KR20110133384A - 진공단열재용 심재 및 이를 이용한 진공단열재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중량이 낮으며, 심재의 표면 평활도가 우수한 진공단열재용 심재 및 이를 이용한 진공단열재에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 진공단열재는 교대로 적층되는 기재층과 댐핑(damping)층을 구비하는 내부층과상기 내부층의 양 표면에 적층되는 표면층을 포함하는 심재와 상기 심재를 진공 포장하며 외부로부터 표면보호층, 금속 배리어층 및 접착층의 적층 구조를 갖는 것을 외피재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진공단열재는 교대로 적층되는 기재층과 댐핑(damping)층을 구비하는 내부층과상기 내부층의 양 표면에 적층되는 표면층을 포함하는 심재와 상기 심재를 진공 포장하며 외부로부터 표면보호층, 금속 배리어층 및 접착층의 적층 구조를 갖는 것을 외피재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 진공단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심재를 특정 구조체 형상으로 형성함으로써, 심재를 경량화함과 동시에 심재 자체의 공극률을 높일 수 있는 진공단열재에 관한 것이다.
진공단열재(Vacuum Insulation Panel)는 일반적으로 가스 배리어성이 뛰어난 복합 플라스틱 라미네이트 필름으로 이루어지는 봉지체에 심재로서 연속 기포 경질 플라스틱 발포체나 무기물 등을 수납하고 내부를 감압한다. 그 후 둘레 가장자리의 가스 배리어성 필름끼리의 적층 부분을 히트실링하여 제조된다.
이 때, 진공단열재에 사용되는 심재는, 열전도율이 작고, 가스 발생이 적은 무기 화합물이 적합하다. 특히, 유리 섬유의 적층체가 심재로서 사용된 진공 단열재는 우수한 단열 성능을 갖는 것으로 알려져 있다.
기존 진공단열재용 심재의 경우, 벌키(bulky)한 글라스 울을 유리 섬유의 유리전이온도까지 가열하여 열압착시킨 후, 표면 강성을 증진시켜서 사용하거나 또는 글라스 울을 니들링(needling)해서 매트화시켜서 사용하였다.
그러나 이러한 경우, 진공단열재의 열전도율은 개선할 수 있지만, 제품을 제조한 후에 글라스 울의 표면 밀도차에 의해서 제품 표면의 평활도가 나빠지는 경향이 있고, 제품의 외형에 있어서 국소적인 두께차가 발생된다.
또한 열압착된 글라스 울을 외피제 봉투 내부에 투입하는 과정에서 심재 자체의 유연성으로 인해서 작업이 어려운 경우가 발생한다.
본 발명의 목적은 유리 섬유 직물(glass fabric)을 구조체 형상으로 형성한 진공단열재용 심재를 제공하여, 경량화시키고 공극률을 높여 성능이 개선된 심재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유리 섬유 직물(glass fabric)을 구조체 형상으로 형성한 진공단열재용 심재를 포함한 진공단열재를 제공하여, 제품 자체의 중량을 줄이고 단열 성능 및 제품 제조 후의 표면 평활도가 개선된 진공단열재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열재용 심재는 교대로 적층되는 기재층과 댐핑(damping)층을 구비하는 내부층 및 상기 내부층의 양 표면에 적층되는 표면층을 포함하며, 상기 표면층과 기재층은 평평한 형상을 갖고, 댐핑층은 단면이 파형의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열재는 교대로 적층되는 기재층과 댐핑(damping)층을 구비하는 내부층과, 상기 내부층의 양 표면에 적층되는 표면층을 구비하는 심재 및 상기 심재를 진공 포장하는 외피재를 포함하며, 상기 표면층과 기재층은 평평한 형상을 갖고, 댐핑층은 단면이 파형의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 심재를 사용한 진공단열재에 의하면 심재가 구조체의 형상으로 이루어져 그 중량이 작으며, 또한 공극률이 커서 단열 성능이 우수하고 제품 제조 후 평활도가 개선되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재에서의 표면층 및 기재층의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재에서의 댐핑층의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재에 포함되는 게터재의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재에 포함되는 외피재의 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재에서의 표면층 및 기재층의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재에서의 댐핑층의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재에 포함되는 게터재의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재에 포함되는 외피재의 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재를 도시한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진공단열재용 심재 및 이를 이용한 진공단열재에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 따른 심재 및 그 제조방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재의 종단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 표면층, 댐핑층 및 기재층으로 구성된 심재가 도시되어 있다. 심재(100)의 최상부와 최하부에 표면층(110, 170)이 놓이고 표면층(110, 170) 사이에 댐핑층(120, 140, 160) 및 기재층(130, 150)이 교대로 적층된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재에서의 표면층 및 기재층의 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진공단열재용 심재에서의 댐핑층의 사시도이다.
표면층(110, 170)을 평평하게 형성하는 것은 심재(100)의 전체적인 형상이 평평하게 하기 위함이다. 특히 종래의 글라스 울(glass wool)을 집면하여 사용한 심재에서는 글라스 울의 표면 밀도차에 의해서 제품 표면의 평활도가 나빠지는 경향이 있었는데, 표면층(110, 170)을 평평하게 형성함으로써 표면 밀도의 균일성을 부여하여 제품 표면의 평활도를 개선할 수 있다. 결국, 심재(100)를 포함한 진공단열재의 평평한 제품에 적용이 가능하게 되는 것이다.
댐핑층(120, 140, 160)이 복수로 적층될 때 심재(100)의 전체적인 형상을 평평하게 유지하게 하기 위하여 댐핑층(120, 140, 160) 사이에 평평한 형상의 기재층(130, 150)이 적층되는 것이다.
또한, 댐핑층(120, 140, 160)은 단면이 파형의 형상을 갖는데, 이로써 심재(100)의 부피에 비하여 중량을 낮추어 작업성을 증진시킬 수 있고, 심재(100) 내부의 공극률을 높여서 내부의 진공 부피를 높일 수 있다. 진공 부피를 늘림으로써 최종적으로는 심재(100) 전후로의 대류에 의한 열전달을 최소화하여 단열 성능이 우수한 진공단열재의 제조가 가능하게 된다.
따라서 도 3 내지 도 5에서와 같이 표면층(110, 170)과 기재층(130, 150)은 평평한 형상을 갖고, 댐핑층(120, 140, 160)은 단면이 파형의 형상을 갖는 것이 바람직하다.
댐핑층(120, 140, 160) 단면의 파형은 삼각형, 사각형 및 곡면형 중에서 선택되어 형성될 수 있다. 그러나 파형의 형상은 상기의 형태로 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 안에서 다양한 형태로의 변형이 가능하다.
또한, 도 4 및 도 5에서와 같이 댐핑층(120, 140, 160)이 복수 개로 형성되는 경우, 상호 인접한 댐핑층(120, 140, 160) 간은 단면의 파형 방향이 상호 교차하도록 형성하는 것이 바람직하다. 이는 진공 상태에서 심재(100)의 상하 방향으로 전달되는 열전도를 최소화하기 위함이다. 또한 단면의 파형 방향이 교차하도록 형성하면, 제품을 제조하는 과정에서 내부에 진공상태를 부여 시, 진공압에 의해 심재(100)에 가해지는 수축력을 분산시킬 수 있다.
상기 표면층(110, 170), 기재층(130, 150) 및 댐핑층(120, 140, 160) 중 하나 이상은 유기소재를 포함할 수 있다. 유기 소재로서는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르(PET) 등 다양한 소재의 적용이 가능하다.
상기 표면층(110, 170), 기재층(130, 150) 및 댐핑층(120, 140, 160) 중 하나 이상은 유리 섬유 직물(glass fabric)을 포함할 수 있다. 유리 섬유는 열전도율이 작고, 가스 발생이 적어 진공단열재용 심재의 소재로서 적합하고, 상기와 같은 구조체를 형성하기 위하여는 변형이 가능한 직물(fabric) 형태가 바람직하다.
유리 섬유 직물은 평균 직경이 5㎛ 이상 12㎛ 이하, 평균 길이가 10mm 이상 50mm 이하의 유리 섬유로 이루어지는 것이 바람직하고, 평균 직경이 5㎛ ~ 12㎛ 이하, 평균 길이가 10mm ~ 50mm 이하의 유리 섬유로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 유리 섬유의 평균 직경이 12㎛를 초과하거나 또는 평균 길이가 50mm를 초과하면, 댐핑층을 형성함에 있어서 구부리는 등의 자유로운 변형이 불가능하고, 열전도 측면에서 열저항값이 저하되는 경향이 있다. 그리고 평균 직경이 5㎛를 미만이거나 또는 평균 길이가 10mm 미만이면, 열전도 측면에서 유리하나 직물 형태의 유리 섬유 직물(glass fabric)을 제조하기가 어려워진다.
상기 유리 섬유 직물은 유리 섬유 및 무기바인더를 포함하여 형성될 수 있다. 유리 섬유를 무기바인더(물유리)에 분산하여 직물로 제조되는 습식 제조법에 의할 수 있다. 무기 바인더에 의해 유리 섬유 간의 결합을 용이하게 하기 위함이며, 물유리는 물, 실리카 파우더 및 수산화나트륨을 포함하여 구성될 수 있다.
무기 바인더로서는 실리카졸 또는 규산나트륨 수용액이 바람직하며, 무기바인더는 전체 중량대비 10%/wt 이하로 유지하면서, 무기바인더의 SiO2함량이 전체 중량대비 4%/wt 이하로 설계하는 것이 바람직하다. 무기바인더가 10%/wt를 초과할 경우, 유리 섬유에 H20 함량이 증대되어 진공단열재의 성능 저하 및 장시간의 건조 공정이 필요하게 되고, SiO2 함량이 4%/wt를 초과할 경우, 유리 섬유의 바인더 층이 두꺼워져서 열전도 측면에서 열저항 값을 저하시키는 원인이 된다.
또한 상기 유리 섬유 직물에서의 유리 섬유는 열압착하여 형성할 수 있다. 이는 유리 섬유의 강성을 높이기 위함이고, 고온에서 열압착하는 방법으로서, 플레이트 프레스, 벨트 프레스 등의 방법이 사용될 수 있다. 열압착은 400℃ 이상의 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 400℃ 미만의 온도에서 행할 경우 울 및 보드를 구성하고 있는 유리 섬유 조직의 변형이 효과적으로 이루어지지 않아 압착이 효과적으로 되지 않는다.
본 발명에 따른 진공단열재는 상기 일정한 구조체 형상의 심재 및 상기 심재를 진공 포장하는 외피재를 포함하여 형성이 되고, 상기 심재에 부착 또는 삽입되는 게터재를 더 포함하여 형성될 수도 있다.
도 6은 실시예에 따른 진공단열재에 포함되는 게터재의 단면도이다.
외부의 온도 변화에 의해서 외피재 내부에서 가스 및 수분이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 게터재를 사용하고 있으며, 본 발명에 따른 게터재에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 파우치(210)에 담겨진 생석회(CaO, 200)를 볼 수 있다. 본 발명에서는 순도 95% 이상의 생석회 분말을 사용하되, 파우치(210) 또한 주름지 및 폴리프로필렌(PP) 함침 부직포로 형성하여 25% 이상의 수분 흡수 성능을 확보할 수 있도록 한다. 이때, 전체 단열 패드의 두께를 고려하여 게터의 두께는 2mm 이내로 형성하는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8은 실시예에 따른 진공단열재에 포함되는 외피재의 단면도이다.
본 발명의 진공단열재용 심재를 감싸는 봉지체가 되는 외피재(300, 400)가 형성된다. 이하 그 구체적인 형상 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
외피재(300, 400)는 먼저 접착층(330, 440) 상부에 형성되는 금속 배리어층(320, 430) 및 표면 보호층(310)이 순차적으로 형성된다. 이때, 접착층(330, 440)은 봉지체의 내부에 형성되는 층이고, 표면 보호층(310)은 최외곽에 노출되는 층으로서 정의될 수 있다.
또한, 접착층(330, 440)은 히트실링에 의해서 서로 열용착되는 층으로서 진공 상태를 유지시킬 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 따라서, 접착층(330, 440)은 열용착이 용이한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA) 및 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 열가소성 플라스틱 필름으로 형성하되, 충분한 실링 특성을 제공하기 1 ~ 100㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 접착층(330, 440) 상부에 가스 차단 및 심재 보호를 위한 배리어층(320, 430)으로서 6 ~ 7㎛의 두께의 금속 박막을 형성한다. 이때, 일반적으로 알루미늄 호일(Foil) 금속 배리어층(320, 430)이 가장 많이 사용되고 있으며, 알루미늄 호일 보다 더 뛰어난 특성을 가진 박막이 뚜렷하게 밝혀지지 않은 상태이므로, 본 발명에서도 알루미늄 호일을 이용한다. 이때, 알루미늄은 금속 소재이므로 접힘시 크랙(Crack)이 발생되는 등 문제가 있을 수 있는데, 이를 방지하기 위하여, 금속 배리어층(320, 430) 상부에 표면 보호층(310)을 형성한다.
본 발명에 따른 외피재의 표면 보호층은 10 ~ 14㎛의 두께 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(410) 및 20 ~ 30㎛의 두께 나일론(Nylon) 필름(420)의 적층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 금속 배리어층(430)에서 발생하는 크랙(Crack)의 정도가 심각한 경우 폴리에틸렌테레프탈레이트/나일론 필름(410, 420)에도 손상이 가해질 수 있는데, 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 비닐계 수지층을 코팅하여 사용한다.
상기 비닐계 수지층은 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐브탈랄(PVB), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 수지 중 선택된 하나 이상으로 이루어진 비닐계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 외피재의 기밀 특성을 더 향상시키기 위하여 상기 표면 보호층(310), 금속 배리어층(320, 430) 및 접착층(330, 440)은 각각 폴리우레탄(PU)계 수지를 이용하여 접착시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 외피재(300, 400)를 형성함으로써, 본 발명에 따른 진공단열재는 최상의 기밀성과 장기 내구 성능을 가질 수 있도록 한다.
도 9 및 도 10은 실시예에 따른 진공단열재를 도시한 단면도이다.
도 9는 심재(500)의 표면에 게터재(510)를 부착시킨 상태에서 외피재(520)를 이용하여 밀봉한 상태의 진공단열재를 도시한 것이고, 도 10은 심재(600) 내부에 게터재(610)를 삽입한 상태에서 외피재(620)를 밀봉한 상태의 진공단열재를 도시한 것이다.
100: 심재
110, 170: 표면층
120, 140, 160: 댐핑층
130, 150: 기재층
200: 생석회
210: 파우치
300, 400: 외피재
310: 표면보호층
320, 430: 금속 배리어층
330, 440: 접착층
410: 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름
420: 나일론 필름
500, 600: 심재
510, 610: 게터재
520, 620: 외피재
110, 170: 표면층
120, 140, 160: 댐핑층
130, 150: 기재층
200: 생석회
210: 파우치
300, 400: 외피재
310: 표면보호층
320, 430: 금속 배리어층
330, 440: 접착층
410: 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름
420: 나일론 필름
500, 600: 심재
510, 610: 게터재
520, 620: 외피재
Claims (24)
- 교대로 적층되는 기재층과 댐핑(damping)층을 구비하는 내부층; 및
상기 내부층의 양 표면에 적층되는 표면층;을 포함하는 진공단열재용 심재.
- 제1항에 있어서,
상기 표면층과 기재층은 평평한 형상을 갖고, 댐핑층은 단면이 파형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제2항에 있어서,
상기 댐핑층은 단면의 파형이 삼각형, 사각형 및 곡면형 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제2항에 있어서,
상기 댐핑층은 인접한 2개의 댐핑층 단면의 파형 방향이 상호 교차하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제1항에 있어서,
상기 기재층 또는 댐핑층은 복수 개인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면층, 기재층 및 댐핑층 중 하나 이상은 유기소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제6항에 있어서,
상기 유기소재는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 및 폴리에스테르 중 어느 하나로 선택된 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면층, 기재층 및 댐핑층 중 하나 이상은 유리 섬유 직물(glass fabric)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제8항에 있어서,
상기 유리 섬유 직물은 평균 직경이 12㎛ 이하의 유리 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제9항에 있어서,
상기 유리 섬유 직물은 평균 직경이 5㎛ 이하의 유리 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제8항에 있어서,
상기 유리 섬유 직물은 평균 길이가 50mm 이하의 유리 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제11항에 있어서,
상기 유리 섬유 직물은 평균 길이가 10mm 이하의 유리 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제8항에 있어서,
상기 유리 섬유 직물은 유리 섬유 및 무기바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 제8항에 있어서,
상기 유리 섬유 직물에서의 유리 섬유는 열압착되어 있는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 심재.
- 교대로 적층되는 기재층과 댐핑층을 구비하는 내부층과, 상기 내부층의 양 표면에 적층되는 표면층을 구비하는 심재; 및
상기 심재를 진공 포장하는 외피재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제15항에 있어서,
상기 표면층과 기재층은 평평한 형상을 갖고, 댐핑층은 단면이 파형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제16항에 있어서,
상기 표면층, 기재층 및 댐핑층 중 하나 이상은 유기소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제16항에 있어서,
상기 표면층, 기재층 및 댐핑층 중 하나 이상은 유리 섬유 직물(glass fabric)을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제16항에 있어서,
상기 심재에 부착 또는 삽입되는 게터(getter)재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제19항에 있어서,
상기 게터재는 순도 95%이상의 생석회(CaO) 분말이 파우치에 포장되어 있는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제16항에 있어서,
상기 외피재는 외부로부터 표면보호층, 금속 배리어층 및 접착층을 포함하는 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제21항에 있어서,
상기 표면보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 나일론(nylon) 필름의 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제22항에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 상부에는 비닐계 수지가 코팅된 것을 특징으로 하는 진공단열재.
- 제21항에 있어서,
상기 금속 배리어층은 알루미늄 호일(Foil)로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재.
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