KR100540522B1

KR100540522B1 - 진공 단열재와 이것을 이용한 기기

Info

Publication number: KR100540522B1
Application number: KR1020027014137A
Authority: KR
Inventors: 다니모토야스아키; 덴라도모히사; 나카니시마사유키; 유아사아키코
Original assignee: 마쓰시타 레키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2006-01-10
Also published as: EP1275893B1; DE60126403T2; US6938968B2; TW470837B; HK1055784A1; DE60126403D1; CN1212485C; WO2001081817A1; EP1275893A4; US20030157284A1; KR20030011828A; CN1425116A; EP1275893A1

Abstract

본 발명의 진공 단열재는 SiO₂를 주성분으로 하고, 또한 Al₂O₃, CaO, MgO를 함유한 특정한 조성을 가지며, 직경 10㎛ 이하의 무기 섬유로 이루어지는 시트를 다수 매 적층한 심재와, 가스 배리어성을 갖는 외피재와, 흡착제로 구성된 것이다. 또한, 본 발명의 진공 단열재는 상기 진공 단열재를 성형하여, 상기 진공 단열재에 적어도 하나 이상의 홈을 형성하여 되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 진공 단열재는 특히 섬유 직경 분포의 피크치가 1㎛ 이하, O.1㎛ 이상인 무기 섬유 심재를 사용하고, 또한 섬유 재료를 결착하기 위한 결합재를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 전자 기기는 상기 본 발명의 진공 단열재를 사용한 것이다. 본 발명의 진공 단열재를 사용함으로써, 에너지 절약 특성이 우수하고, 또한 이용자에게 불쾌감을 주지 않는 전자기기, 전기기기를 제공할 수 있다.

Description

진공 단열재와 이것을 이용한 기기{Vacuum insulating material and device using the same}

본 발명은 가전제품의 단열재로서 사용가능한 진공 단열재, 및 그 진공 단열재를 적용한 냉장고, 보온보냉용기, 급탕기, 자동판매기, 노트형 컴퓨터 등의 기기에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보호에 대한 적극적인 시도가 중요한 것으로 되고 있다. 가전제품에로의 긴급 요구로서 에너지 절약화가 있고, 냉장고, 보온보냉용기 등의 단열 성능의 향상이 중요 과제로 되어 있다. 또한, 여러가지 가전제품, 전자기기에 있어서도 에너지 절약화를 위해 단열재의 고성능화가 필요불가결하게 되어 왔다.

또한, 최근 등장해 온 과제로서, 노트형 컴퓨터에 있어서, 장치 내부에서 발생한 열이 장치 케이스의 표면에 전달되어, 장치 케이스 표면의 온도가 상승하였을 때, 장치 이용자의 신체와 상기 장치 케이스 표면이 장시간 접촉하는 부분의 열이 장치 이용자에게 불쾌감을 주는 것이 문제가 되고 있어서, 여기서도 우수한 단열성을 갖는 단열재가 요청되고 있다.

이러한 과제를 해결하는 한 수단으로서 진공 단열재가 있다. 예컨대, 무기 분말을 이용한 진공 단열재가 일본국 특개소 57-173689호 공보나 일본국 특개소 61-144492호 공보에 기재되어 있다. 그 내용은 필름상 플라스틱 용기에 단일 입자 직경이 1㎛ 이하인 무기 분말을 충전하여 내부를 감압후 밀폐함으로써, 진공 단열재를 얻는다는 것이다.

그러나, 상기 종래기술에서는 미분말을 사용하고 있기 때문에, 분진에 의한 작업환경의 악화나, 제조공정이 복잡화하는 등의 문제가 있다.

또한, 진공 단열재의 이음매 부분에서의 열 누설을 억제하기 위해, 진공 단열재에 가요성을 부여하는 방법이 특개 2000-97390호 공보에 개시되어 있다.

그렇지만, 종래기술의 방법에서, 진공 단열재에 가도성을 부여하기 위해서는 압축성형한 심재가 그 형상을 유지하는 것이 필요하고, 심재가 자기 형상 유지 성능을 가지지 않은 경우에는 종래기술은 적용할 수 없었다. 특히, 무기 섬유로 이루어지는 시트상 성형체를 심재로 하는 경우는 압축성형에 의해 무기 섬유가 압단(壓斷)되어, 심재 그 자체가 붕괴하므로, 종래기술에 의해 가요성을 부여할 수 없었다.

이들 문제를 해결하고자 하는 시도도 되어 있고, 특히 섬유계 재료를 이용한 진공 단열재가 제안되어 있다.

예컨대, 특공소 30-3139 공보에 의하면, 250㎛ 이하의 섬유 직경으로 이루어지는 글래스 섬유를 심재로 하고, 내부를 0.75Pa 이하의 진공도로 유지한 진공 단열재가 제안되어 있다. 또한, 일본국 특개소 60-208226호 공보에는 무기의 세경 섬유를 전열방향에 대하여 직각 방향으로 랜덤하게 적층하여, 봉입 섬유를 도중까지 봉입한 섬유를 진공 단열재의 심재로 하는 것이 기재되어 있다.

또한, 섬유를 바인더로 굳히는 공지 사례로는 일본국 특개평 9-138058호 특허공보에 기재되어 있다. 그 내용은 글래스 울 등의 섬유질 재를 유기계 바인더를 사용하여 성형하여, 이것을 진공 단열재의 심재로서 적용한다는 것이다.

그렇지만, 이들 종래기술에서는 이하와 같은 문제가 있고, 실용화가 곤란하였다. 예컨대, 특공소 30-3139호 특허공보의 기술내용에서는 단열재가 글래스 섬유단체로 구성되어 있기 때문에, 일정한 형상으로 성형하는 것이 어렵고, 판상 진공 단열재를 제작하는 바와 같은 경우, 섬유 자체에 형상유지성이 없기 때문에 진공 단열재의 심재로서 사용하는 데에 있어서 공수(工數)가 걸리는 문제가 있다.

또한, 일본국 특개소 60-208226호 특허공보의 기술내용에서는 섬유가 봉입되어 있기 때문에, 섬유 자체에 형상유지성이 부여되지만, 고체에 의한 열전도를 저감시키면서 섬유를 봉입하기 위해서는 범용적인 방법으로는 대응할 수 없고, 생산 비용이 높아지는 문제가 있다.

또한, 일본국 특개평 9-138058호 특허공보의 기술내용에 의하면, 섬유 재료에 형상유지성을 부여하는 방법으로서 유기계 바인더로 굳히는 것이 제안되어 있는데, 바인더의 종류의 기재는 있지만, 첨가량이나 사용하는 섬유의 재료 구성 등에 대한 기재가 없다. 이 때문에, 진공 단열재로서 적용할 수 있는 단열 성능을 유지하면서, 바인더로 굳히는 것이 곤란하다는 문제를 안고 있다.

고성능인 진공 단열재로는 예컨대, 일본국 특개평 7-167376호 공보나 일본국 특개평 7-139691호 공보가 제안되어 있다. 일본국 특개평 7-167376호 공보는 평균 섬유 직경 2㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하의 무기질 섬유에 산성 수용액 처리 및 압축 탈수 처리를 실시하여, 무기질 섬유의 용출 성분을 무기질 섬유의 교점에 모아, 결합재로 하여 작용시켜 결착시킨 것을 심재로서 사용하여, 진공 단열재를 얻는 것이다. 일본국 특개평 7-139691호 공보는 평균 섬유 직경 2㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하의 무기질 섬유를 산성 초조(抄造)하여 얻어진 페이퍼를 산성 분위기하에서 다수 매 적층한 후, 압축처리를 실시하여, 무기질 섬유끼리를 이들 섬유보다 용출한 성분에 의해 각 교점에서 결착한 진공 단열재를 얻는 것이다.

또한, 특히 섬유계 재료를 이용한 가요성을 갖는 진공 단열재가 제안되어 있다. 예컨대, 특표평 5-502431호 공보에서는 섬유 직경이 1㎛ 이상, 25㎛ 이하인 무기 섬유 재료를 심재로서 포함하는 진공 단열재로, 결합재를 포함하지 않는 것을 특징으로 하고 있다. 효과로는 결합재를 포함하지 않기 때문에, 가요성이 우수한 데다가, 외피재 중의 진공상태하에서 결합재로부터 발생하는 기체가 없기 때문에, 경시적인 단열 성능의 열화가 없고, 신뢰성이 우수한 것이 개시되어 있다.

그렇지만, 이들 종래기술에서는 이하와 같은 문제가 있었다. 예컨대, 일본국 특개평 7-167376호 공보나 일본국 특개평 7-139691호 공보의 기술내용에서는 무기질 섬유의 용출 성분을 무기질 섬유의 교점에 모아, 결합재로 하여 작용시켜 결착하고, 또한 압축처리가 실시된 것을 심재로서 사용하고 있기 때문에, 가요성이 없고, 진공 단열재의 구부림, 만곡처리, 원통화 등의 변형화에 대응할 수 없다.

또한, 특표평 5-502431호 공보의 기술내용에서는 진공 단열재의 변형에 대응할 수 있고, 신뢰성도 우수하지만, 섬유 직경이 1㎛보다도 크기 때문에, 단열 성능으로는 종래의 범용 경질 우레탄 폼의 3배 정도로 불충분하다.

이상과 같이, 이들 종래기술에서 안고 있는 공통적인 과제는 비용과 성능, 특히 단열 성능과 가요성의 양립을 구현화하는 것이 곤란하고, 결과로서 실용화할 수 없는 것에 있다.

본 발명은 진공 단열재에 사용되는 섬유 재료의 물성, 성상을 한정함과 동시에, 바인더의 종류 및 첨가량의 유무에 관해서도 한정함으로써, 저 비용화를 실현하여, 실용화가 가능한 진공 단열재 및 그것을 이용한 전자기기를 제공하는 것이다.

본 발명의 진공 단열재는 SiO₂를 주성분으로 하고, 또한 Al₂O₃, CaO, MgO를 함유한 특정한 조성을 가지며, 직경 1O㎛ 이하의 무기 섬유로 이루어지는 시트를 다수 매 적층한 심재와, 가스 배리어성을 갖는 외피재와, 흡착제로 구성된 것이다. 진공 단열재는 다수 매 적층한 시트의 최상부 및 최하부를 제거하고 시트에 오목부를 형성하여, 오목부에 흡착제를 배치한 것을 특징으로 한 것이다.

또한, 본 발명의 진공 단열재는 상기 진공 단열재를 성형하여, 상기 진공 단열재에 적어도 1개 이상의 홈을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 진공 단열재는 특히 섬유 직경 분포의 피크치가 1㎛ 이하, O.1㎛ 이상인 무기 섬유 심재를 사용하고, 또한 섬유 재료를 결착하기 위한 결합재를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 기기는 상기 본 발명의 진공 단열재를 사용한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 진공 단열재의 단면 모식도,

도 2는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면 모식도,

도 3은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 진공 단열재의 평면도,

도 4는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면 모식도,

도 5는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면 모식도,

도 6은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면 모식도,

도 7은 본 발명의 일실시예인 진공 단열재의 단면도,

도 8은 본 발명의 일실시예인 진공 단열재의 단면도,

도 9는 본 발명의 일실시형태에 의한 냉장고의 사시투영도,

도 10은 본 발명의 일실시예인 냉동냉장고의 단면도,

도 11은 본 발명의 일실시형태에 의한 보온보냉상자의 단면도,

도 12는 본 발명의 일실시형태에의한 급탕기의 단면도,

도 13은 본 발명의 일실시예인 노트형 컴퓨터의 단면도, 및

도 14는 본 발명의 일실시예인 오븐렌지의 단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 진공 단열재 2: 심재

3: 외피재 4: 흡착제

5: 홈 6: 알루미늄박 라미네이트 필름

7: 증착 필름 8: 무기 섬유

9: 냉동냉장고 10: 냉동실

11: 기계실 12: 고온 냉매 배관

13, 19: 외측 상자 14, 20: 내측 상자

15: 경질 우레탄 폼 16: 컴프레서

17: 보온보냉상자 18, 25: 덮개

21: 축냉제(蓄冷劑) 22: 단열재

23: 급탕기 24: 저탕용기

26: 가열기 27: 메인보드

28: 발열부 29: 케이스

30: 방열판 31: 오븐렌지

32: 외벽 33: 오븐벽

34: 유도가열수단 35: 전력변환기

36: 고주파 자계 발생수단

이하, 본 발명의 실시형태에 관해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시형태 1)

도 1은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면도로, 진공 단열재(1)는 심재(2)와 외피재(3)와 흡착제(4)로 구성되어 있다.

외피재(3)는 2종류의 라미네이트 필름으로부터 구성되어 있다.

진공 단열재의 한 면을 덮는 라미네이트 필름은 폴리아미드(16㎛)/폴리에틸 렌테레프탈레이트(12㎛)/알루미늄박(6㎛)/고밀도 폴리에틸렌(50㎛)으로 이루어지는 4층 구조이다. 폴리아미드 필름은 표면 보호층으로서 최외층에 형성하고, 고밀도 폴리에틸렌층은 열 시일용이다.

다른 면은 표면 보호층에 폴리아미드(16㎛)/폴리에틸렌테레프탈레이트(12㎛) /에틸렌-비닐알콜 공중합체 수지 조성물(15㎛)의 내측에 알루미늄 증착을 실시한 필름/고밀도 폴리에틸렌(50㎛)의 4층으로 이루어지는 라미네이트 필름으로 되어 있다. 고밀도 폴리에틸렌층은 열 시일용이다.

상기 구성의 진공 단열재(1)에서는 외피재(3)의 한 면이 알루미늄박으로 이루어지는 라미네이트 필름, 다른 면이 알루미늄 증착으로 이루어지는 라미네이트 필름에 의해 구성되어 있기 때문에, 알루미늄박에 의한 열 누설을 억제할 수 있음과 동시에, 증착 필름으로부터의 가스 침입량도 억제할 수 있다. 즉, 열 누설 증대에 의한 단열 성능 악화와 가스 침입에 의한 단열 성능의 경시 열화의 양쪽을 억제할 수 있다.

그렇지만, 외피재(3)는 이러한 구성에 한정될 필요성은 없다. 외피재의 비용 저감이나 고온 영역에서의 사용 등을 상정한 경우, 열 시일층으로서 폴리에틸렌 대신에 결정성 폴리프로필렌(50㎛)을 사용한 라미네이트 필름을 사용해도 된다.

또한, 최외층의 폴리아미드를 제거하여 폴리에틸렌테레프탈레이트의 두께를 약간 두껍게 함으로써, 폴리아미드의 삭감에 의한 저 비용화를 꾀할 수 있다. 폴리아미드를 제거한 것에 의한 내굴곡성의 악화는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 두께 증가에 의해서 대응할 수 있다.

또한, 사용환경에 따라서도 외피재의 구성은 여러가지의 재료 선정이 필요하게 된다. 냉장고나 쿨러 박스 등의 비교적 저온 영역에서 사용하는 경우 등은 열 시일층의 재료로는 고밀도 폴리에틸렌 등이 적합하다. 한편으로, 급탕기 등의 비교적 고온 영역에서 사용하는 경우는 열 시일층에는 결정화 폴리프로필렌이나 에틸렌비닐알콜 공중합체 수지, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지나 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 등이 적합하다.

또한, 2종류의 라미네이트 필름을 사용하지 않고서, 1종류의 라미네이트 필름으로 외피재를 구성해도 된다. 이 경우, 외피재(3)의 시일 형태는 3방 시일로 한정되는 것이 아니라, 가젯(gadget) 자루 수단이나 필로(pillow)제 자루 가공에 의한 자루 등을 이용하는 것이 가능하다. 이것에 의해 외피재(3)의 외주 주연부에 생기는 돌기부가 감소하여, 돌기부를 접어 꺾는 공정을 삭감하는 것이 가능해진다.

흡착제(4)는 심재(2)의 최상부 및 최하부를 제거하여 무기 섬유 시트로 형성된 절결부에 배치되어 있다. 이 때문에, 진공 단열재를 제작하였을 때에 흡착제(4)가 볼록부가 되어 외피재(3)가 찢어진다는 문제가 해결된다.

흡착제(4)의 재료로는 사에스게터사제의 콤보 게터(COMBO GETTER)가 우수하고, 산소, 질소를 비롯하여, 수분이나 탄산가스의 흡착제거가 가능하고, 진공 단열재(1)의 진공도의 열화를 장기간 억제할 수 있다.

또한, 다른 재료로는 활성탄, 제올라이트, 도소나이트(dawsonite), 하이드로탈사이트, 수산화마그네슘이나 수산화칼슘 등의 금속 수산화물, 산화칼슘 등의 금속 산화물, 염화마그네슘, 염화리튬이나 염화칼슘 등의 수분 흡착제나 에이지리스( 三菱瓦斯化學社製)를 사용해도 된다. 탄산가스 흡착제로서 수산화칼슘으로 이루어지는 재료를 적용해도 된다. 이것들과, 상술한 사에스게터사제의 콤보 게터와의 병용화를 행하면, 더욱 흡착제로서의 효과가 높아져, 장기간 진공 단열 성능을 유지할 수 있다.

심재(2)는 2매 이상의 시트상 무기 섬유가 적층되어 있다. 따라서, 시트 표면과 시트 내부에서의 기체의 유체 저항이 다르기 때문에 소용돌이류가 생겨, 이것이 진공 배기에 있어서 일종의 펌프 작용이 되어, 현저히 진공 단열재의 생산성이 향상한다.

적층하는 시트의 매수는 특별히 한정되지 않지만, 흡착제(4)에 의해서 볼록부를 형성시키지 않은 것을 고려하면 3매 이상이 바람직하고, 또한 적층 시트의 기계강도 등 생산성 향상을 감안하면 4매 이상이 바람직하다.

심재(2)의 재료구성으로는 SiO₂가 50∼65중량% 함유되고, 또한 Al₂O₃와 CaO가 각각 10∼20중량%, MgO가 1∼4중량% 함유되어 있는 무기 섬유를 사용하고 있다.

SiO₂를 주성분으로 하고 있는 것은 재료의 열전도율이 낮고 또한 저 비용때문이며, 진공 단열재에 적용하기 위해 SiO₂의 조성범위는 무기 섬유 중 50∼65중량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 55∼60중량%가 바람직하다.

또한, Al₂O₃는 심재(2)의 내열성을 향상시키기 위해 함유되어 있고, Al₂O ₃자체의 열전도율을 감안하면 그 함유량은 적은 쪽이 바람직하다. 내열성과 단열 성능 과의 밸런스를 고려하면 무기 섬유 중의 Al₂O₃의 첨가량은 10∼20중량%가 좋다. 첨가량이 1O중량% 보다도 적으면 내열성이 뒤떨어지고, 또한 2O중량% 보다도 많은 경우, 진공 단열재의 단열 성능이 악화한다.

CaO는 진공 단열재 중의 수분을 흡착하는 작용이 있고, 무기 섬유 중 10∼20중량%의 첨가량으로 하면 우수한 단열 성능이 얻어진다. 20중량%보다도 첨가량을 증대시켜도 그 효과는 그다지 변하지 않고, 또한, 10중량% 보다도 첨가량이 적은 경우는 수분 흡착에 의한 진공 단열재의 성능 향상 효과가 확인되지 않는다.

또한, Mg0의 첨가는 섬유끼리의 응집력을 향상시키는데 효과적이고, 시트의 형상 유지 특성 향상에 효과가 있다. 특히, 초조법 등에 의해서 섬유 시트를 제작하는 경우에 그 효과가 크다. MgO는 1∼4중량%의 첨가량으로 응집력의 향상이 확인되고, 4중량% 보다 첨가량을 증량하더라도 그 효과는 같으며, 또한 1중량% 보다도 첨가량을 감소시키면 응집력의 저하가 일어난다. 따라서, MgO는 1∼4중량%의 첨가량이 바람직하다라고 할 수 있다.

심재(2)에 이용하는 섬유의 재료 구성은 상술한 바와 같지만, 섬유 직경이나 부피밀도도 진공 단열재(1)의 단열 성능에 영향을 주기 때문에, 최적 물성을 한정해야 한다.

심재(2)의 섬유 직경에 관해서는 1∼3㎛가 바람직하고, 1㎛보다도 섬유 직경이 가늘게 되면 가공 공수가 현저하게 증가함과 동시에, 섬유 자체를 제작하는 장치도 특수장치가 되기 때문에 공업적으로 저가로 제작하는 것이 곤란해진다. 또한, 섬유 자체가 극단적으로 엉켜져 모여 있기 때문에 큰 응집체가 형성되고, 결과로서 큰 세공이 형성되므로 기체 열전도율이 증가하여 단열 성능이 악화된다.

단, 후술하는 본 발명의 다른 실시형태에서 기재하는 바와 같이, 본 발명의 다른 조건에서 사용하면, 무기 섬유의 섬유 직경이 1㎛보다도 가늘더라도 단열재의 단열 성능을 높일 수 있다.

또한, 섬유 직경이 3㎛ 보다도 커지면 섬유의 응집에 의해 형성되는 세공이 크기 때문에, 기체 열전도율의 기여도가 커지므로 단열 성능이 악화된다. 이것을 억제하고자 하면, 통상 공업적으로 효율 좋게 생산할 수 있는 13㎩ 정도의 진공도에서는 대응할 수 있지 않고 0.13㎩ 정도의 진공도가 필요하게 되어, 공업적으로 효율 좋게 생산하는 것이 곤란해진다.

따라서, 공업적 생산성을 고려하면 진공 단열재에 사용하는 무기 섬유의 섬유 직경은 3㎛ 이하의 것이 적합하고, 본 실시형태의 조건하에서는 2∼3㎛의 섬유 직경이 좋은 결과를 나타냈다.

한편, 이러한 섬유 직경을 갖는 재료이더라도 섬유 자체의 부피밀도가 적절하지 않으면 진공 단열재의 단열 성능에 악영향을 미치게 된다. 섬유의 부피밀도가 300㎏/㎥ 보다 커지면 섬유 자체의 고체 열전도에 의한 영향이 커져 진공 단열재의 단열 성능이 악화된다. 또한, 섬유재료를 이용하는 것에 의한 가요성도 없어져, 본 발명의 특징인 오목볼록부를 갖는 기기에 적용할 수 없게 된다.

또한, 섬유의 부피밀도가 100㎏/㎥ 보다도 낮아지면 일정 공간에 차지하는 섬유의 비율이 저감하기 때문에 공극이 커져, 기체 열전도의 증대에 의해 진공 단 열재의 단열 성능이 악화된다. 이것에다가, 진공 배기하였을 때의 대기압축에 의해 변형 정도가 커져, 안정한 형상의 진공 단열재를 제작하기가 어려워지는 문제도 있다.

이상과 같은 결과로부터, 진공 단열재에 적용하는 섬유 재료의 부피밀도는 100㎏/㎥ 이상 300㎏/㎥ 이하가 적합하고, 보다 바람직하게는 100㎏/㎥ 이상 200㎏/㎥ 이하가 좋다.

또한, 섬유를 시트상으로 형성하기위해서는, 바인더로 굳히는 것이 바람직하지만, 사용하는 바인더의 종류나 그 양이 적절하지 않으면 진공 단열재의 단열 성능에 영향을 미친다.

예컨대, 바인더로서 무기계 재료를 사용하면 시트 전체로서 밀도가 높아진다. 유기계 바인더이어도 페놀 수지 등의 열경화성 수지에서는 미반응 모노머가 진공 분위기 중에서 가스화함에 따라 진공도가 악화하여, 단열 성능에 악영향을 미치게 한다.

한편, 바인더로서 열가소성 수지를 사용한 경우는 상술한 바와 같은 미반응 모노머에 의한 악영향을 저감할 수 있다. 시트를 초조법에 의해서 제작하는 경우 등은 환경보호면에서는 수용성 폴리머를 사용하는 쪽이 바람직하고, 이러한 점에서 수용성 아크릴계 수지가 좋다.

수용성 아크릴계 수지이면, 초조법에 의해서 시트화한 경우라도 시트 전체에 균일하게 분산시킬 수 있어서 똑같은 접합력을 가진 시트를 얻을 수 있다.

한편, 수용성 아크릴계 수지를 바인더로서 사용하는 경우라도, 그 첨가량은 중요하고, 첨가량이 3중량% 보다 적은 경우에서는 시트상 섬유를 성형하는 것은 가능하지만, 시트를 롤상으로 감을 때에 끊어지기도 하기 때문에 안정적으로 생산하는 것이 곤란해진다. 또한, 첨가량을 10중량% 보다 많게 한 경우는 초조법으로 제조하는 경우의 슬러리 점도는 높아져, 생산성이 악화된다. 또한, 고체의 열전도 증대에 의해, 진공 단열재의 성능이 열화한다.

이 때문에, 아크릴계 바인더의 첨가량으로는 3중량% 이상 5중량% 이하가 적합하고, 또한 바람직하게는 3중량%∼4중량%가 좋다.

그렇지만, 시트의 생산성을 특별히 문제시하지 않은 경우는 바인더를 사용하지 않으면 진공 단열재로서는 양호한 단열 성능을 얻을 수 있다.

상기 구성으로부터 시트를 다수 매 적층 하여 심재(2)를 형성한다. 심재(2)는 130℃의 건조로에서 1시간 건조후, 외피재(3)로 흡착제(4)와 함께 충전하여, 진공 배기후 밀봉하여 진공 단열재(1)를 제작한다.

이렇게 하여 얻어진 진공 단열재의 단열 성능을 Auto-λ(英弘精機(주)사제)로 평균온도 24℃에서 측정하였다. 결과, 진공 단열재(1)의 열전도율은 평균온도 24℃에서 0.0035∼0.0038W/mK이고, 종래의 실리카 분말을 이용한 진공 단열재나 연통 우레탄 폼을 이용한 진공 단열재보다도 약 2배 정도 우수한 단열 성능을 갖는다.

(실시형태 2)

도 2는 본 실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면 모식도이다. 또한, 도 3은 본 실시형태에 있어서의 진공 단열재의 평면도이다. 본 실시형태의 진공 단열재(1)는 압축 성형에 의해 홈(5)이 형성되어 있다.

다음에 진공 단열재(1)의 제작방법에 관해서 설명한다.

본 실시형태에서는 심재(2)는 규산 글래스를 주성분으로 하는 비정질 구조를 갖는 평균 섬유 직경 1∼5㎛의 글래스 섬유를 두께 5㎜의 시트상으로 가공성형한 것을 3매 적층하여 구성하고, 상기 심재를 130℃에서 1시간 건조후, 가스 배리어성 필름으로 이루어지는 자루상 외피재 중에 삽입하고, 내부를 감압하여, 개구부를 히트 시일에 의해 밀봉함으로써 형성하였다.

그 후, 볼록형이 세트된 유압 프레스에 의해 압축성형하여, 상기 진공 단열재를 협압(狹壓)하여, 도 2, 3에 도시하는 바와 같이, 진공 단열재에 홈을 형성한 것이다.

본 실시형태에서는 감압 밀봉후에 심재의 압축 성형을 실시하기 때문에, 용이하게 심재의 형상을 변화시킬 수 있다. 즉, 압축에 의해 섬유가 압단(壓斷)되어, 그 심재 형상을 유지할 수 없는 무기 섬유로 이루어지는 시트상 성형체를 심재로서 적용한 경우에도, 용이하게 심재의 형상을 변화시킬 수 있다. 그 때문에, 압축 성형에 의해 형성한 홈에서는 주변의 다른 부분과 비교하여 진공 단열재의 심재 두께가 얇기 때문에, 가스 배리어성 필름의 장력이 저하한다. 또한, 홈을 형성한 면이 내측이 되도록 구부린 경우에도, 홈의 공간에 의해, 구부렸을 때의 심재끼리의 간섭을 방지할 수 있기 때문에, 용이하게 진공 단열재(1)의 구부리기가 가능해진다.

또한, 구부림 방향은 홈을 형성한 면이 내측 또는 외측 중 어느 하나의 방향으로 구부린 경우에도 아무런 문제가 없다.

그 결과, 진공 단열재의 형상 자유도가 크게 개선되어, 진공 단열재의 적용가능 부위, 및 진공 단열재의 적용 가능 제품이 대폭 증가한다.

또한, 이 때, 홈의 심재 두께가 다른 부분의 2분의 1이하인 경우에, 구부릴 때의 심재의 간섭도 없고, 용이하게 진공 단열재의 구부림 가공을 실시할 수 있지만, 그것이 2분의 1 이상에서는 구부리기가 곤란하였다. 보다 바람직하게는, 홈의 심재 두께가 얇을수록 구부림 가공을 용이하게 실시할 수 있는 것을 알았다.

또한, 홈의 형상은 희망하는 구부림 각도에 맞추어 자유롭게 설정할 수 있지만, 압축 성형시에 가스 배리어성 필름에 부하가 걸리지 않는 형상, 및 평판상 진공 단열재를 구부렸을 때에, 홈이 심재에서 간섭하지 않은 바와 같은 형상으로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 진공 단열재의 구성 재료에 관해서 설명한다.

심재(2)는 규산 글래스를 주성분으로 하는 비정질 구조를 갖는 평균 섬유 직경 1∼5㎛의 글래스 섬유를 두께 5㎜의 시트로 가공성형한 것으로, 상기 시트상 성형체를 3매 적층하여, 심재로 하고 있다. 상기 섬유 직경은 SEM상을 기초로 산출하였다. 이 때, 심재의 부피밀도는 100∼200㎏/㎥이었다. 또한, 적층 매수는 2매 이상이면 생산성에 문제없이 제작할 수 있고, 두께가 다른 각종 시트의 조합에 의해, 희망하는 심재 두께로 할 수 있다.

외피재(3)는 한 면에는 표면층으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(12㎛), 중간층에는 알루미늄박(6㎛), 최내층에 고밀도 폴리에틸렌(50㎛)으로 이루어지는 라미네이트 필름, 또 한 면에는 표면층이 폴리에틸렌테레프탈레이트(12㎛), 중간층이 에틸렌-비닐알콜 공중합체 수지 조성물(15㎛)(상품명 에발, 구라레(주)사제)의 내측에 알루미늄 증착을 실시한 증착 필름, 최내층이 고밀도 폴리에틸렌(50㎛)으로 이루어지는 라미네이트 필름이다.

외피재의 구성상의 특징으로는 최외층은 충격으로부터의 보호나 강성을 부여시키는 것이고, 중간층은 가스 배리어성을 확보하는 것이며, 최내층은 필름의 열융착에 의해서 밀봉(히트 시일)하는 기능을 갖는 것이다.

따라서, 이들 목적에 화합하는 것이면, 일반적인 공지 재료가 사용가능하다. 예컨대, 최외층에 상기 실시형태 1과 마찬가지로, 폴리아미드 수지 등을 라미네이트함으로써 푹 찌르는데 대한 저항성을 향상시키거나, 가스 배리어성을 향상시키기 때문에 중간층에 알루미늄 증착 필름을 2층 형성하거나, 중간층에 알루미늄박을 적용한 라미네이트 필름을 양면 함께 적용해도 된다. 또한, 열융착하는 최내층으로는 히트 시일성, 가스 배리어성, 내화학공격성, 비용 등의 관점에서 전적으로 고밀도 폴리에틸렌가 바람직하지만, 이 밖에, 진공 단열재의 적용 용도에 따라, 폴리프로필렌이나 폴리아크릴로니트릴 등을 사용해도 된다.

무기 섬유의 시트상 성형체의 구성 재료는 특별히 한정하는 것이 아니라, 글래스 울, 세라믹 섬유, 암면 등, 평균 섬유 직경나 부피밀도 등의 소정의 제물성을 만족하는 무기 섬유이면 아무런 문제가 없다. 또한, 단일 소재에 한정하는 것도 아니고, 시트체를 형성하기 위해 유기 또는 무기 바인더를 사용해도 된다.

또한, 실시형태 1의 경우와 마찬가지로, 가스 흡착제의 병용은 단열 성능의 향상에 효과적이다.

또한, 무기 섬유의 시트상 성형체는 실시형태 1의 경우와 동일하게 하여, 생산성이나 단열 성능을 희생하지 않고서, 가장 효율적으로, 또한 용이하게 가요성을 부여할 수 있다.

(실시형태 3)

도 4는 본 실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면 모식도이다.

또한, 진공 단열재(1)의 제조방법, 구성 재료 및 홈(5)의 성형은 실시형태 2와 동일하다.

도 4에 도시한 구조에 의하면, 진공 단열재의 두께가 두꺼운 경우에도 외피재인 가스 배리어성 필름에 손상을 주지 않고서, 진공 단열재에 심재 두께가 얇은 홈을 형성할 수 있기 때문에, 용이하게 진공 단열재의 구부리기가 가능해진다.

즉, 진공 단열재의 표리면의 동일 위치에 홈을 형성하면, 홈에서의 구부림 가공이 한층 더 용이하게 됨과 동시에, 구부림 가공시의 외피재에 대한 손상도 한층 더 저감되어, 다수회의 구부림 동작을 실시한 경우에도 외피재에는 핀 홀이나 크랙 등이 생기는 일은 없었다.

(실시형태 4)

도 5 및 도 6은 본 실시형태에 있어서의 진공 단열재를 구부린 경우의 단면 모식도이다. 진공 단열재(1)는 심재와 가스 배리어성 필름으로 이루어지는 외피재로 구성되어 있다. 진공 단열재의 구성, 제조방법과 홈(5)의 성형은 실시형태 2와 마찬가지다.

도 5, 6은 형성한 홈을 중심으로, 진공 단열재를 약 90도 구부림 가공을 행 한 경우를 도시하고 있다. 이 때, 도 5에서는 홈(5)을 형성한 면을 내측, 도 6에서는 홈(5)을 형성한 면을 외측으로 하여 구부리기를 행하고 있다.

이와 같이, 감압 밀봉후, 압축 성형에 의해 형성한 홈에서는 다른 부분과 비교하여 진공 단열재의 두께가 얇기 때문에, 가스 배리어성 필름의 장력이 저하한다. 그리하여, 용이하게 진공 단열재의 구부리기가 가능해진다.

또한, 홈의 부분의 심재 두께가 다른 부분의 2분의 1 이하인 경우에는, 특별한 장치를 사용하지 않더라도, 용이하게 진공 단열재가 구부림 가공을 실시할 수 있다. 심재 두께가 2분의 1을 넘는 경우에는 구부리기가 곤란하였다. 보다 바람직하게는, 홈의 심재 두께가 더욱 얇을수록 구부림 가공을 용이하게 실시할 수 있고, 또한 다수 회의 구부림 동작을 실시한 경우에도, 구부릴 때의 외피재에 대한 손상이 작아지는 것을 알았다.

또한, 외피재에 있어서, 증착 필름(7)면이 구부리기의 외측면이 되도록, 구부림 가공을 행함으로써, 다수 회의 구부림 동작을 실시한 경우에도 외장재에 핀 홀이나 크랙 등이 생기는 일없이, 외피재의 가스 배리어성이 한층 더 양호한 것으로 되는 것을 알았다. 이것은 연신에 대한 손상이 작은 증착 필름이 신장이 큰 구부림 부분의 외측면이 되기 때문이다.

한편, 외피재에 있어서, 알루미늄박 필름면이 구부리기의 외측면이 되도록, 구부림 가공을 행한 경우는 다수 회의 구부림 동작을 실시함으로써 알루미늄박에 핀 홀이나 크랙이 생기는 것을 알았다. 이 결과로부터, 구부림 가공을 하는 경우는 알루미늄박 필름면이 구부리기의 외측면으로 되는 내용으로 배치하는 것이 좋다.

또한, 알루미늄박 필름면이 구부리기의 외측면이 되도록 구부림 가공을 행한 경우, 또는 양면이 알루미늄박 라미네이트로 이루어지는 외피재의 사용으로 구부림 가공을 행한 경우에도, 다수 회의 구부리기를 실시하지 않은 경우는 알루미늄박에 핀 홀나 크랙이 생기는 일은 없고, 아무런 문제없이 진공 단열재의 구부림 가공을 행할 수 있다.

단열재의 배치에 있어서, 열의 이행방향에 따라 알루미늄박을 사용한 면과, 알루미늄 증착막을 사용한 면과의 배치를 구별하는 경우가 있다. 그러나, 일반적으로 단열재는 일단 배치한 후는 떼내어 교체되는 일은 적으므로, 상기 알루미늄박의 핀 홀이나 크랙은 치명적 결함은 되지 않는다.

이와 같이, 구부림 가공을 실시한 진공 단열재는 외피재의 가스 배리어성의 악화, 및 스프링 백 등의 문제도 없고, 구부림 가공 정밀도나 경시 단열 성능도 양호한 것을 알았다. 따라서, 진공 단열재의 형상 자유도가 크게 개선되어, 진공 단열재의 적용 가능 제품, 및 적용 가능 부위가 대폭으로 증가한다. 또한, 종래와 같이, 단열재의 이음매 부분에서의 열 누설을 방지할 수 있다.

(실시형태 5)

도 7은 본 실시형태의 진공 단열재(1)의 단면도로, 금속 증착 필름층과 열가소성 폴리머층을 갖는 외피재(3)에, 섬유 직경 분포의 피크치(최대치)가 1㎛ 이하, 0.1㎛ 이상인 무기 섬유 재료(8)가 충전되어 있는 것이다.

본 실시형태의 진공 단열재는 심재로서 섬유 직경 분포의 피크치가 1㎛ 이하, O.1㎛ 이상인 무기 섬유를 사용하여, 섬유 재료를 고형화하기 위한 결합재를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 사용하는 무기 섬유의 부피밀도는 15㎏/㎥ 이상, 100㎏/㎥ 미만이고, 그 부피밀도가 압축됨으로써 100㎏/㎥kg 이상, 300㎏/㎥ 미만으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 실시형태에 사용하는 무기 섬유는 시트상으로 성형시켜 다수 매 적층하여, 심재로서 사용한다.

또한, 본 실시형태의 진공 단열재에 사용하는 무기 섬유 재료(8)의 섬유 직경 분포의 측정방법은 JIS A 9504에 규정된 「인조 광물 섬유 보온제: 4.8항 섬유의 평균 굵기」에 대부분 준하고, 측정정밀도만 JIS 규격의 O.5㎛에서 O.1㎛로 변경한 것이다.

측정방법은 1시료당 3개소에서 20g의 샘플링을 행하고, 또한 각각에서 20개의 섬유를 채용하여, 현미경, 또는 전자현미경으로 0.1㎛의 정밀도까지 측정한다.

무기 섬유 재료(8)의 섬유 직경이 1㎛ 이하, 0.1㎛ 이상이기 때문에, 고체 접촉 면적이 저감하여 고체 열전도가 저감하는 효과와, 공극이 미세화됨으로써 기체 열전도가 저감하는 효과에 의해, 종래의 경질 우레탄 폼의 10배 이상의 우수한 단열 성능을 보인다.

또한, 본 실시형태의 진공 단열재는 무기 섬유 재료(8)를 결합재에 의해 결착하지 않기 때문에 진공 단열재의 변형에 대응할 수 있고, 또한 결합재로부터 생기는 기체에 의한 단열 성능의 열화를 초래하는 일이 없다.

또한, 무기 섬유의 부피밀도가 15㎏/㎥ 이상, 1OO㎏/㎥ 미만인 것을 사용하기 때문에, 무기 섬유끼리가 서로 얽혀, 무기 섬유에 특별한 처리를 실시하지 않고 일체화할 수 있어서, 저 비용이 소요된다.

또한, 무기 섬유의 부피밀도가 압축후에 1OO㎏/㎥ 이상, 300㎏/㎥ 미만이 되 도록 압축하고 있기 때문에, 심재의 기계강도가 향상하여, 외피재로의 삽입 공정 등에서의 작업성이 향상한다. 또한, 압축후의 부피밀도와 완성한 진공 단열재의 밀도의 차이가 작게 되기 위해서는, 진공 단열재의 비틀림이 억제되어, 표면평활성이 향상한다. 부피밀도 15㎏/㎥ 이상, 10O㎏/㎥ 미만인 무기 섬유를, 1OO㎏/㎥ 이상, 3OO㎏/㎥ 미만으로 압축하는 수단은 물리적인 압축, 가열 압축 등, 고밀도가 가능한 수단이면, 특별히 한정하는 것은 아니다.

이하 구체적인 실시예에 의해 설명한다.

(실시예 1)

진공 단열재의 심재에는 섬유 직경 분포의 피크치가 0.8㎛, 부피밀도 25㎏/㎥ 의 실리카 알루미나 울을 사용하였다. 실리카 알루미나 울의 조성은 실시형태 1의 경우와 동일한 조성으로 하였다.

외피재는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름/에틸렌-비닐알콜 공중합체 수지 필름에 알루미늄 증착을 실시한 것/무연신 폴리프로필렌으로 이루어지는 3층 구조의 라미네이트 필름을 사용하였다. 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름은 표면보호층, 에틸렌-비닐알콜 공중합체는 가스 배리어층, 무연신 폴리프로필렌은 열용착층으로서 기능한다.

외피재 사이에 심재를 충전하고, 압력 13.3Pa으로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 60cm ×30cm ×1cm로 하였다. 이 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0023W/mK이었다.

또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 10년 경과조건에서의 단열 성능의 열화는 확인할 수 없었다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에 있어서, 진공 단열재의 심재에는 섬유 직경 분포의 피크치가 O.8㎛인 실리카 알루미나 울을 압축에 의해 부피밀도를 120㎏/㎥로 한 시트상 실리카 알루미나 울을 사용하였다.

이 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0023W/mK이었다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 10년 경과조건에서의 단열 성능의 열화는 확인할 수 없었다.

또한, 부피밀도가 높아졌기 때문에, 시트의 기계강도가 증가하여 외피재로의 삽입이 용이해졌다. 실시예 1과 2의 비교로부터, 심재의 압축에 의해, 제조시에 있어서의 조작성이 양호하게 되면서, 단열 성능이 유지되어 있는 것을 알 수 있다.

(실시형태 6)

도 8은 본 실시형태의 진공 단열재의 단면도로, 금속 증착 필름층과 열가소성 폴리머층을 갖는 외피재(3)에, 섬유 직경 분포의 피크치가 1㎛ 이하, 0.1㎛ 이상인 시트화된 무기 섬유 재료(8)가 다수 매 적층된 것을 충전하고 있는 것이다. 이하, 구체적인 실시예에 의해 설명한다.

(실시예 3)

실시형태 5의 실시예 1에 있어서, 진공 단열재의 심재에는 섬유 직경 분포의 피크치가 0.8㎛, 부피밀도가 25㎏/㎥인 실리카 알루미나 울을 시트상으로 하여, 다 수 매 적층한 것을 사용하였다.

또한, 섬유를 시트상으로 하여, 적층하고 있기 때문에, 경도가 증가하여, 외피재로의 삽입이 용이해졌다.

(실시예 4)

실시형태 5의 실시예 1에 있어서, 진공 단열재의 심재에는 섬유 직경 분포의 피크치가 0.6㎛, 부피밀도가 25㎏/㎥인 실리카 알루미나 울을 시트상으로 하여 다수 매 적층한 것을 사용하였다.

진공 단열재는 3개 제작하여, 2개는 30cm ×30cm ×1cm으로 하였다. 나머지 1개는 평판상으로 60cm ×30cm ×1cm의 것을 제작하여, 중심부에서 구부림 가공을 행하였다.

이들 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0017W/mK이었다. 이것은 섬유 직경의 피크치가 보다 작아졌기 때문에, 고체 열전도, 기체 열전도가 동시에 저감한 효과에 의한 것으로 추정된다.

또한, 섬유를 시트상으로 하여, 적층하고 있기 때문에, 경도가 증가하여 외피재로의 삽입이 용이해졌다.

본 실시예의 진공 단열재 3개를 도 10과 같이, 냉장고에 적용하였다. 평판상의 2개는 배면 및 냉장고내 배리어층에 설치하고, 구부림 가공한 것은 저부에 설치하였다. 소비전력량을 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것보다도 12% 저하하여, 단열효과를 확인하였다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 10년 경과조건에서의 단열 성능의 열화는 확인할 수 없었다.

(실시예 5)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 실시예 4와 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3㎩로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 12cm ×12cm ×1㎜로 하였다. 이 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0017W/mK이었다.

(실시예 6)

진공 단열재의 심재 및 외장재는 실시예 4와 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3㎩로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 60cm ×15cm ×7㎜로 하여, 원통상으로 가공하였다. 이 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0017W/mK이었다.

본 실시예의 진공 단열재를 도 12와 같이 전기 주전자에 적용하여, 소비전력량을 측정한 바, 종래의 단열재를 사용한 것보다도 4O% 저하하여, 단열효과를 확인하였다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 10년 경과조건에서의 단열 성능의 열화는 확인할 수 없었다.

(실시예 7)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 실시예 4와 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3Pa에서 봉지하여, 2개의 진공 단열재를 제작하였다. 1개의 진공 단열재의 크기는 20cm ×20cm ×7㎜로 하였다. 다른 하나는 가요성을 활용하여, 전기 주전자 덮개부에 적합한 형상으로 변형가공하였다. 이들 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0017W/mK이었다.

(실시형태 7)

도 9는 본 실시형태에 있어서의 냉장고(9)의 사시투영도이다.

냉장고(9)는 최하부에 냉동실(10), 배면 하부에 기계실(11)이 설치되어 있고, 외측 상자(13)에는 냉매 배관(12)이 알루미늄 테이프로 설치되어 있고, 내측 상자(도시하지 않음)와 외측 상자(13)의 공간부에 시클로펜탄을 발포제로 하는 경질 우레탄 폼(도시하지 않음)이 충전되어 있다. 냉동실(10)의 양측면에는 본 발명의 진공 단열재(1)가 형성되어 있다. 냉동실 측벽의 진공 단열재(1)는 부착면인 외측 상자(13) 사이에 고온 냉매 배관(12)이 설치되어 있으며, 또한 진공 단열재(1)의 형상이 냉동실 측벽을 거의 덮는 것 같은 형상으로 성형되어 있다.

따라서, 냉동실 측벽을 효율 좋게 단열할 수 있음과 동시에, 고온 냉매 배관의 열이 냉동실내로 침입하는 것을 억제할 수 있어서, 소비전력량이 낮은 냉장고가 얻어진다. 또한, -18℃로 냉각된 경우에 생기는 우레탄 발포재(시클로펜탄)의 액화에 의한 단열 성능의 악화도 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 냉장고(9)에서는 기계실(11)과 냉동실(10) 사이에도 진공 단열재(1)가 형성되어 있다. 기계실(11)은 컴프레서의 운전에 의해 온도가 가장 높 기 때문에, 진공 단열재(1)를 상기 배치에서 적용함으로써, 냉장고(9)의 효율을 양호하게 할 수 있고, 또한 소비전력량이 낮은 냉장고가 얻어진다.

본 발명의 진공 단열재(1)는 가요성을 가지므로, 기계실의 입체적인 형상에도 따를 수 있다. 또한, 본 발명의 진공 단열재는 내열성을 갖기 때문에, 기계실(11)과 냉동실(10)의 공간부에 사용할 수 있고, 또한 기계실측에 진공 단열재(1)를 배치할 수 있어서, 에너지 절약과 비용 성능이 우수한 냉장고를 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 냉장고 폐기시에 있어서도, 본 발명의 진공 단열재의 심재는 간단히 분리할 수 있는 동시에, 반복 이용할 수 있기 때문에 리사이클성도 우수하다.

(실시형태 8)

도 10은 본 발명의 일실시형태인 냉동냉장고(9)의 단면도이다.

냉동냉장고(9)는 내측 상자(14)와 외측 상자(13)로 구성되는 상자체 내부에 미리 실시형태 5에 있어서의 진공 단열재(1)를 배치하여, 상기 진공 단열재 이외의 공간부를 경질 우레탄 폼(15)으로 발포충전한 것을 특징으로 하고 있고, 냉장고 하부에 위치하는 기계실(11)에 있는 컴프레서(16) 근방과 냉동실(10) 사이에도, 외측 상자의 형상을 따라 구부린 진공 단열재(1)를 배치하고 있다.

본 발명의 단열재는 결합재에 의해 결착하고 있지 않으므로, 구부림, 만곡 등이 가능하기 때문에, 종래에 적용이 곤란하던 부위에 진공 단열재를 적용하는 것이 가능해져, 보다 에너지 절약에 공헌할 수 있다. 또한, 결합재로부터 생기는 기체에 의한 내압 증가에 의해, 단열 성능의 열화를 초래하는 일이 없기 때문에, 경 시적으로 단열 성능이 열화하는 일이 없고, 계속해서 에너지 절약에 공헌하는 것이 가능하다.

본 발명의 단열재를 적용할 수 있는 냉동기기로는 그 외에 업무용 냉동냉장고나 쇼케이스 및 냉동고, 냉장고 등이 있다. 본 발명의 냉동냉장고 및 냉동기기는 이들 동작 온도대인 -30℃ 내지 상온, 또한 자동판매기 등의 보다 고온까지의 범위로 온냉열을 이용한 기기를 가리킨다. 또한, 전기기기에 한정한 것이 아니라, 가스기기 등도 포함하는 것이다.

(실시형태 9)

도 11은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 보온보냉상자의 단면도이다.

보온보냉상자(17)는 덮개(18), 외측 상자(19), 내측 상자(20), 축냉제(21), 단열재(22), 진공 단열재(1)로 구성되어 있다.

본 발명의 진공 단열재(1)는 가요성을 갖기 때문에, 보온보냉상자(17)에 적용하는 데다가, 미리 구부림 가공을 행해 두면 대략 입방 형상을 한 보온보냉상자이어도 일체적으로 부착할 수 있다. 이 때문에, 진공 단열재(1)의 이음매부를 적게 할 수 있고, 이음매부에서의 열 누설을 저감할 수 있다.

또한, 덮개(18)에 축냉제(21)를 형성하기 위한 오목부를 형성한 경우라도, 본 발명의 진공 단열재(1)가 가요성을 갖기 때문에 오목부측에 설치가 가능하고, 효율 좋게 보온보냉상자(17)의 단열 강화를 도모할 수 있다.

이상과 같은 보온보냉상자(17)는 진공 단열재(1)의 적용효과를 충분히 발휘할 수 있기 때문에, 종래에 없는 단열 성능을 발휘할 수 있고, 레저용 쿨러 박스를 비롯하여, 보다 온도관리가 엄한 의료용 보냉상자로서 사용할 수 있다.

한편, 보냉제(21)는 특별히 한정되는 재료는 없고, 시판용 보냉제 전반을 사용할 수 있다. 또한, 단열재(22)도 특별히 한정되는 것은 아니고, 경질 우레탄 폼이나 폴리스티렌 폼 등, 시판용 발포 단열재를 비롯하여, 글래스 울이나 글래스 울 등의 섬유계 재료의 적용도 가능하다.

보온보냉상자(17)의 보냉제(21) 대신에, 축열재를 사용하면, 보온상자로서 사용할 수 있다.

진공 단열재(1)의 배치는 외측 상자(19) 및 내측 상자(20) 중 어느 쪽에 배치하더라도 동일한 효과가 얻어진다.

(실시형태 10)

도 12는 본 발명의 일실시형태에 의한 급탕기의 단면도이다. 급탕기(23)는 저탕용기(24)와 덮개(25)와 가열기(26)와 진공 단열재(1)로 구성되어 있다. 진공 단열재(1)는 저탕용기(24)의 외측에 휘감은 형으로 배치되어 있고, 또한 가열기(26)의 근방부까지 진공 단열재(1)가 구부리는 것과 같은 형으로 배치되어 있다. 또한, 덮개(25)의 오목부에도 진공 단열재(1)가 배치되어 있다.

이상과 같은 구성으로 이루어지는 급탕기는 진공 단열재(1)가 내열성을 갖는 무기 섬유 재료를 심재에 이용하고 있기 때문에, 열열화가 적고, 장기에 걸쳐 급탕기를 사용한 경우에 있어서도 문제없고, 또한 가요성을 갖기 때문에, 가열기 근방까지 구부려 적용할 수 있으며, 또한 덮개부의 오목볼록부에도 진공 단열재를 적용하는 것이 가능해진다.

이러한 급탕기(23)는 진공 단열재(1)가 우수한 단열성과 내열성을 갖고, 또한 가요성도 갖기 때문에 효율적인 소비전력량의 저감이 가능해질 뿐만 아니라, 급탕기(23)의 컴팩트화 등도 실현할 수 있다.

(실시형태 11)

도 13은 본 발명의 노트형 컴퓨터의 단면도이다.

본 발명의 노트형 컴퓨터는 메인 보드(27) 상의 발열부(28)와 장치 케이스(29) 저부 사이에는 실시예 5에 있어서의 진공 단열재(1)를 배치하고, 또한 방열판(30)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

실시예 5의 진공 단열재를 도 13과 같이 노트형 컴퓨터에 장전하여, 저면의 온도를 측정한 바, 진공 단열재를 사용하지 않은 것보다도 5℃ 저하하여, 단열효과를 확인하였다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 10년 경과조건에서의 단열 성능의 열화는 확인할 수 없었다.

이와 같이 구성된 노트형 컴퓨터는 진공 단열재가 종래의 경질 우레탄 폼의 10배 이상의 우수한 단열 성능을 갖기 때문에, 고단열화가 달성되어, 장치 내부의 열이 표면에 전달함으로써 이용자에게 불쾌감을 주는 일이 없다.

단지 발열부의 단열을 하는 것 뿐이면 기기의 열폭주가 염려되지만, 본 발명의 노트형 컴퓨터는 또한 방열판(30)을 구비하기 때문에, 발열부(28)의 발열을 효율적으로 확산할 수 있어서, 발열부의 열폭주를 방지할 수 있다.

또한, 상기 설명에 있어서는 본 발명의 단열재를 노트형 컴퓨터에 적용하는 사례를 설명하였지만, 본 발명의 단열재를 사용할 수 있는 전자 기기는 노트형 컴 퓨터에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상온 내지 80℃ 부근까지의 동작온도범위에서 단열을 필요로 하는 기기이면, 본 발명의 단열재가 효과적으로 기능하는 것이다.

(실시형태 12)

도 14는 본 발명의 오븐렌지(31)의 단면도이다. 오븐렌지(31)는 외벽(32), 오븐벽(33), 유전가열수단(34), 전력변환기(35), 고주파 자계발생수단(36) 및 실시형태 6에 있어서의 진공 단열재(1)를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

실시예 7의 진공 단열재를 도 14와 같이 오븐렌지에 적용하여, 소비전력량을 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것보다도 57% 저하하고 있어서, 단열효과를 확인하였다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 10년 경과조건에서의 단열 성능의 열화는 확인할 수 없었다.

또한, 본 발명의 오븐렌지는 동작온도대인 상온 내지 250℃ 부근까지의 범위로 단열을 필요로 하는 기기의 대표로서 기재한 것으로, 예컨대 본 발명의 진공 단열재는 토스터, 홈베이커리 등에도 마찬가지로 이용할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 진공 단열재의 응용은 전기기기에 한정한 것은 아니고, 가스기기, 자동차, 가옥의 단열 등에도 사용할 수 있는 것이다.

상기 본 발명의 단열재의 효과를 확인하기 위해, 이하 비교예에 의해 확인을 행하였다.

(비교예 1)

진공 단열재의 심재로는 섬유 직경 분포의 피크치가 7㎛, 부피밀도가 25㎏/㎥인 실리카 알루미나 울을 사용하였다. 외피재는 표면보호층이 폴리에틸렌테레프 탈레이트 필름, 가스 배리어층이 에틸렌-비닐알콜 공중합체 수지 필름에 알루미늄증착을 실시한 것, 열용착층이 무연신 폴리프로필렌인 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3Pa로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 30cm ×30cm ×1cm로 하였다.

이 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0062W/mK이었다. 섬유 직경으로 피크치가 0.8㎛인 것을 적용하였을 때 보다 약 2.7배 크게 되어 있다. 이것은 섬유 직경이 증대하였기 때문에, 고체 접촉의 증대에 의한 고체 열전도의 증가와, 공극 직경의 증대에 의한 기체 열전도의 증대에 기인하는 것이다.

(비교예 2)

비교예 1에 있어서, 진공 단열재의 심재로는 섬유 직경 분포의 피크치가 7㎛, 부피밀도가 25㎏/㎥인 실리카 알루미나 울을 시트상으로 하여, 다수 매 적층 한 것을 사용하였다.

본 비교예의 진공 단열재를 구부림 가공이 불필요한 도 10의 3개소에 적용하여, 소비전력량을 측정한 바, 진공 단열재를 사용하지 않은 것 보다 5%의 저하로 그쳐, 실시예 4와 비교하여 소비전력량 저감효과는 7% 낮았다.

(비교예 3)

비교예 1에 있어서, 진공 단열재의 심재로는 섬유 직경 분포의 피크치가 0.8㎛, 부피밀도가 25㎏/㎥인 실리카 알루미나 울을 아크릴계 결합재로 결착한 것을 사용하였다.

이 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0031W/mK이었다. 섬유 직경으로 피크치가 0.8㎛인 것으로, 결합재를 사용하지 않은 것을 적용하였을 때 보다 8 포인트 크게 되어 있다. 이것은 결합재를 사용하였기 때문에, 섬유의 접촉점에서 고착이 일어나서, 고체의 전열이 높아지는 것으로 추정된다.

또한, 유기 결합재를 사용하고 있기 때문에, 경시적인 기체의 발생이 확인되고, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 1년 경과조건에서 단열 성능의 열화가 확인되었다.

본 비교예의 진공 단열재를 도 10의 3개소에 적용하여, 냉장고의 소비전력량을 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것 보다 9% 저하하고 있어, 실시예 4와 비교하여 3% 낮았다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 1년 경과조건에서 단열 성능의 열화를 확인하였다.

(비교예 4)

비교예 1에 있어서, 진공 단열재의 심재로는 섬유 직경 분포의 피크치가 0.8㎛, 부피밀도가 25㎏/㎥인 실리카 알루미나 울을 집면(集綿)하여 산성 수용액을 부착처리후, 압축 탈수하여 건조시켜, 무기질 섬유의 용출 성분을 섬유의 교점에 모아 경화시켜, 섬유끼리가 결착한 것을 사용하였다.

이 진공 단열재의 열전도율을 측정한 바, 0.0023W/mK로, 상기 실시예 1과 동 등이었다.

그렇지만, 본 비교예의 단열재는 가요성을 갖고 있지 않기 때문에, 구부림, 원통화 등의 변형가공이 불가능하므로, 평판상의 한정된 용도로만 사용할 수 있었다.

(비교예 5)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 비교예 2와 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3 Pa로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 12cm ×12cm ×1㎜로 하였다.

(비교예 6)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 비교예 3과 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3 Pa로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 12cm ×12cm ×1㎜로 하였다.

본 비교예의 진공 단열재를 도 13과 같이 노트형 컴퓨터에 장전하여, 저면의 온도를 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것 보다 2℃ 저하하고 있어, 실시형태 11 보다 단열효과는 낮았다.

(비교예 7)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 비교예 2와 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3Pa로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 12cm ×12cm ×1㎜로 하였다.

본 비교예의 진공 단열재를 도 13과 같이 노트형 컴퓨터에 장전하여, 저면의 온도를 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것 보다도 4℃ 저하하고 있어, 실시형태 11 보다 단열효과는 낮았다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 1년 경과조건에서 단열 성능의 열화를 확인하였다.

(비교예 8)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 비교예 3과 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3Pa로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 60cm ×15cm ×7㎜로 하였다.

본 비교예의 진공 단열재를 도 12과 같이 전기 주전자에 적용하여, 소비전력량을 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것보다 20% 저하하고 있어, 실시형태 10과 비교하여 소비전력량 저감효과는 약 20% 적었다.

(비교예 9)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 비교예 2와 동일한 것을 사용하였다. 외피재에 심재를 충전하고, 압력 13.3Pa로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 20cm ×20㎝ ×7㎜로 하였다.

본 비교예 9의 진공 단열재를 도 12와 같이 전기 주전자에 적용하여, 소비전력량을 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것보다 35% 저하하고 있어, 실시예 10과 비교하여 소비전력량 저감효과는 약 5% 적었다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 1년 경과조건에서 단열 성능의 열화를 확인하였다.

(비교예 10)

진공 단열재의 심재 및 외피재는 비교예 3과 동일한 것을 사용하였다. 외피 재에 심재를 충전하고, 압력 13.3Pa로 봉지하여, 진공 단열재로 하였다. 진공 단열재의 크기는 20cm ×20cm ×7㎜로 하였다.

본 비교예의 진공 단열재를 도 14와 같이 오브렌지에 적용하여, 소비전력량을 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것과 비교하여 20% 저감하고 있어, 실시형태 12와 비교하여 단열효과는 약 37% 작았다.

(비교예 11)

비교예 2의 진공 단열재를 도 14와 같이 오븐렌지에 적용하여, 소비전력량을 측정한 바, 단열재를 사용하지 않은 것과 비교하여 50% 저감하고 있어, 실시형태 12와 비교하여 단열효과는 약 7% 작았다. 또한, 가속시험에 의한 단열재의 열화를 평가하였지만, 1년 경과조건에서 단열 성능의 열화를 확인하였다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 종래의 경질 우레탄 폼의 10배 이상의 우수한 단열 성능을 갖고, 형상 변형이 용이하며, 또한 단열 성능의 열화를 초래하는 일이 없는 고성능인 진공 단열재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 고성능인 진공 단열재를 사용함으로써, 에너지 절약 특성이 우수하고, 또한 이용자에게 불쾌감을 주는 일이 없는 전자, 전기기기를 제공할 수 있다.

Claims

시트상 무기 섬유를 다수 매 적층한 심재와, 외피재와, 흡착제로 구성된 진공 단열재에 있어서, 상기 무기 섬유는 SiO₂를 50∼65중량%, Al₂O₃를 10∼20중량%, CaO를 10∼20중량%, MgO를 1∼4중량% 포함하고, 섬유 직경이 1㎛ 이상 5㎛ 이하이며, 또한 상기 무기 섬유의 부피밀도가 100㎏/㎥ 이상 300㎏/㎥ 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 다수 매 적층한 시트 상의 무기 섬유 중에서, 최상부 및 최하부에 위치하는 시트 상의 무기 섬유를 제외하고, 남은 시트상의 무기 섬유에 절결부를 형성하여, 상기 절결부에 흡착제를 배치한 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 1 항에 있어서, 상기 외피재의 외측면에 적어도 하나 이상의 홈을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 6 항에 있어서, 상기 홈이 상기 진공 단열재의 중심선에 대하여 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 진공 단열재가 상기 홈에서 구부려져 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 외피재의 외측면에 형성된 홈 부분의 심재의 두께가 다른 부분의 심재의 두께의 2분의 1 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 심재를 사이에 두는 외피재의 한 쪽이 알루미늄박과 플라스틱필름이 적층된 라미네이트 필름으로 이루어지고, 상기 심재를 사이에 두는 외피재의 다른 쪽이 알루미늄이 증착된 플라스틱 필름으로 이루어지는 진공 단열재에 있어서, 상기 알루미늄이 증착된 플라스틱 필름면이 외면이 되도록 구부려진 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
SiO₂를 주성분으로 하고, Al₂O₃, CaO 및 MgO를 함유하며, 섬유 직경 분포의 최대치가 1㎛ 이하, O.1㎛ 이상인 무기 섬유와, 외피재와, 흡착제로 구성되고, 상기 무기 섬유의 부피밀도가 15㎏/㎥ 이상, 1OO㎏/㎥ 미만이며, 압축후의 상기 무기 섬유의 부피밀도가 100㎏/㎥ 이상, 300㎏/㎥ 미만이고, 섬유 재료를 고형화하기 위한 결합재를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 11 항에 있어서, 상기 무기 섬유는 SiO₂를 50∼65중량%, Al₂O₃를 10∼20중량%, CaO를 10∼20중량%, MgO를 1∼4중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
삭제
삭제
제 11 항에 있어서, 상기 무기 섬유가 시트상으로 성형된 무기 섬유 시트를 다수 매 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
삭제
삭제
시트상 무기 섬유를 다수 매 적층한 심재와, 외피재와, 흡착제로 구성되고, 상기 무기 섬유는 SiO₂를 50∼65중량%, Al₂O₃를 10∼20중량%, CaO를 10∼20중량%, MgO를 1∼4중량% 포함하고, 상기 무기 섬유의 섬유 직경이 1㎛ 이상 5㎛ 이하이며, 또한 상기 무기 섬유의 부피밀도가 100㎏/㎥ 이상 300㎏/㎥ 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 단열에 사용한 것을 특징으로 하는 보온보냉기기.
제18항에 있어서, 상기 보온보냉기기는 냉장고, 냉동고, 자동판매기, 전기주전자, 오븐렌지, 또는 노트형 컴퓨터에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 보온보냉기기.
제19항의 상기 진공단열재와 상기 냉장고의 외측 상자 사이에 고온냉매배관을 설치한 것을 특징으로 하는 냉장고.
삭제
제 18 항에 있어서, 상기 보온보냉기기는 외측 상자와, 내측 상자와, 덮개와, 상기 외측 상자와 내측 상자 사이에 형성된 상기 진공 단열재로 구성된 보온보냉용기인 것을 특징으로 하는 보온보냉기기.
제 22 항에 있어서, 상기 보온보냉기기는 중공부를 갖는 덮개의 내측에 오목부를 갖고, 상기 오목부에 축냉제 또는 축열제가 배치되며, 또한 상기 중공부의 오목부측에 상기 진공 단열재가 오목부를 따르도록 배치되어 있는 보온보냉용기인 것을 특징으로 하는 보온보냉기기.
제 18 항에 있어서, 상기 보온보냉기기는 저탕용기와 외측 용기와, 덮개와, 가열기와, 상기 진공 단열재를 구비한 급탕기인 것을 특징으로 하는 보온보냉기기.
제 24 항에 있어서, 상기 덮개의 공간부에 진공 단열재를 배치하여, 이 진공 단열재가 덮개 하부 형상에 근사한 형상으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 보온보냉기기.
섬유 직경 분포의 최대치가 1㎛ 이하, 0.1㎛ 이상인 SiO₂를 주성분으로 하고, 부피밀도가 15㎏/㎥ 이상, 1OO㎏/㎥ 미만이며, 압축후의 상기 무기 섬유의 부피밀도가 100㎏/㎥ 이상, 300㎏/㎥ 미만인 무기 섬유로 이루어지는 심재와, 흡착제와, 외피재로 구성되고, 섬유 재료를 고형화하기 위한 결합재를 함유하지 않는 진공 단열재를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
제 26 항에 있어서, 상기 무기 섬유는 SiO₂를 50∼65중량%, Al₂O₃를 10∼20중량%, CaO를 10∼20중량%, MgO를 1∼4중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
삭제
삭제
제 26 항에 있어서, 상기 심재는 시트상으로 성형된 상기 무기 섬유가 다수 매 적층된 것을 특징으로 하는 전기기기.
제 26 항, 제 27 항 또는 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기기기는 냉장고, 냉동고, 자동판매기, 전기주전자, 오븐렌지 또는 노트형 컴퓨터 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 전기기기.