KR20210150012A - 열전도도 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간 길이 측정과 열차단을 통해 물체의 열전도도를 보다 정확하게 측정할 수 있는 열전도도 측정 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 열전도도 측정 장치는 시료에 열을 인가하는 히터와, 시료의 열이 배출되는 히트싱크와, 시료와 히터를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제1 온도구배 측정부와, 시료와 히트싱크를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며, 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제2 온도구배 측정부와, 시료의 실시간 길이 변화를 측정하는 자동 위치 조절부 및 열전달 차단부를 포함하여 구성되어, 측정 대상 시료의 열전도도를 보다 신속하고 간단하게 측정 가능할 뿐만 아니라, 신뢰성 있는 결과를 도출할 수 있다.

Description

열전도도 측정 장치 {Thermal Conductivity Measuring Device}
본 발명은 열전도도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간 길이 측정과 열차단을 통해 물체의 열전도도를 보다 정확하게 측정할 수 있는 열전도도 측정 장치에 관한 것이다.
열전도도 측정 장치는 물체가 열을 전달하는 능력의 척도인 열전도도를 측정하기 위한 장치로서, 높은 열전도도를 가진 물질일수록 열에너지를 더 잘 전달하는 것을 의미한다. 열전도도는 W/(m*K)의 단위로 표현되는 물체의 고유 성질로서, 특히 온도의 영향을 많이 받는 기체의 저장 용기를 설계함에 있어서는 소재의 열전도도를 정확히 파악하는 것이 필요하다.
한편, 최근 수소 활용의 필요성이 증가되면서 수소 연료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 수소의 경우 체적 당 에너지 밀도가 낮고 운반 및 저장이 불편할 뿐만 아니라 안전성이 떨어지는 문제가 있어, 이러한 문제를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중 수소저장합금을 이용하여 수소가스를 금속수소화물 형태인 고체 상태로 저장하는 방법은 수소저장합금의 가역적인 수소화/탈수소화 반응을 이용하여 수소가스의 흡장과 배출을 수행하는 것으로서, 저장 압력이 낮고 부피저장밀도가 높은 장점을 갖는다. 하지만, 수소가스의 흡장과 배출이 수소저장합금의 열전도도에 크게 영향을 받기 때문에 금속수소화물의 부피저장 밀도 및 열전도도를 향상시키기 위해 금속수소화물에 그라파이트를 첨가하여 펠릿화하는 방법이 사용되고 있다.
이 때, 펠릿화된 금속수소화물-그라파이트 복합체를 이용하여 수소를 저장하기 위해서는 금속수소화물-그라파이트 복합체의 열전도도를 정확히 측정하는 것이 필요한데, 일반적으로 펠릿화된 금속수소화물-그라파이트 복합체 열전도도 측정에는 레이저섬광분석법(LFA : Laser Flash Analysis)이 사용되고 있으나, 레이저섬광분석법은 샘플의 표면 상태에 매우 민감하며 측정된 열확산율을 이용하여 열전도도를 계산하기 위해 밀도와 비열에 대한 추가실험을 요구된다는 단점이 있다.
따라서, 열전도도 측정시 측정 대상의 표면 상태에 대한 민감도가 상대적으로 작고 추가 실험 없이 간편하게 측정할 수 있고, 복합체와 같은 이방성 물체의 열전도도 측정할 수 있는 새로운 측정 장치의 개발이 요구되고 있다.
특허문헌 1) 국내공개특허공보 제2012-0015687호(명칭: 미세구조유체의 동적 열전도도 측정장치 및 방법, 공개일: 2012.02.22)
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열전도도 측정시 측정 대상의 표면상태 또는 형태에 대한 민감도가 상대적으로 적고 추가 실험 없이 간편하게 열전도도를 측정할 수 있는 열전도도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 측정 대상의 팽창 또는 수축을 고려한 길이를 실시간으로 측정하여 측정 방향에 따라 팽창률이 다른 이방성 물질의 열도도도를 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전도, 복사 및 대류를 통한 열전달을 차단하여 높은 측정 신뢰성을 확보할 수 있는 열전도도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전도도 측정 장치는, 시료(S)에 열을 인가하는 히터(100); 시료(S)의 열이 배출되는 히트싱크(200); 시료(S)와 상기 히터(100)를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며, 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제1 온도구배 측정부(300); 시료(S)와 상기 히트싱크(200)를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며, 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제2 온도구배 측정부(400); 및 시료(S)의 실시간 길이 변화를 측정하고 인가 압력을 제어하는 자동 위치 조절부(500);를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 자동 위치 조절부(500)는 상기 히터(100) 상부에 배치되며, 시료에 인가되는 하중을 측정하는 로드셀(510)과, 상기 로드셀(510)에 연결되며 상하 방향으로 이동하는 스크류(520)와, 상기 스크류(520)와 연결되며 회전운동을 직선 운동으로 전환하는 기어가 구비되는 기어박스(530)와, 상기 기어박스(530) 상에 구비된 기어와 연결되어 회전력을 전달받거나 기어를 회전시키는 모터(540)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 자동 위치 조절부(500)는, 상기 시료(S)에 가해지는 하중이 일정하게 유지되도록 상기 모터(540)를 회전시켜 시료(S)의 상측에 연결된 스크류(520)를 상하로 이동시키고, 상기 모터(540)의 회전 방향과 회전수를 측정하여 시료(S)의 실시간 길이 변화를 산출하는 제어모듈을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 자동 위치 조절부(500)는 상기 연결부재(C)의 운동 방향을 일정한 방향으로 제한하는 가이드부(550)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전도도 측정 장치는 상기 제1 온도구배 측정부(300)와 상기 제2 온도구배 측정부(400)를 감싸도록 형성되어, 복사를 통한 열전달을 차단하는 제1 열전달 차단부(600)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제1 열전달 차단부(600)는 상기 히터(100)와 일정 간격 이격되어 형성되고, 상기 히터(100)와 상기 자동 위치 조절부(500)를 연결하는 연결부재(C)는 상기 제1 열전달 차단부(600)와의 간섭을 줄이도록 외경이 좁아지는 단차부(C-1)를 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 열전달 차단부(600)에는 길이가 변경될 수 있도록 높이방향으로 주름부(610)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전도도 측정 장치는 상기 제1 열전달 차단부(600)를 감싸며, 상기 제1 열전달 차단부(600)가 위치된 내측을 진공 상태로 만들어 대류에 의한 열전달을 차단하는 제2 열전달 차단부(700)를 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 시료(S)는 가로, 세로, 높이 중 적어도 어느 하나가 다른 직육면체 형상을 가지며, 상기 열전도도 측정 장치는 상기 시료(S)의 측정 방향을 다르게 배치하여 이방성 소재의 열전도도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 해결 수단을 통해 본 발명의 열전도도 측정 장치는, 측정 대상이 되는 시료의 실시간 길이 변화를 측정하여 열전도도를 보다 정확하게 산출 가능한 장점이 있다.
또한, 물질의 다방향 열전도도 측정이 가능하므로 이방성 열전도도 특성을 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 전도, 복사 및 대류를 통한 열전달을 차단 가능하므로 측정되는 열전도도의 신뢰성을 한층 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 측정 대상의 표면처리를 필요로 하지 않으므로 보다 빠르고 신뢰성 있는 열전도도 측정이 가능한 장점이 있다.
아울러, 종래의 레이저분광분석법(LFA)을 이용한 열전도도 측정 장치와는 다르게 밀도와 비열에 대한 추가실험 없이 손쉽게 열전도도를 측정 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전도도 측정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전도도 측정 장치의 정면도이다.
도 3의 (a)는 열전도도 측정 시료(S)의 다양한 형태를 나타내고, (b)는 그라파이트가 포함된 이방성 소재 시편의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 열전도도 측정 장치의 제1 변형예를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 열전도도 측정 장치의 제2 변형예를 나타낸 정면도이다.
도 6은 제2 열전달 차단부가 부가된 열전도도 측정 장치의 사시도이다.
도 7은 여러 시험 조건에서 측정된 온도 데이터를 비교하여 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열전도도 측정 장치(1000)에 관하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전도도 측정 장치(1000)를 나타낸 사시도이고, 도 2는 정면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 열전도도 측정 장치(1000)는 열전도도 측정 대상인 시료(S)에 열을 인가하는 히터(100)와, 시료(S)에 가해진 열이 배출되는 히트싱크(200)와, 시료(S)와 상기 히터(100)를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며, 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제1 온도구배 측정부(300)와, 시료(S)와 상기 히트싱크(200)를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며, 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제2 온도구배 측정부(400)와, 시료(S)의 길이를 실시간으로 측정하고 시료에 적절한 하중을 부여하는 자동 위치 조절부(500)를 포함하여 구성된다.
열전도도는 W/(m*K)의 단위로 표시되므로, 측정 대상의 열전도도를 구하기 위해서는 가해진 열량, 측정 대상의 길이 및 온도에 대한 정보가 필요하다. 본 발명에서는 제1 온도구배 측정부(300)와 상기 제2 온도구배 측정부(400)를 이용하여 시료(S)가 상기 히터(100)에서 전달받는 열에 의해 시료(S)가 가열된 후, 상기 히트싱크(200)로 열이 전달되며 냉각되는 과정에서 얻을 수 있는 온도구배 측정부의 위치별 온도 정보를 바탕으로 시료(S)의 온도 정보와 열량 정보를 획득하고, 자동 위치 조절부(500)를 이용하여 시료(S)에 적절한 압력을 인가한 상태에서 온도 변화에 따른 팽창 또는 수축을 고려한 시료(S)의 길이를 실시간으로 측정하여 시료(S)의 열전도도 산출에 반영하게 된다.
도 2를 참조하여, 세부 구성에 대해 좀 더 자세히 설명하면, 열이 전달되는 구간별 실시간 온도 정보를 획득하기 위하여 상기 제1 온도구배 측정부(300)는 열이 전달되는 통로를 형성하는 제1 메타바(310)와, 상기 제1 메타바(310) 상에 일정거리 이격 배치되어 온도를 측정하는 복수개의 제1 온도 측정부(320)를 포함하고, 상기 제2 온도구배 측정부(400)는 열이 전달되는 통로를 형성하는 제2 메타바(410)와, 상기 제2 메타바(410) 상에 일정거리 이격 배치되어 온도를 측정하는 복수개의 제2 온도 측정부(420)를 포함하여 형성되고, 상기 제1 메타바(310)와 상기 제2 메타바(410) 상에 설치된 복수개의 상기 제1 온도 측정부(320)와 상기 제2 온도 측정부(420)를 이용하여 메타바의 온도구배 정보를 획득한 후, 이를 기반으로 열전도도 산출에 필요한 시료 양단의 온도를 산출하게 된다.
또한, 본 발명의 자동 위치 조절부(500)는, 히터(100)의 상부에 설치되며 시료(S)에 인가되는 하중을 측정하는 로드셀(510)과, 상기 로드셀(510)과 연결되며 시료(S)의 팽창, 수축에 따른 길이 변화에 따라 상하 방향으로 이동하는 스크류(520)와, 상기 스크류(520)를 상하 운동시키도록 회전하는 기어가 구비되는 기어박스(530)와, 상기 기어박스(530) 상에 구비된 기어와 연결되어 회전력을 전달받거나 시료(S)에 적절한 하중을 인가하기 위해 기어를 회전시키는 모터(540)를 포함하여 구성된다.
이 때, 히터(100)와 로드셀(510) 사이에는 연결부재(C)가 더 설치될 수 있으며, 연결부재(C)의 양단이 프레임의 가이드부(550)에 연결되어 상하 방향 이동을 가이드 함으로써 상하 이동시의 흔들림을 방지하게 된다. 또한, 시료(S)에 인가되는 하중을 검출하고, 시료(S)가 팽창, 수축하여 길이가 변하여도 일정한 하중이 가해지도록 모터(540)의 회전수를 제어하여 스크류(520)를 상하 이동시킴으로써 시료(S)에 인가되는 하중을 일정하게 유지하며, 모터(540)의 회전수 측정을 통해 시료(S)의 실시간 길이 변화를 산출하는 제어모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 자동 위치 조절부(500)의 동작에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 시료(S)의 열전도도를 산출하기 위해서는 시료(S)의 길이를 정확히 측정해야 하는데, 온도 변화에 따라 시료(S)가 팽창 또는 수축하게 되어 길이가 변하게 된다. 본 발명에서는 시료(S)의 길이가 변함에 따라 로드셀(510)에서 측정되는 하중이 변하게 되는 것을 감지하며, 시료(S)에 가해지는 하중이 일정하게 유지되도록 시료(S)의 상측에 연결된 스크류(520)를 상하로 이동시키며, 모터(540)의 회전과 기어박스(530) 내의 웜기어의 회전 운동이 스크류(520)의 상하 운동으로 전환되면 모터(540)가 회전 방향과 회전수를 측정하여 시료(S)의 실시간 길이 변화를 산출하게 되고, 실시간으로 측정된 정확한 길이를 열전도도 산출에 적용함으로써 보다 정확한 열전도도 값을 구할 수 있게 된다. 기어박스(530) 내의 기어들은 직선 운동을 회전 운동으로 전환하며, 작은 길이 변화를 증폭하여 보다 높은 분해능으로 측정할 수 있는 구조와 배열을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명은 시료(S)의 실시간 길이 변화를 측정함으로써, 특히 수소저장용 금속수소화물-그라파이트 복합체와 같이 측정 방향에 따라 시료(S)의 팽창률과 열전도도가 다른 이방성 소재의 열전도도를 측정하는데 매우 유용하다.
또한, 상기 로드셀(510)은 상기 제어모듈과 서로 연동되어 로드셀(510)에서 측정되는 하중이 지정된 임의의 수치에서 벗어날 경우 상기 제어모듈에서 상기 모터(540)를 조절하여 시료(S)에 인가되는 하중을 조절할 수 있다.
도 3의 (a)는 열전도도를 측정할 시료(S)의 다양한 형태를 예시한 것으로, 시료(S)의 형태는 일정한 단면적으로 갖는 원기둥, 사각기둥 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 만일 시료(S)가 균질한 소재의 경우에는 열전도도를 측정한 시료(S)를 어떻게 가공하더라도 측정된 열전도도가 균일하게 산출되지만, 소재가 이방성인 경우와 같이 비균질한 경우에는 시료(S)의 가공 기준축, 가공 형태에 다른 열전도도가 다르게 산출된다. 도 3 (b)는 이방성 소재 시편의 SEM 사진을 도시한 것으로서 열전도도가 높은 그라파이트가 일방향으로 늘어져 있어 측정 방향에 따라 시료(S)의 팽창, 수축율과 열전도도가 다르게 산출될 수밖에 없다. 따라서, 금속수소화물-그라파이트 복합체와 같은 이방성 소재의 경우 시료(S)의 형태를 직육면체로 가공한 후 세 방향에서 각각 열전도도를 측정하여 복합체의 방향성에 따른 열전도도를 산출하는 것이 바람직하다. 본 발명은 시료(S)의 열전도도 산출시 시료(S)의 팽창, 수축에 따른 길이 변화를 실시간으로 측정하여 산출할 수 있으므로, 가로, 세로, 높이 중 적어도 어느 하나가 다른 직육면체 형태로 시료(S)를 가공하여 각 방향성에 따른 열전도의 특징을 보다 정확하게 산출할 수 있다.
한편, 시료(S)의 표면이 고르지 않으면 온도구배 측정부(300, 400)의 접촉면에서 열전달이 원활히 이루어지지 않을 수 있지만, 본 발명의 경우 자동 위치 조절부(500)의 모터(540) 제어를 통해 시료(S)에 인가되는 하중을 일정하게 유지할 수 있으므로, 시료(S) 표면 때문에 생기는 열전도도 측정 오차를 보다 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 제1 온도구배 측정부(300)와 시료(S) 및 제2 온도구배 측정부(400)와 시료(S)의 접촉면에는 서멀그리스(800)를 도포하여 열전달이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
한편, 측정 방향에 따른 열전도도가 달라지는 금속수소화물-그라파이트 복합체와 같은 이방성 소재를 측정하는 경우에는 보다 정확한 열전도도의 산출이 필요하며, 열전도도 측정 과정에서 주변으로 전달되는 열전달의 영향이 더 크게 작용한다. 즉, 열전도도의 정확한 측정을 위해서는 히터(100)에 의해 가해진 열이 전도를 통해서만 히트싱크(200)로 전달되어야 하지만, 열이 전도, 대류, 또는 복사를 통해 주변 환경으로 전달되는 경우에는 측정의 오차로 작용하게 되어 정확한 열전도도 산출을 어렵게 만드는 원인이 되는 것이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 열전도도 측정 장치(1000)는 상기 제1 온도구배 측정부(300)와 상기 제2 온도구배 측정부(400)를 감싸며, 상기 제1 온도구배 측정부(300)와 상기 제2 온도구배 측정부(400)가 위치된 내측의 열이 복사를 통하여 외부로 열이 전달되는 것을 차단하는 제1 열전달 차단부(600)를 더 포함하여 구성된다. 제1 열전달 차단부(600)는 열전도도 측정 과정에서 복사에 의한 열전달로 인해 발생하는 측정오차를 줄일 수 있으며, 바람직하게는 구리 또는 알루미늄 재질의 박판으로 형성되는 것이 좋다.
도 4는 본 발명의 열전도도 측정 장치의 제1 변형예를 나타낸 것으로, 연결부재(C)와 제1 열전달 차단부(600) 사이의 간섭이 발생하는 것을 최소화하도록 확대된 부분에서와 같이 제1 열전달 차단부(600)와 히터(100) 사이에 일정 간격(d)이 형성되도록 히터(100)의 외경은 제1 열전달 차단부(600)의 내경보다 작게 형성되며, 연결부재(C)의 가장자리에 외경이 좁아지는 단차부(C-1)를 형성한 것이다. 시료(S)의 팽창 또는 수축에 대응하여 연결부재(C)가 상하 방향으로 움직일 때 제1 열전달 차단부(600)와 접촉 간섭이 발생하여 이는 실시간으로 시편(S)의 길이를 측정하는데 오차를 발생시키게 되어 열전도도 측정의 정밀성을 저해하는 요소로 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제1 열전달 차단부(600)와 연결부재(C)의 접촉 면적을 최소화하도록 연결부재(C) 상에 단차부(C-1)를 형성하고, 히터(100)의 외경을 상기 제1 열전달 차단부(600) 보다 작게 형성하여 이러한 문제를 최소화하였다.
도 5는 본 발명의 열전도도 측정 장치의 제2 변형예를 나타낸 것으로, 시료(S)의 팽창 또는 수축에 대응하여 높이가 가변될 수 있도록 제1 열전달 차단부(600)의 높이방향으로 주름부(610)가 형성된 것을 특징으로 한다. 보다 상세히 설명하면, 제1 열전달 차단부(600)는 위에서 설명한 바와 같이 복사를 통한 열전달을 차단하기 위하여 히터(100), 히트싱크(200), 제1 온도구배 측정부(300), 제2 온도구배 측정부(400), 연결부재(C)를 모두 감싸는 구조를 가진다. 제1 열전달 차단부(600)에는 1개 이상의 홀이 형성되어 진공 형성시 제1 열전달 차단부(600) 내부의 공기가 배출될 수 있도록 형성되는 것이 좋다. 한편, 상기 높이방향으로 형성된 주름부(610)를 반경 방향을 따라 복수 개 형성할 수도 있으며 이를 통해 복사에 의해 발생하는 열전달을 차단하는 효과를 더욱 높일 수 있다.
열전도도 측정의 또 하나의 오류 요인인 대류에 의한 열전달을 방지하기 위해 본 발명은 도 6에서와 같이 제2 열전달 차단부(700)를 형성할 수 있다. 제2 열전달 차단부(700)는 자동 위치 조절부(500) 및 제1 열전달 차단부(600)를 모두 감싸는 형태로 형성되며, 제2 열전달 차단부(700) 내부를 열전도도 측정 과정에서 진공 상태로 형성하여 대류에 의해 불필요한 열전달이 발생하는 것을 방지하고 이를 통해 열전도도 측정의 정확성을 향상시키게 된다.
도 7은 본 발명의 효과를 설명하기 위하여 여러 시험 조건에서 측정된 온도 데이터를 비교하여 나타낸 것이다. 자세히 설명하면, 도 7의 그래프는 열이 전달되는 통로 상의 6개(T1, T2, T3, T4, T5, T6)의 측정지점에서 측정된 온도를 6개의 시험 조건에서 연속적으로 그래프에 표시한 것으로서, 시험 조건 1은 열전달 차단부를 설치하지 않은 경우, 시험 조건 2는 제1 열전달 차단부만 설치한 경우, 시험 조건 3은 제2 열전달 차단부만 설치한 경우, 시험 조건 4는 제2 열전달 차단부를 설치하고 내부를 진공으로 형성한 경우, 시험 조건 5는 제1 열전달 차단부와 제2 열전달 차단부를 모두 설치한 경우, 시험 조건 6은 제1 열전달 차단부와 제2 열전달 차단부를 모두 설치하고 내부를 진공으로 형성한 경우이다.
도 7의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 열전달 차단부를 설치하지 않은 경우에는 각 측정 지점에서 온도의 변동이 심하게 나타나 변별력이 있는 정확한 온도 구배를 얻기 어려우나, 제1 열전달 차단부와 제2 열전달 차단부를 설치하는 경우에는 각 측정 지점의 온도 구배를 보다 변별력 있게 산출할 수 있으며, 이를 통해 다방향 소재의 미세한 열전도도의 차이를 신뢰성 있게 측정할 수 있는 것이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
S : 시료 C : 연결부재
100 : 히터 200 : 히트싱크
300 : 제1 온도구배 측정부 310 : 제1 메타바
320 : 제1 온도 측정부
400 : 제2 온도구배 측정부 410 : 제2 메타바
420 : 제2 온도 측정부
500 : 자동 위치 조절부 510 : 로드셀
520 : 스크류 530 : 기어박스
540 : 모터 550 : 가이드부
600 : 제1 열전달 차단부
700 : 제2 열전달 차단부

Claims (9)

  1. 시료(S)에 열을 인가하는 히터(100);
    시료(S)의 열이 배출되는 히트싱크(200);
    시료(S)와 상기 히터(100)를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며, 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제1 온도구배 측정부(300);
    시료(S)와 상기 히트싱크(200)를 연결하여 열이 전달되는 경로를 형성하며, 복수개의 위치에서 온도가 측정되는 제2 온도구배 측정부(400); 및
    시료(S)의 실시간 길이 변화를 측정하고 인가 압력을 제어하는 자동 위치 조절부(500);를 포함하는, 열전도도 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자동 위치 조절부(500)는,
    상기 히터(100) 상부에 배치되며 시료에 인가되는 하중을 측정하는 로드셀(510)과,
    상기 로드셀(510)에 연결되며 상하 방향으로 이동하는 스크류(520)와,
    상기 스크류(520)와 연결되며 회전운동을 직선 운동으로 전환하는 기어가 구비되는 기어박스(530)와,
    상기 기어박스(530) 상에 구비된 기어와 연결되어 회전력을 전달받거나 기어를 회전시키는 모터(540)를 포함하는, 열전도도 측정 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자동 위치 조절부(500)는,
    상기 시료(S)에 가해지는 하중이 일정하게 유지되도록 상기 모터(540)를 회전시켜 시료(S)의 상측에 연결된 스크류(520)를 상하로 이동시키고,
    상기 모터(540)의 회전 방향과 회전수를 측정하여 시료(S)의 실시간 길이 변화를 산출하는 제어모듈을 포함하는, 열전도도 측정 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 자동 위치 조절부(500)는 상기 로드셀(510)과 상기 히터(100)를 연결하는 연결부재(C)의 운동 방향을 일정한 방향으로 제한하는 가이드부(550)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열전도도 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열전도도 측정 장치는 상기 제1 온도구배 측정부(300)와 상기 제2 온도구배 측정부(400)를 감싸도록 형성되어, 복사를 통한 열전달을 차단하는 제1 열전달 차단부(600)를 포함하는, 열전도도 측정 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 열전달 차단부(600)는 상기 히터(100)와 일정 간격 이격되어 형성되고,
    상기 히터(100)와 상기 자동 위치 조절부(500)를 연결하는 연결부재(C)는 상기 제1 열전달 차단부(600)와의 간섭을 줄이도록 외경이 좁아지는 단차부(C-1)를 형성한 것을 특징으로 하는, 열전도도 측정 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 열전달 차단부(600)는 길이가 변경될 수 있도록 높이방향으로 주름부(610)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 열전도도 측정 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 열전도도 측정 장치는 상기 제1 열전달 차단부(600)를 감싸며, 상기 제1 열전달 차단부(600)가 위치된 내측을 진공 상태로 만들어 대류에 의한 열전달을 차단하는 제2 열전달 차단부(700)를 더 포함하는, 열전도도 측정 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 시료(S)는 가로, 세로, 높이 중 적어도 어느 하나가 다른 직육면체 형상을 가지며,
    상기 열전도도 측정 장치는 상기 시료(S)의 측정 방향을 다르게 배치하여 이방성 소재의 열전도도를 측정하는 것을 특징으로 하는, 열전도도 측정 장치.
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