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KR20110015323A - 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법 - Google Patents

진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법 Download PDF

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KR20110015323A
KR20110015323A KR20090072991A KR20090072991A KR20110015323A KR 20110015323 A KR20110015323 A KR 20110015323A KR 20090072991 A KR20090072991 A KR 20090072991A KR 20090072991 A KR20090072991 A KR 20090072991A KR 20110015323 A KR20110015323 A KR 20110015323A
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KR
South Korea
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vacuum
shell
wire
insulating material
wires
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Ceased
Application number
KR20090072991A
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English (en)
Inventor
정동주
김영배
윤일섭
심진우
김경도
황민규
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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Priority to EP10806670.5A priority patent/EP2462392B1/en
Priority to PCT/KR2010/005176 priority patent/WO2011016696A2/en
Priority to US13/386,769 priority patent/US8852708B2/en
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Abstract

본 발명은 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법에 관한 것이다. 본 진공단열재는, 가스 배리어성을 가지며 내부에 소정의 감압 공간을 형성하는 외피와, 서로 적층되는 복수의 메시부재를 구비하여 외피의 내부에서 외피를 지지하는 코어를 구비하여 구성된다. 이에 의해, 유리섬유 코어의 사용을 배제할 수 있어 유리섬유 코어의 전처리에 따른 장비 및 시간 투입을 억제할 수 있고 제작을 용이하게 할 수 있다.
진공단열재, 외피, 코어, 메시부재

Description

진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법{VACUUM INSULATION PANEL, REFRIGERATOR WITH VACUUM INSULATION PANEL AND MANUFACTURING METHOD FOR VACUUM INSULATION PANEL}
본 발명은 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일한 단열두께를 확보할 수 있도록 한 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법에 관한 것이다.
진공단열재는 내부 공간을 감압하여 진공으로 함으로써, 진공의 낮은 열전도도 특성을 이용하는 단열재의 일 종이다. 이러한 진공단열재는 통상 소정의 두께를 가지는 패널(PANEL)의 형태로 구현될 수 있다.
진공단열패널은, 내부에 소정의 공간을 형성하는 외피(envelope)(재)와, 상기 외피의 내부에 수용되어 상기 외피가 소정의 공간을 유지하도록 지지하는 심재 또는 코어(core)를 구비하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 외피의 내부에는 외피의 내부의 가스를 흡수하기 위한 게터(getter)(제)가 구비될 수 있다.
상기 외피(필름제)는 진공단열재의 내부 진공도를 일정한 수준으로 유지하기 위한 것으로서 다층의 폴리머(polymer)와 알루미늄을 라미네이팅한 필름 등으로 구 성될 수 있다.
상기 코어는 소위 글래스 파이버(glass fiber)라고 하는 유리섬유 또는 실리카코어 등이 이용되고 있다. 이중 유리섬유는 그 초기성능이 우수하고 가격이 저렴하여 널리 이용되고 있으나 많은 장비 및 시간이 소요되는 전처리 공정을 필요로 하고 내구성이 미흡하다고 하는 단점이 있다.
상기 게터는 상기 외피의 내부에 잔존하거나 새로 유입되는 가스 및/또는 수분을 흡수하기 위한 흡기, 흡습제의 일종이다.
그런데, 이러한 종래의 진공단열재에 있어서는, 내부의 진공을 설정된 수준으로 유지하기 위해 외피의 제작에 많은 비용 및 노력이 소요되어 비용증가의 원인이 되고 있다. 또한, 코어가 유리섬유로 되어 있어 취급이 용이하지 아니하며 외피의 내부에 삽입하기 위해서는 코어의 부피 및 크기를 줄이기 위해 많은 장비 및 시간이 소요되는 전처리 과정(예를 들면 핫 프레스(hot press) 또는 니들 펀치(needle punch) 공법 등)을 거쳐야만 하는 문제점이 있다. 이에 기인하여 많은 비용 및 시간이 소요되고 생산성이 저하될 수 있다.
또한, 외피 내부의 코어를 유리섬유를 사용하도록 되어 있어 유리섬유의 특성상 상대적으로 높은 진공도를 유지해야하므로 많은 장비, 시간 및 노력이 소요된다고 하는 문제점이 있다. 외피 내부를 매우 높은 진공도를 유지하기 위해서는 투기성이 매우 낮은 금속(예를 들면 알루미늄) 라이네이팅 필름이 이용되는데, 이 금속(알루미늄) 라미네이팅층을 통해 열전달이 발생되어 성능이 저하된다고 하는 문제점이 있다.
상술한 외피 제작에 따른 노력에도 불구하고 이러한 종래의 진공단열재에 있어서는, 내부 진공도를 비교적 높게 유지해야 하기 때문에 제작이 곤란하고, 제조후 일정 정도(대략 0.1 Torr/year 정도)로 진공도가 파괴되기 때문에 내부 진공도 유지가 어렵다고 하는 문제점이 있다. 이에 기인하여 단열성능의 유지가 곤란하여 수명이 비교적 짧다고 하는 문제점이 있다.
또한, 진공단열패널의 두께가 고르지 못하게 되어 균일한 단열두께의 확보가 어려우므로 진공단열재를 포함하는 전체 단열벽(체)의 두께가 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한, 진공단열패널의 제조후 외피의 표면에 주름 등이 발생되어 외피의 표면이 고르지 못하기 때문에 대상물에 부착시 부착불량을 유발하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 코어의 전처리 공정을 간소화할 수 있는 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 내부 진공도 유지가 용이하여 수명을 연장시킬 수 있는 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 균일한 단열두께를 확보할 수 있는 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 외면의 주름 발생을 억제할 수 있으며 부착불량을 저감할 수 있는 진공단열재, 진공단열재를 구비한 냉장고 및 진공단열재의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 목적 달성을 위해, 가스 배리어성을 가지며 내부에 소정의 감압 공간을 형성하는 외피; 및 서로 적층되는 복수의 메시부재를 구비하여 상기 외피의 내부에서 상기 외피를 지지하는 코어를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
여기서, 상기 각 메시부재는, 서로 나란하게 배치되는 복수의 제1와이어, 서 로 나란하게 배치되고 상기 제1와이어와 교차하게 배치되는 복수의 제2와이어를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1와이어 및 제2와이어는 합성수지부재로 형성되게 구성될 수 있다.
상기 제1와이어 및 제2와이어는 서로 점접촉되게 구성될 수 있다.
상기 제1와이어 및 제2와이어는 상하방향을 따라 서로 교호적으로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제1와이어 및 제2와이어는, 중심에 배치되는 금속부와, 상기 금속부의 외면에 코팅되는 합성수지부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1와이어 및 제2와이어를 고정하는 고정부를 더 구비하게 구성될 수 있다.
상기 외피의 내부에는 가스 성분을 흡수하는 게터가 더 구비될 수 있다.
상기 외피의 내부 진공도는 10-4 내지 10-2 Torr로 구성될 수 있다.
이때, 상기 외피는, 필름본체와, 상기 필름본체의 표면에 금속을 라미네이팅하여 형성되는 라미네이팅층을 구비한 금속 라미네이팅 필름을 포함하여 구성될 수 있다.
미세 공극을 가지는 분말로 형성되고 상기 외피의 내부에 충전되는 충전재를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 충전재는 SiO2, TiO2, Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 충전재는 에어로겔 및 훈증 실리카 중 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 외피의 내부 진공도는 10-1 내지 10 Torr로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 외피는, 필름본체와,상기 필름본체의 외면에 금속 또는 무기계물질을 증착하여 형성된 증착층을 구비한 증착필름을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 진공단열재를 구비한 냉장고가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 가스 배리어성을 가지는 외피 및 복수의 메시부재를 형성하는 단계; 상기 외피의 내부에 복수의 메시부재를 적층하는 단계; 및 상기 외피의 내부가 소정의 진공도를 유지할 수 있게 상기 외피의 내부를 감압하는 단계를 포함하는 진공단열재의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 가스 배리어성을 가지는 외피 및 복수의 메시부재를 형성하는 단계; 상기 외피의 내부에 복수의 메시부재를 적층하는 단계; 상기 외피의 내부에 미세 공극을 가지는 분말로 된 충전재를 삽입하는 단계; 및 상기 외피의 내부가 소정의 진공도를 유지할 수 있게 상기 외피의 내부를 감압하는 단계를 포함하는 진공단열재의 제조방법이 제공된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정 형상을 유지할 수 있는 메시부재를 적층하여 형성된 코어를 구비하도록 함으로써, 많은 장비 및 시간 이 소요되는 전처리 공정을 거치는 유리 섬유 코어의 사용을 배제할 수 있다. 이에 의해 제조가 용이하고 제조비용을 저감할 수 있다.
또한, 외피의 내부에 메시부재를 적층하여 형성된 코어와, 미세 공극을 가지는 분말로 된 충전재를 구비하도록 함으로써, 단열 성능에 요구되는 내부 진공도를 10-1 내지 10 Torr로 낮출 수 있다. 이에 의해 내부 진공도를 유지하기 위해 소요되는 장비(진공펌프 등의 수) 및 시간(tact time)을 모두 현저하게 저감시킬 수 있다. 이에 의해 제작을 신속하고 용이하게 할 수 있고 제조 비용을 현저하게 저감시킬 수 있다.
또한, 외피가 적층된 메시부재를 구비한 코어에 의해 지지되도록 구성함으로써 완성된 진공단열재의 두께가 균일하게 될 수 있다. 이에 의해, 진공단열재를 포함하는 단열벽의 두께가 감소될 수 있다.
또한, 외피가 메시부재를 적층한 코어에 의해 지지되기 때문에 감압후 외피의 표면의 주름 발생이 현저하게 억제될 수 있다. 이에 의해, 진공단열재를 대상물의 표면에 부착할 때 외피의 주름에 의한 틈새로 발포액이 유입되어 팽창함에 기인하여 진공단열재가 대상물의 표면으로부터 분리되는 부착불량 발생을 현저하게 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
[1]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 진공단열재의 단면도이고, 도 2는 도 1의 메시부재의 평면도이며, 도3은 도 2의 제1와이어 및 제2와이어의 결합과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 진공단열재(10a)는, 가스 배리어성을 가지며 내부에 소정의 감압 공간을 형성하는 외피(20)와, 서로 적층되는 복수의 메시부재(41)를 구비하여 상기 외피(20)의 내부에서 상기 외피(20)를 지지하는 코어(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 감압 공간은 내부의 압력이 대기압보다 낮아지게 소정 감압된 공간을 의미한다.
상기 외피(20)는 내부에 소정의 진공도를 가지는 감압 공간을 형성할 수 있게 내 투기(透汽)성 또는 가스 배리어(gas barrier)성을 구비하게 구성될 수 있다. 상기 외피(20)는 서로 적층된 복수의 필름(21,31)을 구비할 수 있다. 상기 외피(20)의 적어도 일 측에는 상기 코어(40)의 수용후 필름(21,31)을 상,하측에서 접합하여 형성되는 접합부(35)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 외피(20)의 내부 진공도는 10-4 내지 10-2 Torr로 유지되게 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 외피(20)는 가스 배리어성(내투기성)을 가질 수 있게 금속을 라미네이팅한 금속 라미네이팅 필름(21)을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 금속 라미네이팅 필름(21)은, 합성수지필름으로 형성된 필름본체(23)와, 필름본체(23)의 표면에 금속(예를 들면, 알루미늄(Al))을 라미네티팅(laminating)한 라미네이팅층(25)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 외피(20)는 상기 금속 라미네이팅 필름(21)의 외측 및/또는 내측에 배 치되는 수지필름(31)들을 더 구비할 수 있다. 상기 수지필름(31)들은 내약품성이 우수한 폴리프로필렌으로 구성될 수 있다.
상기 외피(20)의 내부에는 상기 외피(20)의 내부에 잔존하는 가스 성분 또는 상기 외피(20)의 외부에서 내부로 유입되는 가스 성분을 흡수하는 게터(getter)(55)가 구비될 수 있다. 상기 게터(55)는 흡습제로 CaO, 제올라이트(zeolite)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 게터(55)는 산소, 수소, 질소, 이산화탄소 및 수증기 등을 흡수하기 위한 BaLi,CoO, BaO, CaO 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 게터(55)는 소정의 블럭(block) 또는 직육면체 형상을 가지게 구성될 수 있다. 또한, 상기 게터(55)는 상기 외피(20)의 내면 또는 코어(40)의 표면에 코팅하는 방법으로 구비되게 구성될 수도 있다.
한편, 상기 외피(20)의 내부에는 상기 외피(20)가 소정의 진공도를 가지는 감압 공간을 형성 및 유지할 수 있게 상기 외피(20)를 지지하는 코어(40)가 구비된다.
상기 코어(40)는 서로 적층되는 복수의 메시(mesh)부재(41)를 구비하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 코어(40)의 형성에 유리섬유의 사용을 배제할 수 있고, 유리섬유 코어의 사용에 기인한 유리섬유 코어의 크기 및 부피를 줄이기 위해 많은 장비 및 시간이 소요되는 전처리 공정(예를 들면 핫 프레스(hot press) 또는 니들 펀치(needle punch) 공법 등)을 배제할 수 있다. 여기서, 적층되는 메시부재(41)의 수는 진공단열재(10a)의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.
또한, 상기 코어(40)의 높이(두께) 편차를 줄일 수 있어 진공단열재(10a)의 균일한 단열두께의 확보가 가능하게 된다. 즉 종래의 유리섬유 코어의 사용시 외피의 내부 공간의 배기 감압 후 진공단열재의 두께 변화가 매우 큰(대략 30% 정도) 반면, 본 발명의 진공단열재(10a)는 두께 변화가 거의 없어 균일한 두께를 확보할 수 있다.
또한, 본 진공단열재(10a)는 진공 후 외피(20)의 표면의 주름 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해 대상물(예를 들면 냉장고 본체의 벽면)에 부착시 외피(20)의 주름에 기인한 틈새를 통해 발포액이 틈새로 유입 및 팽창되어 진공단열재를 분리시키는 소위 부착불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 각 메시부재(41)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 나란하게 배치되는 복수의 제1와이어(43)와, 서로 나란하게 배치되고 상기 제1와이어(43)들에 대해 교차하게 배치되는 복수의 제2와이어(45)를 구비하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 각 와이어(43,45)의 두께 및/또는 간격의 조절을 통해 기공율, 메시부재(41) 층간 거리를 조절할 수 있다. 이를 통해, 구조 강도, 열전도도, 내부진공압 및 신뢰성(수명)을 최적화할 수 있다.
상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 직경(폭)은 대략 1㎜ 정도로 구성될 수 있고, 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 간격은 대략 1㎝ 내지 3㎝ 정도로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 직경(폭)과 배치 간격은 적절히 조절될 수 있다.
여기서, 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)는 합성수지부재(예를 들면, 폴리프로필렌(PP:Plypropylene), 폴리에틸렌(PE:Polyethylene), 폴리카보네이 트(PC:Polycarbonate) 등)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)는 금속(예를 들면, 구리, 알루미늄,철 등)으로 형성될 수도 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)가 합성수지부재로 형성된 경우를 예를 들어 설명한다.
상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)는 압출에 의해 형성될 수 있다. 이에 의해 제조비용을 저감할 수 있다.
상기 메시부재(41)는 서로 교차하게 배치된 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)를 고정할 수 있게 고정부(49)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 형상유지강도 및 지지력을 증대시킬 수 있다.
상기 고정부(49)는 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 교차 지점에 형성될 수 있다. 상기 고정부(49)는 접착 및/또는 결속에 의해 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)가 서로 고정되게 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고정부(49)는 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 교차 지점의 상호 접촉영역에 접착물질을 도포하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 고정부(49)는 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 교차 지점의 상호 접촉영역을 고주파 처리하여 열융착하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 고정부(49)는 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 교차 지점의 상호 접촉영역을 밴드, 와이어 또는 테이프 등으로 결속하여 구성될 수 있다.
상기 고정부(49)는 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 각 단부영역에 형성될 수 있다. 이에 의하면 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)의 각 단부의 교차 영역만을 고정하고, 다른 교차영역은 각 와이어 간의 마차력에 의해 지지되도록 함으로써, 형상유지강도 및 지지력을 확보하면서도 고정부(49) 개소를 줄일 수 있어 제작을 용이하게 할 수 있다.
상기 메시부재(41)의 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 도면상 상하방향을 따라 서로 교호적으로 배치될 수 있다. 이에 의해, 제1와이어(43) 및 제2와이어(45) 간의 열전달이 억제될 수 있다. 또한, 각 와이어 간 전달된 열이 신속하게 확산될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 각 제1와이어(43)는 서로 나란하게 배치된 제2와이어(45)들을 한 번은 상측에서 교차하고 그 다음은 하측에서 교차하는 방식으로 제2와이어(45)들에 결합되고, 상기 각 제2와이어(45)는 서로 나란하게 배치된 제1와이어(43)들을 한 번은 상측으로 교차하고 그 다음은 하측으로 교차하는 방식으로 상기 제1와이어(43)들에 결합된다.
여기서, 상기 메시부재(41)의 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)는 원형 단면을 가지게 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 메시부재(41)의 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)는 서로 점접촉을 하게 되어 제1와이어(43) 및 제2와이어(45)간 열전달이 억제될 수 있다.
또, 상기 제1와이어(43) 및 제2와이어(45) 중 적어도 어느 하나는 다각형 단면을 가지게 구성될 수도 있다. 이에 의하면 제1와이어(43) 및 제2와이어(45) 간 접촉 면적이 증가되어 와이어간 미끄럼(슬립(slip))을 방지할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 외피(20) 및 메시부재(41)가 각각 형성되면, 상 기 외피(20)의 내부에 상기 메시부재(41)를 적층한다. 다음 상기 외피(20)의 내부에 상기 게터(55)가 배치되도록 한다. 상기 외피(20)의 내부가 소정의 진공도를 유지할 수 있게 상기 외피(20)의 내부를 감압하고, 밀봉되도록 한다.
[2]
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 진공단열재의 단면도이고, 도 5는 도 4의 제1와이어 및 제2와이어의 일 영역을 확대도시한 도면이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이하, 전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 동일한 참조부호를 부여하고, 일부 중복되는 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 진공단열재(10b)는, 가스 배리어성을 가지며 내부에 소정의 감압 공간을 형성하는 외피(20)와, 서로 적층되는 복수의 메시부재(71)를 구비하여 상기 외피(20)의 내부에서 상기 외피(20)를 지지하는 코어(70)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외피(20)는 내부에 소정의 진공도를 가지는 감압 공간을 형성할 수 있게 내 투기(透汽)성 또는 가스 배리어(gas barrier)성을 구비하게 구성될 수 있다. 상기 외피(20)는 서로 적층된 복수의 필름(22,31)을 구비할 수 있다. 상기 외피(20)의 적어도 일 측에는 접합부(35)가 형성될 수 있다.
상기 외피(20)의 내부에는 상기 외피(20)가 소정의 진공도를 가지는 감압 공간을 형성 및 유지할 수 있게 상기 외피(20)를 지지하는 코어(70)가 구비될 수 있다.
상기 외피(20)의 내부에는 내부의 가스 성분을 흡수할 수 있게 게터(55)가 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 코어(70)는 서로 적층되는 복수의 메시(mesh)부재(71)를 구비하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 코어(70)의 형성에 유리섬유의 사용을 배제할 수 있고, 유리섬유 코어의 사용에 기인한 유리섬유 코어의 크기 및 부피를 줄이기 위해 많은 장비 및 시간이 소요되는 전처리 공정(예를 들면 핫 프레스(hot press) 또는 니들 펀치(needle punch) 공법 등)을 배제할 수 있다. 여기서, 적층되는 메시부재(71)의 수는 진공단열재의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.
또한, 상기 코어(70)의 높이(두께)를 균일하게 할 수 있어 진공단열재(10b)의 균일한 단열두께의 확보가 가능하게 된다.
또한, 진공 후 외피(20)의 표면의 주름 발생을 억제할 수 있다. 이에 의해 대상물(예를 들면 냉장고 본체의 벽면)에 부착시 외피(20)의 주름에 기인한 부착불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 각 메시부재(71)는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 나란하게 배치되는 복수의 제1와이어(73)와, 서로 나란하게 배치되고 상기 제1와이어(73)들에 대해 교차하게 배치되는 복수의 제2와이어(75)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)는, 중앙의 금속부(74)와, 상기 금속부(74)의 둘레에 코팅되는 합성수지부(76)를 각각 구비하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 금속부(74)는 소정 직경을 가지는 금속(구리, 알루미늄, 철 등)으로 구성될 수 있다.
상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)는 도면상 상하 방향을 따라 서로 교호 적으로 배치되게 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 메시부재(71)의 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)는 서로 점접촉을 하게 되어 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)간 열전달이 억제될 수 있다.
상기 각 메시부재(71)는 서로 교차하게 배치된 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)를 고정할 수 있게 고정부(79)를 구비할 수 있다. 상기 고정부(79)는 상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)의 교차 지점에 형성될 수 있다. 상기 고정부(79)는 접착 및/또는 결속에 의해 상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)가 서로 고정되게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고정부(79)는 상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)의 교차 지점의 상호 접촉영역을 고주파 처리하여 열융착하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 고정부(79)는 상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)의 교차 지점의 상호 접촉영역에 접착물질을 도포하여 형성될 수도 있다. 또한, 상기 고정부(79)는 상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)의 교차 지점의 상호 접촉영역을 밴드, 와이어 또는 테이프 등으로 결속하여 구성될 수도 있다. 상기 고정부(79)는 상기 제1와이어(73) 및 제2와이어(75) 중 어느 하나의 단부영역에 형성될 수 있다. 이에 의해 제1와이어(73) 및 제2와이어(75)가 형태를 유지할 수 있는 정도의 지지(결합)강도를 확보하면서 고정부(79)의 개수는 줄일 수 있다.
한편, 상기 외피(20)의 내부에는 미세 공극(마이크로 포러스(micro porous))을 가지는 무기계 화합물의 분말(파우더)로 형성된 충전재(50)가 구비될 수 있다. 상기 충전재(50)는 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2), 또는 산화알루미늄(알루미나,Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 충전재(50)는 에어로겔(Aerogel) 또는 훈증 실리카(Fumed silica) 중 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 외피(20)의 내부 공간의 열전달을 억제할 수 있다. 즉, 상기 외피(20) 및 코어(70)의 내부 공간을 무기계 화합물 분말로 된 충전재(50)를 충전함으로써 전도에 의한 열전달 경로를 길게할 수 있고, 대류 및 복사에 의한 열전달을 억제할 수 있다.
이에 의해, 상기 외피(20)는 상대적으로 낮은 가스 배리어성을 가지게 구성될 수 있다. 상기 외피(20)의 내부 진공도는 10-1 내지 10 Torr를 유지하게 구성될 수 있다.
상기 외피(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 표면에 금속 또는 무기계 물질이 증착된 증착필름(22)을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 증착필름(22)은, 합성수지부재로 형성되는 필름본체(24)와, 상기 필름본체(24)의 표면에 금속(예를 들면 알루미늄) 또는 무기계 물질(예를 들면 실리카)을 증착한 증착층(26)을 구비하여 구성될 수 있다. 이에 의해, 상기 외피(20)의 구성시 금속(알루미늄)을 라미네이팅 한 금속 라미네이팅 필름의 사용을 배제할 수 있어, 금속(알루미늄) 라미네이팅 필름에 의한 열전달을 방지할 수 있다. 여기서, 본 증착필름(22)은 합성수지부재로 된 필름본체(24)의 외면에 금속(Al) 또는 무기계 물질을 증착한 증착층(26)의 두께(예를 들면 0.1㎛)는 알루미늄 라미네이팅층의 두께(예를 들면 6㎛)에 비해 현 저하게 작기 때문에 외피(20)를 통한 열전달이 효과적으로 억제될 수 있다.
상기 외피(20)는 상기 증착필름(22)의 외측 및/또는 내측에 배치되는 수지필름(31)들을 더 구비할 수 있다. 상기 수지필름(31)들은 내약품성이 우수한 폴리프로필렌으로 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 외피(20) 및 메시부재(71)가 각각 형성되면, 상기 외피(20)의 내부에 상기 메시부재(71)를 적층한다. 다음 상기 외피(20)의 내부에 상기 게터(55) 및/또는 충전재(50)가 배치되도록 한다. 상기 외피(20)의 내부가 소정의 진공도를 유지할 수 있게 상기 외피(20)의 내부를 감압하고, 밀봉되도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 유리섬유 코어의 사용을 배제하고, 내부에 메시부재(71)를 적층하여 형성되는 코어(70)와, 미세 공극을 가지는 분말의 충전재(50)를 충전함으로써, 상기 외피(20)의 내부 진공도를 상대적으로 낮게(예를 들면 10-1 Torr 내지 10 Torr) 유지할 수 있다.
유리섬유 코어를 이용하는 경우 유리섬유의 특성상 상대적으로 높은 내부 진공도(예를 들면 10-4 내지 10-2 Torr)가 요구되지만 본 발명의 코어(70)의 경우 상대적으로 낮은 진공도(예를 들면 10-1 내지 10 Torr)를 유지하는 것이 가능하다. 이에 의해, 상기 외피(20)의 내부 진공 시 설비(진공펌프 등) 투입을 현저하게 줄일 수 있고 작업 시간(tact time)을 현저하게 단축시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 외피(20)의 내부 진공도를 10-2 Torr 이하(10-4 내지 10-2 Torr)로 하기 위해서는 매우 큰 펌핑용량이 소요되며 이를 위해 적어도 3개의 펌프를 직렬(다단)으로 연결하여야 하는데, 이 펌프의 용량이 크고 가격이 매우 고가일 뿐만 아니라 요구 수준의 진공도에 도달할때까지 소요되는 시간(tact time)이 매우 길어지게 되어 생산성이 저하되는 문제점이 있는 반면에, 본 발명의 진공단열재의 내부 진공도인 10-1 Torr 이상(10-1 내지 10 Torr)를 유지하기 위해서는 고용량의 고가의 펌프가 필요하지 아니하며 비교적 짧은 시간에 요구 수준의 진공도에 도달할 수 있다.
[3]
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재를 구비한 냉장고에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재를 구비한 냉장고의 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 진공단열재를 구비한 냉장고는, 내부에 냉각실(160)을 형성하는 냉장고 본체(150)와, 상기 냉각실(160)을 개폐하는 도어(170)와, 상기 냉장고 본체(150) 또는 도어(170)에 구비되는 진공단열재(10a)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 냉각실(160)은 냉동실 및 냉장실을 총칭하는 말이며, 상기 냉장고 본체(150)는 냉동실 및 냉장실 중 어느 하나를 구비하여 구성될 수도 있다.
상기 진공단열재(10a)는, 가스 배리어성을 가지며 내부에 소정의 감압 공간 을 형성하는 외피(20)와, 서로 적층되는 복수의 메시부재(41)를 구비하여 상기 외피(20)의 내부에서 상기 외피(20)를 지지하는 코어(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 진공단열재(10a)는, 미세 공극을 가지는 분말로 형성되고 상기 외피(20)의 내부에 충전되는 충전재(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 진공단열재(10a)는 상기 외피(20)의 내부에 배치되어 내부의 가스 성분을 흡수하는 게터(55)를 더 구비하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 진공단열재(10a)는 도 1 내지 도 5와 관련하여 전술한 진공단열재(10a,10b)의 구성을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 냉장고 본체(150)는, 외관을 형성하는 아웃터 케이스(151a)와, 상기 아웃터 케이스(151a)의 내측에 단열재(발포재)(151c)의 충전간격을 두고 이격 배치되어 내부에 냉각실(160)을 형성하는 이너 케이스(151b)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 냉장고 본체(150)에는 상기 냉각실(160)에 냉기를 제공하기 위한 냉동사이클이 구비될 수 있다. 상기 냉장고 본체(150)의 후방 하부영역에는 기계실(180)이 형성될 수 있다. 상기 기계실(180)의 내부에는 압축기(181), 응축기 등을 포함하는 냉동사이클의 일부 구성 요소가 설치될 수 있고, 상기 냉각실(160)의 내부 일 측에는 증발기(183)가 구비될 수 있다. 상기 증발기(183)의 일 측에는 냉각팬(185)이 구비될 수 있다.
상기 냉장고 본체(150)의 적어도 일 측벽에는 상기 진공단열재(10a)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 해당 측벽의 두께를 줄일 수 있으며, 동일한 외관(크기)을 유지할 때 고내 공간을 그만큼 증대시킬 수 있다.
상기 도어(170)는, 외관을 형성하는 도어외판(171a)과, 상기 도어외판(171a)의 내측에 단열재(발포재)(171c)의 충전 간격을 두고 이격배치되는 도어내판(171b)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 도어(170)에는 상기 진공단열재(10a)가 구비될 수 있다. 상기 진공단열재(10a)는 상기 도어외판(171a) 및 상기 도어내판(171b) 사이에 구비될 수 있다. 이에 의해, 상기 도어(170)의 두께를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 진공단열재(10a)는 소정 형상을 가지는 구조물로 된 코어(40)에 의해 외피(20)가 지지되도록 구성됨으로써, 균일한 두께를 가질 수 있다. 이에 의해, 균일한 진공단열두께의 확보가 가능하게 되어 냉장고 측벽의 두께를 그만큼 감소시킬 수 있다. 즉 종래의 진공단열재는 두께 편차가 크기 때문에 진공단열재의 두께 중 가장 작은 단열 두께를 기준으로 발포재의 두께를 설정하기 때문에 전반적으로 냉각실(160) 측벽의 두께가 증가하게 되는 문제점이 있다. 이에 반해, 본 진공단열재(10a)는 균일한 두께의 확보가 가능하기 때문에 전반적으로 냉각실(160) 측벽의 두께를 얇게 형성할 수 있고, 이에 의해 고내 공간을 그만큼 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 진공단열재(10a)는 소정 형상을 가지는 구조물로 된 코어(40)에 의해 외피(20)가 지지되도록 구성됨으로써, 외피(20)의 표면의 주름 발생이 억제될 수 있다. 이에 의해, 상기 진공단열재(10a)는 대상물에 부착시 주름 발생에 기인한 부착 불량 발생이 억제될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 진공단열재(10a)는, 상기 냉장고 본체(150)의 제작시 발포 작업 전에 상기 아웃터 케이스(151a) 및 상기 이너 케이스(151b)의 사이에 배치되고 상기 아웃터 케이스(151a) 또는 이너 케이스(151b) 중 어느 하나에 고정된다. 상기 진공단열재(10a)가 고정되면 상기 아웃터 케이스(151a) 와 상기 이너 케이스(151b) 사이에는 발포액(폴리우레탄 등)이 주입된다.
상기 아웃터 케이스(151a) 및 이너 케이스(151b)의 내부로 주입된 발포액은 상기 아웃터 케이스(151a) 및 이너 케이스(151b) 사이의 내부 공간을 유동하면서 팽창하게 된다. 이때, 본 진공단열재(10a)는 외피(20)의 표면에 주름이 거의 형성되지 아니하기 때문에 진공단열재(10a)가 대상물(아웃터 케이스(151a) 또는 이너 케이스(151b))의 표면에 완전히 밀착될 수 있다. 이에 의해 본 진공단열재(10a)는 발포액이 진공단열재(10a)와 대상물 사이로 유입되는 것이 방지되어 진공단열재(10a)가 대상물로부터 분리되는 부착불량 발생이 억제될 수 있다. 이에 반해, 종래의 진공단열재는 외피에 주름이 발생되어 있기 때문에 진공단열재를 대상물(아웃터 케이스(151a) 또는 이너 케이스(151b))의 표면에 부착하면 진공단열재와 대상물 사이에는 주름에 의한 틈새가 발생되며, 발포액이 이 틈새를 통해 유입되어 팽창하기 때문에 진공단열재가 대상물의 표면으로부터 분리되는 부착 불량 문제가 발생된다.
도 1 내지 도 3에서는 와이어가 합성수지부재 와이어로 구성된 경우를 예를 들고 있지만, 도 4 및 도 5에 도시된 금속부 및 합성수지부를 구비한 와이어로 구성될 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5에는 금속부 및 합성수지부를 구비한 와이어로 메시부재를 형성한 경우를 예를 들고 있지만, 도 1 내지 도 3에 도시된 합성수지부 재로 된 와이어로 메시부재를 구성할 수도 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 진공단열재의 단면도,
도 2는 도 1의 메시부재의 평면도,
도 3은 도 2의 제1와이어 및 제2와이어의 결합과정을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 진공단열재의 단면도,
도 5는 도 4의 제1와이어 및 제2와이어의 일 영역을 확대도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재를 구비한 냉장고의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10a,10b : 진공단열재 20 : 외피
22 : 금속 라미네이팅 필름 24 : 필름본체
26 : 증착층 50 : 충전재
55 : 게터 70 : 코어
71 : 메시부재 73 : 제1와이어
75 : 제2와이어 79 : 고정부

Claims (18)

  1. 가스 배리어성을 가지며 내부에 소정의 감압 공간을 형성하는 외피; 및
    서로 적층되는 복수의 메시부재를 구비하여 상기 외피의 내부에서 상기 외피를 지지하는 코어를 포함하는 진공단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 메시부재는, 서로 나란하게 배치되는 복수의 제1와이어, 서로 나란하게 배치되고 상기 제1와이어와 교차하게 배치되는 복수의 제2와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1와이어 및 제2와이어는 합성수지부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1와이어 및 제2와이어는 서로 점접촉되는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1와이어 및 제2와이어는 상하방향을 따라 서로 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1와이어 및 제2와이어는, 중심에 배치되는 금속부와, 상기 금속부의 외면에 코팅되는 합성수지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1와이어 및 제2와이어를 고정하는 고정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외피의 내부에는 가스 성분을 흡수하는 게터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외피의 내부 진공도는 10-4 내지 10-2 Torr인 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외피는, 필름본체와, 상기 필름본체의 표면에 금속을 라미네이팅하여 형성되는 라미네이팅층을 구비한 금속 라미네이팅 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    미세 공극을 가지는 분말로 형성되고 상기 외피의 내부에 충전되는 충전재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 충전재는 SiO2, TiO2, Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 충전재는 에어로겔 및 훈증 실리카 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 외피의 내부 진공도는 10-1 내지 10 Torr인 것을 특징으로 하는 진공단 열재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 외피는, 필름본체와,상기 필름본체의 외면에 금속 또는 무기계물질을 증착하여 형성된 증착층을 구비한 증착필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  16. 제1항의 진공단열재를 구비한 냉장고.
  17. 가스 배리어성을 가지는 외피 및 복수의 메시부재를 형성하는 단계;
    상기 외피의 내부에 복수의 메시부재를 적층하는 단계; 및
    상기 외피의 내부가 소정의 진공도를 유지할 수 있게 상기 외피의 내부를 감압하는 단계를 포함하는 진공단열재의 제조방법.
  18. 가스 배리어성을 가지는 외피 및 복수의 메시부재를 형성하는 단계;
    상기 외피의 내부에 복수의 메시부재를 적층하는 단계;
    상기 외피의 내부에 미세 공극을 가지는 분말로 된 충전재를 삽입하는 단계; 및
    상기 외피의 내부가 소정의 진공도를 유지할 수 있게 상기 외피의 내부를 감압하는 단계를 포함하는 진공단열재의 제조방법.
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