KR101316455B1 - 표면 평탄도가 우수한 게터재를 이용한 진공 단열재 및 그 제조 방법 - Google Patents

표면 평탄도가 우수한 게터재를 이용한 진공 단열재 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

게터재에 하드 플레이트(hard plate)가 적용되어 진공 해제 후에도 게터재 표면 평탄도를 유지할 수 있는 진공 단열재 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 진공 단열재는 파우더 형태의 흡습제와, 상기 흡습제를 수용하는 용기를 구비하는 게터재; 상부면에 상기 게터재를 수납하는 게터재 수납부가 형성된 심재; 및 상기 심재 및 게터재를 밀봉하는 외피재;를 포함하고, 상기 게터재는 상기 외피재와 접하는 부분에 하드 플레이트(hard plate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면 평탄도가 우수한 게터재를 이용한 진공 단열재 및 그 제조 방법 {VACUUM INSULATION PANEL USING GETTER MATERIAL WITH EXCELLENT SURFACE FLATNESS AND METHOD OF MANUFACTURING THE VACUUM INSULATION PANEL}
본 발명은 진공 단열재(Vacuum Insulation Panel)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심재 표면에 부착된 수분을 흡습하기 위하여 배치되는 게터재(Getter Material)의 표면 평탄도 개선을 통하여 진공 단열재의 장기 내구성능을 향상시킬 수 있는 표면 평탄도가 우수한 게터재를 이용한 진공 단열재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
진공 단열재는 일반적으로 심재, 외피재, 게터재로 구성된다.
이 중 게터재는 진공 단열재 제조시 심재 표면에 부착된 수분을 흡습하여 열전도율을 개선하며, 장기 내구성능을 유지해주는 결정적인 역할을 한다.
흡습 기능을 하는 게터재는 일반적으로 파우더 형태의 흡습제를 폴리에틸렌(PE) 부직포, 폴리프로필렌(PP) 부직포 등을 이용하여 패킹(packing)한 후 사용한다.
그러나, 파우더 형태의 흡습제를 패킹한 후 사용하는 것은 흡습제를 균일하게 유지하기 곤란한 단점이 있으며, 게터재의 불균일성은 열전도율 측정(HFM)시 정확성을 저하시키는 요인이 된다.
도 1은 HFM을 이용한 진공 단열재의 열전도율 측정 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 장치는 KS L 9514에 규정된 열전도 시험 장치에 근거한 것이다.
도 1을 참조하면, HFM(Heat Flow Method)을 이용한 진공 단열재의 열전도율 측정 장치는 다음과 같이 구성된다.
K-Factor 하부 플레이트(110) 상에는 진공 단열재(130)가 안착되고, K-Factor 상부 플레이트(120)에는 열량 등을 감지하는 센서부(140)가 배치된다.
K-Factor 하부 플레이트(110)에서 K-Factor 상부 플레이트(120) 쪽으로 열을 가하면 센서부(140)에서는 진공 단열재(130)를 통과하여 전달된 열량을 감지한다.
진공 단열재의 열전도 성능이 우수할수록 센서부(140)에서는 감지되는 열량이 낮다.
파우더 형태의 흡습재를 패킹한 형태의 게터재의 경우, HFM을 이용한 진공 단열재 열전도율 측정시, 열전도 성능이 저하되는 것으로 나타난다. 이러한 열전도 성능의 저하는 흡습제 파우더의 불균일한 분포가 큰 요인으로 작용한다.
종래에는 이러한 게터재의 불균일성을 개선하기 위하여 진공 단열재 제조 후 롤 프레스(Roll Press)를 이용하여 게터재를 평탄하게 유지하여 줌으로써 열전도율 성능 저하를 개선하였다.
그러나 이러한 방법은 파우더 형태의 게터재를 평탄하게 유지하는 데 한계가 있으며, 롤 프레스 공정이 추가되면서 진공 단열재 제조 비용이 크게 상승한다.

본 발명의 목적은 표면 평탄도가 우수한 게터재를 적용하여, 열전도성능이 우수한 진공 단열재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 파우더 형태의 흡습제를 포함하는 게터재를 적용하는 진공 단열재 제조에 있어, 진공 상태에서 외피재 열융착 후 진공 해제시에도 게터재의 표면 평탄도를 유지할 수 있는 진공 단열재 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 진공 단열재는 파우더(powder) 형태의 흡습제와, 상기 흡습제를 수용하는 용기를 구비하는 게터재; 상부면에 상기 게터재를 수납하는 게터재 수납부가 형성된 심재; 및 상기 심재 및 게터재를 밀봉하는 외피재;를 포함하고, 상기 게터재는 상기 외피재와 접하는 부분에 하드 플레이트(hard plate)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 진공 단열재 제조 방법은 용기 내에 파우더 형태의 흡습제를 충전하여, 게터재를 마련하는 단계; 심재의 상부면에 형성된 게터재 수납부에 상기 게터재를 수납하고, 개구부를 포함하는 외피재 내에 상기 심재를 투입하는 단계; 및 상기 외피재를 진공 챔버에 로딩한 후, 진공 상태에서 상기 외피재의 개구부를 열융착하는 단계;를 포함하고, 상기 게터재에는 상기 외피재와 접하는 부분에 하드 플레이트가 포함되어, 상기 열융착 후 진공 해제시에도 상기 게터재의 평탄도가 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진공 단열재는 게터재에 금속 등의 재질로 형성된 하드 플레이트를 적용함으로써, 진공 단열재 제조시 진공 해제시에도 게터재의 표면 평탄도를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 진공 단열재 제조 방법으로 제조되는 진공 단열재는 장기 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 게터재에 하드 플레이트를 적용함으로써 게터재만으로도 열전도율을 쉽게 직접 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 HFM을 이용한 진공 단열재의 열전도율 측정 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 심재가 들어있는 외피재를 진공 챔버 내에 로딩한 것을 나타낸다.
도 3은 진공 상태에서 외피재의 열융착이 이루어지는 것을 나타내고, 도 4는 외피재의 열융착이 완료된 것을 나타낸다.
도 5는 진공 챔버 내부의 진공이 해제된 것을 나타낸다.
도 6은 하드 플레이트를 적용하지 않을 경우 흡습재가 용기 내에 충진되는 게터재의 예를 나타낸 것이다.
도 7은 하드 플레이트를 적용한 경우 흡습재가 용기 내에 충진되는 게터재의 예를 나타낸 것이다.
도 8 내지 도 10은 하드 플레이트를 적용한 게터재의 다른 제조 예를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표면 평탄도가 우수한 게터재를 이용한 진공 단열재 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 5는 진공 챔버 내에서 진공 단열재를 제조하는 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 진공 단열재도, 도 2 내지 도 5에 도시된 과정으로 제조될 수 있으며, 제조되는 진공 단열재는 심재(210), 게터재(220) 및 외피재(230)를 포함한다.
심재(210)는 유리 섬유(Glass Fiber), 실리카 파우더(Silica Powder), 유기 초극세 섬유 등으로 형성될 수 있다. 심재(210)의 상부면에는 게터재 수납부가 형성된다.
게터재(220)는 파우더(powder) 형태의 흡습제와, 상기 흡습제를 수용하는 용기를 구비하며, 용기 내에 흡습제를 충진하여 사용한다. 흡습제는 CaO 파우더, MgO 파우더, CaCl2 파우더 등으로 형성될 수 있다. 게터재(220)는 심재(210)의 게터재 수납부에 수납된다.
외피재(230)는 심재(210) 및 게터재(220)를 밀봉한다. 외피재(230)는 가스 배리어성 다층 필름으로 형성되며, 표면으로부터, 보호층, 가스 배리어층 및 열융착층을 포함할 수 있다. 외피재(230)를 구성하는 각각의 층은 LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene) 필름, 나일론 필름, 알루미늄 필름, PET(Poly ethylene Terephthalate) 필름 등으로 형성될 수 있다.
도 2는 심재가 들어있는 외피재(230)를 진공 챔버(200) 내에 로딩한 것을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 외피재(230) 내부에는 심재(210)가 투입되어 있고, 심재(210)의 상부면에는 게터재(220)가 수납되어 있다.
도 3은 진공 챔버(200) 내의 압력이 1 ~ 20 Pa 정도인 진공 상태에서 외피재(230)의 열융착(heat sealing)이 이루어지는 것을 나타내고, 도 4는 외피재의 열융착이 완료된 것을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 진공 챔버(200) 내의 진공을 해제하기 전에는 진공 단열재 내부 및 외부의 압력이 공히 1 ~ 20Pa 정도로 유지되고 있는 것을 볼 수 있다.
도 5는 진공 챔버(200) 내부의 진공이 해제된 것을 나타낸다. 진공 챔버(200) 내부의 진공이 해제되면 진공 챔버(200) 내부 압력이 1 ~ 20Pa 정도에서 1x105Pa 정도의 대기압으로 상승하며, 외피재(230)로 밀봉된 진공 단열재 내부는 여전히 1 ~ 20Pa 정도의 진공을 유지한다.
이 경우, 진공 단열재 내외부 압력에 의하여 진공 수축 현상이 발생하고, 파우더 형태의 흡습제를 포함하는 게터재(220)는 도 5에 도시된 예와 같이 표면 형상이 매우 불균일하게 된다.
따라서, 진공 해제 후, 게터재(220) 표면의 불균일성을 개선할 필요가 있다.
이러한 게터재(220)의 불균일성을 개선하여 진공 해제 후에도 게터재(220) 표면의 평탄도를 유지할 수 있도록, 본 발명에 따른 진공 단열재는 게터재에 하드 플레이트(hard plate)를 적용한다.
하드 플레이트는 게터재 수납 후 상부로 노출될 면, 즉 외피재와 접하는 부분에 포함된다.
하드 플레이트는 진공 단열재 내외부의 압력 변화에도 표면 형상의 유지가 용이하도록 강성을 갖는 재질로 형성된다. 이러한 하드 플레이트를 형성하기 위한 재질로, 알루미늄, 스틸, SUS 등과 같은 금속 재질을 제시할 수 있다. 또한 하드 플레이트는 고강도 플라스틱 또는 하드 코팅된 플라스틱 재질 등으로 형성될 수 있다.
도 6은 하드 플레이트를 적용하지 않을 경우 흡습제(610)가 용기(601) 내에 충진되는 게터재의 예를 나타낸 것이고, 도 7은 하드 플레이트(710)를 적용한 경우 흡습제(610)가 용기(601) 내에 충진되는 게터재의 예를 나타낸 것이다.
도 6과 같이 하드 플레이트를 적용하지 않은 게터재를 이용하는 경우, 전술한 바와 같이 진공 해제시 표면이 불균일하게 되는 문제점이 발생되나, 도 7과 같이 하드 플레이트를 적용한 게터재를 이용하는 경우 하드 플레이트에 의하여 진공 해제시에도 게터재 표면 평탄도를 유지할 수 있게 된다. 이에 따라, 진공 누설에 의한 열전도율 성능 저하를 최대한 억제할 수 있게 되며, 이에 따라 진공 단열재 장기 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 7에서, 하드 플레이트(710)는 수납 후 상부로 노출될 용기 벽, 즉외피재와 접하는 부분에 적용될 수 있다.
하드 플레이트는 용기 벽의 내측에 삽입될 수 있으며, 또한, 용기 벽의 외측에 부착 또는 압착될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 하드 플레이트를 적용한 게터재의 다른 제조 예를 나타낸 것이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 도시된 실시예에 따른 게터재는 다음과같은 과정으로 제작될 수 있다.
우선, 도 8에 도시된 예와 같이, 상부가 개구된 용기(801)에 파우더 형태의 흡습제(810)을 충전한다.
흡습제(810) 충전이 완료되면, 도 9에 도시된 예와 같이, 하드 플레이트(910)를 이용하여 프레스 등의 방법으로 용기(801)의 상부면을 캡(cap)의 형태로 형성한다.
이때, 용기(801) 내부의 흡습재(810)가 이탈하는 것을 방지하기 위하여, 도 10에 도시된 예와 같이 부직포(1010)를 이용하여 게터재를 패킹(packing)할 수 있다. 부직포(1010)는 폴리프로필렌(PP) 부직포, 폴리에틸렌(PE) 부직포 등이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 진공 단열재의 제조 과정을 요약하면 다음과 같다.
우선, 용기 내에 파우더 형태의 흡습제를 충전하여, 게터재를 마련한다. 이후, 심재의 상부면에 형성된 게터재 수납부에 게터재를 수납하고, 개구부를 포함하는 외피재 내에 심재를 투입한다.
이후, 도 2 내지 도 3에 도시된 예와 같이, 심재가 들어있는 외피재를 진공 챔버에 로딩한 후, 진공 상태에서 외피재의 개구부를 열융착한다.
상기 과정들을 거쳐 진공 단열재를 제조한 후 진공 챔버 내의 진공을 해제하게 되는데, 본 발명에서는 외피재와 접하는 부분에 하드 플레이트가 포함된 게터재를 적용함으로써 열융착 후 진공 해제시에도 상기 게터재의 평탄도가 유지될 수 있다.
그 결과, 진공 단열재 전체적인 열전도 성능을 우수하게 유지할 수 있어, 장기 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 진공 단열재는 게터재에 하드 플레이트를 적용함으로써 게터재 만으로도 열전도율을 직접 측정할 수 있다. 또한, 게터재의 표면 품질이 우수하여, 진공 단열재에 게터재를 수납한 이후에도 진공 누설에 의한 열전도율 성능 저하를 정확하게 확인할 수 있어, 품질 검사 시스템으로 활용 가능하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
200 : 진공챔버 210 : 심재
220 : 게터재 230 : 외피재
610, 810 : 흡습제 601, 801 : 용기
710, 910 : 하드 플레이트 1010 : 부직포

Claims (13)

  1. 파우더 형태의 흡습제와, 상기 흡습제를 수용하는 용기를 구비하는 게터재;
    상부면에 상기 게터재를 수납하는 게터재 수납부가 형성된 심재; 및
    상기 심재 및 게터재를 밀봉하는 외피재;를 포함하고,
    상기 게터재는 상기 외피재와 접하는 부분에 하드 플레이트(hard plate)를 포함하고, 상기 하드 플레이트가 상기 용기의 상부벽을 형성하고, 상기 하드 플레이트를 포함하는 게터재가 부직포로 패킹(packing)되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하드 플레이트는
    알루미늄, 스틸 및 SUS 중에서 선택되는 금속 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하드 플레이트는
    고강도 플라스틱 또는 하드 코팅된 플라스틱 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하드 플레이트는
    상기 외피재와 접하는 용기 벽의 내측에 삽입되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하드 플레이트는
    상기 외피재와 접하는 용기 벽의 외측에 부착 또는 압착되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 부직포는
    폴리에틸렌(PE) 부직포 또는 폴리프로필렌(PP) 부직포 중 하나 이상의 부직포로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  9. 용기의 개구된 상부를 통하여 파우더 형태의 흡습제를 충전한 후, 하드 플레이트로 상기 용기의 상부벽을 형성하여, 게터재를 마련하는 단계;
    부직포로 상기 하드 플레이트를 포함하는 게터재를 패킹하는 단계;
    심재의 상부면에 형성된 게터재 수납부에 상기 게터재를 수납하고, 개구부를 포함하는 외피재 내에 상기 심재를 투입하는 단계; 및
    상기 외피재를 진공 챔버에 로딩한 후, 진공 상태에서 상기 외피재의 개구부를 열융착하는 단계;를 포함하고,
    상기 게터재에는 상기 외피재와 접하는 부분에 하드 플레이트가 포함되어, 상기 열융착 후 진공 해제시에도 상기 게터재의 평탄도가 유지되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 게터재 마련 단계에서,
    상기 외피재와 접하는 용기 벽의 내측에 상기 하드 플레이트를 삽입하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 게터재 마련 단계에서,
    상기 외피재와 접하는 용기 벽의 외측에 상기 하드 플레이트를 부착 또는 압착하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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