KR102197514B1 - 진공 절연 패널 - Google Patents

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KR102197514B1
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대니얼 맥
애드리안 파지터
말콤 로쉐포트
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킹스팬 홀딩스 (아이알엘) 리미티드
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Abstract

본 발명은 진공 절연 패널(VIP)에 관한 것이다. VIP는 상면 및 하면을 갖는 절연 코어, 및 이 코어의 상면 또는 하면 상에 배치된 실질적으로 평평한 적어도 하나의 보강 부재를 포함한다. 보강 부재는 다공질이며, 실질적으로 강성이다. VIP는 절연 코어 및 평평한 부재를 둘러싸도록 배치된 선택적으로 차단막 형태의 차단 엔벨로프를 더 포함한다. 본 발명은 또한 진공 절연 패널의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

진공 절연 패널
본 발명은 진공 절연 패널(vacuum insulating panel; VIP)에 관한 것이고, 특히 하이브리드 또는 다중-층 코어를 갖는 VIP에 관한 것이다.
냉동 유닛 등에서 사용되는 현재의 VIP 기술은 전형적으로 흄드 실리카(fumed silica), 광물 섬유 또는 기타 미세다공질 재료 코어로 형성된 절연 재료의 단일 패널을 일반적으로 포함하며, 적외선 불투명제를 포함하거나 포함하지 않을 수 있으며, 코어는 밀봉 전에 진공이 가해지는 가요성의 기밀 엔벨로프(envelope)로 싸여있다.
VIP의 열전도율 특성은 전형적으로 약 0.005 W/mK 정도이다. 본 명세서에서 언급되는 모든 열전도율 값은 달리 명시적으로 지시되지 않는 한 BS EN: 12667:2001에 기초하여 결정되는 값이다. mW/mK는 열전도율의 유닛으로서, 미터 켈빈 당 밀리와트이다.
EP2607073은 유리 섬유 울 및 유리 섬유 보드로 형성된 복합 코어 재료, 및 표면 보호층, 금속 차단층, 및 코어 재료를 진공 포장하기 위한 외면으로부터의 접합층을 포함하는 층상 구조의 외피 재료를 포함하는 VIP를 기술하고 있다. EP2607073의 목적은 10 년 이상의 장기적 내구성을 보이는 VIP을 제공하는 것이다. 그러나, 대략 2.4 mW/mK의 초기 열전도율로부터 시작함에도 불구하고, 2 년 후의 예상되는 열전도율은 대략 6.4 mW/mK였다. 유리 섬유 보드를 장착하면, 초기 열전도율이 만족스럽지만 보드의 수명은 시간이 지남에 따라 급속히 감소된다.
JP2002310384는 유리 섬유 절연 코어 및 이 절연 코어에 적층된 보강 부재를 포함하는 VIP를 기술하고 있다. 보강 부재는, 예를 들면, 스테인리스강 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조된다. 절연 코어의 존재는 VIP의 물리적 외관을 개선하지만, 이것을 포함하면 VIP의 열전도율이 증가하므로 열적 성능의 감소로 이어진다.
JP200629688는 기체 차단 용기 내에 제공되는 절연 코어를 포함하는 VIP를 기술하고 있다. 이 용기는 알루미늄 증착막, 및 에틸렌 비닐 알코올 코폴리머 및 무기형 재료를 포함하는 보강층을 포함하는 다층 수지 막을 포함한다.
JPH08178176는 VIP의 굴곡 또는 비틀림을 방지하는 보강 플레이트들 사이에 수용되는 통기성 백 내에 수용되는 절연 코어를 포함하는 VIP를 기술하고 있다.
종래 기술에도 불구하고, 개선된 열전도율 및 장기적 내구성 수명을 갖는 VIP를 제공해야 한다는 오랜 세월 충족되지 않은 요구가 존재한다.
VIP 제품의 열전도율은 코어의 밀도를 감소시킴으로써 개선될 수 있고, 이는 VIP의 제조비를 감소시키는 추가의 이익을 갖는다고 공지되어 있다. 그러나, 감소된 밀도의 코어는 덜 견고하고 파손되기 쉬우므로 다양한 생산 단계 중에 다루기가 더 어렵다.
따라서, 열적 성능을 향상시키기 위해 가능한 한 코어의 밀도를 감소시키는 것이 바람직하지만, 밀도가 감소될수록 코어 및 이것으로 제조되는 모든 VIP의 조작 특성이 더 손상된다.
예를 들면, 약 165 kg/m3 미만의 코어 밀도 값을 갖는 분말 절연 코어로 제조되는 종래의 VIP는 부족한 치수 안정성을 가지며, 패널의 연부는 붕괴되고, 패널 엔벨로트에는 주름이 생긴다. 그 결과 시간이 지남에 따라 뒤틀리는 경향이 있고, 심미적으로 불쾌한 외관을 갖는 저질의 제품이 얻어진다. 그러므로 한편으로 열적 성능과 치수 무결성 사이에, 다른 한편으로 열적 성능과 취급의 편의성 사이에 균형을 유지해야 한다.
본 발명은 다음을 포함하는 진공 절연 패널을 제공한다.
상면, 하면 및 측면을 가진 다공질 절연 코어;
상기 코어를 보강하기 위해 상기 절연 코어의 상면 또는 하면 상에 배치된 적어도 하나의 보강 부재 － 상기 보강 부재는 다공질 재료로 형성되며, 실질적으로 강성이고, 상기 적어도 하나의 보강 부재와 상기 절연 코어는 함께 하이브리드 코어를 형성하고, 상기 보강 부재(들)은 상기 절연 코어를 가로질러 열교를 형성하지 않음 －; 및
상기 하이브리드 코어를 둘러싸도록, 그리고 내부에 가해진 진공을 유지하도록 배치된 엔벨로프.
본 발명의 VIP는 우수한 치수 안정성을 가지며, 패널의 연부는 붕괴되지 않고, 패널 엔벨로프는 주름지지 않는다. 그 결과 시간이 지나도 휘지 않는 우수한 제품이 얻어진다. 그 결과 본 발명의 VIP는 심미적으로 만족스러운 외관을 갖는다.
통상적으로 절연 코어는, 예를 들면, 가압, 소결 등에 의해 코어로 형성되는 분말 재료와 같은 미립자 재료에 기초한다. 코어를 형성하는 재료는 코어를 형성하기 위한 하나 이상의 다른 성분을 포함할 수 있다. 전형적으로 코어는 본질적으로 평면적이다. 대부분 코어는 직육면체에서와 같은 직사각형 면을 갖는다. 이러한 면은 치수적은 안정할 수 있다. 전형적으로 이것은 그 길이 및 폭에 비해 얇다. 절연 코어의 전형적인 치수는 300 mm x 300 mm x 10 mm(길이 x 폭 x 두께) 내지 1200 mm x 600 mm x 80 mm(길이 x 폭 x 두께)이다.
바람직하게 보강 부재는 평면적이다. 보강 부재는 절연 코어와 실질적으로 동일한 길이 및 폭 치수를 갖는다. 따라서 전형적으로 보강 부재는 절연 코어를 그 하나의 면의 전체에 걸쳐 보강한다. 보강 부재의 전형적인 치수는 {300 mm 내지 1200 mm}(길이) x {300 내지 600 mm}(폭) x {1 mm 내지 5 mm}(두께)이다.
본 발명에서 보강 부재는 전형적으로 절연 코어보다 더 높은 열전도율을 갖는다. 그 이유로 본 발명의 진공 절연 패널은 절연 코어를 우회함으로써 하이브리드 코어를 통한 열의 전도를 허용하게 될 열교를 형성하지 않도록 형성된다. 절연 코어는 상면과 하면 사이에 열교를 형성하지 않는다. 특히 보강 부재(들)을 형성하는 재료로 형성되는 열교가 존재하지 않는다. 예를 들면, 보강 부재(들)을 형성하는 재료는 절연 코어의 측면의 주위로 연장되지 않는다. 대신, 보강 부재(들)은 절연 코어의 상면 및/또는 하면 상에만 위치된다. 이것은 절연 코어를 가로질러 브릿지를 형성하지 않는다.
이는 보강 부재(들)을 사용함에 따른 진공 절연 패널의 전반적인 열전도율 성능의 감소를 최소화함을 의미한다. 또한, 보강 부재의 포함으로 인해, 절연체의 밀도가 감소될 수 있고, 진공 절연 패널은 종래의 진공 절연 패널에 비해 개선된 열적 성능을 구비한다.
본 발명자들은 절연 코어보다 낮은 열전도율 특성을 갖는 보강 부재(들)의 재료를 사용하였음에도 불구하고 진공 절연 패널의 전체적인 열적 성능이 개선된 구성을 갖는 것이 가능하다는 것을 발견하였다.
특히, 본 발명자들은 취급의 목적을 위해 보강을 필요로 하는 정도까지 절연 코어의 밀도를 감소시키는 것이 가능하고, 이와 같이 감소된 밀도의 절연 코어를 사용함으로써 달성되는 절연 코어의 열전도율은 보강 부재(들)을 사용하여 달성되는 더 부족한 열전도율 성능을 상쇄한다는 것을 발견하였다. 따라서, 순효과(net effect)는 VIP의 증가된 열적 절연 성능이다. 보강 부재(들)의 더 높은 열전도율과 결합된 경우에 감소된 밀도의 코어의 더 낮은 열전도율의 전체적인 열적 성능은 보강 부재를 필요로 하지 않는 더 높은 밀도의 코어의 열적 성능보다 여전히 더 우수하다. 게다가 하이브리드 코어는 취급의 목적을 위해 적절하게 견고하다. 이것은 특히 엔벨로프에 진공이 가해질 때 및 후속 취급 중에 치수적으로 안정하다.
감소된 밀도의 절연 코어는 본 발명에서 사용될 수 있다. 특히 감소된 밀도의 절연 코어는 치수적으로 안정하지 않도록 밀도가 감소된 절연 코어이다. 예를 들면, 절연 코어는 VIP 내에서 약 100 kg/m3 내지 약 165 kg/m3 또는 약 120 kg/m3 내지 약 165 kg/m3 또는 약 110 kg/m3 내지 약 135 kg/m3의 밀도를 갖는다. 감소된 밀도의 코어이지만 하이브리드 코어는 원하는 치수 안정성을 갖는다.
분말 재료로 형성된 미세다공질 절연 재료로 제조된 절연 코어를 포함하는 종래의 VIP는 약 4 mW/mK 내지 4.5 mW/mK의 열전도율을 나타내었다.
실질적으로 개방형 셀 발포체(예를 들면, 미세다공질 폴리우레탄)로 제조된 절연 코어를 포함하는 종래의 VIP는 약 8 mW/mK의 열전도율을 나타내었다.
본 발명의 VIP는 분말 재료로 형성된 미세다공질 절연 재료로 제조된 절연 코어를 포함하는 하이브리드 코어, 및 실질적으로 개방형 셀 발포체, 예를 들면, 약 90%를 초과하는 개방형 셀 함량을 갖는 발포체로 제조된 다공질 보강 부재를 포함한다. 결과로서 얻어지는 VIP는 절연 코어와 비교하여 낮은 열전도율을 갖는 보강 부재를 포함함에도 불구하고 약 3 내지 약 4 mW/mK의 개선된 열전도율을 갖는다. 보강 부재의 존재는 분말 재료로 형성된 미세다공질 절연 재료로 제조된 종래의 VIP와 비교하여 감소된 밀도를 갖는 그리고 분말 재료로 형성된 미세다공질 절연 재료로 제조된 절연 코어의 사용을 가능하게 한다.
구체적으로, 흄드 실리카로 형성된 절연 코어를 포함하는 종래의 VIP는 약 170 kg/m3 내지 약 200 kg/m3의 밀도를 갖는 반면, 보강 부재를 포함하는 본 발명의 VIP는 약 110 kg/m3 내지 약 160 kg/m3의 밀도를 갖는 흄드 실리카로 형성된 절연 코어를 갖는다. 그 결과 VIP는 열적 성능이 개선되었다.
종래에 하이브리드 코어를 포함하고, 이 하이브리드 코어의 전체적으로 개선된 열전도율을 갖는 VIP는 기술되지 않았다.
유리하게도, 적어도 하나의 보강 다공질 부재를 사용하여 절연 코어를 보강하면 감소된 밀도의 절연 코어를 포함하는 감소된 밀도 하이브리드 코어의 제조가 가능해진다. 적어도 하나의 보강 부재가 없으면, 감소된 밀도의 절연 코어 자체는 VIP로 형성되기에 충분한 취급 강도를 갖지 않는다. 적어도 하나의 보강 부재가 없으면, 이러한 감소된 밀도의 절연 코어로 형성된 VIP의 구조적 완전성이 나빠진다. 예를 들면, 적어도 하나의 보강 부재가 없는 경우, 이러한 감소된 밀도의 절연 코어를 포함하는 VIP는 부분적으로 붕괴되고, 진공이 가해질 때, 상기 VIP의 엔벨로프 내에서 주름의 증가가 관찰된다. 또한, 코어의 전술한 부분적 붕괴로 인해 패널의 정사각형의 측면이 전혀 유지되지 않는다. 구조적 완전성의 상실로 인해 VIP는 조밀한 패킹(packing)에 부적합해지는데, 그 이유는 측면이 불규칙해지고, VIP들이 맞대기로 나란히 배치된 경우에도 VIP들 사이에 상당한 간극이 존재하기 때문이다.
종래의 VIP는 대략 5.0 mW/mK의 열전도율(람다 값)을 갖는다. 대조적으로 본 발명의 하이브리드 코어를 포함하는 VIP는 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK의 열전도율을 가지며, 바람직하게는 본 발명의 VIP는 약 3.5 mW/mK 이하, 예를 들면, 약 3.2 mW/mK 이하의 열전도율 값을 갖는다.
적절하게는, 적어도 하나의 보강 부재는 실질적으로 매끈한 외면, 즉 엔벨로프에 임의의 (실질적인) 감지가능한 함몰을 유발하지 않는 표면을 갖는다. 이는 보강 부재가 전술한 바와 같이 다공질인 것이 바람직하므로 특히 중요하다. 보강 부재의 다공성은 그 전체를 통해 연장된다. 이것은 표면 기공을 갖는다. 바람직하게는, 표면의 다공성은 엔벨로프에 임의의 (실질적인) 감지가능한 함몰을 유발하지 않는다. 이러한 구성의 장점은, 진공이 가해진 후에, 감소된 밀도의 코어는 더 높은 밀도의 재료보다 전형적으로 더 거칠거나 더 울퉁불퉁하므로 감소된 밀도의 코어를 이용하여 달성될 수 있는 외면보다 VIP가 더 매끈한 외면을 갖는다는 점이다. 이는 심미적 장점을 제공하며, 또한 사용 중에 (엔벨로프의) 더 우수한 부착을 허용한다. 특정의 실시형태에서, 문자, 패턴 또는 로고와 같은 정보가 보강 부재의 외면 상에 인쇄되거나 엠보싱될 수 있다. 엔벨로프는 흡인되어 보강 부재의 외면 상의 정보에 접촉됨으로써 이 정보의 형상을 취할 것이다. 그 결과 정보는 (릴리프로) 도드라지거나 (반대 릴리프로) 함몰될 수 있다.
본 발명의 VIP와는 대조적으로 종래의 절연 코어를 가진 종래의 VIP의 표면은 엔벨로프에 진공을 가한 후에 코어의 밀도가 감소되어 있으므로 기복(undulation) 또는 거칠기의 양이 증가된다. 이것은 진공이 가해진 엔벨로프가 흡인되어 코어에 접촉하고, 그 결과 코어 표면의 압흔(imprint)이 엔벨로프에 부여되기 때문이다. 이로 인해 심미적으로 덜 만족스러운 VIP가 형성된다.
본 발명의 VIP는 보다 높은 강성의 보강 부재에 의해 제공되는 개선된 취급 및 평탄성과 함께, 감소된 밀도의 절연 코어에 의해 제공되는 높은 열적 성능의 결합된 이점을 갖는다. 따라서, 전형적으로 코어보다 열적 성능이 낮은 보강 부재의 존재는 패널의 전체적인 열적 성능을 현저히 개선시킬 수 있고, 감소된 밀도의 코어와 관련된 통상적인 단점을 극복할 수 있다.
본 발명에서, 하이브리드 코어는 취급의 목적을 위한 보강을 필요로 하지 않는 비교가능한 (보강되지 않은) 절연 코어보다 절연 관점에서 더 우수한 성능을 발휘한다.
본 발명의 VIP는 복수의 보강 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 VIP는 절연 코어의 상면 상에 배치된 상부 보강 부재를 포함할 수 있고, 절연 코어의 하면 상에 배치된 하부 보강 부재를 가질 수 있다.
적절하게는, 보강 부재 중 적어도 하나는 약 95 kPa 내지 약 150 kPa의 압축 강도를 갖는다. 약 95 kPa 내지 약 150 kPa의 압축 강도를 갖는 보강 부재의 존재는 종래의 VIP 절연 코어와 비교할 때 감소된 밀도의 절연 코어의 사용을 용이하게 한다. 그 결과 전체적으로 강화된 열적 성능 및 개선된 심미적 외관을 갖는 VIP가 얻어진다.
달리 명시되지 않는 한, 압축 강도는 BS EN 826: 2013에 따라 측정된다.
본 발명의 VIP는 각각 약 95 kPa 내지 약 150 kPa의 압축 강도를 갖는 상부 보강 부재 및 하부 보강 부재를 포함할 수 있다.
하이브리드 코어는 약 95 kPa 내지 150 kPa, 또는, 예를 들면, 약 100 kPa 내지 약 140 kPa 또는 약 100 kPa 내지 약 130 kPa 또는 약 100 kPa 내지 약 120 kPa의 압축 강도를 가질 수 있다.
적절하게는, 적어도 하나의 보강 부재는 실질적으로 매끈한 외면을 갖는다. 이러한 구성의 장점은, 진공이 가해진 후에, VIP가 감소된 밀도의 코어로 달성될 수 있는 것보다 매끈한 적어도 하나의 표면(외면)을 갖는다는 점이다. 약 170 kg/m3 미만의 절연 코어를 갖는 종래 기술의 VIP는 더 높은 밀도의 재료보다 전형적으로 더 거칠거나 더 울퉁불퉁하다. 따라서, 본 발명의 VIP는 종래 기술의 감소된 절연 코어 VIP에 비해 심미적 장점을 가지며, 또한 이것의 비교적 더 매끈한 표면으로 인해 본 발명의 VIP는 사용 중에 다른 표면에 VIP를 부착하기 위한 더 우수한 접촉면을 제공한다. 특정의 실시형태에서, 패턴 또는 로고가 보강 부재의 외면 상에 인쇄되거나 엠보싱될 수 있다.
하이브리드 코어 내에서 적어도 하나의 보강 부재의 밀도는 바람직하게는 절연 코어의 밀도보다 낮다. 예를 들면, 상부 보강 부재 및 하부 보강 부재를 갖는 실시형태에서 복수의 보강 부재를 포함하는 본 발명의 VIP는 상부 보강 부재 및 하부 보강 부재 각각이 절연 코어의 밀도보다 낮은 밀도를 가질 수 있다. 보강 부재는 절연 코어의 밀도보다 높은 밀도를 가질 수 있으나, 감소된 밀도의 코어를 가는 VIP를 형성하는 것이 바람직하므로 보강 부재는 절연 코어의 밀도보다 낮은 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시형태에서, 보강 부재 중 하나는 절연 코어의 밀도보다 높은 밀도를 가질 수 있다. 선택적으로, 하나의 보강 부재는 절연 코어의 밀도보다 높은 밀도를 갖고, 제 2 보강 부재는 절연 코어의 밀도보다 낮은 밀도를 갖는다.
보강 부재는 진공 안정적 다공질 재료이다. 보강 부재는 약 20 마이크론 내지 약 200 마이크론의 평균 공극 크기를 갖는 강성 다공질 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 평균 공극 크기는 약 50 마이크론 내지 약 200 마이크론, 또는 약 50 마이크론 내지 약 150 마이크론, 또는 약 100 마이크론 내지 약 200 마이크론일 수 있다.
적절하게는, 보강 부재는 강성 미세다공질 재료로 형성될 수 있다. 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성될 수 있다. 보강 부재는 발포체일 수 있다. 보강 부재는 폴리우레탄(PU), 폴리이소시아누레이트(PIR), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리페놀릭(PP) 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 보강 부재는 폴리우레탄(PU), 폴리이소시아누레이트(PIR), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리페놀릭(PP) 발포체 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 보강 부재는 혼합된 폴리머 발포체로 형성될 수 있다.
적절하게는, 본 발명의 VIP는 폴리우레탄으로 형성된 적어도 하나의 보강 부재를 포함한다. 본 발명의 VIP는 상부 보강 부재 및 하부 보강 부재를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성된다. 바람직하게는 폴리우레탄 발포체가 사용된다.
일반적으로, 보강 부재는 약 30 kg/m3 내지 80 kg/m3의 밀도를 갖는다. 보강 부재는 강성 미세다공질 재료이다. 보강 부재를 구성하는 다공질 재료의 평균 공극 크기는 일반적으로 약 150 마이크론 미만의 직경이다. 예를 들면, 보강 부재를 구성하는 다공질 재료의 평균 공극 크기는 약 140 마이크론 미만, 또는 약 130 마이크론 미만, 또는 약 120 마이크론 미만, 또는 약 110 마이크론 미만, 또는 약 100 마이크론 미만의 직경일 수 있다. 작은 공극 크기는 VIP의 수명에 기여하며, 특히 공극 크기가 작을수록 VIP의 수명이 길어진다. 따라서, 더 큰 공극 크기를 갖는 재료는 본 발명에서 보강 부재로서 적합하지 않다. 전형적으로 약 250 마이크론을 초과하는 평균 공극 크기를 갖는 재료는 본 발명에서 보강 부재로서 적합하지 않다.
보강 부재는 실질적으로 개방형 셀 발포체 재료일 수 있다. 발포체는 약 90%를 초과하는 개방형 셀 함량을 가질 수 있다. (이것은 접근가능한 셀의 체적을 측정하는 공극률 측정에 기초함) 체적의 나머지 %는 폐쇄형 셀 및 셀의 벽으로 구성된다. 예를 들면, 보강 부재는 약 90%를 초과하는 개방형 셀 함량을 갖는 폴리우레탄 발포체일 수 있다.
보강 부재의 두께와 절연 코어의두께는 1:5 내지 약 1:50; 적절하게는 약 1:5 내지 약 1:20의 비율일 수 있다. 예를 들면, VIP 내에서 절연 코어의 두께에 대한 보강 부재의 두께의 비는 약 1:5, 1:6, 1:7, 1:8, 1:9, 1:10, 1:11, 1:12, 1:13, 1:14, 1:15, 1:16, 1:17, 1:18, 1:19 또는 1:20이다. 구체적으로, 절연 코어의 두께에 대한 보강 부재의 두께의 비가 약 1:Y로 언급될 때, 이것은 절연 코어의 두께가 보강 부재의 두께의 Y배임을 의미한다.
하이브리드 코어 내에서, 보강 부재는, 하이브리드 코어가 제조 중에 컨베이어 벨트 상에서 운반되고 있을 때, 하이브리드 코어의 무결성이 유지될 수 있도록, 절연 코어를 지지하기에 충분히 강해야 한다. 따라서, 하이브리드 코어가 이 하이브리드 코어의 길이 및/또는 폭보다 작은 간극을 갖는 2 개의 컨베이어 벨트 사이에서 운반되는 경우, 보강 부재는 절연 코어를 지지하기에 충분히 강해야 한다.
본 발명의 VIP의 절연 코어는 실질적으로 절연 미세다공질 재료, 예를 들면, 분말 절연 미세다공질 재료를 포함하는 재료로 구성되는 것이 적합하다. 예를 들면, 절연 코어는 흄드 실리카, 석출 실리카 또는 펄라이트, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분말 재료를 포함하는 재료로 구성될 수 있다. 절연 코어은 흄드 실리카를 포함하는 재료로 구성될 수 있다.
절연 코어는 미립자 형태의 절연 재료로 구성될 수 있다. 절연 코어는 실리카, 펄라이트, 규조토, 및 특히 흄드 실리카 및 이들의 조합과 같은 미세다공질 재료로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 절연 코어는 미세다공질이고, 약 50 nm 내지 약 350 nm의 평균 공극 크기를 가질 수 있다.
바람직하게 절연 재료는 약 1 마이크론 미만의 직경의 평균 입자 크기를 갖는 미세다공질 절연 재료이다. 일반적으로, 미세다공질 절연 재료는 약 20 nm 내지 약 500 nm, 예를 들면, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 350 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 100 nm 내지 약 400 nm의 평균 입자 크기를 갖는다. 적절하게는, 미세다공질 절연 재료는 약 200 nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는다.
이들 재료는 카본 블랙, 티타늄 이산화물, 철 산화물, 마그네타이트 또는 실리콘 탄화물, 또는 이들의 조합과 같은 적외선 흡수 재료(IR 불투명제)와 혼합될 수 있다.
따라서, 따라서 절연 코어의 절연 재료는 주로 미세다공질 재료로 구성되지만, 추가로 더 작은 백분율(전형적으로 각각 5-20%)의 섬유 바인더(폴리머 또는 무기질) 및 적외선 불투명제(예, 실리콘 탄화물, 카본 블랙 또는 철 산화물)도 포함할 수 있다. 섬유 또는 불투명제는 미세다공질일 필요가 없으며, 일반적으로 미세다공질이 아니다.
절연 재료는 혼합물일 수 있으며, 예를 들면, (압축에 의해) 미립자 재료를 함께 결합시키는 역할을 하는 섬유를 포함할 수 있다. 섬유는 유기 재료 또는 무기 재료일 수 있다. 하나의 경우, 섬유는 폴리에스터 또는 폴리프로필렌 섬유이다.
적절하게는, 절연 코어는 분말계 절연 재료, 예를 들면, 흄드 실리카, 석출 실리카 또는 펄라이트, 또는 이들의 조합을 포함한다.
적어도 하나의 보강 부재는 폴리우레탄을 포함할 수 있고, 절연 코어는 흄드 실리카를 포함한다.
분말상의 절연 재료, 예를 들면, 흄드 실리카를 포함하는 재료로 구성된 것과 같은 종래의 VIP에서 사용되는 절연 코어는약 170 내지 약 200 kg/m3 범위의 코어 밀도를 갖는다. 종래의 VIP의 결과로서 얻어지는 열전도율은 약 4.0 mW/mK 내지 약 4.5 mW/mK의 범위이다.
예를 들면, 절연 코어가 흄드 실리카를 포함하는 본 발명의 VIP는 약 100 kg/m3 내지 약 165 kg/m3, 예를 들면, 약 110 kg/m3 내지 약 165 kg/m3, 또는 약 110 kg/m3 내지 약 160 kg/m3, 또는 120 kg/m3 내지 약 160 kg/m3 또는 130 kg/m3 내지 약 160kg/m3, 또는 약 100 kg/m3 내지 약 140 kg/m3, 또는 약 100 kg/m3 내지 약 135 kg/m3, 또는 약 100 kg/m3 내지 약 120 kg/m3의 코어 밀도를 달성할 수 있다. 따라서, 보강 부재를 VIP 내레 포함시키면, 표준 VIP에서 사용되는 절연 코어에 비해 절연 코어 밀도의 최대 약 25%까지 의 감소가 촉진되며, 이는 VIP 전체의 열적 성능의 최대 약 13%의 향상에 해당된다.
본 발명의 VIP 내의 절연 코어의 밀도는 약 110 kg/m3 내지 약 165 kg/m3이다. 선택적으로, 본 발명의 VIP 내의 절연 코어의 밀도는 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3이다. 예를 들면, 본 발명의 VIP 내의 절연 코어의 밀도는 110 kg/m3 내지 160 kg/m3; 또는 130 kg/m3 내지 160 kg/m3; 또는 128 kg/m3 내지 162 kg/m3; 또는 132 kg/m3 내지 157 kg/m3; 또는 128 kg/m3 내지 162 kg/m3 또는 132 kg/m3 내지 157 kg/m3, 또는 100 kg/m3 내지 140 kg/m3, 또는 100 kg/m3 내지 135 kg/m3, 또는 100 kg/m3 내지 120 kg/m3일 수 있다.
절연 코어는 흄드 실리카를 포함할 수 있고, 상기 절연 코어는 약 110 kg/m3 내지 약 160 kg/m3의 밀도를 갖는다. 선택적으로, 상기 절연 코어는 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3의 미도를 가질 수 있다.
적어도 하나의 보강 부재는 폴리우레탄을 포함할 수 있고, 절연 코어는 흄드 실리카를 포함할 수 있고, 상기 절연 코어는 약 110 kg/m3 내지 약 160 kg/m3, 선택적으로 상기 밀도는 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3일 수 있다.
본 발명에 따른 VIP는 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK 범위의 열전도율을 갖는다. 적절하게는 열전도율 값은 3.5 mW/mK 미만이다.
절연 코어는 흄드 실리카, 석출 실리카 및 펄라이트, 또는 이들의 조합로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분말 절연 미세다공질 재료를 포함하는 재료로 구성될 수 있고, 적어도 하나의 보강 부재는 95 kPa 내지 150 kPa의 압축 강도를 갖는다.
다공질 절연 코어는 절연(미세다공질) 코어를 형성하는 분말 재료, 예를 들면, 흄드 실리카, 석출 실리카 및 펄라이트, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분말 절연 미세다공질 재료로 구성되며, 적어도 하나의 보강 부재는 95 kPa 내지 150 kPa의 압축 강도를 가지며, 보강 부재는 폴리우레탄을 포함한다.
다공질 절연 코어는 흄드 실리카를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 보강 부재는 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
하이브리드 코어는 가요성 엔벨로프 내에 하이브리드 코어를 수용하기 전에 통기성 커버 내에 수용될 수 있다.
예를 들면, 통기성 커버는 부직 PET 플리스(fleece) 또는 천공된 수축 랩(shrink wrap)으로부터 선택될 수 있다.
엔벨로프는 금속화 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 적층물 또는 알루미늄박일 수 있다. 적절하게는, 엔벨로프는, 예를 들면, 적층물로서 알루미늄 상에 폴리에틸렌의 층을 포함하는 알루미늄 금속화 폴리에스터이다. VIP를 형성할 때, 폴리에틸렌의 층은 엔벨로프의 내측에 존재한다. 폴리에틸렌 층은 하이브리드 코어를 포함하는 엔벨로프가 배기된 후에 VIP를 밀봉시키기 위해 채용된다. 엔벨로프는 또한 금속화 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 금속화 폴리프로필렌(PP), 또는 금속화 초저밀도 폴리에틸렌(ULPE)일 수 있다.
VIP는 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK 범위의 열전도율을 가질 수 있으며, 여기서 진공 절연 패널 내에서 보강 부재의 두께와 절연 코어의 두께의 비율은 약 1:5 내지 약 1:20이고, 적어도 하나의 보강 부재는 폴리우레탄을 포함하고, 절연 코어는 흄드 실리카를 포함하는 미세다공질 절연 재료로 구성되고, 상기 절연 코어는 VIP 내에서 약 110 kg/m3 내지 약 160 kg/m3, 예를 들면, 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3의 밀도를 갖는다.
유리하게도, 본 발명의 VIP는 운반용 컨테이너, 파이프 절연, 냉장고, 냉각기, 및 다양한 산업 기기에 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 VIP는 경량이고, 종래의 VIP에 비해 더 견고하며, 다양한 환경에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 VIP는 이것의 절연 성능을 위태롭게 함이 없이 극저온 장치에서 그리고 또한 상승된 온도(최대 80 ℃)에서 사용될 수 있다.
본 발명은 다음을 포함하는 진공 절연 패널을 제조하는 방법을 제공한다.
상면, 하면 및 측면을 가진 다공질 절연 코어를 제공하는 단계;
상기 코어를 보강하기 위해 상기 절연 코어의 상면 또는 하면 상에 적어도 하나의 보강 부재를 배치하는 단계 － 상기 보강 부재는 다공질 재료로 형성되고, 실질적으로 강성이고, 상기 적어도 하나의 보강 부재와 상기 절연 코어는 함께 하이브리드 코어를 형성하고, 상기 보강 부재(들)은 상기 절연 코어를 가로질러 열교를 형성하지 않음 －; 및
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 차단 엔벨로프가 상기 하이브리드 코어의 상기 절연 코어 및 상기 적어도 하나의 보강 부재(들)과 밀착되도록 상기 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
다공질 절연 코어는 몰드 내에서 형성 및 가압될 수 있다. 보강 부재 및 절연 코어는 몰드 내에서 함께 압축되어 하이브리드 코어를 형성할 수 있다.
하이브리드 코어는 가요성 엔벨로프 내에 하이브리드 코어를 수용하기 전에 통기성 커버 내에 수용될 수 있다.
본 구성의 장점은 보강 부재가 제조 공정 중에 코어에 강성을 제공하는 점이고, 이로써 제조 중에 취급 상의 문제를 도입함이 없이감소된 밀도의 코어를 사용하는 것을 허용한다.
코어의 상면 또는 하면 상에 적어도 하나의 보강 부재를 배치하는 단계는 코어의 상면 또는 하면 상에 실질적으로 매끈한 외면을 갖는 보강 부재를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
절연 코어를 제공하는 단계는 VIP 내에서 약 100 kg/m3 내지 약 165 kg/m3의 밀도를 갖는 절연 코어를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로 절연 코어를 제공하는 단계는 약 100 kg/m3 내지 약 165 kg/m3 내에서 약 100 kg/m3 내지 약 140 kg/m3, 또는 약 100 kg/m3 내지 약 120 kg/m3, 또는 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3의 밀도를 갖는 절연 코어를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
코어의 상면 또는 하면 상에 적어도 하나의 보강 부재를 배치하는 단계는 코어의 상면 또는 하면 상에 폴리우레탄과 같은 강성 미세다공질 재료로 형성된 보강 부재를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
코어의 상면 또는 하면 상에 적어도 하나의 보강 부재를 배치하는 단계는 코어의 상면 상에 상부 보강 부재를 배치하는 단계 및 코어의 하면 상에 하부 보강 부재를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
코어의 하면 상에 하부 보강 부재를 배치하는 단계는 다음을 포함할 수 있다.
몰드 내에 상기 하부 보강 부재를 배치하는 단계;
절연 재료로 상기 몰드를 충전하는 단계; 및
상기 절연 코어를 형성하기 위해 상기 몰드 내의 절연 재료를 가압하는 단계.
코어의 상면 상에 상부 보강 부재를 배치하는 단계는 다음을 포함할 수 있다.
절연 재료로 상기 몰드를 충전하는 단계;
상기 몰드 내의 상기 절연 재료의 상면 상에 상부 보강 부재를 배치하는 단계; 및
상기 절연 코어를 형성하기 위해 상기 몰드 내의 절연 재료를 가압하는 단계.
적어도 하나의 상부 또는 하부 보강 부재(들) 및 절연 코어는 함께 하이브리드 코어를 형성한다.
본 발명은 다음을 포함하는 진공 절연 패널을 제조하는 방법을 제공한다.
몰드 내에 하부 보강 부재를 배치하는 단계;
절연 재료로 상기 몰드를 충전하는 단계;
보강 부재 및 바람직하게는 미세다공질인 절연 코어를 포함하는 하이브리드 코어를 형성하기 위해 몰드 내에서 하부 보강 부재 상에 절연 재료를 가압하는 단계 － 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교를 형성하지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 차단 엔벨로프가 상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
본 발명은 다음의 단계를 포함하는 진공 절연 패널을 제조하는 방법을 제공한다.
몰드 내에 하부 보강 부재를 배치하는 단계;
절연 재료로 상기 몰드를 충전하는 단계;
샌드위치를 형성하기 위해 절연 재료의 상면 상에 상부 보강 부재를 배치하는 단계;
이에 따라 형성된 샌드위치를 상부 보강 부재, 선택적으로 미세다공질인 절연 코어 및 하부 보강 부재를 포함하는 하이브리드 코어를 형성하기 위해 몰드 내에서 가압하는 단계 － 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교를 형성하지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 차단 엔벨로프가 상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
본 발명의 방법에 의해 형성된 절연 코어는 VIP 내에서 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3의 밀도를 가질 수 있다.
적절하게는, 본 발명의 방법에 의해 형성된 VIP는 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK의 열전도율 값을 갖는다.
선택적으로, 하이브리드 코어는 연속 하이브리드 코어가 제조된 후에 적절한 길이로 절단될 수 있도록 연속 공정으로 제조된다. 예를 들면, 본 발명은 다음을 포함하는 진공 절연 패널을 제조하는 방법을 제공한다.
하부 보강 부재를 설치 영역으로 안내하는 단계 － 상기 보강 부재는 다공질 재료로 형성되고, 실질적으로 강성임 －;
상기 하부 보강 부재 상에 분말 절연 재료를 배치하는 단계;
선택적으로 시트 형태로 압축된 연속 하이브리드 절연 제품을 형성하기 위해 상기 분말 절연 재료와 상기 하부 보강 부재를 압축시키는 단계 － 상기 선택적으로 시트 형태로 압축된 연속 하이브리드 절연 제품은 선택적으로 실질적으로 균일한 두께임 －;
하이브리드 코어를 제공하기 위해 원하는 크기로 상기 압축된 연속 하이브리드 절연 제품을 절단하는 단계 － 상기 하이브리드 코어는 보강 부재 및 압축된 분말 재료로 형성된 절연 미세다공질 코어를 포함하고, 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교를 형성하지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
선택적으로 차단막 형태의 상기 차단 엔벨로프가 상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
진공 절연 패널을 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다.
하부 보강 부재를 설치 영역으로 안내하는 단계 － 상기 보강 부재는 다공질 재료로 형성되고, 실질적으로 강성임 －;
상기 하부 보강 부재 상에 분말 절연 재료를 배치하는 단계;
샌드위치를 형성하기 위해 분말 절연 재료의 상면 상에 상부 보강 부재를 배치하는 단계;
선택적으로 시트 형태로 압축된 연속 하이브리드 절연 제품을 형성하기 위해 상기 샌드위치를 압축시키는 단계 － 상기 압축된 연속 하이브리드 절연 제품은 선택적으로 실질적으로 균일한 두께임 －;
하이브리드 코어를 제공하기 위해 원하는 크기로 상기 압축된 연속 하이브리드 절연 제품을 절단하는 단계 － 상기 하이브리드 코어는 보강 부재 및 절연 코어를 포함하고, 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교가 형성되지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 차단 엔벨로프가 상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
선택적으로, 샌드위치는 X m3의 초기 체적으로부터 0.9X m3의 체적으로 압축되며, 즉 샌드위치의 선택적 압축은, 압축 전의 샌드위치의 초기 체적에 비교했을 때, 샌드위치의 체적의 10% 감소를 유발한다. 샌드위치의 압축 후에 하이브리드 코어의 압축 강도는 선택적으로 약 95 kPa 내지 약 150 kPa, 예를 들면, 약 100 kPa 내지 약 120 kPa일 수 있다.
본 발명에 따른 진공 절연 패널를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다.
몰드 내에 하부 보강 부재를 배치하는 단계;
절연 재료로 상기 몰드를 충전하는 단계;
보강 부재 및 선택적으로는 미세다공질인 절연 코어를 포함하는 하이브리드 코어를 형성하기 위해 몰드 내에서 하부 보강 부재 상에 절연 재료를 가압하는 단계 － 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교를 형성하지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 차단 엔벨로프가 상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계;
상기 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성되고;
상기 절연 재료는 흄드 실리카, 석출 실리카, 펄라이트 또는 이들의 조합을 포함하고;
상기 절연 코어는 진공 절연 패널 내에서 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3 범위의 밀도를 갖고; 상기 진공 절연 패널은 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK의 열전도율 값을 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 “충전(filling)”은 몰딩이 발생될 수 있도록 몰드 내에 충분한 재료를 충전하는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 몰드를 완전히 충전해야 하는 것은 아니다.
선택적으로, 하부 보강 부재 상에 절연 재료를 가압함으로써 하이브리드 코어가 형성되며, 여기서 하이브리드 코어는 이 하이브리드 코어를 형성하기 위해 압축된 재료의 초기 체적의 약 90%의 체적을 갖는다. 샌드위치의 압축 후에 하이브리드 코어의 압축 강도는 선택적으로 약 95 kPa 내지 약 150 kPa, 예를 들면, 약 100 kPa 내지 약 120 kPa일 수 있다.
본 발명에 따른 진공 절연 패널를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다.
몰드 내에 하부 보강 부재를 배치하는 단계;
절연 재료로 상기 몰드를 충전하는 단계;
샌드위치를 형성하기 위해 몰드 내의 절연 재료의 상면 상에 상부 보강 부재를 배치하는 단계;
이에 따라 형성된 샌드위치를 상부 보강 부재, 선택적으로 미세다공질인 절연 코어 및 하부 보강 부재를 포함하는 하이브리드 코어를 형성하기 위해 몰드 내에서 가압하는 단계 － 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교가 형성되지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 차단 엔벨로프가 상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
상기 상부 보강 부재 및 하부 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성되고;
상기 절연 재료는 흄드 실리카, 석출 실리카, 펄라이트 또는 이들의 조합을 포함하고;
상기 절연 코어는 진공 절연 패널 내에서 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3 범위의 밀도를 갖고; 상기 진공 절연 패널은 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK의 열전도율 값을 갖는다.
적절하게는, 진공 절연 패널은 약 3.5 mW/mK 미만의 열전도율 값을 갖는다.
선택적으로, 샌드위치는 X m3의 초기 체적으로부터 0.9X m3의 체적으로 압축되며, 즉 샌드위치의 선택적 압축은, 압축 전의 샌드위치의 초기 체적에 비교했을 때, 샌드위치의 체적의 10% 감소를 유발한다. 샌드위치의 압축 후에 하이브리드 코어의 압축 강도는 선택적으로 약 95 kPa 내지 약 150 kPa, 예를 들면, 약 100 kPa 내지 약 120 kPa일 수 있다.
본 발명에 따른 진공 절연 패널를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다.
하부 보강 부재를 설치 영역으로 안내하는 단계 － 상기 보강 부재는 다공질 재료로 형성되고, 실질적으로 강성임 －;
상기 하부 보강 부재 상에 분말 절연 재료를 배치하는 단계;
선택적으로 시트 형태로 압축된 연속 하이브리드 절연 제품을 형성하기 위해 상기 분말 절연 재료와 상기 하부 보강 부재를 압축시키는 단계 － 상기 압축된 연속 하이브리드 절연 제품은 선택적으로 실질적으로 균일한 두께임 －;
하이브리드 코어를 제공하기 위해 원하는 크기로 상기 압축된 연속 하이브리드 절연 제품을 절단하는 단계 － 상기 하이브리드 코어는 보강 부재 및 분말 절연 재료로 형성된 절연 코어를 포함하고, 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교가 형성되지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 차단 엔벨로프가 상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
상기 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성되고; 상기 분말 절연 재료는 흄드 실리카이고; 상기 절연 코어는 진공 절연 패널 내에서 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3 범위의 밀도를 갖고; 상기 진공 절연 패널은 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK의 열전도율 값을 갖는다. 절연 코어는 바람직하게 미세다공질이다.
본 발명에 따른 진공 절연 패널를 제조하는 방법은 다음의 단계를 포함할 수 있다.
하부 보강 부재를 설치 영역으로 안내하는 단계 － 상기 보강 부재는 다공질이며, 실질적으로 강성임 －;
상기 하부 보강 부재 상에 분말 절연 재료를 배치하는 단계;
상기 분말 절연 재료 상에 상부 보강 부재를 안내하는 단계;
하이브리드 코어를 형성하기 위해 이렇게 형성된 샌드위치를 압축하는 단계 － 하이브리드 코어 내에서 압축된 분말 절연 재료는 절연 코어를 형성하고, 상기 보강 부재는 절연 코어를 가로질러 열교가 형성되지 않도록 배치됨 －;
상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
상기 진공 절연 패널 내에서 하이브리드 코어의 절연 코어 및 보강 부재와 밀착되도록 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계.
상기 상부 보강 부재 및 하부 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성되고; 상기 분말 절연 재료는 흄드 실리카이고; 상기 절연 코어는 진공 절연 패널 내에서 약 130 kg/m3 내지 약 160 kg/m3 범위의 밀도를 갖고; 상기 진공 절연 패널은 약 3.0 mW/mK 내지 약 4.0 mW/mK의 열전도율 값을 갖는다.
전형적으로 형성 중에 0.005 kPa의 진공이 (패널의 크기에 따라) 30 내지 270 초 동안 가해진다. 일반적으로 상기 진공은 대략 90 초 동안 가해진다.
본 발명의 진공 절연 패널 내의 압력은 일반적으로 0.01 kPa 내지 0.40 kPa이다.
본 발명의 제조 방법은 절연 재료 내의 수분의 수준을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 절연 재료 내의 수분의 수준을 제어하기 위해 열이 가해질 수 있다.
본 제조 방법은 하이브리드 코어를 가요성 엔벨로프 내에 넣기 전에 하이브리드 코어를 통기성 커버 내에 넣는 단계를 포함할 수 있다.
보강 부재는 코어의 상면 또는 하면 상에 실질적으로 매끈한 외면을 가질 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시로서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 VIP의 일부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 VIP의 일부의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 VIP의 절제 사시도이다. 도 3은 상부 보강 부재, 하부 보강 부재 및 이들 사이의 절연 코어에 의해 형성된 하이브리드 코어 샌드위치를 명확하게 보여준다. 이 절제도는 엔벨로프가 하류의 코어를 감싸는 방법을 명확하게 묘사한다.
도 4는 본 발명에 따른 VIP의 단면도로서, VIP의 측면에서의 하이브리드 코어의 구조를 보여준다. 도 4는 하이브리드 코어의 샌드위치 특성을 명확하게 보여주며, 특히 보강층이 VIP의 측면에서 절연 코어를 감싸지 않는 방법을 보여준다. 따라서, 보강 부재는 절연 코어를 가로지르는 열교를 형성하지 않는다.
도 5는 완성된 제품을 형성하기 위해 연부를 트리밍(trimming) 및 폴딩(folding)하기 전에 엔벨로프에 진공 및 밀봉을 적용한 후의 본 발명에 따른 VIP의 사시도를 도시한다. VIP의 매끈한 외관이 선명하게 도시되어 있다.
도 6은 본 발명의 보강 부재가 없는 감소된 밀도의 코어를 갖는 VIP의 사시도를 도시한다. VIP의 표면에는 주름이 있고, 연부는 붕괴되고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 완성된 VIP의 사시도를 도시한다.
도 8은 위의 도 5와 관련하여 기술된 본 발명에 따른 VIP의 사진이다. VIP의 매끈한 표면이 선명하게 도시되어 있다.
도 9는 위의 도 6과 관련하여 기술된 보강 부재가 없는 감소된 밀도의 코어 VIP의 사진이다. VIP의 주름지고 붕괴된 표면이 선명하게 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 VIP(1)의 단면을 단면도로 도시한다. VIP(1)는 상면(3) 및 하면(4)을 갖는 140 kg/m3의 밀도를 갖는 절연 코어(2)를 포함한다. VIP는 또한 코어(2)의 하면(4) 상에 배치된 강성 폴리우레탄의 보강 부재(5)를 포함한다. 보강 부재(5)는 다공질이며, 실질적으로 매끈한 외면(7)을 갖는다. 보강 부재(5)와 절연 코어(2)는 함께 하이브리드 코어(8)를 형성한다. 보강 부재(5)는 절연 코어(2)를 가로질러 열교가 형성되지 않도록 배치되며, 즉 보강 부재는 절연 코어의 상면(3)과 절연 코어의 하면(4) 사이에 열교를 형성하지 않는다. VIP는 하이브리드 코어(8)의 절연 코어(2) 및 보강 부재(5)를 둘러싸도록 배치된 차단막(6)으로 선택적으로 구성된 차단 엔벨로프를 더 포함한다.
VIP(1)는 몰드 내에 선택적으로 강성 폴리우레탄의 시트(5) 형태의 제품을 배치하는 단계, 본 실시형태에서 분말과 섬유의 혼합물인 미립자 절연 재료로 몰드를 충전하는 단계, 및 하면(4)에 보강 부재(5)가 배치된 절연 코어(2)(이것은 다공질이고, 선택적으로 미세다공질임)를 형성하기 위해 몰드 내의 혼합물을 가압하는 단계에 의해 제조된다. 절연 코어(2)와 보강 부재(5)는 함께 하이브리드 코어(8)를 형성하며, 여기서 보강 부재는 절연 코어(2)를 가로질러 열교가 형성되지 않도록 배치되며, 즉 보강 부재는 절연 코어의 상면(3)과 절연 코어의 하면(4) 사이에 열교를 형성하지 않는다. 하이브리드 코어(8)는 차단막(6)으로 둘러싸이고, 차단막이 하이브리드 코어(8)의 절연 코어 및 폴리우레탄 층(5)과 밀착될 수 있도록 진공이 가해진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 진공이 가해질 때, VIP의 상면은 저밀도 절연 코어(2)의 기복있는 표면으로 인해 비교적 울퉁불퉁하고, 반면에 VIP의 하면은 폴리우레탄 시트 또는 보강 부재(5)의 매끈한 외면으로 인해 비교적 매끈하다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 VIP(1)의 일부를 단면도로 도시한다. VIP(1)는 상면(3) 및 하면(4)을 갖는 130 kg/m3의 밀도를 갖는 절연 코어(2)를 포함한다. VIP는 또한 코어(2)의 상면(3) 및 하면(4) 상에 배치된 강성 폴리우레탄의 2 개의 보강 부재(5)를 포함한다. 보강 부재(5)는 절연 코어(2)를 가로질러 열교가 형성되지 않도록 배치되며, 즉 보강 부재는 절연 코어의 상면(3)과 절연 코어의 하면(4) 사이에 열교를 형성하지 않는다. 층(5)은 다공질이며, 각각 실질적으로 매끈한 외면(7)을 갖는다. VIP는 하이브리드 코어(8)의 절연 코어(2) 및 보강 부재(5)를 둘러싸도록 배치된 차단막(6)을 더 포함한다.
도 1의 VIP의 치수는 300 mm x 300 mm x 30 mm이다.
예시된 실시형태에서, 보강 부재(5)는 1 내지 5 mm의 두께를 가진 폴리우레탄 발포체의 시트이며, 예를 들면, 두께는 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm, 3.5 mm, 4.0 mm, 5.0 mm일 수 있다. 보강 부재는 30-80 kg/m3의 밀도 및 약 90%의 개방형 셀 함량을 가질 수 있다. 폴리우레탄 발포체 보강 부재는 95-150 kPa의 압축 강도를 갖는다.
절연 코어는 흄드 실리카(50-90 중량%), 불투명제(5-40 중량%), 및 섬유(0-20 중량%)를 포함하는 절연 재료 혼합물로 구성된다. 도 1의 VIP 내의 절연 코어의 밀도는 140 kg/m3이고, 반면에 도 2의 VIP 내의 절연 코어의 밀도는 130 kg/m3이다.
도 1의 VIP의 초기 열전도율은 3.4 mW/mK이고, 반면에 도 2의 VIP의 초기 열전도율은 3.6 mW/mK이다.
도 1의 VIP의 보강 부재의 두께는 대략 2 mm이고, 도 1의 VIP의 절연 코어는 대략 2 mm이다. 도 2의 VIP에서 보강 부재의 두께는 대략 2 mm이고, 도 2의 VIP에서 절연 코어의 두께는 대략 26 mm이다.
본 발명의 VIP 내의 진공 압력은 0.01 kPa(0.1 mBar) 내지 0.40 kPa(4 mBar)이다.
본 발명의 VIP의 하이브리드 코어는 GB2492876에 기술된, 그리고 본 명세서의 도 4 및 도 5에 도시된 선택적으로 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 VIP(1)의 절제 사시도이다. 도 3에 도시된 VIP는 상부 보강 부재(5) 및 하부 보강 부재(5)의 모두를 포함하고, 도 2에 도시된 VIP와 동일한 구성을 갖는다. 도 3은 상부 보강 부재(5), 하부 보강 부재(5) 및 이들 사이의 절연 코어(2)에 의해 형성된 하이브리드 코어 샌드위치를 명확하게 보여준다. 이 절제도는 차단막(또는 엔벨로프)(6)가 하이브리드 코어을 감싸는 방법을 명확하게 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 VIP(1)의 단면도로서, 이것은 또한 VIP의 측면에서의 하이브리드 코어의 구조를 보여준다. VIP(1)는 상면(3) 및 하면(4)을 갖고, 130 kg/m3의 밀도를 갖는 절연 코어(2)를 포함한다. VIP는 또한 코어(2)의 상면(3) 및 하면(4) 상에 배치된 강성 폴리우레탄의 2 개의 보강 부재(5)를 포함한다. 보강 부재(5)는 절연 코어(2)를 가로질러 열교를 형성하지 않도록 배치되며, 즉 보강 부재는 절연 코어의 상면(3)과 절연 코어의 하면(4) 사이에 열교를 형성하지 않는다. 층(5)은 다공질이며, 각각은 실질적으로 매끈한 외면(7)을 갖는다. VIP는 하이브리드 코어(8)의 절연 코어(2) 및 보강 부재(5)를 감싸도록 배치된 차단막(6)을 더 포함한다. 도 4는 하이브리드 코어의 샌드위치 특성을 명확하게 보여주며, 특히 보강층(102)이 VIP의 측면에서 절연 코어를 감싸지 않는 방법을 보여준다. 따라서, 보강 부재(5)는 절연 코어(2)를 가로질러 열교를 형성하지 않는다.
도 5는 완성된 제품을 형성하기 위해 연부를 트리밍 및 폴딩하기 전에 차단막(또는 엔벨로프)의 진공 및 밀봉의 적용 후의 본 발명에 따른 VIP(1)의 사시도를 도시한다. VIP의 매끈한 외곤이 선명하게 도시되어 있다. 이러한 매끈한 표면에 의해 본 발명의 VIP는, 사용 시, VIP를 다른 표면에 부착시키기 위한 더 우수한 접착 표면을 제공한다. 도 5에 도시된 VIP는 도 1의 VIP 및 도 2의 VIP와 동일한 구성을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 보강 부재가 없는 감소된 밀도의 코어를 갖는 VIP(202)의 사시도를 도시한다. 이 VIP의 표면에는 주름이 있고, 연부는 붕괴되고 있다. VIP(202)는 상업적으로 용인될 수 없다. 붕괴되는 표면 및 연부로 인해 이 VIP는 적절히 적재되지 않는다.
도 7은 본 발명에 따른 완성된 VIP의 사시도를 도시한다.
도 8은 위의 도 8과 관련하여 설명된 본 발명에 따른 VIP의 사진이다. VIP의 매끈한 표면이 선명하게 도시되어 있다.
도 9는 위의 도 6과 관련하여 기술된 보강 부재가 없는 감소된 밀도의 코어 VIP의 사진이다. 이 VIP의 주름지고 붕괴된 표면이 선명하게 도시되어 있다. 주름진 붕괴되는 표면을 갖는 VIP는 상업적으로 용인될 수 없다. 또한, 주음으로 인해 양호한 적재될 수 없다.
위에서 개괄한 바와 같이, 하이브리드 코어는 가요성 엔벨로프 내에 하이브리드 코어를 수용하기 전에 통기성 커버 내에 수용될 수 있다. 예를 들면, 통기성 커버는 부직 PET 플리스 또는 천공된 수축 랩으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 관련되어 본 명세서에서 사용되는 경우, 용어 "포함하다/포함하는" 및 용어 "갖는/포함하는"은 언급된 특징, 정수, 단계 또는 부품의 존재를 특정하기 위해 사용되지만, 그것의 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 부품 또는 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
명확화를 위해 별개의 실시형태로 기재된 본 발명의 특정의 특징들은 단일의 실시형태로 조합되어 제공될 수도 있다. 반대로, 간략화를 위해 단일의 실시형태로 기재된 본 발명의 다양한 특징은 별개로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 제공될 수도 있다.

Claims (33)

  1. 진공 절연 패널로서,
    상면, 하면 및 측면을 가진 다공질 절연 코어;
    상기 코어를 보강하기 위해 상기 절연 코어의 상면 또는 하면 상에 배치된 적어도 하나의 보강 부재 ― 상기 보강 부재는 다공질 재료로 형성되며, 강성이고, 상기 적어도 하나의 보강 부재와 상기 절연 코어는 함께 하이브리드 코어를 형성하고, 상기 보강 부재(들)은 상기 절연 코어를 가로질러 열교(thermal bridge)를 형성하지 않음 ―; 및
    상기 하이브리드 코어를 둘러싸도록, 그리고 내부에 가해진 진공을 유지하도록 배치된 엔벨로프(envelope)를 포함하고;
    상기 절연 코어는 분말 재료로 형성된 미세다공질 절연 재료로 구성되고;
    상기 진공 절연 패널 내의 상기 절연 코어의 밀도는 100 kg/m3 내지 160 kg/m3, 또는 130 kg/m3 내지 160 kg/m3이고,
    상기 진공 절연 패널의 열전도율은 3.0 mW/m.K 내지 4.0 mW/m.K의 범위인,
    진공 절연 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 코어의 상면 상에 배치된 상부 보강 부재 및 상기 절연 코어의 하면 상에 배치된 하부 보강 부재를 갖는,
    진공 절연 패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 부재 중 적어도 하나는 95 kPa 내지 150 kPa의 압축 강도를 갖는,
    진공 절연 패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 코어는 95 kPa 내지 150 kPa의 압축 강도를 갖는,
    진공 절연 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보강 부재의 밀도는 상기 절연 코어의 밀도보다 작은,
    진공 절연 패널.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성되는,
    진공 절연 패널.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 코어는 미세다공질이고, 흄드 실리카(fumed silica), 석출 실리카 또는 펄라이트, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분말을 포함하는 분말 재료로 구성되는,
    진공 절연 패널.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 코어는 미세다공질이고, 50 nm 내지 350 nm의 평균 공극 크기를 갖는,
    진공 절연 패널.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보강 부재는 폴리우레탄을 포함하고, 상기 절연 코어는 흄드 실리카를 포함하는 재료로 구성되고, 상기 진공 절연 패널 내의 상기 절연 코어의 밀도는 100 kg/m3 내지 160 kg/m3, 또는 130 kg/m3 내지 160 kg/m3인,
    진공 절연 패널.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보강 부재는 20 마이크론 내지 200 마이크론의 직경의 평균 공극 크기를 갖는 다공질 재료로 형성되는,
    진공 절연 패널.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 절연 패널은 3.0 mW/m.K 내지 3.5 mW/mK 미만의 열전도율 값을 갖는,
    진공 절연 패널.
  12. 진공 절연 패널을 제조하기 위한 방법으로서,
    상면, 하면 및 측면을 가진 다공질 절연 코어를 제공하는 단계;
    상기 코어를 보강하기 위해 상기 절연 코어의 상면 또는 하면 상에 적어도 하나의 보강 부재를 배치하는 단계 ― 상기 보강 부재는 다공질 재료로 형성되고, 강성이고, 상기 적어도 하나의 보강 부재와 상기 절연 코어는 함께 하이브리드 코어를 형성하고, 상기 보강 부재(들)은 상기 절연 코어를 가로질러 열교를 형성하지 않음 ―; 및
    상기 하이브리드 코어를 차단 엔벨로프로, 선택적으로는 차단막 형태의 차단 엔벨로프로 둘러싸는 단계; 및
    상기 차단 엔벨로프가 상기 하이브리드 코어의 상기 절연 코어 및 상기 적어도 하나의 보강 부재(들)과 밀착되도록 상기 차단 엔벨로프를 배기시키기 위해 진공을 가하는 단계를 포함하고;
    상기 절연 코어는 분말 재료로 형성된 미세다공질 절연 재료로 구성되고;
    상기 진공 절연 패널 내의 상기 절연 코어의 밀도는 100/m3 내지 160 kg/m3, 또는 130 kg/m3 내지 160 kg/m3이고,
    상기 진공 절연 패널의 열전도율은 3.0 mW/m.K 내지 4.0 mW/m.K의 범위인,
    진공 절연 패널의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연 코어의 상면 상에는 상부 보강 부재가 배치되고, 상기 절연 코어의 하면 상에는 하부 보강 부재가 배치되는,
    진공 절연 패널의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보강 부재는 폴리우레탄으로 형성되는,
    진공 절연 패널의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연 코어는 흄드 실리카, 석출 실리카 또는 펄라이트, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 분말 재료를 포함하는 재료로 구성되는,
    진공 절연 패널의 제조 방법.
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