KR20100026993A - 진공 단열재 및 이것을 사용한 단열 상자체 및 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 단열 성능과 환경 부하의 양립을 도모할 수 있어, 순환형 에코 리사이클이 실현되는 진공 단열재를 제공하는 것이다.

유기 섬유 집합체로 이루어지는 코어재(3)와, 가스 또는 수증기를 흡착하는 게터제(4)와, 코어재(3) 및 게터제(4)를 수납하는 가스 배리어성을 갖는 외포재(2)를 구비하고, 외포재(2)의 내부를 진공 밀봉한 진공 단열재(1)이며, 코어재(3)는 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수하고, 또한 흡습성이 낮은 소재를 용융방사로 직접 형성한 장섬유 웹으로 이루어지는 것이다. 구체적으로는, 코어재(3)는 범용의 폴리스티렌 수지이고, 또한 멜트블로운(melt-blown) 및/또는 스펀본드(spunbond)의 용융방사에 의해 형성된 것이다. 또한, 코어재의 평균 섬유 직경은 8㎛ 내지 20㎛이고, 코어재의 밀도가 150 내지 300㎏/㎥인 진공 단열재이다.

진공 단열재, 코어재, 외포재, 유기 섬유 집합체, 게터제

Description

진공 단열재 및 이것을 사용한 단열 상자체 및 냉장고 {VACUUM HEAT INSULATING MATERIAL, HEAT-INSULATING BOX BODY USING THE SAME AND REFRIGERATOR}

본 발명은 보온ㆍ보냉 기능을 향상시키는 동시에, 환경 부하가 작아 리사이클성이 우수한 진공 단열재 및 이것을 사용한 단열 상자체 및 냉장고 등에 관한 것이다.

최근, 지구 온난화에 대한 관점에서, 가전품의 소비 전력량 삭감의 필요성이 요구되고 있다. 그 중에서도 냉장고, 에어컨디셔너 등은 특히 소비 전력량이 많은 제품으로, 소비 전력량 삭감이 지구 온난화 대책으로서 필요한 상황에 있다. 냉장고를 예로 들면, 냉장고의 소비 전력은 고 내의 부하량이 일정하면, 고 내 냉각용 압축기의 효율과, 고 내로부터의 열누설량에 관계되는 단열재의 단열 성능에 의해 그 대부분이 정해진다. 그로 인해, 냉장고의 기술 개발에 있어서는, 압축기의 효율과 함께 단열재의 성능 향상이 요구되고 있다.

이와 같은 과제를 해결하는 단열재 중 하나로서 진공 단열재가 있다. 진공 단열재는 가스 배리어성을 갖는 외포재 중에 단열성이 우수한 코어재를 넣고, 내부 를 진공으로 함으로써 제작된다. 진공 단열재의 코어재에는 무기 섬유의 글래스 울이 사용되어, 극세 섬유(평균 섬유 직경 : 3 내지 5㎛)로 제품화되어 있다.

한편, 유기 섬유의 코어재로서는, 다음에 나타내는 바와 같은 공개 공보 등에 개시되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에는 글래스 울과 열가소성 수지의 섬유를 함유하는 진공 단열재용 코어재에 있어서, 열가소성 수지 섬유로서의 폴리프로필렌, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에틸렌을 가열 용융 및 가압에 의해 글래스 울과 접착한 구성으로 함으로써 흡착제를 봉입시키지 않고, 내압성이 높은 형상 유지가 우수한 단열 성능을 갖는 진공 단열재가 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에는 폴리에스테르 섬유를 함유하는 코어재를 수용하는 내포재가 감압 상태의 외포재에 수용한 진공 단열재에 있어서, 폴리에스테르 섬유의 굵기가 1 내지 6디닐, 내포재가 폴리에틸렌테레프탈레이트, 코어재의 밀도가 150 내지 300㎏/㎥로 함으로써, 제조 시 및 리사이클 시에 있어서 환경 부하가 낮고, 취급성이나 생산 효율이 우수해 장기간에 걸쳐서 양호한 단열성의 진공 단열재가 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 3에는 융점이 상이한 적어도 2종류의 폴리에스테르 섬유를 포함하는 섬유 집합체를 시트 형상의 진공 단열재용 코어재에 있어서, 섬유 집합체가 서멀 본드법, 니들 펀치법으로 시트 형상으로 가공하여, 저융점 폴리에스테르 섬유가 110 내지 170℃, 고융점 폴리에스테르 섬유가 20℃ 이상 더 높고, 섬유 굵기가 1 내지 6디닐이고 배합 비율이 중량비 10 : 90 내지 30 : 70으로 함으로써, 제조 시나 리사이클 시에 환경 부하가 낮고, 작업성이 우수한 양호한 단열성의 진공 단열재가 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 4에는 코어재가 섬유 굵기 1 내지 6디닐의 폴리에스테르 섬유를 50중량％ 이상 함유하는 시트 형상 섬유 집합체이고, 평균 섬유 직경이 9 내지 25㎛, 섬유 집합체가 니들 펀치로 시트 형상으로 가공되어, 코어재의 밀도가 150 내지 300㎏/㎥로 함으로써, 제조 시 및 리사이클 시의 환경 부하가 낮고, 취급성이 우수한 양호한 단열성의 진공 단열재가 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 5에는 코어재가 유기 섬유로 이루어지는 시트 형상 섬유 집합체이고, 코어재의 진공화 후의 진공 단열재 두께가 0.1 내지 5㎜, 가스 흡착 물질이 연질포 주머니의 폴리에스테르 섬유 부직포, 그 무게가 30 내지 200g/㎡, 코어재가 폴리에스테르 섬유로 함으로써, 제조 시 및 리사이클 시에 있어서의 취급성이 용이하고, 진공화 후의 곡면 가공성이나 단열성이 우수한 진공 단열재가 기재되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2003-155651호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 제2006-283817호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 제2006-57213호 공보

[특허 문헌 4] 일본 특허 출원 공개 제2006-29505호 공보

[특허 문헌 5] 일본 특허 출원 공개 제2006-153199호 공보

그러나, 상기한 공개 공보인 특허 문헌 1 내지 5에 개시된 기술에는, 다음과 같은 해결해야 할 과제가 존재한다. 예를 들어, 상기 특허 문헌 1에 기재된 진공 단열재에서는, 글래스 울과 열가소성 수지 섬유를 가열 용융(약 180 내지 220℃) 및 가압(약 1㎏/c㎡)함으로써, 글래스 울에 접착하는 코어재로 한 것이다. 그로 인해, 열가소성 수지의 섬유가 유기 바인더의 기능을 가지므로, 아웃 가스의 영향에 의해 단열 성능이 저하된다.

또한, 적당량의 글래스 울과 열가소성 수지를 완전히 혼합 개섬(開纖)하여 솜 형상 혼합물의 적층체를 코어재로 한 경우, 열가소성 수지 섬유의 혼합에서는 섬유끼리의 접합점 면적이 증가하여 열 이동 경로가 증가하여, 단열 성능이 저하되는 과제가 있다. 즉, 글래스 울과 열가소성 수지 섬유의 경우, 코어재가 혼합의 섬유 적층체와 각각의 섬유 적층체에서는 열전도율이 상이해, 명세서 중에 기재되는 혼합 섬유 적층체에서는 단열성이 크게 떨어진다.

또한, 진공 단열재의 절곡은 서술되어 있지 않지만, 글래스 울의 코어재에서는 피설치부의 형상을 따르는 굽힘이 곤란해, 억지로 구부리면 글래스 울의 절단과 굽힘부에서 일어나는 코어재 두께의 감소에 의해 단열 성능이 떨어진다. 최근에는, 유리 섬유의 글래스 울 함유의 코어재에서는 인체로의 분진 영향, CO₂ 배출량의 저감, 순환형 에코 리사이클을 고려한 환경 부하로의 과제를 갖는다.

상기 특허 문헌 2에 기재된 진공 단열재에서는, 환경 부하가 작아 리사이클성이 우수하다. 그러나, 코어재가 폴리에스테르 섬유에서는 분자 중에 에스테르 결합의 극성기를 가지므로, 흡수율이 약 0.4 내지 0.5％로 높은 값을 나타낸다. 진공 단열재에서는 감압 후의 총 가스량의 대부분이 수분이고, 폴리에스테르 섬유의 코어재를 조립하는 동안에 공기 중의 수분을 서서히 흡착(흡습)한다. 코어재의 수분량이 열전도율에 크게 영향을 미치기 때문에, 진공 단열재를 조립하기 직전에 수분의 제거 및 수분의 재흡착을 방지하는 관리 처리가 필요해진다.

또한, 폴리에스테르 섬유의 코어재를 사용한 진공 단열재에서는, 명세서 중에 기재된 바와 같이 열전도율이 3㎽/mㆍK 이상으로 높아 단열 성능이 떨어진다. 현 제품에 사용하는 글래스 울은 평균 섬유 직경이 3 내지 5㎛인 극세 섬유를 사용하여, 열전도율이 약 2㎽/mㆍK로 낮다. 따라서, 새로운 유기 섬유의 진공 단열재라도, 글래스 울과 같은 정도의 단열 성능이 구해진다. 그 이유로서, 예를 들어 냉장고 등에 열전도율이 떨어지는 폴리에스테르 섬유의 진공 단열재를 탑재하면, 냉장고의 열누설량이 높아 소비 전력량의 저감이 작다고 하는 과제가 발생한다.

또한, 진공 단열재의 절곡의 내용은 서술되어 있지 않지만, 폴리에스테르 섬유의 코어재에서는 피설치부의 형상을 따라서 굽힘이 곤란해, 억지로 구부리면 섬유가 절단되어, 굽힘부에서 진공 단열재 두께의 감소에 의해 단열 성능이 떨어지는 과제를 갖는다.

상기 특허 문헌 3에 기재된 진공 단열재에서는, 환경 부하가 작아 리사이클성이 우수하다. 그러나, 코어재가 융점이 상이한 2종류의 폴리에스테르 섬유 집합 체에서는 분자 중에 에스테르 결합의 극성기를 가지므로, 흡수율이 약 0.4 내지 0.5％로 높은 값을 나타낸다. 진공 단열재에서는 감압 후의 총 가스량의 대부분이 수분이고, 폴리에스테르 섬유의 코어재가 조립되기까지의 동안에 공기 중의 수분을 서서히 흡착(흡습)한다. 코어재의 수분량이 열전도율에 크게 영향을 미치기 때문에, 진공 단열재를 조립하기 직전에 수분의 제거 및 수분의 재흡착을 방지하는 관리 처리가 필요해진다.

또한, 섬유 집합 집합체가 서멀 본드법으로 시트 형상으로 가공되고, 저융점 폴리에스테르 섬유가 110 내지 170℃의 가온과 고융점 폴리에스테르 섬유가 20℃ 이상 더 높은 가온 처리를 행한다. 2종의 폴리에스테르 섬유의 진공 단열재에서는, 명세서 중에 기재되어 있는 바와 같이 열전도율이 모두 4㎽/mㆍK 이상으로 높아 단열 성능이 떨어진다. 현 제품에 사용하는 글래스 울에서는 평균 섬유 직경이 3 내지 5㎛인 극세 섬유이고 열전도율이 약 2㎽/mㆍK로 낮다. 따라서, 새로운 유기 섬유의 진공 단열재라도, 글래스 울과 같은 정도의 단열 성능이 구해진다. 그 이유로서, 예를 들어 냉장고 등에 열전도율이 떨어지는 폴리에스테르 섬유의 진공 단열재를 탑재하면, 냉장고의 열누설량이 높아 소비 전력량의 저감이 작다고 하는 과제가 일어난다.

또한, 진공 단열재의 절곡의 내용은 서술되어 있지 않지만, 폴리에스테르 섬유 코어재에서는 피설치부의 형상을 따라서 굽힘이 곤란해, 억지로 구부리면 섬유가 절단되어, 굽힘부에서 두께의 감소에 의해 진공 단열재의 단열 성능이 떨어지는 과제를 갖는다.

상기 특허 문헌 4에 기재된 진공 단열재에서는, 환경 부하가 작아 리사이클성이 우수하다. 그러나, 코어재의 섬유 굵기가 1 내지 6디닐의 폴리에스테르 섬유를 50중량％ 이상 함유하는 시트 형상 섬유 집합체에서는 분자 중에 에스테르 결합의 극성기를 가지므로, 흡수율이 약 0.4 내지 0.5％로 높은 값을 나타낸다. 진공 단열재에서는 감압 후의 총 가스량의 대부분이 수분이고, 폴리에스테르 섬유의 코어재가 조립되기까지의 동안에 공기 중의 수분을 서서히 흡착(흡습)한다. 코어재의 수분량이 열전도율에 크게 영향을 미치기 때문에, 진공 단열재를 조립하기 직전에 수분의 제거 및 수분의 재흡착을 방지하는 관리 처리가 필요해진다.

또한, 폴리에스테르 섬유 집합체에 함유되는 다른 섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 아라미드, 나일론, 폴리비닐알코올, 폴리우레탄의 합성 섬유나 무기 섬유나 천연 섬유 등이 있고, 이 코어재를 사용한 진공 단열재에서는 명세서 중에 기재된 바와 같이, 열전도율이 모두 3㎽/mㆍK 이상으로 단열 성능이 떨어진다. 현 제품에 사용하는 글래스 울에서는, 평균 섬유 직경이 3 내지 5㎛인 극세 섬유에서는 열전도율이 약 2㎽/mㆍK로 낮다. 따라서, 새로운 유기 섬유의 진공 단열재라도 글래스 울과 같은 정도의 단열 성능이 구해진다. 그 이유로서, 예를 들어 냉장고 등에 열전도율이 떨어지는 폴리에스테르 섬유의 진공 단열재를 탑재하면, 냉장고의 열누설량이 높아 소비 전력량의 저감이 작다고 하는 과제가 일어난다.

또한, 진공 단열재의 절곡의 내용은 서술되어 있지 않지만, 폴리에스테르의 섬유 코어재에서는 피설치부의 형상을 따라서 굽힘이 곤란해, 억지로 구부리면 섬 유가 절단되어, 굽힘부에서 두께의 감소에 의해 진공 단열재의 단열 성능이 떨어지는 과제를 갖는다.

상기 특허 문헌 5에 기재된 진공 단열재에서는, 환경 부하가 작아 리사이클성이 우수하다. 그러나, 코어재가 유기 섬유로 이루어지는 시트 형상 섬유 집합체이고, 코어재의 진공화 후의 두께가 0.1 내지 5㎜에서 가스 흡착재의 포장 주머니가 폴리에스테르 섬유제 부직포, 코어재가 폴리에스테르 섬유이고 분자 중에 에스테르 결합의 극성기를 가지므로, 흡수율이 약 0.4 내지 0.5％로 높은 값을 나타낸다. 진공 단열재에서는 감압 후의 총 가스량의 대부분이 수분이고, 폴리에스테르 섬유의 포장 주머니 및 코어재는 조립되기까지의 동안에 공기 중의 수분을 서서히 흡착(흡습)한다. 코어재의 수분량이 열전도율에 크게 영향을 미치기 때문에, 진공 단열재를 조립하기 직전에 수분의 제거 및 수분의 재흡착을 방지하는 관리 처리가 필요해진다.

또한, 진공 단열재의 진공화 후의 두께가 0.1 내지 5㎜에서는 매우 얇아 단열성이 불충분하고, 명세서 중에 기재되어 있는 바와 같이 열전도율이 모두 4㎽/mㆍK 이상으로 높은 값을 나타낸다. 현 제품에 사용하는 글래스 울에서는, 평균 섬유 직경이 3 내지 5㎛인 극세 섬유에서는 열전도율이 약 2㎽/mㆍK로 낮다.

따라서, 새로운 유기 섬유의 진공 단열재라도, 글래스 울과 같은 정도의 단열 성능이 구해진다. 그 이유로서, 냉장고 등에 두께가 얇은 폴리에스테르 섬유의 진공 단열재를 탑재하면, 단열성이 불충분한 문제가 일어난다. 글래스 울의 진공 단열재에서는 소비 전력량의 관점에서, 통상의 경우에는 진공화 후의 두께가 약 10 ㎜이다. 얇은 진공 단열재에서는 절곡성은 우수하지만, 냉장고의 단열재에 사용한 경우, 소비 전력량을 저감시키는 효과가 작은 과제를 갖는다.

본 발명의 목적은 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수하고, 흡습성이 낮은 폴리스티렌 소재의 장섬유 웹을 진공 단열재의 코어재로 함으로써, 글래스 울을 사용한 경우와 동등한 열전도율(2㎽/mㆍK)을 나타내는 고성능인 진공 단열재를 제공하는 데 있다. 또한, 종래, 글래스 울이나 폴리에스테르 섬유를 사용했을 때에, 환경 부하와 단열성의 양립이 과제였던 열전도율, 절곡성, 수분 제거, 분진 정도, CO₂ 배출량이 개량되어, 순환형 에코 리사이클이 가능한 진공 단열재의 단열 상자체 및 냉장고를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 주로 다음과 같은 구성을 채용한다.

유기 섬유 집합체로 이루어지는 코어재와, 가스 또는 수증기를 흡착하는 게터제와, 상기 코어재 및 상기 게터제를 수납하는 가스 배리어성을 갖는 외포재를 구비하고, 상기 외포재의 내부를 진공 밀봉한 진공 단열재이며, 상기 코어재는 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수하고, 또한 흡습성이 낮은 소재를 용융방사로 직접 형성한 장섬유 웹을 갖는 구성으로 한다. 또한, 상기 코어재는 범용의 폴리스티렌 수지이고, 또한 이 폴리스티렌 수지는 멜트블로운(melt-blown) 및/또는 스펀본드(spunbond)의 용융방사에 의해 형성되어 있다. 또한, 코어재의 평균 섬유 직경이 8㎛ 내지 20㎛이고, 상기 코어재의 밀도가 150 내지 300㎏/㎥인 구성으로 한다.

또한, 외부 상자와 내부 상자로 형성되는 공간에, 진공 단열재를 설치하는 동시에 발포 단열재를 충전한 단열 상자체이며, 상기 진공 단열재는 유기 섬유 집합체로 이루어지는 코어재, 가스 또는 수증기를 흡착하는 게터제, 상기 코어재 및 상기 게터제를 수납하는 가스 배리어성을 갖는 외포재를 갖고 상기 외포재의 내부를 진공 밀봉한 것이고, 상기 진공 단열재의 코어재는 폴리스티렌 수지의 장섬유 웹을 갖는 구성으로 한다. 또한, 상기 진공 단열재는 상기 공간을 형성한 상기 외부 상자 상에 또는 상기 내부 상자 상에 설치되어 있다. 또한, 상기 진공 단열재는 상기 외부 상자 또는 상기 내부 상자의 2개의 면이 교차하는 코너부에 절곡하여 설치되어 있다.

본 발명에 따르면, 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수한 폴리스티렌 소재의 장섬유 웹을 새로운 코어재로 함으로써, 글래스 울의 진공 단열재와 동등한 열전도율(2㎽/mㆍK)을 나타내는 고성능인 진공 단열재를 제공할 수 있다.

또한, 글래스 울이나 폴리에스테르 섬유에서 과제였던 단열 성능과 환경 부하의 양립이 도모되는 진공 단열재로서, 열전도율, 절곡성, 수분 제거, CO₂ 배출량이 개량되어, 순환형 에코 리사이클이 가능한 진공 단열재 및 그것을 사용한 단열 상자체 및 냉장고를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재에 대해, 그 구성상의 특징 및 그 기능 또는 작용을 이하에 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1에 있어서, 부호 1은 진공 단열재, 부호 2는 외포재, 부호 3은 폴리스티렌 장섬유의 코어재, 부호 4는 게터제를 각각 나타낸다.

우선, 본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재에 대해, 주로 단열 성능과 환경 부하의 관점에서 그 특징을 차례로 설명한다. 본 실시 형태의 특징은, 유기 섬유의 코어재, 게터제(후술하지만, 가스나 수증기를 흡수하는 것), 외포재를 갖고, 외포재가 감압 밀봉되는 진공 단열재에 있어서, 유기 섬유가 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수한, 폴리스티렌 소재의 장섬유 웹을 배치한 것에 있다. 진공 단열재의 코어재는 대기압으로부터 그 형상을 유지하는 스페이서의 기능을 갖고, 감압 시의 압축 응력을 받아도 높은 공극을 갖는 섬유가 바람직하다. 또한, 단열 성능의 지표인 열전도율이 코어재의 종류에 따라서 크게 상이하므로, 저렴한 범용품이고 흡습성이 낮은 고강성의 섬유체로서, 폴리스티렌 섬유의 코어재를 새롭게 선정한 것을 특징으로 한다.

본 실시 형태에서 사용하는 폴리스티렌은 측쇄의 벤젠환이 부피가 크고 분자쇄가 강직하고 얽히기 어려워서 무르고, 굽힘 탄성률이 약 3000㎫ 이상의 범용품인 폴리스티렌이 바람직하다. 폴리스티렌은 소수성의 비극성기를 갖고, 흡습성이 낮고, 분자량은 섬유화되면 제한 없이 약 20만 내지 40만이 바람직하다. 예를 들어, 폴리스티렌 섬유 대신에, 범용의 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌의 섬유를 사용하면, 흡습성은 낮지만 굽힘 탄성률이 낮아 크리프 현상도 크기 때문에, 감압 시의 압축 응력으로 높은 공극을 얻는 것이 어렵고 열전도율이 5㎽/mㆍK 이상으로 높아, 단열 성능이 떨어진다.

섬유의 상태로서는, 단섬유와 같이 포인트 섬유 집합체에서 길이가 짧으면 열전도율이 높아지므로, 연속된 장섬유(연속된 일정하지 않은 길이의 섬유)로 평균 섬유 직경이 약 20㎛ 이하, 특히 5 내지 20㎛가 열전도율의 관점에서 바람직하다. 예를 들어, 섬유의 강도는 섬유 직경의 4승과 영률의 합에 비례하므로, 긴 직경을 1/2로 했을 때에 강도가 1/16까지 작아져, 매우 연해져 약 5㎛ 이상이 바람직하다.

반대로, 섬유 직경이 지나치게 커지면 섬유의 접촉이 선에 가까워져 접촉 열저항의 저감으로 열전도율이 높아져, 약 20㎛ 이하가 바람직하다. 또한, 평균 섬유 직경은 주사식 전자 현미경을 사용하여, 약 10개의 섬유를 포함하는 시야의 섬유 직경을 측정하였다.

또한, 코어재의 밀도가 150㎏/㎥ 이하에서는 코어재의 강도가 저하되어, 열전도율이 높아지는 경향이 있다. 또한, 반대로 300㎏/㎥ 이상에서는 무거워져 공극률 등의 관점에서 열전도율이 높아진다. 즉, 코어재의 밀도는 지나치게 가벼워도, 지나치게 무거워도, 단열성이 저하되는 경향이 있고, 상기 평균 섬유 직경에서는 바람직한 밀도가 150 내지 300㎏/㎥이다. 또한, 코어재의 밀도는 외포재에 수용한 진공화 후의 밀도로, 진공 단열재를 제작한 중량으로부터 외포재와 게터제의 중량을 뺀 후의 코어재 중량 및 진공 단열재의 체적으로부터 밀도를 산출하였다.

유기 섬유 집합체의 형성은 폴리스티렌 수지를 용융방사로, 노즐로부터 압출 하여 연신으로 직접 형성한 장섬유 웹이다. 폴리스티렌 섬유는 압출 온도가 약 200 내지 320℃에서 방사되고, 온도가 낮으면 압출 토크가 증대되고, 온도가 높으면 겔화되기 쉽고 섬유화하기 어렵다. 장섬유 집합체는 서멀 본드나 니들 펀치 등으로 접착 결합되어 있지 않은 코어재가 바람직하고, 배향된 웹이 생기도록 형성 포집된다.

구체적으로는, 멜트블로운으로 폴리스티렌을 노즐 선단으로부터 압출하여, 공기의 분사로 섬유를 연신하여 콜렉터 상에 포집시켜 웹을 형성한다. 스펀본드에서는, 복수의 방사 노즐 선단으로부터 연속적으로 압출하여, 공기의 분사로 이젝터로부터 섬유를 콜렉터 상에 포집시켜 마찬가지로 웹을 형성한다. 또한, 섬유 형상으로서는 원형으로 한정되지 않고, 대략 원 형상, 대략 Y형상, 대략 타원 형상, 대략 별 형상, 대략 다각 형상 등이라도 좋고, 폴리스티렌은 성형 수축률이 작으므로, 섬유 직경의 편차가 비교적 적은 섬유 집합체를 제공할 수 있다. 당연히, 리사이클재의 폴리스티렌 수지를 사용하여, 상기와 같은 장섬유 웹을 단독 혹은 병용시켜도 진공 단열재에 사용할 수 있다. 또한, 폴리스티렌 장섬유의 진공 단열재를 더욱 고온화하기 위해서는, 스킨층부 등에 약간 변형 온도가 높은 장섬유(예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리술폰 등)를 병용시켜 복합화하여 사용하는 것도 가능하다.

폴리스티렌 장섬유를 코어재에 사용한 진공 단열재에서는, 종래의 글래스 울이나 폴리에스테르 섬유의 코어재에 비해, 절곡부를 가온하면서 변형시키는 것이 가능해 형상 굽힘을 할 수 있는 진공 단열재가 얻어진다. 그 이유로서, 폴리스티 렌 섬유가 비결정성이고 글래스 전이 온도 부근에서 연화되기 쉬워진다.

한편, 글래스 울은 절곡되기 어렵고, 폴리에스테르 섬유는 결정성이고 글래스 전이 온도 부근에서도, 비결정 영역의 쇄상 분자가 결정 영역에 연결되어 구속됨으로써 가온에 의한 연화가 어렵다. 즉, 비결정성의 폴리스티렌은 글래스 전이 온도 부근에서 연화되기 쉬워지고, 결정성의 폴리에스테르는 글래스 전이 온도 부근에서도 결정이 융해되는 온도까지 연화되기 어렵다. 유기 섬유는 온도 상승에 의해, 글래스 전이 온도 부근에서 영률이나 강도가 저하되어 신장도가 증가하므로, 가온에 의한 형상 굽힘이 용이해지는 경향이 보인다.

또한, 글래스 울이나 폴리에스테르 섬유의 코어재에서는 흡수성이 높고 열전도율로의 영향이 현저하므로, 예를 들어 외포재로 삽입하기 전에 글래스 울일 때에는 약 300℃의 건조 처리, 폴리에스테르 섬유일 때에는 약 120℃의 건조 처리가 불가결하고, 이에 대해 본 실시 형태의 폴리스티렌 섬유의 코어재에서는, 흡수성이 낮으므로, 건조 처리가 특별히 필요한 것은 아니다.

외포재는 내부에 기밀부를 설치하는 코어재를 덮는 재료 구성으로, 감압 밀봉으로 코어재 형상을 반영하는 재질이 바람직하다. 예를 들어, 외포재에 강성이 높은 것을 사용하면 절곡이 곤란해져, 굽힘 가공 후에 핀 홀이 발생하는 원인이 된다. 따라서, 외포재로서는 라미네이트 필름을 주머니 형상으로 하는 것이 사용된다. 충격 대응의 최외층과 가스 배리어성 확보의 중간층과, 열융착에 의해 밀폐할 수 있는 최내층이 바람직하다.

최외층에 폴리아미드 필름을 사용함으로써 내천공성을 향상시키고, 중간층에 알루미늄 증착층을 갖는 에틸렌비닐 알코올 공중합체 필름을 설치하고, 최내층은 고밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리프로필렌을 들 수 있고, 시일성이나 케미컬 어택성으로부터 고밀도 폴리에틸렌이 바람직하다. 예를 들어, 구체적으로는 최외층에 폴리에틸렌테레프탈레이트, 중간층에 알루미늄박, 최내층에 고밀도폴리에틸렌으로 이루어지는 플라스틱 라미네이트 필름이나 최외층에 폴리에틸렌테레프탈레이트, 중간층에 알루미늄 증착층을 갖는 에틸렌비닐 알코올 공중합체, 최내층에 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어지는 플라스틱 라미네이트 필름 등이다.

진공 단열재의 신뢰성 향상에 게터제를 사용한다. 게터제는 이산화탄소, 산소, 질소 등의 가스, 수증기를 흡수하는 것이면 좋고, 도소나이트, 하이드로탈사이트, 금속 수산화물의 게터제, 혹은 몰레큘러시브, 실리카겔, 산화칼슘, 제올라이트, 소수성 제올라이트, 활성탄, 수산화칼륨, 수산화리튬의 흡수제를 사용한다. 그때, 게터제의 돌기에 의한 천공으로 외포재에 핀 홀이 발생하기 쉬우므로, 폴리스티렌 장섬유에 끼워서 사용함으로써 외포재의 핀 홀 발생을 억제할 수 있어 바람직하다.

상술한 진공 단열재는 단열 상자체를 갖는 냉장고 등에 사용할 수 있다. 냉장고 등은 외부 상자와 내부 상자로 공간을 만들어, 그 공간 내에 발포 수지 폼이 충전되어 있는 것으로, 발포 수지 폼을 충전하는 공간에 진공 단열재를 삽입할 수 있다. 진공 단열재와 발포 수지의 삽입 방법은 미리 내부 상자와 외부 상자로 형성한 공간에 진공 단열재를 설치해 두고, 그 후, 발포 수지 폼을 주입하여 일체 성 형하는 방법, 혹은 진공 단열재와 발포 수지 폼을 미리 일체 성형한 진공 단열재를 제작해 두고, 그 진공 단열재를 내부 상자 혹은 외부 상자에 부착하거나 또는 양자로 끼움 지지하는 방법이 있다. 이들의 방법은 단열 성능을 필요로 하는 물품에 따라서 적절하게 사용된다.

상술한 진공 단열재는 보온ㆍ보냉이 필요한 각 제품에 적용할 수 있다. 예시하면, 냉장고, 차량, 건축물 건재, 자동차, 의료용 기기 등이다. 특히, 열교환부를 포함하여 단열이 필요한 제품 전반에 유효하다. 냉장고로 본 발명의 진공 단열재를 적용함으로써 보온ㆍ보냉 기능을 향상시켜, 열누설량의 저감 및 에너지 절약화를 기대할 수 있다. 냉장고 등에는 가정용이나 업무용의 냉장ㆍ냉동고 외에, 자동 판매기, 상품 진열장, 보냉고, 쿨러 박스 등이 포함된다. 또한, 차량에 적용함으로써, 공간 절약화의 진공 단열재의 설치에 의해 차내 공간이 확대되어, 충분한 단열 효과를 갖게 하여 결로 등의 문제 해결을 기대할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재 및 이것을 적용한 냉장고에 관한 구성과 제작 방법에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조하면서 이하에 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2는 종래 기술에 있어서의 진공 단열재의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 3은 본 실시 형태에 관한 진공 단열재를 적용한 단열 상자체의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 4는 본 실시 형태에 관한 진공 단열재를 적용한 냉장고의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재의 구체예인 복수의 실시예에 대해, 비교예와 대비하여 그 속성을 나타내는 도면이다.

도면에 있어서, 부호 1은 진공 단열재, 부호 2는 외포재, 부호 3은 폴리스티렌 장섬유의 코어재, 부호 3'는 코어재 굽힘부, 부호 4는 게터제, 부호 5는 글래스 울 또는 폴리에스테르 섬유, 부호 6은 종래의 진공 단열재, 부호 7은 단열 상자체, 부호 8은 경질 폴리우레탄 폼, 부호 9는 상자체, 부호 10은 냉장고, 부호 11은 냉장고 내부 상자, 부호 12는 냉장고 외부 상자를 각각 나타낸다.

본 실시 형태에 관한 진공 단열재(1)는 폴리스티렌 장섬유의 코어재(코어재)(3)에 게터제(4)와 함께 외포재(2)로 감압 밀봉되는 구성의 것이다. 본 실시 형태의 진공 단열재(1)에 따르면, 폴리스티렌 장섬유의 코어재(3)를 사용하여, 단열 성능과 환경 부하를 양립할 수 있는 열전도율이 낮은 평면 형상의 진공 단열재(1)가 얻어진다. 또한, 이 진공 단열재(1)를, 외포재(2)의 용착 온도 이하의 약 60 내지 80℃에서 가온하면서 구부림으로써, 외포재(2)로의 변형이 적어 열전도율이 낮은 굽힘 형상의 진공 단열재(1)도 제작 가능하다. 그 결과, 평면 형상이나 굽힘 형상의 진공 단열재(1)를 조합하여, 상자체 및 냉장고에 사용할 수 있는 우수한 진공 단열재(1)를 제공한다.

한편, 도 2에 종래의 진공 단열재(6)의 단면 모식도를 도시한다. 글래스 울의 코어재나 폴리에스테르 섬유의 코어재(5)를 게터제(4)와 함께 외포재(2)로 감압 밀봉하는 구성의 진공 단열재이다. 종래의 진공 단열재(6)는, 글래스 울에서는 단열성이 좋지만 환경 부하가 떨어지고, 폴리에스테르 섬유에서는 환경 부하가 좋지만 단열성이 떨어지고, 단열 성능과 환경 부하가 양립되는 코어재가 얻어지지 않아, 코어재(5)의 절곡성도 글래스 울이나 폴리에스테르 섬유에서는 어렵고, 억지로 구부리면 섬유의 절단이나 굽힘부에서 두께 감소나 외포재(2)의 외측 부분의 박막화에서 일어나는 핀 홀이 발생하기 쉬워져, 진공 단열재로의 단열 성능을 악화시킨다.

도 3에 본 실시 형태의 진공 단열재(1)를 구비한 단열 상자체(7)의 사시 모식도를 도시한다. 이 단열 상자체(7)는 철판을 프레스 성형한 상자체(9)의 내면측의 일부에, 폴리스티렌 장섬유를 넣은 진공 단열재(1)를 삽입하고, 또한 공극 부분에 경질 폴리우레탄 폼(8)을 발포 충전한 구성의 것이다. 진공 단열재(1)를 제작할 때에는, 코어재(3)의 일부를 가온부(3')에서 절곡한 굽힘 형상의 진공 단열재를 사용하고 있다.

본 실시 형태의 진공 단열재는 폴리스티렌 장섬유의 조건 등을 바꾸어 제작하여, 열전도율 및 열전도율의 경시 변화, 절곡성, 수분 제거, CO₂ 배출량, 에코 리사이클을 확인하였다. 또한, 폴리스티렌 장섬유 이외의 섬유 코어재를 사용한 것을 제1 비교예 내지 제4 비교예로서 제작하여 마찬가지로 확인하였다. 그 확인의 결과를 도 5에 나타낸다.

도 5에 따르면, 본 실시 형태에 관한 진공 단열재의 구체예인 제1 실시예 내지 제5 실시예를, 제1 비교예 내지 제4 비교예와 대비하여 예로 들고, 이하 이들에 대해 구체적으로 설명한다.

「제1 실시예」

본 실시 형태의 평판 형상의 진공 단열재는 이하와 같이 제작하였다. 범용 의 폴리스티렌 수지(분자량 : 약 20만, 굽힘 탄성률 : 약 3000㎫)를 사용하여, 스펀본드 방사로 폴리스티렌을 복수의 노즐 선단을 통과시키면서, 약 290℃의 온도에서 연속적으로 압출하여, 공기 분사로 제어된 이젝터로부터 섬유를 콜렉터 상에 포집시켜, 대략 원 형상의 장섬유 웹을 형성하였다. 그 평균 섬유 직경이 약 15.6㎛이고 밀도가 약 230㎏/㎥이다.

또한, 가스 배리어성 필름으로 이루어지는 외포재 중에 형성한 장섬유 웹의 코어재를 겹쳐서 넣고, 가스 흡착의 게터제(몰레큘러시브 13X)를 끼워, 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣고 챔버의 내부 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일로 진공 밀봉하였다.

얻어진 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)의 열전도율은 에이코 세이키(주)제의 AUTO-A를 사용하여 10℃에서 측정하였다. 열전도율이 2.5㎽/mㆍK, 또한 진공 단열재를 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후, 열전도율을 재측정한 결과 4.2㎽/mㆍK였다. 이것으로부터, 폴리스티렌의 장섬유 웹을 가진 진공 단열재에서는, 환경 부하에 우수하고 흡습성이 낮아, 가스 배리어성 및 내부의 진공도가 유지되는 고성능인 진공 단열재를 제공할 수 있다.

「제1 비교예」

제1 실시예의 폴리스티렌 섬유 대신에, 폴리에스테르 섬유 집합체(평균 섬유 직경 : 약 16.5㎛, 밀도 : 약 180㎏/㎥)는 흡습성이 높으므로, 수분 제거(120℃/1h 건조)의 처리를 한 코어재를 사용하여, 가스 배리어성의 외포재에 가스 흡착의 게 터제(몰레큘러시브 13X)와 함께 넣고, 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣고, 챔버의 내부 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일하여 진공 밀봉에 의해 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)를 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 제1 실시예와 동일한 진공 단열재는 열전도율이 4.2㎽/mㆍK, 진공 단열재를 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후의 열전도율을 재측정한 결과, 8.2㎽/mㆍK였다.

이것으로부터, 폴리에스테르 섬유를 사용한 코어재에서는 환경 부하에 대한 문제(분진 정도, CO₂ 배출량, 에코 리사이클)는 보이지 않지만, 흡습성이 높아 가스 배리어성 및 내부의 진공도가 저하되는 진공 단열재에서는, 열전도율이 높아 단열 성능의 저하가 보인다.

「제2 실시예」

본 실시 형태의 굽힘 형상의 진공 단열재는 이하와 같이 제작하였다. 범용의 폴리스티렌 수지(분자량 : 약 30만, 굽힘 탄성률 : 약 3200㎫)를 사용하여, 멜트블로운 방사로 폴리스티렌을 노즐 선단으로부터 통과시키면서 약 260℃의 온도에서 연속적으로 압출하여, 공기의 분사로 섬유를 연신하여 콜렉터 상에 포집시킨 대략 Y 형상의 장섬유 웹을 형성하였다. 평균 섬유 직경은 약 8.0㎛이고 밀도가 약 150㎏/㎥이다.

또한, 가스 배리어성의 외포재에 형성한 장섬유 웹의 코어재를 겹쳐서 넣고, 가스 흡착의 게터제(소수성 제올라이트 HiSiv-3000)를 끼워, 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣고 챔버의 내부 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일하여 진공 밀봉으로 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)를 얻었다. 그 후, 굽기 시험기의 지지대 압자에 진공 단열재를 끼워, 약 60 내지 80℃의 온도에서 가온하면서 굽힘 형상의 진공 단열재를 제작하였다.

열전도율을 측정한 결과, 2.0㎽/mㆍK를 나타냈다. 또한, 절곡성을 평가하기 위해, 굽기 시험기를 사용하여 시험 조건(속도가 10㎜/min, 지지점간 거리가 100㎜이고 지지대 및 압자가 ø20㎜인 환봉을 가온), 변위량 40㎜에서의 최대 굽힘 하중(N)을 측정하였다. 그 결과, 절곡성은 70.5N으로 낮고, 또한 그 진공 단열재를 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후의 열전도율을 재측정한 결과, 3.2㎽/mㆍK였다.

이것으로부터, 폴리스티렌의 장섬유 웹을 가진 진공 단열재에서는, 절곡해도 열전도율의 열화가 억제되어 있다. 굽힘 형상의 진공 단열재는 가온되는 코어재를 반영하여 구부려도 외포재에 과도한 응력이 가해지지 않아, 열전도율이 우수한 고성능인 진공 단열재를 제공할 수 있다.

「제2 비교예」

제2 실시예의 폴리스티렌 섬유 대신에, 폴리에스테르 섬유 집합체(평균 섬유 직경 : 약 17.2㎛, 밀도 : 약 210㎏/㎥)는 흡습성이 높기 때문에, 수분 제거(120℃/1h 건조)의 처리를 한 코어재를 사용하여, 가스 배리어성의 외포재에 가스 흡착의 게터제(소수성 제올라이트 HiSiv-3000)와 함께 넣고, 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣고, 챔버의 내부 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일로 진공 밀봉하여, 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)를 얻었다.

그 후, 제2 실시예와 마찬가지로 굽기 시험기에서 가온하면서, 굽힘 형상의 진공 단열재를 형성하였지만 구부리기 어렵다. 또한, 제2 실시예와 마찬가지로 최대 굽힘 하중(N)을 측정한 결과, 절곡성이 120N이고, 열전도율이 5.2㎽/mㆍK를 나타냈다. 그 후, 진공 단열재를 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후에 열전도율을 재측정한 결과, 9.5㎽/mㆍK까지 높아졌다.

이것으로부터, 폴리에스테르 섬유의 코어재에서는 구부리기 어려우므로, 진공 단열재의 코어재 및 외포재에 응력이 가해져 가스 배리어성 및 내부의 진공도 저하에 의해, 열전도율의 경시 열화가 높아 단열 성능의 저하가 보인다.

「제3 실시예」

본 실시 형태의 평판 형상의 진공 단열재는 이하와 같이 제작하였다. 범용의 폴리스티렌 수지를 사용하고, 스펀본드 방사로 형성한 대략 원 형상의 평균 섬유 직경이 약 20㎛인 장섬유 웹 및 범용의 폴리스티렌 수지를 사용하고, 멜트블로운 방사로 형성한 대략 Y 형상의 평균 섬유 직경이 약 9.2㎛인 장섬유 웹의 양자를 코어재에 사용하였다. 밀도는 약 300㎏/㎥이다. 우선, 얇은 폴리에틸렌 등의 내부 주머니를 사용하여, 스펀본드 방사와 멜트블로운 방사로 형성한 양자의 장섬유 웹을 가스 흡착의 게터제(몰레큘러시브 13X)와 함께 넣고 가진공 밀봉한 후, 또한 가스 배리어성의 외포재에 삽입하여 내부 주머니를 개봉한 후, 즉시 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣고 챔버의 내부 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일에 의해 진공 밀봉하여 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)를 제작하였다.

또한, 제3 실시예에서는 외포재에 코어재를 삽입할 때에 매우 넣기 쉬운 방법으로서, 열전도율에 영향을 미치지 않는 내부 주머니를 사용한 것이다. 열전도율을 측정한 결과, 2.4㎽/mㆍK, 또한 진공 단열재를 60℃의 항온조 중에 넣고 30일간 방치한 후에 열전도율을 재측정한 결과, 3.8㎽/mㆍK였다.

이것으로부터, 섬유 직경이 상이한 2종의 폴리스티렌 장섬유를 사용한 진공 단열재에서도, 흡습성이 낮아 가스 배리어성 및 내부의 진공도가 유지되어 고성능인 진공 단열재를 제공할 수 있다.

「제4 실시예」

제3 실시예의 평판 형상의 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)를, 굽기 시험기의 지지대 압자에 진공 단열재를 끼워, 약 60 내지 80℃의 온도에서 가온하면서 굽힘 형상의 진공 단열재를 제작하였다. 열전도율을 측정한 결과, 2.8㎽/mㆍK이고, 평판 형상의 진공 단열재와 대략 동등한 열전도율을 나타냈다.

또한, 절곡성의 평가로서, 굽기 시험기를 사용하여 시험 조건(속도가 10㎜/min, 지지점간 거리가 100㎜이고 지지대 및 압자가 ø20㎜인 환봉을 가온), 변위량 40㎜에서의 최대 굽힘 하중(N)을 측정하였다. 그 결과, 절곡성은 72.9N으로 낮고, 또한 그 진공 단열재를 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후의 열전도율을 재측정한 결과, 4.4㎽/mㆍK였다.

이것으로부터, 폴리스티렌 장섬유 웹을 2종 가진 진공 단열재에서도, 절곡해도 열전도율의 열화가 억제되어 있다. 굽힘 형상의 진공 단열재는 가온되는 코어재를 반영하여 구부려도 외포재에 과도한 응력이 가해지지 않아, 열전도율이 우수한 고성능인 진공 단열재를 제공할 수 있다.

「제5 실시예」

본 실시 형태의 평판 형상의 진공 단열재는 이하와 같이 제작하였다. 냉장고의 트레이 등으로부터 리사이클재의 폴리스티렌 수지(분자량 : 약 23만, 굽힘 탄성률 : 약 3500㎫)를 스펀본드 방사에 의해, 복수의 노즐 선단을 통과시키면서 약 300℃의 온도에서 연속적으로 압출하고, 공기 분사로 제어된 이젝터로부터 섬유를 콜렉터 상에 포집시켜, 대략 원 형상의 평균 섬유 직경이 약 14.2㎛인 장섬유 웹을 사용하였다. 코어재의 밀도는 약 210㎏/㎥이다.

또한, 가스 배리어성의 외포재 중에 형성한 장섬유 웹의 코어재를 겹쳐서 넣고, 가스 흡착의 게터제(몰레큘러시브 13X)를 끼워, 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣고, 챔버 내부의 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일에 의해 진공 밀봉하였다. 이렇게 하여 얻어진 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)의 열전도율은, 2.6㎽/mㆍK, 또한 진공 단열재를 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후에 열전도율을 재측정한 결과, 4.1㎽/mㆍK였다.

이것으로부터, 리사이클재의 폴리스티렌 장섬유를 사용한 진공 단열재에서는, 흡습성이 낮아 가스 배리어성 및 내부의 진공도가 유지됨으로써, 열전도율이 우수한 고성능인 진공 단열재를 제공할 수 있다.

「제6 실시예」

본 실시 형태의 제6 실시예는, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 진공 단열재를 냉장고에 사용한 예이다. 냉장고는 진공 단열재 및 그 밖의 단열재에 의해 단열되어 있다. 냉장고에 있어서, 외기온과의 온도차가 특히 큰 것은, 컴프레서 주변부와, 냉장고 배면의 내부 상자의 외면측이다. 이 부위에 본 실시 형태의 진공 단열재(1)를 사용하는 것이 유효하다. 진공 단열재에는 폴리스티렌 장섬유의 코어재를 설치하여, 변형부와 평면부를 조합하여 제작한 것을 사용하였다.

진공 단열재는 단열벽의 굽힘부에 따라서 배치한 진공 단열재이다. 진공 단열재를 굽힘부의 내부 상자측에 설치하는 경우에는, 내부 상자의 형상을 따라서 내부 상자에 밀착하도록 설치되어 있다. 또한, 진공 단열재는, 굽힘부의 외부 상자측에 설치하는 경우에는, 외부 상자의 형상을 따라서 설치되어 있다. 단열벽의 굽힘부는 단열벽의 변형부를 구성하는 부분이다. 또한, 외부 상자의 배면부 및 냉장고 도어 중 하나에도 진공 단열재를 배치하고 있다(도 4를 참조).

상자체에 폴리올과 이소시아네이트를, 고압 발포기를 사용하여 주입 충전하여 냉장고의 단열재를 제작하였다. 발포 단열재의 경질 폴리우레탄 폼은 폴리올로서, 평균 수산기값이 450인 m-톨릴렌디아민에 프로필렌옥사이드를 부가한 폴리에테르폴리올을 40중량부, 평균 수산기값이 470인 오르토-톨릴렌디아민에 프로필렌옥사이드를 부가한 폴리에테르폴리올을 30중량부, 평균 수산기값이 380인 o-톨릴렌디아민에 프로필렌옥사이드를 부가한 폴리에테르폴리올을 30중량부의 혼합 폴리올 성분 100중량부에, 시클로펜탄 15중량부에 물 1.5부 및 반응 촉매로서 테트라메틸헥사메틸렌디아민 1.2중량부와 트리메틸아미노에틸피페라진 2부, 정포제(整泡劑)로서 유기 실리콘 화합물 X-20-1614를 2중량부, 이소시아네이트 성분으로서 미리오네이트 MR의 디페닐메탄이소시아네이트 다핵체를 125부 사용하여 발포 충전하였다.

단열 후의 냉장고의 열누설량 및 소비 전력량을 측정하였다. 냉장고의 열누설량은 냉장고의 동작 상태와 반대의 온도 조건을 설정하여 고 내로부터의 열누설량으로서 측정을 행하였다. 구체적으로는, －10℃의 항온실 내에 냉장고를 설치하여, 고 내 온도를 소정의 측정 조건(온도차)이 되도록 히터에 각각 통전하여 냉장고의 소비 전력과 냉각 성능을 비교하는 온도 조건으로 측정하였다. 냉장고의 소비 전력량은 JIS 측정 기준으로 행하였다.

그 결과, 진공 단열재를 삽입하지 않았던 냉장고에 비해, 열누설량으로 8.5％, 소비 전력량으로 12％ 저감 가능한 냉장고를 제공할 수 있었다. 또한, 상기한 경질 폴리우레탄 폼은 본 실시 형태의 진공 단열재(1)와 함께, 냉장고 및 단열 상자체에 사용하는 것이 가능하고, 경질 폴리우레탄 폼 이외에 페놀 폼이나 스티렌 폼 등이 예시되지만, 시클로펜탄 및 물을 혼합 발포제로 하는 경질 폴리우레탄 폼이 바람직하다.

「제7 실시예」

본 실시 형태의 제7 실시예는 진공 단열재를 더블 스킨 구조재의 차량의 단열재로서 사용하는 예이다. 더블 스킨 구조를 갖는 차량에 있어서는, 경량화와 내압성 향상을 도모하기 위해, 그 측면 및 지붕 구조체가 곡면을 갖는 구조로 되어 있어, 종래의 진공 단열재에서는 부착이 곤란하다. 또한, 부착하면 외포재에 변형이 발생하여, 내부의 진공도가 저하되어 단열 성능이 떨어진다. 진공 단열재는 폴리스티렌 장섬유 웹의 코어재를 갖고, 평판 형상으로 구부려 형상을 조합하여 제작한 것을 사용하였다.

본 실시 형태의 진공 단열재(1)를 사용한 경우에는, 구조체의 곡면을 따라서 부착하는 것이 가능해져, 차량의 단열 효과를 갖고, 차량 내의 결로 등의 문제도 발생하지 않았다. 또한, 단열 특성이 우수한 진공 단열재이고, 단열재의 두께를 저감시킴으로써 차량의 실내 공간이 넓어지는 효과도 보여, 본 실시 형태의 진공 단열재는 차량용 단열재로서도 유효하다.

「제8 실시예」

본 실시 형태의 제8 실시예는 진공 단열재를 자동 판매기의 단열재로서 사용하는 예이다. 자동 판매기에 있어서도 에너지 절약화와 공간 용적 향상을 도모하기 위해, 그 측면의 평판 형상 진공 단열재, 하면의 굽힘 형상 진공 단열재를 갖는 구조로 되어 있고, 종래의 진공 단열재에서는 구부리기 어렵고, 억지로 구부리면 외포재에 변형이 발생하여, 내부의 진공도가 저하되어 단열 성능이 악화된다.

따라서, 제8 실시예에 있어서는, 진공 단열재(1)는 폴리스티렌의 장섬유 웹을 사용한 코어재를 갖고, 평판 형상으로 구부려 형상을 조합하여 제작한 것을 사용하였다.

본 실시 형태의 진공 단열재(1)를 사용함으로써, 구조체의 곡면을 따라서도 부착하는 것이 가능해, 냉장고와 마찬가지로 경질 폴리우레탄 폼을 상자체에 충전 한다. 진공 단열재는 평판 및 굽힘 형상 모두에, 내부의 진공도가 저하되지 않아 단열 특성이 우수하므로, 에너지 절약화와 공간 용적이 향상되어 본 발명의 진공 단열재는, 자동 판매기용 단열재로서도 유효하다.

「제3 비교예」

제1 실시예, 제2 실시예의 폴리스티렌 섬유 대신에, 극세 섬유이고 평균 섬유 직경이 4.1㎛인 글래스 울 집합체(밀도 : 250㎏/㎥)는 흡습성이 높기 때문에, 수분 제거(약 300℃/1h 건조)의 처리를 한 코어재를 사용하여, 가스 배리어성의 외포재에 가스 흡착의 게터제(4)(몰레큘러시브 13X)와 함께 넣고, 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣고, 챔버의 내부 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일하여 진공 밀봉에 의해 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)를 제작하였다.

이와 같이 하여 얻어진 평판 형상의 진공 단열재는 열전도율이 2.0㎽/mㆍK를 나타내고, 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후에 열전도율을 재측정한 결과, 3.2㎽/mㆍK로 우수했다. 그러나, 굽힘 형상의 진공 단열재를 형성하였지만 구부리기 어렵고, 절곡성을 제2 실시예, 제4 실시예와 마찬가지로 측정을 한 결과, 최대 굽힘 하중이 134N으로 높은 값을 나타냈다.

이것으로부터, 글래스 울을 사용한 코어재에서는, 수분 제거의 건조 공정을 도입함으로써 열전도율은 낮고 단열 성능이 우수하다. 그러나, 형상 굽힘성이나 환경 부하(분진 정도, CO₂ 배출량, 에코 리사이클)가 떨어지는 과제를 갖는다.

「제4 비교예」

제1 실시예, 제2 실시예의 폴리스티렌 섬유 대신에, 폴리프로필렌섬유 집합체(평균 섬유 직경 : 16.5㎛, 밀도 : 180㎏/㎥)의 코어재를 사용하여, 가스 배리어성의 외포재에 가스 흡착의 게터제(4)(몰레큘러시브 13X)와 함께 넣고, 진공 포장기의 로터리 펌프로 10분, 확산 펌프로 10분, 진공 챔버 내에 넣어 챔버의 내부 압력이 1.3㎩로 될 때까지 배기한 후, 외포재의 단부를 히트 시일로 진공 밀봉에 의해 진공 단열재(크기 : 500㎜ × 500㎜ × 10㎜)를 제작하였다.

이와 같이 하여 얻어진 진공 단열재는 열전도율이 5.8㎽/mㆍK이고, 또한 60℃의 항온조 중에 30일간 방치한 후의 열전도율을 재측정한 결과, 10.5㎽/mㆍK였다. 또한, 굽힘 형상의 진공 단열재를 형성하였지만 구부리기 어렵고, 절곡성을 제2 실시예, 제4 실시예와 마찬가지로 측정을 한 결과, 최대 굽힘 하중이 124N으로 높다.

이것으로부터, 폴리프로필렌 섬유를 사용한 코어재에서는 환경 부하에 대한 문제(분진 정도, CO₂ 배출량, 에코 리사이클)는 보이지 않지만, 폴리프로필렌 섬유의 코어재에서는 연하고 공극률이 낮고, 내부의 진공도 저하에 의해 열전도율이 높아 단열 성능이 떨어지는 과제를 갖는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수한 폴리스티렌 소재의 장섬유 웹을 새로운 코어재로 함으로써, 글래스 울의 진공 단열재와 동등한 열전도율(2㎽/mㆍK)을 나타내는 고성능인 진공 단열재로 할 수 있다. 또한, 글래스 울이나 폴리에스테르 섬유에서 과제였던 단열 성능과 환경 부하의 양립을 도모할 수 있는 진공 단열재로 할 수 있다. 또한, 진공 단열재를 냉장고에 탑재하여, 경질 폴리우레탄 폼을 발포 충전함으로써, 열누설량 및 소비 전력량을 저감시킬 수 있다. 특히, 폴리스티렌 장섬유의 진공 단열재는 보온ㆍ보냉 등의 열교환부를 포함하는 단열 상자체나 냉장고 등에 유효하다.

부연하면, 본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재를 정리하면, 다음과 같은 특징을 구비하는 것이다. 즉, 유기 섬유 집합체로 이루어지는 코어재와, 가스 또는 수증기를 흡착하여 코어재 중에 배치된 게터제와, 상기 코어재 및 상기 게터제를 수납하는 가스 배리어성을 갖는 외포재를 구비하고, 상기 외포재의 내부를 진공 밀봉한 진공 단열재에 있어서, 그 코어재가, 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수한 소재를 직접방사로 형성한(용융방사로 직접 형성한) 장섬유 웹을 갖는 것이다. 그리고, 보다 바람직한 구성예로서 다음의 것을 들 수 있다. 즉, 상기 코어재가, 탄소와 수소로 이루어지는 소재가 폴리스티렌 수지인 것이다. 또한, 상기 폴리스티렌 수지가 범용품이고 멜트블로운 및/또는 스펀본드의 용융방사에 의해 형성하여 이루어지는 것이다. 또한, 상기 코어재의 평균 섬유 직경이 8㎛ 내지 20㎛ 및 밀도가 150 내지 300㎏/㎥인 것이다. 또한, 상기 코어재의 장섬유 웹이 내부 주머니 내부에 수납되어, 이 내부 주머니를 수납한 상기 외포재에 있어서의 내부 주머니를 포함하는 내부를 감압하여 밀봉하여 이루어지는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에서는 외부 상자와 내부 상자로 형성되는 공간을 진공 단열재를 설치하고 발포 단열재를 충전하여 이루어지는 단열 상자체이 며, 상기 진공 단열재는 코어재에 적어도 폴리스티렌의 장섬유 웹을 갖고, 상기 코어재와 게터제를 내포하고, 내부를 감압하여 밀봉한 가스 배리어성을 갖는 외포재를 갖는 것이다. 그리고, 보다 바람직한 구성예로서 다음의 것을 들 수 있다. 즉, 상기 단열 상자체에 있어서, 상기 외부 상자 또는 상기 내부 상자에 상기 진공 단열재를 설치하는 구성으로 하는 것이다. 또한, 상기 단열 상자체에 있어서, 상기 외부 상자 또는 상기 내부 상자의 2개의 면이 교차하는 코너부에 상기 진공 단열재를 절곡하여 설치하는 구성으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재의 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 종래 기술에 있어서의 진공 단열재의 구성을 도시하는 단면도.

도 3은 본 실시 형태에 관한 진공 단열재를 적용한 단열 상자체의 구성을 도시하는 단면도.

도 4는 본 실시 형태에 관한 진공 단열재를 적용한 냉장고의 구성을 도시하는 단면도.

도 5는 발명의 실시 형태에 관한 진공 단열재의 구체예인 복수의 실시예에 대해, 비교예와 대비하여 그 속성을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 진공 단열재

2 : 외포재

3 : 폴리스티렌 장섬유의 코어재

3' : 코어재 굽힘부

4 : 게터제

5 : 글래스 울 또는 폴리에스테르 섬유

6 : 종래의 진공 단열재

7 : 단열 상자체

8 : 경질 폴리우레탄 폼

9 : 상자체

10 : 냉장고

11 : 냉장고 내부 상자

12 : 냉장고 외부 상자

Claims (9)

1. 유기 섬유 집합체로 이루어지는 코어재와, 가스 또는 수증기를 흡착하는 게터제와, 상기 코어재 및 상기 게터제를 수납하는 가스 배리어성을 갖는 외포재를 구비하고, 상기 외포재의 내부를 진공 밀봉한 진공 단열재이며,

   상기 코어재는 탄소와 수소로 이루어지는 환경에 우수하고, 또한 흡습성이 낮은 소재를 용융방사로 직접 형성한 장섬유 웹을 갖는 것을 특징으로 하는, 진공 단열재.
2. 제1항에 있어서, 상기 코어재는 폴리스티렌 수지인 것을 특징으로 하는, 진공 단열재.
3. 제2항에 있어서, 상기 폴리스티렌 수지는 범용품이며, 멜트블로운과 스펀본드 중 하나 이상의 용융방사에 의해 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 진공 단열재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어재의 평균 섬유 직경이 8㎛ 내지 20㎛이고, 상기 코어재의 밀도가 150 내지 300㎏/㎥인 것을 특징으로 하는, 진공 단열재.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어재의 장섬유 웹은 내부 주머니의 내부에 수납되고, 상기 내부 주머니는 상기 외포재에 수납되고, 상기 외포재에 있어서의 내부 주머니를 포함하는 내부를 감압하여 밀봉하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 진공 단열재.
6. 외부 상자와 내부 상자로 형성되는 공간에, 진공 단열재를 설치하는 동시에 발포 단열재를 충전한 단열 상자체이며,

   상기 진공 단열재는 유기 섬유 집합체로 이루어지는 코어재, 가스 또는 수증기를 흡착하는 게터제, 상기 코어재 및 상기 게터제를 수납하는 가스 배리어성을 갖는 외포재를 갖고 상기 외포재의 내부를 진공 밀봉한 것이고,

   상기 진공 단열재의 코어재는 폴리스티렌 수지의 장섬유 웹을 갖는 것을 특징으로 하는, 단열 상자체.
7. 제6항에 있어서, 상기 진공 단열재는 상기 공간을 형성한 상기 외부 상자 상에 또는 상기 내부 상자 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 단열 상자체.
8. 제6항에 있어서, 상기 진공 단열재는 상기 외부 상자 또는 상기 내부 상자의 2개의 면이 교차하는 코너부에 절곡하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 단열 상자체.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 단열 상자체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 냉장고.

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