료용기(10)의 하부면을 떠받치는 복수개의 서포트칼럼(30)(support column)으로 구성된다. 따라서, 상기 시료용기(10)가 냉각용기(20) 내측으로 삽입되었을 때 시료용기(10)의 하부면이 서포트칼럼(30)에 의해 지지되면서 시료용기(10)의 하부면과 냉각용기(20)의 하부면 사이에 소정의 공간이 형성된다.

상기 시료용기(10)가 냉각용기(20) 내측으로 삽입되어 서포트칼럼(30)에 의해 지지되었을 때, 상기 시료용기(10)의 상부플레이트(13)는 상기 냉각용기(20)의 상단보다 일정 거리 더 높은 위치에 배치되어 상부플레이트(13)의 테두리 부분이 냉각용기(20)와 접촉하지 않고, 이로써 냉각용기(20)와 상부플레이트(13) 간에 직접적인 열전달이 이루어지는 것을 방지할 수 있도록 된 것이 바람직하다.

상기 냉매공급수단은 상기 냉각용기(20)와 시료용기(10) 사이의 공간으로 냉각유체인 액화질소를 공급한다. 이 실시예에서 상기 냉매공급수단은 상기 냉각용기(20)의 냉매유입구(21) 및 냉매배출구(22)와 각각 연결된 냉매공급라인(41) 및 냉매배출라인(42)과, 상기 냉매공급라인(41)을 통해 냉각유체를 공급하는 냉매공급원(43)과, 상기 냉매공급라인(41)을 통한 냉각유체의 공급을 제어하는 공급제어밸브(44)와, 상기 냉매배출라인(42)을 통한 냉각유체의 배출을 제어하는 배출제어밸브(45)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 온도측정수단(50)은 상기 시료용기(10)의 상부플레이트(13)와 접촉하도록 설치되어 온도를 측정하는 작용을 한다. 상기 온도측정수단(50)으로는 온도센서 또는 열전대(thermocouple) 등을 사용하여 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 단열 성능 측정장치를 이용하여 단열재의 단열 성능을 측정하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저 시료용기(10)의 단열재충전부(11)의 하부에 하부플레이트(12)를 설치한 다음, 단열재충전부(11) 내측 공간에 피측정 단열재(1)를 채워 넣고, 상부플레이트(13)로 단열재충전부(11)의 상부를 폐쇄한다.

피측정 단열재(1)가 채워진 시료용기(10)를 냉각용기(20)의 개방된 상부를 통해 삽입하여 서포트칼럼(30) 상에 재치한다. 이 때, 상기 시료용기(10)의 상부플레이트(13)는 냉각용기(20)의 상단부 외측으로 노출된 상태가 되며, 상부플레이트(13)의 테두리 부분은 냉각용기(20)의 상단부보다 상측에 배치되어 냉각용기(20)와 직접 접촉하지 않는 상태이다.

이어서 냉매공급수단의 공급제어밸브(44)가 개방되고 냉매공급원(43)으로부터 냉각유체가 송출되어 냉매공급라인(41)을 통해 냉각용기(20) 내부로 주입된다. 상기 냉매공급라인(41)을 통해 냉각용기(20)와 시료용기(10) 사이의 공간으로 공급된 냉각유체는 시료용기(10) 하부의 하부플레이트(12)와 접촉하면서 냉각 작용을 한다.

이 때, 상기 온도측정수단이 시료용기(10)의 상부플레이트(13)의 온도를 측정한다. 온도측정수단에 의해 측정된 온도는 컴퓨터 또는 컨트롤러로 전송되고, 컴퓨터 또는 컨트롤러는 전송된 온도 정보에 의해 단열재의 성능을 분석하게 된다.

이러한 본 발명에 따르면, 냉각용기(20) 내측에 액화질소와 같은 극저온 냉각유체를 공급하고, 시료용기(10)의 상부플레이트(13)의 온도를 측정함으로써 단열재(1)를 통한 열전도도를 계측할 수 있다. 따라서 간단한 구성으로 단열재(1)의 성능을 쉽고 정확하게 측정할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1 : 단열재 10 : 시료용기
11 : 단열재충전부 12 : 하부플레이트
13 : 상부플레이트 20 : 냉각용기
21 : 냉매유입구 22 : 냉매배출구
30 : 서포트칼럼 41 : 냉매공급배관
42 : 냉매배출배관 43 : 냉매공급원
44 : 공급제어밸브 45 : 배출제어밸브
50 : 온도측정수단

Claims (7)

1. 단열성 재질로 이루어지며 상부면과 하부면이 개방된 통 형상으로 되어 내부에 피측정 단열재(1)가 채워지는 단열재충전부(11)와, 상기 단열재충전부(11)의 하부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 하부플레이트(12)와, 상기 단열재충전부(11)의 상부를 폐쇄하는 열전도성 재질의 상부플레이트(13)를 포함한 시료용기(10)와;
   상부면이 개방된 통형상으로 이루어지며, 개방된 상부면을 통해 상기 시료용기(10)가 삽입되면서 시료용기(10)에 의해 상부면이 폐쇄되도록 된 냉각용기(20)와;
   상기 시료용기(10)가 냉각용기(20)의 하부면에 대해 일정 거리 이격된 상태로 지지되도록 시료용기(10)를 지탱하는 서포트부재와;
   상기 냉각용기(20)와 시료용기(10) 사이의 공간으로 냉각유체를 공급하는 냉매공급수단과;
   상기 시료용기(10)의 상부플레이트(13)와 접촉하도록 설치되어 온도를 측정하는 온도측정수단(50);을 포함하며,
   상기 시료용기(10)의 상부플레이트(13)는 상기 냉각용기(20)의 상단보다 일정 거리 더 높은 위치에 배치되어 상부플레이트(13)가 냉각용기(20)와 접촉하지 않도록 된 것을 특징으로 하는 단열재의 단열 성능 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 서포트부재는 상기 냉각용기(20)의 바닥면의 각 모서리 부분에 상측으로 연장되게 설치되어, 시료용기(10)의 하부면을 떠받치는 복수개의 서포트칼럼(30)(support column)으로 된 것을 특징으로 하는 단열재의 단열 성능 측정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 단열재충전부(11)는 내부가 진공 처리된 진공단열패널(Vacuum Insulation Panel)로 이루어진 것을 특징으로 하는 단열재의 단열 성능 측정장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 냉각용기(20)의 상단부 둘레에 시료용기(10)의 외면과 냉각용기(20)의 상단부 내주면 사이의 틈을 통해 냉각유체가 누출되지 않도록 가스켓(25)이 설치된 것을 특징으로 하는 단열재의 단열 성능 측정장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 냉매공급수단은 냉각용기(20)의 하부에 냉각용기(20)의 내외측으로 연통되게 형성된 냉매유입구(21) 및 냉매배출구(22)와 각각 연결된 냉매공급라인(41) 및 냉매배출라인(42)과, 상기 냉매공급라인(41)을 통해 냉각유체를 공급하는 냉매공급원(43)과, 상기 냉매공급라인(41)을 통한 냉각유체의 공급을 제어하는 공급제어밸브(44)와, 상기 냉매배출라인(42)을 통한 냉각유체의 배출을 제어하는 배출제어밸브(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열재의 단열 성능 측정장치.
7. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 단열 성능 측정장치를 이용한 단열 성능 측정방법으로서,
   시료용기(10) 내측에 피측정 단열재(1)를 채워 넣는 단계와;
   상기 시료용기(10)를 냉각용기(20)의 개방된 상부를 통해 삽입하여 서포트부재 상에 재치하는 단계와;
   상기 냉각용기(20) 내측으로 냉각유체를 공급하는 단계와;
   상기 시료용기(10)의 상부플레이트(13)의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열재의 단열 성능 측정방법.
   

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