KR100691917B1 - 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고에 관한 것으로, 캐비넷의 단열공간에 대한 진공단열패널의 효과적인 설치에 의해, 비용상승을 억제하여 단열효율을 향상시키고, 우레탄폼의 충전성능을 저하시키지 않음과 동시에 캐비넷의 강성강도를 양호하게 유지한 냉장고를 제공하는 것으로, 유리솜 매트를 코어재(1a)로 하여 차기성 용기(1b) 내에 수납하여 내부를 진공 배기하여 패널체로 한 진공단열패널(1)을 냉장고 캐비넷(5)의 단열공간내면에 부착하고, 잔여공간에 폴리우레탄폼(8)을 발포 충전하여 이것을 매설하는 것에 있어서, 상기 진공단열패널을 냉장고 캐비넷의 외표면적에 대해서 20% 이상 50% 미만의 피복율로 접착한 것을 특징으로 한다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태를 나타내는 진공단열패널의 개략 단면도,

도 2는 도 1의 진공단열패널의 진공형성단계를 도시한 개략도,

도 3은 도 1의 진공단열패널을 설치한 외부상자의 성형상태를 도시한 측단면도,

도 4는 도 1의 진공단열패널을 설치한 냉장고 본체의 정면으로부터의 단면도,

도 5는 도 4의 종단면도,

도 6은 진공단열패널의 기본구조를 도시한 단면도, 및

도 7은 코어재에 의한 진공도와 열전도율의 차를 도시한 비교 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 진공단열패널 1a: 코어재

1b: 차기성 용기 1c: 가열접착

2: 진공형성장치 3: 진공쳄버

4: 핫멜트 접착제 5: 냉장고 본체

6: 외부상자 6a, 6b: 측면부

6d: 절곡부 7: 내부상자

8: 발포단열재 9: 구부림 성형지그

9a: 오목부

본 발명은 진공단열패널을 캐비넷의 단열공간내에 접착하여 발포 단열재와 함께 단열층을 형성하는 냉장고에 관한 것이다.

종래, 냉장고에서의 단열 캐비넷의 단열재로서는 열전도율이 낮고, 발포충전에 의해 캐비넷을 구성하는 외부상자나 내부상자와 일체화하여 강성을 갖는 폴리우레탄폼을 사용하는 것이 주류였지만, 최근 냉장고 캐비넷의 단열성능을 더욱 향상시켜 열유출을 방지함으로써 소비전력량을 감소시키거나 또는 단열벽 두께를 얇게 하여 냉장고로서의 용적효율의 향상을 도모하기 위해, 단열재로서의 진공단열패널이 일부에서 실용화되고 있다.

냉장고로의 채용예로서 도 6에 기본 구성을 도시한 진공단열패널(51)은 재료 비용을 억제하고, 배기나 진공도의 유지를 용이하게 하여 장기 신뢰성을 얻는 비교적 높은 내부 압력으로 기능시키기 위해, 미소공간을 형성하여 대기압하에서 형태를 유지할 수 있는 연통기포구조의 수지폼이나 무기질의 미세분말, 섬유를 코어재(51a)에 사용하고, 상기 코어재(51a)를 합성수지와 알루미늄박의 라미네이트 필름제의 차기성(gas-barrier) 용기(51b)로 덮고, 용기(51b)내를 진공상태로 만든 후, 개구를 가열접착(heat seal)(51c)하여 밀봉한 구성이다.

또한, 코어재(51a)로부터 발생하는 배기(out gas) 및 차기성 용기(51b)의 시일면이나 표면을 통해 내부로 침입하는 투과 가스 등에 의한 내압상승에 기인하는 시간경과에 따른 열화를 억제하여 진공도를 유지하기 위해 티탄, 마그네슘 등의 금속, 바륨·리튬 등의 합금, 산화 코발트, 산화 칼슘, 제올라이트 등의 산화물, 활성탄 등으로서 수분, 산소, 질소 등의 공기성분, 수소 등의 가스를 흡착하는 물질로 이루어진 게터제(56)를 봉입(封入)하는 것이 일반적이다.

단열성능에 대해서는 파라이트 등 무기질의 미세분말을 코어재로 한 것은 미세분말 고체 자체의 벽 두께가 크고 단열을 위한 공간용적이 적은 점에서, 또한 도 7에 도시한 바와 같이 연속기포의 수지 폼을 코어재로 한 것은 기포 셀의 크기에 강도적 한계가 있으므로, 진공단열패널로서의 열전도율은 0.005~0.007W/mK 정도가 한계이다. 그 이하의 열전도율을 얻을 수 있는 재료로서는 섬유직경이 수 ㎛ 이하의 유리솜(glass wool)이 있고, 이것을 코어재로 한 경우에는 소공간을 다수 형성할 수 있으므로, 0.002W/mK 정도의 낮은 열전도율을 실현할 수 있다.

상기 진공단열패널을 테이프 고정이나 양면 테이프 또는 핫멜트에 의한 접착고정으로 냉장고나 문의 각 내면에 피복율을 50% 이상으로 높게 하여 설치함과 동시에, 경질 우레탄폼과 병용함으로써 상자체 강도를 유지하여 높은 단열성능을 갖도록 한 것이 있다(예를 들어, 일본 특개2003-28562호 공보).

그러나, 외부상자의 표면적에 대한 진공단열패널의 피복율을 50% 이상으로 하면, 전체 내면적에 대한 설치 가능한 면적을 고려한 경우, 현실적으로는 상면, 배면이나 각 문의 면 등 거의 모든 면에 진공단열패널을 설치할 필요가 있고, 설치 부분에 따라서는 특수한 패널형상이 필요해지거나 무리한 부착구조가 될 가능성이 있다.

그리고, 진공단열패널의 둘레는 상술한 바와 같이 합성수지와 알루미늄박의 라미네이트 필름제의 차기성 용기(51b)로 덮여 있는 점으로부터, 외부상자의 열은 차기성 용기(51b)의 둘레부를 통하여 단열벽의 두께 방향으로 전도되고, 그 결과 상기 부분의 단열효과는 패널 중앙부에 비해 대폭 저하된다. 즉, 패널 전체로서의 평균열전도율은 패널(51)의 면적이 작을 수록 커지므로, 작은 문 면 등을 포함하는 많은 벽면으로의 설치는 진공단열패널로서의 사용효율이 낮아지고, 다수 사용에 의한 비용상승도 수반되므로 비용대비효과가 저하되는 것이 된다.

또한, 각 벽면으로의 다수매의 설치는 단열공간에 차지하는 진공단열패널의 용적이 커지고 주입 우레탄폼의 유동이 저해되어 미충전 부분이나 공극(void)이 많아지는 등 충전효율이 저하되는 문제도 발생하고, 또한 진공단열패널의 캐비넷내 점유면적이 많아지는 분만큼, 발포단열재와 캐비넷 내면의 접착면적이 작아지고, 설치위치나 패널형상에 따라서는 전체적으로 종래에 비해 단열 캐비넷으로서의 강성강도가 저하될 염려가 있다.

또한, 진공단열패널을 단열공간내에 설치한 부품에 의한 요철부를 피하여 사용하는 경우에는 면내에서 분할하여 배치하는 것이 되지만, 상술한 바와 같이 진공단열패널은 표면적이 작을 수록 패널 전체로서의 평균 열전도율은 커지는 점에서, 사용효율이 저하되는 결점이 있고 표면적이 작은 문에 채용한 경우에 대해서도 동일하게, 본래의 단열효과가 저하되는 것이다.

본 발명은 상기 점을 고려하여 이루어진 것으로, 캐비넷의 단열공간에 대한 진공단열패널의 효과적인 설치에 의해, 비용상승을 억제하여 단열효율을 향상시키고, 우레탄폼의 충전성능을 저하시키지 않고 또한 캐비넷의 강성강도를 양호하게 유지한 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 냉장고는 유리솜 매트를 코어재로 하여 차기성 용기내에 수납하여 내부를 진공배기하여 패널체로 한 진공단열패널을 냉장고 캐비넷의 단열공간 내면에 접착하고, 잔여공간에 우레탄폼을 발포충전하여 이것을 매설하는 것에 있어서, 상기 진공단열패널을 냉장고 캐비넷의 외표면적에 대해서 20% 이상 50% 미만의 피복율로 접착한 것을 특징으로 하는 것이다.

이 구성에 의해, 진공단열패널을 사용한 캐비넷의 단열효과를 발현할 수 있고, 다수매 설치에 의한 진공단열패널 사용의 단열성능의 감소를 개선함과 동시에 비용절감을 도모하여 비용대비효과를 향상시킬 수 있고, 또한 우레탄폼의 충전효율을 향상시키고 또한 캐비넷의 강성강도를 크게 할 수 있다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 한 실시형태에 대해서 설명한다. 진공단열패널(1)은 도 1 및 패널의 진공형성상태를 도시한 도 2에 도시한 바와 같이, 섬유직경이 평균 4㎛의 미세유리섬유의 솜 형상물인 유리솜을 코어재(1a)로 하고, 이것을 매트형상으로 형성함과 동시에, 상기 코어재(1a)를, 알루미늄박과 합성수지의 라미네이트필름을 자루형상으로 제작한 두께가 80~100㎛의 차기성 용기(1b)에 삽입한 것이고, 코어재의 삽입후에 용기(1b)를 진공형성장치(2)의 베이스(3a)상에 배치한 진공쳄버(3)내에 설치한 2단식의 스테이지(3b)상에 설치하고, 진공펌프(3c)에 의해 0.03~30Pa 정도로 진공배기한 후, 용기의 개구를 20~50㎜의 이음매를 설치하여 폐쇄하고, 이음매의 10㎜폭에 걸쳐 가열접착(1c)함으로써, 용기(1b)내부를 진공감압상태로 유지한 패널형상으로 형성한다.

그 후 쳄버(3) 내를 대기압에 개방함에 의한 기압차에 의해 코어재(1a)는 또한 2분의 1정도로 압축되고, 최종적으로 두께를 12㎜, 세로와 가로의 크기를 각각 1400㎜, 500㎜로 한 진공단열패널(1)을 형성하는 것이고, 진공단열패널(1)은 힌지부(3d)를 지지축으로 하여 쳄버 외투(3e)를 위쪽의 화살표 방향으로 회전시키고, 동일하게 상하 이동하는 가열접착바(3f)의 개방시킨 개구로부터 슬라이딩하여 배출된다.

상기에 의해 형성된 진공단열패널(1)은 패널면의 중앙부에서 0.003W/mK 이하의 열전도율로 할 수 있는 것이고, 배출된 진공단열패널(1)은 한쪽(片側)면의 거의 전체면에 걸쳐 고무계의 열가소성 수지인 핫멜트 접착제(4)를 균일하게 도포하고, 이것을 도 3에 도시한 바와 같이, 냉장고의 조립 라인 컨베이어 상을 이동하는 평판상태의 외부상자(6)의 상방부에 공급하여 핫멜트 접착제(4)의 접착력에 의해 평면형상으로 형성한 외부상자(6)의 양측벽 내면의 단열공간측에 접착한다.

이 때, 진공단열패널(1)은 냉장고 본체의 정면으로부터의 단면도인 도 4, 및 종단면도인 도 5에 도시한 바와 같이, 최종적으로는 직방체가 되어 냉장고 본체(5)의 외형을 형성하는 박강판제의 외부상자(6)의 양측벽(6a, 6b)의 내부면에, 외부상 자의 전후 및 상하단으로부터 소정간격을 유지하여 접착하는 것이고, 특히 평판으로부터 거의 역 U자형상으로 절곡되는 상부면(6c)측단의 코너 절곡부(6d)에서는 도 3에 2점 쇄선으로 도시한 구부림 가공에 의해 진공단열패널(1)이 구부림 성형지그(9)에 접촉되지 않도록, 그 절곡부(6d)에 위치하는 구부림 성형지그(9)로부터 소정 거리 이간한 위치에, 패널(1)의 단부 가장자리를 위치시켜 접착하도록 한다.

그 구성은 단순하게 회전 절곡시에 진공단열패널(1)이 성형지그(9)의 상부에 위치하도록 해도 좋지만, 도 3에 도시한 바와 같이 회전절곡시에는 진공단열패널(1)과 접촉되지 않도록 성형지그(9)에 오목부(9a)를 형성하면, 그 오목부의 길이 크기 만큼 패널(1)을 외부상자 코너부(절곡부)(6d)에 접근시킬 수 있고, 패널(1)의 표면적을 크게 하여 단열효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기에 의해, 진공단열패널(1)을 내면에 접착한 외부상자(6)를 성형 라인상에서 상자형으로 구부려 성형해도, 회전절곡한 진공단열패널(1)이 성형지그(9)에 접촉되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.

진공단열패널(1)이 접착되고, 이후의 공정에서 상면과 양측면을 형성하도록 역 U자형상으로 절곡된 외부상자(6)는, 또한 바닥면판이나 배면판을 부착하여 상자형상으로 형성함과 동시에, 저장실을 형성하는 내부상자(7)와 조합되어 우레탄시일 처리가 실시되고, 내외상자간의 잔여공간에 대한 폴리우레탄폼으로 이루어진 발포단열재(8)의 발포충전공정에 의해, 상기 내외상자(6)(7)와 진공단열패널(1)을 일체로 접착 고화하여, 강성이 있는 단열 캐비넷을 형성하고 있다.

상기 진공단열패널(1)과 냉장고의 외부상자(6) 사이에 공간이 존재하면 외부상자 외표면이 변형되어, 외관뿐만 아니라 캐비넷 강성이 약해지는 원인이 되고, 또한 단열공간측에서는 우레탄 원액의 흐름이 저해되어 우레탄폼 단열재(8)의 미충전부분, 즉 공극이 형성되어 단열성능이 저하되는 요인이 되므로, 상기 진공단열패널(1)을 냉장고의 외부상자에 고정 부착시에는, 평평한 외부상자 내면에 간격이 발생하지 않도록 주의할 필요가 있다.

이 때, 진공단열패널(1)의 표면은 요철이나 휨이 적고 평활하므로, 외부상자(6) 내부면으로의 고정도 핫멜트(4)와의 사이에 공극부분을 발생시키지 않고 확실하게 밀착시킬 수 있는 것이다. 또한, 접착된 패널(1)의 단열공간측에서도 요철이 없으므로, 우레탄 원액의 흐름이 원활하게 되어 공극이 형성되지 않고 충전되고, 최종적으로 양호한 단열성능을 보유함과 동시에, 발포단열재(8)와 내부상자(7)나 외부상자(6) 및 진공단열패널(1)과의 밀착도 단단해지고, 큰 강성을 갖는 캐비넷(5)을 구성할 수 있다.

그리고, 이 경우의 외부상자(6)의 표면적에 대한 진공단열패널(1)의 피복율은 25%이고, 종래의 우레탄폼 단열재만의 동 용량의 냉장고와 비교한 경우의 소비전력량의 절감효과는 약 15%의 향상이 인정되었다. 이것은 설치 부분이 평판형상의 큰 면적을 갖는 양측벽이고, 진공단열패널(1)이 단일하고 가장 면적이 큰 패널체인 점에서, 상기한 바와 같이 단열효율이 높아진 결과로 생각된다.

또한, 캐비넷의 강성에 대해서도 소정의 시험결과, 종래보다 오히려 강성이 향상되어 있는 결과가 얻어졌다. 이것도 대면적이고, 또한 경질의 구조체인 진공 단열패널(1)이 외부상자(6)의 양측벽에 밀착하여 수직방향으로 설치되어 있는 점에서 보강작용을 발생시킨 것으로 생각된다.

또한, 진공단열패널의 피복율 15%에서는 상기와 동일한 비교시험의 결과, 종래에 비해서도 4%밖에 전력절감효과는 얻어지지 않고, 캐비넷 강성에 대해서는 종래와 거의 차이가 없었다. 또한, 피복율을 54%로 한 경우의 전력절감효과는 종래에 비해 24%의 향상이 얻어졌지만, 캐비넷의 강성시험에서는 종래제품보다 열화되는 결과가 얻어졌다.

상기 결과로부터 고찰하면, 진공단열패널의 피복율이 15% 정도 등으로 너무 작은 경우에는 전력절감이나 강성면에서의 효과는 거의 얻어지지 않는다는 것이고, 반대로 50%를 초과하는 피복율로 한 경우에는 그 나름대로의 전력절감효과가 얻어지지만, 피복율 25%의 경우와 비교하면 패널사용량에 맞는 전력절감효과는 얻어지지 않고, 반대로 캐비넷의 강성에 대해서는 패널의 피복면적이 너무 많으므로, 강성강도가 열화되고, 전체적으로는 고가인 진공단열패널의 사용에서의 비용대비효과가 낮다는 결론이 되었다.

이에 대해서, 본 발명과 같이 유리솜 매트(1a)를 코어재로 하여 패널 중앙부의 열전도율을 0.003W/mK 이하로 한 진공단열패널(1)을, 냉장고 캐비넷(5)의 외표면적에 대해서 20% 이상의 피복율로 접착한 경우에는 종래의 우레탄폼에 대해서 진공단열패널을 사용한 단열향상효과나 강성강도를 발현할 수도 있는 것이고, 또한 피복율을 50% 이하로 하여 캐비넷의 진공단열패널 배치면에 설치하는 진공단열패널을 1매 설치함으로써, 다수의 진공단열패널을 설치한 경우의 단열효율의 저하를 방지하면서 가장 효율이 큰 상태에서의 단열효과를 얻을 수 있으므로, 비용대비효과가 높을 뿐만 아니라, 무리한 패널의 부착을 방지하여 우레탄폼(8)의 충전작용에 지장을 주지 않는 점에서, 미충전 부분이나 공극의 발생을 억제할 수 있고, 캐비넷 강성도 진공단열패널의 설치에 의해 향상되는 효과가 얻어지는 것이다.

또한, 열전도율이 0.003W/mK를 초과하는 경우에 상기 단열성능을 확보하여 소비전력의 절감효과를 얻기 위해서는 패널의 피복율을 보다 증가시킬 필요가 있고, 그 때에는 캐비넷 강성이나 비용, 우레탄폼의 충전성능 등을 유지할 수 없게 된다.

또한, 외부상자(6)의 내면에 한정되지 않고, 진공단열패널(1)을 설치하는 동일 평면에는 냉동 사이클의 응축파이프 등 고온 파이프는 설치하지 않도록 한다. 상기 배경기술에서 설명한 바와 같이, 외부상자(6)의 열은 패널(1)의 차기성 용기(1b)의 둘레부를 통하여 단열벽의 두께방향으로 전도되는 것이고, 설치면에 고온의 방열파이프가 존재하면 파이프로부터의 열전도에 의해 단열효과는 대폭 저하되는 것이 되므로, 진공단열패널(1)의 근방에는 고온부재를 설치하지 않도록 할 필요가 있다.

상기 실시예에서는 진공단열패널은 핫멜트 접착제(4)로 접착하는 구성으로 설명했지만, 접착수단에 대해서는 핫멜트 접착제에 한정되지 않고, 양면 접착 테이프에 의해 밀착시켜 접착되도록 해도 좋고, 이 경우에도 접착 테이프는 거의 전면에 접착되고, 캐비넷면에 대해서 균일하게 밀착되도록 한다.

또한, 진공단열패널(1)의 캐비넷 내면에 대한 접착위치는 상기 실시예와 같이, 외부상자(6)의 양측면에만 한정되지 않고, 평판형상으로 형성한 윗벽내면이나 별도 시트로 형성된 배면판, 또는 냉장실문의 내면 등 평판형상으로 비교적 큰 면적을 갖는 면에 사용하면, 설치도 용이하고 양호한 단열효과를 얻을 수 있음과 동시에, 잔여공간에 대한 우레탄폼(8)의 충전성능도 유지할 수 있고 강성도 확보할 수 있지만, 형상이 복잡한 바닥판이나 냉매압축기 등을 설치하고 있는 기계실 주위에는 상기와 같은 이점이 얻어지지 않으므로 채용하지 않는다.

또한, 진공단열패널(1)을 채용하는 냉장고도 가정용에 한정되는 것은 아니고, 업무용이나 쇼케이스, 자동판매기 등의 단열캐비넷 구성에 대해서도 동일하게 적용할 수 있는 것이다.

본 발명에 의하면 단열성능을 향상시켜 소비전력을 감소시키고, 또는 저장실 용적의 확대를 도모하기 위해 진공단열패널을 설치한 냉장고의 단열효율의 향상과 비용절감에 이용할 수 있다.

Claims (7)

1. 유리솜 매트를 코어재로 하여 차기성 용기 내에 수납하여 내부를 진공 배기하여 패널체로 한 진공단열패널을 냉장고 캐비넷의 단열공간내면에 접착하고, 잔여의 공간에 폴리우레탄폼을 발포충전하여 이것을 매설하는 것에 있어서,

   상기 진공단열패널을 냉장고 캐비넷의 외표면적에 대해서 20% 이상 50% 미만의 피복율로 외부상자 내면에 부착하고, 또한 진공단열패널의 단부 가장자리 위치를 상기 외부상자 윗면 코너의 능선위치로부터 이간시키고, 절곡후에 진공단열패널이 코너 구부림 지그에 접촉되지 않는 위치로 한 것을 특징으로 하는 냉장고.
2. 제 1 항에 있어서,

   캐비넷의 진공단열패널 배치면에 설치하는 진공단열패널을 1매로 한 것을 특징으로 하는 냉장고.
3. 제 1 항에 있어서,

   한쪽면의 거의 전체면에 핫멜트 접착제를 도포하거나 또는 양면 접착 테이프를 접착한 진공단열패널을 외부상자 내면에 부착한 것을 특징으로 하는 냉장고.
4. 제 3 항에 있어서,

   진공단열패널은 외부상자의 양측면의 내면에만 부착한 것을 특징으로 하는 냉장고.
5. 제 3 항에 있어서,

   진공단열패널을 설치하는 캐비넷의 외부상자 내면에는 냉동 사이클에서의 응축 파이프를 병설하지 않은 것을 특징으로 하는 냉장고.
6. 제 1 항에 있어서,

   진공단열패널의 열전도율을 패널 중앙부에서 0.003W/mK 이하로 한 것을 특징으로 하는 냉장고.
7. 삭제

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