KR101361192B1

KR101361192B1 - Method for manufacturing vacuum insulation structure

Info

Publication number: KR101361192B1
Application number: KR1020120024015A
Authority: KR
Inventors: 이대길; 최일범; 김부기; 유영호; 김진규; 윤순호; 김기현; 이동영; 임준우; 김민국
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2014-02-24
Also published as: KR20130102857A

Abstract

본 발명은 케이싱 안에 단열 삽입물이 삽입되고, 케이싱 안이 진공으로 조성되어 단열 성능과 기계적 물성이 향상되는 진공 단열 구조체의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 제조방법은 섬유강화 복합재료로 이루어져 있는 케이싱에 기밀의 유지를 위하여 라이닝 실을 제공하고, 케이싱 안에 단열 삽입물을 장착하며, 케이싱 안의 공기를 배출하여 케이싱 안을 진공으로 조성한다. 케이싱 안을 진공으로 조성하는 단계는, 케이싱 안에 드라이아이스를 넣어 드라이아이스가 상온에서 기화되면서 생성되는 이산화탄소에 의하여 공기를 배출함과 동시에 이산화탄소를 케이싱 안에 충전시키고, 이산화탄소의 상변화에 의하여 케이싱 안이 진공으로 조성되도록 케이싱 주위의 온도를 이산화탄소의 액화점 이하로 유지시킨다. 또한, 케이싱 안을 진공으로 조성하는 단계는, 케이싱 안에 액체를 주입하고, 액체를 끓는점 이상으로 가열하여 기체를 생성시키면서 케이싱 안의 공기를 배출함과 동시에 기체를 케이싱 안에 충전시키며, 기체의 상변화에 의하여 케이싱 안이 진공으로 조성되도록 케이싱 주위의 온도를 기체의 액화점 이하로 유지시킨다. 본 발명에 의하면, 섬유강화 복합재료로 이루어지는 케이싱 안에 단열 삽입물이 삽입되어 있고, 케이싱에 라이닝 실이 구비되어 있으며, 케이싱 안이 진공으로 조성되어 단열 성능과 기계적 물성을 향상시키게 된다. The present invention discloses a method of manufacturing a vacuum insulation structure in which a thermal insulation insert is inserted into a casing, and the casing is vacuumed to improve thermal insulation performance and mechanical properties. The manufacturing method of the present invention provides a lining seal for maintaining airtightness in a casing made of a fiber-reinforced composite material, installs an insulating insert in the casing, and discharges air in the casing to form a vacuum in the casing. The step of vacuuming the inside of the casing, by putting the dry ice in the casing to discharge the air by the carbon dioxide generated while the dry ice is vaporized at room temperature and at the same time to charge the carbon dioxide in the casing, the casing inside the vacuum by the phase change of carbon dioxide The temperature around the casing is kept below the liquefaction point of carbon dioxide so as to form. In the vacuum forming of the casing, the liquid is injected into the casing, and the liquid is heated above the boiling point to generate gas, thereby discharging the air in the casing and simultaneously filling the gas into the casing. The temperature around the casing is maintained below the gas liquefaction point so that the casing is vacuumed. According to the present invention, a heat insulation insert is inserted into a casing made of a fiber-reinforced composite material, a lining seal is provided on the casing, and the inside of the casing is formed with a vacuum to improve heat insulation performance and mechanical properties.

Description

Manufacturing method of vacuum insulated structure {METHOD FOR MANUFACTURING VACUUM INSULATION STRUCTURE}

본 발명은 진공 단열 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케이싱 안에 단열 삽입물이 삽입되고, 케이싱 안이 진공으로 조성되어 단열 성능과 기계적 물성이 향상되는 진공 단열 구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vacuum insulated structure, and more particularly, to a method for manufacturing a vacuum insulated structure in which a heat insulation insert is inserted into a casing, and the casing is vacuumed to improve heat insulation performance and mechanical properties.

단열 시스템(Thermal insulation system)은 상온 대기압에서 고온 또는 저온 상태의 물질을 저장 및 운송하는 경우, 효율적인 저장과 운송을 위하여 물질의 상변화(Phase change/Phase transition) 또는 온도 변화를 억제하는데 사용되고 있다. Thermal insulation systems are used to suppress phase change / phase transition or temperature change of materials for efficient storage and transportation when storing and transporting materials at high or low temperatures at atmospheric pressure.

단열 시스템의 단열 구조체는 고분자 폼(Polymeric foam)이 널리 사용되고 있다. 고분자 폼은 폼의 밀도가 감소되면, 단열 성능과 기계적 물성이 서로 상충되는 특성이 있다. 즉, 저밀도 폼의 경우, 단열 성능은 우수하지만, 기계적 물성은 하락하게 된다. 고분자 폼의 경우, 기계적 물성은 우수하지만, 단열 성능이 하락하게 된다. Polymeric foam is widely used as a thermal insulation structure of the thermal insulation system. Polymer foam has a property that the insulation performance and mechanical properties are in conflict with each other when the foam density is reduced. That is, in the case of the low density foam, the thermal insulation performance is excellent, but the mechanical properties are reduced. In the case of the polymer foam, the mechanical properties are excellent, but the thermal insulation performance is reduced.

이러한 고분자 폼의 특성을 서로 보완하기 위하여 일반적으로 저밀도 고분자 폼에 유리섬유와 같은 보강재를 보강하는 기술이 개발되었다. 하지만, 보강된 유리섬유의 높은 열전도도(Thermal conductivity)에 의하여 유리섬유의 부피분율(Fiber volume fraction)이 낮아도 전체적인 단열 구조체의 열전도도를 상승시키는 단점이 있다. In order to complement the characteristics of the polymer foam, a technique for reinforcing a reinforcing material such as glass fiber is generally developed in a low density polymer foam. However, even if the fiber volume fraction of the glass fiber is low due to the high thermal conductivity of the reinforced glass fiber, there is a disadvantage in that the thermal conductivity of the entire insulation structure is increased.

단열 구조체의 다른 예로, 외부를 금속 구조체로 구성하고, 내부를 에어로젤(Aerogel)로 구성하는 기술이 있다. 이것은 에어로젤의 높은 단열 성능을 최대화 하는 구조이지만, 에어로젤의 기계적 물성이 상대적으로 매우 낮아 단열 구조체의 크기를 크게 할 수 없고, 금속 구조체를 사용하기 때문에 무게가 증가되는 문제가 있다.As another example of the thermal insulation structure, there is a technology of forming the outside with a metal structure and the inside with an aerogel. This is a structure that maximizes the high insulation performance of the airgel, but the mechanical properties of the airgel is relatively very low to increase the size of the insulation structure, there is a problem that the weight is increased because a metal structure is used.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 케이싱 안에 단열 삽입물이 삽입되어 있고, 케이싱 안이 진공으로 조성되어 단열 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 진공 단열 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve various problems of the prior art as described above. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a new vacuum insulated structure in which a thermal insulation insert is inserted in a casing and the casing is vacuumed to improve the thermal insulation performance.

본 발명의 다른 목적은, 경량이면서도 기계적 물성이 향상되어 품질을 보장할 수 있는 진공 단열 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vacuum insulated structure that is lightweight but can improve mechanical properties to ensure quality.

본 발명의 또 다른 목적은, 생산 공정이 단순화되고, 생산비를 낮출 수 있는 진공 단열 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for producing a vacuum insulated structure which can simplify the production process and lower the production cost.

본 발명의 일 측면에 따르면, 진공 단열 구조체의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따른 진공 단열 구조체의 제조방법은, 섬유강화 복합재료로 이루어져 있는 케이싱에 기밀의 유지를 위하여 라이닝 실을 제공하는 단계와; 케이싱 안에 단열 삽입물을 장착하는 단계와; 케이싱 안의 공기를 배출하여 케이싱 안을 진공으로 조성하는 단계를 포함한다. 케이싱 안을 진공으로 조성하는 단계는, 케이싱 안에 드라이아이스를 넣어 드라이아이스가 상온에서 기화되면서 생성되는 이산화탄소에 의하여 공기를 배출함과 동시에 이산화탄소를 케이싱 안에 충전시키는 단계와; 이산화탄소의 상변화에 의하여 케이싱 안이 진공으로 조성되도록 케이싱 주위의 온도를 이산화탄소의 액화점 이하로 유지시키는 단계로 이루어진다.According to one aspect of the invention, a method of manufacturing a vacuum insulated structure is provided. A method of manufacturing a vacuum insulated structure according to the present invention includes the steps of providing a lining seal for maintaining airtightness in a casing made of a fiber reinforced composite material; Mounting the thermal insulation insert in the casing; Evacuating air in the casing to create a vacuum in the casing. The step of vacuuming the inside of the casing may include putting dry ice into the casing and discharging air by carbon dioxide generated while the dry ice is vaporized at room temperature and simultaneously filling the casing with carbon dioxide; Maintaining the temperature around the casing below the liquefaction point of the carbon dioxide so that the inside of the casing is vacuumed by the phase change of the carbon dioxide.

본 발명의 다른 측면에 따른 진공 단열 구조체의 제조방법은, 섬유강화 복합재료로 이루어져 있는 케이싱에 기밀의 유지를 위하여 라이닝 실을 제공하는 단계와; 케이싱 안에 단열 삽입물을 장착하는 단계와; 케이싱 안의 공기를 배출하여 케이싱 안을 진공으로 조성하는 단계를 포함하고, 케이싱 안을 진공으로 조성하는 단계는, 케이싱 안에 액체를 주입하는 단계와; 액체를 끓는점 이상으로 가열하여 기체를 생성시키면서 케이싱 안의 공기를 배출함과 동시에 기체를 케이싱 안에 충전시키는 단계와; 기체의 상변화에 의하여 케이싱 안이 진공으로 조성되도록 케이싱 주위의 온도를 기체의 액화점 이하로 유지시키는 단계로 이루어진다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a vacuum insulated structure, comprising: providing a lining seal for maintaining airtightness in a casing made of a fiber reinforced composite material; Mounting the thermal insulation insert in the casing; Evacuating the air in the casing to vacuum the casing, wherein vacuuming the casing comprises: injecting liquid into the casing; Heating the liquid above the boiling point to produce gas, while simultaneously discharging air in the casing and filling the gas into the casing; Keeping the temperature around the casing below the liquefaction point of the gas so that the inside of the casing is vacuumed by the phase change of the gas.

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본 발명에 따른 진공 단열 구조체의 제조방법은, 섬유강화 복합재료로 이루어지는 케이싱 안에 단열 삽입물이 삽입되어 있고, 케이싱 안이 진공으로 조성되어 단열 성능과 기계적 물성을 향상시키게 된다. 또한, 경량이면서도 기계적 물성이 향상되어 품질을 보장할 수 있으며, 생산 공정이 단순화되고, 생산비를 낮출 수 있는 효과가 있다. 따라서 본 발명에 따른 진공 단열 구조체는 액화천연가스 운반선의 화물창을 구성하는데 매우 유용하게 채택될 수 있다. In the method for manufacturing a vacuum insulated structure according to the present invention, a heat insulation insert is inserted into a casing made of a fiber-reinforced composite material, and the inside of the casing is formed with a vacuum to improve heat insulation performance and mechanical properties. In addition, it is lightweight but can improve the mechanical properties to ensure the quality, the production process is simplified, there is an effect that can lower the production cost. Therefore, the vacuum insulating structure according to the present invention can be very usefully employed to configure the cargo hold of the LNG carrier.

도 1은 본 발명에 따른 진공 단열 구조체의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 진공 단열 구조체의 제조방법을 설명하기 위하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 진공 단열 구조체의 제조방법의 다른 실시예를 설명하기 위하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 진공 단열 구조체의 제조방법의 또 다른 실시예를 설명하기 위하여 나타낸 단면도이다.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 진공 단열 구조체에서 단열 삽입물의 다른 실시예를 나타낸 사시도들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 진공 단열 구조체에서 단열 삽입물의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도들이다.
도 12는 본 발명에 따른 진공 단열 구조체에서 케이싱과 라이닝 실의 다른 실시예를 나타낸 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이다.1 is a perspective view showing the configuration of a vacuum insulated structure according to the present invention.
2 is a sectional view taken along the line II-II in Fig.
3 is a sectional view taken along the line III-III in Fig.
4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a vacuum insulated structure according to the present invention.
5 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the method of manufacturing a vacuum insulated structure according to the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating another embodiment of a method of manufacturing a vacuum insulated structure according to the present invention.
7 and 8 are perspective views showing another embodiment of the thermal insulation insert in the vacuum thermal insulation structure according to the present invention.
9 to 11 are cross-sectional views showing another embodiment of the thermal insulation insert in the vacuum thermal insulation structure according to the present invention.
12 is a partially enlarged cross-sectional view showing another embodiment of the casing and lining seal in the vacuum insulating structure according to the present invention.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 진공 단열 구조체에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the vacuum insulating structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)는 외관을 구성하는 케이싱(Casing: 20)을 구비한다. 케이싱(20)은 컨테이너(Container: 30)와 커버(Cover: 40)를 구비한다. 컨테이너(30)는 수용공간(32)과 입구(34)를 갖는 박스 형태로 구성되어 있다. 커버(40)는 컨테이너(30)의 입구(34)를 폐쇄하도록 장착되어 있다. First, referring to FIGS. 1 to 3, the vacuum insulation structure 10 according to the present invention includes a casing 20 constituting an external appearance. The casing 20 includes a container 30 and a cover 40. Container 30 is configured in the form of a box having a receiving space 32 and the inlet (34). The cover 40 is mounted to close the inlet 34 of the container 30.

컨테이너(30)과 커버(40) 각각은 섬유강화 복합재료(Fiber reinforced composite)로 구성되어 있다. 섬유강화 복합재료의 일례로 프리프레그(Prepreg)는 탄소섬유, 유리섬유, 케블라섬유(Kevlar fiber, 미국 뒤퐁사의 상품명) 등의 보강섬유를 페놀수지(Phenol resin), 에폭시수지(Epoxy resin), 폴리에스테르수지(Polyester resin) 등 열경화성수지의 매트릭스(Matrix)에 함침시킨 후, 비-스테이지(B-stage)로 경화시켜 층(Laminate) 또는 시트(Sheet)로 제조한 것이다. 이러한 프리프레그는 다층으로 적층하여 진공백성형(Vacuum bag molding), 오토클레이브성형(Autoclave molding), 압축성형(Compression molding) 등의 다양한 방법을 이용하여 압밀·경화시켜 구조물로 제조하고 있다. Each of the container 30 and the cover 40 is composed of a fiber reinforced composite (Fiber reinforced composite). Prepreg is an example of fiber-reinforced composite materials. Reinforcing fibers such as carbon fiber, glass fiber, Kevlar fiber (trade name DuPont, USA) are made of phenol resin, epoxy resin, poly After impregnating into a matrix of a thermosetting resin such as a polyester resin, it is hardened to a non-stage (B-stage) to prepare a layer or a sheet. These prepregs are laminated in multiple layers and compacted and cured using various methods such as vacuum bag molding, autoclave molding, compression molding, and the like, to produce a structure.

본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)는 케이싱(20)의 내면, 즉 컨테이너(30)의 내면과 커버(40)의 내면에 기밀성의 유지를 위하여 부착되어 있는 라이닝 실(Lining seal: 50)을 구비한다. 라이닝 실(50)은 접착제(60)에 의하여 케이싱(20)의 내면에 접합되어 있다. 라이닝 실(50)은 기체의 투과를 방지할 수 있는 금속박막(52), 예를 들면 알루미늄포일(Aluminium foil)로 구성되어 있다. 섬유강화 복합재료는 그 자체로 기체 투과성(Gas permeability)을 가지기 때문에 섬유강화 복합재료만을 이용하여 케이싱(20)을 구성하면 내부의 진공 상태를 반영구적으로 유지시키기 어렵다. 금속박막(52)은 기체의 투과를 방지하여 케이싱(20)의 내부를 진공으로 조성할 수 있게 한다. 또한, 금속박막(52)은 복사열의 전달을 차단한다. The vacuum insulating structure 10 according to the present invention has a lining seal 50 attached to the inner surface of the casing 20, that is, the inner surface of the container 30 and the inner surface of the cover 40 to maintain airtightness. Equipped. The lining seal 50 is joined to the inner surface of the casing 20 by the adhesive agent 60. Lining chamber 50 is composed of a metal thin film 52, for example, aluminum foil (Aluminum foil) that can prevent the permeation of gas. Since the fiber-reinforced composite material itself has gas permeability, it is difficult to semi-permanently maintain the internal vacuum state by constructing the casing 20 using only the fiber-reinforced composite material. The metal thin film 52 prevents the permeation of gas to allow the inside of the casing 20 to be vacuumed. In addition, the metal thin film 52 blocks the transfer of radiant heat.

본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)는 실질적인 단열을 위하여 케이싱(20)의 수용공간(32)에 수용되어 있는 단열 삽입물(Insulation insert: 70)을 구비한다. 단열 삽입물(70)은 다공성 허니콤(Honeycomb: 72)으로 구성되어 있다. 다공성 허니콤(72)은 접착제(62), 예를 들면 에폭시(Epoxy)에 의하여 케이싱(20)의 내면과 커버(40)의 내면에 접합되어 있다. 다공성 허니콤(72)은 압축하중에 대한 기계적 물성을 보강한다. The vacuum insulated structure 10 according to the present invention includes an insulation insert 70 accommodated in the accommodation space 32 of the casing 20 for substantial thermal insulation. The insulating insert 70 is composed of porous honeycomb 72. The porous honeycomb 72 is bonded to the inner surface of the casing 20 and the inner surface of the cover 40 by an adhesive 62, for example, epoxy. Porous honeycomb 72 reinforces mechanical properties against compressive load.

케이싱(20)의 한쪽에 케이싱(20) 안을 진공으로 조성할 수 있도록 진공밸브(Vacuum valve: 80)가 장착되어 있다. 진공밸브(80)는 잘 알려진 진공펌프(Vacuum pump)와 파이프라인(Pipeline)에 의하여 연결될 수 있다. 진공밸브(80)이 열린 상태에서 진공펌프가 작동되면, 케이싱(20) 안의 공기가 진공밸브(80)을 통하여 배출된다. 케이싱(20)의 수용공간(32)가 진공으로 조성되면, 진공밸브(80)이 닫혀 진공을 유지시킨다. A vacuum valve 80 is mounted on one side of the casing 20 so as to vacuum the inside of the casing 20. The vacuum valve 80 may be connected by a well-known vacuum pump and a pipeline. When the vacuum pump is operated while the vacuum valve 80 is open, air in the casing 20 is discharged through the vacuum valve 80. When the receiving space 32 of the casing 20 is formed in a vacuum, the vacuum valve 80 is closed to maintain the vacuum.

이와 같이 본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)는 케이싱(20) 안이 진공으로 조성되어 공기에 의한 전도(Conductance)가 방지되고, 금속박막(52)이 케이싱(20)의 내면에 부착되어 복사열이 차단되므로, 단열 성능이 향상된다. 또한, 단열 삽입물(70)이 케이싱(20) 안에 삽입되어 단열 성능과 기계적 물성을 향상되게 된다. As described above, in the vacuum insulation structure 10 according to the present invention, the inside of the casing 20 is vacuumed to prevent conduction by air, and the metal thin film 52 is attached to the inner surface of the casing 20 to radiate heat. Since cut off, heat insulation performance is improved. In addition, the thermal insulation insert 70 is inserted into the casing 20 to improve the thermal insulation performance and mechanical properties.

도 4를 참조하면, 케이싱(20) 안을 진공으로 조성할 수 있도록 체크밸브(Check valve: 82)가 케이싱(20)의 바닥면 한쪽에 장착되어 있다. 케이싱(20)은 오토클레이브 성형(Autoclave molding)에 의하여 제조된다. Referring to FIG. 4, a check valve 82 is mounted on one side of the bottom surface of the casing 20 so that the casing 20 may be vacuumed. The casing 20 is manufactured by autoclave molding.

작업자는 컨테이너(30)의 바닥에 체크밸브(82)를 설치하고, 케이싱(20), 즉 컨테이너(30)과 커버(40)의 내면에 접착제(60)를 도포하여 금속박막(52)을 부착한다. 다음으로, 컨테이너(30)과 허니콤(72) 사이, 커버(40)과 허니콤(72) 사이에 접착제(62)를 도포하여 컨테이너(30) 안에 허니콤(72)을 수용한다. 진공백(Vacuum back: 90)으로 케이싱(20)을 감싸 오토클레이브(92) 안에 안치한다. 진공백(90) 안을 진공으로 만들어서 오토클레이브(92) 안에서 일정한 온도와 압력을 가하면, 케이싱(20)과 허니콤(72)이 압밀되고, 접착제(60, 62)가 경화된다. 이때, 초기 상태에서 체크밸브(82)를 기준으로 케이싱(20) 안은 약 1기압으로 유지된다. 진공백(90) 안이 진공으로 되면서 케이싱(20) 안의 공기가 체크밸브(82)를 통하여 배출되면서 케이싱(20) 안도 진공으로 조성된다. The operator installs a check valve 82 at the bottom of the container 30, and attaches the metal thin film 52 by applying the adhesive 60 to the inner surface of the casing 20, that is, the container 30 and the cover 40. do. Next, an adhesive 62 is applied between the container 30 and the honeycomb 72 and between the cover 40 and the honeycomb 72 to accommodate the honeycomb 72 in the container 30. The casing 20 is wrapped in a vacuum back 90 and placed in the autoclave 92. By vacuuming the inside of the vacuum bag 90 and applying a constant temperature and pressure in the autoclave 92, the casing 20 and the honeycomb 72 are consolidated and the adhesives 60, 62 are cured. At this time, the inside of the casing 20 is maintained at about 1 atmosphere based on the check valve 82 in the initial state. As the inside of the vacuum bag 90 becomes a vacuum, the air in the casing 20 is discharged through the check valve 82, and the inside of the casing 20 is also vacuumed.

접착제(60, 62)의 경화가 완료되면, 진공백(90)을 오토클레이브(92)에서 꺼내 상온·대기압 상태에서 진공백(90)을 분리한다. 진공백(90)의 분리가 완료되면, 체크밸브(82)가 닫혀 케이싱(20) 안을 진공으로 유지시키게 된다. 마지막으로, 체크밸브(82)의 기밀을 유지하기 위하여 체크밸브(82)를 에폭시와 같은 물질로 밀봉한다.When the curing of the adhesives 60 and 62 is completed, the vacuum bag 90 is taken out of the autoclave 92 and the vacuum bag 90 is separated in a normal temperature and atmospheric pressure state. When the separation of the vacuum bag 90 is completed, the check valve 82 is closed to maintain the vacuum in the casing 20. Finally, in order to maintain the airtightness of the check valve 82, the check valve 82 is sealed with a material such as epoxy.

이와 같이 본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)은 오토클레이브 성형의 가열·가압에 의하여 케이싱(20)과 다공성 허니콤(72)을 접합하여 제조함으로써, 생산 공정이 단순화되고, 생산비를 낮출 수 있다. 특히, 케이싱(20) 안에 다공성 허니콤(72)이 장착되는 구조에 의하여 경량이면서도 기계적 물성이 높아져 품질을 보장할 수 있다. 또한, 케이싱(20) 안이 진공으로 조성되어 단열 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, the vacuum insulation structure 10 according to the present invention is manufactured by joining the casing 20 and the porous honeycomb 72 by heating and pressure of autoclave molding, thereby simplifying the production process and lowering the production cost. . In particular, due to the structure in which the porous honeycomb 72 is mounted in the casing 20, the weight and mechanical properties may be increased, thereby ensuring quality. In addition, the casing 20 may be formed in a vacuum to improve heat insulation performance.

도 5를 참조하여 케이싱(20) 안을 기체충전방법에 의하여 진공으로 조성하는 방법을 설명한다. 작업자는 커버(40)이 열린 상태에서 수용공간(32)의 하부에 드라이아이스(Dry ice: 100)를 충전한다. 드라이아이스(100)은 상온에서 기화되고, 드라이아이스(100)의 기화에 의하여 이산화탄소가 생성된다. 공기보다 밀도가 높은 이산화탄소는 컨테이너(30)의 바닥에 가라앉으면서 입구(34)를 통하여 케이싱(20) 안으로부터 밖으로 공기를 밀어내게 된다. 이산화탄소가 케이싱(20) 안에 가득 충전되면, 입구(34)를 커버(40)에 의하여 폐쇄시킨다. 본 실시예에 있어서, 컨테이너(30)의 입구(34)가 커버(40)에 의하여 폐쇄되어 있는 상태에서는 진공밸브(80) 또는 체크밸브(82)를 통하여 공기를 배출할 수도 있다. Referring to Figure 5 will be described a method of forming a vacuum in the casing 20 by the gas filling method. The worker fills the dry ice 100 in the lower portion of the accommodation space 32 while the cover 40 is open. The dry ice 100 is vaporized at room temperature, and carbon dioxide is generated by vaporization of the dry ice 100. Carbon dioxide, which is denser than air, pushes air out of the casing 20 through the inlet 34 while sinking to the bottom of the container 30. Once the carbon dioxide is filled in the casing 20, the inlet 34 is closed by the cover 40. In this embodiment, in the state in which the inlet 34 of the container 30 is closed by the cover 40, the air may be discharged through the vacuum valve 80 or the check valve 82.

본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)은 케이싱(20) 주위의 온도가 이산화탄소의 액화점 -57℃ 또는 고화점 -78℃ 이하로 되면, 이산화탄소의 부피가 상변화를 통하여 급격하게 감소되면서 케이싱(20) 안이 진공으로 조성된다. 따라서 본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)은 -165℃ 정도의 초저온 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)를 저장 및 운반하기 위한 LNG 화물창(Cargo Containment System)의 시공에 매우 유용하게 사용될 수 있다. In the vacuum insulation structure 10 according to the present invention, when the temperature around the casing 20 becomes less than -57 ° C or -78 ° C of carbon dioxide, the volume of carbon dioxide is rapidly reduced through a phase change and the casing ( 20) The inside is vacuumed. Therefore, the vacuum insulation structure 10 according to the present invention can be very useful for the construction of an LNG cargo container (Cargo Containment System) for storing and transporting ultra-low temperature liquefied natural gas (Liquefied Natural Gas, LNG) of about -165 ℃. .

도 6을 참조하면, 주입구(42)가 커버(40)의 한쪽에 컨테이너(30)의 수용공간(32)와 연통되도록 형성되어 있다. 주입구(42)는 컨테이너(30)의 한쪽에 형성될 수 있다. 고화점 이하에서 가스로의 상변화에 의하여 케이싱(20) 안을 진공으로 조성할 수 있는 액체(110)를 충전한다. 액체(110)는 펜탄(Pentane), 이소펜탄(Iso-pentane)으로 구성될 수 있다. 펜탄과 이소펜탄은 상온(25℃)에서 액체이기 때문에 주입구(42)를 통하여 케이싱(20) 안에 쉽게 주입할 수 있다.Referring to FIG. 6, an injection hole 42 is formed at one side of the cover 40 so as to communicate with the accommodation space 32 of the container 30. The injection port 42 may be formed at one side of the container 30. The liquid 110 which can form the inside of the casing 20 in a vacuum by the phase change to gas below the freezing point is filled. The liquid 110 may be composed of pentane and isopentane. Since pentane and isopentane are liquid at room temperature (25 ° C.), they can be easily injected into the casing 20 through the inlet 42.

계속해서, 액체 상태의 펜탄이 주입되어 있는 케이싱(20)을 오븐(Oven) 등에 넣어 끓는점 36℃ 이상으로 가열하면, 액체 상태였던 펜탄이 기화되기 시작한다. 이때, 공기보다 밀도가 높은 기체 상태의 펜탄은 컨테이너(30)의 바닥에 가라앉으면서 주입구(42)를 통하여 케이싱(20) 안으로부터 밖으로 공기를 밀어내게 된다. 기체 상태의 펜탄이 케이싱(20) 안에 가득 충전되면, 주입구(42)를 실런트(Sealant: 112) 또는 에폭시에 의하여 밀봉하여 기밀을 유지시킨다.Subsequently, when the casing 20 into which the liquid pentane is injected is placed in an oven or the like and heated to a boiling point of 36 ° C. or higher, the pentane that is in the liquid state starts to vaporize. At this time, the pentane in a gaseous state having a higher density than air is forced out of the casing 20 through the inlet 42 while sinking to the bottom of the container 30. When the gaseous pentane is filled in the casing 20, the inlet 42 is sealed with a sealant 112 or an epoxy to maintain airtightness.

본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)은 케이싱(20) 주위의 온도가 기체 상태의 페탄의 액화점 36℃ 또는 고화점 -30℃ 이하로 되면, 기체 상태의 펜탄이 액체 상태로 되면서 부피가 급격하게 감소하여 케이싱(20) 안이 진공으로 조성된다. 따라서 본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)은 경량이면서도 기계적 물성이 높아지고, 단열 성능이 향상되어 LNG 화물창의 시공에 매우 유용하게 사용될 수 있다. In the vacuum insulation structure 10 according to the present invention, when the temperature around the casing 20 is lower than the liquid point 36 ° C. or the freezing point −30 ° C. of the gaseous state, the volume of the gas is increased rapidly. This decreases to form a vacuum in the casing 20. Therefore, the vacuum insulated structure 10 according to the present invention has a light weight and high mechanical properties, and the heat insulating performance is improved, which can be very useful for the construction of the LNG cargo hold.

한편, 이소펜탄은 끓는점 28℃, 액화점 28℃, 고화점 -160℃이다. 케이싱(20) 안에 주입되어 있던 액체 상태의 이소펜탄은 펜탄과 마찬가지로 끓는점 이상으로 가열하면, 액체 상태의 이소펜탄이 기화되어 기체 상태로 되고, 액화점 이하에서 상변화에 의하여 부피가 감소되면서 케이싱(20) 안을 진공으로 조성하게 된다. On the other hand, isopentane has a boiling point of 28 ° C, a liquefaction point of 28 ° C, and a solidification point of -160 ° C. When the liquid isopentan injected into the casing 20 is heated above the boiling point as in the case of pentane, the liquid isopentane vaporizes into a gaseous state, and the volume is reduced by a phase change below the liquefaction point. 20) The inside is vacuumed.

도 7과 도 8에 본 발명에 따른 진공 단열 구조체에서 단열 삽입물의 다른 실시예들이 도시되어 있다. 도 7에 도시되어 있는 단열 삽입물(70)은 웹 구조물(Web structure: 74)로 구성되어 있다. 웹 구조물(74)은 서로 간격을 두고 배치되어 있는 복수의 웹(74a)들과, 웹(74a)들의 상단과 하단 각각에 부착되어 있는 상판(74b)과 하판(74c)으로 구성되어 있다. 도 8에 도시되어 있는 단열 삽입물(70)은 트러스 구조물(Truss structure: 76)로 구성되어 있다. 웹 구조물(74)과 트러스 구조물(76)은 다공성 허니콤(72)과 마찬가지로 진공 단열 구조체(10)의 기계적 물성과 단열 성능을 향상시키게 된다. 7 and 8 show other embodiments of the thermal insulation insert in the vacuum thermal insulation structure according to the invention. The thermal insulation insert 70 shown in FIG. 7 consists of a web structure 74. The web structure 74 is composed of a plurality of webs 74a arranged at intervals from each other, and an upper plate 74b and a lower plate 74c attached to upper and lower ends of the webs 74a, respectively. The thermal insulation insert 70 shown in FIG. 8 consists of a Truss structure 76. The web structure 74 and the truss structure 76, like the porous honeycomb 72, will improve the mechanical properties and thermal insulation performance of the vacuum insulating structure 10.

도 9 내지 도 11에 본 발명에 따른 진공 단열 구조체에서 단열 삽입물의 또 다른 실시예들이 도시되어 있다. 도 9 내지 도 11을 참조하면, 단열 삽입물(70)은 복수의 다공성 허니콤(172a, 172b)들, 복수의 웹 구조물(174a, 174b)들과 복수의 트러스 구조물(176a, 176b)들로 구성되어 있다. 복수의 다공성 허니콤(172a, 172b)들, 복수의 웹 구조물(174a, 174b)들과 복수의 트러스 구조물(176a, 176b)들 사이에 복사열을 차단하는 금속박판(178)이 배치되어 있다. 9 to 11 further embodiments of a thermal insulation insert in a vacuum thermal insulation structure according to the invention are shown. 9-11, the thermal insulation insert 70 consists of a plurality of porous honeycombs 172a and 172b, a plurality of web structures 174a and 174b and a plurality of truss structures 176a and 176b. It is. A metal thin plate 178 is disposed between the plurality of porous honeycombs 172a and 172b, the plurality of web structures 174a and 174b, and the plurality of truss structures 176a and 176b.

즉, 다공성 허니콤(172a, 172b)들, 웹 구조물(174a, 174b)들과 트러스 구조물(176a, 176b)들 각각은 앞에서 설명한 다공성 허니콤(72), 웹 구조물(74)과 트러스 구조물(76) 각각의 중앙을 수평하게 절단하고, 그 절단면에 금속박판(178)을 삽입하여 구성한다. 다공성 허니콤(172a, 172b)들, 웹 구조물(174a, 174b)들, 트러스 구조물(176a, 176b)들 각각과 금속박판(178)은 접착제에 의하여 접합될 수 있다. That is, each of the porous honeycombs 172a and 172b, the web structures 174a and 174b and the truss structures 176a and 176b is the porous honeycomb 72, the web structure 74 and the truss structure 76 described above. Each center is cut horizontally, and a metal thin plate 178 is inserted into the cut surface. The porous honeycombs 172a and 172b, the web structures 174a and 174b, each of the truss structures 176a and 176b and the metal sheet 178 may be bonded by an adhesive.

본 발명에 따른 진공 단열 구조체(10)의 상부와 하부의 온도차이가 발생하면, 상하부의 표면온도와 방사율에 따라 열에너지를 복사 형태로 전달하게 된다. 이때, 복사 열전달량은 온도의 네제곱에 비례하므로 상하부의 온도 차이가 심할 경우, 복사 열전달량이 매우 커지기 된다. 금속박판(178)은 전체 열전달량을 효과적으로 감소시켜 진공 단열 구조체(10)의 단열 성능을 향상시키게 된다. When the temperature difference between the upper and lower portions of the vacuum insulating structure 10 according to the present invention, the thermal energy is transmitted in the form of radiation according to the surface temperature and emissivity of the upper and lower parts. At this time, since the radiant heat transfer amount is proportional to the fourth square of the temperature, the radiant heat transfer amount becomes very large when the temperature difference of the upper and lower parts is severe. The metal thin plate 178 effectively reduces the total amount of heat transfer to improve the thermal insulation performance of the vacuum insulation structure 10.

도 12에 본 발명에 따른 진공 단열 구조체에서 케이싱과 라이닝 실의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 진공 단열 구조체(10)의 라이닝 실(50)은 케이싱(20)의 컨테이너(30)와 커버(40) 각각의 내측에 삽입되어 있다. 작업자는 섬유강화 복합재료로 프리프레그를 적층하면서 그 속에 금속박막(52)을 배치하여 프리프레그 시트를 제조한다. 즉, 작업자는 금속박막(52)의 양쪽 면에 프리프레그 시트를 적층하여 금속박막(52)을 프리프레그 시트 안에 삽입한다.12 shows another embodiment of a casing and lining seal in a vacuum insulated structure according to the invention. Referring to FIG. 12, the lining chamber 50 of the vacuum insulated structure 10 is inserted inside each of the container 30 and the cover 40 of the casing 20. The worker arranges the prepreg with the fiber reinforced composite material and arranges the metal thin film 52 therein to produce the prepreg sheet. That is, the worker stacks the prepreg sheet on both sides of the metal thin film 52 and inserts the metal thin film 52 into the prepreg sheet.

한편, 금속박막(52)이 삽입되어 있는 프리프레그 시트는 진공백성형에 의하여 압밀하여 케이싱(20)의 컨테이너(30)와 커버(40)로 만들고, 오토클레이브성형에 의하여 경화시켜 만든다. 진공백성형 시 프리프레그는 유연하여 컨테이너(30)와 커버(40)의 형태로 쉽게 만들 수 있다. 프리프레그의 매트릭스는 오토클레이브성형에 의하여 경화되어 섬유강화 복합재료와 금속박막(52)을 일체형으로 견고하게 결합한다. On the other hand, the prepreg sheet into which the metal thin film 52 is inserted is made into a container 30 and a cover 40 of the casing 20 by consolidation by vacuum bag molding and hardened by autoclave molding. In the vacuum bag molding, the prepreg is flexible and can be easily made in the form of the container 30 and the cover 40. The matrix of the prepreg is cured by autoclave molding to firmly bond the fiber reinforced composite material and the metal thin film 52 integrally.

계속해서, 컨테이너(30)와 커버(40)가 완성되면, 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 단열 삽입물(70)로 다공성 허니콤(72)을 컨테이너(30) 안에 장착하여 접착제(62)에 의하여 접합한 후, 커버(40)를 덮는다. 그리고 케이싱(20) 안을 진공으로 조정한다. 이때, 단열 삽입물(70)은 케이싱(20)과 함께 진공백성형할 수 있다. 단열삽입물(70)은 다공성 허니콤(72) 이외에도 웹 구조물, 트러스 구조물 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. Subsequently, when the container 30 and the cover 40 are completed, the porous honeycomb 72 is mounted in the container 30 with the insulating insert 70 and bonded by the adhesive 62 as described above. Cover the cover 40. And the inside of the casing 20 is adjusted to a vacuum. At this time, the thermal insulation insert 70 may be vacuum-back molded together with the casing 20. The thermal insulation insert 70 may be configured in various forms, such as a web structure, a truss structure, in addition to the porous honeycomb 72.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments described above are merely illustrative of the preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.

10: 진공 단열 구조체 20: 케이싱
30: 컨테이너 40: 커버
50: 라이닝 실 52: 금속박막
70, 170: 단열 삽입물 72, 172a, 172b: 다공성 허니콤
74, 174a, 174b: 웹 구조물 76, 176a, 176b: 트러스 구조물
80: 진공밸브 82: 체크밸브
90: 진공백 92: 오토클레이브
100: 드라이아이스 110: 액체
112: 실런트 178: 금속박판10: vacuum insulated structure 20: casing
30: Container 40: Cover
50: lining seal 52: metal thin film
70, 170: thermal insulation inserts 72, 172a, 172b: porous honeycomb
74, 174a, 174b: web structures 76, 176a, 176b: truss structures
80: vacuum valve 82: check valve
90: vacuum bag 92: autoclave
100: dry ice 110: liquid
112: sealant 178: metal sheet

Claims

delete

Providing a lining seal in the casing made of fiber reinforced composite material to maintain airtightness;
Mounting a thermal insulation insert in the casing;
Exhausting air in the casing to create a vacuum in the casing;
The step of vacuuming the inside of the casing,
Putting dry ice into the casing and discharging air by carbon dioxide generated while the dry ice is vaporized at room temperature and simultaneously charging the carbon dioxide into the casing;
Maintaining the temperature around the casing below the liquefaction point of the carbon dioxide so that the inside of the casing is vacuumed by the phase change of the carbon dioxide.

9. The method of claim 8,
And the casing, the lining seal, and the thermal insulation insert are bonded to each other by an adhesive before curing the inside of the casing with a vacuum, and the adhesive is cured by heating and pressure of autoclave molding.

9. The method of claim 8,
And inserting the lining seal into the casing before curing the inside of the casing into a vacuum, wherein the casing is cured by heating and pressurization of autoclave molding.

11. The method according to any one of claims 8 to 10,
The insulation insert is a method of manufacturing a vacuum insulation structure made of any one of a porous honeycomb, a web structure, a truss structure.

12. The method of claim 11,
The insulation insert is a plurality, the method of manufacturing a vacuum insulation structure further comprising the step of disposing a metal sheet to block the radiant heat between the plurality of insulation inserts.

delete

Providing a lining seal in the casing made of fiber reinforced composite material to maintain airtightness;
Mounting a thermal insulation insert in the casing;
Exhausting air in the casing to create a vacuum in the casing;
The step of vacuuming the inside of the casing,
Injecting liquid into the casing;
Heating the liquid above the boiling point to produce gas, while simultaneously discharging air in the casing and filling the gas into the casing;
And maintaining the temperature around the casing below the liquefaction point of the gas so that the inside of the casing is vacuumed by the phase change of the gas.

15. The method of claim 14,
The liquid is a method for producing a vacuum insulated structure consisting of any one of petane and isopentane.