KR920009830B1 - 금속제 진공 2중구조체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속제 진공 2중구조체 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 금속제 2중용기의 단면도.

제2도는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속제 2중용기의 단면도.

제3도는 제2도의 부분 확대 단면도.

제4도는 제1실시예에 따른 진공 2중 파이프의 반단면도.

제5도는 진공 2중 파이프의 제조 도중의 상태를 나타낸 반단면도.

제6도 내지 제8도는 본 발명에 따른 금속제 진공 2중 구조체의 제조공정을 나타낸 도면.

제9도는 본 발명의 제3실시예에 따른 진공 2중용기의 단면도.

제10도는 본 발명의 제4실시예에 따른 진공 2중용기의 단면도.

제11도 내지 제14도는 종래의 방법으로 제조된 진공 2중용기의 보온성에 관한 실험결과를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 2중용기 2 : 외부용기

3 : 내부용기 4 : 팁 튜브(tib tube)

5 : 공간 6 : 흡입포트(suction port)

7 : 실린더 8 : 덮개부

9 : 솔더(solder) 10 : 내부 파이프

11 : 외부 파이프 13,14 : 밀폐부

15,16 : 캡

본 발명은 보온병이나 진공 2중 파이프와 같은 금속제 진공 2중 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

보온병과 같은 진공 2중 구조체의 보온성을 높이기 위해서는, 내벽체를 이루는 내부 용기와 외벽체를 이루는 외부 용기 사이의 진공도를 높이는 것과 내부 용기로부터 외부 용기로 복사되는 복사열을 차단하는 것이 중요하다. 그리고 보온성을 높이기 위해서는, 진공 공간을 형성하는 내부 용기와 외부 용기의 표면을 도금 방법으로 코팅해서 용기 내부에서 외부로 또는 그 역으로 열이 복사되는 것을 방지하도록 열반사층을 형성시키는 방법이 채용되고 있으나, 이러한 열반사층은 은이나 니켈 또는 구리와 같은 금속을 전기도금 또는 기타의 도금 방법으로 내부 용기의 바깥 표면에 도금하도록 되어 있기 때문에, 도금하는데 시간이 많이 걸려 진공 2중 구조체의 제조 비용을 증가시키는 결과로 되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 내부 용기의 바깥 표면을 알루미늄이나 구리 재질의 얇은 호일로 감싸 열반사층 역할을 하도록 된 것이 일본국 특허공개 소 61-31111호에 제안되어 있는 바, 이는 알루미늄이나 구리 재질의 호일을 사용하게 됨으로써 내부 용기에 열반사층을 형성시키는데 시간이 단축되는 효과는 있으나, 이 또한 종래의 기술과 마찬가지로 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

즉, 진공 2중 구조체를 제조함에 있어, 내·외부 용기의 표면으로부터 기름때와 같은 것을 제거해서 내부 용기의 바깥 표면과 외부 용기의 안표면을 깨끗이 한 다음, 내부 용기와 외부 용기 사이의 공간으로부터 공기를 뽑아낼 때 2중 구조체를 로내에서 가열할 필요가 있게 된다. 그러나 만약 공기가 존재하는 상태에서 가열처리가 이루어지게 되면 알루미늄 또는 구리호일이 산화되어 열반사 효과가 나빠지게 된다.

한편 상기와 같은 산화로부터 열반사층을 보호하기 위해, 내부 용기와 외부 용기 사이 공간으로부터 공기를 뽑아낸 다음 가열해서 가스를 제거하면 상기 공간의 압력이 1×10^-3Torr 정도의 높은 진공도를 얻을 수는 있지만, 그러한 높은 진공도하에서는 대류에 의한 열전달이 거의 없기 때문에 내부 용기의 온도 상승율이 낮아지게 됨으로써 가열에 시간이 많이 걸리게 된다. 더우기 내부 용기의 바깥 표면에 흡장(吸藏)되어 가스를 완전히 제거하는 것이 매우 어렵고, 만약 내·외부 용기의 표면에 흡장되어 있는 가스를 진공 형성 과정도중 완전히 제거하지 못하면, 있는 가스가 점차 내외부 용기 표면에서 이탈해서 공간의 진공도를 감소시키게 되어, 이것이 진공 2중 구조체의 보온성을 감소시키는 결과로 된다.

그 때문에 종래에는 진공 용기의 보온성 저하를 방지하기 위해 진공 봉입후 내·외부 용기의 표면에서 이탈된 가스를 흡입하기 위한 게터(getter)가 널리 쓰여지고 있으나, 이 게터는 일반적으로 작은 알맹이 또는 디스크 형태로 되어 있어서 내부 용기나 외부 용기에 이를 고정시키기 위한 수단이 필요하게 되고, 이러한 게터나 고정장치 등의 재료비로 말미암아 제조 비용을 증가시킨다고 하는 결점도 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 단열성이 우수하면서도 가격이 저렴한 금속제 진공 2중 구조체를 제공함과 더불어, 짧은 시간에 내부 용기로부터 가스를 완전히 제거할 수 있고, 특별히 게터나 게터 고정수단이 필요없는 금속제 진공 2중 구조체 및 그 제조 방법을 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 금속제 진공 2중 구조체는, 금속재질로 된 내·외부 용기로 이루어지면서 이들 사이의 공간이 형성된 2중 구조체로 접합되어 진공 상태를 유지함과 더불어 적어도 한쪽 용기에 구리나 티타늄 및 지르코늄 중 한가지 이상의 활성화 된 금속재질 호일이 설치된 구조로 되어 있다.

또 본 발명에 따른 진공 2중 구조체는, 금속으로 제조된 내·외부 용기로 이루어지면서 그들 사이가 공간을 이루도록 상호 접합되어 내부 공간이 진공 상태를 유지하는 한편, 내부 용기에는 바닥부를 제외하고는 활성화 된 티타늄이나 지르코늄 호일이 감겨진 위에 다시 구리나 알루미늄, 티타늄 및 지르코늄 중 어느 한 가지 금속제 호일로 덮여진 구조로 되어 있다.

한편, 이상과 같은 금속제 진공 2중 구조체를 제조하기 위해서는, 내·외 용기를 제작한 다음 내부 용기에 구리나 티타늄 및 지르코늄 호일 중 적어도 한가지 금속으로 된 호일로 감싸준 다음 내부 용기와 외부 용기 사이에 공간이 형성되는 2중 구조가 되도록 상호 접합하고 나서, 제6도에 나타내어진 것과 같은 일련의 공정으로 공간의 공기를 제거하여 제조하게 된다.

즉, 제6도의 I단계에서는 공간을 예비 진공 상태로 만드는 바, 이 때의 진공 압력은 외부 용기에 기히 설치된 흡입 포트(suction port) 또는 팁 튜브(tip tube)를 통해 공기를 배출시켜 10^-2Torr의 낮은 진공도가 되도록 하고, 이어 제II단계에서 상기 금속 호일을 활성화 시킴과 더불어 공간을 형성하는 내·외부 용기의 표면으로부터 가스를 제거하기 위해 약 400℃ 정도의 온도로 가열한 다음, 제III단계에서 상기 공간으로부터 나머지 공기를 뽑아내 진공 압력이 10^-4Torr의 높은 진공도가 되도록 하고, 제IV단계에서는 흡입 포트 또는 팁 튜브를 밀봉하게 된다.

이렇게 해서 만들어진 본 발명 진공 2중 구조체는 활성화 된 금속 호일이 복사열을 반사할 뿐만 아니라 진공 공간을 형성하는 내·외부 용기의 표면에서 이탈하거나 상기 공간에 남아 있는 가스를 흡입하여 흡장하게 된다.

그리고 만약 필요한 경우에는 활성화 된 금속 호일과 함께 게터를 사용할 수도 있는데, 이 경우에는 감겨진 금속 호일과 내부 용기 사이에 게터를 설치하는 것이 좋은 바, 이는 활성화 된 금속제 호일이 내부 용기의 표면에 게터를 고정시키는 수단으로서의 역할도 하게 되어 별도의 고정 장치를 사용하지 않고서도 고정시킬 수가 있게 된다.

또 본 발명 진공 2중 구조체는 10^-2Torr의 진공도, 즉 100Torr 내지 10^-2Torr 범위의 진공도에서 외부 용기로부터 내부 용기로의 열전달이 공간에 남아있는 가스의 대류에 의해 가속되게 되므로, 내부 용기 표면으로부터 가스를 짧은 시간에 제거할 수 있게 한다. 더우기 내부 용기에 감겨진 금속 호일은 낮은 진공도에서 가열되는 동안 가스와 반응해서 활성화 되었다가 냉각될 때 공간에 남아 있는 가스를 흡입하게 됨으로써, 게터를 사용하지 않고서도 높은 진공도를 얻을 수 있게 된다.

여기서 상온에서 활성화 된 게터에 흡입되는 가스의 양은 게터가 활성화되는 도중 게터로부터 방출된 가스의 양에 비례한다는 것이 널리 알려져 있는 바, 어떤 금속을 활성화하는 것이 가능한 경우라면 이는 곧 화학적으로 가스를 흡입할 수 있음을 의미하는 것이므로, 이 때의 금속에 흡입될 수 있는 가스의 양은 그것이 활성화 되는 과정에서 방출하는 가스의 양과 일치하게 될 것이다.

본 발명자는 티타늄과 지르코늄 및 구리를 10^-2Torr의 기압에서 400℃ 이상으로 가열하면 활성화 될 수 있음을 알고서, 예컨대 티타늄을 스테인레스강으로 된 체임버 내에 넣고 어떤 감압 상태에서 가열하면 질소(N₂)와 수소(H₂) 및 일산화탄소(CO)가 일단 이탈되었다가 상온으로 냉각되면 방출하였던 가스가 흡입될 것이고, 또 티타늄으로부터 방출된 질소의 양이 최대로 되는 최고 온도가 약 400℃이고 수소에 대해서는 약 700℃이기 때문에, 티타늄을 감압 상태에서 약 400℃로 가열하면 활성화 될 것이어서, 이를 게터의 용도로 사용할 수 있을 것임을 확신할 수 있었다.

실제로 약 0.8g의 활성화된 티타늄 호일이 0.5g의 질소(N₂)를 흡입한다는 사실을 관찰할 수 있었는 바, 이는 종래의 기술에서 별도의 게터를 사용하여 흡입할 수 있는 양과 비견할 수 있는 흡입량이 된다. 또한 지르코늄은 약 300℃에서 질소와 수소를 방출한다는 사실도 알았다. 따라서 티타늄 호일이나 지르코늄 호일을 상기와 같이 내부 용기를 감싸는데 사용한다면 질소와 수소 가스를 흡입하게 될 것이다.

한편, 스테인레스강으로 된 체임버 내에 구리 호일을 넣어 소정의 감압 상태에서 가열하게 되면 수증기(H₂O)와 이산화탄소(CO₂) 및 일산화탄소(CO)를 방출하게 되고, 아울러 소량의 수소(H₂)도 방출하게 되는데, 이 때의 수증기 방출량은 120℃와 240℃ 및 370℃에서 절정을 이루는 바, 이는 120℃에서 방출되는 수증기는 구리 호일의 표면에 부착되거나 흡입되어 있는 것으로 생각되는 반면, 240℃와 370℃와 두 곳에서 절정을 이루는 것은 구리와 결합되어 있는 산소와 호가산되어 있는 탄소가 표면에서 결합되어 있기 때문이라 생각된다. 실험 결과 산화탄소(Co,Co₂)는 240℃와 400℃에서 절정을 나타내었는데, 이는 구리와 결합되어 있고 산소와 확산되어 있는 탄소가 표면에서 결합되어 있는 결과라 생각된다. 또 수소(H₂)는 수증기(H₂O)의 형태로 방출되지 않고 남아있던 것이 그대로 방출된 것이라고 생각된다.

또한 구리 호일(약 12g)의 활성화에 따라 방출된 수소의 양(수증기 형태로 방출된 것을 포함)은 일반적인 게터(SAES GETTERS, S.P.A의 제품 st-707에 상당하는 것으로 0.5g)가 활성화 될 때 방출하는 수소(H₂)의 양과 같거나 그 이상이었다. 따라서 종래에 사용되고 있던 게터 대신 티타늄이나 지르코늄 및 구리 호일을 단독으로 또는 이들을 조합해서 400℃ 정도로 가열함으로써 사용할 수가 있게 된다.

그리고 내부 용기와 외부 용기 사이에 형성된 공간은 외부 용기에 설치된 팁 튜브나 흡기 장치를 가지고 공기를 뽑아내어 진공 상태를 만들게 되는데, 외부 용기에 설치된 팁 튜브로 공간을 진공 상태로 만드는 경우에는 2중 구조체를 400∼450℃로 가열한 상태에서 팁 튜브로 10^-4Torr 정도의 높은 진공도로 만든 다음 그 온도에서 밀봉하게 된다.

한편 외부 용기에 설치된 흡입 포트로 진공 상태를 만들기 위해서는 850℃ 이상의 높은 온도에서 가열과 땜질 및 진공 조작이 이루어져야 하는 바, 특히 스테인레스강의 민감성에 따른 상호 입자간의 부식을 피하기 위해 2중 구조체의 가열과 냉각이 빠르게 이루어져야 한다. 그리고 만약 상기 땜질에 어떤 용제가 쓰여지는 경우에는 그 용제로부터 생긴 가스가 내부 용기와 외부 용기 사이 공간에 유입되어 진공도의 감소가 초래되고, 또 스테인레스강틸이 장시간 동안 450∼850℃의 온도를 유지하게 되만 거기에 함유된 탄소가 탄산염으로 되어 스테인레스강의 민감성을 야기시키게 되므로 900∼1000℃의 높은 용융점을 갖는 땜질 재료를 사용하여야 하는 바, 이로서 용제를 사용하지 않고서도 땜질을 할 수 있게 된다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 보온병용 금속제 진공 2중용기(1)를 단면도로 도시한 것으로, 이는 각기 스테인레스강으로 만들어진 외부 용기(2)와 내부 용기(3) 사이에 공간(5)이 형성되도록 개구부(Y)의 상단에서 접합되어 2중 구조체를 이루면서, 내부 용기(3)에는 바깥 표면에 바닥 중앙부를 제외하고 두께 16.5㎛이고 무게 12g인 활성화 된 구리 호일(3a)과 두께 25㎛이고 무게 0.8g인 활성화 된 티타늄 호일(3b)로 감싸지는 한편, 외부 용기(2)의 바닥에는 공기를 뽑아내기 위한 팁 튜브(4)가 마련된 구조로 되어 있다.

이상과 같이 구성된 금속제 진공 2중 구조체는 다음과 같이 만들게 된다.

먼저 스테인레스강판으로 만들어진 상부 부재(2a)와 바닥 중앙부에 팁 튜브(4)가 설치된 하부 부재(2b)를 제작함과 더불어, 나중에 용접되어 내부 용기(3)를 이루게 되는 목부위를 가진 몸통 부재와 바닥부재를 만든다.

이어 상기 목부위를 가진 몸통 부재와 바닥 부재를 용접으로 접합해서 내부 용기(3)를 만든 다음 이 내부 용기(3) 바깥 표면에 티타늄 호일(3b) 조각을 감고나서 그 위에다 목부위 상단과 팁 튜브 개구부와 마주하는 바닥 중앙부를 제외하고 1장의 구리 호일(3a)을 감고, 이어 내부 용기(3) 목부위의 윗끝을 외부 용기(2) 상부 부재(2a)의 윗끝과 접합시키는 한편, 외부 용기(2) 하부 부재(2b)를 내부 용기(3)와의 사이가 공간을 이루는 2중 구조체가 되도록 X위치에 접합시킨다.

그런 다음 상기 2중 구조체로 된 용기의 공간을 진공 상태로 만들기 위해 제7도에 나타내어진 일련의 단계를 거치게 되는바, 즉 상기 2중 구조체를 가열로에 넣고서 팁 튜브(4)를 진공 펌프에다 연결하여, 제7도의 21단계에서 공간(5)의 압력이 약 10^-2Torr 정도로 감소될 때까지 팁 튜브(4)를 통해 공기를 뽑아내 예비 진공 상태가 되도록 한다. 여기서 팁 튜브(4)와 마주보는 내부 용기(3)의 바닥 부위가 구리 호일(3a)로 덮여있지 않기 때문에 구리 호일(3a)이 흡입되어 당겨가지 앓게 된다.

이러한 낮은 진공 상태에서, 상기 2중 구조체를 제22단계에서 공간(5)을 이루는 내·외부 용기(3,2)의 표면에 부착되거나 흡장되어 있는 가스를 제거한 다음 구리 호일(3a)과 티타늄 호일(3b)을 활성화 하기 위해 400∼450℃에서 가열하게 되는 바, 가열되는 동안 외부 용기(2)는 가열로에서 직접 가열되는 한편 내부 용기(3)는 공간(5)에 남아있는 가스에 의한 대류와 내·외부 용기(3,2) 사이의 접합부에서의 외부 용기(2)로부터의 열전도 및 복사열에 의해 가열되게 된다.

이 경우 비록 공간(5) 내의 압력이 1×10^-2Torr 정도로 감소된다 하더라도, 그러한 낮은 진공도하에서는 대류에 의한 열전달이 재배적이기 때문에 외부 용기(2)로부터 내부 용기(3)로의 열전달은 예비 진공 상태로 말미암아 거의 손상되지 않는다. 따라서 내부 용기(3)가 10 내지 20분 동안 소정 온도로 가열되면 내부 용기(3)의 표면에 부착된 가스가 외부 용기(2)에서와 마찬가지로 공간(5)으로 방출되어 짧은 시간에 가스를 거의 제거하는 것이 가능하게 된다. 그러나 동시에 구리 호일(3a)과 티타늄 호일(3b)도 가열에 따라 활성화 되어 이들로부터도 수증기(H₂O)라던가 질소(N₂), 이산화탄소(CO₂), 일산화탄소(CO)와 같은 가스가 방출되게 된다. 또 스테인레스강의 민감성이 일어나는 온도 범위 이하의 온도에서 가열이 진행되므로 그 민감성에 따른 상호 부식의 우려도 없게 된다.

가열된 후 2중 구조체는 제7도의 23단계에서 나머지 가스가 흡입됨으로써 압력이 10^-4Torr의 높은 진공도로 감소되게 되고, 이 단계가 진행되는 도중 2중 구조체는 22단계에서의 온도와 같은 온도로 유지되는 바, 공간(5)에 남아있는 가스와 내·외부 용기의 표면에서 방출된 가스는 팁 튜브(4)를 통해 배출되게 된다.

그 후 상기 2중벽의 용기는 제24단계의 높은 진공도하에서 냉각되고, 팁 튜브(4)는 25단계에서 금속제 진공 용기를 완성하기 위해 밀봉되게 된다. 그리고 활성화 된 구리 호일(3a)은 열반사층의 역할을 함과 더불어 진공 공간을 이루는 내·외부 용기(3,2)의 각 표면에서 방출되거나 공간에 남아있는 수소(H₂)를 흡입하게 되고, 한편 활성화 된 티타늄 호일(3b)은 내외부 용기(3,2)의 표면에서 방출되거나 공간에 남아있는 질소(N₂)를 흡입하게 된다. 따라서 외부 용기(2)와 내부 용기(3) 사이의 공간이 장기간 높은 진공도를 유지할 수 있게 되어 높은 보온성을 지니게 된다.

제2도 내지 제3도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로, 이 금속제 진공 2중 용기(1a)는 팁 튜브(4)가 덮개부(8)에 의해 덮여진 흡입 포트(6)로 대체된 점을 제외하고는 제1실시예와 동일한 구조로 된 것이다. 즉 외부 용기(2)의 바닥부에 개구부(4a)가 마련되어 흡입 포트(6)를 갖춘 실린더(7)가 용접으로 접합되면서 상기 흡입 포트(6)가 땜질로 실린더(7)에 결합된 덮개부(8)에 의해 덮여져 있다.

그리고 진공과정 또한 700℃ 이상에서 가열되는 점을 제외하고는 제1실시예에서와 마찬가지로 이루어지는 바, 예컨대 2중 용기를 준비한 다음 그 바닥에 파형의 환형으로 된 솔더(solder,9)를 놓고 그 위에다 제3도에 도시된 것과 같이 덮개부(8)를 올려놓고 나서 진공 용광로(도시 안됨)에 넣어 제8도에 도시된 일련의 단계를 거치게 하면 진공 상태를 이루게 된다.

즉 제8도의 31단계인 예비 진공 상태에서 2중용기의 공기를 뽑아내 공간(5)의 압력이 10^-2Torr정도로 감소되도록 하고, 32단계에서 공간을 형성하는 내·외부 용기의 표면에 부착되거나 흡장된 가스를 제거하고 나서, 구리 호일(3a)과 티타늄 호일(3b)을 활성화 시키기 위해 800∼950℃ 정도로 가열한다. 이어 33단계에서 2중 용기의 나머지 공기를 뽑아내 공간(5)의 압력이 10^-4Torr 정도의 높은 진공도가 되도록 한 다음, 이러한 높은 진공 상태에서 약 1000℃ 정도의 온도로 가열하여 솔더(9)가 녹아내리도록 하면 덮개부(8)가 중력에 의해 실린더(7)의 바닥으로 내려와 흡입 포트(6)를 덮게 된다.

다음에는 제35단계에서 급냉시키게 되면 제2도에 도시된 것과 같이 녹아내린 솔더(9)가 응고됨으로써 실린더(7)와 덮개부(8)가 밀봉되어 결합되는 한편, 공간(5)이 높은 진공도를 이루게 된다. 이렇게 해서 제조된 진공 2중 용기는 제1실시예에서와 마찬가지로 장기간 높은 보온성을 유지하게 됨은 물론 티타늄 호일과 구리 호일의 활성화가 700℃ 정도의 감소된 압력하에서 수행되어 티타늄 호일이 수소와 질소를 흡입하는 게터로서의 역할도 하게 된다.

그리고 본 실시예에서도 제1실시예에서와 마찬가지로 1×10^-2Torr로 감소된 압력하에서도 가스의 일부가 남아 있기 때문에 대류에 의한 열전달이 일어나게 되지만, 공간(5)을 형성하는 내·외부 용기(3,2)를 10 내지 20분간 소정 온도로 가열하면 내외부 용기의 표면에 흡장되어 있는 가스가 짧은 시간에 거의 제거될 수 있게 된다. 즉 공간(5)의 압력이 기하 10^-2Torr 정도로 감소되어 있기 때문에 33단계에서 나머지 가스를 짧은 시간에 제거하는 것이 가능하게 된다.

더우기 구리 호일(3a)과 티타늄 호일(3b)이 가열에 따라 활성화 되어 이들에 흡장되어 있는 수증기(H₂O)라던가 질소(N₂), 이산화탄소(CO₂), 일산화탄소(CO) 등과 같은 가스를 방출하는 한편, 2중 용기가 냉각되면 내·외부 용기(3,2)의 표면부터 방출된 공기와 공간(5)에 남아있는 가스를 흡입하게 됨으로써, 진공 2중 용기의 보온성이 감소되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또 2중 용기 각 표면으로부터의 가스 제거는 스테인레스강의 민감성이 일어나는 온도 영역 이상의 온도에서 활성화시킨 다음 냉각시키면 스테인레스강의 민감성에 의한 부식이 방지될 수 있게 된다.

제4도는 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 2중 파이프를 반단면도로 도시한 것으로, 이 진공 2중 파이프는 동결 방지용 급수 파이프로 사용되는 것인 바, 이는 내부 파이프(10)와 외부 파이프(11)로 이루어지면서 외부 파이프(11)의 양끝 부위에 밀폐 부재(13,14)가 결합되어 길이가 진공의 긴 실린더 공간(20)을 형성하도록 된 것이다.

그리고 내부 파이프(10)가 내경이 22mm이고 두께 1mm인 스테인레스강으로 만들어진 경우에는, 내부 파이프(10)가 활성화 된 구리 호일(10a)로 감싸여지면서 내부 파이프(10)와 구리 호일(10a) 사이에 활성화 된 티타늄 호일(10b)이 감겨지게 된다. 여기서 만일 진공 2중 파이프의 길이가 길다면 내부 파이프(10)에다 1개 이상의 스페이서(spacer)를 설치해서 내부 파이프(10)와 외부 파이프(11)의 간격이 일정하게 유지되도록 해서 상호 접촉되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 외부 파이프(11)는 내경이 42mm이고 두께가 1.2mm인 스테인레스강으로 만들어지면서 그 상부에 2중 파이프를 진공 상태로 만들기 위한 구리 재질로 된 팁 튜브(12)가 설치된다.

그리고 상기 외부 파이프(11)는 내부 파이프(10)와 동축상으로 설치되면서 그 양끝 부위에서 밀폐 부재(13,14)에 의해 내부 파이프(10)에 고정시켜지는데, 이 밀폐부(13,14)는 단면이 “U”자형인 스테인레스강으로 된 실린더 형상 부재로서, 내외부 파이프(10,11) 사이에 공간을 형성하도록 부착된다. 또 외부 파이프(11) 양쪽 끝부위에는 밀폐부(13,14)를 덮는 스테인레스강으로 된 캡(15,16)이 장착되면서 이 캡(15,16)과 밀폐부(13,14) 사이에 밀봉재(17)가 각각 주입됨과 더불어, 캡(16)의 하류쪽과 별도의 캡(18)으로 상기 팁 튜브(12)이 덮어 씌워져 밀봉재 등으로 밀봉되게 된다. 또한 제4도에 도시된 것과 같이 팁 튜브(12)를 캡(19)으로 씌우면서 그 사이에 밀봉재(17)를 충전시켜도 좋다. 다음에는 상기 동결 방지용 급수 파이프의 제조과정에 대해 설명한다.

먼저 밀폐 부재(13)를 내부 파이프(10)에다 끼워 그 자유단이 밖을 향하도록 한 다음 A점에서 내부 파이프(10) 둘레에다 용접하는 한편, 다른 밀폐 부재(14)를 외부 파이프(11)의 개구부에 끼워 그 자유단이 역시 반대편 밖을 향하도록 한 다음 B점에서 외부 파이프(11)의 상류쪽(오른쪽) 끝부위 안쪽에 용접하고 나서, 내부 파이프(10)의 상류쪽 끝이 밀폐부재(14)를 지나 일정 거리 만큼 돌출될 때까지 외부 파이프(11)를 내부 파이프(10)의 상류쪽(오른쪽) 끝으로부터 내부 파이프(10)에다 끼운다. 이어 내외부 파이프(10,11)를 일직선이 되도록 한 다음 내부 파이프(10)를 에워싸는 실린더 공간(20)이 형성되도록 외부 파이프(11)의 내벽면과 내부 파이프(10)의 외벽면의 각 C,D점에다 밀폐 부재(13,14)를 각각 용접하는바, 이렇게 용접을 하는 동안에는 내외부 파이프(10,11)의 표면이 접촉되지 않게 됨으로써 내부 파이프(10)에 감겨진 구리 호일(10a)에 손상이 일어나지 않아 쉽게 2중 파이프가 만들어질 수 있게 된다.

이와 같이 해서 만들어진 2중 파이프의 공간부(20)는 제2실시예에서와 같은 방법에 따라 진공 상태로 되는 바, 이때 용광로내에서 2중 파이프가 가열되면 먼저 외부 파이프(11)의 온도가 상승한 다음 내부 파이프(10)가 가열되기 때문에 외부 파이프(11)가 내부 파이프(10)보다 빨리 팽창하게 되고, 그에 따라 밀폐 부재(13,14)가 제4도에 화살표 a와 b로 지시된 방향으로 작용하는 응력에 의해 변형되게 된다. 한편, 파이프가 냉각될 때에는 외부 파이프(11)가 빨리 냉각되기 때문에 내부 파이프(10)보다 빨리 수축하게 되어, 밀폐 부제(13,14)가 제4도에 화살표 a′,b′로 지시된 방향으로 작용하는 응력에 의해 변형되게 된다. 그러나 내부 외부 파이프(10,11)에 작용하는 응력은 밀폐부재(13,14)에 의해 흡수되게 됨으로써 진공 과정이 진행되는 동안 파이프의 용접부재에 균열 현상 등이 일어나지 않게 된다. 한편, 제4도와 제5도에 도시된 실시예에 있어서는 팁튜브(12)를 별도로 설치해서 공기 배출하도록 되어 있으나, 그 대신 외부 파이프(11)에다 미리 설치한 흡입 포트로 대체할 수도 있는 바, 이러한 경우에는 흡입 포트를 제2도와 제3도에서와 같이 덮개부로 밀봉시키면 같은 결과가 얻어지게 된다.

제9도는 본 발명에 따른 팁튜브법으로 제조되는 금속제 진공 2중 용기(16)의 제3실시예를 단면도로 도시한 것으로, 이는 내부 용기(3)의 외부 표면이, 복사에 의한 열전달을 방지하는 것으로, 이는 내부 용기(3)의 외부 표면이, 복사에 의한 열전달을 방지하기 위해 M 지점에서 구리 또는 은으로 도금되어 있는다는 점과, 내부 용기(3)의 몸통부가 25㎛의 두께와 0.8g의 무게를 갖는 활성화된 티타늄 호일(3b)로 감싸여져 있다는 점을 제외하고는 제1실시예와 마찬가지 구조로 된 것이다. 여기서 활성화된 티타늄 호일(3b)이 스폿트 용접으로 외부 용기(2)의 내부 표면에 고정되어도 좋다. 그리고 이 진공 2중 용기(16)는 외부 용기(2)와 내부 용기(3) 사이의 진공 공간(5)을 가열 진공 처리함에 있어 100Torr 내지 10^-2의 낮은 진공도에서 700℃ 이상으로 가열함으로써 티타늄 호일(3b)을 활성화하도록 되어 있다. 이상과 같이 구성된 진공 2중 용기(16)에서는 활성화된 티타늄 호일(3b)이 진공 공간(5)에 잔류하고 있는 가스 및 질소(N₂) 뿐만 아니라 수소(H₂) 및 일산화탄소(CO) 등과 같은 모든 가스가 티타늄 호일(3b)의 게터 작용으로 티타늄 호일(3b)에 흡수되게 된다.

제10도는 본 발명에 따른 팁튜브법으로 제조되는 진공 2중 용기(10)의 제4실시예를 단면도로 도시한 것으로, 이는 내부 용기(3)가 알루미늄 호일(3c)로 감싸여진 다음 그 위의 일부가 티타늄 호일(3b)로 씌워져 있다는 점을 제외하고는 제1실시예와 같은 구조로 되어 있다. 여기서 활성화된 티타늄 호일(3b)은 스폿트 용접으로 외부 용기(2)의 내부 표면에 고정되어도 좋다. 그리고 이 진공 2중 용기(10)는 내부 용기(3)와 외부 용기(2) 사이의 진공 공간(5)을 가열 진공 처리함에 있어 100Torr 내지 10^-2Torr의 낮은 진공도에서 700℃ 이상으로 가열함으로써 티타늄 호일(3b)을 활성화시켜, 이 활성화된 티타늄 호일(3b)이 진공 공간(5)에 잔류하거나 내외부 용기(3,2)의 표면으로부터 유리된 질소(N₂) 뿐만 아니라 수소(H₂) 및 일산화탄소(CO)와 같은 가스가 모두 활성화된 티타늄 호일(3b)의 게터 작용으로 티타늄 호일(3b)에 흡수됨으로써 진공 공간(5)이 높은 진공도를 유지하게 된다. 본 발명자는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 스테레스강 금속제 진공 2중 용기의 보온성을 확인하기 위한 실험을 하였는 바, 이 실험에서는 표 1에 나타내어진 조건에서 내부 용기(3)를 두께를 달리하는 구리 호일로 감쌈과 더불어 구리와 티타늄 호일을 씌운 것을 각각 5개씩 실험 시료로 사용하였다.

[표 1]

그리고 보온성은 진공 2중 용기에 95℃로 데워진 물을 넣고서 20℃의 분위기에 24시간 동안 놓아둔 다음의 물의 온도를 측정함으로써 보온성을 실험하였다.

한편, 상기 실험은, (1) 각 진공 2중 용기가 제조된 직후와 (2) 1주간, (3) 2주간, (4) 4주간, (5) 3개월간, (6) 4개월간 각 시료를 95℃의 분위기에 놓아둔 후에 실시하였는 바, 그 결과는 표 2에 나타낸 것과 같았다.

[표 2]

한편, 이와 비교하기 위해 다음과 같은 방법으로 제조된 스테인레스강제 진공 2중 용기를 준비하여 실험하여 보았다.

[비교시료 1]

앞의 본 발명에 따른 실험예에서 사용한 것과 같은 스테인레스강을 같은 방법으로 내·외부 용기를 제작하기 위한 상부 부재와 하부 부재를 만든 다음, 하부 부재의 바닥 중앙부에 팁 튜브를 설치하는 한편, 내부 용기의 외부 표면에 산화 피막을 형성하기 위해 대기 중에서 가열하고, 또 목부위의 상단부 및 팁 튜브의 개구부와 마주보는 바닥 중앙부를 제외하고는 두께 16.5㎛인 구리 호일로 감쌌다. 그리고 상기 내부 용기는 목부위 상단부에서 외부 용기의 상부 부재와 접합시키고, 외부 용기의 하부 부재는 2중 용기를 형성하기 위해 상부 부재와 접합시켜 내부 용기와 외부 용기 사이에 공간이 형성되도록 하였다. 이어 이와 같이 제작된 2중 용기를 용광로에 넣는 한편, 그 팁 튜브를 진공 펌프에 연결시켜 이 팁 튜브를 통해 내부 용기와 외부 용기 사이의 공간의 공기를 70분 동안 뽑아내 진공 상태로 만든 다음, 2중 용기를 400∼450℃의 온도에서 가열하고 나서 팁 튜브(4)를 밀봉시켜 완전한 진공 상태가 되도록 하였다.

[비교시료 2∼3]

공기를 뽑아내는 시간이 각 50분, 30분 동안 진행되는 점을 제외하고는 비교시료 1과 같은 방법으로 제조하였다.

[비교시료 4∼7]

산화막 대신 내부 용기 표면의 기름때를 제거하는 점과 공기를 뽑아내는 과정이 각 100분, 70분, 50분, 30분 동안 진행된다는 점을 제외하고 비교시료 1과 같은 방법으로 제조하였다. 이상과 같이 제조한 비교시료들을 본원 발명에 따라 제조한 것과 같은 방법으로 보온성을 측정한 결과 제11도 내지 제14도와 같은 결과를 얻었다.

이상과 같이 본 발명에 따라 제조된 진공 2중 용기의 보온성은 표 2에 나타난 결과와 같이 변화량이 겨우 1도 정도에 그쳐 시간이 지나도 거의 변화되지 않는데 반하여, 종래의 기술에 따른 진공 2중 용기의 보온성은 제12도 내지 제14도에 도시된 것과 같이 1주 또는 2주가 지나면 크게 저하됨을 알 수 있어서, 본 발명에 따른 금속제 진공 2중 용기가 종래의 것보다 훨씬 우수한 보온성을 갖게 됨은 물론 진공 처리에 소요되는 시간도 훨씬 짧아지게 된다고 하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 내벽체(3,10)와 외벽체(2,11)로 2중 벽체 구조를 이루면서 이들 내외벽체(3,10 ; 2,11) 사이의 공간(5)이 진공 처리되어 밀봉된 금속제 진공 2중구조체에 있어서, 상기 내·외벽체(3,10 ; 2,11) 중 적어도 한 쪽 벽체에 구리나 티타늄 또는 지르코늄 중 한가지 이상의 활성화된 금속제 호일이 배치된 것을 특징으로 하는 금속제 진공 2중구조체.
2. 제1항에 있어서, 상기 내벽체(3,10)의 바닥부를 제외한 전체 외주면에 활성화된 티타늄 또는 지르코늄 호일이 감겨지고, 다시 그 위에 구리나 알루미늄 또는 지르코늄중 1가지 금속호일이 씌워진 것을 특징으로 하는 금속제 진공 2중구조체.
3. 내벽체(3,10)와 외벽체(2,11)의 2중 벽구조를 이루면서 이들 내외벽체(3,10 ; 2,11) 사이의 공간(5)이 진공 처리되어 밀봉된 금속제 진공 2중구조체를 제조하는 방법에 있어서, 내벽체(3,10)와 외벽체(2,11)를 제작하고 나서 내벽체(3,10)를 구리나 티타늄 또는 지르코늄중 적어도 한가지 금속호일로 감싼 다음 내·외벽체(3,10 ; 2,11) 사이에 공간(5)이 형성되도록 접합하고, 이어 이 공간(5)으로부터 외벽체(2,11)에 미리 설치한 흡입포트(6) 또는 팁튜브(4)를 통해 공기를 뽑아 10^-2Torr 이하의 낮은 진공도가 되도록 예비진공 처리하고 나서 대략 400℃ 이상의 온도로 소정시간 가열하여 금속호일을 활성화 함으로써 가스를 유리시킨 다음, 같은 가열 상태를 유지한 그대로 10^-4Torr 이하의 높은 진공도가 되도록 공기를 더 뽑아내고 나서 상기 흡입포트(6) 또는 팁튜브(4)를 밀봉하도록 된 것을 특징으로 하는 금속제 진공 2중구조체 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 내벽체(3,10)에 금속호일을 감쌀 때 내벽체(3,10)와 금속호일사이에 게터를 설치하도록 된 것을 특징으로 하는 금속제 진공2중구조체 제조방법.

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