KR20000000976A - 진공단열판넬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공단열판넬에 관한 것으로, 본 발명의 진공단열판넬은 몰드에 의하여 발포된 후 스킨층이 제거된 연속기포구조를 가지는 개방셀 폴리우레탄 발포체, 발포체의 외면을 감싸는 금속라미메이트 필름, 발포체 내부의 가스를 흡착하여 진공상태를 유지시키는 가스흡착제를 구비하는 구성이다. 이러한 본 발명에 따른 진공단열 판넬은 수직 몰드 발포방식에 의하여 균일한 물성 및 성능을 가지는 경질 폴리우레탄을 산업적으로 저렴한 제조비용으로 제조할 수 있고, 또한 성능이 균일하고 가격적으로 저렴한 심재를 적용함으로써 단열성능이 우수하고, 가격적으로 저렴한 진공단열 판넬의 제조가 가능한 효과가 있다.

Description

진공단열판넬

본 발명은 진공단열 판넬에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직발포에 의하여 균일한 물성 및 성능을 가지는 경질 우레탄 발포체를 산업적으로 저렴한 제조비용으로 제조할 수 있도록 한 진공단열판넬에 관한 것이다.

최근 세계적으로 지구 온난화와 화석원료가 고갈됨에 따라 이산화탄소의 배출량의 감소와 에너지사용을 줄이려는 움직임이 선진국을 중심으로 확산되고 있다. 따라서 냉장고 업계에서는 에너지 절감이 큰 이슈로 대두됨에 따라 대책 마련에 부심하고 있는 실정이다.

따라서 이와 같은 규제에 대응하는 방안의 일부로 단열성능을 획기적으로 향상시켜 주는 진공단열판넬이 일본 및 유럽을 중심으로 각광을 받고 있다. 일본의 경우는 샤프사 및 산요사에서 냉장고 일부 기종에 진공단열 판넬을 적용하여 소비에너지 절감 및 내용적 확대를 시킨 제품을 출시중에 있다. 또한 유럽에서도 진공단열 판넬을 적용한 냉장고를 보쉬-지멘스사와 몇 개 회사에서 출시중에 있다.

일반적으로 진공단열판넬은 충진된 심재에 따라 실리카 충진형, 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체 충진형, 개방셀 폴리스티렌 발포체 충진형,유리솜 충진형으로 구분된다.

실리카 충진형은 제조시 분진발생으로 환경문제와 무게가 무겁기 때문에 사용이 제한되고 있으며, 유리솜 충진형은 제조비용이 많이 드는 문제점이 있으며, 개방셀 폴리스티렌 발포체 충진형은 대량생산이 용이하고 경제성은 있으나 수분건조시 시간이 많이 걸리는 문제와 냉장고에 적용시 진공단열 판넬이 수축하는 문제점을 지니고 있으며, 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체 충진형은 실리카 충진형에 비하여 무게가 1/3 수준이며 대량생산하기가 용이하기 때문에 이를 적용하려는 업체가 늘어나고 있다.

이와 같이, 냉장고 및 냉동기기 단열재의 열절연 특성을 개선하기 위하여 감소된 내부압력을 갖는 진공단열 판넬은 금속라미네이트 필름의 진공용기에 동봉된 심재로 구성되어 있다. 이러한 진공단열 판넬에서 아이씨아이(ICI) 폴리우레탄사에서 개발한 진공단열 판넬은 100% 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체를 심재로 하고 외부에 고진공용 필름을 입히고, 내부를 0.05 - 0.1 밀리바(mbar)까지 감압시켜 열전도율이 기존의 경질 폴리우레탄 발포체의 열전도율 약 0.015 - 0.020kcal/mhr℃ 보다 월등히 향상된 약 0.0060kcal/mhr℃ 정도의 열전도율을 가지고 있다.

그러나 100% 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체를 충진한 진공단열재는 재료비 및 제조공정비 상승 등의 요인으로 기존의 경질 폴리우레탄 발포체에 비하여 단열성능이 2 - 3 배 우수하지만 가격이 비싸 냉장고 및 냉동기기에 적용시 걸림돌이 되고 있다.

이를 해결하기 위하여 근래에는 진공단열재의 심재로 사용하는 100% 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체 제조시 발포제로 사용하는 휘발성이 강한 저비점의 유기용제를 사용하지 않고, 물만을 사용하고 발포체를 더블 콘베이어에 의하여 대량 생산함으로써 제조가를 낮추고 성능 및 물성이 균일한 발포체 제조방법을 제시하였다.

이러한 진공단열 판넬을 냉장고에 적용시는 진공단열재의 두께에 따라 철판과 내상사이에 우레탄 액을 채울 때 액의 흐름성에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 진공단열 판넬을 냉장고에 보다 쉽게 적용하기 위해서는 단열성능이 우수하고 두께가 얇은 진공단열 판넬을 제공하는 것이 중요하다.

그러나 이전의 기술에서는 안정적인 가격의 100% 개방셀 폴리우레탄 발포체는 수평몰드방식을 적용하여 전체적으로 균일한 물성을 가지는 발포체를 생성할 수 있지만 발포체를 이용하여 진공단열 판넬 제조시 단열방향으로의 셀공극을 150㎛ 이하로 줄이는데는 한계가 있어 0.0070㎉/mhr℃ 이하의 단열성능을 가진 진공단열 판넬을 얻을 수 없고, 또한 이를 냉장고에 적용시 소비전력면에서 크게 개선된 결과를 보여주지 못함에 따라 사용에 제한이 따른다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 단열성능이 우수한 진공단열 판넬의 심재로 사용하는 100% 개방셀 폴리우레탄 발포체를 수직 몰드방식에 의하여 열전달 방향 기포막간의 공극거리를 줄여 보다 단열성능이 우수하며 두께를 얇게 할 수 있는 진공단열 판넬을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 진공단열판넬을 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 수직몰드를 보인 사시도이다.

도 3은 본 발명의 수직몰드에 의하여 발포된 진공단열판넬의 셀배향을 보인 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 진공단열판넬의 제조단계를 나타낸 제조공정도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10...진공단열패널 11...발포체

12...금속라미네이트필름 13...가스흡착제

14...셀

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 진공단열 판넬에 있어서, 몰드에 폴리우레탄이 발포되어 소정의 열전도도를 가지는 발포체를 구비한 진공단열판넬에 있어서, 상기 몰드에 폴리우레탄의 발포는 단열방향의 수직방향으로 발포되어 단열방향에 대한 기포간 공극거리가 80 - 100㎛이하로 된 것을 특징으로 하는 진공단열 판넬,

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 들어 본 발명의 진공단열판넬에 대하여 보다 구체적으로 언급하기로 한다. 본 발명은 이하의 실시예에 국한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 진공단열판넬을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 수직몰드를 보인 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 수직몰드에 의하여 발포된 진공단열판넬의 셀배향을 보인 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 진공단열판넬의 제조단계를 나타낸 제조공정도이다.

본 발명의 도 1에 도시된 바와 같은 진공단열 판넬은 도 4에 도시된 바와 같은 제조공정을 거쳐서 제조된다.

이 제조단계는 수직 몰드방식을 이용하는데, 이는 몰드물(20)에 수직방향으로 우레탄폼을 발포하는 발포단계(S1)를 거치게 된다. 이에 따라 물성이 균일하고 열전달 방향 기포막간의 공극거리가 80 - 100㎛ 근처로 줄어든 경질 폴리우레탄 발포체(11)를 얻을 수 있다.

그리고 상온에서 24시간 방치하고 난 후 표면의 스킨층을 제거하는 스킨층 제거단계(S2)를 거치고, 발포체(11)를 절단하여 단열방향으로 셀(14)크기가 작고 물성이 균일한100% 개방셀 폴리우레탄 발포체(11)를 얻을 수 있도록 발포체(11)를 절단한 후 가열기 등을 통한 수분제거단계(S3)를 거치게 된다.

그리고 발포체(11)의 절단 후 100% 개방셀 폴리우레탄 발포체(11)에 가스흡착제(13)를 삽입하는 가스흡착제 삽입단계(S4)와 계속해서 발포체(11)와 가스흡착제(13)를 고진공용 금속라미네이트 필름(12)으로 감싸고 내부의 진공을 0.1 - 0.05 밀리바 까지 감압시키고 열융착을 하는 필름포장단계(S5)를 거치게 되면 최종적으로 단열성능이 우수한 진공단열 판넬(10)을 얻을 수 있다.

이러한 제조공정에 있어서, 수직몰드(20)의 내부 크기는 도 2에 도시된 바와 같이 높이(h)를 50cm로 고정하고 길이방향의 크기(l)는 50 - 100cm 사이이며 폭(w) 크기는 5 - 15cm 사이이다. 그리고 대형 진공단열 판넬의 제조는 작은 발포체 판넬(10)을 2개 이상 사용하여 제조할 수 있다.

또한 도 3과 같은 연속기포 구조를 가지는 100% 개방셀 폴리우레탄 발포체(11)의 밀도는 대형 판넬(10)을 제조시 휘어짐을 방지하기 위해서는 60 - 80kg/㎥ 사이가 적당하다.

그리고 몰드(20)의 온도는 빠른 경화를 위하여 40 - 50℃ 사이가 적당하다. 본 발명에 있어서 수직 몰드(20)에 의하여 제조된 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체(11)는 기존의 발포체에 비하여 압축강도가 매우 높기 때문에 이를 사용한 진공단열 판넬(10) 제조시 두께를 10mm 까지 낮출 수 있다.

본 발명에서 완전 수발포로 제조된 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체(11)는 패쇄셀을 전혀 포함하고 있지 않지만 장기적으로는 발포체 셀(14)벽 내부에 함유된 가스들이 서서히 방출되며, 열융착된 틈과 필름(12)을 통하여 미량의 가스가 투과되어 내부의 압력을 증가시킴으로써 진공단열재의 단열성능이 저하된다.

이와 같은 내부압력 상승의 문제를 해결하기 위하여 전술한 바와 같이 가스를 흡착하여 내부의 진공상태를 15년 이상 유지시켜 주는 무기물로 구성된 가스흡착제(13)를 사용한다. 본 발명의 실시예에 적용된 가스흡착제(13)는 이탈리아의 사이즈 게터스사의 무기계 가스흡착제(13)인 일명 '콤보 Ⅲ'를 진공단열재 내부에 부착시켜 초기의 열절연 특성을 그대로 유지할 수 있었다.

본 발명에서는 수직 몰드 발포 방식을 도입하여 100% 개방셀 폴리우레탄 발포체(11)의 열전달 방향 기포막간의 공극거리가 줄어들고 연속기포 구조(도 3참조)를 가지는 대형 100% 개방셀 경질 폴리우레탄 발포체(11)는 로터리 방식의 연속생산이 가능하게 되며 물성 및 성능이 일정하고 산업적으로 안정된 가격으로 제조하는 것이 가능하다.

그리고 발포체(11)에 고점도 이소시아네이트를 사용하면 더욱 균일한 물성 및 성능을 가지는 경질 폴리폴리우레탄 발포체(11)를 얻을 수 있다.

또한 성능이 균일하고 가격적으로 저렴한 심재를 적용함으로써 단열성능이 우수하고 가격적으로 저렴한 진공단열 판넬(10)의 제조가 가능하고, 냉장고에 적용시 진공단열 판넬(10)의 두께를 줄일 수 있음에 따라 적용이 쉽고 에너지 소비량을 줄일 수 있다.

이하의 표 1은 본 발명에서와 같은 수직몰드와 종래의 수평몰드/더블 콘베이어 방식을 비교한 표이다.

이에 나타난 바와 같이 제조한 100% 개방셀 폴리우레탄 발포체(11)는 발포방향으로의 셀 크기 즉 단열방향으로의 셀 크기가 종래의 수평몰드에서는 150㎛이고, 본 발명의 수직몰드 방식에서는 90㎛로 나타났다.

따라서 이에 따른 열전도도 또한 종래의 수평몰드에서는 0.0070㎉/mhr℃이고 반면에 본 발명의 수직몰드에서는 0.0045㎉/mhr℃로서 종래의 수평몰드 방식에 비하여 본 발명의 수직몰드 방식으로 제조한 진공단열 판넬의 단열 성능이 보다 양호하다는 것을 알 수 있다.

발포방식 변환에 따른 개방셀 폴리우레탄 발포체의 물성 및 이를 이용한 진공단열 판넬의 단열성능

	본 발명	종래	비 고
발포방식	수직몰드	수평몰드
발포체 중심부 밀도(㎏/㎥)	75	75
셀오픈율(%)	100	100
단열방향의 기포간 평균 공극거리(㎛)	90	150
진공단열재 열전도도(㎉/mhr℃)	0.0045	0.0070	진공도 0.05mbar

이상과 같은 본 발명에 따른 진공단열 판넬은 수직 몰드 발포방식에 의하여 균일한 물성 및 성능을 가지는 경질 폴리우레탄을 산업적으로 저렴한 제조비용으로 제조할 수 있고, 또한 성능이 균일하고 가격적으로 저렴한 심재를 적용함으로써 단열성능이 0.0045㎉/mhr℃ 정도로 우수하고, 가격적으로 저렴한 진공단열 판넬의 제조가 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 몰드에 폴리우레탄이 발포되어 소정의 열전도도를 가지는 발포체를 구비한 진공단열판넬에 있어서,

   상기 몰드에 폴리우레탄의 발포는 단열방향의 수직방향으로 발포되어 단열방향에 대한 기포간 공극거리가 80 - 100㎛로 된 것을 특징으로 하는 진공단열 판넬,
2. 제 1항에 있어서, 상기 발포체는 내부의 진공도가 0.05mbar이하가 되도록 가스흡착제가 설치되며, 외부가 금속라미네이트 필름으로 포장된 것을 특징으로 하는 진공단열판넬.
3. 제 1항에 있어서, 상기 발포체는 밀도가 60 - 80㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 진공단열 판넬.
4. 제 1항에 있어서, 상기 몰드는 높이가 50cm이고, 길이방향의 크기는 50 - 100cm 사이이며, 폭 크기는 5 - 15cm인 것을 특징으로 하는 진공단열패널.
5. 제 1항에 있어서, 상기 발포체는 이소시아네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열판넬.
6. 몰드에 경질 폴리우레탄을 발포하는 발포단계, 상기 발포단계를 거친 발포체의 스킨층을 제거하는 스킨층 제거단계, 상기 스킨층의 제거후 일정크기로 절단하고 외부의 열원으로부터 가해진 열로써 수분을 제거하는 수분제거단계를 거친 상기 판넬의 스킨층을 제거하는 스킨층 제거단계, 상기 스킨층 제거단계를 거친 상기 판넬의 일측에 가스흡착제를 삽입하는 가스흡착제 삽입단계, 상기 가스 흡착제 삽입단계를 거친 상기 판넬의 진공화시키도록 외면을 금속라미네이트 필름으로 포장하는 필름포장단계를 갖는 진공단열 판넬 제조방법에 있어서,

   상기 발포단계는 기포간 공극거리가 80 - 100㎛ 정도가 되도록 단열방향에 대하여 수직방향으로 폴리우레탄을 발포하는 것을 특징으로 하는 진공단열 판넬 제조방법.