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KR102163292B1 - 진공단열재 및 이를 포함하는 냉장고 - Google Patents

진공단열재 및 이를 포함하는 냉장고 Download PDF

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KR102163292B1
KR102163292B1 KR1020130088567A KR20130088567A KR102163292B1 KR 102163292 B1 KR102163292 B1 KR 102163292B1 KR 1020130088567 A KR1020130088567 A KR 1020130088567A KR 20130088567 A KR20130088567 A KR 20130088567A KR 102163292 B1 KR102163292 B1 KR 102163292B1
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Abstract

본 발명의 일 측면은 내구성을 높이고, 열교현상을 방지할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 진공단열재와 이를 가지는 냉장고를 제공한다. 본 발명의 사상에 따른 진공단열재는 진공상태의 심재(core material), 상기 심재를 감싸는 실링층, 상기 실링층을 덮고, 제 1변과 상기 제 1변에 연결되는 제 2변을 가지는 내부층, 상기 내부층의 외측에 위치하는 보호층, 적어도 일부가 상기 내부층의 제 1변과 상기 보호층 사이에 위치하는 제 1차단층 및 적어도 일부가 상기 내부층의 제 2변과 상기 보호층 사이에 위치하는 제 2차단층을 포함할 수 있다.

Description

진공단열재 및 이를 포함하는 냉장고{VACUUM HEAT INSULATING MATERIAL AND REFRIGERATOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 진공단열재 및 이를 포함하는 냉장고에 관한 것으로, 상세하게는 단열성이 향상되도록 개선된 구조를 가지는 진공단열재에 관한 것이다.
인류가 소비하는 에너지는 한정적이고 이를 사용함으로써 발생하는 이산화탄소에 의한 지구온난화는 에너지 위기와 함께 인류가 가진 가장 큰 문제이다. 이에 따라 각국의 에너지 규제는 나날이 강화되고 가전제품에 대한 에너지 등급제는 제조사가 안고 있는 영원한 숙제이다. 적은 에너지로 최대의 효율을 요구하는 정부의 에너지 등급제는 높은 내용적량과 낮은 소비전력을 원하는 소비자의 요구와 잘 부합한다. 특히 냉장고에 대하여 지난 수십 년 동안 많은 연구가 진행되었고, 냉각사이클 및 압축기, 열교환기 등의 효율 향상 연구는 이미 한계에 이르렀다. 따라서, 최근에는 열손실에 대한 연구가 주를 이르고 있고, 냉장고 단열성능을 강화하여 에너지 효율을 높이는 시도가 많이 이루어 지고 있다.
기존의 폴리우레탄과 같은 단열재는 열전도도가 약 20mW/m·K이고, 이를 사용할 경우 냉장고 외벽의 두께가 두꺼워져 냉장고 저장 용량이 감소하게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 뛰어난 단열성능을 가지는 진공 단열재의 사용이 필요하게 되었다.
진공단열재는 심재와 심재를 감싸는 외피재로 구성되는데, 외피재는 진공상태의 내부로 침투하는 미세한 기체 및 증기를 차단하여 진공단열재의 수명을 유지시키는 매우 중요한 요소이다. 진공단열재에 사용되는 외피재는 알루미늄 호일 외피재와 알루미늄 증착 외피재로 나뉜다. 알루미늄 호일 외피재는 5μm 이상 12μm 이하의 두께를 갖는 알루미늄 호일에 PET 필름을 부착시켜 얻는다. 알루미늄 증착 외피재는 PET 필름에 15nm 이상 100nm 이하의 두께를 갖는 알루미늄을 증착시킨 후 알루미늄이 증착된 필름을 복층으로 증착시켜 얻는다.
알루미늄 호일 외피재는 두꺼운 알루미늄 층에 의해 외부의 미세 기체 및 증기(습기)를 효과적으로 차단할 수 있으므로, 내구성이 좋다. 그러나, 진공단열재의 중심부는 열전도율이 낮게 나타나더라도 가장자리를 통해 많은 열전달 현상이 발생한다. 이와 같이, 진공단열재의 가장자리를 통해 열이 흐르는 현상을 열교현상(HEAT BRIDGE)이라 한다.
한편, 알루미늄 증착 외피재는 알루미늄 호일 외피재에 비해 알루미늄 층이 얇아 외부의 미세 기체 및 증기(습기)의 차단성이 떨어진다. 또한, 알루미늄 증착 외피재를 제작하는 과정에서, 알루미늄 증착 외피재를 접거나 구부리면 알루미늄 층에 미세한 핀홀(PIN HOLE)이 발생할 수 있고, 그에 따라 알루미늄 증착 외피재의 내구성이 감소한다. 다만, 알루미늄 증착 외피재는 알루미늄 호일 외피재에 비해 알루미늄 층이 얇아 열교현상이 발생하지 않는다.
이와 같이, 알루미늄 호일 외피재와 알루미늄 증착 외피재는 내구성과 열교현상이 서로 상충관계에 있어, 효율적인 진공단열재 제작에 한계가 있었다.
일본 공개특허공보 특개2013-103343호 (2013.05.30 공개)
본 발명의 일 측면은 내구성을 높이고, 열교현상을 방지할 수 있도록 개선된 구조를 가지는 진공단열재와 이를 가지는 냉장고를 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 진공단열재는 진공상태의 심재(core material), 상기 심재를 감싸는 실링층, 상기 실링층을 덮고, 제 1변과 상기 제 1변에 연결되는 제 2변을 가지는 내부층, 상기 내부층의 외측에 위치하는 보호층, 적어도 일부가 상기 내부층의 제 1변과 상기 보호층 사이에 위치하는 제 1차단층 및 적어도 일부가 상기 내부층의 제 2변과 상기 보호층 사이에 위치하는 제 2차단층을 포함할 수 있다.
상기 제 1차단층 전부는 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 전부는 상기 내부층의 제 2변에 접할 수 있다.
또한, 상기 제 1차단층 일부가 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 전부가 상기 제 1차단층에 연속하여 상기 내부층의 제 2변에 접할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 제 1차단층 전부가 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 일부가 상기 제 1차단층에 연속하여 상기 내부층의 제 2변에 접할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 진공단열재는 상기 제 1차단층 일부가 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 일부가 상기 내부층의 제 2변에 접하면서 상기 제 1차단층과 포개진 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 1차단층은 알루미늄(Al), 스테인리스스틸(stainless steel)을 포함하고, 그 두께가 5μm이상 30μm이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 제 2차단층은 금속, 무기물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속은 알루미늄(Al) 및 스테인리스스틸(stainless steel) 중 적어도 하나를 포함할 있다.
또한, 상기 무기물은 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화타이타늄(TiO2) 및 규소 고분자(polysilazane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기물은 실란(silane) 및 불소 수지(fluorine resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 진공단열재는 물리적 증착, 화학적 증착 및 습윤코팅 중 적어도 하나의 방법으로 형성된 제 2차단층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2차단층은 20nm이상 30μm이하의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 진공단열재는 폴리에스터(PET), 연신폴리프로필렌(OPP), 나일론(Nylon), 연신나일론(Oriented Nylon) 중 적어도 하나를 포함하는 보호층을 가질 수 있다.
또한, 상기 내부층은 폴리에스터(PET), 진공증착폴리에스터(VM-PET), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 나일론(Nylon)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 진공단열재는 심재와 멀어지는 방향으로 돌출된 실링층을 기준으로 하여, 상기 내부층, 상기 제 2차단층 및 상기 보호층이 적층된 구조를 가지는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 사상에 따른 진공단열재는 장변 및 단변을 가지는 제 1층, 상기 제 1층 상부에 마련되고, 내구성을 가지는 제 1차단층, 열교현상을 차단하도록 상기 장변을 따라 상기 제 1차단층의 가장자리에 마련되는 제 2차단층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 진공단열재는 상기 제 1차단층 및 상기 제 2차단층을 덮으면서 상기 제 1층과 마주하고, 충격을 완화하는 제 2층을 더 포함할 수 있다.
상기 제 2차단층은 상기 장변을 따라 상기 제 1차단층의 양쪽 가장자리에 마련되고, 상기 제 1차단층은 상기 제 2차단층 사이에 배치될 수 있다.
한편, 외부케이스, 상기 외부케이스의 내부에 마련되고, 저장실을 내장하는 내부케이스 및 상기 외부케이스와 내부케이스 사이에 위치하는 단열층을 포함하는 냉장고에 있어서, 상기 단열층은 폴리우레탄폼과 진공단열재를 포함하고, 상기 진공단열재는 진공상태의 심재(core material), 상기 심재를 감싸는 실링층, 상기 실링층을 덮고, 제 1변과 상기 제 1변에 연결되는 제 2변을 가지는 내부층, 상기 내부층의 외측에 위치하고, 충격을 완화하는 보호층, 적어도 일부가 상기 내부층의 제 1변과 상기 보호층 사이에 위치하는 제 1차단층 및 적어도 일부가 상기 내부층의 제 2변과 상기 보호층 사이에 위치하고, 열교현상(Heat Bridge)을 완화하는 제 2차단층을 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 냉장고에 사용되는 상기 진공단열재는 상기 심재로부터 멀어지는 방향으로 돌출되고, 상기 실링층, 상기 내부층, 상기 제 2차단층 및 상기 보호층이 적층된 구조를 가지는 연장부를 가질 수 있다.
한편, 상기 제 1차단층 및 상기 제 2차단층 중 적어도 하나가 절곡될 수 있다.
또한, 상기 제 1차단층은 상기 내부층 제 1변을 따라 평행하게 위치하고, 상기 제 2차단층은 상기 제 1차단층에 연속하여 상기 내부층 제 2변에 위치할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 냉장고에 사용되는 상기 진공단열재는 상기 보호층이 10μm이상 30μm이하의 두께를 갖고, 상기 내부층이 5μm이상 30μm이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 진공단열재는 상기 제 2차단층이 무기물 및 유기물 복합층이고, 상기 무기물은 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화타이타늄(TiO2) 및 규소 고분자(polysilazane) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 유기물은 실란(silane) 및 불소 수지(fluorine resin) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
내구성을 가지고, 동시에 열교현상을 방지할 수 있는 진공단열재를 사용함으로써, 냉장고의 열손실을 줄일 수 있다.
또한, 진공단열재는 기존 단열재에 비해 단열성은 뛰어나면서 그 두께는 얇기 때문에 냉장고의 저장용량이 증가한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 구성을 도시한 단면도
도 2a 내지 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재에서 외피재의 일부를 확대하여 도시한 도면
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재를 도시한 분해도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재에서 가스 투과량(Q)을 설명하기 위한 도면
도 5는 종래의 진공 단열재와 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 산소(가스) 투과량의 차이를 도시한 실험 데이터
도 6은 종래의 진공 단열재와 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 열교현상에 의한 열전도도의 차이를 도시한 실험 데이터
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재가 적용된 냉장고를 도시한 도면
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 구성을 도시한 단면도이다.
진공단열재(100)는 내부 공간을 감압하여 진공으로 함으로써, 진공의 낮은 열전도도 특성을 이용하는 단열재의 일종이다. 이러한 진공단열재(100)는 통상 소정의 두께를 가지는 패널의 형태로 구현될 수 있다.
진공단열재(100)는 내부에 소정의 공간을 형성하는 외피재(ENVELOPE)(50)와, 외피재(50)의 내부에 수용되어 외피재(50)가 소정의 공간을 유지하도록 지지하는 심재(CORE MATERIAL)(60)를 구비하여 구성될 수 있다.
심재(60)는 단열 특성이 우수한 유리섬유로 형성되며, 가급적 가는 유리 섬유로 직조된 패널이 적층된 구조를 형성하여야 높은 단열 효과를 얻을 수 있다. 한편, 심재(60)로써, 실리카(SILICA)를 사용할 수도 있다. 실리카의 경우, 유리섬유보다 오랫동안 사용하여도 성능에 변화가 적어 장기적으로 사용 가능하다. 또한, 심재(60)는 서로 적층되는 복수의 메시(MESH)부재를 구비하여 구성될 수 있다. 여기서, 적층되는 메시부재의 수는 진공단열재(100)의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.
외피재(50)의 내부에는 외피재(50)의 내부에 잔존하는 가스 성분 또는 외피재(50)의 외부에서 내부로 유입되는 가스 성분을 흡수하는 게터(GETTER)(55)가 구비될 수 있다. 게터(55)는 흡습제로 CaO, 제올라이트(zeolite)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 게터(55)는 산소, 수소, 질소, 이산화탄소 및 수증기 등을 흡수하기 위한 BaLi, CoO, BaO, CaO 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 게터(55)는 소정의 블럭(block) 또는 직육면체 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 또한, 게터(55)는 외피재(50)의 내면 또는 심재(60)의 표면에 코팅하는 방법으로 마련될 수 있다.
진공단열재(100)의 외피재(50)는 실링층(90), 내부층(40), 제 1차단층(30), 제 2차단층(20) 및 보호층(10)을 포함할 수 있다.
실링층(90)은 외피재(50)에 심재(60)가 수용된 후, 외피재(50)에서 심재(60)가 없는 가장자리 부분이 열에 의해 융착되어 외피재(50)의 내부가 밀폐되도록 하는 부분이다.
또한, 실링층(90)은 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 무연신폴리프로필렌(CPP)및 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 중 적어도 하나로 구성될 수 있고, 그 두께는 10μm 이상 50μm 이하 일 수 있다.
내부층(40)은 실링층(90)을 덮고, 제 1변(41)과 제 1변(41)에 연결되는 제 2변(42)을 갖을 수 있다.
내부층(40)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 진공증착폴리에스터(VM-PET), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 나일론(NYLON) 등으로 구성될 수 있고, 두께는 5μm 이상 30μm이하 일 수 있다.
구체적으로, 에틸렌비닐알코올(EVOH)은 알코올기가 강한 극성을 가지기 때문에 분자간의 힘(INTERMOLECULAR FORCE)이 높아 산소에 낮은 투과율을 가질 수 있지만, 친수성이기 때문에 물에는 민감하다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 비교적 좋은 투과율을 가짐과 동시에 에틸렌비닐알코올(EVOH)에 비해 투습도 측면에서 우수하며 비교적 저렴한 장점을 가진다. 따라서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 에틸렌비닐알코올(EVOH)을 같이 사용하면 보다 우수한 수분 및 공기 차단의 효과를 가질 수 있다.
제 1차단층(30)은 내부층(40)의 제 1변(41)과 보호층(10) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 제 1차단층(30)은 합지(LAMINATION)공정에 의해 내부층(40) 상부에 형성될 수 있다.
제 1차단층(30)은 외피재(50) 내부로 습기 및 공기의 투과를 차단하고 열전달을 차단하는 기능을 한다.
또한, 제 1차단층(30)은 알루미늄(Al), 스테인리스스틸(SUS) 등 가스 차단성이 높은 금속으로 구성될 수 있고, 그 두께는 5μm 이상 30μm 이하 일 수 있다.
제 2차단층(20)은 내부층(40)의 제 2변(42)과 보호층(10) 사이에 위치할 수 있다.
제 2차단층(20)은 금속, 무기물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속은 알루미늄(Al) 및 스테인리스스틸(stainless steel) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 무기물은 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화타이타늄(TiO2) 및 규소 고분자(polysilazane) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기물은 실란(silane) 및 불소 수지(fluorine resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 2차단층(20)은 물리적 증착(EVAPORATING, SPUTTERING, AEROSOL DEPOSITION)과 화학적 증착(CVD), 습윤코팅(WET COATING) 중 적어도 하나의 방법을 통해 형성 가능하다.
또한, 제 2차단층(20)의 두께는 20nm 이상 30μm 이하 일 수 있다.
보호층(10)은 내부층(40)의 외측에 위치할 수 있다.
보호층(10)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 연신폴리프로필렌(OPP), 나일론(Ny), 연신나일론(O-Ny) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
특히, 나일론은 신축성이 뛰어난 소재로 본 발명에서는 이를 통해 진공단열재의 조립이나 설치 중 발생할 수 있는 외부의 충격으로부터 진공단열재가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 냉장고용 진공단열재의 효율 향상을 위해 상당한 크기로 제작되는 점을 감안하면, 작업중에 불량이 발생하거나 외부의 충격이나 스크래치에 의해 진공단열재가 파손되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
보호층(10)의 두께는 10μm이상 30μm 이하일 수 있다.
한편, 외피재(50)에 심재(60)를 넣고 진공으로 한 상태에서 외부와 격리시키기 위하여 실링층(90) 일 부분에 열을 가하면, 진공단열재(100)의 일측 방향으로 연장되는 연장부(70)가 형성된다. 이와 같은 연장부(70)를 구비한 진공단열재(100)를 냉장고 등에 사용하는 경우, 연장부(70)는 외피재(50)와 맞닿도록 접히게 된다. 연장부(70)는 심재(60)와 멀어지는 방향으로 돌출된 실링층(90)을 기준으로 하여, 내부층(40), 제 2차단층(20) 및 보호층(10)이 적층된 구조를 가질 수 있다.
복수의 외피재(50)가 결합됨으로써, 진공단열재(100)를 형성할 수 있다.
또한, 하나의 외피재(50) 및 알루미늄(Al), 스테인리스스틸(SUS) 등 가스 차단성이 높은 금속으로 구성되는 제 1차단층(30)이 결합됨으로써, 진공단열재(100)를 형성할 수 있다.
도 2a 내지 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재에서 외피재의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
진공단열재(100)는 진공상태의 심재(60), 심재(60)를 감싸는 실링층(90), 실링층(90)을 덮고, 제 1변(41)과 제 1변(41)에 연결되는 제 2변(42)을 가지는 내부층(40),내부층(40)의 외측에 위치하는 보호층(10), 적어도 일부가 내부층(40)의 제 1변(41)과 보호층(10) 사이에 위치하는 제 1차단층(30), 적어도 일부가 상기 내부층(40)의 제 2변(42)과 보호층(10) 사이에 위치하는 제 2차단층(20)을 포함할 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1차단층(30) 전부가 내부층(40)의 제 1변(41)에 접하고, 제 2차단층(20) 전부가 내부층(40)의 제 2변(42)에 접할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1차단층(30) 일부가 내부층(40)의 제 1변(41)에 접하고, 제 2차단층(20) 전부가 제 1차단층(30)에 연속하여 내부층(40)의 제 2변(42)에 접할 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 제 1차단층(30) 전부가 상기 내부층(40)의 제 1변(41)에 접하고, 제 2차단층(20) 일부가 제 1차단층(30)에 연속하여 내부층(40)의 제 2변(42)에 접할 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 제 1차단층(30) 일부가 내부층(40)의 제 1변(41)에 접하고, 제 2차단층(20) 일부가 내부층(40)의 제 2변(42)에 접하면서 제 1차단층(30)과 포개질 수 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 제 1차단층(30) 전부가 내부층(40)의 제 1변(41)에 접하고, 제 2차단층(20) 일부가 제 1차단층(30)에 계속하면서 내부층(40)의 제 2변(42)에 접할 수 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 제 1차단층(30) 일부가 내부층(40)의 제 1변(41)에 접하고, 제 2차단층(20) 전부가 제 1차단층(30)에 계속하면서 내부층(40)의 제 2변(42)에 접할 수 있다.
제 1차단층(30) 및 제 2차단층(20)의 배열은 상기 예에 한정하지 않는다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공단열재를 도시한 분해도이다.
진공단열재(100a)는 제 1층(200), 제 1차단층(30a) 및 제 2차단층(20a)을 포함할 수 있다.
진공단열재(100a)는 단변(201) 및 장변(202)을 가지는 제 1층(200), 제 1층(200) 상부에 마련되고, 내기성 및 내습성(공기 및 습기 차단하는 성질)을 가지는 제 1차단층(30a), 열교현상을 차단하도록 장변(202)을 따라 제 1차단층(30a)의 가장자리에 마련되는 제 2차단층(20a)을 포함할 수 있다.
제 2차단층(20a)은 열교현상을 차단 할 뿐만 아니라, 제 1차단층(30a)과 마찬가지로 내기성 및 내습성을 가진다.
진공단열재(100a)는 제 1차단층(30a) 및 제 2차단층(20a)을 덮으면서 제 1층(200)과 마주하고, 충격을 완화하는 제 2층(300)을 더 포함할 수 있다.
제 1차단층(30a)의 전부는 제 1층(200) 및 제 2층(300)의 일부와 접하면서 제 1층(200) 및 제 2층(300) 사이에 위치할 수 있다. 이때, 제 2차단층(20a)은 제 1차단층(30a)이 점하지 않은, 제 1층(200) 및 제 2층(300) 사이에 위치할 수 있다.
또한, 제 2차단층(20a)은 장변(202)을 따라 제 1차단층(30a)의 양쪽 가장자리에 마련되고, 제 1차단층(30a)은 제 2차단층(20a) 사이에 배치될 수 있다.
이 때, 제 1차단층(30a) 및 제 2차단층(20a)은 서로 접할 수 있다.
제 1차단층(30a)과 제 2차단층(20a)의 위치는 상기 예에 한정하지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재에서 가스 투과량(Q)을 설명하기 위한 도면이고, 도 5은 종래의 진공 단열재와 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 산소(가스) 투과량의 차이를 도시한 실험 데이터이다.
도 4에 도시된 바와 같이, Q1은 실링층(90)을 통과하는 가스 투과량을 나타내고, Q2는 심재와 가까워지는 방향으로, 보호층(10), 제 2차단층(20), 내부층(40), 실링층(90)을 통과하는 가스 투과량을 나타낸다. Q3는 심재와 가까워지는 방향으로, 보호층(10), 제 1차단층(30), 내부층(40), 실링층(90)을 통과하는 가스 투과량을 나타낸다.
이하, 본 발명의 사상에 따른 진공단열재(100c)의 외피재(50c)를 통과하는 가스 투과량(Q)과 종래의 알루미늄 호일 외피재 및 알루미늄 증착 외피재를 통과하는 가스 투과량(Q)을 비교한다.
도 4에 도시된 바와 마찬가지로, 실링층(90)을 통과하는 가스 투과량(Q1)은 종래의 알루미늄 호일 외피재와 알루미늄 증착 외피재의 실링층을 통과하는 가스 투과량과 차이가 없다.
크기
Figure 112013067739404-pat00001
진공단열재(100c)의 실링층(90)을 통한 가스 투과량(Q1)은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112013067739404-pat00002
(1)
여기서 K Sealing 는 실링층(90)의 가스 투과도, t Sealing 는 실링층(90)의 두께, δ Sealing 는 융착 길이, ΔP는 진공단열재(100c) 내부와 외부의 압력차를 나타낸다.
진공단열재(100c)의 상부 및 하부를 통과하는 가스 투과량(Q3)은 다음과 같은 식으로 표현된다.
Figure 112013067739404-pat00003
(2)
여기서 K 3 와 δ 3 는 진공단열재(100c) 상·하부 외피재(50a)의 가스 투과도와 두께를 나타낸다. 종래의 알루미늄 호일 외피재와 본 발명의 외피재(50a)의 차단층(30a)을 통해서는 가스투과가 일어나지 않는다고 보면 K 3 =0이다.
진공 단열재(100c)의 측면부 외피재(50b)를 통과하는 가스 투과량(Q2)은 다음과 같다.
Figure 112013067739404-pat00004
(3)
여기서 K 2 와 δ 2 는 진공단열재(100c)의 측면부 외피재(50b)의 가스 투과도와 두께를 나타낸다.
외피재(50c)를 통한 총 가스 투과량(Q)은 실링층(90), 상·하부 외피재(50a) 및 측면부 외피재(50b)의 투과량의 합(Q1+Q3+Q2)으로 나타나고,
Figure 112013067739404-pat00005
크기의 진공단열재(100c)에 일반적으로 사용되는 종래의 외피재의 물성치를 대입하면 종래의 알루미늄 호일 외피재, 알루미늄 증착 외피재, 본 발명에 의한 외피재(50c)의 가스 투과량(Q)을 계산할 수 있다.
도 5는 종래의 진공 단열재와 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 산소(가스) 투과량의 차이를 도시한 실험 데이터이다.
도 5에 나타난 결과에서 알 수 있듯이, 내구성이 우수한 알루미늄 호일 외피재에 비해 알루미늄 증착 외피재는 약 9.3배의 산소(가스) 투과량을 가진다. 반면에 본 발명의 사상에 따른 외피재(50c)는 알루미늄 호일 외피재의 약 1.9배의 산소(가스) 투과량을 가진다.
도 6은 종래의 진공 단열재와 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재의 열교현상에 의한 열전도도의 차이를 도시한 실험 데이터이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 열교현상에 의한 초기 단열 성능은 다음과 같이 평가 될 수 있다. 열교현상에 의한 진공단열재의 열전도도는 외피재 차단층(본 발명에서는 제 2차단층(20a))의 두께와 열전도도에 비례한다. 상기 열전도도의 정확한 값은 진공단열재 차단층(본 발명에서는 제 2차단층(20a))의 구성과 두께 및 진공단열재를 접는 방식에 따라 다르게 표현될 수 있다.
kH ·B∝kbarrier×tbarrier (4) 여기서 k H .B 는 열교현상에 의한 열전도도, k barrier 는 차단층(본 발명에서는 제 2차단층(20a))의 열전도도, t barrier 는 차단층(본 발명에서는 제 2차단층(20a))의 두께이다.
Figure 112013067739404-pat00006
크기의 진공단열재에 일반적으로 사용되는 종래의 외피재의 물성치를 대입하면 종래의 알루미늄 증착 외피재에 대한 알루미늄 호일 외피재와 본 발명의 사상에 따른 진공단열재(100c)의 외피재(50b)의 열교현상에 의한 열전도도를 비교할 수 있다.
열교현상이 진공단열재의 모서리 부분의 차단층을 통해 열이 전달되는 현상임을 상기하면 본 발명의 사상에 따른 진공단열재(100c)의 외피재(50b)는 종래의 알루미늄 증착 외피재와 동일한 열교현상을 가진다는 것을 알 수 있다. 반면, 종래의 알루미늄 호일 외피재는 본 발명에 의한 외피재(50b)보다 23.3배 큰 열전도도를 가지고, 이는 초기 단열 성능을 크게 저하시키는 요인으로써, 본 발명에 의한 외피재(50b)를 사용함으로써 열교현상을 효과적으로 막을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재가 적용된 냉장고를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 진공단열재(100b)를 구비한 냉장고(500)는, 내부에 냉각실(560)을 형성하는 냉장고 본체(550)와, 상기 냉각실(560)을 개폐하는 도어(570)와, 상기 냉장고 본체(550) 또는 도어(570)에 구비되는 진공단열재(100b)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 냉각실(560)은 냉동실 및 냉장실을 총칭하는 말이며, 냉장고 본체(550)는 냉동실 및 냉장실 중 어느 하나를 구비하여 구성될 수도 있다.
진공단열재(100b)를 확대하면 도 1에 도시된 진공단열재(100)와 같다.
진공단열재(100b)는 심재(60), 실링층(90), 내부층(40), 보호층(10), 제 1차단층(30) 및 제 2차단층(20)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 진공단열재(100b)는 심재(60), 심재(60)를 감싸는 실링층(90), 실링층(90)을 덮고, 제 1변(41)과 제 1변(41)에 연결되는 제 2변(42)을 가지는 내부층(40), 내부층(40)의 외측에 위치하고, 충격을 완화하는 보호층(10), 적어도 일부가 내부층(40)의 제 1변(41)과 보호층(10) 사이에 위치하는 제 1차단층(30) 및 적어도 일부가 내부층(40)의 제 2변(42)과 보호층(10) 사이에 위치하고, 열교현상(Heat Bridge)을 완화하는 제 2차단층(20)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 냉장고(500)에 내장되는 진공단열재(100b)는 심재(60)로부터 멀어지는 방향으로 돌출되고, 실링층(90), 내부층(40), 제 2차단층(20) 및 보호층(10)이 적층된 구조를 가지는 연장부(70)를 포함할 수 있다.
제 1차단층(30) 및 제 2차단층(20) 중 적어도 하나는 절곡될 수 있다.
제 1차단층(30)은 내부층(40) 제 1변(41)을 따라 평행하게 위치하고, 제 2차단층(20)은 제 1차단층(30)에 연속하여 내부층(40) 제 2변(42)에 위치할 수 있다.
냉장고 본체(550)는, 외관을 형성하는 외부케이스(551a)와, 외부 케이스(551a)의 내측에 단열층(551c)의 충전간격을 두고 이격 배치되어, 내부에 냉각실(560)을 형성하는 내부 케이스(551b)를 구비하여 구성될 수 있다. 냉장고 본체(550)에는 냉각실(560)에 냉기를 제공하기 위한 냉동사이클이 구비될 수 있다. 냉장고 본체(550)의 후방 하부영역에는 기계실(580)이 형성될 수 있다. 기계실(580)의 내부에는 압축기(581), 응축기 등을 포함하는 냉동사이클의 일부 구성 요소가 설치될 수 있고, 냉각실(560)의 내부 일 측에는 증발기(583)가 구비될 수 있다. 증발기(583)의 일 측에는 냉각팬(585)이 구비될 수 있다.
냉장고 본체(550)의 적어도 일 측면에는 진공단열재(100b)가 구비 될 수 있다. 이에 의해, 해당 측면의 두께를 줄일 수 있으며, 동일한 외관을 유지할 때 실내 저장 공간을 증대시킬 수 있다.
도어(570)는, 외관을 형성하는 도어 외부케이스(571a)와, 도어 외부케이스(571a)의 내측에 단열층(571c)의 충전 간격을 두고 이격 배치되는 도어 내부케이스(571b)를 구비할 수 있다.
도어(570)에는 진공단열재(100b)가 구비될 수 있다. 진공단열재(100b)는 도어 외부케이스(571a) 및 도어 내부케이스(571b) 사이에 구비될 수 있다. 이에 의해, 도어(570)의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 진공단열재(100b)는 심재(60)에 의해 외피재(50)가 지지되도록 구성됨으로써, 외피재(50)의 표면의 주름 발생이 억제될 수 있다. 이에 의해, 진공단열재(100b)를 대상물에 부착시킬 때 발생하는 주름에 기인한 부착 불량 발생이 억제될 수 있다.
구체적으로, 진공단열재(100b)는 냉장고 본체(550)의 제작 시, 발포 작업 전에 외부케이스(551a) 및 내부케이스(551b)의 사이에 배치되고 외부케이스(551a) 또는 내부케이스(551b) 중 어느 하나에 고정된다. 진공단열재(100b)가 고정되면 외부케이스(551a)와 내부케이스(551b) 사이에는 발포액(폴리우레탄 등)이 주입된다.
외부케이스(551a) 및 내부케이스(551b)의 내부로 주입된 발포액은 외부케이스(551a) 및 내부케이스(551b) 사이의 내부 공간을 유동하면서 팽창하게 된다. 이때, 진공단열재(100b)는 외피재(50)의 표면에 주름이 거의 형성되지 않기 때문에, 진공단열재(100b)가 외부케이스(551a) 또는 내부케이스(551b)의 표면에 완전히 밀착될 수 있다. 이에 의해 발포액이 진공단열재(100b)와 외부케이스(551a) 또는 내부케이스(551b) 사이로 유입되는 것이 방지되어 진공단열재(100b)가 외부케이스(551a) 또는 내부케이스(551b)로부터 분리되는 부착 불량의 발생이 억제될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10 : 보호층 20(20a) : 제 2차단층
30(30a) : 1차단층 40 : 내부층
41 : 제 1변 42 : 제 2변
50(50c) : 외피재 50a : 상하부외피재
50b : 측면부외피재 55 : 게터(GETTER)
60(60a) : 심재(CORE MATERIAL) 100(100a,100b,100c) : 진공단열재
500 : 냉장고 200 : 제 1층
300 : 제 2층 550 : 냉장고 본체
551a : 외부케이스 551b : 내부케이스
551c : 단열층 560 : 냉각실
570 : 도어 571a : 도어 외부케이스
571b : 도어 내부케이스 571c : 도어 단열층
580 : 기계실 581 : 압축기
583 : 증발기 585 : 냉각팬
70 : 연장부 90 : 실링층
201 : 단변 202 : 장변

Claims (24)

  1. 진공상태의 심재(core material);
    상기 심재를 감싸는 실링층;
    상기 실링층을 덮고, 제 1변과 상기 제 1변에 연결되는 제 2변을 가지는 내부층;
    상기 내부층의 외측에 위치하는 보호층;
    적어도 일부가 상기 내부층의 제 1변과 상기 보호층 사이에 위치하는 제 1차단층; 및
    적어도 일부가 상기 내부층의 제 2변과 상기 보호층 사이에 위치하고, 상기 제 1차단층보다 낮은 열전도도를 가지는 제 2차단층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1차단층 전부가 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 전부가 상기 내부층의 제 2변에 접하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1차단층 일부가 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 전부가 상기 제 1차단층에 연속하여 상기 내부층의 제 2변에 접하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1차단층 전부가 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 일부가 상기 제 1차단층에 연속하여 상기 내부층의 제 2변에 접하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1차단층 일부가 상기 내부층의 제 1변에 접하고, 상기 제 2차단층 일부가 상기 내부층의 제 2변에 접하면서 상기 제 1차단층과 포개진 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1차단층은 알루미늄(Al), 스테인리스스틸(stainless steel)을 포함하고, 그 두께가 5μm이상 30μm이하인 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2차단층은 금속, 무기물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄(Al) 및 스테인리스스틸(stainless steel) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 무기물은 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화타이타늄(TiO2) 및 규소 고분자(polysilazane) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 유기물은 실란(silane) 및 불소 수지(fluorine resin) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2차단층은 물리적 증착, 화학적 증착 및 습윤코팅 중 적어도 하나를 포함하는 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2차단층은 20nm이상 30μm이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 보호층은 폴리에스터(PET), 연신폴리프로필렌(OPP), 나일론(Nylon), 연신나일론(Oriented Nylon)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 내부층은 폴리에스터(PET), 진공증착폴리에스터(VM-PET), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 나일론(Nylon)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 진공단열재는 심재와 멀어지는 방향으로 돌출된 실링층을 기준으로 하여, 상기 내부층, 상기 제 2차단층 및 상기 보호층이 적층된 구조를 가지는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  16. 진공상태의 심재(core material); 및
    내부에 상기 심재가 수용되도록 상기 심재의 외측에 마련되는 외피재;를 포함하고,
    상기 외피재는,
    장변 및 단변을 가지는 제 1층;
    상기 제 1층의 외측에 마련되고, 내구성을 가지는 제 1차단층; 및
    열교현상을 차단하도록 상기 장변을 따라 상기 제 1차단층의 가장자리에 마련되고, 상기 제 1차단층보다 낮은 열전도도를 가지는 제 2차단층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 외피재는, 상기 제 1차단층 및 상기 제 2차단층을 덮으면서 상기 제 1층과 마주하고, 충격을 완화하는 제 2층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2차단층은 상기 장변을 따라 상기 제 1차단층의 양쪽 가장자리에 마련되고,
    상기 제 1차단층은 상기 제 2차단층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  19. 외부케이스;
    상기 외부케이스의 내부에 마련되고, 저장실을 내장하는 내부케이스; 및
    상기 외부케이스와 내부케이스 사이에 위치하는 단열층;을 포함하는 냉장고에 있어서, 상기 단열층은 폴리우레탄폼과 진공단열재를 포함하고,
    상기 진공단열재는,
    진공상태의 심재(core material);
    상기 심재를 감싸는 실링층;
    상기 실링층을 덮고, 제 1변과 상기 제 1변에 연결되는 제 2변을 가지는 내부층;
    상기 내부층의 외측에 위치하고, 충격을 완화하는 보호층;
    적어도 일부가 상기 내부층의 제 1변과 상기 보호층 사이에 위치하는 제 1차단층; 및
    적어도 일부가 상기 내부층의 제 2변과 상기 보호층 사이에 위치하고, 열교현상(Heat Bridge)을 완화하도록 상기 제 1차단층보다 낮은 열전도도를 가지는 제 2차단층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 진공단열재는 상기 심재로부터 멀어지는 방향으로 돌출되고, 상기 실링층, 상기 내부층, 상기 제 2차단층 및 상기 보호층이 적층된 구조를 가지는 연장부를 포함하는 냉장고.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 제 1차단층 및 상기 제 2차단층 중 적어도 하나가 절곡되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 제 1차단층은 상기 내부층 제 1변을 따라 평행하게 위치하고, 상기 제 2차단층은 상기 제 1차단층에 연속하여 상기 내부층 제 2변에 위치하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 진공단열재는 상기 보호층이 10μm이상 30μm이하의 두께를 갖고, 상기 내부층이 5μm이상 30μm이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  24. 제 19항에 있어서,
    상기 진공단열재는 상기 제 2차단층이 무기물 및 유기물 복합층이고, 상기 무기물은 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화타이타늄(TiO2) 및 규소 고분자(polysilazane) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 유기물은 실란(silane) 및 불소 수지(fluorine resin) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
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