KR20070054040A - 진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고의 단열 구조 - Google Patents

진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고의 단열 구조 Download PDF

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KR20070054040A
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Abstract

본 발명은 진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고 단열 구조에 관한 것으로, 코어재와; 생석회 재질을 흡착제의 주성분으로서 포함하는 게터를; 상기 코어재와 상기 게터를 감싸도록 형성된 밀봉 덮개를; 포함하여, 게터의 흡착제의 주성분이 수분을 우선적으로 제거할 수 있는 재질인 생석회 재질만으로 구성되어, 매우 저렴하면서도 향상된 단열 효과를 얻을 수 있는 진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고 캐비넷의 단열 구조를 제공한다.
진공 단열재, 게터, 생석회, 제올라이트

Description

진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고의 단열 구조{VACUUM ISOLATION PANEL AND ISOLATION STRUCTURE APPLYING SAME}
도1은 냉장고 캐비넷의 사시도
도2는 도1의 절단선 X-X에 따른 종래의 단열 구조의 단면도
도3은 도1의 절단선 X-X에 따른 또 다른 형태의 종래의 단열 구조의 단면도
도4는 도3의 진공 단열재의 구성을 도시한 단면도
도5는 도1의 진공 단열재가 냉장고 캐비넷에 설치된 상태를 도시한 측단면도
도6은 도4의 게터의 구성을 도시한 도면
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열재의 구성을 도시한 사시도
도8은 도7의 게터의 구성을 도시한 도면
도9는 도7의 또 다른 형태의 게터를 도시한 도면
도10은 도8의 게터를 적용한 진공 단열재와 종래의 게터를 적용한 진공 단열재의 열전도 특성의 경시 변화를 도시한 실험 데이터
도11은 진공 단열재의 진공도에 따른 열전도 특성의 변화를 도시한 실험 데이터
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1: 냉장고 캐비넷 100: 진공 단열재
100: 필름 110: 코어재
120: 밀봉 덮개 130, 230: 게터
131,231: 게터 용기 132,232: 생석회 알갱이
133: 막 233: 제올라이트 알갱이
234: 막
본 발명은 진공 단열재 및 냉장고 캐비넷의 단열 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보다 저렴한 비용으로 제조 가능하고, 진공 단열재 내부에 침투한 가스와 수분 중에 우선적으로 수분을 제거함으로써, 단열 성능이 향상된 진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고 캐비넷의 단열 구조에 관한 것이다.
도1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 냉장고(1)는 식품을 저온 저장하기 위한 장치로서, 식품을 수납하도록 냉장실이나 냉동실 등과 같은 수납 공간(20)을 형성하는 캐비넷(10)과, 냉장실과 냉동실을 개폐하는 도어(미도시)와, 냉매 사이클로 구성되어 수납된 식품을 저온 상태로 유지하는 기계부(미도시)로 구성된다.
여기서, 캐비넷(10)은 외형을 형성하는 외면과 수납 공간을 형성하는 내면 사이에 단열재가 충전되어 보냉 효과를 증대시킨다. 이를 위하여, 도2에 도시된 바와 같이, 조립된 상태의 캐비넷의 내면(20)과 외면(10)의 사이에 폴리우레탄 발포액을 주입한 후 가열하여 발포시켜 형성된 폴리우레탄 발포폼(30)이 충전된다. 그 러나, 폴리우레탄 발포폼(30)에는 열을 전달하는 공기가 함입되고 폴리우레탄 자체의 열전도 특성으로 인하여 단열 성능을 향상시키는 데 제약이 있었다.
따라서, 냉장고 내부의 수납 공간과 냉장고의 외기 사이에 열교환을 보다 차단하여 냉장 효율과 에너지 효율을 향상시키기 위하여, 최근에는 캐비넷 외면(10)과 캐비넷 내면(20) 사이에 폴리우레탄 발포폼으로 형성된 단열부(30) 이외에 진공 단열재(40)를 더 포함하여 구성된 개선된 형태의 단열 구조가 사용되기 시작되었다.
구체적으로는, 상기 진공 단열재(40)는, 도4에 도시된 바와 같이, 유리 섬유로 직조된 패널이 적층되고 상기 패널의 사이가 진공으로 형성된 코어재(41)와, 코어재(41)의 진공을 유지하기 위하여 코어재(41)를 밀봉 감싸도록 알루미늄 라미네이트 필름으로 형성된 밀봉 덮개(42)와, 단열 밀봉 덮개(42)를 투과하여 유입되는 가스 성분을 제거하여 충분한 기간 동안 진공 단열재로서의 단열 성능을 유지하도록 형성된 게터(getter, 43)를 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 진공 단열재(40)는, 진공 상태에서 코어재(41)를 밀봉 덮개(42)로 감싼 후에, 마주보는 밀봉 덮개(42)의 두 면을 열융착시킴으로써, 코어재(41)를 외부와 격리시킬 수 있게 된다. 이 때, 코어재(41)를 외부와 보다 완전하게 격리하기 위하여, 밀봉 덮개(42)의 두 면이 어느 정도 긴 길이로 열융착되며, 이에 따라 코어재(41)로부터 돌출된 연장 봉합부(42')를 형성하게 된다. 그리고, 상기와 같이 구성된 진공 단열재(40)는 냉장고 캐비넷(10) 내에 삽입되어 설치되는 중에, 도5에 도시된 바와 같이, 코어재(41)로부터 돌출되어 열융착된 연장 봉합부(42')를 접은 상태로 설치된다.
상기 게터(30)는, 도6에 도시된 바와 같이, SEAS사에서 생산되고 있는 게터로서, 수용부를 내부에 구비하고 개구부가 형성된 게터 용기(31)와, 게터 용기(31) 내부의 수용부 바닥면에 판(板)상으로 형성된 CoO(32)와, 그 상면에 형성된 BaLi4 합금(33)과, BaLi4 합금(33)의 주위에 형성된 BaO(34)로 구성된다.
즉, 상기 게터(30)는 가격이 매우 고가인 Ba, Zr, Ti, V, Co가 함유되어 있어 게터의 제조에 소요되는 비용이 높아질 뿐만 아니라, 위 성분들이 상온에 노출되는 경우에는 고온 발열이나 폭발의 위험이 상존하는 문제점을 가지고 있었다. 무엇보다도, 코어재(41)에서 가스가 거의 발생되지 않는 상황에서, 밀봉 덮개(42)를 투과하여 진공 단열재(40) 내부로 침투하는 가스와 수분 가운데 수분의 열전도도가 가스에 비하여 10배이상 높지만, 종래의 게터는 진공도를 유지하기 위하여 가스만을 제거하는 데에 초점이 맞추어져 있어서, 진공 단열재(40)의 단열 성능을 장시간 지속시키는 데 제약을 가하는 결과가 야기되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 진공 단열재 내부에 침투한 가스와 수분 중에 우선적으로 수분을 제거함으로써, 보다 향상된 단열 성능을 갖는 진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고 캐비넷의 단열 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 진공 단열재에 적용되는 게터를 보 다 보다 저렴한 비용으로 제조하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 코어재와; 용기와, 상기 용기에 생석회를 90wt% 이상으로 한 흡착제를 수용한 게터를;상기 코어재와 상기 게터를 감싸도록 형성된 밀봉 덮개를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 제공한다.
본 발명은 진공 단열재의 높은 진공 상태를 장기간동안 유지하는 데 있어서 가장 크게 요구되는 것이 진공 단열재 내부의 수분을 제거하는 것임을 착안하여, 이를 이용하여, 외부로부터 침투된 수분을 보다 적극적으로 제거함으로써 진공 단열재의 단열 성능을 향상시키고자 하는 것이다.
이는, 기체의 열전도도는 0.001 내지 0.1 btu/hour.ft.F 인데 비하여, 액체의 열전도도가 0.001 내지 1.0 btu/hour.ft.F 이어서, 외부로부터 침투된 수분에 의한 진공 파괴도가 기타 가스에 의한 것에 비하여 10배이상 영향을 미치므로, 수분을 우선적으로 제거할 수 있는 재질인 생석회 재질만으로 흡착제의 주성분을 구성하여, 진공 단열재의 높은 단열 효과를 확보하기 위함이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 진공 단열재의 게터에는 자중의 25~35%의 수분을 제거할 수 있는 생석회를 주성분으로 하는 흡착제가 삽입된다. 생석회는, 생석회 + H2O -> Ca(OH)2 의 반응식에 의하여 알 수 있듯이, 종래의 실리카겔 등에 비하여 월등이 많은 양의 수분을 함유할 수 있다. 더욱이, 생석회는 상온에서도 진공 중의 수분을 안정적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 그 원가도 매우 저렴한 장점을 갖는다.
한편, 8년간 냉장고 캐비넷에 설치된 진공 단열재 내에 침투한 성분을 조사해본 결과 다음의 표 1과 같았다.
성 분 농 도 단위 부분압 단위
8년간 발생된 가스 H2O 1.25 E-01 mol. 8year 2.35 E+03 torr.l
O2 9.16 E-05 1.70 E+00
N2 3.66 E-04 6.79 E+00
H2 4.75 E-08 8.82 E-04
C6H8 2.35 E-08 4.37 E-04
CO2 4.07 E-05 7.56 E-01
C4H7 1.42 E-08 2.65 E-04
C4H8 1.36 E-08 2.53 E-04
진공 파괴도 2.10 E +02 torr
즉, 8년간 발생된 가스의 농도는 H2O가 다른 가스 성분에 비하여 훨씬 높다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 생석회에 의하여 흡착 가능한 분자로는 생석회의 유형에 따라 다음과 같은 것들이 있다.
타입 흡착 가능한 분자
3A He, Ne, Ar, NH3, H2, O2, N2, H2O
4A Kr, Xe, CH4, C2H6, CH3OH, CH3CN, CH3NH2, CO2, H2S, SO2, CS2
5A n-C4H10~C18H38, C2H6, C2H5Cl, C2H5Br, CF4, CHF2Cl, CHF3, (CH3)2NH, CH3J, Cyclopropane, Freon12 등
10X SF6, CHCl3, CHBr3, CHJ3, I-C4H10~C14H30, C6H6, Cycolhexane, Thiophen, Furan, Pyridin, Dixane, Naphtalin, B10H14, (CH3)2CO, C6H5(CH3), (CH3)3N, (C2H5)2O, Freon12 등
13X Triethylbenzol, Dekahydrochrysen
즉, 생석회는 수분을 안정적으로 제거할 수 있지만, 생석회의 종류에 따라 다양한 가스도 흡착시켜 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 게터의 흡착제를 생석회로만 구성하여도 높은 단열 성능을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명은, 코어재와; 생석회 재질과 제올라이트를 포함하여 형성된 게터를; 상기 코어재와 상기 게터를 감싸도록 형성된 밀봉 덮개를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재를 제공한다. 이는, 진공 단열재의 용도에 따라, 수분에 비하여 가스가 상대적으로 많이 제거해야 하는 경우에, 수분을 제거하는 생석회 재질과, 가스를 제거하는 제올라이트에 의하여, 효과적으로 진공 단열재 내부에 침투된 가스와 수분을 제거하기 위함이다.
이 때, 상기 생석회 및 제올라이트는 그 직경이 1mm 이상이고 5mm이하의 알갱이 형태로 형성된다. 알갱이의 직경이 1mm보다 작으면, 진공 단열재 내부로 침투된 수분이나 가스가 생석회 및 제올라이트와 접촉할 기회를 잃게 되어 수분이나 가스의 제거 효율이 저하되며, 알갱이의 직경이 5mm를 초과하면, 게터 용기 내에 충분한 양의 생석회와 제올라이트를 담을 수 없기 때문이다.
진공 단열재의 진공도가 0.1Torr를 초과하면 열전도 계수가 급격히 증가하므로, 상기 밀봉 덮개로 둘러싸인 코어재의 진공도는 0.1Torr 이하인 것이 좋다.
그리고, 상기 제올라이트와 상기 생석회는 20:80 내지 45:55의 비율로 혼합된다. 진공 단열재의 단열 성능은 가스에 비하여 수분에 의하여 보다 크게 영향을 받기 때문이다.
한편, 본 발명은, 강재로 형성된 냉장고 캐비넷의 외면과; 플라스틱 재질로 형성된 냉장고 캐비넷의 내면과; 상기 냉장고 캐비넷의 외면과 내면 사이에 위치한 상기 진공 단열재를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉장고 캐비넷의 단열 구조를 제공한다. 이 때, 상기 냉장고 캐비넷의 외면과 내면 사이에 발포폼으로 형 성된 냉장고 단열부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열재의 구성을 도시한 사시도, 도8은 도7의 게터의 구성을 도시한 도면, 도9는 도7의 또 다른 형태의 게터를 도시한 도면, 도10은 도8의 게터를 적용한 진공 단열재와 종래의 게터를 적용한 진공 단열재의 열전도 특성의 경시 변화를 도시한 실험 데이터, 도11은 진공 단열재의 진공도에 따른 열전도 특성의 변화를 도시한 실험 데이터이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열재(100)는 유리 섬유로 직조된 패널이 적층되고 상기 패널의 사이가 진공으로 형성된 코어재(110)와, 코어재(110)의 진공을 유지하기 위하여 코어재(110)를 밀봉 감싸도록 형성된 밀봉 덮개(120)와, 밀봉 덮개(120)를 투과하여 유입되는 가스 성분을 제거하여 충분한 기간 동안 진공 단열재로서의 단열 성능을 유지하도록 층상(層狀)으로 코어재(110) 사이에 삽설된 게터(getter, 130)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 코어재(110)는 가장 단열 특성이 우수한 것으로 알려져 있는 유리 섬유로 형성되며, 가급적 가는 유리 섬유로 직조된 패널이 적층되어 형성되어 높은 단열 효과를 얻을 수 있다.
상기 밀봉 덮개(120)는 진공 단열재(100)의 외면에 드러나도록 나일론 재질로 형성된 최외곽층과, 최외곽층의 저면에 적층된 보호층과, 보호층의 저면에 적층된 알루미늄층과, 알루미늄층의 저면에 적층되고 코어재(110)와 접촉하는 열융착층 으로 구성된다.
도8에 도시된 바와 같이, 상기 게터(130)는 내부에 수용부를 구비하고 원통 형상으로 형성된 게터 용기(131)와, 게터 용기(131) 내의 수용부에 직경이 2mm정도의 알갱이로 채워진 생석회(132)와, 생석회(132)쪽으로는 주변의 가스와 수분이 접촉할 수 있으면서 생석회(132)가 외부로 빠지지 않도록 다수의 통공이 형성된 막(133)으로 구성된다.
이와 같이, 게터(130)내에 생석회(132)를 주성분으로 하거나 생석회(132)로만 채워짐으로써, 진공 단열재 내부의 진공도의 파괴에 가장 큰 영향을 미치는 수분을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 기타 가스도 제거할 수 있으며, 종래의 게터의 절반도 안되는 비용으로 진공 단열재의 단열 효과를 향상시키는 게터(130)를 제조할 수 있게 된다.
이 때, 상기 알갱이는 제조의 편의를 고려하여 반드시 구형으로 형성될 필요는 없으며, 충분한 통기공이 형성되도록 파쇄하여 만들어진다.
한편, 본 발명에 따른 진공 단열재에 적용되는 게터(230)는, 도9에 도시된 바와 같이, 내부에 수용부를 구비하고 원통 형상으로 형성된 게터 용기(231)와, 게터 용기(231) 내의 수용부에 직경(구형이 아닌 경우에는 최대 장반경)이 대략 2mm정도의 생석회 알갱이(232)와, 생석회 알갱이(232)와 혼재되어 직경(구형이 아닌 경우에는 최대 장반경)이 대략 2mm정도의 제올라이트 알갱이(233)와, 게터 용기(231)의 안쪽으로는 가스와 수분이 침투할 수 있고 생석회 알갱이(232)와 제올라이트 알갱이(233)는 외부로 빠지지 않게 통공이 형성된 막(234)을 포함한다.
진공 단열재의 사용 용도에 따라, 외부로부터 침투되는 것이 수분에 비하여 가스도 충분히 많은 경우나 코어재(110)로부터 가스가 발생되는 경우에, 제올라이트 알갱이(233)를 이용하여 진공 단열재 내부에 침투하는 가스도 흡착하기 위한 것이다. 이 때, 제올라이트 알갱이(233)와 생석회 알갱이(232)는 그 크기가 비슷한 크기로 형성된 것이 공극률을 최대로 하므로 바람직하다.
또한, 가스에 비하여 수분이 진공 단열재의 단열 성능에 악영향을 미치므로, 생석회와 제올라이트의 비율은 7:3 정도로 혼합된 것이 좋다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절히 변경 가능한 것이다.
또한, 전술한 실시예에 따른 진공 단열재를 도1 내지 도2에 도시된 냉장고 캐비넷의 단열 구조에 적용할 수 있음은 자명하며, 이와 같은 구조의 냉장고 캐비넷의 단열 구조도 본 발명의 범주에 속하는 것이다. 그리고, 본 발명에서는 생석회 및/또는 제올라이트를 담는 용기로서, 별도의 막이 형성된 것을 예시로 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되는 것이 아니고, 통기 가능한 어떠한 형태의 용기에 생석회 및/또는 제올라이트를 담은 것을 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 코어재와; 생석회 재질을 흡착제의 주성분으로 포함하는 게터를; 상기 코어재와 상기 게터를 감싸도록 형성된 밀봉 덮개를; 포함하여, 게터의 흡착제의 주성분이 수분을 우선적으로 제거할 수 있 는 재질인 생석회 재질만으로 구성됨으로써, 향상된 단열 효과를 얻을 수 있는 진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고 캐비넷의 단열 구조를 제공한다.
또한, 본 발명은, 생석회 재질과 제올라이트를 함께 사용한 게터를 구비함으로써, 진공 단열재의 단열 성능에 가장 큰 영향을 미치는 수분을 제거함과 동시에, 보조적으로 기타 가스도 함께 제거할 수 있게 된다.
본 발명은, 생석회만을 사용하거나 생석회와 제올라이트를 함께 사용한 게터를 구비함으로써, 종래에 비하여 절반 이하의 비용으로 우수한 단열 성능을 유지할 수 있는 게터를 제공한다.

Claims (9)

  1. 코어재와;
    용기와, 상기 용기에 생석회를 90wt% 이상의 주성분으로 한 흡착제를 수용한 게터를;
    상기 코어재와 상기 게터를 감싸도록 형성된 밀봉 덮개를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제는 생석회만으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  3. 코어재와;
    생석회 재질과 제올라이트를 구비한 게터를;
    상기 코어재와 상기 게터를 감싸도록 형성된 밀봉 덮개를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생석회는 최대 장반경이 1mm 이상이고 5mm이하의 알갱이 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제올라이트는 최대 장반경이 1mm 이상이고 5mm이하의 알갱이 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 덮개로 둘러싸인 코어재의 진공도는 0.1 Torr 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제올라이트와 상기 생석회는 20:80 내지 45:55의 비율로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  8. 강재로 형성된 냉장고 캐비넷의 외면과;
    플라스틱 재질로 형성된 냉장고 캐비넷의 내면과;
    상기 냉장고 캐비넷의 외면과 내면 사이에 위치한 제1항 내지 제3항, 제5항, 제7항 중 어느 한 항에 따른 진공 단열재를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉장고 캐비넷의 단열 구조.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 생석회는 최대 장반경이 1mm 이상이고 5mm이하의 알갱이 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 진공 단열재
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