KR102611508B1 - 진공단열체 및 냉장고 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 진공단열체 및 냉장고에는, 진공단열체의 내벽에 수용되고, 냉매의 열교환이 수행되는 열교환관로; 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 제공되어 상기 열교환관로를 형성하는 냉매관이 통과하는 관통부; 및 상기 냉매관과 상기 진공공간부 사이에 가스 연통을 제한할 수 있도록, 상기 인출관 및 상기 인입관을 내부에 수용하고, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 체결되는 밀봉부재를 포함된다.
Description
본 발명은 진공단열체 및 냉장고에 관한 것이다.
진공단열체는 몸체의 내부를 진공으로 유지하여 열전달을 억제하는 물품이다. 상기 진공단열체는 대류 및 전도에 의한 열전달을 줄일 수 있기 때문에 온장장치 및 냉장장치에 적용되고 있다. 한편, 종래 냉장고에 적용되는 단열방식은 냉장과 냉동에 따라서 차이는 있지만 대략 30센티미터가 넘는 두께의 발포 폴리우레탄 단열벽을 제공하는 것이 일반적인 방식이었다. 그러나, 이로써 냉장고의 내부 용적이 줄어드는 문제점이 있다.
냉장고의 내부 용적을 늘리기 위하여 상기 냉장고에 진공단열체를 적용하고자 하는 시도가 있다.
먼저, 본 출원인의 등록특허 10-0343719(인용문헌 1)가 있다. 상기 등록특허에 따르면 진공단열패널(Vacuum adiabatic panel)을 제작하고, 상기 진공단열패널을 냉장고의 벽에 내장하고, 상기 진공단열패널의 외부를 스티로폼인 별도 성형물로 마감하는 방식이다. 상기 방식에 따르면 발포가 필요 없고, 단열성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 이 방식은 비용이 상승하고 제작방식이 복잡해지는 문제가 있다. 다른 예로서 공개특허 10-2015-0012712(인용문헌 2)에는 진공단열재로 벽을 제공하고 그에 더하여 발포 충전재로 단열벽을 제공하는 것에 대한 기술에 제시되어 있다. 이 방식도 비용이 증가하고 제작방식이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명의 출원인은 국내 공개특허 10-2013-0049495(인용문헌 3)를 출원한 바가 있다. 상기 기술은, 내부에 별도의 단열재가 제공되지 않고 비어 있는 진공상태로 진공단열체를 제공한다. 뿐만 아니라, 본 기술은 상기 진공단열체의 내부에 열교환관로를 배치하는 기술이 제공된다. 상기 열교환관로는 증발기의 인입관과 증발기의 인출관인 두 개의 관로가 서로 접촉하는 관로이다. 상기 열교환관로는, 상기 두 개 관로의 내부를 흐르는 냉매가 서로 열교환이 되도록 함으로써, 냉동사이클의 성능을 향상시키도록 하는 관로이다.
상기 열교환관로는 진공공간부의 내부를 통과하고 냉장고의 고내와 고외로 연장된다. 이에 따르면, 상기 진공공간부의 진공상태를 유지하기 위하여, 상기 열교환관로가 상기 진공공간부와 냉장고의 고내측 플레이트를 통과하는 곳, 및 상기 열교환관로가 상기 진공공간부와 냉장고의 고외측 플레이트를 통과하는 곳이, 각각 밀봉되어야 한다. 이에 대한 목표를 달성하기 위하여, 본 발명의 출원인은 출원번호 10-2017-0171596호(인용문헌 4)의 도 17과 도 18에서 분지되는 열교환관로의 개별 관로의 실링을 위한 구조를 개시한 바가 있다.
상기 인용문헌 4에 따르면, 기밀유지를 위하여 열교환관로를 이루는 두 관로가 분지되어 상기 진공공간부를 관통하도록 하여, 네 군데의 관통부분이 발생된다. 그러나, 상기 관통부분이 많으면 많을수록 열손실이 발생하고, 어느 한 곳이라도 밀봉에 문제가 있으면 진공공간부의 진공유지에 어려움이 있으므로 바람직하지 않다. 또한 두 관로의 용접부가 상기 진공공간부에 드러나서 상기 용접부에서 발생하는 가스가 진공공간부의 진공상태를 파괴하는 문제가 있다.
뿐만 아니라, 상기 열교환관로를 이루는 두 관로의 분지지점에서의 급격한 벤딩각도로 인하여 냉매의 압력손실을 발생시키는 문제가 있다. 상기 열교환관로의 벤딩각도는 서포팅유닛을 이루는 바의 피치간격(대략 20mm)으로 인하여 더 커지는 문제점이 있다. 또한, 상기 관통부분에서는, 진공공간부를 이루는 스테인레스 재질과 열교환관로를 이루는 동 재질 간의 이종접합이 이루어지기 때문에, 작업의 어려움이 있다.
본 발명은 열교환관로가 진공공간부를 관통하는 부분에서의 작업의 어려움을 해소하고, 관통부분의 개소를 줄이는 것을 목표로 한다.
본 발명은 열교환관로를 이루는 두 관로의 용접부분의 가스 발생이 진공공간부의 내부 공간에 영향을 미치지 않도록 하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 열교환관로의 급격한 벤딩으로 인한 냉매의 압력손실을 줄이는 것을 목표로 한다.
본 발명은 열교환관로와 진공공간부의 이종용접 시에 발생할 수 있는 누설 및 작업의 어려움을 해소하는 것을 목표로 한다.
본 발명에 따른 진공단열체 및 냉장고에는, 진공단열체의 내벽에 수용되고, 냉매의 열교환이 수행되는 열교환관로; 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 제공되어 상기 열교환관로를 형성하는 냉매관이 통과하는 관통부; 및 상기 냉매관과 상기 진공공간부 사이에 가스 연통을 제한할 수 있도록, 상기 인출관 및 상기 인입관을 내부에 수용하고, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 체결되는 밀봉부재를 포함된다.
본 발명에 따르면 밀봉부재를 이용함으로써 용접개수가 줄어 작업이 편리해지고, 단열손실이 줄고, 열교환관로를 흐르는 냉매의 압력손실이 줄어들고, 이종재질의 용접에 따른 작업의 어려움이 개선되는 장점이 있다.
본 발명에 따른 진공단열체 및 냉장고에는 밀봉부재의 내부에 충진재를 추가됨으로써, 냉매관과 플레이트 부재 간의 접촉을 막아서, 단열손실을 줄일 수 있다.
다른 측면에 따른 본 발명의 진공단열체에는, 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 1 플레이트 부재; 상기 제 1 공간과 온도가 다른 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 2 플레이트 부재; 상기 제 3 공간에 놓이고 서로 열교환되는 적어도 두 개의 관로를 포함하는 열교환관로; 및 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 제공되고, 상기 적어도 두 개의 관로가 함께 통과하는 단일의 관통부가 포함된다.
본 발명에 따르면, 용접개수가 줄어들고 진공공간부의 누설을 방지하고 작업이 편리해진다.
또 다른 측면에 따른 본 발명의 진공단열체에는, 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 1 플레이트 부재; 상기 제 1 공간과 온도가 다른 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 2 플레이트 부재; 서로 다른 상태의 유체가 흐르는 적어도 두 개의 냉매관이 서로 접촉하여 열교환하도록 제 3 공간에 배치되는 열교환관로; 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재에 각각 제공되어, 상기 열교환관로를 형성하는 상기 냉매관이 통과하는 관통부; 및 상기 냉매관과 상기 진공공간부 사이에 가스 연통을 제한할 수 있도록, 상기 적어도 두 개의 냉매관을 내부에 수용하고, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중에 용접 체결되는 밀봉부재를 포함된다.
본 발명에 따른 동종용접으로 진공공간부의 냉매관을 지지할 수 있게 되므로, 누설우려가 없고, 작업이 더욱 편리해진다.
본 발명에 따르면, 열교환관로가 진공공간부를 관통하는 관통부분의 수가 줄어서 작업의 불편함 및 열손실이 반으로 줄어든다. 뿐만 아니라, 진공공간부의 진공파괴의 우려도 줄어드는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 열교환관로를 이루는 두 관로의 접촉부인 용접부가 진공공간부로 들어나지 않기 때문에, 진공공간부 내부의 가스 증가를 방지할 수 있고, 결국 제품의 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 관통부분에서 별도의 관로의 분지가 필요하지 않고, 필수적인 벤딩부분도 완만한 벤딩을 제공할 수 있기 때문에, 냉매의 압력손실을 줄일 수 있다.
본 발명은 열교환관로와 진공공간부가 서로 동종용접으로 접합될 수 있기 때문에, 작업이 편리해지고, 체결 및 밀봉유지의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 냉장고의 사시도.
도 2는 냉장고의 본체 및 도어에 사용되는 진공단열체를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 진공공간부의 내부구성에 대한 다양한 실시예를 보이는 도면.
도 4는 각 수지에 대하여 검토한 결과를 설명하는 도표.
도 5는 수지의 진공유지능력을 실험한 결과를 설명하는 도면.
도 6은 PPS와 low outgassing PC에서 방출되는 가스의 성분을 분석한 그래프.
도 7은 고온 배기시에 대기압에 의해서 파손되는 최대변형온도를 측정한 그래프.
도 8은 전도저항쉬트 및 그 주변부의 다양한 실시예를 보이는 도면.
도 9는 진공단열체의 부분 절개도.
도 10은 열교환관로가 진공공간부에서 놓이는 것을 설명하는 도면.
도 11은 실시예에 따른 열교환관로의 부분 절개도.
도 12는 열교환관로가 진공공간부에 놓이는 것을 보이는 도면.
도 13은 고내측으로 인출되는 열교환관로를 보이는 도면.
도 14는 고외측으로 인출되는 열교환관로를 보이는 도면.
도 15는 다른 실시예에 따른 열교환관로의 단면도.
도 16은 더 다른 실시예에 따른 열교환관로의 단면도.
도 17은 더 다른 실시예에 따른 열교환관로를 보이는 도면.
도 18은 도 17의 A-A'의 단면도.
도 19는 도 17의 B-B'의 단면도.
도 20은 열교환관로가 제 2 플레이트 부재를 통과하는 곳의 단면도.
도 2는 냉장고의 본체 및 도어에 사용되는 진공단열체를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 진공공간부의 내부구성에 대한 다양한 실시예를 보이는 도면.
도 4는 각 수지에 대하여 검토한 결과를 설명하는 도표.
도 5는 수지의 진공유지능력을 실험한 결과를 설명하는 도면.
도 6은 PPS와 low outgassing PC에서 방출되는 가스의 성분을 분석한 그래프.
도 7은 고온 배기시에 대기압에 의해서 파손되는 최대변형온도를 측정한 그래프.
도 8은 전도저항쉬트 및 그 주변부의 다양한 실시예를 보이는 도면.
도 9는 진공단열체의 부분 절개도.
도 10은 열교환관로가 진공공간부에서 놓이는 것을 설명하는 도면.
도 11은 실시예에 따른 열교환관로의 부분 절개도.
도 12는 열교환관로가 진공공간부에 놓이는 것을 보이는 도면.
도 13은 고내측으로 인출되는 열교환관로를 보이는 도면.
도 14는 고외측으로 인출되는 열교환관로를 보이는 도면.
도 15는 다른 실시예에 따른 열교환관로의 단면도.
도 16은 더 다른 실시예에 따른 열교환관로의 단면도.
도 17은 더 다른 실시예에 따른 열교환관로를 보이는 도면.
도 18은 도 17의 A-A'의 단면도.
도 19는 도 17의 B-B'의 단면도.
도 20은 열교환관로가 제 2 플레이트 부재를 통과하는 곳의 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 제안한다. 그러나, 본 발명의 사상이 이하에 제시되는 실시예에 제한되지는 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하에 제시되는 도면은 실제 물품과는 다르거나 과장되거나 간단하거나 세밀한 부품은 삭제하여 표시될 수 있으나, 이는 본 발명 기술사상 이해의 편리를 도모하기 위한 것으로서, 도면에 제시되는 크기와 구조와 형상과 수로로 제한되어 해석되지 않아야 한다.
또한, 도면과 함께 제시되는 각 구성요소의 번호는 기능적으로 동일하거나 유사한 구성은 같거나 유사한 번호를 부여함으로써 발명 사상의 이해에 대한 편의를 도모하였다. 마찬가지로, 실시예가 달라지더라도 기능에 있어서 같거나 유사한 기능을 수행하는 경우에는 같거나 유사한 번호를 부여하여 발명 사상의 이해의 편의를 도모하였다.
이하의 설명에서 진공압은 대기압보다 낮은 그 어떤 압력상태를 의미한다. 그리고, A가 B보다 진공도가 높다는 표현은 A의 진공압이 B의 진공압보다 낮다는 것을 의미한다.
도 1은 실시예에 따른 냉장고의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 냉장고(1)에는, 저장물을 저장할 수 있는 캐비티(9)가 제공되는 본체(2)와, 상기 본체(2)를 개폐하도록 마련되는 도어(3)가 포함된다. 상기 도어(3)는 회동할 수 있게 배치되거나 슬라이드 이동이 가능하게 배치되어 캐비티(9)를 개폐할 수 있다. 상기 캐티비(9)는 냉장실 및 냉동실 중의 적어도 하나를 제공할 수 있다.
상기 캐비티에 냉기를 공급하는 냉동사이클을 이루는 부품이 마련된다. 바람직한 예로서는, 냉매를 압축하는 압축기(4)와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기(5)와, 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(6)와, 팽창된 냉매를 증발시켜 열을 빼앗는 증발기(7)가 포함된다. 전형적인 구조로서, 상기 증발기(7)가 인접하는 위치에 팬을 설치하고, 팬으로부터 송풍된 유체가 상기 증발기(7)를 통과한 다음에 캐비티(9)로 송풍되도록 할 수 있다. 상기 팬에 의한 송풍량 및 송풍방향을 조정하거나 순환 냉매의 양을 조절하거나 압축기의 압축률을 조정함으로써 냉동부하를 조절하여, 냉장공간 또는 냉동공간의 제어를 수행할 수 있다.
도 2는 냉장고의 본체 및 도어에 사용되는 진공단열체를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 본체 측 진공단열체는 상면과 측면의 벽이 제거된 상태로 도시되고, 도어 측 진공단열체는 전면의 벽 일부가 제거된 상태의 도면이다. 또한, 전도저항쉬트(60)(63)가 제공되는 부분의 단면을 개략적으로 나타내어 이해가 편리하도록 하였다.
도 2를 참조하면, 진공단열체에는, 저온공간의 벽을 제공하는 제 1 플레이트 부재(10)와, 고온공간의 벽을 제공하는 제 2 플레이트 부재(20)와, 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 사이 간격부로 정의되는 진공공간부(50)가 포함된다. 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 간의 열전도를 막는 전도저항쉬트(60)(63)가 포함된다. 상기 진공공간부(50)를 밀폐상태로 하기 위하여 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 상기 제 2 플레이트 부재(20)를 밀봉하는 밀봉부(61)가 제공된다.
냉장고 또는 온장고에 상기 진공단열체가 적용되는 경우에는, 고 내 공간의 벽을 제공하는 상기 제 1 플레이트 부재(10)는 이너케이스라고 할 수 있고, 고 외 공간에 접하는 상기 제 2 플레이트 부재(20)는 아웃케이스라고 할 수 있다.
본체 측 진공단열체의 하측 후방에는 냉동사이클을 제공하는 부품이 수납되는 기계실(8)이 놓이고, 상기 진공단열체의 어느 일측에는 진공공간부(50)의 공기를 배기하여 진공상태를 조성하기 위한 배기포트(40)가 제공된다. 또한, 제상수 및 전기선로의 설치를 위하여 진공공간부(50)를 관통하는 관로(64)가 더 설치될 수 있다.
상기 제 1 플레이트 부재(10)는, 제 1 플레이트 부재 측에 제공되는 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)는, 제 2 플레이트 부재 측에 제공되는 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간은 온도가 서로 다른 공간으로 정의할 수 있다. 여기서, 각 공간의 위한 벽은, 공간에 직접 접하는 벽으로서의 기능을 수행하는 경우뿐만 아니라, 공간에 접하지 않는 벽으로서의 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어 각 공간에 접하는 별도의 벽을 더 가지는 물품의 경우에도 실시예의 진공단열체가 적용될 수 있는 것이다.
상기 진공단열체가 단열효과의 손실을 일으키는 요인은, 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 열전도와, 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 열복사, 및 진공공간부(50)의 가스전도(gas conduction)가 있다.
이하에서는 상기 열전달의 요인과 관련하여 단열손실을 줄이기 위하여 제공되는 열저항유닛에 대하여 설명한다. 한편, 실시예의 진공단열체 및 냉장고는 진공단열체의 적어도 어느 한쪽에 또 다른 단열수단을 더 가지는 것을 배제하지 않는다. 따라서, 다른 쪽 일면에 발포 등을 이용하는 단열수단을 더 가질 수도 있다.
상기 열저항유닛에는 상기 제 3 공간의 벽을 따라 흐르는 열전도에 저항할 수 있는 전도저항쉬트가 포함되고, 상기 전도저항쉬트와 체결되는 사이드 프레임이 더 포함될 수 있다. 상기 전도저항쉬트와 상기 사이드 프레임은 이하의 설명에 의해서 명확해 질 수 있다.
또한, 상기 열저항유닛에는 상기 제 3 공간 내부에 판상으로 제공되는 적어도 하나의 복사저항쉬트를 포함하거나 상기 제 3 공간 내부에 상기 제 2 플레이트 부재와 상기 제 1 플레이트 부재 간의 복사열전달에 저항하는 다공성물질이 포함될 수 있다. 상기 복사저항쉬트와 상기 다공성물질은 이하의 설명에 의해서 명확히 이해될 수 있다.
도 3은 진공공간부의 내부구성에 대한 다양한 실시예를 보이는 도면이다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 상기 진공공간부(50)는 상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간과는 다른 압력, 바람직하게는 진공 상태의 제 3 공간으로 제공되어 단열손실을 줄일 수 있다. 상기 제 3 공간은 상기 제 1 공간의 온도 및 상기 제 2 공간의 온도의 사이에 해당하는 온도로 제공될 수 있다. 상기 제 3 공간은 진공 상태의 공간으로 제공되기 때문에, 상기 제 1 플레이트 부재(10) 및 상기 제 2 플레이트 부재(20)는 각 공간의 압력차만큼의 힘에 의해서 서로 접근하는 방향으로 수축하는 힘을 받는다. 따라서, 상기 진공공간부(50)는 플레이트 부재 간의 간격이 좁아지는 방향으로 변형될 수 있다. 이 경우에는 진공공간부의 수축에 따른 복사전달량의 증가, 상기 플레이트 부재(10)(20)의 접촉에 따른 전도전달량의 증가에 따른 단열손실을 야기할 수 있다.
상기 진공공간부(50)의 변형을 줄이기 위하여 서포팅유닛(30)이 제공될 수 있다. 상기 서포팅유닛(30)에는 바(31)가 포함된다. 상기 바(31)는 제 1 플레이트 부재와 제 2 플레이트 부재의 사이 간격을 지지하기 위하여 상기 플레이트 부재에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 바(31)의 적어도 어느 일단에는 지지 플레이트(35)가 추가로 제공될 수 있다. 상기 지지 플레이트(35)는 적어도 두 개 이상의 바(31)를 연결하고, 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)에 대하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 지지 플레이트는 판상으로 제공될 수 있고, 격자형태로 제공되어 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)와 접하는 면적이 작아져서 열전달이 줄어들도록 할 수 있다. 상기 바(31)와 상기 지지 플레이트는 적어도 일 부분에서 고정되어, 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 사이에 함께 삽입될 수 있다. 상기 지지 플레이트(35)는 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 중 적어도 하나에 접촉하여 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 상기 바(31)의 연장방향을 기준으로 할 때, 상기 지지플레이트(35)의 총단면적은 상기 바(31)의 총단면적보다 크게 제공하여, 상기 바(31)를 통하여 전달되는 열이 상기 지지 플레이트(35)를 통하여 확산될 수 있다.
상기 서포팅유닛(30)의 재질에 대하여 설명한다.
상기 서포팅유닛(30)은, 진공압에 견디기 위하여 압축강도가 높아야 하고, 진공상태를 유지할 수 있도록 아웃게싱(outgassing) 및 물흡수율이 작아야 하고, 플레이트 부재 간의 열전도를 줄이기 위하여 열전도율이 작아야 하고, 고온 배기공정에 견딜 수 있도록 고온에서 압축강도가 확보되어야 하고, 성형을 할 수 있도록 가공성이 좋아야 하고, 비용이 저렴하여야 한다. 여기서 상기 배기공정의 수행시간은 수 일(several days) 정도에 이를 수 있기 때문에 그 시간을 줄이는 것은 제조비용 및 생산성에 큰 장점을 줄 수 있다. 따라서 고온에서 압축강도가 확보되어야 하는 것은 배기공정의 수행온도가 높으면 높을수록 배기속도가 증가하기 때문이다. 상기되는 조건 하에서 발명자는 다양한 검토를 수행하였다.
먼저, 세라믹 및 유리재질은 아웃게싱율(outgassing rate)과 물흡수율이 작지만 가공성이 현저하게 떨어지므로 사용할 수 없다. 따라서, 수지를 재질로 검토할 수 있다.
도 4는 각 수지에 대하여 검토한 결과를 설명하는 도표이다.
도 4를 참조하면, 본 발명자는 다양한 수지재료를 검토한 바가 있으나, 대부분의 수지가 아웃게싱율 및 물흡수율이 현저히 높아서 사용할 수 없었다. 이에 대략적으로 아웃게싱율과 물흡수율의 조건을 만족하는 수지를 검토하였다. 그 결과 PE재질은 아웃게싱율이 높고 압축강도가 낮아서 사용하기가 부적절하고, PCTFE재질은 가격이 현저하게 높아서 사용하기에 바람직하지 않고, PEEK재질은 아웃게싱율이 높아서 사용하기가 부적절하였다. 이에, 상기 서포팅유닛은 PC(polycarbonate), glass fiber PC, low outgassing PC, PPS(poly phenylene sulfide), 및 LCP(liquid-crystal polymer) 중에서 선택되는 수지를 그 재질로 사용할 수 있을 것으로 판단하였다. 그러나 PC의 경우에도 아웃게싱율은 0.19로 낮은 수준이기 때문에, 열을 가하면서 배기하는 베이킹 시간을 일정수준 길게 함으로써 사용할 수 있을 것이다.
상기 진공공간부의 내부에 사용이 가능할 것으로 예상되는 수지의 재질에 대하여 다양한 연구를 수행하여 최적의 재질을 알아내었다. 이하에서는 수행된 각 연구활동의 결과물을 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 수지의 진공유지능력을 실험한 결과이다.
도 5를 참조하면, 상기 서포팅유닛을 각각의 수지를 사용하여 제작한 다음에 진공을 유지할 수 있는 성능을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다. 먼저, 선택된 재질을 사용하여 제작된 서포팅유닛을 에탄올로 세척하고, 저압에서 48시간을 방치하고, 2.5시간 동안 외기에 노출한 다음에 진공단열체에 넣고 90도씨에서 대략 50시간 동안 배기과정을 진행한 다음에 진공유지성능을 측정하였다.
상기 LCP의 경우에는 초기 배기성능은 가장 좋지만 진공유지성능이 나쁜 것을 볼 수 있다. 이는 온도에 민감한 것에 기인한 것으로 예상할 수 있다. 또한, 그래프의 특성을 보건데 5×10-3torr를 최종허용압력이라고 할 때 0.5년 정도의 시간동안 유지할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 서포팅유닛의 재질로는 다른 재질에 비하여 불리하다.
상기 glass fiber PC(G/F PC)는 배기속도가 빠르지만 진공유지성능이 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 이는 첨가물의 영향이 있을 것으로 판단된다. 또한, 그래프의 특성을 보건데 동일조건에서 8.2년 정도의 시간동안 진공성능을 유지할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 서포팅유닛의 재질로는 다른 재질에 비하여 불리하다.
상기 low outgassing PC(O/G PC)는 상기 두 재질에 비해서는 진공유지성능이 뛰어나고, 동일조건에서 34년 정도의 시간동안 진공성능을 유지할 수 있을 것으로 예상된다. 그러나, 초기 배기성능이 떨어져서 제작효율이 떨어지는 단점을 볼 수 있다.
상기 PPS의 경우에는 진공유지성능이 월등히 뛰어나고 배기성능도 우수한 것을 알 수 있다. 따라서, 진공유지성능을 기준으로 할 때에는 PPS의 재질을 서포팅유닛의 재질로 하는 것이 가장 바람직하게 고려된다.
도 6은 PPS와 low outgassing PC에서 방출되는 가스의 성분을 분석한 결과로서, 수평축은 가스의 분자량이고, 수직축은 농도를 나타낸다. 도 6a는 low outgassing PC의 방출가스를 분석한 것으로서, H2계열(Ⅰ), H2O계열(Ⅱ), N2/CO/CO2/O2계열(Ⅲ), 및 탄화수소계열(Ⅳ)이 골고루 방출되는 것을 볼 수 있다. 도 6b는 PPS의 방출가스를 분석한 것으로서, H2계열(Ⅰ), H2O계열(Ⅱ), 및 N2/CO/CO2/O2계열(Ⅲ)이 약한 정도로 방출되는 것을 볼 수 있다. 도 6c는 스테인레스 스틸의 방출가스를 분석한 것으로서, PPS와 유사한 가스가 방출되는 것을 볼 수 있다. 결국, PPS는 스테인레스 스틸과 비슷한 가스의 방출량을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
상기 분석결과, PPS가 상기 서포팅유닛의 재질로서 우수한 것을 다시 한번 확인할 수 있었다.
상기 서포팅유닛의 강도를 더 보강하기 위하여 PPS와 함께 Glass fiber(G/F)가 수십%, 바람직한 일 예로서 G/F가 40%가 첨가된 재질을 사용할 수도 있다. 서포팅유닛에 사용되는 PPS+G/F 40%의 재질은 강도를 더욱 증가시키기 위하여, 사출 후에 후처리 과정으로 결정화공정(150℃ 이상의 분위기에서 1시간 방치)을 더 거칠 수 있다.
도 7은 고온 배기시에 대기압에 의해서 파손되는 최대변형온도를 측정한 결과이다. 이때 상기 바(31)는 2㎜직경으로 30㎜간격으로 제공하였다. 도 7을 참조하면 PE의 경우에는 60도씨에서 파단이 발생하고 low outgassing PC의 경우에는 90도씨에서 파단이 발생하고 PPS의 경우에는 125도씨에서 파단이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
상기되는 각 분석의 결과 진공공간부의 내부에 사용되는 수지의 재질로는 PPS가 가장 바람직한 것을 알 수 있었다. 그러나, 제조비용의 면에 있어서는 low outgassing PC를 사용할 수도 있을 것이다.
상기 진공공간부(50)를 통한 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 간의 열복사를 줄이는 복사저항쉬트(32)에 대하여 설명한다. 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)는 부식방지와 충분한 강도를 제공할 수 있는 스테인레스 재질로 제공될 수 있다. 상기 스테인레스 재질은 방사율이 0.16으로서 비교적 높기 때문에 많은 복사열 전달이 일어날 수 있다. 또한, 수지를 재질로 하는 상기 서포팅유닛의 방사율은 상기 플레이트 부재에 비하여 낮고 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 내면에 전체적으로 마련되지 않기 때문에 복사열에 큰 영향을 미치지 못한다. 따라서 상기 복사저항쉬트는 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 복사열 전달의 저감에 중점적으로 작용하기 위하여, 상기 진공공간부(50)의 면적의 대부분을 가로질러서 판상으로 제공될 수 있다. 상기 복사저항쉬트(32)의 재질로는, 방사율(emissivity)이 낮은 물품이 바람직하고, 실시예에서는 방사율 0.02의 알루미늄 박판이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 한 장의 복사저항쉬트로는 충분한 복사열 차단작용을 얻을 수 없기 때문에, 적어도 두 장의 복사저항쉬트(32)가 서로 접촉하지 않도록 일정 간격을 두고 제공될 수 있다. 또한, 적어도 어느 한 장의 복사저항쉬트는 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 내면에 접하는 상태로 제공될 수 있다.
다시 도 3b를 참조하면, 서포팅유닛(30)에 의해서 플레이트 부재 간의 간격을 유지하고, 진공공간부(50)의 내부에 다공성물질(33)을 충전할 수 있다. 상기 다공성물질(33)은 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 재질인 스테인레스보다는 방사율이 높을 수 있지만, 진공공간부를 충전하고 있으므로 복사열전달의 저항효율이 높다.
본 실시예의 경우에는, 복사저항쉬트(32)가 없이도 진공단열체를 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 3c를 참조하면, 진공공간부(50)를 유지하는 서포팅유닛(30)이 제공되지 않는다. 이를 대신하여 다공성물질(33)이 필름(34)에 싸인 상태로 제공되었다. 이때 다공성물질(33)은 진공공간부의 간격을 유지할 수 있도록 압축된 상태로 제공될 수 있다. 상기 필름(34)은 예시적으로 PE재질로서 구멍이 뚫려있는 상태로 제공될 수 있다.
본 실시예의 경우에는, 상기 서포팅유닛(30)이 없이 진공단열체를 제작할 수 있다. 다시 말하면, 상기 다공성물질(33)은 상기 복사저항쉬트(32)의 기능과 상기 서포팅유닛(30)의 기능을 함께 수행할 수 있다.
도 8은 전도저항쉬트 및 그 주변부의 다양한 실시예를 보이는 도면이다. 도 2에는 각 전도저항쉬트가 구조가 간단하게 도시되어 있으나, 본 도면을 통하여 더 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 도 8a에 제시되는 전도저항쉬트는 본체 측 진공단열체에 바람직하게 적용될 수 있다. 상세하게, 상기 진공단열체의 내부를 진공으로 유지하기 위하여 상기 제 2 플레이트 부재(20)와 상기 제 1 플레이트 부재(10)는 밀봉되어야 한다. 이때 두 플레이트 부재는 각각이 온도가 서로 다르므로 양자 간에 열전달이 발생할 수 있다. 종류가 다른 두 플레이트 부재 간의 열전도를 방지하기 위하여 전도저항쉬트(60)가 마련된다.
상기 전도저항쉬트(60)는 상기 제 3 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하고 진공상태를 유지하도록 그 양단이 밀봉되는 밀봉부(61)로 제공될 수 있다. 상기 전도저항쉬트(60)는 상기 제 3 공간의 벽을 따라서 흐르는 열전도량을 줄이기 위하여 마이크로미터 단위의 얇은 박판으로 제공된다. 상기 밀봉부(610)는 용접부로 제공될 수 있다. 즉, 전도저항쉬트(60)와 플레이트 부재(10)(20)가 서로 융착되도록 할 수 있다. 서로 간의 융착 작용을 이끌어내기 위하여 상기 전도저항쉬트(60)와 플레이트 부재(10)(20)는 서로 같은 재질을 사용할 수 있고, 스테인레스를 그 재질로 할 수 있다. 상기 밀봉부(610)는 용접부로 제한되지 않고 코킹 등의 방법을 통하여 제공될 수도 있다. 상기 전도저항쉬트(60)는 곡선 형상으로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 전도저항쉬트(60)의 열전도의 거리는 각 플레이트 부재의 직선거리보다 길게 제공되어, 열전도량은 더욱 줄어들 수 있다.
상기 전도저항쉬트(60)를 따라서 온도변화가 일어난다. 따라서, 그 외부와의 열전달을 차단하기 위하여, 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에는 차폐부(62)가 제공되어 단열작용이 일어나도록 하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 냉장고의 경우에 제 2 플레이트 부재(20)는 고온이고 제 1 플레이트 부재(10)는 저온이다. 그리고, 상기 전도저항쉬트(60)는 고온에서 저온으로 열전도가 일어나고 열흐름을 따라서 쉬트의 온도가 급격하게 변한다. 그러므로, 상기 전도저항쉬트(60)가 외부에 대하여 개방되는 경우에는 개방된 곳을 통한 열전달이 심하게 발생할 수 있다. 이러한 열손실을 줄이기 위하여 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에는 차폐부(62)가 제공되도록 한다. 예를 들어, 상기 전도저항쉬트(60)가 저온공간 또는 고온공간의 어느 쪽에 노출되는 경우에도, 상기 전도저항쉬트(60)는 노출되는 양만큼 전도저항의 역할을 수행하지 못하기 때문에 바람직하지 않게 된다.
상기 차폐부(62)는 상기 전도저항쉬트(60)의 외면에 접하는 다공성물질로 제공될 수도 있고, 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에 놓이는 별도의 가스켓으로 예시가능한 단열구조물로 제공될 수도 있고, 본체 측 진공단열체가 도어 측 진공단열체에 대하여 닫힐 때 대응하는 전도저항쉬트(60)와 마주보는 위치에 제공되는 진공단열체의 일 부분으로 제공될 수도 있다. 상기 본체와 상기 도어가 개방되었을 때에도 열손실을 줄이기 위하여, 상기 차폐부(62)는 다공성물질 또는 별도의 단열구조물로 제공되는 것이 바람직할 것이다.
도 8b에 제시되는 전도저항쉬트는 도어 측 진공단열체에 바람직하게 적용될 수 있고, 도 8a에 대하여 달라지는 부분을 상세하게 설명하고, 동일한 부분은 동일한 설명이 적용되는 것으로 한다. 상기 전도저항쉬트(60)의 바깥쪽으로는 사이드 프레임(70)이 더 제공된다. 상기 사이드 프레임(70)은 도어와 본체와의 실링을 위한 부품과 배기공정에 필요한 배기포트와 진공유지를 위한 게터포트 등이 놓일 수 있다. 이는 본체 측 진공단열체의 경우에는 부품의 장착이 편리할 수 있지만, 도어측은 위치가 제한되기 때문이다.
도어 측 진공단열체의 경우에는 상기 전도저항쉬트(60)는 진공공간부의 선단부, 즉 모서리 측면부에 놓이기 어렵다. 이는 도어(3)의 모서리 에지부는 본체와 달리 외부로 드러나기 때문이다. 더 상세하게 상기 전도저항쉬트(60)가 진공공간부의 선단부에 놓이면, 상기 도어(3)의 모서리 에지부는 외부로 드러나기 때문에, 상기 전도저항쉬트(60)의 단열을 위하여 별도의 단열부를 구성해야 하는 불리함이 있기 때문이다.
도 8c에 제시되는 전도저항쉬트는 진공공간부를 관통하는 관로에 바람직하게 설치될 수 있고, 도 8a 및 도 8b에 대하여 달라지는 부분을 상세하게 설명하고, 동일한 부분은 동일한 설명이 적용되는 것으로 한다. 관로(64)가 제공되는 주변부에는 도 8a와 동일한 형상으로 제공될 수 있고, 더 바람직하게는 주름형 전도저항쉬트(63)가 제공될 수 있다. 이에 따르면 열전달경로를 길게 할 수 있고, 압력차에 의한 변형을 방지할 수 있다. 또한 전도저항쉬트의 단열을 위한 별도의 차폐부도 제공될 수 있다.
다시 도 8a를 참조하여 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 열전달경로를 설명한다. 진공단열체를 통과하는 열에는, 상기 진공단열체의 표면, 더 상세하게 상기 전도저항쉬트(60)를 따라서 전달되는 표면전도열(①)과, 상기 진공단열체의 내부에 제공되는 서포팅유닛(30)을 따라서 전도되는 서포터전도열(②)과, 진공공간부의 내부 가스를 통한 가스전도열(③)과, 진공공간부를 통하여 전달되는 복사전달열(④)로 구분할 수 있다.
상기 전달열은 다양한 설계 수치에 따라서 변형될 수 있다. 예를 들어 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)가 변형되지 않고 진공압에 견딜 수 있도록 서포팅유닛을 변경할 수도 있고, 진공압을 변경할 수 있고, 플레이트 부재의 간격길이를 달리할 수 있고, 전도저항유닛의 길이를 변경할 수 있고, 플레이트 부재가 제공하는 각 공간(제 1 공간 및 제 2 공간)의 온도차를 어느 정도를 하는지에 따라서 달라질 수 있다. 실시예의 경우에는 총열전달량이 종래 폴리우레탄을 발포하여 제공되는 단열구조물에 비하여 열전달량이 작아지도록 하는 것을 고려할 때 바람직한 구성을 알아내었다. 여기서, 종래 폴리우레탄을 발포하는 냉장고에서의 실질열전달계수는 19.6mW/mK으로 제시될 수 있다.
이에 따른 실시예의 진공단열체의 열전달량을 상대적으로 분석하면, 가스전도열(③)에 의한 열전달이 가장 작아지게 할 수 있다. 예를 들어, 전체 열전달의 4%이하로 이를 제어할 수 있다. 상기 표면전도열(①) 및 상기 서포터전도열(②)의 합으로 정의되는 고체전도열에 의한 열전달이 가장 많다. 예를 들어 75%에 달할 수 있다. 상기 복사전달열(③)은 상기 고체전도열에 비해서는 작지만 가스전도열에 의한 열전달보다는 크게 된다. 예를 들어, 상기 복사전달열(③)은 전체 열전달량의 대략 20%를 차지할 수 있다.
이러한 열전달분포에 따르면, 실질열전달계수(eK: effective K)(W/mK)는 상기 전달열(①②③④)을 비교할 때 수학식 1의 순서를 가질 수 있다.
여기서 상기 실질열전달계수(eK)는 대상 물품의 형상과 온도차를 이용하여 측정할 수 있는 값으로서, 전체 열전달량과 열전달되는 적어도 하나의 부분의 온도를 측정하여 얻어낼 수 있는 값이다. 예를 들어 냉장고 내에 정량적으로 측정이 가능한 가열원을 두고서 발열량을 알고(W), 냉장고의 도어 본체와 도어의 테두리를 통하여 각각 전달되는 열을 도어의 온도분포를 측정하고(K), 열이 전달되는 경로를 환산값으로 확인함으로써(m), 실질열전달계수를 구할 수 있는 것이다.
전체 진공단열체의 상기 실질열전달계수(eK)는 k=QL/A△T로 주어지는 값으로서, Q는 열전달량(W)으로서 히터의 발열량을 이용하여 획득할 수 있고, A는 진공단열체의 단면적(m2)이고, L은 진공단열체의 두께(m)이고, △T는 온도차로서 정의할 수 있다.
상기 표면전도열은, 전도저항쉬트(60)(63)의 입출구의 온도차(△T), 전도저항쉬트의 단면적(A), 전도저항쉬트의 길이(L), 전도저항쉬트의 열전도율(k)(전도저항쉬트의 열전도율은 재질의 물성치로서 미리 알아낼 수 있다)를 통하여 전도열량을 알아낼 수 있다. 상기 서포터전도열은, 서포팅유닛(30)의 입출구의 온도차(△T), 서포팅유닛의 단면적(A), 서포팅유닛의 길이(L), 서포팅유닛의 열전도율(k)을 통하여 전도열량을 알아낼 수 있다. 여기서, 상기 서포팅유닛의 열전도율은 재질의 물성치로서 미리 알아낼 수 있다. 상기 가스전도열(③)과 상기 복사전달열(④)의 합은 상기 전체 진공단열체의 열전달량에서 상기 표면전도열과 상기 서포터전도열을 빼는 것에 의해서 알아낼 수 있다. 상기 가스 전도열과 상기 복사전달열의 비율은 진공공간부의 진공도를 현저히 낮추어 가스 전도열이 없도록 하였을 때의 복사전달열을 구하는 것으로서 알아낼 수 있다.
상기 진공공간부(50)의 내부에 다공성물질이 제공되는 경우에, 다공성물질전도열은 상기 서포터전도열(②)과 복사열(④)을 합한 양으로 고려할 수 있다. 상기 다공성물질전도열은 다공성물질의 종류와 양 등의 다양한 변수에 의해서 변경될 수 있다.
실시예에 따르면, 서로 인접하는 바(31)가 이루는 기하학적 중심과 바가 위치하는 곳과의 온도차(△T1)는 0.5도씨 미만으로 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 인접하는 바가 이루는 기하학적 중심과 진공단열체의 에지부와의 온도차(△T2)는 5도씨 미만으로 제공되는 것을 바람직하게 제안할 수 있다. 또한, 상기 제 2 플레이트 부재에 있어서, 상기 전도저항쉬트(60)(63)를 통과하는 열전달 경로가 제 2 플레이트 부재와 만나는 지점에서, 제 2 플레이트 부재의 평균온도와의 온도차이가 가장 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 공간이 상기 제 1 공간에 비하여 뜨거운 영역인 경우에는, 상기 전도저항쉬트를 통과하는 열전달 경로가 제 2 플레이트 부재와 만나는 제 2 플레이트 부재의 지점에서 온도가 최저가 된다. 마찬가지로, 상기 제 2 공간이 상기 제 1 공간에 비하여 차가운 영역인 경우에는, 상기 전도저항쉬트를 통과하는 열전달 경로가 제 2 플레이트 부재와 만나는 제 2 플레이트 부재의 지점에서 온도가 최고가 된다.
이는 전도저항쉬트를 통과하는 표면전도열을 제외하는 다른 곳을 통한 열전달량은 충분히 제어되어야 하고, 표면전도열이 가장 큰 열전달량을 차지하는 경우에 비로소 전체적으로 진공단열체가 만족하는 전체 열전달량을 달성할 수 있는 이점을 얻는 것을 의미한다. 이를 위하여 상기 전도저항쉬트의 온도변화량은 상기 플레이트 부재의 온도변화량보다 크게 제어될 수 있다.
상기 진공단열체를 제공하는 각 부품의 물리적 특징에 대하여 설명한다. 상기 진공단열체는 진공압에 의한 힘이 모든 부품에 가하여진다. 따라서, 일정한 수준이 강도(strength)(N/m2)를 가지는 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 배경하에서, 상기 플레이트 부재(10)(20)와 상기 사이드 프레임(70)은 진공압에도 불구하고 파손되지 않는 충분한 강도(strength)가 있는 재질로 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들어 서포터전도열을 제한하기 위하여 바(31)의 개수를 작게 하는 경우에는 진공압에 의한 플레이트 부재의 변형이 발생하여 외관이 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 상기 복사저항쉬트(32)는 방사율이 낮으면서 용이하게 박막가공이 가능한 물품이 바람직하고, 외부충격에 변형되지 않은 정도의 강도가 확보되어야 한다. 상기 서포팅유닛(30)은 진공압에 의한 힘을 지지하고 외부충격에 견딜 수 있는 강도로 제공되고 가공성이 있어야 한다. 상기 전도저항쉬트(60)는 얇은 판상이면서도 진공압을 견딜 수 있는 재질이 사용되는 것이 바람직하다.
실시예에서는 상기 플레이트 부재, 사이드 프레임, 및 전도저항쉬트는 동일한 강도인 스테인레스 재질을 사용할 수 있다. 상기 복사저항쉬트는 스테인레스보다는 약한 강도인 알루미늄을 사용할 수 있다. 상기 서포팅유닛은 알루미늄보다 약한 강도인 수지를 그 재질로 사용할 수 있다.
상기되는 바와 같은 재질의 측면에서 바라본 강도와 달리, 강성 측면에서의 분석이 요청된다. 상기 강성(stiffness)(N/m)은 쉽게 변형되지 않는 성질로서 동일한 재질을 사용하더라도 그 형상에 따라서 강성이 달라질 수 있다. 상기 전도저항쉬트(60)(63)는 강도가 있는 재질을 사용할 수 있으나, 열저항을 높이고 진공압이 가하여질 때 거친면이 없이 고르게 펼쳐져 방사열을 최소화하기 위하여 강성이 낮은 것이 바람직하다. 상기 복사저항쉬트(32)는 변형으로 다른 부품에 닿지 않도록 하기 위하여 일정 수준의 강성이 요청된다. 특히, 상기 복사저항쉬트의 테두리 부분은 자중에 따른 처짐이 발생하여 전도열을 발생시킬 수 있다. 그러므로, 일정 수준의 강성이 요청된다. 상기 서포팅유닛(30)은 플레이트 부재로부터의 압축응력 및 외부충격에 견딜 수 있는 정도의 강성이 요청된다.
실시예에서는 상기 플레이트 부재, 및 사이드 프레임은 진공압에 의한 변형을 방지하도록 가장 강성이 높은 것이 바람직하다. 상기 서포팅유닛, 특히 바는 두번째로 큰 강성을 가지는 것이 바람직하다. 상기 복사저항쉬트는 서포팅유닛보다는 약하지만 전도저항쉬트보다는 강성을 가지는 것이 바람직하다. 마지막으로 상기 전도저항쉬트는 진공압에 의한 변형이 용이하게 일어나는 것이 바람직하여 가장 강성이 낮은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 진공공간부(50) 내부를 다공성물질(33)로 채우는 경우에도 전도저항쉬트가 가장 강성이 낮도록 하는 것이 바람직하고, 플레이트 부재 및 사이드 프레임이 가장 큰 강성을 가지는 것이 바람직하다.
상기 진공공간부는, 서포팅유닛(30)에 의해서만 열전달에 저항할 수도 있고, 진공공간부(50)의 내부에 서포팅유닛과 함께 다공성물질(33)이 충전되어 열전달에 저항할 수도 있고, 서포팅유닛은 적용하지 않고 다공성물질로 열전달에 저항할 수도 있다.
이상의 설명에서 서포팅유닛에 적합한 재질로는 PPS의 수지를 제시한 바가 있다. 상기 바(31)는 지지 플레이트(35) 상에서 2~3센티미터 간격으로 촘촘히 마련되고, 그 높이는 1~2센티미터로 제공된다. 이 수지는 성형 시에 수지의 유동성이 좋지 못하여, 성형된 물품이 설계된 값을 가지지 못하는 경우가 많다. 특히, 액상의 수지 주입구에 멀리 떨어진 부분에는 수지의 불균일 주입으로 인하여, 바의 길이가 짧아지는 등의 성형품의 형상이 제대로 제공되지 못하는 일이 잦다.
이는 추후에 서포팅유닛의 파손이나, 진공단열체의 불량의 원인이 된다.
상기 서포팅유닛(30)은 대략 2차원 구조물이지만 그 면적이 상당히 크다. 따라서, 어느 한 부분에서 불량이 발생하게 되면, 전체 구조물을 폐기해야 하는 어려움이 있다. 냉장고 및 온장고는 소비자의 니즈에 맞추어서 대형화를 거듭하고 있기 때문에, 이 문제는 더욱 크게 대두 된다.
상기 진공단열체의 내부 공간, 즉, 상기 진공공간부(50)에는 열교환관로가 놓인다. 상기 열교환관로는 냉장고의 고내에 놓이는 증발기로 냉매가 인입되는 인입관(171)과 증발기에서 인출되는 냉매의 인출관(172)이 서로 접합되어 이루어진다. 상기 인입관(171)과 인출관인(172) 두 개의 관로가 용접 등의 방식으로 서로 접합된다. 상기 인입관과 인출관의 내부를 유동하는 각 냉매가 서로 열교환을 수행하여 냉동 사이클의 효율을 증진시킬 수 있다.
이하에서는 상기 진공공간부에서 상기 열교환관로의 위치를 지지하는 기술에 대하여 설명한다.
도 9는 진공단열체의 부분 절개도이고, 도 10은 열교환관로가 진공공간부에서 놓이는 것을 도시한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 플레이트 부재(10)(20)의 사이에 서포팅 유닛(30)이 놓인다. 상기 서포팅 유닛(30)에는, 상기 플레이트 부재에 접하는 지지패널(35)과, 상기 플레이트 부재(10)(20)의 사이 간격을 지지하는 적어도 두 개 이상 바람직하게는 다수 개의 바(31)가 포함된다.
상기 바(31)는 도면을 기준으로 하측부가 상측부에 비하여 지름이 크게 제공될 수 있다. 이에 따르면 높은 성형가공성을 확보할 수 있다.
상기 열교환관로(117)는, 상기 진공공간부(50)의 내부에서 다른 부재와의 접촉을 가급적 피하는 것이 바람직하다. 금속, 예를 들어 구리로 제공되는 관로가 타부재에 접하게 되면 열전도에 의해서 열교환효율, 나아가서, 단열이 되지 않기 때문이다. 예를 들어, 상기 바(31)와 상기 열교환관로(117)가 접하게 되면 열손실을 일으킬 수 있다. 물론, 상기 플레이트 부재와 상기 열교환관로가 접하면 금속 간의 접합은 급속한 열손실을 일으킬 수 있다.
상기 열교환관로(117)은 도시되는 바와 같이, 상기 진공공간부(50)의 내부 공간에 놓인다. 상기 열교환관로(117) 중에서 상기 진공공간부(50)의 내부에서 외부로 인출되는 부분은, 각각 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20)를 관통한다.
실시예에 따른 진공단열체에서는, 상기 열교환관로(117)이 인출단부는 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 한 부분에서 관통하고, 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 한 부분에서 관통한다. 즉, 각 플레이트 부재(10)(20)는 한 곳만 개구되어 관통된다. 이에 따르면 다수의 관통부를 제공하기 위한 작업의 불편함이 없어지고, 상기 관통부를 통한 열손실이 줄어든다. 뿐만 아니라, 별도 방안으로 밀폐되어야 하는 관통부가 줄어들기 때문에 진공공간부의 진공파괴의 우려도 줄어든다.
도 11은 실시예에 따른 열교환관로의 부분 절개도이다.
도 11을 참조하면, 실시예에 따른 열교환관로(117)는 직경이 큰 인출관(172)의 내부에 직경이 작은 인입관(171)이 제공될 수 있다. 이미 설명된 바와 같이, 상기 인출관(172)에는 증발기를 통과하고 나오는 냉매가 유동하고, 상기 인입관(171)에는 증발기로 들어가는 냉매가 유동할 수 있다.
상기 열교환관로(117)에서 냉매 간의 열교환 영역은 상기 인입관(171)이 될 수 있다. 따라서, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172) 간의 열교환을 촉진하기 위한 용접 등과 같은 별도의 작업이 필요가 없으므로 제조공정이 편리해지고, 나아가서 용접부에서 발생할 수 있는 가스 등이 애초에 없어지므로 진공공간부의 내부에 유입될 수 있는 가스가 없어지는 장점이 있다.
실시예에 따른 상기 열교환관로(117)는, 상기 플레이트 부재(10)(20)의 관통부에서 인입관과 인출관이 서로 분지되지 않은 상태이다. 즉, 단일의 관로가 플레이트 부재를 관통하는 것이다. 이에 따르면, 상기 관통부에서 별도의 관로의 분지가 필요하지 않고, 바(31)와의 간섭을 피하기 위한 필수적인 벤딩부분이 제공되지 않으므로, 관로내부를 유동하는 냉매의 압력손실을 줄일 수 있다.
이하에서는 상기 열교환관로(117)가 상기 플레이트 부재(10)(20)를 통과하는 부분을 더 상세하게 설명한다.
도 12는 상기 열교환관로가 상기 진공공간부에 놓이는 것을 보이는 도면이다.
도 12를 참조하면, 냉장고의 배면에 위치하는 진공공간부(50)의 내부 공간에 상기 열교환관로(117)가 놓인다. 상기 열교환관로(117)는, 단일의 관통부를 거쳐서 상기 제 1 플레이트 부재(10)를 관통하고, 단일의 관통부를 거쳐서 상기 제 2 플레이트 부재(20)를 관통한다.
상기 열교환관로(117)가 제 2 플레이트 부재(20)를 통과하여 기계실로 안내되는 제 1 부분과, 상기 제 1 플레이트 부재(10)를 통과하여 고내측의 증발기로 안내되는 제 2 부분이 있다. 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분에는, 인입관(171) 및 인출관(172) 각각의 플레이트 부재의 통과를 위한 부분의 제공됨이 없다. 즉, 단일의 관통부에 의해서 열교환관로(117)가 각 플레이트 부재를 통과할 수 있다.
상기 제 1 부분에서는 상기 열교환관로(117)가 연장방향으로 따라서 벤딩됨이 없이 직선으로 인출되고, 상기 제 2 부분에서는 상기 열교환관로(117)가 고내측을 향하여 90도 꺾여서 인출되는 것이 차이가 난다.
도 13은 고내측으로 인출되는 열교환관로를 보이고, 도14는 고외측, 즉 기계실 측으로 인출되는 열교환관로를 보인다. 도 13 및 도 14는 인입관과 인출관이 서로 용접되는 종래기술과 대비하여 본 발명의 실시예에 따른 장점이 보이도록 한다.
도 13(a)을 참조하면, 종래기술에서는 두 개로 각각 분지되는 인입관(171) 및 인출관(172)가 각각의 관통부(201)를 거쳐서 제 1 플레이트 부재(10)를 통과한다. 두 개의 관통부(201)를 개별적으로 통과한 관(171)(172)는 고내의 증발기로 안내된다. 이에 따르면, 분지된 인입관과 인출관이 서로 다시 접합되지 않는 한, 열교환이 일어나는 관로영역이 그만큼 짧아지므로, 충분한 열교환을 위하여 진공공간부(50)에 놓이는 열교환관로의 길이가 길어져야 하는 단점이 있다.
도 13(b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 분지됨이 없이 인입관(171)이 인출관(172)의 내부에 놓인 상태 그대로 제 1 플레이트 부재(10)를 통과할 수 있다. 따라서 단일의 관통부(201)를 통과하여 상기 열교환관로(117)가 고내의 증발기로 안내될 수 있다. 이에 따르면 인입관과 입출관이 접합된 상태를 유지하기 때문에, 고내로 인출된 다음에도 열교환관로(117)의 열교환작용이 계속 수행될 수 있고, 결국 열교환관로의 길이가 짧아지는 장점이 있다.
도 13의 비교도면에 따르면, 열교환관로가 진공공간부를 관통하는 관통부분의 수가 줄어서 작업의 불편함 및 열손실이 반으로 줄고, 진공공간부의 진공파괴의 우려도 줄어드는 장점이 있다. 또한, 인입관과 인??관의 접촉부인 용접부가 진공공간부로 들어나지 않기 때문에, 진공공간부 내부의 가스 증가를 방지할 수 있고, 결국 제품의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 14(a)을 참조하면, 종래기술에서는 두 개로 각각 분지되는 인입관(171) 및 인출관(172)가 각각의 관통부(201)를 거쳐서 제 2 플레이트 부재(20)를 통과한다. 두 개의 관통부(201)를 개별적으로 통과한 관(171)(172)는 고외의 기계실로 안내된다. 이에 따르면, 이에 따르면, 분지된 인입관과 인출관이 서로 다시 접합되지 않는 한, 열교환이 일어나는 관로영역이 그만큼 짧아지므로, 충분한 열교환을 위하여 진공공간부(50)에 놓이는 열교환관로의 길이가 길어져야 하는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 상기 인입관(171)이 서로 다른 관통부를 통과하기 위하여, 상기 인출관(172)에서 떨어져서 분지되어야 한다. 이 영역에서 상기 인입관(171)은 바(31)와의 접촉을 피하기 위하여 급격하게 벤딩되므로 관이 협소해지고, 따라서 얘기치 못한 압력손실이 발생할 수 있다.
도 14(b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 분지됨이 없이 인입관(171)이 인출관(172)의 내부에 놓인 상태 그대로 제 2 플레이트 부재(20)를 통과할 수 있다. 따라서 단일의 관통부(201)를 통과하여 상기 열교환관로(117)가 고외의 기계실로 안내될 수 있다. 이에 따르면 인입관 및 인출관이 서로 접합된 상태를 유지할 수 있기 때문에, 고외로 인출된 다음에도 열교환관로(117)의 열교환작용이 계속 수행될 수 있고, 결국 열교환관로의 길이가 짧아지는 장점이 있다.
도 14의 비교도면에 따르면, 열교환관로가 진공공간부를 관통하는 관통부분의 수가 줄어서 작업의 불편함 및 열손실이 반으로 줄고, 진공공간부의 진공파괴의 우려도 줄어드는 장점이 있다. 또한, 인입관과 인출관의 접촉부인 용접부가 진공공간부로 드러나지 않기 때문에, 진공공간부 내부의 가스 증가를 방지할 수 있고, 결국 제품의 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 관통부에서 인입관(171)과 인출관(172)이 서로 분지되지 않고 단일의 관체, 즉, 입출관이 바로 외부로 인출되므로, 상기 인입관(171)을 유동하는 냉매의 압력손실을 줄일 수 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 열교환관로의 단면도이다.
도 15를 참조하면, 상기 인출관(172)의 내부 공간에 들어 있는 상기 인입관(171)이 주름져있다. 주름지는 인입관(171)은 상기 인출관(172)의 내부 냉매와 더 많은 면적에서 열교환이 수행될 수 있다. 따라서 더 높은 열교환관로(117)에 더 높은 열교환 효율을 얻을 수 있다.
본 실시예에서 상기 인출관(172)과 상기 관통부(201)는 이종접합용접 방식이나 가스켓 체결과 같은 방식이 적용될 수 있다. 상기 이종접합용접은, 용접이 수행되는 것에 의해서 접촉면이 완전히 실링되는 이점을 기대할 수 있다. 그러나, 상기 인출관(172)은 구리이고 상기 플레이트 부재(10)(20)는 스테인레스 스틸이므로, 서로 다른 재질이 용접으로 접합되므로, 용접이 어렵고 용접이 완료 후에도 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기 이종접합용접의 문제를 해소하면서도, 원 실시예의 열교환관로의 장점을 그대로 가져올 수 있는 다른 실시예를 이하에서 설명한다.
도 16은 더 다른 실시예에 따른 열교환관로의 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예의 열교환관로(117)에서는, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172)이 서로 용접 등의 방식으로 접촉된다. 따라서 상기 인입관(171) 및 상기 인출관(172)의 열은 서로 원활히 열교환될 수 있다. 상기 인입관(171) 및 상기 인출관(172)은 접합된 상태로 밀봉부재(173)에 수용될 수 있다. 상기 밀봉부재(173)은 소정의 강도를 가지고, 상기 플레이트 부재(10)(20)와 동일한 재질인 스테인레스 스틸을 재질로 할 수 있다.
상기 밀봉부재(173)는 상기 플레이트 부재(10)(20)와 각각 동종용접의 방식으로 체결될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이 동일한 재질의 금속이 용접의 방식으로 접합되는 것에 의해서 두 부재의 접합강도의 향상을 효과를 기대할 수 있다. 따라서, 제조 작업이 편리해지고, 열교환관로의 체결 및 플레이트 부재와의 간격부에서 밀봉유지의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 충분한 강성을 얻기 위하여 스테인레스를 재질로 하는 플레이트 부재와 가공성을 얻기 위하여 구리 또는 알루미늄을 재질로 하는 냉매관을 서로 용접해야 하는 어려움을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 종래의 이종용접을, 상기 밀봉부재와 상기 플레이트 부재 간의 동종용접으로 대신할 수 있는 것이다.
상기 밀봉부재에 따르면, 용접이 필요한 개소를 줄일 수 있어서 누설의 우려를 더욱 줄일 수 있는 장점도 얻을 수 있다.
상기 밀봉부재(173)의 내부에는 충전재(220)가 충전되어 있다. 상세하게는, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172)의 외면과 상기 밀봉부재(173)의 내면 사이의 간격부에는 충전재(220)가 채워져 있을 수 있다. 상기 충전재(220)로는, 발포 폴리우레탄, 및 유리섬유 등의 다공성 물질이 채워질 수 있다. 상기 충전재(220)에 의해서, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172)의 외면이 상기 밀봉부재(173)의 내면에 직접 접촉하지 않도록 할 수 있고, 이 경우에는 외부, 특히 밀봉부재(173) 자체로 소실될 수 있는 열교환손실을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 인입관 및 상기 인출관이 외부의 다른 부재, 예를 들어 플레이트 부재에 접촉하지 않기 때문에, 인입관 및 인출관의 열이 외부로 전달되는 일이 없다. 따라서, 상기 인입관 및 상기 인출관 각각의 열교환효율이 상승될 수 있다.
상기 충전재(220)는 별도로 제공됨이 없이, 공기에 의한 단열 또는 진공에 의한 단열로 제공될 수 있다.
상기 진공단열 및 상기 공기단열에 의한 단열효과는, 상기 충전재가 별도로 제공되는 실시예에 비하여, 단열의 효과가 낮아질 우려가 있고, 인입관 및 인출관의 위치를 고정하는 것이 어려울 수 있는 단점이 있다.
본 실시예에 따르면, 도 11에 제시되는 실시예와 마찬가지로, 관로가 진공공간부를 관통하는 관통부의 개수가 줄어서 작업의 불편함 및 열손실이 반으로 줄어들고, 진공공간부의 진공파괴의 우려도 줄어든다. 또한, 열교환관로를 이루는 두 관로의 접촉부인 용접부가 진공공간부로 드러나지 않기 때문에, 진공공간부 내부의 가스 증가를 방지할 수 있다. 또한, 상기 관통부에서 별도의 관로의 분지가 필요하지 않기 때문에, 냉매의 압력손실을 줄일 수 있다.
본 실시예에서는, 열교환관로가 플레이트 부재와 체결될 때, 서로 동종용접으로 접합될 수 있기 때문에, 작업이 편리해지고, 체결 및 밀봉유지의 신뢰성이 향상되는 장점을 더 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172)이 밀봉부재(173)의 내부에 봉입되므로, 열교환관로(117)의 전체적인 벤딩공정이 어려울 수 있다. 예를 들어, 상기 진공공간부(50)의 내부에서 상기 열교환관로(117)가 벤딩되는 부분에서, 벤딩부분의 곡률중심을 기준으로 안쪽과 바깥쪽에 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172)이 놓이는 경우, 즉, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172)의 곡률중심은 같지만 곡률반경이 서로 다른 경우에는, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172) 중의 바깥쪽에 놓이는 관로에는 더 큰 스트레스가 가해지기 때문이다.
이 경우에는, 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172) 중의 바깥쪽에 놓이는 관로에 가하여지는 큰 스트레스는, 해당하는 관로의 파손 및 용접부위의 파손으로 이어질 수 있다. 이 문제는 냉매의 유동에 적합한 인입관 및 인출관의 직경이 다른 것으로 인하여 더 크게 대두될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기되는 서로 다른 관로의 곡률반경에 의해서 발생하는 문제를 해소하기 위하여, 상기 밀봉부재(173)의 내부에서, 상기 인입관(171) 및 상기 인출관(172)이 소정의 상대적인 배치관계를 가지도록 한다. 도면을 바꾸어서 인입관과 인출관의 배치관계를 더 상세하게 설명한다.
도 17은 더 다른 실시예에 따른 열교환관로를 보이는 도면이다.
도 17을 참조하면, 열교환관로의 전체적인 연장방향은 도 12에 제시되는 바와 유사하다.
구체적으로는, 상기 열교환관로(117)는, 단일의 관통부를 거쳐서 상기 제 1 플레이트 부재(10)를 관통하고, 단일의 관통부를 거쳐서 상기 제 2 플레이트 부재(20)를 관통한다.
상기 제 2 플레이트 부재(20)를 관통하는 부분은, 상기 열교환관로(117)가 연장되는 방향을 따라서 벤딩됨이 없이 직선으로 인출된다. 상기 제 1 플레이트 부재(10)를 관통하는 부분은, 상기 열교환관로(117)가 고내 측을 향하여 90도 꺾여서 인출된다.
이와 같은 열교환관로(117)의 연장방향에 따르면, 상기 진공공간부(50)의 내부에서 상기 열교환관로(117)는 3차원의 연장방향을 가진다. 구체적으로, 상기 진공공간부(50)를 제공하는 평면의 연장방향과 동일한 평면 내에서, 세 개의 연장방향(231)(232)(233)을 가진다. 상기 제 3 연장방향(233)에서 고내 측, 다시 말하면 제 1 플레이트 부재(10)를 관통하는 방향으로 연장되는 제 4 연장방향(241)은, 상기 진공공간부(50)를 제공하는 2차원 평면의 내부가 아닌 상기 평면에 교차하는 방향으로 연장된다. 상기 제 4 연장방향(241)은 상기 제 1, 2, 및 3 연장방향(231)(232)(233)과 같은 평면에 놓이지 않는 것이다. 상기 열교환관로(117)의 연장방향은 3차원의 연장방향을 가진다.
상기 열교환관로(117)의 연장방향에 대해서도 인입관(171) 및 인출관(172)의 파손을 막기 위하여, 상기 열교환관로(117)의 벤딩부에서 상기 인입관(171) 및 상기 인출관(172)은 동일한 곡률반경을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 도 17에서 상기 벤딩부는 각각 A, B, 및 C로 표시하였다.
도 18 및 도 19를 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 18은 도 17의 A-A'의 단면도이고, 도 19는 도 17의 B-B'의 단면도이다.
도 18을 참조하면, 상기 밀봉부재(173)의 내부에서 상기 인입관(171)과 상기 인출관(172)는 상하로 배치될 수 있다. 이러한 배치는 벤딩부 A, 및 B를 경과하기까지 유지될 수 있다. 도 18을 기준으로 할 때, 좌우방향으로 벤딩이 일어나느 것으로 이해할 수 있다.
상기되는 인입관 및 인출관의 배치에 따르면, 벤딩부에서 인입관과 인출관이 서로 같은 곡률반경으로 유지되므로, 벤딩 중에 각각의 관로 및 관로의 접합부에서의 파손이 방지될 수 있다.
그러나, 벤딩부 C에 이르러서 도 18의 관로배치가 유지되면, 인입관 및 인출과의 곡률반경은 서로 달라진다. 다시 말하면, 벤딩부의 곡률중심에서 볼 때 먼 쪽에 있는 어느 관로는 큰 곡률반경으로 벤딩되고, 벤딩부의 곡률중심에서 볼 때 가까운 쪽에 있는 어느 관로는 작은 곡률반경으로 벤딩되는 것이다. 이에 따르면, 관로 그 자체 또는 관로의 접합부에서 파손이 발생할 수 있다.
도 19를 참조하면, 인입관 및 인출관이 서로 좌우방향으로 배치되는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 관로배치는 상기 벤딩부 C에 이르기 전에 이미 완결된 것으로 이해할 수 있다. 다시 말하면, 벤딩부 B에서 벤딩부 C에 이르기 전까지 관로의 배치가 90도 회전될 수 있는 것이다. 예를 들어, 도 19와 같이 상기 인입관(171)이 시계방향으로 90도 회전되도록 배치할 수 있다.
도 19와 같이 관로가 좌우방향으로 배치되면, 상기 열교환관로(117)가 상기 제 3 방향(233)에서 상기 제 4 방향(241)으로 벤딩되더라도, 상기 인입관(171) 및 상기 인출관(172)의 곡률반경은 서로 동일하게 유지될 수 있다. 이에 따르면, 곡률반경이 동일함으로써, 벤딩부가 있더라도 관로의 파손 및 관로접합부의 파손을 방지할 수 있다.
도 20은 열교환관로가 제 2 플레이트 부재를 통과하는 곳의 단면도이다.
도 20을 참조하면, 상기 밀봉부재(173)의 내부에 인입관(171) 및 인출관(172)이 놓이고, 내부에는 충전재(220)가 충전되어, 상기 인입관 및 상기 인출관이 상기 밀봉부재(173)의 내면에 접하지 않도록 할 수 있다. 물론, 충전재가 아니라 진공 및 공기라도 좋지만, 인입관 및 인출관 상호 간만의 열전달, 냉기누설방지, 및 관로를 타고 전파되는 진동 및 소음의 차단을 위하여 충전재가 개입되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 관통부(201)에 대하여 설명한다.
상기 제 2 플레이트 부재(20) 및 상기 밀봉부재(173)는 서로 용접될 수 있다. 상세하게, 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 관통된 부분의 내면과, 상기 제 2 플레이트 부재(20)를 관통하여 고외 측으로 인출되는 밀봉부재(173)의 외면이 서로 용접될 수 있다. 이 경우에 상기 제 2 플레이트 부재(20)와 상기 밀봉부재(173)은 모두 스테인레스 스틸을 예시로 하는 동일재질이므로 동종용접방식으로서 용접이 용이하고, 용접 신뢰성 및 수명이 좋아지는 이점을 얻을 수 있다. 도면에서 210은 동종용접부를 나타낸다.
상기 동종용접부(210)에는 열이 발생하고 그 열은 밀봉부재(173)을 따라서 전도되고, 상기 충전재(220)을 태울 수 있다. 이 문제를 방지하기 위하여, 상기 충전재가 제공되는 단부와 상기 동종용접부(210)의 사이에는 소정의 폭(L1)이 제공되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 폭은 5센티미터 정도의 길이로 제공될 수 있다. 이에 따르면, 용접시에 열전달에 따른 충전재(220)의 연소를 방지할 수 있다.
상기 동종용접부(210)에서 용접부의 접촉신뢰성을 향상시키기 위하여, 상기 제 2 플레이트 부재(20)에서 돌출되는 돌출단부(21)를 소정의 길이로 제공할 수도 있다. 상기 돌출단부를 제공하기 위하여 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 형상은 그 폭이나 두께가 변형될 수 있다.
상기 동종용접이 수행된 다음에는, 마감부재(230)로 동종용접부(210)를 덮어씌울 수 있다. 상기 마감부재(230)는 진공유지 등의 기능은 가질 필요가 없이, 수분의 내부침입만을 막을 수 있으면 좋다. 따라서 수분에 강한 고무 또는 실란트 등을 그 재질러 할 수 있다.
도 20에 제시되는 구조는 열교환관로가 제 1 플레이트 부재를 통과하는 곳에서도 마찬가지의 구성으로 제시될 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공공간부의 내에 배치되는 열교환관로를 진공파괴의 가능성을 줄이면서 열손실이 없이 진공공간부의 외부로 인출할 수 있게 되므로, 신속한 적용에 따른 높은 산업상 효과를 기대할 수 있다.
더 구체적으로, 관통부를 줄임에 따른 열손실 감소, 작업의 편리성 증진, 및 진공파괴의 우려감소의 효과가 있다. 또한, 열교환관로의 두 관로의 용접에 사용되는 용가재에 의한 가스발생이 없어지므로 진공유지에 효과를 얻을 수 있다.
또한,관로의 벤딩부를 줄여서 냉매의 압력손실을 방지할 수 있다. 또한, 동종용접이 가능하도록 하여 열교환관로의 인입출부에서의 신뢰성 향상을 꾀할 수 있다.
117: 열교환관로
171: 인입관
172: 인출관
173: 밀봉부재
171: 인입관
172: 인출관
173: 밀봉부재
Claims (23)
- 저장물을 저장할 수 있는 내부공간이 제공되는 본체; 및
외부공간으로부터 상기 본체를 개폐할 수 있도록 제공되는 도어가 포함되고,
냉매를 압축하는 압축기;
압축된 냉매를 응축하는 응축기;
응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기;
팽창된 냉매를 증발시켜 열을 빼앗는 증발기; 및
상기 증발기에서 증발된 냉매가 흐르는 인출관과, 상기 인출관과 접합되고 증발되기 전의 냉매가 흐르는 인입관을 포함하는 열교환관로가 포함되고,
상기 본체는 진공단열체를 포함하고,
상기 진공단열체에는,
상기 내부공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 1 플레이트 부재;
상기 외부공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 2 플레이트 부재;
상기 내부공간의 온도와 상기 외부공간의 온도의 사이 온도이며 진공 상태의 공간인 진공공간부를 제공할 수 있도록 상기 제 1 플레이트 부재와 상기 제 2 플레이트 부재를 밀봉하는 밀봉부;
상기 진공공간부를 유지하는 서포팅유닛;
상기 제 1 플레이트 부재와 상기 제 2 플레이트 부재 간의 열전달량을 감소시키는 열저항유닛;및
상기 진공공간부의 기체를 배출하는 배기포트가 포함되고,
상기 열교환관로는 상기 진공공간부에 놓이고, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 제공되어 상기 열교환관로를 형성하는 냉매관이 통과하는 관통부가 더 포함되고,
상기 냉매관과 상기 진공공간부 사이에 가스 연통을 제한할 수 있도록, 상기 인출관 및 상기 인입관을 내부에 수용하고, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 체결되는 밀봉부재를 포함하는 냉장고. - 제 1 항에 있어서,
상기 밀봉부재는,
- 상기 진공공간부와 상기 외부공간 사이를 밀봉하여 상기 진공공간부의 진공이 누설되는 것을 제한하고,
- 상기 내부공간과 상기 외부공간 사이를 밀봉하여 상기 내부공간의 냉기가 누설되는 것을 제한하는 냉장고. - 제 1 항에 있어서,
상기 밀봉부재는 상기 제 1,2 플레이트 부재와 같은 재질이고 서로 용접되는 냉장고. - 제 1 항에 있어서,
상기 밀봉부재의 내부에는 충전재가 충전되는 냉장고. - 제 4 항에 있어서,
상기 관통부에서 상기 충전재는 소정거리 이격되는 냉장고. - 제 1 항에 있어서,
상기 관통부에는, 상기 밀봉부재와 체결되도록 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나로부터 돌출되는 돌출단부가 제공되는 냉장고. - 제 1 항에 있어서,
상기 열교환관로는 벤딩되는 벤딩부를 가지고,
상기 인출관 및 상기 인입관의 상대적인 배치는, 상기 벤딩부의 파손을 방지하도록 상기 열교환관로의 위치에 따라서 서로 바뀌는 냉장고. - 제 7 항에 있어서,
상기 인입관 및 상기 인출관은 상기 벤딩부에서 같은 곡률반경을 가지도록 벤딩되는 냉장고. - 제 1 항에 있어서,
상기 열교환관로는, 상기 인출관과 상기 인입관이 체결된 상태에서 상기 관통부를 통과하는 냉장고. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 플레이트 부재를 통과하는 지점에서 상기 열교환관로는 직선형태인 냉장고. - 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 1 플레이트 부재;
상기 제 1 공간과 온도가 다른 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 2 플레이트 부재;
상기 제 1 공간의 온도와 상기 제 2 공간의 온도의 사이 온도이며 진공 상태의 공간인 제 3 공간을 제공할 수 있도록 상기 제 1 플레이트 부재와 상기 제 2 플레이트 부재를 밀봉하는 밀봉부;
상기 제 3 공간을 유지하는 서포팅유닛;
상기 제 1 플레이트 부재와 상기 제 2 플레이트 부재 간의 열전달량을 감소시키는 열저항유닛;
상기 제 3 공간의 기체를 배출하는 배기포트;
상기 제 3 공간에 놓이고 서로 열교환되는 적어도 두 개의 관로를 포함하는 열교환관로; 및
상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 형성되어 상기 열교환관로가 통과하는 관통부를 포함하고,
상기 관통부는 상기 관통부를 통한 상기 제 3 공간의 진공파괴가 방지되도록, 상기 적어도 두 개의 관로가 함께 통과하는 단일의 관통부로 구성되는 진공단열체. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 모두에는, 상기 단일의 관통부가 제공되는 진공단열체. - 제 11 항에 있어서,
상기 열교환관로는, 상기 제 3 공간에서 적어도 세 곳의 벤딩부를 가지는 진공단열체. - 제 11 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환관로에는,
제 1 관; 및
상기 제 1 관보다 직경이 작고 상기 제 1 관의 내부 공간에 놓이는 제 2 관이 포함되는 진공단열체. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 관은 단면이 주름지거나 원형인 진공단열체. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 관은 증발된 냉매가 흐르는 인출관이고,
상기 제 2 관은 증발되기 전의 냉매가 흐르는 인입관인 진공단열체. - 제 11 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 제공되어 상기 열교환관로를 형성하는 냉매관이 통과하는 관통부; 및
상기 냉매관과 상기 제 3 공간 사이에 가스 연통을 제한할 수 있도록, 상기 적어도 두 개의 관로를 내부에 수용하고, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 체결되는 밀봉부재를 포함하는 진공단열체. - 제 17 항에 있어서,
상기 관통부에는, 상기 밀봉부재와 체결되도록 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중 적어도 하나로부터 돌출되는 돌출단부가 제공되는 진공단열체. - 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 1 플레이트 부재;
상기 제 1 공간과 온도가 다른 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 2 플레이트 부재;
상기 제 1 공간의 온도와 상기 제 2 공간의 온도의 사이 온도이며 진공 상태의 공간인 제 3 공간을 제공할 수 있도록 상기 제 1 플레이트 부재와 상기 제 2 플레이트 부재를 밀봉하는 밀봉부;
상기 제 3 공간을 유지하는 서포팅유닛;
상기 제 1 플레이트 부재와 상기 제 2 플레이트 부재 간의 열전달량을 감소시키는 열저항유닛;
상기 제 3 공간의 기체를 배출하는 배기포트;
서로 다른 상태의 유체가 흐르는 적어도 두 개의 냉매관이 서로 접촉하여 열교환하도록 제 3 공간에 배치되는 열교환관로;
상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재에 각각 제공되어, 상기 열교환관로를 형성하는 상기 냉매관이 통과하는 관통부; 및
상기 냉매관과 상기 제 3 공간 사이에 가스 연통을 제한할 수 있도록, 상기 적어도 두 개의 냉매관을 내부에 수용하고, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중에 용접 체결되는 밀봉부재를 포함하는 진공단열체. - 제 19 항에 있어서,
상기 밀봉부재의 내부에는 충전재가 충전되고,
상기 충전재는 연소가 가능한 재질이고, 상기 관통부에서 상기 충전재의 단부는 소정거리 이격되는 진공단열체. - 제 11 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 관로는 제 1 관 및 상기 제 1 관에 접합되는 제 2 관을 포함하고,
상기 단일의 관통부의 직경은 상기 제1,2 관의 직경의 합보다 크게 형성되는 진공단열체. - 제1온도를 가지는 제 1 플레이트 부재;
상기 제1온도와 다른 제2온도를 가지는 제 2 플레이트 부재;
상기 제1,2 플레이트 부재의 사이에 제공되는 진공 공간부;
상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 제공되어 냉매관이 통과하는 관통부; 및
상기 냉매관과 상기 진공 공간부를 분리하도록 상기 냉매관을 수용하는 밀봉부재를 포함하고,
상기 밀봉부재는 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 결합되는 진공단열체.
- 제1온도를 가지는 제 1 플레이트 부재;
상기 제1온도와 다른 제2온도를 가지는 제 2 플레이트 부재;
상기 제1,2 플레이트 부재의 사이에 제공되는 진공 공간부;
상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나에 제공되어 냉매관이 통과하는 관통부; 및
상기 냉매관을 수용하는 밀봉부재를 포함하고,
상기 관통부는, 상기 밀봉부재와 결합되도록 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나로부터 돌출되는 돌출단부를 포함하는 진공단열체.
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