CN111954779A - 真空绝热体和冰箱 - Google Patents

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柳旼秀
裵在贤
尹德铉
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Abstract

提供了一种真空绝热体。该真空绝热体包括：第一板构件，被配置为限定用于第一空间的壁的至少一部分；第二板构件，被配置为限定用于第二空间的壁的至少一部分，第二空间的温度与第一空间的温度不同；密封部，被配置对第一板构件和第二板构件进行密封以提供第三空间，第三空间的温度介于所述第一空间的温度和所述第二空间的温度之间并且所述第三空间是真空空间；以及支撑单元，被配置为保持所述第三空间。支撑单元包括至少两个杆，两个杆被配置为支撑第一板构件和第二板构件，并且每个杆由含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)材料制成。

Description

真空绝热体和冰箱
技术领域
本公开涉及真空绝热体和冰箱。
背景技术
真空绝热体是通过对其本体内部进行真空处理来抑制传热(heat transfer)的一种产品。真空绝热体可以减少通过对流和传导进行的传热，因此被应用于加热设备和制冷设备。在传统的应用于冰箱的绝热方法中，虽然在制冷和冷冻方面的应用不同，但通常设置厚度约30cm或更大的泡沫聚氨酯绝热壁。但是，冰箱的内部容量因此被减小。
为了增加冰箱的内部容量，人们尝试将真空绝热体应用于冰箱。
首先，本申请人的韩国专利第10-0343719号(引用文献1)已经被公开。根据参考文献1，公开了一种制备真空绝热板并将其构建于冰箱的壁中的方法，并且真空绝热板的外部使用泡沫聚苯乙烯的单独的成型品来完成。根据该方法，不需要额外的发泡，并且提升了冰箱的绝热性能。但是，制造成本有所增加，并且制造方法复杂。作为另一示例，在韩国专利公开第10-2015-0012712号(引用文献2)中已经公开了一种使用真空绝热材料来提供壁并另外使用泡沫填充材料提供绝热壁的技术。根据参考文献2，制造成本增加，并且制造方法复杂。
作为另一示例，人们尝试使用单一产品的真空绝热体来制成冰箱所有的壁。例如，美国专利公开第US 2040226956A1号(引用文献3)中公开了一种将冰箱的绝热结构设置为真空状态的技术。但是，难以通过为冰箱的壁提供充足的真空来得到实际水平的绝热效果。详细而言，存在着如下局限性：难以防止在温度不同的外壳体与内壳体之间的接触部处出现传热现象，难以保持稳定的真空状态，并且难以防止由于真空状态的负压引起的壳体变形。由于这些局限性，参考文献3中公开的技术仅限于低温冰箱，而并不适用于一般家庭水平的技术。
本申请人已经研究了上述局限性。因此，在韩国专利申请第10-2015-0109727号(引用文献4)中公开了一种用于保持真空空间内部被绝缘并且通过由树脂材料制成的支撑单元保持真空空间的间隔的技术。引用文献4提出了一种能够合适地应用于支撑单元的材料。在引用文献4中，参考释气、抗压强度、导热系数、热应变率和最高操作温度来选择树脂。然而，对于真空绝热体中由树脂材料制成的支撑单元的释气，需要在相对低的温度下进行数天的排气过程。这种过长的排气时间存在明显使产品的生产效率降低的局限性。为解决这一局限性，本发明人进行了研究活动并且得到本发明作为对该局限性的改进。
在引用文献4的内容中，为了便于理解，与本公开相关的内容也在本公开的说明书中被描述。
发明内容
技术问题
实施方式提供一种真空绝热体，其中，减少支撑单元的释气以减少排气过程时间。
技术方案
在一个实施方式中，真空绝热体包括支撑单元，其被配置为支撑真空绝热体的内部空间，其中，支撑单元包括至少两个杆，这两个杆被配置为支撑第一板构件和第二板构件，并且每个杆由聚苯硫醚(PPS)制成。
在另一个实施方式中，冰箱包括：主体，被配置为提供用于储存物品的内部空间；以及门，被设置为从外部空间打开和关闭主体，其中，门或主体中的至少一者包括真空绝热体，其中，设置有支撑单元，支撑单元被配置为支撑真空绝热体的内部空间，而且杆被配置为保持真空绝热体的间隙，杆由含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)制成。
在另一个实施方式中，真空绝热体包括支撑单元，支撑单元被配置为保持真空空间，支撑单元包括至少一个杆，杆被配置为支撑第一板构件和第二板构件之间的间隙，并且杆由含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)制成。
因此，支撑单元可以获得足够的强度、在排气过程中保持其形状、具有低释气、并且获得足够的喷射特性。
本发明的有益效果
根据本实施方式，可以缩短所述真空绝热体的内部排气过程，以提高产品的生产率。
根据本实施方式，随着排气过程的缩短，可以同时改善所述支撑单元的成型工艺和抗冲击性。
附图说明
图1是根据实施方式的冰箱的立体图。
图2是示意性示出在所述冰箱的主体和门中使用的真空绝热体的视图。
图3是示出真空空间部的内部构造的多个实施方式的视图。
图4是示出通过检测树脂获得的结果的图表。
图5示出了通过进行树脂的真空保持性能进行实验而获得的结果。
图6示出了通过分析从PPS和低释气PC中排出的气体的成分得到的结果。
图7示出了通过测量高温排气中树脂被大气压力破坏的最大变形温度而获得的结果。
图8是示出与纯PPS相比含有玻璃纤维的材料的冲击强度的实验结果的曲线图。
图9是示出根据玻璃纤维含量与纯PPS相比的PPS的注射流动性的曲线图。
图10是示出传导阻抗片及其周边部分的多个实施方式的视图。
图11示出了通过应用模拟示出相对于真空压力的气体传导率的变化和绝热性能的变化的曲线图。
图12是示出观察当使用支撑单元时对真空绝热体内部进行排气的过程中的时间和压力所获得的结果的曲线图。
图13是通过比较真空压力与气体传导率所获得的曲线图。
具体实施方式
以下，将参考附图描述示例性实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，而不应该被解释为限于本文所述的实施方式，并且理解本发明的精神的本领域普通技术人员可以容易地通过添加、改变、删除和添加组件来实现包括在同一概念范围内的其他实施方式；相反，应该理解的是它们也被包括在本发明的范围内。
下面示出的附图可以显示为与实际产品不同，或者可以删除夸大的、简化的或详细描述的部分，这有助于理解本发明的技术构思。其不应被解释为限制性的。
在以下描述中，真空压力意指低于大气压的任何特定压力状态。另外，A的真空度高于B的真空度这种表达意味着A的真空压力低于B的真空压力。
图1是根据实施方式的冰箱的立体图。
参考图1，冰箱1包括：主体2，设有能够储藏存储物品的腔室9；以及门3，被设置为打开/关闭主体2。门3可以被设置为可旋转地或可滑动地移动以打开/关闭腔室9。腔室9可以提供冷藏室和冷冻室中的至少一者。
多个部件构成冷冻循环系统，在该循环系统中冷空气被供给到腔室9中。例如，这些部件包括：压缩机4，用于压缩制冷剂；冷凝器5，用于冷凝被压缩的制冷剂；膨胀器6，用于使被冷凝的制冷剂膨胀；以及蒸发器7，用于使被膨胀的制冷剂蒸发，以获取热量。作为典型的结构，风扇可以被安装在邻近蒸发器7的位置，并且从风扇吹出的流体可以穿过蒸发器7，然后被吹入腔室9中。通过由风扇调节吹送量和吹送方向、通过调节循环的制冷剂的量、或者调节压缩机的压缩率来控制冷冻负荷，从而能够控制制冷空间或冷冻空间。
图2是示意性地示出冰箱的主体和门中使用的真空绝热体的视图。在图2中，主体侧真空绝热体在顶壁和侧壁被移除的状态下被示出，并且门侧真空绝热体在前壁的一部分被移除的状态下被示出。此外，为了便于理解，示意性示出了传导阻抗片处的部分的片段。
参考图2，真空绝热体包括：第一板构件10，用于提供低温空间的壁；第二板构件20，用于提供高温空间的壁；真空空间部50，其被限定为第一板构件10与第二板构件20之间的间隙部。而且，真空绝热体包括传导阻抗片60和传导阻抗片63，用以防止第一板构件10与第二板构件20之间的热传导(thermal conduction)。用于密封第一板构件10和第二板构件20的密封部61被设置成使得真空空间部50处于密封状态。当真空绝热体被应用于冰箱或加热柜时，第一板构件10可以被称为内壳体，第二板构件20可以被称为外壳体。容纳提供冷冻循环的部件的机械室(machine room)8被放置在主体侧真空绝热体的下后侧，并且排气口40被设置在真空绝热体的任一侧处，排气口40用于排放真空空间部50中的空气从而形成真空状态。此外，还可以安装穿过真空空间部50的管路64，以安装除霜水管和电线。
第一板构件10可以限定用于将第一空间设置于其上的至少一部分壁。第二板构件20可以限定用于将第二空间设置于其上的至少一部分壁。第一空间和第二空间可以被限定为温度不同的空间。在此，每个空间的壁不仅可以作为直接与空间接触的壁，还可以作为不与空间接触的壁。例如，本实施方式的真空绝热体还可以被应用于一种产品，该产品还具有与每个空间接触的单独的壁。
导致真空绝热体的绝热效果损失的传热因素是：第一板构件10与第二板构件20之间的热传导、第一板构件10与第二板构件20之间的热辐射、以及真空空间部50的气体传导。
以下，热阻单元被设置为减少与传热的这些因素相关的绝热损失。同时，本实施方式的真空绝热体和冰箱不排除在真空绝热体的至少一侧设置另一绝热装置的情况。因此，还可以将使用发泡等的绝热装置设置到真空绝热体的另一侧。
热阻单元可以包括传导阻抗片，该传导阻抗片抵抗沿第三空间的壁传递的热的传导，并且可以进一步包括联接至该传导阻抗片的侧架。传导阻抗片和侧架将通过下面的描述变得清楚。
另外，热阻单元可以包括至少一个在第三空间内以板状设置的抗辐射片，或者可以包括在第三空间内抵抗第二板构件和第一板构件之间的辐射传热的多孔材料。抗辐射片和多孔材料将通过下面的描述变得清楚。
图3是示出真空空间部的内部构造的多个实施方式的视图。
首先，参考图3A，真空空间部50可被设置在第三空间中，第三空间的压力与第一空间和第二空间各自的压力不同，优选地呈真空状态，从而减少绝热损失。第三空间的温度可以被设置成介于第一空间的温度与第二空间的温度之间。由于第三空间被设置为处于真空状态的空间，第一板构件10和第二板构件20由于对应于第一空间与第二空间之间压力差的力而受到沿使它们彼此靠近的方向收缩的力。因此，真空空间部50可以在板构件之间的距离减小的方向上变形。在此情况下，绝热损失可能由于以下原因而产生：由于真空空间部50的收缩引起的热辐射量的增加、以及板构件10与板构件20之间的接触，引起热传导量增加。
支撑单元30可被设置以减小真空空间部50的变形。支撑单元30包括杆31。杆31可以相对于板构件在基本垂直方向上延伸，以支撑第一板构件和第二板构件之间的距离。可以在杆31的至少任一端上额外设置支撑板35。支撑板35可将至少两个或更多个杆31彼此连接，以相对于第一板构件10和第二板构件20在水平方向上延伸。支撑板35可以被设置为板状，或者可以被设置为格状，以减小支撑板与第一板构件10或第二板构件20接触的面积，从而减小传热。杆31和支撑板35彼此固定在至少一部分上，以一起插入第一板构件10与第二板构件20之间。支撑板35与第一板构件10和第二板构件20中的至少一者接触，从而防止第一板构件10和第二板构件20的变形。此外，基于杆31的延伸方向，支撑板35的总截面积被设置为大于杆31的总截面积，以使通过杆31传递的热可以通过支撑板35扩散。
以下将描述支撑单元30的材料。
支撑单元30应具有高抗压强度，以承受真空压力。另外，支撑单元30应具有低释气率和低吸水率，以保持真空状态。另外，支撑单元30应具有低导热系数，以减少板构件之间的热传导。另外，支撑单元30用于确保高温下的抗压强度，以承受高温排气过程。另外，支撑单元30应具有优异的可加工性，以进行成型。另外，支撑单元30应具有低的成型成本。在此，执行排气过程所需的时间大约需要几天。因此，时间缩短，从而显著改善了制造成本和生产率。因此，应在高温下确保抗压强度，因为随着执行排气过程的温度升高排气速度增加。发明人已经在上述条件下进行了各种检测。
首先，陶瓷或者玻璃具有低释气率和低吸水率，但其可加工性显著降低。因此，陶瓷和玻璃不能被用作支撑单元30的材料。因此，树脂可以被认为是支撑单元30的材料。
图4是示出通过检测树脂获得的结果的图表。
参考图4，本发明人已经检测了各种树脂，大多数树脂不能使用，因为它们的释气率和吸水率非常高。因此，本发明人已经检测了近似满足释气率和吸水率条件的树脂。结果是，PE因其高释气率和低抗压强度而不适合使用。PCTFE因其价格过高而不是优选的。PEEK因其高释气率而不适合使用。因此，确定从由聚碳酸酯(PC)、玻璃纤维PC、低释气PC、聚苯硫醚(PPS)和液晶聚合物(LCP)组成的组中选择的树脂可以用作支撑单元的材料。然而，PC的释气率为0.19，处于较低水平。因此，当通过加热来进行排气的烘烤所需的时间增加到一定水平，PC可以被用作支撑单元的材料。
本发明人通过对预期用于真空空间部内部的树脂进行各种研究，已经找到了最佳材料。在下文中，将参考附图描述所进行的研究的结果。
图5是示出通过对树脂的真空保持性能进行实验而获得的结果的视图。
参考图5，示出了一个曲线图，该曲线图示出了通过使用相应的树脂制造支撑单元，然后测试树脂的真空保持性能而获得的结果。首先，使用酒精对使用所选材料制造的支撑单元进行清洁，在低压下放置48小时，暴露于空气中2.5小时，然后在支撑单元置于真空绝热体中的状态下，在90℃下排气过程约50小时，从而测量支撑单元的真空保持性能。
可以看出，对于LCP，其初始排气性能最佳，但其真空保持性能差。可以预计，这是由LCP对温度的敏感而引起的。另外，通过曲线图的特征可以预计，当最终允许压力为5×10-3托(Torr)时，其真空性能将保持约0.5年。因此，LCP不适合用作支撑单元的材料。
可以看出，对于玻璃纤维PC(G/F PC)，其排气速度快，但其真空保持性能低。确定这将受到添加剂的影响。另外，通过曲线图的特性可以预计，玻璃纤维PC将保持其真空性能，在相同条件下保持约8.2年的时间。因此，LCP不适合被用作支撑单元的材料。
与上述两种材料相比，预计在低释气PC(O/G PC)的情况下，其真空保持性能优异，并且其真空性能将在相同条件下保持约34年。然而，可以看出，低释气PC的初始排气性能低，因此，低释气PC的制造效率降低。
可以看出，对PPS而言，其真空保持性能非常优异，并且其排放性能也很优异。因此，基于真空保持性能，最优选地考虑将PPS用作支撑单元的材料。
图6示出了通过分析从PPS和低释气PC排出的气体的成分而获得的结果，其中，横轴表示气体的质量数，纵轴表示气体的浓度。图6A示出了通过分析从低释气PC排放的气体而获得的结果。在图6A中，可以看到H2系列(I)、H2O系列(II)、N2/CO/CO2/O2系列(III)和烃系列(IV)被均匀排出。图6B示出了通过分析从PPS排出的气体获得的结果。在图6B中，可以看到H2系列(I)、H2O系列(II)、N2/CO/CO2/O2系列(III)的排放程度较弱。图6C是通过分析从不锈钢排出的气体而获得的结果。在图6C中，可以看到，从不锈钢中排出了与PPS类似的气体。因此，可以看出PPS排出的气体与不锈钢相似。
作为分析结果，可以再次确认PPS作为支撑单元的材料是优异的。
图7示出了通过测量高温排气中树脂被大气压力破坏的最大变形温度而获得的结果。此时，以30mm的距离、2mm的直径设置杆31。参考图7，可以看出，对于PE，破裂在60℃发生；对于低释气的PC，破裂在90℃发生；对于PPS，破裂在125℃发生。
作为分析结果，可以看出，PPS最优选地用作真空空间部内部使用的树脂。然而，就制造成本而言低释气PC可以被使用。
在上述真空绝热体的生产过程中，排气过程在约90度下进行约50小时。实际上，在产品的生产过程中难以施行约50小时的排气过程。发明人继续他们的研究活动以找出如何进行改进。结果表明，已经发现如果排气温度增加到约150度或更高的温度，真空绝热体的内部以约1小时的排气过程时间进行释气。
发明人已经确认，当在高于约90℃的温度下进行排气过程时，PPS的释气时间缩短，然而，当排气过程在高温下进行时，支撑单元可能热变形。作为热变形的实施方式，存在杆35塌陷，或支撑单元的支撑板31变形的示例。支撑单元的更换是绝对不能被接受的现象，因为其会导致对所有产品进行处置。因此，进行了额外的研究和开发，以找到即使当进行高温排气过程时支撑单元也不会变形的条件。这将被更详细地描述。
经确认，当作为支撑单元材料的PPS中添加一定量的玻璃纤维后，在排气过程中不会发生热变形。
表1示出了选择PPS作为支撑单元的基材，用不同含量(％)的玻璃纤维制造支撑单元后，在1x10-4托下的热变形的实验结果。该含量表示玻璃纤维相对于支撑单元总重量的重量。
【表1】
Figure BDA0002713731530000091
参考表1，当使用100％的PPS时，可以看出支撑单元的结构在约130度的温度下塌陷。当含有20％的玻璃纤维时，支撑单元的结构在约140度的温度下塌陷。因此，可以看出玻璃纤维的含量必须为约30％或更高，以在约150度的温度下进行排气过程。随着玻璃纤维含量的增加使高温下的强度提高的原因被认为是，即使PPS由于在高温下的劣化而使强度局部弱化，玻璃纤维也会改善弱化了的强度。
随着玻璃纤维含量增加，冲击强度增加。图8示出了与纯PPS相比含有玻璃纤维的材料的冲击强度的实验结果。
参考图8，随着玻璃纤维的含量(％)增加，冲击强度增加。具体而言，当玻璃纤维的含量为约10％时，与纯PPS相比增加率为约1.15倍。当玻璃纤维的含量为约20％时，与纯PPS相比增加率为约2.01倍。当玻璃纤维的含量为约40％时，与纯PPS相比增加率峰值为约2.58倍。当玻璃纤维的含量超过约40％时，即使玻璃纤维含量增加，冲击强度也会降低。
参考实验结果，与纯PPS相比具有约2倍或更高冲击强度的玻璃纤维的含量可以在约20％至约60％的范围内选择。
发明人可以观察到，当支撑单元通过注射成型制造时，由于在其中含有玻璃纤维，支撑单元不能被正确地成形。虽然通过增加在注射中施加的注射压力有望一定程度的改善，但是如果注射压力增加，可能出现泄露和膨胀的局限性。当支撑板35以格状设置以减少热损失，并且杆31和支撑板作为一个整体被一起注射时，由于注射液体的传递距离远，上述局限性可能明显发生。
如果在注射中，杆35的任何位置在一点处没有以预定直径或长度制造，其可能无法经受对应位置处的真空压力。这对真空绝热体是致命的，因为它不仅会导致局限性，而且还会影响其周边的其他杆，导致随后的失效。如果一个杆不能经受真空压力，施加于相邻杆的力变强。
为解决上述局限性，发明人已经根据玻璃纤维的含量找到注射流动性不会变差的范围。图9是示出根据玻璃纤维含量与纯PPS相比的PPS的注射流动性的曲线图。
参考图9，可以看出，随着PPS中玻璃纤维的含量逐渐降低，注射流动性变差。并且，当玻璃纤维的含量超过约50％时，可以看出注射流动性急速变差。因此，确认玻璃纤维含量的最大值优选为约50％，以形成复杂支撑单元的任何部分的设计形状。
以下，将描述用于减少通过真空空间部50的第一板构件10与第二板构件20之间的热辐射的抗辐射片32。第一板构件10和第二板构件20可以由能够防止腐蚀并且提供足够强度的不锈钢材料制成。不锈钢材料的辐射率相对较高，为0.16，因此可以传递大量的辐射热。此外，由树脂制成的支撑单元30的辐射率低于板构件的辐射率，并且不完全设置在第一板构件10和第二板构件20的内表面。因此，支撑单元30对辐射热没有太大影响。因此，可以在真空空间部50的大部分区域上以板状设置抗辐射片32，以集中于第一板构件10与第二板构件20之间传递的辐射热的减少。辐射率低的产品可以优选地用作抗辐射片32的材料。在实施方式中，辐射率0.02的铝箔可以用作抗辐射片32。另外，由于使用一个抗辐射片可能不能充分地抵抗辐射热的传递，可以以一定距离设置至少两个抗辐射片32，使得两个抗辐射片32不互相接触。另外，至少一个抗辐射片可以以与第一板构件10或第二板构件20的内表面接触的状态设置。
再次参考图3B，板构件之间的距离由支撑单元30保持，并且可以在真空空间部50中填充多孔材料33。多孔材料33的辐射率可以比第一板构件10和第二板构件20的不锈钢材料的辐射率高。然而，由于多孔材料33被填充在真空空间部50中，多孔材料33抵抗辐射传热的效率高。
在该实施方式中，可以在不使用抗辐射片32的情况下制造真空绝热体。
参考图3C，可以不提供用于保持真空空间部50的支撑单元30。多孔材料33可设置为被膜34而不是支撑单元30包围。在此，多孔材料33可以以多孔材料33被压缩的状态设置，以保持真空空间部的间隙。由例如PE材料制成的膜34可以以在膜34上被打孔的状态设置。
在本实施方式中，真空绝热体可以在没有支撑单元30的情况下制造。就是说，多孔材料33可以一起执行抗辐射片32的功能和支撑单元30的功能。
图10是示出传导阻抗片及其周边部分的多个实施方式的视图。图2中简要地示出了传导阻抗片的结构，但应该参考附图详细理解。
首先，图10(a)中提出的传导阻抗片可以优选地应用于主体侧真空绝热体。具体地，对第一板构件10和第二板构件20进行密封，以对真空绝热体的内部抽真空。在这种情况下，由于两个板构件的温度彼此不同，在两个板构件之间可能发生传热。设置传导阻抗片60以防止两种不同类型的板构件之间的热传导。
传导阻抗片60可以设有密封部61，在该密封部61处传导阻抗片60的两端被密封以限定用于第三空间的壁的至少一部分并保持真空状态。传导阻抗片60可以被设置为以微米为单位的薄箔，以减少沿用于第三空间的壁传导的热量。密封部610可以被设置作为焊接部。就是说，传导阻抗片60与板构件10和板构件20可以彼此熔接。为了在传导阻抗片60与板构件10和板构件20之间引起熔接作用，传导阻抗片60与板构件10和板构件20可以由相同的材料制成，并且不锈钢材料可以被用作该材料。密封部610不限于焊接部，并且可以通过诸如翘曲(cocking)的工艺来设置。传导阻抗片60可以设置为弯曲形状。因此，传导阻抗片60的导热距离(thermal conduction distance)设置得比每个板构件的线性距离更长，从而可以进一步减少热传导的量。
沿着传导阻抗片60发生温度变化。因此，为了抵抗传热到传导阻抗片60的外部，可以在传导阻抗片60的外部设置屏蔽部62，以发生绝热作用。换言之，在冰箱中，第二板构件20是高温的而第一板构件10是低温的。此外，在传导阻抗片60中发生从高温到低温的热传导，因此传导阻抗片60的温度急剧变化。因此，当传导阻抗片60向其外部打开时，通过打开处的传热会严重地发生。为了减少热损失，在传导阻抗片60的外部设置了屏蔽部62。例如，当传导阻抗片60暴露于低温空间和高温空间中的任一空间时，传导阻抗片60及其暴露部分不用作传导阻抗，这不是优选的。
屏蔽部62可以被设置作为与传导阻抗片60的外表面接触的多孔材料。屏蔽部62可以被设置作为绝热结构(例如，被放置在传导阻抗片60外部的独立垫片)。屏蔽部62可以被设置为真空绝热体的一部分，当主体侧真空绝热体相对于门侧真空绝热体关闭时，该屏蔽部被设置在面向相应的传导阻抗片60的位置处。为了减少即使在主体和门被打开时的热损失，屏蔽部62可以优选地被设置作为多孔材料或单独的绝热结构。
图10(b)中提出的传导阻抗片可以优选地应用于门侧真空绝热体。在图10(b)中，详细描述了与图10(a)的部分不同的部分，并且将相同的描述应用于与图10(a)的部分相同的部分。在传导阻抗片60的外侧部进一步设有侧架70。在侧架70上可以放置用于在门与主体之间密封的部件、排气过程所需的排气口、用于真空保持的消气端口等。这是因为在主体侧真空绝热体中部件的安装方便，但部件的安装位置被限制于门侧真空绝热体中。
在门侧真空绝热体中，难以将传导阻抗片60放置在真空空间部的前端部分(即真空空间部的角侧部分)。这是因为，与主体不同，门的角边缘部分被暴露在外部。更详细的，如果传导阻抗片60被放置在真空空间部的前端部分，则门的角边缘部分暴露在外部，因此存在一个缺点，即应配置单独的绝热部以使传导阻抗片60热绝缘。
图10(c)中提出的传导阻抗片可以优选地被安装在穿过真空空间部的管路中。在图10(c)中，详细描述了与图10(a)和图10(b)的部分不同的部分，并且将相同的描述应用于与图10(a)和图8b的部分相同的部分。可以在管路64的周边部分设置与图10(a)相同形状的传导阻抗片、优选地有褶皱的传导阻抗片63。因此，可以延长传热路径(heat transferpath)，并且可以防止由压力差导致的变形。此外，可提供单独的屏蔽部，以提高传导阻抗片的绝热性能。
将返回参考图10(a)描述第一板构件10与第二板构件20之间的传热路径。通过真空绝热体的热量可以被分为：表面传导热(surface conduction heat)①，其沿着真空绝热体的表面(更具体地，传导阻抗片60)传导；支撑件传导热(supporter conduction heat)②，其沿着设置在真空绝热体内的支撑单元30传导；气体传导热(supporter conductionheat)③，其在真空空间部中通过内部气体来传导；以及辐射传热(radiation transferheat)④，其通过真空空间部进行。
传热可以根据不同设计尺寸而改变。例如，可改变支撑单元，使第一板构件10和第二板构件20可以在没有变形的情况下承受真空压力，可改变真空压力，可改变板构件之间的距离，并且可改变传导阻抗片的长度。根据分别由板构件提供的空间(第一空间和第二空间)之间的温度差，可以改变传热。在该实施方式中，考虑到真空绝热体的总传热量小于由发泡聚氨酯形成的典型绝热结构的总传热量，已经找到了真空绝热体的优选构造。在包括通过发泡聚氨酯形成的绝热结构的典型冰箱中，可以提出19.6mW/mK的有效传热系数。
通过对该实施方式的真空绝热体的传热量进行对比分析，气体传导热③的传热量可能是最小的。例如，气体传导热③的传热量可控制为等于或小于总传热量的4％。被定义为表面传导热①和支撑件传导热②的总和的固体传导热的传热量最大。例如，固体传导热的传热量可以到达总传热量的75％。辐射传热③的传热量小于固体传导热的传热量，但大于气体传导热的传热量。例如，辐射传热③的传热量可以占总传热量的约20％。
根据这样的传热分布，表面传导热①、支撑件传导热②、气体传导热③和辐射传热④的有效传热系数(eK：有效K)(W/mK)可以具有公式1的顺序。
【公式1】
eK固体传导热＞eK辐射传热＞eK气体传导热
在此，有效传热系数(eK)是可以使用目标产品的形状和温度差测量的值。有效传热系数(eK)是可以通过测量总传热量和至少一个传热部分的温度而获得的值。例如，使用可以在冰箱中定量测量的热源来测量热值(W)，使用分别通过冰箱的主体和门的边缘传递的热来测量门的温度分布(K)，以及传热所通过的路径作为换算值(m)进行计算，从而评估有效传热系数。
整个真空绝热体的有效传热系数(eK)是由k＝QL/A△T给出的值。这里，Q表示热值(W)，并且可使用加热器的热值来获得。A表示真空绝热体的截面面积(m2)，L表示真空绝热体的厚度(m)，以及△T表示温度差。
对于表面传导热，传导热值(conductive calorific value)可以通过传导阻抗片60或传导阻抗片63的入口与出口之间的温度差(△T)、传导阻抗片的截面面积(A)、传导阻抗片的长度(L)和传导阻抗片的导热系数(k，传导阻抗片的导热系数是材料的材料性质且可提前获得)获得。对于支撑件传导热，传导热值可以通过支撑单元30的进口与出口之间的温度差(△T)、支撑单元的截面面积(A)、支撑单元的长度(L)和支撑单元的导热系数(k)获得。这里，支撑单元的导热系数是材料的材料属性并且可提前获得。通过从整个真空绝热体的传热量减去表面传导热和支撑件传导热可以得到气体传导热③和辐射传热④的总和。通过显著降低真空空间部50的真空度，当不存在气体传导热时，可以通过评估辐射传热获得气体传导热③与辐射传热④的比率。
当真空空间部50内设有多孔材料时，多孔材料传导热⑤可以是支撑件传导热②和辐射传热④的总和。多孔材料传导热可以根据多个变量(包括多孔材料的种类、数量等)而变化。
根据一个实施方式，由相邻的杆31形成的几何中心与每个杆31所位于的点之间的温度差△T1可以优选地设置为小于0.5℃。另外，由相邻的杆31形成的几何中心与真空绝热体的边缘部之间的温度差△T2可以优选地设置为小于0.5℃。在第二板构件20中，第二板的平均温度与经过传导阻抗片60或传导阻抗片63的传热路径与第二板相交的点处的温度之间的温度差可以是最大的。例如，当第二空间是比第一空间热的区域时，经过传导阻抗片的传热路径与第二板构件相交的点处的温度变得最低。类似地，当第二空间是比第一空间冷的区域时，经过传导阻抗片的传热路径与第二板构件相交的点处的温度变得最高。
这意味着，应该控制除了经过传导阻抗片的表面传导热之外的、通过其他点传递的热量，并且仅在表面传导热占最大传热量时才能实现满足真空绝热体的全部传热量。为此，传导阻抗片的温度变化可以被控制为大于板构件的温度变化。
将描述构成真空绝热体的部件的物理特性。在真空绝热体中，真空压力产生的力施加于所有部件。因此，可优选地使用具有一定的强度(N/m2)的材料。
在这样的情况下，板构件10和板构件20以及侧架70可以优选地由强度足够的材料制成，该材料不会因均匀真空压力而损坏。例如，当减少杆31的数量以限制支撑件传导热时，由于真空压力而发生板构件的变形，这可能对冰箱的外观有不良的影响。抗辐射片32可以优选地由辐射率低且可易于进行薄膜加工的材料制成。另外，抗辐射片32应确保足够的强度不会因外部冲击而变形。支撑单元30的强度足以支撑真空压力产生的力并承受外部冲击，并且具有可加工性。传导阻抗片60可以优选地由薄板形状并且可以承受真空压力的材料制成。
在一个实施方式中，板构件、侧架和传导阻抗片可以由强度相同的不锈钢材料制成。抗辐射片可以由比不锈钢材料强度弱的铝制成。支撑单元可以由比铝强度弱的树脂制成。
与从材料角度看强度不同，需要从刚度的角度进行分析。刚度(N/m)是不会轻易变形的特性。虽然使用相同的材料，但其刚度可以根据其形状而变化。传导阻抗片60或传导阻抗片63可以由一定强度的材料制成，但该材料的刚度优选地较低，以增加热阻性并使辐射热最小化，因为在施加真空压力时传导阻抗片均匀伸展而没有任何凹凸。抗辐射片32需要一定的刚度，以免由于变形而与另一个部件接触。特别地，抗辐射片的边缘部分可能由于抗辐射片的自身负荷导致的下垂而产生传导热。因此，需要一定的刚度。支撑单元30需要足以承受来自板构件的压缩应力和外部冲击的刚度。
在一个实施方式中，优选地，板构件和侧架的刚度可以是最高的，以防止由真空压力导致的变形。优选地，支撑单元、特别是杆的刚度可以是第二高的。优选地，抗辐射片的刚度可以比支撑单元低但比传导阻抗片高。最后，优选地，传导阻抗片可以由易于因真空压力而变形并且刚度最低的材料制成。
即使当多孔材料33填充在真空空间部50中时，优选地，传导阻抗片的刚度可以是最低的，并且优选地，板构件和侧架的刚度可以是最高的。
以下，优选地根据真空绝热体的内部状态来确定真空压力。如上文已经描述的，真空绝热体的内部应保持真空压力以减少传热。此时，容易预期真空压力优选地保持尽可能低以减少传热。
真空空间部可以仅通过支撑单元30来抵抗传热。在此，多孔材料33可以与支撑单元一起填充在真空空间部50中以抵抗传热。向多孔材料的传热可以无需应用支撑单元而被抵抗。
仅应用支撑单元的例子将被描述。
图11示出了通过应用模拟显示绝热性能的变化和气体传导率相对于真空压力的变化的曲线图。
参考图11，可以看出，随着真空压力降低、即随着真空度增加，相较于通过发泡聚氨酯形成的典型产品的情况，在仅主体的情况下(曲线1)或主体和门连接在一起的情况下(曲线2)的热负荷减少，从而提高绝热性能。但是，可以看出，绝热性能的提高程度逐渐降低。此外，可以看出，随着真空压力降低，气体传导率(曲线3)降低。然而，可以看出，尽管真空压力降低，但绝热性能和气体传导率的提高的比率逐渐降低。因此，优选的是，尽可能降低真空压力。然而，获得过大的真空压力需要很长时间，并且由于过度使用消气剂而消耗了大量成本。在该实施方式中，从上述观点提出了最佳的真空压力。
图12是示出通过观察当使用支撑单元时对真空绝热体内部进行排气的过程中的时间和压力的变化所获得的结果的曲线图。
参考图12，为了使真空空间部50处于真空状态，真空空间部50中的气体通过真空泵排放，同时通过烘干使真空空间部50的各部分中残留的潜伏气体蒸发。但是，如果真空压力达到一定水平或更高，则存在真空压力的水平不再增加的点(△T1)。此后，通过将真空空间部50与真空泵断开并且对真空空间部50施加热量来激活消气剂(△T2)。如果消气剂被激活，真空空间部50中的压力在一段时间降低，但是之后会被标准化为保持一定水平的真空压力。在消气剂激活之后保持该一定水平的真空压力为约1.8×10-6托。
在本实施方式中，即使通过操作真空泵排放气体真空压力也不再显著降低的点被设定为在真空绝热体中使用的真空压力的最低限度，由此设定真空空间部50的最小内部压力为1.8×10-6托。
图13是通过比较真空压力与气体传导率所获得的曲线图。
参考图13，根据真空空间部50中间隙尺寸的关于真空压力的气体传导率被表示为有效传热系数(eK)的曲线。有效传热系数(eK)是在真空空间部50中的间隙为2.76mm、6.5mm和12.5mm三个尺寸时被测量的。真空空间部50中的间隙定义如下。当抗辐射片32存在于真空空间部50的内部时，间隙是抗辐射片32和与其相邻的板构件之间的距离。当真空空间部50内不存在抗辐射片32时，该间隙是第一板构件与第二板构件之间的距离。
可看到出，由于间隙的尺寸在对应于0.0196W/mK的典型的有效传热系数(提供给通过发泡聚氨酯形成的绝热材料)的点处较小，即使间隙的尺寸是2.76mm，真空压力也为2.65×10-1托。同时，可以看出，即使真空压力降低，由气体传导热引起的绝热效果降低达到饱和的点是真空压力约为4.5x10-3托的点。4.5×10-3托的真空压力可以被定义为气体热传导引起的绝热效果的降低达到饱和的点。而且，当有效传热系数是0.1W/mK时，真空压力是1.2×10-2托。
当真空空间部50未设置有支撑单元而是设置有多孔材料时，间隙的尺寸范围从几微米到几百微米。在此情况下，即使真空压力相对高、即真空度低时，由于多孔材料，辐射传热量也很小。因此，使用适当的真空泵来调节真空压力。适合于相应真空泵的真空压力为约2.0×10-4托。另外，在气体热传导引起的绝热效果的降低为饱和的点处，真空压力为约4.7×10-2托。而且，由气体热传导引起的绝热效果的降低达到0.0196W/mK的典型有效传热系数时的压力为730托。
当将支撑单元和多孔材料一起设置在真空空间部中时，可以产生并且使用真空压力，该真空压力介于仅使用支撑单元时的真空压力和仅使用多孔材料时的真空压力之间。
在本公开的描述中，通过适当地改变前述另一实施方式的形状或尺寸，可以将用于在真空绝热体的每个实施方式中执行相同动作的部件应用于另一实施方式。因此，还可以容易地提出又一实施方式。例如，在详细描述中，在适合作为门侧真空绝热体的真空绝热体的情况下，通过适当地改变真空绝热体的形状和构造，可以将真空绝热体用作主体侧真空绝热体。
本公开中提出的真空绝热体可以优选地应用于冰箱。然而，真空绝热体的应用不限于冰箱，并且可以应用于各种设备，例如低温制冷设备、加热设备和通风设备。
工业实用性
根据本公开，真空绝热体可以在工业上应用于各种绝热设备。可以增强绝热效果，从而能够提高能量利用效率并且增加设备的有效容积。

Claims (20)

1.一种真空绝热体，包括：
第一板构件，被配置为限定用于第一空间的壁的至少一部分；
第二板构件，被配置为限定用于第二空间的壁的至少一部分，所述第二空间的温度与所述第一空间的温度不同；
密封部，被配置为密封所述第一板构件和所述第二板构件以提供第三空间，所述第三空间的温度介于所述第一空间的温度和所述第二空间的温度之间并且所述第三空间是真空空间；
支撑单元，被配置为保持所述第三空间；
热阻单元，被配置为减少所述第一板构件和所述第二板构件之间的传热量；以及
排气口，所述第三空间的气体经所述排气口来排放，
其中，所述热阻单元包括传导阻抗片，所述传导阻抗片抵抗沿所述第三空间的壁流动的热传导，
所述支撑单元包括至少两个杆，所述杆被配置为支撑所述第一板构件和所述第二板构件，并且
每个所述杆由含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)材料制成。
2.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，在所述杆的一端上布置有支撑板，并且
所述支撑板由含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)材料制成。
3.根据权利要求2所述的真空绝热体，其中，所述支撑板将所述至少两个杆彼此连接，并且
所述杆和所述支撑板被一起注射成型。
4.根据权利要求2所述的真空绝热体，其中，所述支撑板被设置为格状。
5.根据权利要求2所述的真空绝热体，其中，所述支撑板和所述杆被一起注射成型以形成一个整体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约20％至60％，以获得足够的冲击强度。
7.根据权利要求6所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约30％至60％，以在约150度或更高的温度下进行的排气过程中耐热。
8.根据权利要求7所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约30％至50％，以确保足够的注射流动性。
9.根据权利要求8所述的真空绝热体，其中，所述杆的直径约2mm。
10.一种冰箱，包括：
主体，被配置为提供内部空间，物品在其中被存储；以及
门，被设置为相对于外部空间打开和关闭所述主体，
其中，为了供给制冷剂至腔室内，所述冰箱包括：
压缩机，被配置为压缩所述制冷剂；
冷凝器，被配置为冷凝被压缩的制冷剂；
膨胀器，被配置为使被冷凝的制冷剂膨胀；以及
蒸发器，被配置为使被膨胀的制冷剂蒸发以散热，
其中，所述门或所述主体中的至少一者包括真空绝热体，并且
所述真空绝热体包括：
第一板构件，被配置为限定用于所述内部空间的壁的至少一部分；
第二板构件，被配置为限定用于所述外部空间的壁的至少一部分；
密封部，被配置密封所述第一板构件和所述第二板构件以提供真空空间部，所述真空空间部的温度介于所述内部空间的温度和所述外部空间的温度之间并且所述真空空间部是真空空间；
支撑单元，被配置为保持所述真空空间部；
热阻单元，被配置为减少所述第一板构件和所述第二板构件之间的传热量；以及
排气口，第三空间的气体经所述排气口来排放，
其中，所述热阻单元包括传导阻抗片，所述传导阻抗片抵抗沿所述第三空间的壁流动的热传导，并且
所述第三空间内的树脂材料包括含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)。
11.根据权利要求10所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约20％至60％，以获得足够的冲击强度。
12.根据权利要求11所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约30％至60％，以在约150度或更高的温度下进行的排气过程中耐热。
13.根据权利要求12所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约30％至50％，以确保足够的注射流动性。
14.一种真空绝热体，包括：
第一板构件，被配置为限定用于第一空间的壁的至少一部分；
第二板构件，被配置为限定用于第二空间的壁的至少一部分，所述第二空间的温度与所述第一空间的温度不同；
密封部，被配置对所述第一板构件和所述第二板构件进行密封以提供第三空间，所述第三空间的温度介于所述第一空间的温度和所述第二空间的温度之间并且所述第三空间是真空空间；
支撑单元，被配置为保持所述第三空间；
热阻单元，被配置为减少所述第一板构件和所述第二板构件之间的传热量；以及
排气口，所述第三空间的气体经所述排气口来排放，
其中，所述支撑单元包括至少一个杆，所述杆被配置为保持所述第一板构件和所述第二板构件之间的间隙，并且
所述杆由含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)材料制成。
15.根据权利要求14所述的真空绝热体，其中，被配置为支撑所述杆的支撑板被布置在所述杆的至少一端上，并且
所述支撑板由含有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)材料制成。
16.根据权利要求15所述的真空绝热体，其中，所述支撑板和所述杆被一起注射成型。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为加入了所述PPS的重量的总重量的约20％至60％，以获得足够的冲击强度。
18.根据权利要求17所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约30％至60％，以在约150度或更高的温度下进行的排气过程中耐热。
19.根据权利要求17所述的真空绝热体，其中，所述玻璃纤维的含量为约30％至50％，以确保足够的注射流动性。
20.根据权利要求14所述的真空绝热体，其中，所述热阻单元包括：
传导阻抗片，抵抗所述板构件之间的热传导；以及
抗辐射片，抵抗所述板构件之间的热辐射。
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