KR20240042788A - 열전도율 측정 장치 - Google Patents

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KR20240042788A
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안준성
한상무
허진영
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

저온 형성부; 상기 저온 형성부의 상부에 구비되되 상기 저온 형성부의 상면과 접촉하도록 구비되고 시료를 고정하도록 구비되는 제1 고정 부재; 상기 제1 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 상기 시료에 열을 제공하도록 구비되는 메인 발열부; 상기 메인 발열부의 상부에 구비되고 상기 제1 고정 부재에 고정된 상기 시료를 하방으로 가압하는 탄성 부재; 및 상기 탄성 부재를 사이에 두고 상기 메인 발열부로부터 상방으로 이격되도록 구비되는 제1 보조 발열부; 를 포함하는 열전도율 측정 장치가 개시된다.

Description

열전도율 측정 장치{DEVICE FOR MEASURING THERMAL CONDUCTIVITY}
본 발명은 열전도 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저온 상태에서 시료의 열전도율을 측정할 수 있는 열전도율 측정 장치에 관한 것이다.
액체 수소 등 극저온 상태의 유체를 저장하는 저장 탱크의 단열재에 사용되는 시료, 로켓 등의 우주 발사체의 단열재에 사용되는 시료 등 극저온 상태에서 사용되는 시료의 열전도율을 측정하는 방법은 정상상태 절대 측정법과 정상상태 상대 측정법을 예로 들 수 있다. 정상상태 절대 측정법은 일정한 단면적을 가진 시료에 열을 흘림으로써 양 끝에 일정한 온도 차이가 형성되도록 정상 상태를 구현한 후, 그러한 정상 상태를 유지하는 데 필요한 열량, 시료의 양 끝 간의 유효 거리와 온도 차, 시료의 단면적 등을 고려하여 열전도율을 계산하는 방식이다. 정상상태 상대 측정법은 열전도율이 이미 알려져 있는 시료와 열전도율을 측정하고자 하는 시료를 함께 설치한 후 상대적인 비교를 통해 열전도율을 계산하는 방식이다. 이 중에서도, 극저온 조건에서는 시료들의 열전도율에 대한 정보가 많지 않다는 점을 고려하여 극저온 조건에서 시료의 열전도율을 측정하기 위해서는 정상상태 절대 측정법이 널리 사용된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 극저온 상태에서의 시료의 열전도율 측정 과정에서 서로 다른 재질 간 열 수축률 차이로 인해 접촉 저항이 높아짐으로써 시료의 열전도율 측정의 정확도가 떨어지는 문제를 해결하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 시료를 고정하도록 구비되는 시료 고정 부재; 상기 시료 고정 부재에 고정된 상기 시료를 하방으로 가압하는 탄성 부재; 및 상기 탄성 부재를 사이에 두고 상기 시료 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되는 제1 보조 발열부; 를 포함하는 열전도율 측정 장치가 제공된다.
저온 형성부; 를 더 포함하고, 상기 시료 고정 부재는, 상기 저온 형성부의 상부에 구비되되 상기 저온 형성부의 상면과 접촉하도록 구비되는 제1 고정 부재; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 상기 시료에 열을 제공하도록 구비되는 메인 발열부; 를 더 포함하고, 상기 시료 고정 부재는, 상기 제1 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 상기 제1 고정 부재와 함께 상기 시료를 고정하도록 구비되는 제2 고정 부재; 를 더 포함하고, 상기 메인 발열부는 상기 제2 고정 부재에 고정될 수 있다.
상기 메인 발열부는 상기 제2 고정 부재의 측면에 고정될 수 있다.
상기 제1 고정 부재의 상면에는 상기 시료가 삽입될 수 있도록 하방으로 만입된 형상을 갖는 제1 홈이 형성되고, 상기 제2 고정 부재의 하면에는 상기 시료가 삽입될 수 있도록 상방으로 만입된 형상을 갖는 제2-1 홈이 형성될 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 제2 고정 부재의 상면에 밀착 구비되고, 상기 제2 고정 부재의 상면에는 하방으로 만입된 형상을 갖는 제2-2 홈이 형성되고, 상기 탄성 부재의 적어도 일부 영역은 상기 제2-2 홈에 삽입될 수 있다.
상기 제2 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 하면에 상기 탄성 부재가 밀착 구비되는 제3 고정 부재; 를 더 포함하고, 상기 제1 보조 발열부는 상기 제3 고정 부재에 고정될 수 있다.
상기 제1 보조 발열부는 상기 제3 고정 부재의 상면에 고정될 수 있다.
상기 제3 고정 부재의 하면에는 상방으로 만입된 형상을 갖는 제3 홈이 형성되고, 상기 탄성 부재의 적어도 일부 영역은 상기 제3 홈에 삽입될 수 있다.
상기 시료의 측면을 외측에서 감싸도록 구비되되 상기 시료의 상기 측면으로부터 이격되도록 구비되는 쉴드 부재; 및 상기 쉴드 부재의 일 측에 고정되는 제2 보조 발열부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 발열부는, 상기 시료의 상면과 접촉하도록 구비되고, 상기 탄성 부재는, 상기 메인 발열부의 상면과 접촉하도록 구비될 수 있다.
상기 탄성 부재는, 상기 제1 보조 발열부의 하면과 접촉하도록 구비될 수 있다.
상기 탄성 부재는 복수로 구비되고, 상기 복수의 탄성 부재는 수평 방향으로 서로 이격될 수 있다.
본 발명에 따르면, 극저온 상태에서의 시료의 열전도율 측정 과정에서 서로 다른 재질 간 열 수축률 차이로 인해 접촉 저항이 높아짐으로써 시료의 열전도율 측정의 정확도가 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치의 내부 구조를 도시한 투명 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치의 수직 단면도이다.
도 4는 종래에 따른 열전도율 측정 장치에 따라 시료의 열전도율을 측정할 때 시료의 온도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 열전도율 측정 장치에 따라 시료의 열전도율을 측정할 때 시료의 온도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 예에 따른 열전도율 측정 장치의 수직 단면도이다.
본 발명에 따른 열전도율 측정 장치는 시료의 열전도율을 측정하기 위한 구성일 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명에 따른 열전도율 측정 장치는 극저온 상태에서 시료의 열전도율을 측정하기 위한 구성일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 열전도율 측정 장치는 액체 수소 등 극저온 상태의 유체를 저장하는 저장 탱크의 단열재에 사용되는 시료 또는 로켓 등의 우주 발사체의 단열재에 사용되는 시료의 열전도율을 측정하기 위해 사용될 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 열전도율 측정 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치의 내부 구조를 도시한 투명 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치의 수직 단면도이다.
한편, 설명의 편의상 본 명세서에서는 시료(20)의 열전도율을 측정하기 위해 열전도율 측정 장치(10)에 열전도율이 측정되는 시료(20)가 탑재된 상태를 기준으로 열전도율 측정 장치(10)를 설명할 것이나, 시료(20)는 본 발명에 따른 열전도율 측정 장치(10)의 구성은 아니라고 할 것이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 열전도율 측정 장치(10)는 열전도율 측정 장치(10)의 하부 끝부에 구비되는 저온 형성부(100)를 포함할 수 있다. 저온 형성부(100)는 저온 형성부(100)에 인접하게 구비되는 시료(20)의 하부 끝부가 저온을 형성하도록 하는 일종의 히트 싱크의 기능을 수행하는 구성일 수 있다. 보다 바람직하게, 저온 형성부(100)는 시료(20)의 열전도율 측정 과정에서 일정한 온도를 갖도록 구동될 수 있다. 일 예로, 저온 형성부(100)는 열전도율이 높은 금속인 구리 또는 알루미늄이 사용될 수 있다.
또한, 열전도율 측정 장치(10)는 시료를 고정하도록 구비되는 시료 고정 부재(200, 300)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 시료 고정 부재는 저온 형성부(100)의 상부에 구비되되 저온 형성부(100)의 상면과 접촉하도록 구비되는 제1 고정 부재(200)를 포함할 수 있다. 제1 고정 부재(200)는 시료(20)의 하부에서 시료(20)를 고정하면서, 시료(20)의 열을 저온 형성부(100)로 전달하는 열전도체로서의 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도면에 명시적으로 도시되어 있지는 않으나, 시료의 열전도율이 측정되는 온도 범위를 상승시키기 위해 제1 고정 부재(200)와 저온 형성부(100) 사이에는 단열 부재가 추가적으로 구비될 수 있다.
또한, 전술한 시료 고정 부재는 제1 고정 부재(200)로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 제1 고정 부재(200)와 함께 시료를 고정하도록 구비되는 제2 고정 부재(300)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 제2 고정 부재(300)는 시료(20)의 상부에서 시료(20)를 고정하기 위한 구성일 수 있다.
계속해서 도 1 내지 도 3을 참고하면, 열전도율 측정 장치(10)는 제1 고정 부재(200)로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 시료(20)에 열을 제공하도록 구비되는 메인 발열부(710)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 메인 발열부(710)는 제2 고정 부재(300)에 고정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 시료(20)의 열전도율 측정 과정에서 시료(20)는 상부 끝부에서 하부 끝부로 갈수록 온도가 낮아지는 온도 분포를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 시료(20)의 하부 끝부는 제1 고정 부재(200)에 밀착되고, 시료(20)의 상부 끝부는 제2 고정 부재(300)에 밀착될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 열전도율 측정 장치(10)는 극저온 상태에서 시료(20)의 열전도율을 측정하기 위한 구성이므로, 열전도율의 측정 과정에서 시료(20) 및 열전도율 측정 장치(10)의 구성들은 극저온 상태에 노출되고, 그에 따라 시료(20) 및 열전도율 측정 장치(10)의 구성들에는 열수축이 발생하게 된다.
그런데, 시료(20)와 열전도율 측정 장치(10)의 구성들은 재질이 서로 다르므로, 열수축이 발생하는 정도 역시 서로 달라지게 되는데, 그에 따라, 시료(20)와 열전도율 측정 장치(10)의 구성들, 예를 들어, 시료(20)와 제1 고정 부재(200) 간의 밀착, 시료(20)와 제2 고정 부재(300) 간의 밀착이 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 이 경우, 시료(20)와 제1 고정 부재(200) 사이에서의 열접촉 저항과 및 시료(20)와 제2 고정 부재(300) 사이에서의 열접촉 저항이 증가하게 된다. 이 경우, 메인 발열부(710)에서 발생한 열에너지 중 상당수가 열전도를 통해 시료(20), 제1 고정 부재(200) 및 저온 형성부(100)에 순차적으로 전달되지 않고, 열복사 또는 다른 구성들 간의 열전도를 통해 외부로 발산되므로 시료(20)의 정밀한 열전도율 측정이 어려워지게 된다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따르면, 열전도율 측정 장치(10)는 제1 고정 부재(200)에 고정된 시료(20)를 하방으로 가압하는 탄성 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 열전도율 측정 장치(10)는 탄성 부재(500)를 사이에 두고 메인 발열부(710) 및 시료 고정 부재(202, 300)로부터 상방으로 이격되도록 구비되는 제1 보조 발열부(720)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명의 일 예에 따르면, 탄성 부재(500)의 하부 끝부는 제2 고정 부재(300)의 상면에 밀착 구비될 수 있다. 또한, 탄성 부재(500)는 용수철 형상을 가질 수 있다. 특히, 탄성 부재(500)가 용수철 형상을 갖는 경우에, 와이어가 휘어진 3차원 상의 나선 형상을 갖는 용수철 형상의 특성때문에, 극저온 상태에서도 탄성 부재(500)의 탄성이 유지될 수 있으며, 용수철 형상을 이루는 와이어의 두께 역시 상당히 얇을 뿐 아니라 열전도를 통한 열전달 경로가 길어지므로 열전도에 의한 열전달을 최소화할 수 있다는 점에서 이점이 있다. 한편, 탄성 부재(500)는 열전도성이 낮은 재질을 포함하거나 그러한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 탄성 부재(500)는 SUS 재질을 포함하거나 SUS 재질로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이 탄성 부재(500)가 구비되는 경우, 메인 발열부(710)에서 발생하는 열에너지 중 일부는 시료(20)가 아닌 탄성 부재(500)에 전달될 수 있는데, 이 역시 시료(20)의 정밀한 열전도율을 측정하는 데 장애 요소가 될 수 있다. 제1 보조 발열부(720)는 전술한 문제를 해결하기 위한 구성으로서, 탄성 부재(500)에서 메인 발열부(710)와 인접한 하부 끝부와 제1 보조 발열부(720)와 인접한 상부 끝부 간의 온도 차이를 제거함으로써 메인 발열부(710)에서 생성된 열에너지가 탄성 부재(500)를 통해 외부로 발산하는 것을 방지하기 위한 구성일 수 있다. 이를테면, 탄성 부재(500)는 극저온 상태에서 발생하는 열수축으로 인한 열접촉 저항을 최소화하기 위한 구성일 수 있고, 제1 보조 발열부(720)는 탄성 부재(500)의 상부 끝부와 하부 끝부 간의 온도 차이를 제거하여 메인 발열부(710)에서 발생한 열에너지가 탄성 부재(500)를 통해 외부로 전달되는 것을 방지함으로써 메인 발열부(710)에서 발생한 열에너지가 온전히 시료(20)로 전달될 수 있도록 하기 위한 구성일 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 제1 고정 부재(200) 및 제2 고정 부재(300)가 시료(20)를 고정할 수 있도록, 제1 고정 부재(200)의 상면에는 시료(20)가 삽입될 수 있도록 하방으로 만입된 형상을 갖는 제1 홈(210)이 형성될 수 있고, 제2 고정 부재(300)의 하면에는 시료(20)가 삽입될 수 있도록 상방으로 만입된 형상을 갖는 제2-1 홈(310)이 형성될 수 있다. 제1 홈(210) 및 제2-1 홈(310)은 각각 시료(20)의 하부 끝부 및 상부 끝부에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 발열부(710)는 제2 고정 부재(300)의 측면에 고정될 수 있다. 그러나, 메인 발열부(710)의 고정 위치는 도면에 도시된 바로 한정되지는 않는다.
한편 제2 고정 부재(300)의 상면에는 하방으로 만입된 형상을 갖는 제2-2 홈(320)이 추가로 형성될 수 있다. 이때, 탄성 부재(500)의 적어도 일부 영역은 제2-2 홈(320)에 삽입될 수 있다. 보다 바람직하게 탄성 부재(500)의 하부 끝부는 제2-2 홈(320)에 삽입됨으로써, 탄성 부재(500)가 제2 고정 부재(300)로부터 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 제2-2 홈(320)은 탄성 부재(500)의 하부 끝부에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
계속해서 도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치(10)는 제2 고정 부재(300)로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 하면에 탄성 부재(500)가 밀착 구비되는 제3 고정 부재(400)를 더 포함할 수 있다. 제3 고정 부재(400)는 탄성 부재(500)를 지지하는 구성으로서, 탄성 부재(500)가 제2 고정 부재(300)를 하방으로 효과적으로 가압하도록 하기 위한 구성일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 예에 따르면, 제1 보조 발열부(720)는 제3 고정 부재(400)에 고정될 수 있다. 일 예로, 제1 보조 발열부(720)는 제3 고정 부재(400)의 상면에 고정될 수 있다. 그러나, 이와 달리 제1 보조 발열부(720)는 제3 고정 부재(400)의 하면 또는 측면에 고정될 수도 있다.
또한, 제3 고정 부재(400)의 하면에는 상방으로 만입된 형상을 갖는 제3 홈(410)이 형성될 수 있고, 탄성 부재(500)의 적어도 일부 영역은 제3 홈(410)에 삽입될 수 있다. 보다 바람직하게 탄성 부재(500)의 상부 끝부는 제3 홈(410)에 삽입될 수 있다. 즉, 시료(20)는 제1 고정 부재(200)와 제2 고정 부재(300)에 의해 고정될 수 있고, 탄성 부재(500)는 제2 고정 부재(300) 및 제3 고정 부재(400)에 의해 고정될 수 있다. 제3 홈(410)은 탄성 부재(500)의 상부 끝부에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
계속해서 도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치(10)는 시료(20)의 측면을 외측에서 감싸도록 구비되되 시료(20)의 상기 측면으로부터 이격되도록 구비되는 쉴드 부재(600)를 더 포함할 수 있다. 이는, 열전도율 측정 과정에서 시료(20)가 쉴드 부재(600)의 내부 공간에 수용되는 것으로 이해될 수 있다. 쉴드 부재(600)는 쉴드 부재(600)의 외부와 시료(20) 간에 복사에 의한 열 전달을 차단하기 위한 구성일 수 있다. 보다 상세하게, 쉴드 부재(600)는 대략 상부 및 하부가 개구되어 있는 원통 형상을 가질 수 있다. 한편, 쉴드 부재(600)는 열전도율이 낮은 소재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 쉴드 부재(600)에 소정의 온도 구배를 형성하는 데 필요한 열 에너지가 최소화될 수 있다. 쉴드 부재(600)의 온도 구배는 후술할 제2 보조 발열부(730)로부터 제공받는 열 에너지에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 쉴드 부재(600)는 SUS 재질을 포함하거나 SUS 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 열전도율 측정 장치(10)는 쉴드 부재(600)의 일 측에 고정되는 제2 보조 발열부(730)를 더 포함할 수 있다. 제2 보조 발열부(730)는 쉴드 부재(600)의 상하 방향 높이에 따른 온도 분포가 시료(20)의 상하 방향 높이에 따른 온도 분포와 동일 또는 유사하게 형성되도록 함으로써 시료(20)와 쉴드 부재(600) 간의 복사에 따른 열 전달을 최소화하기 위한 구성일 수 있다. 보다 상세하게, 제2 보조 발열부(730)는 쉴드 부재(600)의 상부 영역의 외측면에 고정될 수 있다. 이는 제2 보조 발열부(730)와 시료(20)가 쉴드 부재(600)를 사이에 두고 서로 마주보도록 구비되는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 이와 달리 제2 보조 발열부(730)는 쉴드 부재(600)의 상부 영역의 내측면에 고정될 수도 있다.
계속해서 도 1 내지 도 3을 참고하면, 쉴드 부재(600)는 복수의 영역으로 구획될 수 있다. 보다 상세하게, 쉴드 부재(600)는 시료(20)의 상하 방향 길이에 대응되는 길이를 갖도록 상하 방향으로 연장되는 상하 연장 영역(610) 및 상하 연장 영역(610)의 상하 방향 끝부로부터 수평 방향 외측으로 연장되는 수평 연장 영역(620)을 포함할 수 있다. 이때, 상하 연장 영역(610)의 상부 끝부의 상하 방향 높이는 시료(20)의 상부 끝부의 상하 방향 높이에 대응될 수 있고, 상하 연장 영역(610)의 하부 끝부의 상하 방향 높이는 시료(20)의 하부 끝부의 상하 방향 높이에 대응될 수 있다. 또한, 제2 보조 발열부(730)는 상하 연장 영역(610)의 상부 끝부의 외측면에 고정될 수 있다. 이 경우, 상하 연장 영역(610)의 상부 끝부의 온도와 시료(20)의 상부 끝부의 온도가 서로 동일하게 조절되는 것이 용이할 수 있다.
한편, 전술한 수평 연장 영역(620)은 상하 연장 영역(610)의 하부 끝부로부터 수평 방향 외측으로 연장되는 하부 수평 연장 영역(622) 및 상하 연장 영역(610)의 상부 끝부로부터 수평 방향 외측으로 연장되는 상부 수평 연장 영역(624)을 포함할 수 있다. 이때, 하부 수평 연장 영역(622)은 제1 고정 부재(200)의 상면에 밀착되게 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따르면, 열전도율 측정 장치(10)는 하부 수평 연장 영역(622), 제1 고정 부재(200) 및 저온 형성부(100)를 연결 및 고정 결합하는 하부 고정 부재(810)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 하부 고정 부재(810)는 하부 수평 연장 영역(622), 제1 고정 부재(200) 및 저온 형성부(100)를 상하 방향으로 관통하는 볼트 부재일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따르면, 열전도율 측정 장치(10)는 상부 수평 연장 영역(624) 및 제3 고정 부재(400)를 연결 및 고정 결합하는 상부 고정 부재(820)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상부 고정 부재(820)는 상부 수평 연장 영역(624) 및 제3 고정 부재(400)에 삽입 결합되는 볼트 부재일 수 있다.
한편, 상부 고정 부재(820)는 각각 열전도율이 낮은 재질을 포함하거나 그러한 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상부 고정 부재(820)를 통해 상부 수평 연장 영역(624)과 제3 고정 부재(400) 간에 열교환이 일어나는 것을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 상부 고정 부재(820)는 열전도율이 낮은 플라스틱을 포함하거나 그러한 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
한편, 상부 수평 연장 영역(624) 및 제3 고정 부재(400)는 상하 방향으로 서로 이격될 수 있다. 이는 제3 고정 부재(400)가 제2 고정 부재(300)로부터 이격되도록 함으로써 탄성 부재(500)가 배치될 수 있는 공간이 형성되도록 하기 위함일 수 있다. 또한, 상부 수평 연장 영역(624) 및 제3 고정 부재(400)가 상하 방향으로 서로 이격되는 경우 상부 수평 연장 영역(624)과 제3 고정 부재(400) 간의 열교환도 최소화될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 열전도율 측정 장치(10)는 제1 고정 부재(200)에 고정되는 제3 보조 발열부(740)를 더 포함할 수 있다. 제3 보조 발열부(740)는 열전도율 측정 장치(10)의 구성들을 전반적으로 승온시킴으로써 시료(20)의 열전도율을 측정할 때의 주변 온도를 보다 정밀하게 조절하기 위한 구성일 수 있다. 일 예로, 제3 보조 발열부(740)는 제1 고정 부재(200)의 상면의 수평 방향 외측 영역에 고정될 수 있다.
한편, 제1 고정 부재(200)와 시료(20) 간의 열접촉 저항 및 제2 고정 부재(300)와 시료(20) 간의 열접촉 저항을 추가적으로 저감하기 위해 제1 고정 부재(200)와 시료(20) 사이 및 제2 고정 부재(300)와 시료(20) 사이에는 별도의 그리스 층이 도포될 수 있다. 이때, 전술한 그리스 층은 극저온에서 얼지 않는 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 반면, 전술한 바와 같이, 탄성 부재(500)를 통한 열전도가 발생하는 경우 시료(20)의 열전도율을 정확하게 측정하는 것이 어렵기 때문에, 탄성 부재(500)와 제2 고정 부재(300) 사이 및 탄성 부재(500)와 제3 고정 부재(400) 사이에는 전술한 그리스 층이 도포되지 않는 것이 보다 바람직하다.
또한, 제1 고정 부재(200), 제2 고정 부재(300) 및 제3 고정 부재(400)는 열전도에 의한 열전달을 매개하는 구성이므로 열전도율이 높은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 일 예로, 제1 고정 부재(200), 제2 고정 부재(300) 및 제3 고정 부재(400)는 각각 열전도율이 높은 금속을 포함하거나 그러한 금속으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 발열부들(710, 720, 730, 740)은 각각 고리 형상을 가질 수 있으나, 발열부들(710, 720, 730, 740)의 형상은 전술한 내용에 의해 제한되지 않는다.
도 4는 종래에 따른 열전도율 측정 장치에 따라 시료의 열전도율을 측정할 때 시료의 온도 분포를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 열전도율 측정 장치에 따라 시료의 열전도율을 측정할 때 시료의 온도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5에서 소정의 기울기를 갖도록 형성되는 막대 형태의 그래프는 시료의 높이에 따른 온도 분포를 나타내고, 상하 방향으로 연장되는 두 개의 막대 형태의 그래프 중 상부에 형성된 그래프는 시료를 가열하기 위해 구비되는 발열부(본 발명의 메인 발열부에 대응)의 온도를 나타내며, 상하 방향으로 연장되는 두 개의 그래프 중 하부에 형성된 그래프는 상기 발열부의 열에너지가 열전도에 의해 방출되는 히트 싱크(본 발명의 저온 형성부에 대응)의 온도를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따르면, 시료 및 열전도율 측정 장치의 구성들을 하방으로 가압하는 구성이 없으므로, 시료와 발열부 간의 열접촉 저항 및 시료와 히트 싱크 간의 열접촉 저항이 증대된다. 따라서, 발열부에서 발생한 열에너지가 시료에 제대로 전달되지 못하므로 시료와 발열부 간의 온도 차이 및 시료와 히트 싱크 간의 온도 차이가 현저하게 크게 된다. 따라서, 시료의 열전도율 측정 시 큰 오차가 발생하게 된다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 시료(20)를 하방으로 가압하는 탄성 부재(500)가 구비되므로 시료(20)와 제1 고정 부재(200) 간의 열접촉 저항 및 시료(20)와 제2 고정 부재(300) 간의 열접촉 저항이 현저하게 감소될 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 보조 발열부(720)가 추가로 구비되므로 메인 발열부(710)에서 생성된 열에너지가 탄성 부재(500)로 전달되는 것도 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 예에 따른 열전도율 측정 장치의 수직 단면도이다.
본 발명의 다른 예에 따른 열전도율 측정 장치(10)는 저온 형성부(100), 저온 형성부(100)의 상부에 구비되되 저온 형성부(100)의 상면과 접촉하도록 구비되고 시료를 고정하도록 구비되는 제1 고정 부재(200), 제1 고정 부재(200)로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 시료(20)에 열을 제공하도록 구비되는 메인 발열부(710), 메인 발열부(710)의 상부에 구비되고 제1 고정 부재(200)에 고정된 시료(20)를 하방으로 가압하는 탄성 부재(500) 및 탄성 부재(500)를 사이에 두고 메인 발열부(710)와 마주보도록 구비되는 제1 보조 발열부(720)를 포함한다는 점에서는 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치(10)와 동일할 수 있다. 한편, 도 6에 도시된 본 발명의 다른 예에 따른 메인 발열부(710)는 본 발명의 일 예에 따른 열전도율 측정 장치에서 설명된 메인 발열부 및 제1 고정 부재를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
전술한 내용을 토대로 본 발명의 다른 예에 따르면, 메인 발열부(710)는 시료(20)의 상면과 직접 접촉하도록 구비될 수 있고, 탄성 부재(500)는 메인 발열부(710)의 상면과 직접 접촉하도록 구비될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 예에 따르면, 전술한 제2 고정 부재(300)에 대응되는 구성이 존재하지 않는 대신, 메인 발열부(710)가 전술한 제2 고정 부재의 역할을 함께 수행할 수 있다. 보다 상세하게, 탄성 부재(500)는 제1 보조 발열부(720)의 하면과 접촉하도록 구비될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 탄성 부재(500)는 복수로 구비되되, 수평 방향으로 서로 이격되도록 구비될 수 있다. 도 6에는 일 예로서, 두 개의 탄성 부재(500)가 구비된 모습이 도시되어 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 열전도율 측정 장치(10)는 상대적으로 얇은 두께를 갖는 필름 형태의 시료(20)의 열전도율을 측정하는 데 적합할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 다른 예에 따르면, 외부와 시료(20) 간의 복사열에 의한 열전달은 극히 미미할 수 있으므로, 전술한 쉴드 부재(600)는 구비되지 않을 수 있다. 단, 열전도율 측정 장치(10)는 저온 형성부(100), 제1 고정 부재(200), 시료(20), 메인 발열부(710), 제1 보조 발열부(720), 탄성 부재(500)를 수용하는 커버 부재(900) 및 커버 부재(900)의 상부 영역으로부터 하방으로 연장되고 하부 끝부가 제1 보조 발열부(720)에 밀착 구비되는 단열 부재(950)를 포함할 수 있다. 단열 부재(950)는 제1 보조 발열부(720)를 하방으로 가압함으로써 탄성 부재(500)가 메인 발열부(710) 및 시료(20)를 하방으로 가압하도록 하기 위한 구성일 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 열전도율 측정 장치
20 : 시료
100 : 저온 형성부
200 : 제1 고정 부재
210 : 제1 홈
300 : 제2 고정 부재
310 : 제2-1 홈
320 : 제2-2 홈
400 : 제3 고정 부재
410 : 제3 홈
500 : 탄성 부재
600 : 쉴드 부재
610 : 상하 연장 영역
620 : 수평 연장 영역
622 : 하부 수평 연장 영역
624 : 상부 수평 연장 영역
710 : 메인 발열부
720 : 제1 보조 발열부
730 : 제2 보조 발열부
740 : 제3 보조 발열부
810 : 하부 고정 부재
820 : 상부 고정 부재

Claims (13)

  1. 시료를 고정하도록 구비되는 시료 고정 부재;
    상기 시료 고정 부재에 고정된 상기 시료를 하방으로 가압하는 탄성 부재; 및
    상기 탄성 부재를 사이에 두고 상기 시료 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되는 제1 보조 발열부; 를 포함하는 열전도율 측정 장치.
  2. 청구항 1에서,
    저온 형성부; 를 더 포함하고,
    상기 시료 고정 부재는,
    상기 저온 형성부의 상부에 구비되되 상기 저온 형성부의 상면과 접촉하도록 구비되는 제1 고정 부재; 를 포함하는 열전도율 측정 장치.
  3. 청구항 2에서,
    상기 제1 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 상기 시료에 열을 제공하도록 구비되는 메인 발열부; 를 더 포함하고,
    상기 시료 고정 부재는,
    상기 제1 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 상기 제1 고정 부재와 함께 상기 시료를 고정하도록 구비되는 제2 고정 부재; 를 더 포함하고,
    상기 메인 발열부는 상기 제2 고정 부재에 고정되는 열전도율 측정 장치.
  4. 청구항 3에서,
    상기 메인 발열부는 상기 제2 고정 부재의 측면에 고정되는 열전도율 측정 장치.
  5. 청구항 3에서,
    상기 제1 고정 부재의 상면에는 상기 시료가 삽입될 수 있도록 하방으로 만입된 형상을 갖는 제1 홈이 형성되고,
    상기 제2 고정 부재의 하면에는 상기 시료가 삽입될 수 있도록 상방으로 만입된 형상을 갖는 제2-1 홈이 형성되는 열전도율 측정 장치.
  6. 청구항 5에서,
    상기 탄성 부재는 상기 제2 고정 부재의 상면에 밀착 구비되고,
    상기 제2 고정 부재의 상면에는 하방으로 만입된 형상을 갖는 제2-2 홈이 형성되고,
    상기 탄성 부재의 적어도 일부 영역은 상기 제2-2 홈에 삽입되는 열전도율 측정 장치.
  7. 청구항 3에서,
    상기 제2 고정 부재로부터 상방으로 이격되도록 구비되고 하면에 상기 탄성 부재가 밀착 구비되는 제3 고정 부재; 를 더 포함하고,
    상기 제1 보조 발열부는 상기 제3 고정 부재에 고정되는 열전도율 측정 장치.
  8. 청구항 7에서,
    상기 제1 보조 발열부는 상기 제3 고정 부재의 상면에 고정되는 열전도율 측정 장치.
  9. 청구항 7에서,
    상기 제3 고정 부재의 하면에는 상방으로 만입된 형상을 갖는 제3 홈이 형성되고,
    상기 탄성 부재의 적어도 일부 영역은 상기 제3 홈에 삽입되는 열전도율 측정 장치.
  10. 청구항 7에서,
    상기 시료의 측면을 외측에서 감싸도록 구비되되 상기 시료의 상기 측면으로부터 이격되도록 구비되는 쉴드 부재; 및
    상기 쉴드 부재의 일 측에 고정되는 제2 보조 발열부; 를 더 포함하는 열전도율 측정 장치.
  11. 청구항 1에서,
    상기 메인 발열부는,
    상기 시료의 상면과 접촉하도록 구비되고,
    상기 탄성 부재는,
    상기 메인 발열부의 상면과 접촉하도록 구비되는 열전도율 측정 장치.
  12. 청구항 11에서,
    상기 탄성 부재는,
    상기 제1 보조 발열부의 하면과 접촉하도록 구비되는 열전도율 측정 장치.
  13. 청구항 1에서,
    상기 탄성 부재는 복수로 구비되고,
    상기 복수의 탄성 부재는 수평 방향으로 서로 이격되는 열전도율 측정 장치.
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