KR102499261B1 - 단열재를 포함하는 냉장고 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 케이스에 배치할 때의 편리성과 단열성을 높인, 섬유 구조체와 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체 단열재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 복합체 단열재(10)는 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체(1)이며, 보이드를 갖는 복합체(1)를 제작하는 공정과, 외장재를 이용하지 않고, 복합체(1)의 보이드의 공기 대신에, 공기보다도 열전도율이 낮은 가스인 저열전도율 가스를 봉입하는 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조된다.

Description

단열재를 포함하는 냉장고{REFRIGERATOR INCLUDING HEAT INSULATING MATERIAL}
본 발명은 복합체 단열재 및 그 제조 방법, 단열 부품, 및 단열 케이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전구체를 형성하는 에어로겔을 섬유 매트릭스에 함침시키고, 압력 하에서 에어로겔 전구체를 초임계 건조시킴으로써 제작된 가요성 에어로겔 초단열재가 알려져 있다.
미세한 에어로겔, 카본 블랙 등의 입자 또는 섬유, 혹은 발포 시트 등을 밀봉 충전하고, 바람직하게는 감압 또는 진공 상태로 한 단열 포장체를 기재 상에 적층한 단열재도 알려져 있다.
에어로겔 전구체에 섬유 구조물을 침지하여 초임계 건조에 의해 에어로겔을 생성시켜서 이루어지는 에어로겔과 섬유 구조물의 복합체 단열재를, 냉장고 본체의 아우터 케이스와 이너 케이스 사이의 보이드 및/또는 도어 외측 재질과 도어 내측 재질 사이의 보이드에 설치한 냉장고도 알려져 있다.
에어로겔 전구체에 섬유 구조물을 침지하여 초임계 건조에 의해 에어로겔을 생성시켜서 이루어지는 에어로겔과 섬유 구조물의 복합체 단열재를, 도어 내면 등의 냉장고 내의 벽면에 부착하고, 또 상기 단열재를, 수납 용기, 덕트의 벽면, 댐퍼 및 칸막이벽의 내부 또는 표면에 부착하거나, 또는 상기 단열재를, 도어 주연부의 개스킷의 내부에 장착한 냉장고도 알려져 있다.
여기서, 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체 단열재는 외장재를 갖는 경우, 케이스에 배치할 때의 편리성이 낮다.
본 발명의 목적은 케이스에 배치할 때의 편리성과 단열성을 높인, 섬유 구조체와 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체 단열재를 제공하는 것에 있다.
이러한 목적 하에서, 본 발명은 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체이며, 복합체는 가스를 보유하기 위한 보이드를 가지고, 가스는 공기보다도 열전도율이 낮은 가스인 저열전도율 가스를 포함하는 복합체 단열재를 제공한다. 이 경우, 보이드는 기체 분자의 산란을 저해하여 열의 확산을 억제할 수 있고, 아울러 기체 분자가 미리 정해진 온도에 있어서 보이드 밖으로 이동하는 것을 저해할 수 있도록 구성된 것이어도 무방하다.
여기서, 복합체는 저열전도율 가스의 상압 시의 평균 자유 공정 이하에서 피크를 갖도록 분포하는 보이드를 갖는 것이어도 무방하다.
또, 저열전도율 가스는 복합체 단열재가 케이스에 배치될 때에 충전되는 발포 수지 단열재에서 사용되는 가스를 포함하는 것이어도 무방하다.
게다가, 섬유 구조물은 복합체 단열재가 배치되는 케이스의 부속품의 입체 형상에 합치시킨 형상을 갖는 것이어도 무방하다.
또, 본 발명은 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체이며, 보이드를 갖는 복합체를 제작하는 공정과, 외장재를 이용하지 않고, 복합체의 보이드의 공기 대신에, 공기보다도 열전도율이 낮은 가스인 저열전도율 가스를 봉입하는 공정을 포함하는 복합체 단열재의 제조 방법도 제공한다. 이 경우, 보이드는 기체 분자의 산란을 저해하여 열의 확산을 억제할 수 있고, 아울러 기체 분자가 미리 정해진 온도에 있어서 보이드 밖으로 이동하는 것을 저해할 수 있도록 구성된 것이어도 무방하다.
게다가, 본 발명은 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체의 보이드에, 공기보다도 열전도율이 낮은 가스인 저열전도율 가스가 봉입된, 외장재를 갖지 않는 복합체 단열재와, 복합체 단열재를 외장재가 없는 상태로 금형에 삽입하여 용융 수지를 충전함으로써 형성된 수지 부재를 구비한 단열 부품도 제공한다.
또, 본 발명은 내부에 공간을 갖는 이너 케이스와, 이너 케이스의 외측에 설치된 아우터 케이스와, 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에 외장재를 이용하지 않고 배치된, 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체 단열재와, 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에 배치된 진공 단열재와, 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에 충전된 발포 수지 단열재를 구비한 단열 케이스, 또는 내부에 공간을 갖는 이너 케이스와, 이너 케이스의 외측에 설치된 아우터 케이스와, 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에 외장재를 이용하지 않고 배치된 복합체 단열재와, 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에 충전된 발포 수지 단열재를 구비한 단열 케이스도 제공한다.
여기서, 복합체 단열재 및 진공 단열재는 이너 케이스 또는 아우터 케이스의 표면에, 표면의 면적에 대한 피복율이 40% 초과 100% 미만이 되도록 부착되고, 발포 수지 단열재는 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에, 표면의 면적에 대한 피복율이 나머지 피복율이 되도록 충전된 것이어도 무방하다.
또, 발포 수지 단열재는 이너 케이스, 아우터 케이스 또는 진공 단열재에 복합체 단열재를 고정하기 위하여 충전된 것이어도 무방하다.
이 경우, 복합체 단열재는 이너 케이스, 아우터 케이스 또는 진공 단열재에 접하는 면의 일부가 절삭되고, 강성 저하를 억제하고, 아울러 접착 강도를 높이기 위한 가공이 실시된 것이어도 무방하다.
또, 진공 단열재는 이너 케이스 또는 아우터 케이스의 표면에 부착되고, 복합체 단열재는 이너 케이스 또는 아우터 케이스의 표면에 진공 단열재의 위로부터 부착된 것이어도 무방하다.
게다가, 복합체 단열재는 그 보이드에 봉입된 가스이며, 공기보다도 열전도율이 낮은 가스인 저열전도율 가스를 포함하는 것이어도 무방하다.
또, 복합체 단열재는 시트 형상을 이루고, 이너 케이스 또는 아우터 케이스의 표면에 단일층으로 또는 적층하여 부착된 것이어도 무방하다.
이 경우, 아우터 케이스는 외측판을 절곡함으로써 형성되고, 복합체 단열재는 아우터 케이스의 전개도와 동일한 형상을 가지며, 아우터 케이스의 내부 표면에 대응하는 외측판의 표면에 절곡하여 부착된 것이어도 무방하다. 그리고 이 경우, 복합체 단열재는 외측판의 절곡부 이외에, 섬유 구조물을 에어로겔 또는 크세로겔의 전구체에 침지시킨 상태로 부착되고, 외측판의 절곡부에, 섬유 구조물을 에어로겔 또는 크세로겔의 전구체에 침지시키지 않은 상태로 부착된 것이어도 무방하다. 또, 이 경우, 복합체 단열재는 외측판의 절곡부에, 적층하여 U자 또는 V자의 컷(cut)부가 형성된 상태로 부착된 것이어도 무방하다.
게다가, 발포 수지 단열재는 이너 케이스 또는 아우터 케이스의 표면의 입체형상에 발포압을 이용하여 합치하도록 형성된 것이어도 무방하다.
게다가, 본 발명은 외측판의 일면에 진공 단열재를 배치하는 공정과, 외측판의 일면에, 외장재를 이용하지 않고, 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체 단열재를 배치하는 공정과, 외측판을 일면이 내부 표면이 되도록 절곡함으로써 아우터 케이스를 형성하는 공정과, 내부에 공간을 갖는 이너 케이스의 외측에 아우터 케이스를 설치하는 공정과, 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에 발포 수지 단열재를 충전하는 공정을 포함하는 단열 케이스의 제조 방법도 제공한다.
본 발명에 의하면, 케이스에 배치할 때의 편리성과 단열성을 높인, 섬유 구조체와 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체 단열재가 얻어진다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 에어로겔 내부의 기체를 저열전도율 가스로 치환하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서 복합체 중의 기체를 저열전도율 가스로 치환한 복합체 단열재의 열전도율과 그 저열전도율 가스 단체(單體)의 열전도율을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 에어로겔 내부의 기체를 저열전도율 가스로 치환하는 공정을 나타낸 플로 챠트이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 인서트 성형에 의해 제작된 단열 부품의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 인서트 성형에 의해 단열 부품을 제작하는 공정을 나타낸 플로 챠트이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 냉장고 케이스의 외부 표면의 전개도에 복합체 단열재를 배치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 냉장고의 케이스의 아우터 케이스를 절곡하기 전의 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 냉장고의 케이스의 아우터 케이스에 진공 단열재를 부착한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 냉장고의 케이스의 아우터 케이스에 복합체 단열재를 부착한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 냉장고의 케이스의 아우터 케이스를 절곡한 후의 상태를 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 냉장고의 단열 케이스의 제조 공정을 나타낸 플로 챠트이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 복합체 단열재를 적층시켜서 부착한 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 건축용 벽의 일례를 나타낸 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는”이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
한편, 하기의 설명에서 사용된 용어 “전방”, “상부”, “하부”, “좌측” 및 “우측”등은 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의하여 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명에 따른 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[제1 실시형태]
제1 실시형태는 외장재를 이용하지 않고, 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체의 보이드의 공기 대신에, 공기보다도 낮은 열전도율을 갖는 가스(이하, "저열전도율 가스"라고 함)를 봉입한 복합체 단열재와 그 제조 방법을 제공한다.
제1 실시형태에 있어서의 복합체 단열재는 다음과 같이 제작된다.
에어로겔 전구체에 섬유 구조물을 침지하여 초임계 건조시킴으로써 에어로겔과 섬유 구조물로 이루어지는 복합체가 완성된다. 또는 에어로겔 전구체에 섬유 구조물을 침지하여 상온 상압에서 건조시킴으로써 크세로겔과 섬유 구조물로 이루어지는 복합체가 완성된다. 이 복합체는 에어로겔 또는 크세로겔의 보이드가 공기의 평균 자유 공정 이하이기 때문에, 통상 200Pa 이상의 압력을 가하지 않으면 공기가 흐르지 않게 되어 있다. 즉 공기에 대한 대류의 열전도율을 억제하고, 단열성을 유지하고 있다.
그러나, 이러한 복합체는 진공 단열재와 비교하면 아직 열전도율이 높다. 따라서, 제1 실시형태에서는 복합체에 있어서의 에어로겔 또는 크세로겔의 보이드에 저열전도율 가스를 압송함으로써 열전도율이 높은 공기를 치환하고, 저열전도율의 복합체 단열재로 하여 단열성을 높이고 있다.
이하, 섬유 구조물과 에어로겔로 이루어지는 복합체 단열재를 예로 들어 구체적으로 설명한다.
먼저, 산성으로 조정된 아세트산 수용액에 계면활성제, 요소, 메틸트리메톡시실란 등의 금속 알콕시드를 녹이고, 가수분해 반응시킨 에어로겔 전구체를 제작한다. 이 에어로겔 전구체에 섬유 구조물을 함침하고, 각 섬유의 주위에 액체 형상의 에어로겔 전구체가 스며들어 번지도록 한다. 그리고 함침한 섬유 구조물을 60℃ 이상으로 가열함으로써 에어로겔 전구체에 중축합 반응이 일어나고, 그 후, 초임계 건조함으로써 에어로겔이 형성된다. 이에 따라, 섬유 구조물로 보강된 에어로겔로 이루어지는 복합체가 얻어진다.
다음으로, 얻어진 섬유 구조물과 에어로겔로 이루어지는 복합체에 대하여, 공기를 흡인하여 감압하고, 저열전도율 가스를 200Pa 이상의 압력을 가하여 송풍함으로써, 에어로겔 내부의 기체를 저열전도율 가스로 치환한다.
도 1a 및 도 1b는 이러한 치환 방법을 설명하기 위한 도면이다. 한편, 에어로겔 내부의 기체 저열전도율 가스를 통한 치환은 복합체의 일면으로부터 공기를 흡인하여 감압하고, 복합체의 다른 한쪽의 일면에 저열전도율 가스를 송풍함으로써 행해도 무방하지만, 여기에서는 복합체의 양면으로부터 공기를 흡인하여 감압하고, 복합체의 양면에 저열전도율 가스를 송풍함으로써 행하는 경우에 대하여 설명한다.
도 1a는 이러한 치환 방법을 상면에서 본 도면이다. 도시한 바와 같이, 섬유 구조물과 에어로겔로 이루어지는 복합체(1)에 포함되어 있는 공기를 저열전도율 가스로 치환하기 위해서는, 복합체(1)의 판재를 반송하는 이송 롤러(11)와, 복합체(1)에 포함되는 공기를 흡인하는 공기 흡인 덕트(12)와, 저열전도율 가스를 복합체(1) 중에 압송하는 가스 압입 덕트(13)가 설치된 장치를 이용한다. 즉 복합체(1)는 이 장치에 탑재되고, 이송 롤러(11)를 이용하여, 화살표 14로 나타낸 방향으로 반송된다.
도 1b는 이러한 치환 방법을 측면에서 본 도면이다. 도시하는 바와 같이, 복합체(1)에 포함되는 공기는 공기 흡인 덕트(12)에 의해 화살표 15로 나타낸 방향으로 흡인되고, 복합체(1) 내부는 감압된다. 그리고 가압된 저열전도율 가스는 가스 압입 덕트(13)에 의해 화살표 16으로 나타낸 방향으로 보내져서, 에어로겔의 보이드에 저열전도율 가스의 분자가 충전된다. 이에 따라, 복합체 단열재(10)가 제작된다.
이 복합체 단열재(10)에 있어서, 에어로겔의 보이드에 있는 저열전도율 가스의 분자는 에어로겔의 실리카 분자의 골격에 둘러싸이므로, 복합체 단열재(10)의 중심부에 있는 저열전도율 가스의 분자는 보유된 채로 된다. 복합체 단열재(10)의 표면의 저열전도율 가스는 공기로 치환되지만, 내부의 저열전도율 가스는 에어로겔의 실리카 분자의 골격에 둘러싸여 이동이 곤란해진다.
보다 상세하게는, 에어로겔의 보이드가 저열전도율 가스의 평균 자유 공정 이하의 영역에 있어서, 저열전도율 가스는 상압 하에서 방산되지 않고, 에어로겔 내에 잔류하게 된다. 에어로겔의 보이드가 저열전도율 가스의 평균 자유 공정 이하의 영역이 많으면, 외장재를 이용하여 진공화를 행할 필요도 없어진다. 예를 들면, 에어로겔의 보이드 분포가, 저열전도율 가스의 상압 시의 평균 자유 공정 이하에서 피크를 갖는 것이면 충분하다. 이것을 보다 일반화하면, 에어로겔은 기체 분자의 산란을 저해하여 열의 확산을 억제하는 보이드를 가지고, 아울러 그 기체 분자가 미리 정해진 온도에 있어서 보이드 밖으로 이동하는 것을 저해하는 보이드를 갖는 것이면 충분하다고 할 수 있다.
복합체 단열재(10) 내부의 저열전도율 가스를 여러 가지로 변경하여, 열전도율을 측정했다. 표1은 그 측정의 결과를 나타낸 것이다.
구성 내부 열전도율(mW/mK)
실시예 에어로겔+PET 파이버 CO2 12.6
실시예 2 에어로겔+PET 파이버 Ar 11.0
실시예 3 에어로겔+PET 파이버 Kr 9.4
비교예 1 에어로겔+PET 파이버 공기 13.8
비교예 2 우레탄(발포) 시클로펜탄 22.0
실시예 1 내지 실시예 3은 에어로겔과 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 파이버로 이루어지는 복합체(1) 내의 기체를, 각각 이산화탄소(CO2), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr)으로 치환한 경우의 측정 결과를 나타낸다. 비교예 1은 실시예 1 내지 실시예 3과 동일한 복합체(1) 내의 기체를 공기로 한 경우의 측정 결과를 나타낸다. 비교예 2는 우레탄만을 이용하여 그 내부의 기체를 시클로펜탄으로 발포 치환한 경우의 측정 결과를 나타낸다. 이 측정의 결과, 실시예 1 내지 실시예 3에 있어서의 열전도율은 비교예 1에 있어서의 열전도율 및 비교예 2에 있어서의 열전도율의 어느 것보다도 낮은 것을 알 수 있다.
즉 복합체(1) 내의 저열전도율 가스로는, 종래의 시클로펜탄뿐만 아니라, 이산화탄소(CO2)를 이용해도 무방하다. 또는 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등을 이용해도 무방하다. 여기서, 이산화탄소(CO2), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등은 상온 상압 하에서 그 분자량이 공기의 분자량 28.8 g/mol보다 무거운 가스종으로 파악할 수 있다. 분자량이 공기의 분자량보다 무거우면, 분자가 진동하기 어렵기 때문에 열이 전파되기 어려운 상태로 되어, 유효하기 때문이다. 다만, 복합체(1) 내의 저열전도율 가스로는, 상온 상압 하에서 그 분자량이 공기의 분자량보다 가벼운 가스종을 이용해도 무방하다. 이 경우, 이산화탄소(CO2), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등은 불연성의 가스종으로 파악할 수 있다.
여기서, 복합체(1) 내의 기체를 저열전도율 가스로 치환한 복합체 단열재(10)의 열전도율과, 이 저열전도율 가스 단체(單體)의 열전도율을 비교한 결과에 대하여 설명한다. 도 1c는 이 비교의 결과를 나타낸 그래프다.
이 그래프에 있어서, 세로축은 복합체 단열재(10)의 열전도율 측정값을 나타내고, 횡축의 λg는 상온에 있어서의 기체의 열전도율을 나타낸다. 또, 그래프에서 "공기"는 복합체(1) 내의 기체를 공기로 한 경우를 나타낸다. 이 그래프로부터, 굵은 실선으로 나타낸 바와 같이, 복합체(1) 내의 기체를 저열전도율 가스로 치환한 복합체 단열재(10)의 열전도율과, 이 저열전도율 가스 단체(單體)의 열전도율은 거의 비례 관계에 있는 것을 알 수 있다.
도 2는 에어로겔 내부의 기체를 저열전도율 가스로 치환하는 공정을 나타낸 플로 챠트이다. 도시한 바와 같이, 먼저, 공기흡인 덕트(12)에 의해 복합체(1) 내의 공기를 흡인한다(S101). 다음으로, 이송 롤러(11)에 의해 복합체(1)를 반송한다(S102). 그리고 마지막으로, 가스 압입 덕트(13)에 의해 복합체(1) 내에, 가압된 저열전도율 가스를 압입한다(S103).
한편, 실제로는 이송 롤러(11)에 의해 복합체(1)를 반송하면서, 공기 흡인 덕트(12)에 의해 복합체(1) 내의 공기를 흡인하고, 가스 압입 덕트(13)에 의해 복합체(1) 내에 저열전도율 가스를 압입한다. 따라서, 도 2의 플로 챠트는 이송 롤러(11)에 의해 공기 흡인 덕트(12)의 위치에서 가스 압입 덕트(13)의 위치로 이동하는 복합체(1) 내의 국소 부분에 대하여 나타낸 것이라고 여겨질 수 있다.
또, 상기에서는 저열전도율 가스를, 공기보다도 낮은 열전도율을 갖는 가스로 했지만, 특히, 복합체 단열재(10)가 냉장고 등의 케이스에 배치될 때에 충전되는 경질 우레탄폼 등의 발포 수지 단열재에서 사용되는 가스를 포함하는 것으로 해도 무방하다.
게다가, 상기에서는 섬유 구조물의 형상을 특정하지 않았지만, 특히, 복합체 단열재(10)가 배치되는 냉장고 등의 케이스의 부속품의 입체 형상에 합치시킨 형상을 갖는 것으로 해도 무방하다.
다음으로, 복합체 단열재(10)를 이용한 인서트 성형에 대하여 설명한다.
도 3은 인서트 성형에 의해 제작된 단열 부품(20)의 예를 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 단열 부품(20)은 복합체 단열재(10)와, 수지 부재(21)를 포함한다. 복합체 단열재(10)는 상술한 바와 같이, 외장재를 이용하지 않고, 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체의 보이드의 공기 대신에, 저열전도율 가스를 봉입한 단열재이다. 수지 부재(21)는 이 복합체 단열재(10)를 감싸는 부재이다.
도 4는 인서트 성형에 의해 단열 부품(20)을 제작하는 공정을 나타낸 플로 챠트이다. 도시한 바와 같이, 먼저, 도시하지 않은 금형 캐버티 내에 복합체 단열재(10)를 삽입한다(S201). 한편, 복합체 단열재(10)는 외장재를 가지지 않기 때문에, 여기에서도, 외장재를 이용하지 않고 복합체 단열재(10)를 삽입한다. 다음으로, 금형 캐버티와 복합체 단열재(10) 사이에 용융된 수지를 충전한다(S202). 이에 따라, 금형 캐버티와 복합체 단열재(10) 사이에 용융된 수지가 돌아 들어간다. 그리고 수지는 고체화되어 수지 부재(21)가 되고, 복합체 단열재(10)와 수지 부재(21)는 일체화되어 단열 부품(20)을 형성한다. 그리고 마지막으로, 금형 캐버티 내에 있는 단열 부품(20)을 꺼낸다(S203).
이와 같이, 제1 실시형태에서는 복합체 단열재(10)가 외장재를 가지지 않기 때문에, 케이스에 배치할 때의 취급이 용이하게 되는 등, 편리성이 향상된다.
또, 복합체 단열재(10)의 보이드의 공기 대신에 저열전도율 가스가 봉입됨으로써, 복합체 단열재(10)의 단열성이 향상된다.
게다가, 저열전도율 가스의 평균 자유 공정 이하에 보이드의 분포가 있는 경우, 에어로겔 또는 크세로겔의 보이드의 공기를 저열전도율 가스로 치환하기 위해서는, 200Pa 이상의 압력이 필요하고, 저열전도율 가스로 치환하게 되면, 상압 하에서는 그 방산이 억제된다. 따라서, 대기 중에서도 복합체 단열재(10) 내에 많은 저열전도율 가스를 보유한 상태로 봉지할 수 있고, 장기 신뢰성이 확보된다.
[제2 실시형태]
섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔로 이루어지는 복합체 단열재의 열전도율은 진공 단열재보다 높지만, 경질 우레탄폼이나 발포 스티롤보다는 낮다. 또, 이 복합체 단열재는 진공 단열재에는 없었던 가요성을 가지고 있으며, 게다가 외장재가 없기 때문에, 진공 단열재에서는 불가능하였던 상온 상압 하에서 케이스에 부착된 후에도 나사 구멍을 뚫을 수 있는 특성을 가지고 있다. 따라서, 제2 실시형태는 진공 단열재와 복합체 단열재를 이용하고, 각각의 특성을 살려서, 단열재의 피복율을 100% 가까이까지 높인 단열 케이스와 그 제조 방법을 제공한다.
도 5는 냉장고의 케이스의 외부 표면의 전개도에 복합체 단열재(10)를 배치한 상태를 나타낸 도면이다. 전개도에는 천정면(30)과, 좌측면(31)과, 우측면(32)과, 냉장실 좌측 도어(33)와, 냉장실 우측 도어(34)과, 냉동실 좌측 도어(35)와, 냉동실 우측 도어(36)와, 배면(37)과, 기계실 상면(38)과, 기계실 전면(39)이 도시되어 있다.
여기서, 복합체 단열재(10)는 진공 단열재의 중앙 부근의 열전도율 1∼5 mW/mK보다 높지만, 경질 우레탄폼의 열전도율 약 20 mW/mK, 발포스티롤의 열전도율 30∼40 mW/mK 등보다는 낮은 열전도율을 가지고 있다. 또, 금속 재료, 수지 재료 등의 다른 재료와 비교하면 유연성이 있다. 게다가, 외장재를 가지지 않기 때문에, 상온 상압 하에서 절삭 가공, 구멍 가공, 절곡 가공 등이 가능하다.
따라서, 제2 실시형태에서는 복합체 단열재(10)를 케이스 또는 도어의 보이드에 매설하고, 나머지의 보이드에 경질 우레탄폼을 발포 충전하는 것으로 했다. 이에 따라, 진공 단열재만으로는 100%에 가까운 피복율로 부착할 수 없었던 것에 비하여, 제2 실시형태에서는 복합체 단열재(10)를 케이스의 제조 공정에 유효하게 아울러 효과적으로 조립함으로써, 복합체 단열재(10)의 피복율을 40%를 넘어 100% 가까이까지 높여서, 단열성이 높은 단열 케이스를 완성시키고, 에너지 절약을 실현하도록 했다. 도 5에서는, 이러한 것을, 전개도의 각 면 전체에 사선 해칭을 실시함으로써 도시하고 있다.
한편, 제2 실시형태에 있어서의 복합체 단열재(10)는 제1 실시형태에 있어서의 복합체 단열재(10)와 같이, 복합체(1)의 보이드의 공기 대신에 저열전도율 가스가 봉입된 것이어도 무방하고, 복합체(1)의 보이드의 공기를 그대로 보유하고, 저열전도율 가스가 봉입되지 않은 것이어도 무방하다. 게다가, 복합체(1)가 섬유 구조물과 에어로겔 또는 크세로겔을 포함하지 않는 것이어도 무방하다.
또, 이 단열성을 더욱 높이기 위해서는, 도 5에 파선으로 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 평탄하고 면적이 큰 좌측면(31) 및 우측면(32)에 있어서, 복합체 단열재(10)의 일부를 진공 단열재로 치환하거나, 복합체 단열재(10)의 일부를 진공 단열재와 병용하거나 해도 무방하다.
다음으로, 냉장고의 단열 케이스의 제조 공정에 대하여 설명한다.
도 6은 냉장고의 케이스의 아우터 케이스를 절곡하기 전의 상태를 나타낸 사시도이다. 도시한 바와 같이, 냉장고의 케이스의 아우터 케이스는 절곡하기 전에는 강판으로 이루어지는 외측판(4)이며, 평판 형상으로 되어 있다. 이 상태로, 외측판(4)의 길이 방향의 단부에 플랜지(40, 41, 42)가 형성되고, 절곡부에 미리 V자 컷(43, 44)이 실시된다.
도 7은 냉장고의 케이스의 아우터 케이스에 진공 단열재를 부착한 상태를 나타낸 사시도이다. 도시한 바와 같이, 진공 단열재(50, 51, 52)는 외측판(4)의 내면에 부착된다. 한편, 진공 단열재(50, 51, 52)를 외측판(4)에 부착할 때에 이용하는 접착 부재는 겔 형상의 핫 멜트로 한다.
도 8은 냉장고의 케이스의 아우터 케이스에 복합체 단열재를 부착한 상태를 나타낸 사시도이다. 도시한 바와 같이, 복합체 단열재(10)는 외측판(4)의 내면 전체에, 진공 단열재(50, 51, 52) 위로부터 포개어 부착된다. 이에 따라, 케이스의 강성과 단열성이 강화된다. 또는 복합체 단열재(10)는 진공 단열재(50, 51, 52)가 부착된 영역에 맞춰서 절단되고, 진공 단열재(50, 51, 52)와 포개지지 않도록 부착되어도 무방하다.
도 9는 냉장고의 케이스의 아우터 케이스를 절곡한 후의 상태를 나타낸 사시도이다. 도시한 바와 같이, 외측판(4)은 V자 컷(43, 44)을 절곡부로 하여 ㄷ자 형상으로 절곡되고, 냉장고의 케이스의 아우터 케이스의 천정면(30), 좌측면(31), 우측면(32)이 형성된다. 한편, 외측판(4)을 절곡할 때에 이용하는 지그는 도시를 생략하고 있다.
그 후, ㄷ자 형상으로 절곡된 냉장고의 케이스의 아우터 케이스에, 이너 케이스나 부속품(도시하지 않음)이 조립된다. 그리고 이와 같이 이너 케이스나 부속품(도시하지 않음)이 조립됨으로써 형성된 공간 내에 경질 우레탄폼 등의 발포 수지 단열재(도시하지 않음)를 발포 충전함으로써, 단열 케이스가 완성된다. 이 때, 자기 접착성이 있는 발포 수지 단열재는 아우터 케이스, 이너 케이스 또는 진공 단열재에 복합체 단열재를 고정하기 위해서도 이용된다.
도 10은 냉장고의 단열 케이스의 제조 공정을 나타낸 플로 챠트이다.
도시하는 바와 같이, 이 제조 공정에 있어서는 먼저, 프레스 공정이 행해진다(S401). 이 프레스 공정은 도 6을 참조하여 설명한 플랜지(40, 41, 42)를 형성하여 V자 컷(43, 44)을 실시하는 공정에 상응한다.
다음으로, 진공 단열재 부착 공정이 행해진다(S402). 이 진공 단열재 부착 공정은 도 7을 참조하여 설명한 진공 단열재(50, 51, 52)를 외측판(4)의 내면에 부착하는 공정에 상응한다. 한편, 단열성이 충분하면, 이 진공 단열재 부착 공정은 행하지 않아도 무방하다.
다음으로, 복합체 단열재 부착 공정이 행해진다(S403). 이 복합체 단열재 부착 공정은 도 8을 참조하여 설명한 복합체 단열재(10)를 외측판(4)의 내면 전체에 부착하는 공정에 상응한다.
다음으로, 절곡 공정이 행해진다(S404). 이 절곡 공정은 도 9를 참조하여 설명한 외측판(4)을 ㄷ자 형상으로 절곡하여 냉장고의 케이스의 아우터 케이스의 천정면(30), 좌측면(31), 우측면(32)을 형성하는 공정에 상응한다.
다음으로, 이너 케이스 등 조립 공정이 행해진다(S405). 이 이너 케이스 등 조립 공정은 그 후에 설명한 냉장고의 케이스의 아우터 케이스에 이너 케이스 등을 조립하는 공정에 상응한다.
그리고 마지막으로, 우레탄 발포 공정이 행해진다(S406). 이 우레탄 발포 공정은 냉장고의 케이스의 아우터 케이스에 이너 케이스 등을 조립함으로써 형성된 공간 내에 경질 우레탄폼을 발포 충전하는 공정에 상응한다.
여기서, 제2 실시형태에서 이용하는 복합체 단열재(10)는 외장재를 가지지 않는다. 따라서, S401 내지 S406의 과정에서, 구멍 형성 가공, 슬릿의 관통 가공, V자 또는 U자의 홈 컷 가공, 나사 부착 구멍의 가공 등을 행할 수 있기 때문에, 복합체 단열재(10)는 아우터 케이스의 내면 전체에 부착하는 것이 가능해진다.
한편, 상기에서는 진공 단열재(50, 51, 52)를 부착한 후에 외측판(4)을 절곡했지만, 외측판(4)을 절곡한 후에, 진공 단열재(50, 51, 52)를 부착하고, 복합체 단열재(10)를 그 위로부터 부착하도록 해도 무방하다. 이렇게 함으로써, 절곡 시의 충격에 의해 진공 단열재(50, 51, 52)가 벗겨지는 문제도 발생하기 어려워진다.
또, 복합체 단열재(10)는 얇은 시트 형상으로 된 것이어도 무방하고, 이것을 적층함으로써, 외측판(4)의 비즈 형상에 맞추어 부착해도 무방하다. 또는 단일층으로 부착해도 무방하다.
게다가, 외측판(4)을 절곡하는 부위인 V자 컷(43, 44)에 있어서도, 복합체 단열재(10)를 적층시켜서 부착해도 무방하다. 이에 따라, 아우터 케이스의 절곡에 따른 복합체 단열재(10)의 절곡에 의한 재료의 포갬(부풀음)을 방지하고, 경질 우레탄폼을 발포 충전하여 외측판(4)의 부풀음을 억제함으로써 디자인성이 높은 외관을 제공하는 것도 가능해진다.
도 11은 이와 같이 복합체 단열재(10)를 적층시켜서 부착한 상태를 나타낸 도면이다. 여기에서는 V자 컷(43)에 있어서 복합체 단열재(10)를 적층시킨 상태를 나타내고 있다. 얇은 복합체 단열재(10)를 어긋나게 하지 않고 적층한 후, V자 컷(43)에 맞추어 절단함으로써 도시한 단면을 형성해도 무방하고, 얇은 복합체 단열재(10)를 어긋나게 하여 적층함으로써 도시한 단면을 형성해도 무방하다. 또는 V자 컷이 아니라, U자 컷의 단면을 형성해도 무방하다.
또, 상기에서는 복합체 단열재(10)를 제작하기에 앞서, 섬유 구조물을 에어로겔 또는 크세로겔의 전구체에 침지시킴으로써 복합체(1)를 제작했다. 그러나, 복합체 단열재(10) 중에서, 외측판(4)의 절곡부에 부착하는 부분만에 대해서는, 섬유 구조물을 에어로겔 또는 크세로겔의 전구체에 침지하지 않음으로써 겔 합성을 행하지 않고 복합체(1)를 제작하도록 해도 무방하다. 이에 따라, 섬유 구조물의 유연성이 유지되고, 복합체 단열재(10)를 케이스의 형상에 맞추어 부착하기 쉬워진다.
또, 상기에서는 저열전도율 가스를, 공기보다도 낮은 열전도율을 갖는 가스로 했지만, 특히, 복합체 단열재(10)가 냉장고 등의 케이스에 배치될 때에 충전되는 경질 우레탄폼 등의 발포 수지 단열재에서 사용되는 가스를 포함하는 것으로 해도 무방하다. 그리고 복합체 단열재(10)를 냉장고 등의 케이스에 배치하여, 경질 우레탄폼 등의 발포 수지 단열재를 발포 충전해도 무방하다.
게다가, 상기에서는 섬유 구조물의 형상을 특정하지 않았지만, 특히, 복합체 단열재(10)가 배치되는 냉장고 등의 케이스의 부속품의 입체 형상에 합치시킨 형상을 갖는 것으로 해도 무방하다. 그리고 복합체 단열재(10)를 대상이 되는 부속품에 부착하고, 케이스 구조로 해도 무방하다.
또, 상기에서는 냉장고 등의 케이스의 아우터 케이스의 내부 표면에 복합체 단열재(10)를 부착하는 것으로 했지만, 케이스의 이너 케이스의 외부 표면에 복합체 단열재(10)를 부착하는 것으로 해도 무방하다. 그리고 이것은 보다 일반화하여, 이너 케이스와 아우터 케이스 사이에 복합체 단열재(10)를 배치하는 것으로 해도 무방하다.
게다가, 복합체 단열재(10)가 케이스에 배치될 때에 충전되는 경질 우레탄폼 등의 발포 수지 단열재는 이너 케이스 또는 아우터 케이스의 절곡(R) 부분이나 모서리(R) 부분의 입체 형상에 발포 압력을 이용하여 합치하도록 형성되어도 무방하다.
게다가, 복합체 단열재는 이너 케이스, 아우터 케이스 또는 진공 단열재에 접하는 면의 일부가 구멍 등을 파냄으로써 절삭되어도 무방하다. 그리고 파내어진 구멍 등에 대하여, 강성 저하를 억제하고, 아울러 접착 강도를 높이기 위한 가공을 실시해도 무방하다.
이와 같이, 제2 실시형태에서는 외장재를 가지지 않는 복합체 단열재(10)에 특유의 제조 방법을 이용하고, 게다가 진공 단열재(50, 51, 52)를 배치하도록 함으로써, 케이스 형상에 따른 단열재의 배치를 행하는 것이 가능해지므로, 단열재의 피복율을 100% 가까이까지 향상시키는 것이 가능해지고, 그 결과, 높은 단열 성능을 얻을 수 있는 단열 케이스를 제공할 수 있다.
[제3 실시형태]
제3 실시형태는 복합체 단열재(10)를 이용한 건축용 벽을 제공한다.
도 12는 이러한 건축용 벽(60)의 일례를 나타낸 도면이다. 도시하는 바와 같이, 건축용 벽(60)은 아우터 케이스와 이너 케이스로 구성되는 케이스 구조가 아니라, 아우터 케이스(61)에 복합체 단열재(10)를 배치하여 이너 케이스 없이 절곡한 구조를 갖는다. 그리고 건축용 벽(60)은 이 아우터 케이스(61)에 측판(62, 63)과 하부판(64)을 부착하고, 보이드에 발포 수지인 우레탄을 충전함으로써 형성된다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1: 복합체
10: 복합체 단열재
11: 이송 롤러
12: 공기 흡인 덕트
13: 가스 압입 덕트
20: 단열 부품
21: 수지 부재
4: 외측판
40, 41, 42: 플랜지
43, 44: V자 컷
50, 51, 52: 진공 단열재
60: 건축용 벽
61: 아우터 케이스
62, 63: 측판
64: 하부판

Claims (20)

  1. 내부에 공간을 가지는 이너 케이스와,
    상기 이너 케이스의 외측에 설치되며 절곡부를 갖는 아우터 케이스와,
    상기 이너 케이스와 상기 아우터 케이스 사이에 배치되고, 섬유 구조물을 포함하는 복합체 단열재와,
    상기 이너 케이스와 상기 아우터 케이스 사이에 배치된 진공 단열재와,
    상기 이너 케이스와 상기 아우터 케이스 사이에 충전된 발포 수지 단열재를 포함하고
    상기 진공 단열재는 상기 아우터 케이스의 일 면에 부착되고,
    상기 복합체 단열재는 상기 진공 단열재가 부착되는 상기 아우터 케이스의 표면에 상기 진공 단열재를 커버하도록 부착되고,
    상기 복합체 단열재는 상기 절곡부에 대응되는 부분을 제외한 나머지 부분에 침지된 에어로겔(Aerogel) 또는 크세로겔(Xerogel)을 포함하고,
    상기 에어로겔(Aerogel) 또는 크세로겔(Xerogel) 중 적어도 어느 하나는 보이드(Void)를 포함하고,
    상기 보이드(Void)에는 공기보다 열전도율이 낮은 저열전도율 기체가 채워지고,
    상기 저열전도율 기체는 상기 발포 수지 단열재 내부의 기체를 포함하는 냉장고.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합체 단열재 및 상기 진공 단열재는 상기 이너 케이스 또는 상기 아우터 케이스의 표면에, 표면의 면적에 대한 피복율이 40% 초과 100% 미만이 되도록 부착되는 냉장고.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합체 단열재는 상기 복합체 단열재를 커버하도록 마련되는 외장재를 포함하지 않고,
    상기 발포 수지 단열재는 상기 복합체 단열재의 외부를 커버하도록 마련되는 냉장고.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보이드는 상기 저열전도율 기체의 분자가 특정 온도에서 상기 보이드의 외측으로 유출되는 것을 방지하도록 마련되는 냉장고.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보이드는 상기 저열전도율 기체의 분자의 산란을 저해하여 열의 확산을 억제할 수 있도록 마련되는 냉장고.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 구조물은 상기 이너 케이스 내측의 형상과 대응되는 형상을 가지는 냉장고.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합체 단열재의 상기 보이드 내에 잔존되는 공기가 제거되도록 마련되는 냉장고.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 보이드 내에 잔존되는 공기가 흡수된 후 상기 저열전도율 기체가 상기 보이드 내부로 주입되도록 마련되는 냉장고.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포 수지 단열재는 상기 복합체단열재를 커버하도록 발포되는 발포 수지에 의해 형성되는 냉장고.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 진공 단열재는 상기 발포 수지 단열재에 의해 커버되는 냉장고.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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