CN111989517A

CN111989517A - 真空绝热体及冰箱

Info

Publication number: CN111989517A
Application number: CN201980024439.9A
Authority: CN
Inventors: 韩索尔; 金大雄; 丁元荣; 李将石
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2020-11-24
Also published as: RU2022101829A; AU2019292215A1; AU2022218619A1; US11953260B2; EP3814668A1; EP3814668A4; WO2020004953A1; AU2019292215B2; US20230089951A1; US11519662B2; US20200393191A1; KR20230169013A; KR20200001376A; AU2022218619B2; RU2765795C1; KR102609014B1

Abstract

提供一种真空绝热体。所述真空绝热体包括支撑单元，被配置为保持真空空间部。所述支撑单元包括多个杆，所述杆在第一板构件和第二板构件之间沿竖直方向延伸。当所述杆的节距为a时，形成所述杆的材料的弹性模量为E，并且当所述杆的横截面为椭圆形时，长轴半径为n且短轴半径为m，下述公式被满足。

Description

真空绝热体及冰箱

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。

本申请人已经提出了标题为真空绝热体及冰箱的韩国专利申请第10-2015-0109627号(引用文献4)。根据该技术，公开了一种能够应用于实际冰箱的真空绝热体。另外，引用文献4公开了布置于真空绝热体内部的支撑单元的杆的节距。

在支撑单元的制造中使用的树脂是引起释气的主要因素，并且昂贵的树脂材料的使用导致制造成本的增加。

发明内容

技术问题

实施方式提供一种支撑单元的构造，其中，最低限度地使用操作真空绝热体所需的树脂量。

实施方式还提供一种方法，其中，提出了应用于支撑单元的杆的节距。

实施方式还提供真空压力和绝热厚度，在所述真空压力和所述绝热厚度下真空绝热体的绝热效率提高。

解决方案

在一个实施方式中，真空绝热体包括：热阻单元，被配置为减少第一板构件和第二板构件之间的传热量；以及支撑单元，被配置为保持真空空间部，其中，所述支撑单元包括在所述第一板构件和所述第二板构件之间沿竖直方向延伸的多个杆，并且当所述杆的节距为a时，形成所述杆的材料的弹性模量为E，当所述杆的横截面为椭圆形时，长轴半径为n且短轴半径为m，满足下述公式

根据实施方式，可以提供在所述真空绝热体的杆之间提供所述节距的基本方法，以获得所述杆的稳定空隙。

所述热阻单元可以包括传导阻抗片，所述传导阻抗片抵抗沿真空空间部的壁传递的热传导，并且可以进一步包括连结至所述传导阻抗片的侧框架。

另外，所述热阻单元可以包括至少一个抗辐射片，所述抗辐射片以板状设置于所述真空空间部内，或者可以包括多孔材料，所述多孔材料抵抗所述真空空间部内所述第二板构件和所述第一板构件之间的辐射传热。

本发明的有益效果

由于最低限度地使用操作所述真空绝热体所需的所述树脂量，经济可行性可能更高。

可以最佳地建议应用于支撑单元的杆的节距，以使支撑单元稳定动作，同时抑制树脂的过度使用。

根据所述实施方式，可以提高所述真空绝热体的绝热效率。

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是示出传导阻抗片及其周边部件的多个实施方式的视图。

图5是重塑的杆的视图。

图6是所述杆的横截面图。

图7用于解释单位面积压力的参考视图，所述单位面积压力被施加于单位杆。

图8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。

图9是根据模拟示出的取决于绝热厚度的冰箱的消耗效率的曲线图、即示出功率消耗效率最佳的pollux模型的真空绝热厚度的功率消耗曲线图。

图10是0.0089m和0.12m的气体导热系数的曲线图，0.0089m和0.12m是所述真空绝热体的绝热厚度的最小和最大值。

图11是通过当所述绝热厚度为约0.12m时改变真空压力模拟气体导热系数而获得的表。

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用于通过排放真空空间部50中的空气而形成真空状态。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可以限定用于设置第一空间的至少一部分壁。第二板构件20可以限定用于设置第二空间的至少一部分壁。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还具有与每个空间接触的单独的壁的产品。

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进行的热传导，并且热阻单元还可以包括连结至该传导阻抗片的侧框架。传导阻抗片和侧框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、和板构件10和板构件20之间的接触引起的热传导量的增加。

可提供支撑单元30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。

支撑单元30可以由从PC、玻璃纤维PC、低释气PC、PPS和LCP中选择的树脂制成以获得高抗压强度、低释气率和低吸水率、低导热系数、高温下的高抗压强度和优越的加工性能。

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，以集中于减少在第一板构件10与第二板构件20之间传递的辐射热。辐射率低的产品可以优选地被用作抗辐射片32的材料。在实施方式中，辐射率0.02的铝箔可以被用作抗辐射片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15B，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，所以多孔材料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4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4(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可以被设置为弯曲形状。因此，传导阻抗片60的导热距离(thermal conduction distance)被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，以产生绝热作用。换言之，在冰箱中，第二板构件20处于高温而第一板构件10处于低温。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，会严重地产生通过打开处的传热。为了减少热损失，屏蔽部62被设置在传导阻抗片60的外部。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及其暴露部分不被用作传导阻抗件，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，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4(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4(b)中，详细描述了与图4(a)的部分不同的部分，并且将相同的描述应用于与图4(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框架70。在侧框架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4(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4(c)中，详细描述了与图4(a)和图4(b)的部分不同的部分，并且将相同的描述应用于与图4(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4(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 transfer path)，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4(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②，其沿着被设置在真空绝热体内的支撑单元30传导；气体传导热③，其在真空空间部中通过内部气体传导；以及辐射传热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，可以改变传递热。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的总和的固体传热的传热量最大。例如，固体传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)，以及传递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以及侧框架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、侧框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，板构件和侧框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，板构件和侧框架的刚度可以是最高的。

以下，将描述支撑单元的构造和特性以及杆的节距。杆31的节距可以影响杆的横截面形状、杆的长度、杆的材料和真空压力。此外，杆31的节距可以影响板构件的材料和厚度。然而，板构件可以在薄而大的区域上对杆施加静负荷，因此，板构件不会对杆的节距产生很大影响。

发明人发现，杆的节距是由预定关系定义的，该关系基于杆31承受极限屈曲应力，杆甚至不会由于真空绝热体的真空压力而产生的应力而断裂。下面将对此进行描述。

图5是示出杆被重塑的状态的视图，图6是杆的横截面图。

参考图5，杆的屈曲负荷由

给出。在此，F_cr是杆的屈曲负荷，L是杆的长度，I是惯性矩，E是杆的材料的弹性模量。另外，椭圆柱在x轴方向和y轴方向上的惯性矩为

和

当杆的横截面是椭圆形时，在杆没有损伤的情况下，施加于杆的最高屈曲负荷的方向上的惯性矩为l_x。这是因为m小于n，并且屈曲发生在x方向上。

当将x方向中的惯性矩引入杆的屈曲负荷的公式中时，提出了公式2。

【公式2】

其中F_cr是杆的屈曲负荷，L是杆的长度，I是惯性矩，E是提供杆的材料的弹性模量，m是杆的横截面的短轴半径，n是杆的横截面的长轴半径。杆的长度L与真空绝热体的绝热厚度相等。

屈曲应力是通过将屈曲负荷除以杆的横截面面积获得的值并且可以由公式3给出。

【公式3】

其中σ_cr是屈曲负荷，F_cr是杆的屈曲负荷，A是杆的横截面面积，L是杆的长度，I是惯性矩，E是提供杆的材料的弹性模量，m是杆的横截面的短轴半径，n是杆的横截面的长轴半径。

通过公式3可以看出，如果施加于杆的应力超过σ_cr，杆会断裂。

将参考附图描述每单位面积的应力被施加到图7所示的单个杆上，根据施加于杆的压力的应力作用于单位面积上。

参考图7，当在左右方向上杆31的节距之间的间隔相同时，可以认为施加到以杆的间隔设置的单位面积上的压力与施加到单个杆上的压力相同。

因此施加于各个杆31的应力可以由公式4给出。

【公式4】

其中σ_nomal是压力施加于杆的真空应力，a是杆的节距，P是施加于单位面积的压力。

根据公式4，杆的屈曲应力和施加于杆的压力是相同的值。就是说，当由于真空绝热体内的真空压力引起的真空应力达到屈曲应力时，杆会断裂。这在公式5中总结如下。

【公式5】

其中L是杆的长度，E是提供杆的材料的弹性模量，m是杆的横截面的短轴半径，n是杆的横截面的长轴半径，a是杆的节距，P是施加于板构件10和板构件20的压力(即通过在大气压力中减去真空空间部的压力获得的值)。

公式5可以修改为公式6所示。

【公式6】

公式6在左侧对应于公式5中的杆的横截面面积和杆的弹性模量的元素总和。

当确定了右侧的施加于的真空绝热体的压力和杆的长度(热绝热体的厚度)时，杆的横截面形状(另一个元素)，和杆的材料具有根据每个指数确定的比例关系。

下述事实通过上述公式6变得清楚。

第一，当其他条件相同时，为安全起见，杆的节距的平方必须与施加在板构件上的压力的平方根成正比。

第二，当其他条件相同时，为安全起见，杆的节距必须与杆的长度成反比。

第三，当其他条件相同时，为安全起见，杆的节距必须与杆材料的弹性模量的平方根成反比。

第四，当其他条件相同时，杆的节距应与杆的椭圆形横截面的长轴半径的3/2次方成反比。

第五，当其他条件相同时，杆的节距必须与杆的椭圆形横截面的短轴的平方根成反比。

第六，当其他条件相同时，当杆的横截面是圆形时，杆的节距必须与横截面面积成反比。

第七，当其他条件相同时，只要确定真空绝热体的绝热厚度和真空压力的宽度，就可以以预定的相互关系确定杆的节距和横截面形状。

参考公式6可以看出，获得真空绝热体的绝热厚度的最大/最小值和施加于真空绝热体的压力的最大/最小值，以获得真空绝热体的最高绝热效率。以下，将描述获得真空绝热体的绝热厚度的最大/最小值和施加于真空绝热体的压力的最大/最小值的过程。

参考图8，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。

绝热厚度越大，绝热效率增加得越好，但绝热厚度越大，冰箱的内部空间越小。

将在以上背景下描述真空绝热体的绝热厚度的最小值。

首先，真空绝热体的厚度的最小值被认为是约4mm，这是真空绝热体内部设置消气剂尺寸的物理极限。然而，消气剂的尺寸不仅会减小，而且功率消耗也会过大。

即使通过使用真空绝热体可以获得提升绝热性能的效果，如果功率消耗过大，即使与根据现有技术使用发泡聚氨酯的冰箱相比，也不能获得良好效果。在此背景下，发明人已经发现当绝热厚度小于图9中所示的曲线图中的斜率变为-1的点时，功率消耗急剧增加。在曲线图中，绝热厚度的最小值为8.9mm。当然，如果绝热厚度在曲线图中斜率为-1的点处，功率消耗的改善逐渐减小。

作为上述讨论的结果，真空绝热体的最小厚度可以确定为约8.9mm(0.0098m)。

随着真空绝热体厚度的增加，绝热效率提高，但冰箱的内部容积减小，这不是优选的。在此背景下，真空绝热体的厚度与根据现有技术使用发泡聚氨酯的冰箱主体的厚度基本相同的情况可以设置为真空绝热体的最大厚度。

目前，最有效的冰箱主体的尺寸为约1500升，并且冰箱的内部容积为约900升。另外，冰箱壁的容量约为600升。当假定主体的每一侧被设置为正方形时，除了门之外的五侧的厚度为约0.12m。

作为上述讨论的结果，真空绝热体的最大厚度可以确定为约0.12mm。

如图8所示，真空绝热体的真空压力越低，气体导热系数越低以提升绝热性能；真空压力越高，气体导热系数越高以恶化绝热性能。

被容许的绝热性能的最小值可以被视作根据相关技术通过泡沫聚氨酯提供的绝热体的情况。图10是0.0089m和0.12m的气体导热系数的曲线图，0.0089m和0.12m是真空绝热体的绝热厚度的最小和最大值。

参考图10，当在聚氨酯的导热系数是0.0196W/mK处的绝热厚度是0.0089m时，真空绝热体的绝热厚度的最大值可以是8.3×10^-2托。

基于以上所述，真空压力的最大值可以确定为8.3×10^-2托。

由于真空压力降低气体导热系数降低，真空绝热体的真空压力的最低值是优选的。然而，随着排气时间变长，真空压力降低到一定水平下，气体热传导的改善效果不明显。

在上述背景下，真空压力逐渐降低一个定值，当气体传导系数的改善程度变小时，可以确定真空压力。确定降低真空压力的定值为0.1^-n，并且随着指数增大到负值，宽度减小。这是因为，对于排气，指数增大到负值，排气时间变长。例如，根据顺序为

的真空压力进行关于气体导热系数的改善程度的模拟。

即使当气体导热系数相同时，当真空绝热体的绝热厚度大时真空压力较低。因此，真空绝热体的绝热厚度可以基于0.12m(最厚)。在此，气体导热系数使用

该公式可以被应用于所有类型的气体导热系数。

图11是在绝热厚度为约0.12m时，通过模拟改变真空压力时的气体导热系数获得的表。参考图11，当真空压力为9.9×10^-9托时，气体导热系数的改善程度下降至约1％或更小。

基于以上所述，真空压力的最小值可以确定为9.9×10^-9托。

作为上述研究的结果，真空绝热体的绝热厚度的最大/最小值分别是0.12m和0.0089m，真空绝热体的真空压力的最大/最小值分别为8.3×10^-2托和9.9×10^-9托。

该结果可以被代入公式6。从真空绝热体在大气压力下的真空压力中减去在此之前施加于单位面积的压力。当在101,325Pa的大气压力中减去8.3×10^-2托(11.0666Pa)和9.9×10^-9托(1.32x10^-6Pa)时，可以分别获得101,313.933Pa和101,325Pa。

结果是，在公式6中，真空绝热体的绝热厚度L的最大/最小值分别是0.12m和0.0089m，施加于单位面积的压力P的最大/最小值可以使用101,313.933Pa和101,325Pa。

如果在公式6中带入上述值，可以获得公式7的值。

【公式7】

在这种情况下，杆的每个节距a必须大于椭圆形状的杆的短轴的两倍和长轴的两倍。

产生公式7的结果的具体数值的赋值由公式8表示。

【公式8】

参考公式8，由于当绝热体的绝热厚度大(0.12)时真空压力降低，施加于单位面积的压力变大(101325)。结果是，可以看出公式8的结果被分为绝热厚度大的时间和绝缘厚度小的时间。

如果杆是圆形形状，m和n是相同值，并且公式7的中值可以被改变为Er⁴/a²(r是杆的半径)。为了注射方便杆的横截面可以优选地以圆形形状设置。

根据公式7，杆的横截面面积和杆之间的节距根据预定指数彼此成比例。

根据上述描述，真空绝热体的支撑单元可以通过利用杆的材料、杆的横截面形状和杆的节距之间的关系来应用。

当应用公式7时，当一个元素被放大时，可以通过与其他元素的相关性正向控制。

当然可以通过使用公式7并且额外添加安全系数进一步加强支撑单元的安全使用。

尽管公式7假定真空空间部中没有任何东西，如果多孔材料被包含在真空空间部中，则可以充分应用于基本安全检查。

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，并且可以被应用在各种设备中，例如低温制冷设备、加热设备和通风设备。

工业适用性

根据实施方式，适用于真空绝热体的支撑单元可以被更安全地设计。可以根据实施方式获得更接近工业用途的真空绝热体和冰箱，例如冰箱等。因此，有望很快得到的工业上的应用。

Claims

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被排出，

其中，所述支撑单元包括多个杆，所述杆在所述第一板构件和所述第二板构件之间沿竖直方向延伸，并且

当所述杆的节距为a，形成所述杆的材料的弹性模量为E，并且当所述杆的横截面为椭圆形时，长轴半径为n且短轴半径为m，满足下述公式

2.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，消气剂被设置在所述第三空间中，并且

所述第三空间的厚度至少为4mm。

3.根据权利要求2所述的真空绝热体，其中，所述第三空间的厚度至少为8.9mm。

4.根据权利要求3所述的真空绝热体，其中，所述第三空间的厚度至多为0.12mm。

5.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述第三空间的真空压力至多为8.3×10^-2托。

6.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述第三空间的真空压力至少为9.9×10^-9托。

7.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距的平方相对于施加于所述板构件的压力的平方根成正比地增加。

8.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距相对于所述杆的长度成反比地减少。

9.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距相对于所述杆的材料的弹性模量的平方根成反比地减少。

10.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距相对于所述杆的椭圆形横截面的长轴的3/2次方成反比地减少。

11.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距相对于所述杆的椭圆形横截面的短轴的平方根成反比地减少。

12.根据权利要求1所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距相对于当所述杆的横截面为圆形时所述横截面的面积成反比地减少。

13.根据权利要求1所述的真空绝热体，还包括支撑板，所述支撑板包含所述第一板构件或所述第二板构件中的至少一个以支撑所述杆的一端。

14.一种真空绝热体，包括：

密封部，被配置为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；

排气口，所述第三空间的气体经所述排气口排出，

其中，所述支撑单元包括：

多个杆，在所述第一板构件和所述第二板构件之间沿竖直方向延伸并且彼此隔开预定节距；

支撑板，被配置为支撑所述杆，

其中，所述第三空间的厚度为约4mm或更大，所述第三空间的真空压力为约8.3×10^-2托至约9.9×10^-9托，

每个所述杆的节距的平方相对于施加于所述板构件的压力的平方根成正比地增加，并且所述杆的节距与所述杆的长度成反比减少。

15.根据权利要求14所述的真空绝热体，其中，根据权利要求14所述的真空绝热体，其中，当所述杆的节距为a，形成所述杆的材料的弹性模量为E，并且当所述杆的横截面为椭圆形时，长轴半径为n且短轴半径为m，满足下述公式

16.根据权利要求15所述的真空绝热体，其中，所述第三空间的厚度为约8.9mm至约0.12mm。

17.一种冰箱，包括：

主体，被配置为提供物品被存储在其中的内部空间；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至少一个包括真空绝热体，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，被配置对所述第一板构件和所述第二板构件进行密封以提供真空空间部，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；

排气口，所述真空空间部的气体经所述排气口被排出，

其中，所述支撑单元包括多个杆，所述杆被设于所述第一板构件和所述第二板构件之间且以格子状被设置以具有预定节距，

所述内部空间和所述外部空间处于大气压力，

所述真空空间部的真空压力为约8.3×10^-2托至约9.9×l0^-9托，并且

18.根据权利要求17所述的真空绝热体，其中，在所述杆的横截面是呈椭圆形的圆形的情况下，当所述杆的横截面的半径为r时，满足下述公式1.0354<Er⁴/a²<188.2097。

19.根据权利要求17所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距相对于所述杆的椭圆形横截面的长轴的3/2次方成反比地减少。

20.根据权利要求17所述的真空绝热体，其中，所述杆的节距相对于所述杆的椭圆形横截面的短轴的平方根成反比地减少。