[논문]단열 진공유리의 제작 및 열전달계수 측정에 관한 실험적 연구

이보화; 윤일섭; 곽호상; 송태호

doi:10.3795/ksme-b.2006.30.8.772

단열 진공유리의 제작 및 열전달계수 측정에 관한 실험적 연구
Experimental Study on Manufacturing of Insulation Vacuum Glazing and Measurement of the Thermal Conductance 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.30 no.8 = no.251, 2006년, pp.772 - 779

이보화 (한국항공우주연구원 항공추진그룹) , 윤일섭 (한국과학기술원 기계공학과) , 곽호상 (금오공과대학교 기계공학부) , 송태호 (한국과학기술원 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Window is a critical component in the design of energy-efficient buildings. To minimize the heat loss, insulation performance of the glazing has to be improved. Manufacturing of vacuum glazing has been motivated by the possibility of making windows of very good thermal insulation properties for such applications. It is made by maintaining vacuum in the gap between two glass panes. Pillars are placed between them to withstand the atmospheric pressure. Edge covers are applied to reduce conduction through the edge. Accurate measurements have been made of the radiative heat transfer, the pillar conduction and the gas conduction using a guarded hot plate apparatus. Vacuum glazing is found to have low thermal conductance roughly below $1W/m^2K$. Among the heat transfer modes of residual gas conduction, conduction through support pillar and the radiative heat transfer between the glass panes, the last one is the most dominant to the overall thermal conductance. Vacuum glazing using very low emittance AI-coated glass has an overall thermal conductance of about $0.7W/m^2K$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 진공유리를 제작함에 있어 모서리를 통한 열손실을 최소화하고, 내부 응력 장을 견딜 수 있는 유동적인 모서리접합(flexible edge seal)의 새 로운 방법 을 제 안하고자 한다 . 이 것은 모서리에 용접 대신 고무가스켓을 사용한 것으로 유리판이 모서리에서 미끄러질 수 있게 하여 부풀어 오름을 방지하는 것이다.
사용이 불가피하다. 따라서 이러한 코팅 유리의 종류에 따른 진공유리의 열전달계수를 측정하여 복사열전달의 상대적인 크기를 비교해 보고자 한다.

가설 설정

따뜻한 실내 면과 실내 공기로부터 실내 유리면까지의 열전 달은 복사열전달과 자연 대류 열전달 이동 시에 일어나며 주위온도와 실내 공기온도는 같다고 가정한다. ASTM Standard00는 이러한 면에서의 열전달계수를 다음과 같이 규정하였다.

제안 방법

국부열전달만 측정하였다. 국부열전달은 가드열판기(guarded hot-plate apparatus)의 원리'")를 이용하여 측정하였다.
6 mm의 T 타입 열전대를 사용하여 구리블록의 온도를 측정하였다. 구리블록의 온도를 측정할 때 구리블록 내에 있는 두 개의 히터로부터 직접적인 열 영향을 줄이기 위해서 최대한 진공유리의 측정 면에 가깝게 구멍을 뚫고 열전대가 구리 블록의 중앙에까지 닿을 수 있게 하였다.
그런 다음 진공튜브를 사용하여 공기를 뽑은 후 튜브를 용접하여 진공유리를 제조하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 레이저 용접법보다는 효율적이지만, 이 또한 고온의 가열로를 사용하여야 하고 제작 시간이 많이 소요된다는 문제를 가지고 있다.
단열성능이 높은 진공유리를 구상하고, 그 열전달 계수를 이론적으로 구하여 보았다. 실제 진공 유리를 제작하고 총합열전달계수를 측정하는 장치를 만들어서 적용하였다.
모서리를 통한 전도까지 모두 측정하자면 장치가 매우 크고 복잡해지므로 본 연구에서는 중심부에서의 국부열전달만 측정하였다. 국부열전달은 가드열판기(guarded hot-plate apparatus)의 원리'")를 이용하여 측정하였다.
T”=Th 로 온도가 같은 정상 상태가 되었을 때, 데이터 로거를 통하여 1 초 간격으로 1 시간 동안 읽어 들여, 이 값을 시간 적분하여 사용한다. 본 실험에서는 100°C 이하의 온도에서 정확성이 높은 지름 1.6 mm의 T 타입 열전대를 사용하여 구리블록의 온도를 측정하였다. 구리블록의 온도를 측정할 때 구리블록 내에 있는 두 개의 히터로부터 직접적인 열 영향을 줄이기 위해서 최대한 진공유리의 측정 면에 가깝게 구멍을 뚫고 열전대가 구리 블록의 중앙에까지 닿을 수 있게 하였다.
이론적으로 구하여 보았다. 실제 진공 유리를 제작하고 총합열전달계수를 측정하는 장치를 만들어서 적용하였다. 이론값과 실험값은 10% 이내로 일치하였다.
4 mm 이다. 유리 한 장의 두께가 3.2 mm인 필킹톤 TEC 15 유리 (Pilkington TEC₁₅ glass) 두 장 사이에는 대기압의 영향을 충분히 견디도록 하기 위해 지지기둥을 X =23 I皿의 간격으로 배치하였고, 5 mm 두께의 일반 유리와 6 mm 두께의 필킹톤 저방사유리(Pilkington Low-E glass)에는 X=35 皿로 배열하였다. 각각 0.
한편, 시드니 대학⑶에서는 진공유리의 모서리 접합을 위해 저융점 글라스를 바른 후 약 500X2의 가열로에 넣어 유리와 유리를 접합시켰다. 그런 다음 진공튜브를 사용하여 공기를 뽑은 후 튜브를 용접하여 진공유리를 제조하는 방법을 사용하였다.

대상 데이터

이러한 조건하에서 본 논문에서 구한 최적 치수는 우레탄의 두께 t„=7 mm, 우레탄의 길이 L“ 는 331皿로 하였다. 최종적으로 모서리를 통한 열전달 계수는 匕0=250血일 때, 다음과 같다.
로 나타낼 수 있다. 지지기둥의 재질은 압축강도가 높고 열전도계수(=3~4W/mK)가 낮은 지르코니아를 사용하였으며 각기둥 형태로 제작하였다. 이 기둥의 한 변의 길이는 a =0.

성능/효과

이 값은 무 코팅 유리 두 장을 이용하여 만든 진공유리보다 51% 낮아졌다. 그러나 Table 6을 통해 알 수 있듯이, 무코팅 일반유리 두 장을 겹친 진공유리를 통한 열전달 모드를 이론적으로 분석하면 복사열전달 Uradialion 이 4.36 으로, 전체 열전달 모드 중에서 대략 90%로 상당한 비율을 차지함을 알 수 있다. 또한, 일반유리 세 장을 겹쳐 만든 진공유리를 통한 복사열전달 Uradiation 은 2.
27 W/m2K )5] 열전달계수를 가짐을 알 수 있다. 또한 진공유리를 통한 열전달 모드의 이론적인 분석을 통해 전체 열전달 모드 중에서 복사열전달의 영향이 0.71 로 크게 줄었으나, 상대적으로 지지기둥을 통한 전도가 0.75 로 47% 임을 알 수 있다.
36 으로, 전체 열전달 모드 중에서 대략 90%로 상당한 비율을 차지함을 알 수 있다. 또한, 일반유리 세 장을 겹쳐 만든 진공유리를 통한 복사열전달 Uradiation 은 2.24W/m2K 로 이로 인한 영향이 82%로 여전히 전체 열전달 모드에 상당한 영향을 끼침을 알 수 있다.
이를 통해서 지지기둥을 통한 전도의 영향은 필킹톤 TEC₁₅ 유리를 제외하고는 거의 일정함을 알 수 있고, 마주보는 두 유리면의 방사율에 따라 복사열전달의 영Table 6향이 크게 줄어듬을 알 수 있다. 이 상을 종합하여, 필킹톤 저방사 유리를 사용하여 제작한 진공유리는 스티로폼 Q=0.04W/mK)보다 1/2 이상 작은 두께로도 28% 정도 줄어든 열전달계수를 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한, 알루미늄 코팅유리를 사용한 진공 유리는 스티로폼보다 56% 감소된 매우 낮은 열전달 계수를 가진다.
73 W/m2K 까지 낮아진다. 이를 통해 진공유리의 성능은 무엇보다도 복사 열전달의 영향을 가장 크게 받으며, 이에 따라 저 방사율을 가지는 코팅유리를 사용해야 함을 잘 알 수 있었다.
분석한 것이다. 이를 통해서 지지기둥을 통한 전도의 영향은 필킹톤 TEC₁₅ 유리를 제외하고는 거의 일정함을 알 수 있고, 마주보는 두 유리면의 방사율에 따라 복사열전달의 영Table 6향이 크게 줄어듬을 알 수 있다. 이 상을 종합하여, 필킹톤 저방사 유리를 사용하여 제작한 진공유리는 스티로폼 Q=0.

후속연구

줄일 수 있다. 뿐만이 아니라 일반 냉장고와 김치냉장고, 냉동고에 적용하면 내부용적을 크게 늘릴 수 있을 것이며, 기타 다양한 활용분야가 기대된다.

참고문헌 (12)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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