KR100978428B1 - 히트 싱크 및 그 내부에 통합된 테스트층을 이용한 진공단열 보드(진공 패널) 내부의 가스 압력의 검출 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막(2)에 의해 커버된 절연 코어(1)를 갖는 진공 단열 보드(9) 내부의 가스 압력을 검출하는 것에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는, 절연 코어와 단열 보드의 커버링 박막 사이에 통합되고 히트 싱크(3)(Al, Co, Fe, 세라믹)로서 작용하는 바디를 갖는 어셈블리를 포함하며, 상기 바디의 열전도도 및 체적에 대한 열용량은 절연 코어의 열전도도 및 열용량보다 크다. 상기 어셈블리는 또한 테스트층(4)(플라스틱 및 유리 섬유로 이루어진 0.3 mm 부직포)을 포함하며, 상기 테스트층은 히트 싱크와 커버링 박막 사이에 배치되고 진공 단열 보드 내부의 가스 압력에 따라 변동되는 규정된 열전도도를 갖는다. 외부로부터 센서 장치가 테스트 장치에 적용되거나 또는 상기 장치를 향해 프레스되며, 상기 테스트 장치는 진공 단열 보드 내부에 배치되고 커버링 박막에 의해서 커버된다. 상기 센서 장치가 테스트 장치(히트 싱크)의 온도와 확연하게 상이한 온도를 갖는 바디(5)(구리 도금 강 78℃, 열전 소자(6))를 포함함으로써, 단열 보드 내부의 가스 압력에 따라 변동되는 상기 테스트층의 열전도도에 의해 영향을 받는 열 흐름(heat flux)이 야기되고, 상기 열 흐름의 크기는 계측학적으로 검출된다. 상기 히트 싱크(3)는 게터 물질용 용기의 바닥부로서 형성될 수 있다.

Description

히트 싱크 및 그 내부에 통합된 테스트층을 이용한 진공 단열 보드(진공 패널) 내부의 가스 압력의 검출 장치 및 방법 {DETERMINATION OF THE GAS PRESSURE IN AN EVACUATED THERMAL INSULATING BOARD (VACUUM PANEL) BY USING A HEAT SINK AND TEST LAYER THAT ARE INTEGRATED THEREIN}

본 발명은 박막에 의해 둘러싸인 절연 코어를 구비한 진공 단열 보드 내부의 가스 압력을 검출하기 위한 열적 측정 방법을 실행하기 위한 장치, 및 진공 단열 보드 내부의 가스 압력을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.

진공 단열 보드 또는 진공 패널은 작은 절연 두께로써 높은 절연 효과를 성취한다. 상기 진공 단열 보드 또는 진공 패널은 대부분 열전도도가 낮고 진공이 가능한 기공성 코어 재료, 및 예를 들어 플라스틱으로 이루어진 금속 고장벽 박막(high barrier foil)과 같은 진공 밀봉된 커버로 이루어진다. 예를 들어 건축 분야와 같이 매우 긴 수명이 문제가 되는 적용예에서는 마이크로 기공성 규산 분말이 코어 재료로서 바람직하다고 나타났다. 사용 수명이 짧은 다른 적용예에서는, 폴리우레탄 및/또는 폴리스티렌 또는 유리 섬유 재료로 이루어지고 기공이 개방된 포움도 절연 코어로서 사용될 수 있다. 절연 재료 내에서의 공기의 열전도성을 실제로 차단하기 위해서는, 마이크로 기공성 코어의 경우에 상기 코어의 기공 크기가 절반 마이크로미터 미만으로 극도로 작기 때문에 이미 1 내지 10 mbar의 진공으로 도 충분하다. 상기 압력 범위에서는 열전도도가 0.004 내지 0.005 W/(m*K)에 도달한다. 100 mbar까지의 가스 압력의 상승은 열전도도를 다만 약 0.008 W/(m*K)까지만 상승시키며, 1000 mbar의 정상 기압에서는 열전도도가 0.020 W/(m*K)에 달한다. 그와 달리 기공이 개방된 포움 또는 유리 섬유 재료의 경우에는 기공이 크기 때문에, 공기의 열전도도를 전반적으로 억제시키기 위해서는 가스 압력이 0.01 내지 1 mbar의 범위에 있어야 한다.

진공 절연의 품질 및 완벽한 기능은 열전도도의 레벨 및 기존의 내부 가스 압력의 레벨에 의해서 결정될 수 있다. 열전도도의 측정은 개별 진공 절연 보드에서 통상의 정상적인(stationary) 보드 측정 방법에 의해서 가능하다. 상기 측정은 상당히 긴 시간을 필요로 한다; 그러나 상기 방법의 상대적인 정확성은 절대적인 열전도도를 기준으로 할 때 5% 미만일 수 있다. 예를 들어 보드에 열 펄스 또는 온도 펄스가 새겨지고, 온도 및 열 흐름과 같은 파라미터가 시간에 따라 측정되는 지금까지의 비정상적인 방법은 보다 신속하게 이루어지지만 에러율이 높고 부정확한데, 그 이유는 다른 무엇보다도 측정값이 다만 절연 코어의 열전도도의 제곱근에 의해서만 좌우되기 때문이다.

마이크로 기공성 진공 절연 보드의 품질은 내부 가스 압력의 값을 참조할 때 가장 정확하게 판단될 수 있다. 마이크로 기공성 진공 절연 보드 제조 후의 초기 가스 압력은 통상적으로 1 내지 5 mbar에 달한다. 적합한 고장벽 박막을 사용하면, 내부 가스 압력은 매년 0.2 내지 2 mbar 이상으로는 상승되지 않는다. 따라서, 계산상으로 볼 때 빨라야 50년 후에는 마이크로 기공성 열 절연 보드의 열전도 도가 배가된다. 가스 압력의 레벨 또는 통합된 상태에서도 이루어지는 시간적인 상승의 레벨에 대한 정보는 진공 절연 보드의 품질 보증을 위해 매우 신뢰할만하다.

진공 패널의 내부 가스 압력은, 테스트용 대상물이 진공 챔버 내에 놓이고, 절연 코어의 커버링 박막이 현저하게 두드러질 때까지의 시간 동안 진공화가 이루어짐으로써 통제될 수 있다. 다시 말해 이 경우에는 패널의 내부 압력이 진공 챔버 내에서의 가스 압력보다 크다. 상기 방법에서는 진공 절연 챔버가 적어도 패널의 크기를 갖는 것이 요구된다. 또한, 이송되었거나 또는 이미 절연-대상물 내에 통합된 진공 절연 보드의 가스 압력은 더 이상 검출될 수 없기 때문에, 결과적으로 상기 목적을 위해서는 다른 방법들이 강구될 수밖에 없다.

전술한 실시예에 따라 본 발명의 기초가 되는 문제점은, 이송된 및/또는 절연 대상물 내에 통합된 진공 절연 보드에서도 가스 압력이 검출될 수 있도록 하는, 가능하다면 매우 정확하게 측정될 수 있도록 하는 가능성을 제공하는 것이다. 이와 같은 가스 압력 통제 방식에서는 커버가 손상되어서는 안된다. 측정을 위한 기술적 비용도 가급적 적어야 하고, 특히 측정을 위해 필요한 시간은 가급적 짧아야 한다. 또한 가능하다면, 진공 패널의 제조 비용도 현저히 상승되지 않도록 주의해야 한다.

상기 문제점은, 절연 코어와 단열 보드의 커버링 박막 사이에 통합된 어셈블리를 포함하고, 상기 어셈블리가 히트 싱크로서 작용하는 바디 및 상기 히트 싱크와 커버링 박막 사이에 배치된 테스트층을 구비하며, 상기 히트 싱크의 열전도도 및 체적에 대한 열용량은 절연 코어의 관련 크기보다 크고, 상기 테스트층은 진공 단열 보드 내부의 가스 압력의 함수로서 변동되는 규정된 열전도도를 갖도록 구성된, 측정 장치에 의해서 해결된다.

상기 테스트층의 열저항 및 상기 층의 열전도도는 특이하게 패널 내부의 가스 압력에 의존한다. 약 10 ⅰm의 섬유 직경을 갖는 유리 부직포의 경우에는, 정상 압력에서 정체되어 있는 공기의 열전도도의 대략 절반에 도달하는 통상적인 가스 압력은 약 2 mbar이다. 가스 압력이 대략 상기 압력 범위만큼 그리고 상기 압력 범위 이하로 변동되는 경우에는, 중간층의 열저항이 가장 분명하게 변동된다. 그와 달리 예를 들어 마이크로 기공성 규산으로 이루어진 절연 코어의 열전도도가 측정되면, 10 mbar 이상의 가스 압력에서 비로소 열전도도의 뚜렷한 변동을 감지할 수 있다. 히트 싱크와 센서 부재 사이의 평균 온도차와 측정 동안 측정된 열 흐름(heat flux) 간 비율로부터 테스트층의 열저항이 산출될 수 있다. 상기 테스트층의 두께가 검출되면, 그로부터 상기 층의 열전도도가 또한 산출된다. 진공 패널 내부의 가스 압력에 의존하는 테스트층의 열전도도의 의존성에 대한 정보로부터 진공 채널 내부의 가스 압력이 검출될 수 있다. 그러나 또한, 공지된 가스 압력이 사전 설정되는 보정(calibrating) 측정 방법을 이용하여, 상기 측정된 열저항을 내부 가스 압력과 직접 연관을 맺게 하는 것도 가능하다.

기공이 개방된 폴리우레탄 포움 또는 유리 섬유와 같이 기공이 큰 코어 재료를 위해서도 본 발명에 따른 상기 방법은 적용될 수 있다. 테스트층에 사용되고 기공이 넓은 재료의 본 발명에 따른 방법에 의해 측정된 열전도도는, 진공 패널 내 에 절연 코어로서 사용되고 기공이 큰 재료의 열전도도와 유사한 방식으로 변동된다. 따라서, 불충분하게 낮은 가스 압력으로 인해서 완전 진공 상태에 비해 20% 만큼 상승된 코어 재료의 열전도도는 아무런 문제없이 검출될 수 있다.

테스트층의 열저항은 예를 들어, 외부로부터 갑작스런 온도 상승(jump)이 자극되고, 테스트층을 거쳐 상기 테스트층 뒤에 있는 히트 싱크까지 이루어지는 열 흐름이 검출됨으로써 측정될 수 있다. 주목해야 할 내용은, 예를 들어 테스트층 뒤에 있는 바디를 초기 가열한 다음에 보다 차가운 센서 바디를 단열 보드 커버의 관련 장소에 압착하여 결과적으로 열 흐름이 내부로부터 외부로 설정됨으로써, 열 흐름이 반대로 이루어지는 경우에도 측정이 가능하다는 것이다. 내부에 있는 바디에 비해 감소된 센서 온도는, 센서 바디가 측정 전에 예를 들어 얼음에 의해서 냉각됨으로써 구현될 수 있다. 상기 측정 방법에서 히트 싱크로서 전술된 바디가 테스트층 뒤에서 고유하게 열원(heat source)으로서 작용하고, 외부로부터 제공된 센서 바디가 히트 싱크로서 작용하더라도, 상기 방법에서는 처음에 기술된 바와 같은 외부로부터 내부로 열 흐름이 이루어지는 방법에서보다 더 많은 (시간적) 비용이 소요되기 때문에, 테스트층 뒤에 있는 바디는 일반성의 제한 없이 하기에서는 히트 싱크로서 기술된다.

내부에 히트 싱크가 배치된 진공 패널의 실시예가 비용적으로 매우 유리하기 때문에, 진공 패널은 원칙적으로 표준에 맞게 설치될 수 있다. 따라서, 진공 패널의 제조 후에는 가스 압력의 신속한 인-라인-통제도 또한 가능하다.

히트 싱크의 열전도도가 1 W/(m*K) 이상, 바람직하게는 2 W/(m*K) 이상, 특 히 10 W/(m*K) 이상인 것이 유리한 것으로 증명되었다. 그럼으로써, 히트 싱크에 의해 흡수된 열은 신속하고 균일하게 상기 히트 싱크의 전체 바디에 걸쳐 분배될 수 있고, 테스트층 아래에서는 측정을 왜곡하는 열 정체가 전혀 나타날 수 없다.

100 mbar 미만의 가스 압력에서 히트 싱크의 열전도도가 테스트층의 열전도도보다 10배 이상, 바람직하게는 20배 이상, 특히 바람직하게는 50배 이상 크면 유리한 배열 상태가 이루어진다. 테스트층의 열전도도가 비교적 낮으면, 최상의 평가를 가능케 하는 거의 이상적인 열 흐름 상태가 나타난다.

대기 가스 압력에서 또는 그 압력 미만에서 테스트층의 열전도도가 1 W/(m*K) 미만, 바람직하게는 0.1 W/(m*K) 미만, 특히 바람직하게는 0.05 W/(m*K) 미만인 것은 본 발명의 범주에 속한다. 바람직하게 테스트층의 열전도도는 가스 압력이 감소함에 따라 감소한다. 예를 들면 압력 감소 때마다 10 내지 75% 만큼, 바람직하게는 20 내지 50% 만큼 각각 10분의 1까지 감소한다. 따라서, 관련 압력 범위에서의 열 저항은 훨씬 더 높고, 히트 싱크의 보다 느린 온도 변동으로 인해 보다 정확한 측정을 가능케 한다.

테스트층의 열전도도에 대한 가스 압력의 의존성을 구현할 수 있는 가능성은 상기 테스트층을 기공이 개방된 재료로 제작하는 것에 있다. 다른 한편으로 상기 테스트층은 신뢰할만한 측정값이 얻어지도록 하기 위해 가급적 균일한 특성을 가져야 한다.

기공이 개방된 테스트층의 기공 크기가 절연 코어의 기공 크기보다 훨씬 더 큼으로써, 테스트층의 가스 열전도도는 절연 코어보다 가스 압력이 명백하게 작은 경우에 이미 인식할 수 있게 된다. 보다 낮은 가스 압력 범위를 검출할 수 있기 위해서는, 커버링 박막에 대한 테스트층으로서 보다 거친 구조를 갖는 재료가 사용되어야 한다. 섬유 형태의 재료 또는 예를 들어 유리 섬유로 이루어진 부직포의 경우에는, 보다 작거나 또는 보다 큰 섬유 직경을 선택함으로써, 검출 가능한 가스 압력의 범위가 보다 크거나 또는 보다 작은 압력 쪽으로 이동될 수 있다.

테스트층이 폴리프로필렌- 또는 폴리에스테르-부직포, 마이크로 유리 섬유지, 유리 부직포, 기공이 개방된 포움 재료의 얇은 층, 에어러겔 층, 규조토 또는 다른 압축된 미세 분말로 구성되는 것은 본 발명의 범주에 속한다. 본 발명에 따라, 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위의 섬유 직경을 갖는 플라스틱 또는 유리로 이루어진 부직포가 가장 우수한 특성들을 보여준다. 그러나 원칙적으로는, 기공이 개방된 플라스틱 포움과 같은 다른 재료, 규조토와 같은 미세 분말 또는 에어러겔 층도 테스트층으로서 가능하다.

열적 측정을 위해서는, 테스트층의 두께가 대략 일정하고 대략 0.05 ㎜ 내지 2 ㎜, 바람직하게는 0.08 ㎜ 이상, 특히 0.1 ㎜ 이상 그리고 1 ㎜ 미만, 특히 0.5 ㎜ 미만인 경우에 측정이 제대로 이루어질 수 있을 정도로 비교적 큰 열 흐름이 형성된다.

히트 싱크의 체적과 관련된 열용량은 본 발명에 따라 0.5 J/(㎤*K) 내지 5.0 J/(㎤*K), 바람직하게는 1.0 J/(㎤*K) 내지 4.0 J/(㎤*K)이다. 이와 같은 경우에는, 공간을 절약하는 테스트 장치에 의해서도 정확한 측정을 위해 충분한 열 흐름의 지속이 구현될 수 있다.

히트 싱크로서는 알루미늄, 구리, 철과 같은 금속, 열전도성이 우수한 세라믹 또는 그래파이트의 사용이 추천된다.

측정 정확성을 높이기 위해, 히트 싱크는 커버 또는 테스트층에 대해 대략 평행한 베이스 평면을 갖는 평탄 바디로서 구현될 수 있다. 이 경우 상기와 같이 평탄한 히트 싱크의 두께는 대략 일정할 수 있다. 상기 히트 싱크의 두께는 대략 0.1 ㎜ 내지 5 ㎜, 바람직하게는 0.2 ㎜ 이상, 특히 0.4 ㎜ 이상, 그리고 바람직하게는 3 ㎜ 미만, 특히 2 ㎜ 미만이어야 한다.

평탄한 히트 싱크의 외부 윤곽은 둥글게 혹은 다각형, 특히 사각형 또는 정방형으로 구현될 수 있으며, 이 경우 직경 또는 에지 길이는 5 ㎜ 내지 100 ㎜, 바람직하게는 10 ㎜ 내지 60 ㎜, 특히 대략 30 ㎜에 달한다.

히트 싱크는 진공 절연 보드의 상부면 및/또는 하부면에 배치될 수 있지만, 상기 보드의 좁고 긴 면에도 배치될 수 있다. 상기 진공 절연 보드의 에지 또는 모서리는 원칙적으로는 적합하지만, 보다 복잡한 배열 상태를 야기한다.

상대적으로 기공이 큰 포움 또는 유리 섬유 재료가 절연 코어로서 사용되면, 게터 물질용으로 삽입된 용기의 바닥을 히트 싱크로서 사용할 수 있는 가능성도 존재한다. 보다 낮은 가스 압력 범위를 검출하기 위해서는, 보다 거친 구조를 갖는 재료, 예컨대 섬유 직경이 대략 10 ⅰm인 유리 부직포가 테스트층으로서 사용될 수 있다.

박막에 의해 둘러싸인 진공 단열 보드 내부의 가스 압력을 검출하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 전술한 설명에 따라 상기 진공 단열 보드 내부에 배치되고 커 버링 박막에 의해 커버된 장치에 외부로부터 센서 장치가 제공되어 상기 커버링 박막에서 갑작스런 온도 상승이 나타나는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 특징은 본 발명에 따른 장치에 대해 명백한 온도차를 갖고 압착되는 바디에 의해서 달성된다. 그럼으로써, 열 흐름은 단열 보드 내부의 가스 압력에 의해 영향을 받은 테스트층의 열전도도에 의존하여 야기되며, 상기 열 흐름의 크기는 계측학적으로 검출되거나 또는 계측학적으로 검출 가능한 다른 파라미터들로부터 간접적으로 검출된다.

표면에서의 온도 및 히트 싱크로의 열 흐름을 동시에 측정하는 간단한 방법은, 내부에 배치된 히트 싱크에 대해 온도차를 갖고 온도 측정 센서가 설치되었으며 열전도성이 우수한 센서 바디를 진공 패널의 표면 위로 프레스하는 것이다. 이 경우 상기 센서 바디의 온도는 바람직하게 단열 보드 내에 배치된 히트 싱크보다 더 높다. 센서 장치를 프레스한 후에는 상기 센서 장치가 열을 내부에 배치된 히트 싱크로 방출한다. 그럼으로써 센서 장치의 인접 부분의 온도는 시간이 지남에 따라 줄어든다. 이 경우에는 커버링 박막 및 얇은 테스트층의 낮은 열용량으로 인해 열적 균형이 신속하게(대략 1 내지 3 초 이내에) 설정된다: 제공된 온도 및 내부에 배치된 히트 싱크의 온도가 시간에 따라 온도차에 비례하여 단지 약간만 변동되면, 준정적인(quasistatic) 상태들로부터 시작될 수 있다. 시간적인 온도 변동의 측정은, 센서 부재 또는 열원 및/또는 히트 싱크의 온도가 원래 온도차의 약 2 내지 20%, 바람직하게는 5 내지 10% 만큼 변동되었을 때 종료될 수 있다. 통상적인 측정 시간은 5초 내지 30초 범위에 있다. 인접하는 센서 부재들의 재료의 비열 용량(specific heat capacity) 및 상기 부재들의 치수 그리고 단위 시간당 온도 변동으로부터 열 흐름이 산출될 수 있다. 이 경우 테스트층의 열 저항은 한편으로는 히트 싱크의 온도와 외부로부터 제공된 센서 장치 간 온도차 그리고 다른 한편으로는 히트 싱크의 온도와 측정된 열 흐름 간 온도차의 비율에 비례한다. 내부 히트 싱크는 측정 개시 전에 절연 코어와 열적 균형 상태에 있어야 한다. 상기 내부 히트 싱크의 온도는 측정 전에는 예를 들어 온도 센서에 의해서 검출된다. 센서 부재들의 온도는 전기 가열 장치를 통해, 제공된 얇은 가열 박막에 의해서 출력값에 맞추어 조절될 수 있다. 측정이 개시되면 전력 공급 장치는 스위치-오프 되어야 한다. 다른 가능성은, 측정 보드를 뜨거운 목적물과의 접촉에 의해서 개시 온도로 만드는 것이다.

바람직하게 상기 센서 바디는 전방 지지면을 가지며, 상기 지지면의 곡률은 커버링 박막 아래에 있는 테스트층의 곡률과 대략 일치한다.

상기 센서 바디는 직육면체 또는 프리즘 또는 (평탄한) 실린더 혹은 둥근 디스크로서, 또는 그 밖의 평탄 바디로서 형성될 수 있다.

상기와 같은 평탄 바디의 두께는 0.2 내지 100 ㎜, 바람직하게는 0.5 ㎜ 이상, 특히 1 ㎜ 이상, 그리고 바람직하게는 10 ㎜ 미만, 특히 5 ㎜ 미만이어야 한다.

본 발명은 센서 바디의 베이스면을 히트 싱크의 면보다 작거나 혹은 대략 같게 선택할 것을 추천한다. 즉, 센서 바디의 직경은 히트 싱크의 직경보다 크지 않아야 한다. 그럼으로써, 경우에 따라 측정을 왜곡시키는 불필요한 2차 효과가 방 지된다.

센서 바디의 열전도도는 단열 보드 내부에 배치된 히트 싱크의 열전도도와 대략 일치할 수 있다. 센서 바디의 재료는 바람직하게 구리, 은, 알루미늄 또는 철 및 강과 같이 열전도성이 우수한 금속이다.

본 발명은 또한 센서 바디에, 특히 상기 센서 바디의 표면에, 또는 상기 센서 바디의 체적(volume)에 고정된 온도 센서를 특징으로 한다. 온도 센서로서는 예를 들어 센서 부재들의 열용량에 약간만 영향을 미치는 열전 소자가 이용될 수 있다.

센서 부재들의 열 흐름을 측정할 수 있는 추가의 가능성은, 프리 세팅 가능한 온도를 유지하기 위해서 센서 바디에 전기 가열 장치, 예컨대 가열 저항 또는 가열 박막을 제공하는 것이다. 상기 조절기를 통해서 센서 부재들의 온도가 일정한 값으로 유지되고, 측정 과정 동안 상기 조절기를 통해 센서 부재들로 방출되는 파워가 관찰된다. 짧은 조절 시간 후에는 센서 부재들로 방출된 파워로서 마찬가지로 준정적인 열 흐름이 설정될 수 있다.

또한 센서보드로서 온도 센서를 구비한 단 하나의 가열 박막을 사용하는 것도 가능하다. 측정이 개시되면 가열 장치가 접속되고, 조절을 통해 상승된 일정한 온도가 발생되며, 이를 위해 필요한 파워가 측정된다. 상기 가열 박막은 히트 싱크 위의 커버링 박막 상에 영구적으로 설치될 수 있다.

본 발명은, 센서보드의 후면 및/또는 측면이 단열 재료에 의해 둘러싸일 정도로 개선될 수 있다. 결과를 왜곡시키는 주변에서의 센서보드의 열손실을 줄이기 위해, 상기 센서보드는 - 지지면을 제외하고 - 단열부, 예컨대 포움 재료에 의해서 둘러싸여 있다.

마지막으로 본 발명의 이론은, 측정시 센서보드가 캔 형태의, 링형의 또는 디스크 형태의, 경우에 따라서는 금속으로 된 커버에 의해 둘러싸여 있고, 상기 커버가 센서보드와 대략 동일한 출발 온도로 유지되는 것이다. 커버로서는 온도 조절된 가열 박막도 이용될 수 있다. 센서보드에서와 동일한 온도까지 가열된 상기 보호 포움은 센서보드로부터 주변으로의 열방출 또는 측면에서 커버링 박막 위로의 열방출을 광범위하게 저지할 수 있다.

열 흐름을 검출하기 위한 대안적인 방법은, 센서보드의 지지면 상에 열 흐름 측정기를 고정시키는 것이다. 센서보드가 바람직하게는 경우에 따라 전기적으로 조절되는 열원 또는 히트 싱크, 예컨대 가열 박막에 연결됨으로써, 상기 센서보드는 일정한 온도로 유지된다. 그 경우에는 측정된 열 흐름 밀도 및 히트 싱크와 센서보드간 온도차로부터 마찬가지로 테스트층의 열 저항이 추론될 수 있다. 상기 열 흐름 측정기는 배기된 테스트층에 비해 가급적 적은 열 저항, 최대로는 상기 테스트층의 열 저항의 약 10% 내지 20%의 열 저항을 가져야 한다.

본 발명을 토대로 한 추가의 특징, 세부 사항, 장점 및 작용은 본 발명의 바람직한 실시예의 하기의 설명부 그리고 도면을 참조하여 기술된다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 장치 또는 테스트 장치를 그 내부에 수용하고, 상기 장치 위에 센서 장치가 설치된 진공 단열 보드의 단면이며,

도 2는 단열 보드 내부의 가스 압력이 상이한 경우에 도 1의 센서 장치에 의 해 측정된 온도의 시간에 따른 변동을 도시한 그래프이다.

도 1의 진공 단열 보드(9)는 사면이 커버링 박막(2)에 의해 둘러싸인 절연 코어(1)로 이루어진다. 본 발명에 따라, 제조시 상기 절연 코어(1)와 커버링 박막(2) 사이에는 작은 금속 보드 혹은 세라믹 보드(3)가 제공되는데, 상기 보드는 예를 들어 알루미늄으로 이루어지고 히트 싱크로서 이용된다. 상기 보드(3)는 예컨대 30 ㎜의 직경 또는 에지 길이 및 예컨대 2 ㎜의 두께를 갖는, 둥글거나 직사각형의 또는 정방형의 기본 형상을 가질 수 있다.

히트 싱크(3)와 커버링 박막(2) 사이에는 본 발명에 따라 얇은 기공성 중간층(4)의 형태로 된 테스트층이 열 저항으로서 존재한다. 기공이 개방된 테스트층(4)의 기공 크기가 절연 코어(1)의 기공 크기보다 명백하게 더 클 수 있음으로써, 테스트층(4) 내에서의 가스 열전도도는 가스 압력이 절연 코어(1)에서보다 명백하게 더 작은 경우에 이미 감지할 수 있다. 따라서 열적 측정을 위해서는, 제대로 측정할 수 있을 정도로 비교적 큰 열 흐름이 형성된다. 테스트층(4)은 두께가 작음에도 불구하고 가급적 균일해야 하지만, 기공은 개방되어야 한다. 본 발명에 따라, 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛ 범위의 매우 작은 섬유 직경을 갖는 플라스틱 또는 유리로 이루어진 부직포가 가장 우수한 특성들을 보여준다. 그러나 원칙적으로는, 기공이 개방된 플라스틱 포움과 같은 다른 재료, 규조토와 같은 미세 분말 또는 에어러겔 층도 중간층으로서 적합하다.

테스트층(4)이 외부로 향하여 커버링 박막(2)의 내부면에 인접하도록, 히트 싱크(3)가 테스트층으로서의 유리 부직포 층으로 커버되어 절연 코어와 커버링 박 막 사이에서 작은 홈 내부로 삽입된 후에는, 절연 코어(1)가 대략 1 mbar의 가스 압력으로 진공 상태로 되고, 플라스틱으로 이루어진 커버링 박막(2)은 진공 밀봉 상태로 밀봉된다.

센서(10)로서는, 1.7 ㎜의 두께 및 19 ㎜의 직경을 갖고 구리 도금된 강으로 이루어진 디스크 혹은 보드(5)가 사용되고, 상기 보드의 후면에 온도 측정 센서(6)로서 타입 J의 열전 소자가 납땜된다. 상기 후면에는 또한 두께가 20 ㎜이고 직경이 20 ㎜인 둥근 포움 재료가 단열부(7)로서 접착된다. 추가로, 동일한 출발 온도로 가열된 보호링(8)은 센서 보드(5)로부터 주변으로의 열방출 또는 측면에서 커버링 박막(2) 위로의 열방출을 광범위하게 저지할 수 있다.

열전 소자(6)의 온도는 측정 장치에 의해서 초당 측정된 2개 측정값의 비율로 검출되어 컴퓨터에 의해서 저장된다.

히트 싱크(3)는 측정 전에는 대략 20℃의 주변 온도로 열적 균형 상태에 있다. 센서 보드(5)는 78℃의 온도로 가열된다. 센서(10)가 진공 단열 보드(9)에 있는 측정 장소로 프레스되면, 측정이 개시된다. 대략 20초 후에는 측정이 종료되고, 센서(10)는 측정 장소로부터 제거된다. 그 다음에 측정은 단지 10 mbar의 가스 압력으로만 진공 상태로 된 추가의 테스트 제품에 의해서 반복된다.

센서 보드의 측정된 상이한 온도 변동값들은 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 통해, 가스 압력이 보다 높은 경우에는 온도가 보다 신속하게 떨어진다는 것을 알 수 있다. 74℃의 온도 이하에서는 온도 변동이 대략 일정한 기울기로 기술될 수 있다. 가스 압력이 10 mbar인 경우에는 온도가 대략 0.55 K/s 만큼 떨어지고, 가 스 압력이 1 mbar인 경우에는 0.29 K/s 만큼 떨어진다. 따라서, 상기 2가지 가스 압력 범위간에는 명백한 차이가 나타날 수 있다.

Claims (36)

1. 커버링 박막(2)에 의해 둘러싸인 절연 코어(1)를 구비한 진공 단열 보드(9) 내부의 가스 압력을 측정하기 위한 장치로서,

   상기 절연 코어(1)와 진공 단열 보드(9)의 커버링 박막(2) 사이에 통합된 어셈블리를 포함하고, 상기 어셈블리가 히트 싱크로서 작용하는 바디(3) 및 상기 히트 싱크(3)와 상기 커버링 박막(2) 사이에 배치된 테스트층(4)을 구비하며, 상기 히트 싱크의 열전도도 및 체적에 대한 열용량은 절연 코어(1)의 열전도도 및 체적에 대한 열용량보다 크고, 상기 테스트층은 진공 단열 보드(9) 내부의 가스 압력의 함수로서 변동되는 규정된 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)의 열전도도가 1 W/(m*K) 이상이거나 2 W/(m*K) 이상이거나 10 W/(m*K) 이상인 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 100 mbar 미만의 가스 압력에서는 상기 히트 싱크(3)의 열전도도가 테스트층(4)의 열전도도보다 10배 이상이거나 20배 이상이거나 50배 이상인 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서, 대기 가스 압력에서 또는 그 압력 미만에서는 상기 테스트층(4)의 열전도도가 1 W/(m*K) 미만이거나 0.1 W/(m*K) 미만이거나 0.05 W/(m*K) 미만인 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 테스트층(4)은 기공이 개방된 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 테스트층(4)은 상기 절연 코어(1)와 크기가 같거나 또는 상기 절연 코어(1) 보다 더 큰 기공을 갖는 기공 구조인 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 테스트층(4)이 폴리프로필렌-부직포, 폴리에스테르-부직포, 마이크로 유리 섬유지, 유리 부직포, 기공이 개방된 포움 재료의 얇은 층, 에어러겔 층 또는 규조토로 구성되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 테스트층(4)의 두께가 0.05 ㎜ 내지 2 ㎜ 또는 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 범위에서 일정한 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)의 체적과 관련된 열용량(C)이 0.5 J/(㎤*K) 내지 5.0 J/(㎤*K) 또는 1.0 J/(㎤*K) 내지 4.0 J/(㎤*K)것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)가 알루미늄, 구리, 철을 포함한 금속 또는 열전도성이 우수한 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)가 커버링 박막(2)이나 테스트층(4)에 평행한 베이스 평면을 갖는 평판 바디로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)의 두께가 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜ 또는 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜ 범위에서 일정한 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)의 외부 윤곽은 원형, 다각형, 사각형 또는 정방형으로 구현될 수 있으며, 직경 또는 에지 길이는 5 ㎜ 내지 300 ㎜ 또는 10 ㎜ 내지 40 ㎜인 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)는 게터 물질용 용기의 바닥부로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 히트 싱크(3)는 진공 단열 보드(9)의 평탄한 베이스면(상부면 또는 하부면)에 또는 좁고 긴 면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정장치.
16. 박막에 의해 둘러싸인 진공 단열 보드(9) 내부의 가스 압력을 검출하기 위한 방법으로서,

    상기 진공 단열 보드(9) 내에 배치되고 상기 커버링 박막(2)에 의해 커버된 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 따른 히트싱크(3)와 테스트층(4)에 있어서 외부로부터 상기 히트 싱크(3)에 대해 갑작스런 온도 변동이 나타남으로써, 상기 진공 단열 보드(9) 내부의 가스 압력에 따라 변동되는 상기 테스트층(4)의 열전도도에 의해 영향을 받는 열 흐름이 야기되고, 상기 열 흐름의 크기는 계측학적으로 검출되거나 또는 계측학적으로 검출 가능한 다른 파라미터로부터 간접적으로 검출되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
17. 제 16 항에 있어서, 전방 지지면을 갖는 센서보드(5)가 상기 히트싱크(3)와 테스트층(4) 위에 추가되는데, 상기 전방 지지면의 곡률은 상기 커버링 박막(2) 아래에 있는 테스트층(4)의 곡률과 일치하는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 센서보드(5)가 평판 바디로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 센서보드(5)의 두께가 0.5 ㎜ 내지 50 ㎜, 0.8 ㎜ 내지 5 ㎜, 또는 1 ㎜ 내지 3 ㎜인 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 센서보드(5)의 베이스면은 상기 히트 싱크(3)의 면적보다 작거나 동일한 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 히트싱크(3)와 테스트층(4)에 대해 온도차를 갖는 센서보드가 상기 커버링 박막(2) 위에 제공되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 센서보드(5)가 1 W/(m*K) 내지 1000 W/(m*K)의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 센서보드(5)가 구리, 은, 알루미늄 또는 철을 포함한 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 센서보드(5)의 표면이나 내부에 고정된 온도 센서(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 열 흐름은 진동 단열 보드(9)의 영역내에서 히트싱크(3) 위에 프레스될 때의 센서보드(5)의 시간에 따른 온도변화를 참조하여 검출되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 센서보드(5)의 후면에 가열 박막이 배치되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
27. 제 26 항에 있어서, 상기 센서보드가 히트싱크(3)의 온도와 상이한 일정한 온도로 조절되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 열 흐름은 온도가 일정하게 유지될 때 상기 센서보드(5)에 제공된 열용량을 통해 검출되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
29. 제 28 항에 있어서, 상기 열 흐름을 측정하기 위한 센서보드(5)의 지지면 상에 열 흐름 측정기가 제공되고, 상기 센서보드의 온도가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
30. 제 29 항에 있어서, 상기 센서보드(5)의 후면 또는 측면이 단열 재료(7)에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
31. 제 30 항에 있어서, 상기 센서보드(5)가 캔 형태, 링형 또는 디스크 형태의 커버(8)에 의해 둘러싸여 있고, 상기 커버가 상기 센서보드(5)와 동일한 출발 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
32. 제 16 항에 있어서, 온도 센서를 구비한 가열 박막이 히트싱크(3)와 테스트층(4) 위에서 커버링 박막(2) 상에 프레스되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 가열박막의 가열 출력이 조절됨으로써, 가열 박막의 온도가 일정할 때 가열 박막의 열용량이 측정되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서, 온도 센서를 구비한 상기 가열 박막은 히트싱크(3)와 테스트층(4) 위의 커버링 박막(2) 상에 영구적으로 고정되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
35. 제 34 항에 있어서, 상기 가열 박막이 절연 재료로 커버되는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 절연 재료 위에 온도조절가능한 가열장치가 추가되어 상기 가열 박막의 주변으로의 열손실이 감소되기 때문에, 가열 박막의 열용량 자체가 히트 싱크에 대한 열 흐름에 상응하는 것을 특징으로 하는, 열을 이용한 가스압력 측정방법.

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