KR102186839B1 - 진공 단열재, 단열 케이스체 및 냉장고 - Google Patents

Abstract

외피재의 가스 배리어성의 저하를 억제하면서, 굽힘 성형성이 뛰어난 진공 단열재를 제공한다. 진공 단열재(1)는, 주머니 모양의 외피재(3)와, 외피재(3) 내에 수납된 심재(5)를 구비하고, 굽힘 영역(11)이 형성됨과 아울러 제1 면 및 제2 면을 갖는다. 굽힘 영역(11) 내의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나에는 서로 간격을 두고 연장되는 복수의 홈이 형성되어 있고, 복수의 홈은 굽힘 영역(11) 내에 형성된 한 쌍의 외측 홈(7)과, 외측 홈(7)의 내측에 형성된 복수의 내측 홈(8)을 포함하고 있고, 한 쌍의 외측 홈(7) 각각과, 복수의 내측 홈(8) 중 각 외측 홈(7)에 인접하는 내측 홈(8)과의 간격은, 복수의 내측 홈(8)들간의 간격보다 크다.

Description

진공 단열재, 단열 케이스체 및 냉장고{Vacuum insulation material and the refrigerator which is applied it}

본 명세서에 개시된 기술은 진공 단열재 및 이를 이용한 단열 케이스체, 및 냉장고에 관한 것이다.

최근 환경 보호나 자원 보호의 관점에서 기기의 에너지 절약화가 강하게 요망되고 있다. 특히, 냉장고, 밥솥, 급탕기 등의 보온 보냉 기기의 경우에는 열을 효율적으로 이용하여 소비 에너지를 줄이기 위해 우수한 단열 성능을 갖는 단열재가 요구되고 있다.

단열성이 우수한 단열재로서 진공 단열재가 알려져 있다. 특허문헌 1에는 봉지체 내에 심재를 삽입하고, 내부를 진공으로 하여 개구부를 밀봉한 진공 단열재가 기재되어 있다. 이 진공 단열재에는 홈이 형성되어 있어 굽힘 가공을 용이하게 할 수 있도록 되어 있다.

또한, 특허문헌 2에도 봉지체로 둘러싸인 심재를 구비하고 홈이 형성된 진공 단열재가 기재되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 진공 단열재는 홈의 형성에 의해 단열재를 구부렸을 때의 봉지체(외피재)의 늘어남을 충분히 억제할 수 없다. 이 경우, 외피재가 손상을 받아 가스 배리어성이 저하되어 원하는 단열 성능을 얻을 수 없게 된다.

또한, 특허문헌 2에도 진공 단열재에 홈을 형성하여 구부리는 것이 기재되어 있으나, R자 모양으로 구부리는(이른바 "R 굽힘"의) 경우, 즉 굽힘 영역이 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면을 형성하는 경우, 곡면에 충분히 추종하지 못하여 주름이 많이 발생하고 결과적으로 단열 성능이 저하된다. 또한, 주름의 발생을 억제하기 위해 홈의 수를 늘리면 두께가 얇은 부분이 증가하게 되어 오히려 단열 성능이 저하될 우려가 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 외피재의 가스 배리어성의 저하를 억제하면서 굽힘 성형성이 뛰어난 진공 단열재 및 이를 이용한 보온 보냉 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 일 실시형태에 따른 진공 단열재는, 가스 배리어성을 갖는 주머니 모양의 외피재와, 상기 외피재 안에 수납되어 스페이서가 되는 심재를 구비하고, 굽힘 영역이 형성됨과 아울러 제1 면과, 상기 제1 면과 마주 보는 제2 면을 갖는 진공 단열재에 있어서, 상기 굽힘 영역 내의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 적어도 하나에는 서로 간격을 두고 연장되는 복수의 홈이 형성되어 있고, 상기 복수의 홈은 상기 굽힘 영역 내에 형성된 한 쌍의 외측 홈과, 상기 한 쌍의 외측홈의 내측에 형성된 복수의 내측 홈을 포함하고 있고, 상기 한 쌍의 외측 홈 각각과, 상기 복수의 내측 홈 중 상기 각 외측 홈에 인접하는 내측 홈과의 간격은 상기 복수의 내측 홈들간의 간격보다 크다.

본 개시의 일례에 따른 진공 단열재는, 외피재의 가스 배리어성의 저하를 억제하면서, 굽힘 성형성이 우수하다.

도 1(a)는 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 진공 단열재를 도시한 단면도이고, (b)는 상기 진공 단열재를 상측에서 본 경우의 평면도이다. 도 1(c)는 제1 실시형태의 일 변형예에 따른 진공 단열재를 도시한 단면도이다.
도 2(a)는 제1 실시형태에 따른 진공 단열재의 굽힘 영역이 냉장고의 내케이스의 곡면 영역의 외측을 덮는 경우의 홈 부분을 도시한 확대 단면도이고, (b)는 내측 홈 및 외측 홈의 형상을 모식적으로 도시한, Ia-Ia선의 확대 단면도이다. 도 2(c)는 참고예에 따른 진공 단열재에 있어서 홈 부분을 도시한 확대 단면도이다.
도 3은 제1 실시형태의 일 변형예에 따른 진공 단열재를 도시한 확대 단면도이다.
도 4는 외피재의 MD방향, TD방향에 있어서의 연신율과 수증기 투과도와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 진공 단열재의 홈 깊이와 굽힘 탄성률과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 실시형태의 제3 구체예에 따른 진공 단열재를 도시한 도면이다.
도 7(a)는 굽힘 가공된 상태의 진공 단열재를 도시한 사시도이고, (b)는 이 진공 단열재의 단면도이다.
도 8은 굽힘 가공된 진공 단열재가 사용된, 본 개시의 제2 실시형태에 따른 냉장고를 도시한 단면도이다.
도 9는 진공 단열재에 있어서 홈 깊이와 외피재의 연신율과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 제1 실시형태에 따른 진공 단열재의 제조 방법 중, 복수의 홈을 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.

본 개시에 따른 실시형태 및 실시예에 대해 이하 기재한다. 단, 이하는 실시의 일례로, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서, "홈의 간격"은 홈간 피치로서, 서로 인접하는 홈의 중심간의 거리를 의미한다. 또한, "진공 단열재의 두께에 대한 홈의 깊이의 비율"은, (홈의 깊이)/(진공 단열재의 두께)를 백분율로 나타낸 값을 의미한다.

(제1 실시형태)

- 진공 단열재의 구성 -

도 1(a)는 본 개시의 제1 실시형태에 따른 진공 단열재를 도시한 단면도이고, (b)는 상기 진공 단열재를 상측에서 본 경우의 평면도이다. 여기서는 편의적으로 도 1(a)에서의 윗쪽을 "상측"이라 부르기로 한다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 1(a)에 나타낸 상측의 면을 편의적으로 "상면"(제1 면)이라 부르고, 상면과 마주보는 면을 "하면"(제2 면)이라 부른다.

도 1(a), (b)에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 진공 단열재(1)는 주머니 모양의 외피재(3)와, 외피재(3) 내에 수납되어 스페이서가 되는 심재(5)를 구비하고 있다. 외피재(3)의 내부는 밀폐되어 있어 실질적으로 진공 상태로 되어 있다. 이에 의해, 발포 폴리우레탄 등의 단열재에 비해 두께를 얇게 하면서 큰 단열 효과를 얻을 수 있다.

진공 단열재(1)는 굽힘 영역(11)을 가지고 있고, 이 굽힘 영역(11) 내의 상면 및 하면 중 적어도 하나에는 서로 간격을 두고 연장되는 복수의 홈이 형성되어 있다. 즉, 복수의 홈은 굽힘 영역(11) 내의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에만 형성되어 있을 수도 있으나, 도 1(a), (b)에 도시된 바와 같이, 상면 및 하면 모두에 복수의 홈이 형성되어 있을 수도 있다. 여기서, 굽힘 영역(11)은 홈을 따라 굽힘 가공되는 데에 적합한 영역을 가리키는 것으로, 반드시 실제로 구부려져야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 굽힘 영역(11)이 구부려져 있지 않고 진공 단열재(1) 전체가 평판 형상으로 되어 있을 수도 있다.

굽힘 영역(11)의 상면에 형성된 복수의 홈은, 한 쌍의 외측 홈(7)과, 양 외측 홈(7)의 내측에 형성된 복수의 내측 홈(8)을 포함하고 있다. 굽힘 영역(11)의 하면에 형성된 복수의 홈은, 한 쌍의 외측 홈(9)과, 양 외측 홈(9)의 내측에 형성된 복수의 내측 홈(10)을 포함하고 있다. 이 복수의 홈들은 예를 들어 각각 평행하게 연장되어 있을 수도 있다. 외측 홈(7, 9), 내측 홈(8, 10)의 홈폭이나 깊이는 같을 수도 있고, 후술하는 소정의 범위 내이면 다를 수도 있다.

도 1(a), (b)에 도시된 바와 같이, 각 외측 홈(7)과, 복수의 내측 홈(8) 중 외측 홈(7)에 인접하는 내측 홈(8)과의 간격(A)은, 복수의 내측 홈(8)들간의 간격(a)보다 크다. 이와 동일하게, 각 외측 홈(9)과, 복수의 내측 홈(10) 중 외측 홈(9)에 인접하는 내측 홈(10)과의 간격(A)은, 복수의 내측 홈(10)들간의 간격(a)보다 크다. 또한 도면에서 부호 b는 서로 인접하는 내측 홈(8, 10)의 단부들간의 거리를 나타내고, 5mm 이상인 것이 바람직하다.

또한 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 복수의 내측 홈(8) 중 외측에 위치하는 홈을 홈(8a), 2개의 홈(8a) 사이에 위치하는 복수의 홈을 홈(8b)이라 하고, 외측 홈(7)과 홈(8a)과의 간격을 γ, 홈(8a)와 이에 인접하는 홈(8b)와의 간격을 β, 홈(8b)간의 간격을 α라고 하면, γ>β>α가 되도록 복수의 홈이 형성되어 있을 수도 있다. 이와 같이 내측의 홈들간의 간격보다 외측의 홈에 있어서의 홈 간격이 크게 형성되어 있을 수 있다.

진공 단열재(1)의 굽힘 영역(11)이 곡면 영역을 갖는 대상물을 피복할 때, 곡면 영역의 둘레 방향의 중앙부는 둘레 방향의 양단(다시 말해, 굽힘의 시작점 및 종료점)보다 일반적으로 굽힘 반경이 작게 되어 있다. 상기 구성에 의하면, 굽힘 반경이 작은 영역에서는 홈들간의 간격이 작고 굽힘 반경이 큰 영역에서는 홈들간의 간격이 크게 되어 있으므로 홈 전체의 수를 적게 억제하여 단열성의 저하를 억제하면서 곡면 영역에 대한 형상 추종성을 향상시킬 수 있다. 형상 추종성이 향상되는 결과, 굽힘 영역(11)이 복수의 홈을 따라 구부려졌을 경우 주름이나 접힌 자국이 쉽게 발생하지 않아 단열 성능의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 외피재(3)가 늘어나 핀홀이 생기거나 가스 배리어 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 진공 단열재(1)의 상면과 하면 모두에 복수의 홈이 형성되어 있을 경우, 각각의 면에 형성된 복수의 홈들이 서로 대향하도록 마련되어 있는 것이 바람직하다. 다시 말해, 진공 단열재(1)의 상측에서 보아 외측 홈(7) 전체와 외측 홈(9) 전체가 중첩되고, 내측 홈(8) 전체와 내측 홈(10) 전체가 중첩되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 진공 단열재(1)의 한쪽에만 홈을 형성하는 경우와 비교하여 한 면당 홈 깊이를 줄일 수 있으므로, 외피재(3)의 늘어남을 작게 하여 외피재(3)에 발생하는 손상을 줄일 수 있다. 또한, 외피재(3)에 발생하는 손상을 줄이면서, 상면측의 홈 깊이와 하면측의 홈 깊이의 합계를 충분한 값으로 할 수 있어 굽힘 영역(11)의 굽힘 탄성률 및 굽힘 강도를 감소시켜 굽힘 성형성을 향상시킬 수 있다.

도 2(a)는 본 실시형태의 진공 단열재(1)의 굽힘 영역(11)이, 냉장고의 내케이스(21)의 곡면 영역의 외측을 덮는 경우의 홈 부분을 도시한 확대 단면도이고, (b)는 내측 홈(8) 및 외측 홈(7)의 형상을 모식적으로 도시한 확대 단면도이다. 도 2(c)는 참고예에 따른 진공 단열재에 있어서 홈 부분을 도시한 확대 단면도이다. 도 2(a)에서는 외측 홈(7) 및 내측 홈(8)이 형성된 상면을 내측으로 향한 상태로 굽힘 영역(11)을 굽힘 가공하는 예를 나타내고 있다.

도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본원 발명자들의 검토 결과, 복수의 홈(즉, 외측 홈(7) 및 내측 홈(8))의 홈폭의 최소값을 Xmin(mm), 최대값을 Xmax(mm)로 하고, 복수의 홈의 깊이를 Y(mm)로 하고, 복수의 내측 홈(8)들간의 간격을 a(mm)로 하면,

Xmin = 0.54Y ...(식 1)

0 < (a - 5) = Xmax ≤ a/2 ...(식 2)

의 두 식이 모두 성립되어 있으면 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한 간격(a)의 바람직한 범위는, 6 ≤ a ≤ 20이다.

이 구성에 의하면, 접어 구부러진 상태에서 피복 대상물(내상 21)의 곡면 영역에 대면하는 복수의 홈(내측 홈(8) 및 외측 홈(7))에 밀폐 공간(23)을 형성할 수 있다. 이 밀폐 공간(23)에는 공기 등의 열전도율이 작은 기체가 존재하고 있으므로 굽힘 영역(11)에서의 단열 성능을 보다 향상시킬 수 있다. 더욱 상세하게는, 주로 홈간 피치를 최적화함으로써 굽힘 영역(11)에서 굽힘 반경이 작은 R굽힘을 실현할 수 있고, 주로 홈폭을 최적화함으로써 밀폐 공간(23)의 체적 최소화에 의한 대류 열전도의 억제가 가능해진다. 여기서, "R굽힘"은 굽힘 영역이 곡면을 갖도록 구부리는 것을 가리킨다.

이와 같이, 진공 단열재(1)에서는 상면 및 하면 중, 복수의 홈이 형성된 하나의 면을 복수의 홈을 따라 접어 구부렸을 경우 복수의 홈은 구부러진 상태에서 외피재(3)들끼리 접촉하지 않도록 공간이 형성된다.

이에 반해, 홈폭(X)이 식 1, 식 2로 규정되는 범위를 벗어나는 경우, 도 2(c)에 나타낸 참고예와 같이 접어 구부러진 상태에서는 홈이 찌그러져 외피재(3)들끼리 접촉하게 되어 외피재(3)를 통한 전열이 커져 진공 단열재(1)의 단열 성능이 저하된다.

또한 도 2(a)에서는 내측 홈(8) 및 외측 홈(7)과 내케이스(21)의 외면에 의해 밀폐 공간(23)이 형성되어 있는 예를 나타내고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 진공 단열재(1)와 내케이스(21) 사이에 밀착성이 좋은 시트를 마련하여 이 시트와 내측 홈(8) 및 외측 홈(7)에 의해 밀폐 공간(23)을 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 진공 단열재(1)를 내케이스(21)의 외면에 부착하지 않고 외케이스(33)의 내면에 부착하거나 내케이스(21), 외케이스(33) 모두에 부착하지 않고 내케이스(21)와 외케이스(33) 사이의 공간에 배치할 수도 있다. 또한, 외케이스(33)에 부착되는 진공 단열재(1)의 면에 복수의 홈이 형성되어 있을 경우, 이 복수의 홈과 외케이스(33) 사이에 밀폐 공간이 형성될 수도 있다.

본 실시형태의 진공 단열재(1)에 있어서, 상술한 식 1, 식 2를 만족하는 범위에서, 복수의 홈(내측 홈(8, 10) 및 외측 홈(7, 9))의 홈폭은 1mm 이상 10mm 이하 정도이고, 이 홈들의 깊이는 진공 단열재(1)의 두께를 6mm로 했을 경우, 0.4mm 이상 0.85mm 이하 정도이고, 서로 인접하는 외측 홈(7)과 내측 홈(8)과의 간격, 및 외측 홈(9)과 내측 홈(10)과의 간격은 6mm보다 크고 50mm 이하이고, 내측 홈(8)들간의 간격 및 내측 홈(10)들간의 간격은 6mm 이상 20mm 이하 정도이면 바람직하다.

본 실시형태의 진공 단열재(1)에 있어서, 상기 범위 중 가장 바람직한 것은 복수의 홈(내측 홈(8, 10) 및 외측 홈(7, 9))의 홈폭이 2mm 정도, 각 홈의 깊이가 진공 단열재(1)의 두께를 6mm로 했을 경우, 한 면당 0.6mmㅁ0.2mm 정도(진공 단열재(1)의 두께에 대해 10%ㅁ3.3% 정도), 양면 합하여 1.2mmㅁ0.4mm 정도(진공 단열재(1)의 두께에 대해 20%ㅁ6.7% 정도), 서로 인접하는 외측 홈(7)과 내측 홈(8)과의 간격, 및 외측 홈(9)과 내측 홈(10)의 간격이 20mm 정도이고, 내측 홈(8)들간의 간격 및 내측 홈(10)들간의 간격이 10mm 정도인 경우이다.

또한, 진공 단열재(1)의 두께에 대한 복수의 홈의 깊이의 비율은, 양면 합계로 진공 단열재(1)의 12% 이상 28% 이하이면 바람직하다. 홈은 한 면에만 형성되어 있을 수도 있으나, 외피재(3)의 연신율을 억제하기 위해, 상하 양면에 서로 대향하여 홈이 형성되고 아울러 한 면당 홈의 깊이의 비율이 6% 이상 14% 이하인 것이 특히 바람직하다.

이 구성에 의하면, 홈의 깊이의 비율을 최적인 범위로 함으로써, 연신되는 외피재(3)의 가스 배리어 성능의 저하, 및 단열 성능의 저하를 최소한으로 하면서, 굽힘 성형성(형상 유지성)을 향상시킬 수 있다.

이어서, 본 실시형태의 진공 단열재(1)의 구성 재료에 대해 설명한다.

심재(5)로서는 실리카 분말이나 알루미나 분말, 흄드 실리카(Fumed Silica) 등의 분체, 무기 섬유나 유기 섬유 등의 섬유체 등을 단독 혹은 복합적으로 사용할 수 있다. 이 재료들 중, 단열 성능, 외피재(3)에 사용했을 경우의 높은 추종성, 취급성, 작업성의 향상을 위해, 유연성을 갖는 무기 섬유나 유기 섬유 등의 섬유체, 적층체 등이 심재(5)의 재료로서 사용된다. 외피재(3)는 내부의 높은 진공도를 유지하기 위해 가스 배리어성이 부여되어 있고, 예를 들어 플라스틱 등의 고분자 화합물을 베이스로 한 라미네이트 필름에 의해 구성된다.

또한, 외부로부터 공기나 수증기 등이 주로 외피재(3)를 투과하여 진공 단열재(1) 내부로 침입함에 따른 단열 성능 열화를 억제하기 위해, 외피재(3) 내부에 심재(5)와 함께 흡착제를 설치할 수도 있다. 흡착제를 설치하는 장소는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 홈(외측 홈(7, 9) 및 내측 홈(8, 10))이 형성되는 위치에 설치하는 것은 피하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 두께가 두꺼운 진공 단열재(1)의 적층 부위 사이에 설치하여 고정하거나 복수개의 흡착제를 복수 부위에 나누어 설치할 수도 있다. 또한, 복수 종류의 흡착제를 사용할 수도 있다. 또한, 심재(5)의 흡착제 수납부에 있어서, 심재(5)를 흡착제의 두께만큼 줄여 그 장소에 흡착제를 설치 고정할 수도 있다. 이와 같이 흡착제용의 수납부를 형성함으로써 평면성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 변형예에 따른 진공 단열재와 같이, 외피재(3)와 심재(5)와의 사이에, 외피재에 밀착하도록 배치되고 흡착제를 함유하는 흡착 시트(47)가 더 마련되어 있을 수도 있다. 이 경우, 심재(5) 중 홈이 형성된 부분은 흡착 시트(47)에 덮여 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 흡착 시트(47)를 사용하므로 홈부를 덮는 것이 용이하고, 홈부에서 외피재(3)에 핀홀 등이 발생한 경우에도 외피재(3)와 심재(5) 사이에 개재시킨 흡착 시트(47)에 의해, 핀홀 등을 통해 침입하는 외기를 흡착할 수 있게 된다. 따라서, 진공 단열재(1) 내부의 진공도의 저하를 억제할 수 있고 진공 단열재(1)의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 흡착 시트(47)를 홈부에 설치하여도 심재(5)의 두께를 크게 감소시키지 않으므로 입자상 등의 흡착제를 사용하는 경우에 비해 흡착제의 삽입 부분에서의 단열 성능의 저하나 굽힘 가공성의 저하를 억제할 수 있다.

이 흡착 시트(47)는 내부에 흡착제가 분산된 수지 필름일 수도 있다. 이 경우, 외피재(3)(라미네이트 필름)의 어느 위치에 핀홀이 발생하여도 침입한 외기를 효율적으로 흡착하는 것이 가능해진다.

또한 흡착제는 수분이나 가스를 흡착할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 본 실시형태의 진공 단열재(1) 및 그 변형예에 적용 가능한 흡착제의 일례로서 합성 제올라이트(친수성 또는 소수성), 카본 나노튜브, 카본 나노호른, 카본 나노섬유나, 그라파이트 나노섬유 등의 탄소 섬유체, 활성탄, 실리카 겔 등의, 피흡착 분자와 흡착제가 물리화학적인 친화력으로 흡착을 실현하는 물리 흡착제를 들 수 있다. 그 밖에, 생석회를 비롯한 알칼리 토류 금속의 산화물(예를 들어, 산화칼슘, 산화바륨, 산화스트론튬), 알칼리 금속의 산화물, 금속 산화물 등의 가스 흡착제를 사용할 수도 있다. 혹은, 바륨-리튬 합금 등의 합금과 같은, 주로 화학반응에 의해 피흡착 분자와 결합함으로써 흡착을 실현하는 화학반응형 흡착제를 사용할 수도 있다. 공지의 흡착제를 단독 혹은 병용하여 적용할 수도 있다. 또한, 형상은 펠렛, 비즈, 파우더 등 , 특별히 한정되는 것은 아니다.

심재(5)로서 사용되는 섬유의 일례로서 글라스 울(glass wool), 실리카 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 알루미나 섬유, 세라믹 섬유, 혹은 암면(rock wool) 등의 무기 섬유나 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유(PET 섬유)로 대표되는 폴리에스테르 섬유, 폴리스티렌 섬유, 아크릴 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리우레탄 섬유, 레이온 섬유 등의 합성 유기 섬유, 마, 견, 면, 양모 등의 천연 유기 섬유 등을 들 수 있다. 섬유는 단섬유일 수도 장섬유일 수도 있다. 또한, 무기 섬유 및 유기 섬유는 단독 혹은 복합적으로 사용할 수 있다.

외피재(3)는 플라스틱 등의 고분자 화합물을 베이스로 한 라미네이트 필름으로서, 2~5층 혹은 그 이상의 단층 필름이 합착된 구성을 가지고 있다. 합착된 필름의 층수나 필름의 종류(재질) 및 조합은, 라미네이트 필름이 진공 단열재(1) 내부의 높은 진공도를 유지하는데 충분한 가스 배리어성을 갖도록 선정된다.

구체적으로, 외피재(3)는 외층부터 차례로, 리이크(진공 파괴)를 방지하기 위한 표면 보호층, 가스 배리어성을 부여하기 위한 가스 배리어층, 밀봉을 위한 열용착층으로 구성된다. 또한 진공 단열재(1)에의 홈 형성에 의해 외피재(3)가 연신됨에 따른 핀홀 발생 또는 확대의 우려에 대응하기 위해, 가스 배리어층은 2층 이상 마련되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 첫번째 가스 배리어층에 핀홀이 발생했다고 해도 두번째 가스 배리어층에 의해 외기 침입을 억제할 수 있으므로 진공 단열재(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 열전도성을 감소시키기 위해, 가스 배리어층의 적어도 1층에 증착 필름을 채용하는 것이 좋다. 더욱 바람직한 구성으로서는, 가스 배리어층의 적어도 1층에 증착 필름, 적어도 1층에 박(foil) 필름을 채용하는 것이 좋다.

외피재(3)의 구성의 일례를 들면, 표면 보호층을 폴리아미드(PA), 가스 배리어층을 알루미늄 증착된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 알루미늄(Al)박, 열용착층을 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 한 총 4층의 라미네이트 필름이 있다.

표면 보호층으로서 폴리아미드 대신에 흡습성이 작은, 2축 연신한 폴리프로필렌(OPP)이나 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 단열 성능을 개선할 수도 있다. 가스 배리어층으로서 히트브릿지의 감소를 목적으로 알루미늄박 대신에 알루미늄 증착된 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH)나 알루미늄 증착된 폴리비닐알코올(PVOH)을 사용하여 단열 성능을 개선할 수도 있다. 열용착층으로서 고밀도 폴리에틸렌 대신에 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 무연신 폴리프로필렌(CPP), 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등을 사용할 수도 있다. 또한, 증착은 스텐레스 증착(SUS) 등의 금속 증착이나 실리카 증착 등의 무기산화물 증착일 수도 있다.

필름 두께는 단열 성능, 비용, 연신성, 가스 배리어성 및 신뢰성을 고려하여 설정될 수 있다. 구체적으로, 플라스틱 필름(고분자 필름)의 두께는 각 10~50㎛ 정도, 알루미늄박의 두께는 6~12㎛ 정도, 증착막의 두께는 0.04~0.12㎛ 정도인 것이 바람직하고, 외피재(3)의 두께 60~120㎛로 하는 것이 바람직하다.

각 층의 라미네이트 방법으로서는 2액 경화형 우레탄 접착제 등을 이용하여 필름을 합착하는 드라이 라미네이트나, 용해된 폴리에틸렌 등을 이용하여 필름을 합착하는 압출 라미네이트 등을 선정할 수 있다. 또한, 표면 보호층의 외표면에 대해, 코로나 방전 처리, 프레임 처리, 플라즈마 처리 등의 표면 처리를 수행할 수도 있다. 이 표면 처리에 의해 진공 단열재(1)와 접착제나 발포 우레탄과의 접착력을 개선할 수 있다.

또한, 외피재(3)에 있어서, 제1 방향의 파단 연신(breaking elongation)과 제1 방향과 직각인 제2 방향의 파단 연신은 서로 같을 수도 있으나 서로 다를 수도 있다. 여기서, 외피재(3)을 구성하는 라미네이트 필름에 있어서, 제1 방향을 필름 제조시의 필름의 흐름 방향(MD방향), 제2 방향을 필름의 흐름 직각 방향(TD) 방향으로 할 수 있다.

제1 방향(MD방향)과 제2 방향(TD방향)에서 외피재(3)의 파단 연신이 다른 경우, 복수의 홈(내측 홈(8, 10) 및 외측 홈(7, 9))은 두 방향 중 파단 연신이 작은 방향에 직교하도록 연장되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 복수의 홈의 연장 방향에 대해 "직교한다"는 것은, 제조시의 치수 오차나 제조 후의 변형 등을 허용하는 "실질적으로 직교한다"는 의미이다.

발명자의 검토 결과를 통해, 외피재(3)의 파단 연신이 작은 것이, 구부렸을 경우 구성 재료가 쉽게 늘어나지 않고, 가스 배리어 성능이 쉽게 저하되지 않음을 알 수 있다. 이는, 외피재(3)가 쉽게 늘어나지 않으면 가스 배리어층에서의 핀홀의 발생 또는 확대를 억제할 수 있기 때문이다. 따라서, 상술한 구성을 가짐으로써, 홈의 형성 및 굽힘 성형에 의해 연신되는 외피재(3)의 손상을 줄일 수 있고 홈 부분 및 굽힘 영역(11)에서의 가스 배리어 성능의 저하를 억제할 수 있다.

외피재(3)가 되는 라미네이트 필름은 구성 재료의 배향 방향이 다른 2개 이상의 고분자 필름을 포함하고 있을 수도 있다. 예를 들어, 라미네이트 필름은 1축 연신 필름, 2축 연신 필름 및 무연신 필름 중 1종 이상을 조합한 것으로 구성될 수도 있고, 이 필름들의 연신 정도의 조합을 선정함으로써 MD방향 및 TD방향에 있어서의 파단 연신의 비율의 조정을 수행한다. 이때, 배향 방향이 같은 필름의 방향(예를 들어 세로와 가로 등)을 바꾸어 합착할 수도 있다.

이러한 라미네이트 필름의 파단 연신 비율의 최적 범위로서, 외피재(3)에서의 크랙 억제 및 가스 배리어 성능 저하 억제의 관점에서, 외피재(3)에서의 파단 연신이 작은 방향의 파단 연신의 비율을 40% 이상 150% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 2축 연신에 대해서는, 한 방향씩 연신하는 순차 연신과 2방향 연신하는 동시 연신이 있으나, 순서를 포함하여 연신 방법은 특별히 한정되지 않는다.

외피재(3)는 예를 들어 2장의 라미네이트 필름의 열용착층들을 서로 마주보도록 하여 열용착됨으로써 합착된다. 외피재(3)의 열용착 폭은 특별히 한정되는 것은 아니고, 외피재(3) 중, 심재(5)가 삽입되지 않는 가장자리부의 일부 또는 전부가 용착되어 있을 수도 있다. 다만, 라미네이트 필름 끝면을 통한 가스 침입을 억제하는 것과, 단열성을 갖지 않는 가장자리부를 가능한 한 작게 하는 것을 양립시키기 위해, 열용착 폭의 바람직한 범위는 10~20mm 정도이다.

외피재(3)를 구성하는 2장의 라미네이트 필름의 조합은, 금속박을 포함하는 필름 2장(양면박 사양), 금속박을 포함하지 않고 증착막을 포함하는 필름 2장(양면 증착 사양), 금속박을 포함하는 필름과 금속박을 포함하지 않고 증착막만을 포함하는 필름 각 1매(박/증착 사양) 중 어떠한 조합일 수도 있다.

또한, 외피재(3)는, 심재(5)가 사이에 존재하지 않은 가장자리부를 접고, 이 접은 부분을 심재(5)가 존재하는 위치에 중첩시켜 고정할 수도 있다(이 접는 방법을 "귀 접기"라 칭함). 고정 수단은, 셀로판 테이프, 양면 테이프, 핫멜트 등의 접착제 등을 사용할 수 있다. 또한, 접는 방향은 특별히 한정되지 않으며 박 필름 측일 수도 증착 필름 측일 수도 있고, 단차측(홈이 형성된 면)일 수도 평면측(홈이 형성되어 있지 않은 면)일 수도 있다. 진공 단열재(1)를 냉장고의 내케이스 등에 부착할 때에는, 접는 방향을 부착된 면과는 반대 측으로 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 실시형태 및 변형예에 따른 진공 단열재(1)는 곡면을 갖는 피복 대상물에 대한 형상 추종성이 양호하고 굽힘 성형성이 뛰어날 뿐 아니라, 종래의 진공 단열재에 비해 굽힘 가공했을 경우의 외피재(3)의 가스 배리어성의 저하가 억제된다. 따라서, 본 실시형태 및 변형예에 따른 진공 단열재(1)에 의하면, 보온 보냉 기기에 있어서 곡면을 갖는 부재를 높은 단열 성능을 유지하며 덮을 수 있으므로, 보온 보냉 기기의 외형을 증가시키지 않고 소비 에너지를 절감할 수 있다. 또한, 보온 보냉 기기의 용적율을 향상시킬 수 있게 된다.

- 진공 단열재의 제조 방법 -

본 실시형태에 따른 진공 단열재(1)의 제조는 이하의 순서로 이루어진다.

우선, 심재(5)를 건조로 등을 이용하여 건조시켜 심재(5)에 부착된 수분이나 가스를 탈리시킨 후 심재(5)에 흡착제를 삽입한다. 이어서, 미리 건조로 또는 진공 건조로 등에서 건조시켜 둔, 3변이 열용착되어 주머니 모양으로 되어 있는 외피재(3)에, 적층한 심재(5)를 삽입하고, 이를 진공 챔버에 세트하여 진공 배기시킨다. 적절한 진공도에 도달하면 진공 배기시키면서 열용착되지 않은 외피재(3)의 나머지 한 변을 열용착하여 밀봉시키고 이후 진공 챔버에서 꺼낸다. 이에 의해, 평판 형상의 진공 단열재(1)를 얻을 수 있다.

이어서, 지그에 의한 프레스 등에 의해 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 복수의 홈을 형성한다. 또한 굽힘 가공전의 진공 단열재(1)의 평면 형상은, 도 1(b)에 도시된 바와 같은 직사각형일 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

- 진공 단열재의 구체예 -

본 개시의 제1 실시형태에 따른 진공 단열재 및 구성 부재의 구체예에 대하여 이하 기재한다. 여기서, 각 부재에는 도 1(a), (b)와 동일한 부호를 사용하고 있다. 또한 본 명세서에서의 파단 연신은, 시료를 인장 하중을 올리면서 당겨 절단(파단)시켰을 때의 원 표점거리에 대한 늘어남을 백분율로 나타낸 값이고, 연신율은, 시료를 인장 하중을 올리면서 당겨 연신했을 때의 원 표점거리에 대한 인장 거리를 백분율로 나타낸 값이다.

<제1 구체예>

제1 구체예로서 외피재(3)의 재료만을 준비하여 그 평가를 수행하였다. 외피재(3)는 두께 25㎛의 폴리아미드 필름, 약 50nm의 두께로 알루미늄을 증착시킨 두께 12㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 두께 6㎛의 알루미늄박, 두께 50㎛의 고밀도 폴리에틸렌 필름을 드라이 라미네이트하여 합착시킨 라미네이트 필름으로 하였다.

또한 외피재(3)의 파단 연신은 MD방향을 114%, TD방향을 98%로 조정했다(JIS K7127: 1999에 준거). 이때의 MD, TD 각 방향에 있어서의 연신율과 수증기 투과도의 관계를 조사한 결과를 도 4에 나타내었다. 또한 수증기 투과도의 측정에는 ISO15106-3에 준거하는 MOCON Aquatran를 사용하였다. 이 수증기 투과도 측정에서는, 연신되는 외피재(3)의 각 시험편의 사이즈를 폭 100mm ㅧ 길이 약 240mm로 하여 인장 시험을 실시하였다. 시험 조건은 JIS K7127: 1999에 준거하여 수행하였다. 또한 원 표점거리는 100mm, 시험 온도는 23℃, 인장 속도는 2mm/분으로 하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 연신율이 높아짐에 따라 TD방향, MD방향 모두 수증기 투과율은 상승하였다. 여기서, 진공 단열재 내부의 진공도를 유지하는데 필요한 수증기 투과도는 약 2g/m2 d 이하이므로, 이 구성에 의한 라미네이트 필름은 연신율이 33%를 넘었을 때, 수증기 투과도가 허용 범위를 넘는, 즉 가스 배리어성이 허용 범위를 밑도는 것을 알 수 있었다.

또한, 파단 연신이 작은 TD방향이 동일한 연신율에서도 수증기 투과도가 MD방향에 비해 작고 가스 배리어성이 높은 것을 알 수 있다. 이상을 통해, 굽힘에 의해 외피재(3)가 연신되는 방향을 외피재(3)의 파단 연신이 작은 방향과 일치시킴으로써 외피재(3)의 가스 배리어성 저하를 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 구체예와 같이, TD방향의 파단 연신이 MD방향의 파단 연신보다 작은 경우, 외피재(3)에서의 구부러진 부분의 둘레 방향을 TD방향으로 함으로써 가스 배리어성 저하가 억제된 진공 단열재를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본구체예와는 반대로, MD방향의 파단 연신이 TD방향에 대해 작은 외피재(3)를 준비하는 경우, 외피재(3)에서의 구부러진 부분의 둘레 방향을 MD방향으로 함으로써 가스 배리어성 저하를 억제한 진공 단열재를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

<제2 구체예>

상술한 제조 방법에 의해, 홈을 형성하기 전의, 평판 형상의 진공 단열재를 제작하였다. 외피재(3)는 두께 25㎛의 폴리아미드 필름, 약 50nm의 두께로 알루미늄을 증착시킨 두께 12㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 두께 6㎛의 알루미늄박, 두께 50㎛의 고밀도 폴리에틸렌 필름을 드라이 라미네이트하여 합착시킨 라미네이트 필름으로 하였다. 심재(5)로서는 평균 섬유경 약 4㎛의 단섬유 글라스 울의 적층체를 사용하였다. 또한 측정을 고려하여 흡착제는 생략하였다.

본 구체예에 따른 진공 단열재(1)는 진공 단열재를 형성한 후 복수의 홈을 형성함으로써 제작할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서 설명한 제작 방법에 의한 진공 단열재(1)의 제조 공정의 일례는 다음과 같다. 여기서, 도 10은 본 실시형태(본 구체예)에 따른 진공 단열재(1)의 복수의 홈을 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.

우선, 도 10에 도시된 바와 같이 평판형의 진공 단열재(1)에 대해, 예를 들어 폭 2.5mm의 반원기둥 모양의 부재가 소정의 간격으로 복수 배치되어 있는 지그(50)를 이용한 프레스에 의해, 진공 단열재의 상면(제1 면) 및 하면(제2 면)에 홈을 형성한다. 하면에 형성된 복수의 홈 각각과 상면에 형성된 홈 각각은 서로 대향한다. 다시 말해, 상면에 형성된 복수의 홈과 하면에 형성된 홈 각각은 진공 단열재(1)의 위에서 본 경우에 완전히 중첩되어 있다. 홈은 상면과 하면에 있어서 두께 방향에서 본 거의 동일한 위치에 형성된다.

또한, R굽힘을 수행하는 위치(굽힘 영역(11))에 있어서, 홈은 복수개가 간격을 두고 형성됨과 아울러, 이 복수의 홈은 한 쌍의 외측 홈(7, 9)과, 한 쌍의 외측 홈(7, 9)의 내측에 형성된 복수의 내측 홈(8, 10)을 포함한다.

여기서, 한 쌍의 외측 홈(7) 각각과, 복수의 내측 홈(8) 중 각 외측 홈(7)에 인접하는 내측 홈(8)과의 간격은, 복수의 내측 홈(8)들간의 간격보다 크다. 또한, 한 쌍의 외측 홈(9) 각각과 복수의 내측 홈(10) 중 각 외측 홈(9)에 인접하는 내측 홈(10)과의 간격은, 복수의 내측 홈(10)들간의 간격보다 크다.

본 구체예에서는 내측 홈(8, 10)들간의 간격을 10mm, 외측 홈(7, 9)과 이 외측 홈들에 각각 인접하는 내측 홈(8, 10)과의 간격을 각각 20mm로 하였다. 또한, 굽힘 탄성률 측정용의 진공 단열재(1)의 사이즈를 폭 50mm ㅧ 길이 120mm로 하여 3점 굽힘 시험을 실시하였다. 시험 조건은 JIS K7221에 준거하였다. 즉, 압자 및 지지대의 반경 = 5R, 지점간 거리 = 100mm로 하고, 시험편은 23℃, 습도 50%로 88시간 이상 보존한 후에 시험에 제공되고(JIS7100에 준함), 시험 온도 및 습도 = 23℃, 50%로 하고, 굽힘 속도 = 10mm/분으로 하였다.

이때의 진공 단열재의 홈 깊이와 굽힘 탄성률과의 관계를 조사한 결과를 도 5에 나타내었다. 또한 도 5에는 홈 형성시에 있어서 외피재(3)에 발생할 수 있는 최대의 연신율도 함께 나타내었다. 여기서, 도 5에 나타난 수증기 투과도가 적정으로 되는 범위는 도 4의 결과로부터 얻어진 것이다. 또한, 도 9는 진공 단열재에 있어서, 홈 깊이와 외피재의 연신율과의 관계를 나타낸 도면이다.

이러한 홈 형성에 있어서는, 홈 깊이가 커질수록 굽힘 탄성률이 감소됨을 알 수 있다. 본 구체예에서, 도 5, 도 9에 나타낸 결과를 통해, 진공 단열재(1)의 굽힘 성형에 적합한 홈 깊이는 한 면당 0.4mm 이상인 것이 확인되었다. 또한 굽힘 강도 또한 굽힘 탄성률과 유사한 경향을 보이는 것이 확인되었다. 다만, 홈 깊이가 커질수록 최대 연신율이 커지므로, 제1 구체예의 결과를 볼 때, 홈 깊이를 크게 하면 가스 배리어성이 저하되게 된다. 이를 감안하여, 외피재 연신율, 수증기 투과도, 굽힘 탄성률의 결과를 대조함으로써 외피재 방향, 홈 사양(폭, 깊이)의 최적 범위를 각각 얻을 수 있다. 이를 정리하면 다음과 같다.

1) 외피재 방향: 파단 연신이 작은 방향(여기서는 TD방향), 연신율 0~32%

2) 진공 단열재(1)의 홈 깊이: 한 면당 0.4mm 이상 0.85mm 이하(두께에 대해, 한 면당 6~14%, 양면 합계 12~28%가 된다)

<제3 구체예>

제1 구체예에 기재된 재료 구성, 및 제2 구체예에 기재된 제조 공정에 준거하여 사이즈를 폭 400mm ㅧ 길이 700mm로 한 진공 단열재(1)를 제작하였다. 진공 단열재(1)의 두께는 약 6mm이고, 홈의 간격은 도 6에 나타낸 바와 같다. 즉, 복수의 홈의 홈폭을 모두 2mm, 홈 깊이를 모두 0.5mm(오차는 ㅁ0.2mm)로 하였다. 이와 같이 하여 얻어진 진공 단열재(1)의 굽힘 영역(11)에 있어서, 진공 단열재(1)를 복수의 홈을 따라 접어 구부려 R형상이 되도록 하였다(도 7(a) 참조). 그 결과, R50(즉, 굽힘 반경이 50mm)의 형상으로 가공할 수 있었다. 이 상태로 3일 이상 그대로 두었으나 리이크는 발생하지 않았다. 아울러 열류계법(JIS A 1412-2)에 의한 열전도율 측정을 실시한 바, 굽힘 가공전과 비교하여 열전도율은 변화하지 않았다. 또한, 진공 단열재(1)의 사이즈를 크거나 작게 변경한 경우에도, 동일하게 가공할 수 있음을 확인하였다.

<제4 구체예>

본 구체예에 따른 진공 단열재(1)는, 제3 구체예에 따른 진공 단열재(1)에 있어서 홈의 간격을 변경한 것이다. 구체적으로는, 내측 홈(8, 10)들간의 간격 7.5mm, 외측 홈(7, 9)과 이것들에 인접하는 내측 홈(8, 10)과의 간격(다시 말해, 굽힘의 시작점 및 종료점에서의 홈의 간격)을 15mm로 하였다. 그 결과, R40(굽힘 반경 40mm)의 형상으로 가공할 수 있었다. 이 상태로 진공 단열재(1)를 3일 이상 그대로 두었으나 리이크는 발생하지 않았다.

이와 같이 구성함으로써, 진공 단열재(1)를 굽힘 가공할 때, 굽힘 영역(11)에 있어서의 형상의 추종성을 개선할 수 있으므로 리이크를 일으키지 않고 원하는 형상을 얻을 수 있다. 나아가 상기 진공 단열재(1)를 냉장고 등에 적용함으로써, 지금까지 적용이 어려웠던 장소에 설치하는 것도 가능해지고, 진공 단열재(1)에 의한 피복 면적을 크게 할 수 있어 에너지 절약 성능을 향상시킬 수 있다.

또한 본 구체예에서는 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 진공 단열재를 구부린 후, 홈부와 피복 대상물 또는 필름 등과의 사이에 공기 등이 존재하는 밀폐 공간(23)이 형성되는 형상으로 한다. 금속박이나 금속 증착막 등의 가스 배리어층을 포함하는 외피재(3)의 열전도율보다 공기의 열전도율이 작으므로 진공 단열재(1)의 홈부에 있어서의 단열 성능을 개선할 수 있다.

또한, 필요에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 수지 필름 내부에 흡착제를 분산시킨 흡착 시트를 심재(5)의 홈부를 모두 덮도록 하여 외피재(3)와 심재(5)와의 사이에 개재시킬 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 심재(5)의 홈부에 있어서 외피재(3)에 핀홀 등이 발생한 경우에도, 흡착 시트(47)에 의해, 핀홀 등을 통해 침입하는 외기를 흡착할 수 있으므로 진공 단열재(1)의 진공도 저하를 억제할 수 있어 장기 신뢰성이 향상된다.

(제2 실시형태)

도 7(a)는 굽힘 가공된 상태의 진공 단열재(1)를 도시한 사시도이고, (b)는 상기 진공 단열재(1)의 단면도이다. 또한, 도 8은 굽힘 가공된 진공 단열재(1)가 사용된, 본 개시의 제2 실시형태에 따른 냉장고를 도시한 단면도이다. 도 7(a), (b)에 도시된 진공 단열재(1)는, 제1 실시형태의 제3 구체예에 따른 진공 단열재(1)로서, 제1 실시형태에 따른 진공 단열재(1)에 있어서 굽힘 영역(11)을 복수의 홈을 따라 곡면을 형성하도록 구부린 다음, 그 외의 부분도 피복 대상물의 형상에 맞추어 구부린 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 냉장고는 외케이스(33)와, 외케이스(33) 내에 수납되어 각각 내부에 저장실을 형성하는 내케이스(21, 31)와, 외케이스(33)와 내케이스(21, 31) 사이에 배치된 도 7(a), (b)에 도시된 진공 단열재(1)를 구비하고 있다. 내케이스(21, 31) 및 외케이스(33)는 모두 전방에 개구부가 형성되어 있다. 도 8에 도시된 예에서는, 내케이스(21) 내의 저장실은 냉동 온도대(溫度 )로 설정되는 냉동실(43)이고, 내케이스(31) 내의 저장실은 냉장 온도대로 설정되는 냉장실(45)이다.

이 내케이스(21, 31), 외케이스(33), 진공 단열재(1)와, 내케이스(21)의 개구부를 닫는 서랍식의 도어(37), 및 내케이스(31)의 개구부를 닫는 예를 들어 회전식의 도어(35)는 단열 케이스체(40)를 구성하고 있다. 외케이스(33)는 일부를 제외하고 외부로 노출되어 있고, 전방의 단부에서 내케이스(21, 31)에 접속되어 있다. 또한 냉장고의 배면부에 있어서 내케이스(31)와 외케이스(33) 사이에는 진공 단열재(27)가 배치되고, 냉장고의 천정부에 있어서 내케이스(31)와 외케이스(33) 사이에는 진공 단열재(25)가 배치되고, 냉장고의 양측면부에 있어서 내케이스(31)와 외케이스(33) 사이에도 진공 단열재(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 진공 단열재(25, 27)는 제1 실시형태에 따른 진공 단열재일 수도 있고, 홈이 형성되지 않은 평판 형상의 진공 단열재일 수도 있다.

또한, 본 실시형태의 냉장고는 단열 케이스체(40)뿐 아니라, 발포(경질) 우레탄(29), 압축기(41)를 포함하는 냉동 사이클, 전기 기판 및 전기 배선을 구비한다(도시하지 않는 것을 포함). 외케이스(33)와 내케이스(21, 31) 사이의 벽이 되는 공간의 적소에는, 냉동 사이클에 있어서의 냉매 배관의 일부나 전기 배선의 일부, 진공 단열재(1)가 각각 배치되고 그 이외의 공간은 모두 발포 우레탄(29) 또는 발포 폴리스티렌 등의 단열재로 충전되어 있다. 각각의 재질이나 기재 두께는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 외케이스(33)는 철이나 스텐레스 등, 내케이스(21, 31)는 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체(ABS) 등, 냉매 배관은 동이나 알루미늄 등, 냉매는 R134a, R600a 등을 사용할 수 있다.

본 실시형태의 냉장고는 냉장실(45)과 냉동실(43) 외에, 임의의 온도로 설정되는 실을 구비할 수도 있다. 각각의 실은 적절한 단열성을 가진 칸막이로 구획되어 있다. 또한, 각각의 실의 전면에는 회전식의 도어(35) 또는 서랍식의 도어(37)가 설치된다. 도어에는 냉장고를 밀폐하기 위한 패킹이 장착되어 있고 또한 열누설 억제 및 결로 방지를 위해 도어는 적절한 단열성을 갖는다. 서랍식의 도어(37)에는 식품 등을 수납하는 용기가 장착되어 있어 도어를 당김으로써 수납 용기가 인출된다. 각 실 내부는 도어 부분에 식품 등을 수납 가능한 도어 포켓을 가지고 있거나, 실내를 구획하는 선반이나 트레이 등이 설치되어 있다. 또한, 제빙기가 고 내에 설치되어 있거나 아이스 디스펜서를 냉장고 전면에 구비하고 있을 수도 있다.

냉동 사이클은 압축기(41), 응축기, 증발기(44, 46), 캐필러리 튜브, 드라이어, 어큐뮬레이터 등으로 구성되고 이것들이 배관에 의해 결합되어 사이클을 구성하고 있다. 기본적으로는 압축기(41), 응축기, 캐필러리 튜브, 증발기(44, 46)의 순서로 냉매가 순환하여, 증발기(44, 46)로부터 압축기(41)로 냉매가 되돌아온다. 또한, 캐필러리 튜브 바로 앞에 드라이어가 장착됨으로써, 수분 제거나 막힘 방지를 도모하거나, 증발기(44, 46)와 압축기(41) 사이에 어큐뮬레이터가 장착됨으로써 액체 상태의 냉매가 압축기(41) 내부로 흡인되지 않도록 한다.

압축기(41) 및 응축기는 방열 촉진용의 팬과 함께 기계실(39) 내에 설치되고, 증발기(44, 46)는 냉장고 배면의 적절한 위치에 설치된다. 캐필러리 튜브는 기계실(39)로 꺼낼 수도 있으나, 발포 우레탄(29) 내부에 매설되어 있을 수도 있다. 또한, 응축기와 캐필러리 튜브 사이에는 냉매가 더욱 방열하기 위한 방열 파이프가 접속되어 있고 방열 파이프는 외기로의 방열을 위해, 냉장고의 외케이스(33) 내면이나 칸막이 전면부 내측 등에 접촉하여 배치된다. 배치 방법은 특별히 한정되지 않으나, 방열 촉진을 위해 알루미늄 테이프 등으로 붙여 고정한다. 방열 파이프의 길이나 형상은 냉매가 충분히 방열할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다.

증발기(44, 46) 각각의 위에는 팬(송풍기)이 설치되어 증발기(44, 46)에 의해 냉각된 공기를 순환시켜 냉장고의 고 내를 냉각시킨다. 증발기(44, 46)를 설치한 실과 다른 실을 덕트 등으로 연결할 수도 있다. 또한, 댐퍼 등에 의해 덕트를 개폐하여 실내의 온도 조정을 할 수도 있다.

증발기(44, 46)의 수는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에너지 절약 성능(저소비 전력량)이나 비용, 내용적 효율을 종합적으로 고려하면, 도 8에 도시된 예와 같이 냉동실(43)에 1대, 냉장실(45)에 1대로 총 2대인 것이 바람직하다. 냉동 사이클 내에 밸브 등을 장착하여 냉매를 분기함으로써 이를 실현할 수 있다. 또한, 증발기의 사이즈, 핀(fin)의 수나 형상, 배관 길이 등은 실내를 목적의 온도대( 度 )로 설정할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다.

또한, 냉장고에는 저면이나 배면 등에 우레탄 주입을 위한 홀인 주입구가 마련되어 있고, 내케이스(21, 31)의 적절한 부위에 우레탄 발포시의 가스 빼기용 홀이 마련된다. 주입구나 가스 빼기용의 홀의 수, 크기에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 냉장고 배면에 4곳의 주입구를 마련하여 우레탄 발포를 수행하면 충전성이 좋고 우레탄 밀도도 균일화하기 쉬워 품질 향상이 가능하다.

또한, 냉장고의 실내 상부에는 조명이 장착되어 있다. 조명의 종류는 특별히 한정되지 않고 형광등이나 발광 다이오드(LED) 등을 사용할 수 있다. 또한, 조명의 색은 흰색, 파랑, 주황 등, 고 내를 쉽게 볼 수 있도록 할 수 있는 것이면 모두 가능하다.

냉장고에 배치되는 진공 단열재(1)의 위치로서는, 외케이스(33)의 내면에 부착, 내케이스(21, 31)의 외면에 부착, 외케이스(33)와 내케이스(21) 사이에 외케이스(33) 및 내케이스(21, 31)에 접착시키거나 하지 않는 설치 중 어느 하나, 또는 이것들 조합이다. 부착 수단은 양면 테이프나 핫멜트 등의 접착제, 점착제 등을 적용을 수 있다. 또한, 핫멜트의 도포 방법에는 비드, 롤 코트, 바 코트, 스파이럴 등이 있으나, 접착력이 충분하고 아울러 작업상, 공정상 적절한 수단을 적절히 선택한다.

- 냉장고의 구체예 -

본 개시의 제2 실시형태에 따른 냉장고의 구체예에 대해 이하 기재한다.

<제1 구체예>

제2 실시형태에 따른 냉장고의 제1 구체예로서, 제1 실시형태의 제3 구체예에 따른 진공 단열재(1)를 사용한 냉장고를 설명한다. 이하, 도 8을 참조하면서 설명한다.

본 구체예에 따른 냉장고는, 냉장 온도대로 설정되는 냉장실(45)과, 냉동 온도대로 설정되는 냉동실(43)을 가지고 있고, 냉장실(45)이 냉동실(43)의 상측에 마련된 구성을 가지고 있다. 냉동실(43)에서는 외기와의 온도차가 냉장실(45)보다 커지므로, 단열 성능 확보를 위해 외케이스(33)와 내케이스 사이의 두께(벽 두께)는 냉장실(45)보다 냉동실(43)이 두껍게 되어 있다.

사용의 편의를 고려하여, 냉장실(45)의 전면에는 단열성을 가진 회전식의 도어(35)가 2개 설치되어 좌우 회전식으로 도어가 열리도록 되어 있다(프렌치 도어). 또한, 냉동실(43)의 전면에는 단열성을 가진 서랍식의 도어(37)가 설치된다. 각 도어에는 냉장고를 밀폐하기 위한 패킹이 장착되어 있다. 증발기는 냉동실 배면에 1대, 냉장실(45) 배면에 1대로 총 2대를 구비하고 있다. 또한, 냉장실(45)의 실내 상부에서는, 내케이스(31)가 움푹 들어가 조명이 장착되도록 되어 있고, 여기에 발광 다이오드(LED)의 조명 유닛이 장착되어 있다.

이와 같은 냉장고에 있어서 진공 단열재(1)를 이하와 같이 배치한다. 이 냉장고의 경우 기계실(39)을 냉장고 본체의 저부 배면측에 배치하므로, 내케이스(21)의 배면측이 내측으로 들어가 소정의 굽힘 반경을 갖는 곡면 영역이 형성되어 있다. 또한, 외케이스(33)의 외면의 일부는 기계실(39) 내로 노출되어 있다.

본 구체예에 따른 냉장고에서는, 도 7(a)의 형상의 진공 단열재(1)가, 도 8에 도시된 바와 같이 기계실(39)과 냉동실(43) 사이에 열전도를 차폐하도록 배치된다. 이때, 진공 단열재(1)는 냉장고의 내케이스(21)의 형상에 따라 내케이스(21)의 외면 상에 양면 테이프 등으로 부착한다.

특히, 내케이스(21) 중, 위에서 본 경우에 기계실(39)과 겹치는 부분의 전체를 진공 단열재(1)로 덮음으로써, 가장 고온이 되는 기계실과 가장 저온이 되는 냉동실 간의 단열을 강화할 수 있다. 따라서, 냉장고의 단열 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 단열 구조로 함으로써 기계실(39)과 냉동실(43) 사이의 단열재의 두께를 줄일 수도 있게 되어 결과적으로 냉장고의 내용적을 향상시키는 것이 가능해진다.

최저한의 단열 성능을 보유하면서 내용적을 최대한 향상시키기 위해서는 단열재 두께의 최소화에 적합한 단열 구조를 취하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 진공 단열재(1)의 박판화 및 발포 우레탄이 유동하기 위한 공간의 두께의 최소화에 대해 고려하는 것이 바람직하다. 본 구체예에서는 진공 단열재(1)의 두께를 6mm로 하고, 굽힘 성형에 의해 도 7(a), (b)에 도시된 형상의 진공 단열재(1)를 제작하여 냉장고 저면의 내케이스에 부착하였다. 또한, 우레탄 유동에 필요한 최소한의 경로를 확보하기 위해, 외케이스(33)와 내케이스(21, 31) 사이의 공간 중, 진공 단열재(1)를 제외한 두께의 최소부를 15mm로 하여 우레탄 발포를 수행하였다. 이러한 구조로 함으로써, 보이드(우레탄 미충전부) 발생의 억제, 우레탄 밀도의 균일화를 도모할 수 있음과 아울러, 진공 단열재(1)가 배치되어 있으므로 단열 두께를 작게 하여도 단열 성능을 확보할 수 있다.

실제로 시작품의 냉장고를 조사한 바, 진공 단열재(1)는 벗겨지지 않고 내케이스에 밀착되고 우레탄은 빈틈없이 충전되어 있었다. 이에 의해, 최소한의 단열 성능을 보유하면서 내용적을 최대한 향상 가능한 냉장고의 단열 구조를 얻을 수 있었다. 또한 이러한 단열 구조를 취하는데 최적의 범위는, 진공 단열재 두께 5mm 이상 10mm 이하, 발포 우레탄의 최소부 두께 15mm 이상 20mm 이하이다.

또한, 측면, 배면, 천정면, 저면, 도어, 칸막이 등에 진공 단열재(1)를 적용함으로써 더욱 단열 성능을 향상시킬 수 있다. 본 구체예에 따른 냉장고에는 제1 실시형태 및 그 구체예에 따른 진공 단열재(1)만을 사용할 수도 있으나, 그 밖에, 평판 형상의 진공 단열재나 다른 공지의 단열재를 조합하여 사용할 수도 있다. 이와 같이 하여 단열 성능이나 에너지 절약 성능, 내용적 효율이 뛰어난 냉장고를 얻을 수 있다.

또한 상기한 실시형태 및 그 구체예에서 설명한 것은 진공 단열재 및 이를 이용한 냉장고의 일례로서, 홈의 형상, 개수, 부재의 구성 재료, 형상, 진공 단열재의 평면 형상 등은 본 실시형태 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

또한, 상술한 진공 단열재, 및 이를 갖는 단열 케이스체를 급탕 탱크, 음료 등의 자동 판매기 등, 다양한 보온 보냉 기기에 이용함으로써, 부재가 곡면 등의 복잡한 형상을 갖는 경우에도 원하는 부위를 효과적으로 단열할 수 있으므로 에너지를 효율적으로 이용하여 소비 에너지를 절감하는 것이 가능해진다.

이상과 같이 본 발명의 이해를 위해 그 실시예를 기술하였으나, 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명은 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 변경 및 대체될 수 있다.

1, 25, 27 진공 단열재
3 외피재
5 심재
7, 9 외측 홈
8, 10 내측 홈
8a, 8b 홈
11 굽힘 영역
21, 31 내케이스
23 밀폐 공간
29 발포 우레탄
33 외케이스
35 회전식의 도어
37 서랍식의 도어
39 기계실
40 단열 케이스체
41 압축기
43 냉동실
44, 46 증발기
45 냉장실
47 흡착 시트
50 지그

Claims (15)

1. 가스 배리어성을 갖는 주머니 모양의 외피재와, 상기 외피재 내에 수납되어 스페이서가 되는 심재를 구비하고, 굽힘 영역이 형성됨과 아울러 제1 면과, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면을 갖는 진공 단열재에 있어서,
   상기 굽힘 영역 내의 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 적어도 하나에는 서로 간격을 두고 연장되는 복수의 홈이 형성되어 있고,
   상기 복수의 홈은 상기 굽힘 영역 내에 형성된 한 쌍의 외측 홈과, 상기 한 쌍의 외측 홈의 내측에 형성된 복수의 내측 홈을 포함하고 있고,
   상기 한 쌍의 외측 홈 각각과, 상기 복수의 내측 홈 중 상기 각 외측 홈에 인접하는 내측 홈과의 간격은, 상기 복수의 내측 홈들간의 간격보다 큰 진공 단열재.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 홈의 홈폭의 최소값을 Xmin(mm), 최대값을 Xmax(mm)라 하고, 상기 복수의 홈의 깊이를 Y(mm)라 하고, 상기 복수의 내측 홈들간의 간격을 a(mm)라 하면,
   Xmin = 0.54Y,
   0 < (a - 5) = Xmax ≤ a/2
   가 성립되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 진공 단열재의 두께에 대한 상기 복수의 홈의 깊이의 비율을 한 면당 6% 이상 14% 이하의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 홈은 상기 제1 면과 상기 제2 면 모두에 형성되어 있고,
   상기 제2 면에 형성된 상기 복수의 홈 각각과 상기 제1 면에 형성된 상기 복수의 홈 각각은, 서로 대향하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 외피재에 있어서, 제1 방향의 파단 연신과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 파단 연신은 서로 다르고,
   상기 복수의 홈은 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 중, 파단 연신이 작은 방향과 직교하도록 연장되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 외피재는 구성 재료의 배향 방향이 다른 2개 이상의 고분자 필름을 포함하는 라미네이트 필름이고,
   상기 고분자 필름은 1축 연신 필름, 2축 연신 필름 및 무연신 필름 중에서 선택된 1종 이상의 필름이 적층되어 이루어지고,
   상기 외피재에서 파단 연신이 작은 방향에 있어서의 파단 연신은 40% 이상 150% 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 외피재와 상기 심재와의 사이에 상기 외피재와 밀착되고 흡착제를 함유하는 흡착 시트를 더 구비하고,
   상기 심재 중 상기 복수의 홈이 형성된 부분은 상기 흡착 시트에 덮여 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 흡착 시트는 내부에 상기 흡착제가 분산된 수지 필름인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 진공 단열재는 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 복수의 홈이 형성된 한 면이 상기 복수의 홈을 따라 구부러져 있고,
   상기 복수의 홈 내에는, 구부러진 상태에서 상기 외피재들끼리 접촉하지 않도록 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 홈의 홈폭은 1mm 이상 10mm 이하이고,
    상기 복수의 홈의 깊이는 상기 진공 단열재의 두께를 6mm로 했을 경우 0.4mm 이상 0.85mm 이하이고,
    상기 한 쌍의 외측 홈 각각과 상기 복수의 내측 홈 중 상기 각 외측 홈에 인접하는 내측 홈과의 간격은, 6mm보다 크고 50mm 이하이고,
    상기 복수의 내측 홈들간의 간격은 6mm 이상 20mm 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
11. 외케이스와,
    상기 외케이스 내에 수납되는 내케이스와,
    상기 외케이스와 상기 내케이스와의 사이에 배치된 제1~10 항 중 어느 한 항에 기재된 진공 단열재를 구비하고 있는 단열 케이스체.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 내케이스는 곡면 영역을 가지고 있고,
    상기 진공 단열재의 상기 굽힘 영역은, 상기 제1 면 및 상기 제2 면 중 상기 복수의 홈이 형성된 한 면이 상기 곡면 영역을 향하도록 한 상태에서 상기 복수의 홈을 따라 구부러져 있고,
    상기 진공 단열재의 상기 굽힘 영역은 상기 곡면 영역의 외측을 덮는 것을 특징으로 하는 단열 케이스체.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 곡면 영역에 대면하는 상기 복수의 홈에는 구부러진 상태에서 밀폐 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 단열 케이스체.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 단열 케이스체와,
    압축기가 배치되고, 상기 외케이스의 외측에 설치된 기계실을 구비하고,
    상기 외케이스의 적어도 일부는 외부에 노출되어 있고,
    상기 내케이스는 저장실을 내부에 형성하고,
    상기 진공 단열재는 적어도 상기 기계실과 상기 내케이스와의 사이에 상기 내케이스의 형상을 따라 배치되는 냉장고.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 내케이스와 상기 외케이스 사이의 공간 중, 상기 진공 단열재를 제외한 부분에 충전된 발포 우레탄을 더 구비하고,
    상기 외케이스와 상기 내케이스는 모두 전방에 개구부를 가지고 있고,
    상기 진공 단열재의 두께는 5mm 이상 10mm 이하이고,
    상기 발포 우레탄의 최소부의 두께가 15mm 이상 20mm 이하이고,
    상기 진공 단열재는, 상기 내케이스 중, 위에서 보았을 때 상기 기계실과 겹치는 부분 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 냉장고.

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