KR20120093460A - 진공 단열체용 외피재 및 진공 단열체 - Google Patents
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Abstract
진공 단열체용 외피재는, 진공 단열체의 외피로 사용되는 진공 단열체용 외피재에 있어서, 서로 진공접착제로 접착되는 복수 개의 금속 코팅층; 및 상기 복수 개의 금속 코팅층 중에서 가장 외측에 형성된 금속 코팅층의 외측면 및 가장 내측에 형성된 금속 코팅층의 내측면에 형성된 폴리머층;을 포함한다.
Description
본 발명은 건물이나 냉장고 등의 진공 단열체에 사용되는 진공 단열체용 외피재 및 이를 이용한 진공 단열체에 관한 것이다.
인류가 소비하는 에너지 총량의 절반은 주거 및 상업용 건물의 냉난방에 소비되고 있으며, 이러한 비율은 국내의 경우에도 동일하다. 현재, 대체에너지 수급량이 총 에너지 소비량의 1~2%에 불과하고 장기적으로도 10%를 넘지 못한다는 것을 고려해보면, 냉난방 에너지의 절감이 현재의 에너지 위기를 타개할 수 있는 가장 효과적인 방안이라고 할 수 있다. 이렇게 많은 에너지를 냉난방에 소비하는 이유는, 기존 단열체의 열전도계수가 지난 1세기 동안 30mW/m?K라는 한계치에서 조금도 더 발전하지 못하고 있기 때문이다.
현재의 단열재로 에너지 소비를 절반으로 줄이고자 한다면 단열재의 두께가 너무 두꺼워져 경제적으로 건축하는 것이 불가능하고, 더욱이 기존의 건물의 경우에는 이를 허물지 않고는 달리 방도가 없다.
따라서, 기존 및 신축 건물에 내외장재의 형태로 적용할 수 있는 초단열재가 개발되어야 하며, 진공 단열체가 이를 가능하게 할 수 있다. 여기서, 진공 단열체는 다공성 충진물과 이를 싸고 있는 차단성 외피재로 구성되는데, 외피재 내부의 기체를 제거하여 진공상태를 수년 동안 유지함으로써 매우 낮은 열전도율을 가지는 것을 말한다. 즉, 진공 단열체는 기존의 단열재에 비하여 10~100배의 단열성능을 가지는 것으로서, 진공 단열체를 사용하면 단열의 효과가 증대되는 동시에 단열재의 두께가 감소되어 내부공간의 활용도는 더욱 커질 것이다.
도 1을 통하여 종래의 진공 단열체 외피재 구조를 살펴보기로 한다.
도 1은 종래의 진공 단열체의 외피재 구조를 나타내는 상 측면도이다. 도 1을 참조하면, 외피재의 구조는 PET(Polyethylene terephthalate) 필름(10), LDPE(Low density polyethylene, 102) 알루미늄 등의 금속필름(30), LLDPE(Linear low density polyethylene, 104)로 구성된다. 중간에 위치한 낮은 투과성을 가지는 금속필름(103)에 의해 외피재의 표면을 통한 외기의 침투를 거의 막을 수 있다.
이러한 진공 단열체의 내부는 진공상태로 유지되어 내부에서의 대류 열전달을 막는다. 따라서, 내부 진공도에 따라 그 성능에 있어 현저한 차이가 있으므로 내부의 진공도 유지가 상당히 중요하다. 이러한 진공 단열체에서 사용되는 외피재에는 내부의 진공도를 유지하기 위해 약 7μm 정도의 금속필름을 사용한다. 이 금속필름은 또 하나의 열전달 매개체가 되어 진공 단열체의 모서리를 통해 중간부분에 비하여 약 10배 정도의 열전달이 이루어지게 하는데, 이 과정에서 모서리 효과를 발생시켜 진공 단열체의 성능을 저하시킨다.
또한, 이를 피하기 위해 매우 얇은 금속 코팅층을 사용할 경우 금속 코팅층 제작시에 형성되는 핀홀이라는 미세한 구멍에 의해 진공도가 유지되지 못하여 그 단열성능이 저하됨으로써 진공 단열체로서의 역할을 수행하지 못하게 된다.
본 발명은 진공 단열체에서 핀홀에 의한 진공도 유지 저해요인을 제거하여 진공 단열체의 성능저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 진공 단열체의 성능을 저하시키는 요인이 되는 모서리 효과의 발생을 줄이는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재는, 진공 단열체의 외피로 사용되는 진공 단열체용 외피재에 있어서, 서로 진공접착제로 접착되는 복수 개의 금속 코팅층; 및 상기 복수 개의 금속 코팅층 중에서 가장 외측에 형성된 금속 코팅층의 외측면 및 가장 내측에 형성된 금속 코팅층의 내측면에 형성된 폴리머층;을 포함한다.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재에서는, 최소한 2장 이상의 금속 코팅층을 가스 투과도가 낮은 진공 접착제에 의해 접착하여 내부의 압력을 높일 수 있게 됨으로써, 진공도 유지에 영향을 주는 요인인 핀홀을 통한 기체 침투를 줄여 진공 단열체의 성능저하를 방지할 수 있다. 또한, 금속 증착증은 종래의 금속 필름보다 얇은 두께로 형성되므로, 진공 단열체의 성능을 저하시키는 요인이 되는 모서리 효과의 발생을 줄일 수 있다.
청구항 2에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재는, 내부 구조체; 상기 내부 구조체의 빈 공간을 채우는 충진재; 상기 내부 구조체 및 충진재를 감싸는 외피재;을 포함하고, 상기 외피재는, 서로 진공접착제로 접착되는 복수 개의 금속 코팅층; 및 상기 복수 개의 금속 코팅층 중에서 가장 외측에 형성된 금속 코팅층의 외측면 및 가장 내측에 형성된 금속 코팅층의 내측면에 형성된 폴리머층;을 포함한다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재에서는, 최소한 2장 이상의 금속 코팅층을 가스 투과도가 낮은 진공 접착제에 의해 접착하여 내부의 압력을 높일 수 있게 됨으로써, 진공도 유지에 영향을 주는 요인인 핀홀을 통한 기체 침투를 줄여 진공 단열체의 성능저하를 방지할 수 있다. 또한, 금속 증착증은 종래의 금속 필름보다 얇은 두께로 형성되므로, 진공 단열체의 성능을 저하시키는 요인이 되는 모서리 효과의 발생을 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 최소한 2장 이상의 금속 코팅층을 가스 투과도가 낮은 진공 접착제에 의해 접착하여 내부의 압력을 높일 수 있게 됨으로써, 진공도 유지에 영향을 주는 요인인 핀홀을 통한 기체 침투를 줄여 진공 단열체의 성능저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 진공 단열체의 성능을 저하시키는 요인이 되는 모서리 효과의 발생을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 금속 증착층은 높은 반사율에 의해 복사 차폐막의 역할을 하므로 별도의 복사 차폐막을 설치할 필요가 없다.
도 1은 종래의 진공 단열체의 외피재 구조를 나타내는 상 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층의 구조를 나타내는 상 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층의 접착구조를 나타내는 상 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층에서 발생하는 핀홀을 현미경을 이용하여 찍은 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재 구조를 나타내는 상 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에서 금속 코팅층의 가스 투과도를 계산하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체의 외피재를 적용한 진공 단열체의 내부구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층의 구조를 나타내는 상 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층의 접착구조를 나타내는 상 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층에서 발생하는 핀홀을 현미경을 이용하여 찍은 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재 구조를 나타내는 상 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에서 금속 코팅층의 가스 투과도를 계산하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체의 외피재를 적용한 진공 단열체의 내부구조를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층의 구조를 나타내는 상 측면도이다. 도 2를 참조하면, 금속 코팅층(106)에 미세한 구멍이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 관련하여, 기존에 사용되는 외피재에서 낮은 투과성을 가지는 금속필름은 7μm의 두께를 갖는데, 본 발명의 일 실시예에서는 금속필름 대신에 알루미늄 등의 얇은 금속 코팅층(예를 들어, 금속 증착층)(106)을 사용한다. 얇은 금속 코팅층(106)의 두께의 일례는, 30~70nm의 범위를 들 수 있다. 금속 증착증(106)은 종래의 금속필름보다 얇은 두께로 형성되므로, 진공 단열체의 성능을 저하시키는 요인이 되는 모서리 효과의 발생을 줄일 수 있다.
그러나, 금속 코팅층(106)은 너무 얇기 때문에 형성될 때 핀홀(pin hole, 107)이라는 미세한 구멍이 형성되며 이는 진공도 유지에 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층의 접착구조를 나타내는 상 측면도이다. 도 3을 참조하면, 외피재는 금속 코팅층(106)을 가질 경우 금속 코팅층(106)이 형성될 당시 핀홀(107a, 107b)이라는 미세한 구멍이 발생함으로써 진공도 유지에 치명적인 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 최소한 2장 이상의 금속 코팅층(106)을 가스투과도가 낮은 우레탄 접착제 등의 진공 접착제(108)를 이용하여 접착시킴으로써 핀홀(107a, 107b)에 의한 진공도 저해요인을 현저히 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에 사용되는 금속코팅층에서 발생하는 핀홀을 현미경을 이용하여 찍은 사진이다. 도 4를 참조하면, 외피재에 합지되는 금속 코팅층은 여러 군데에 핀홀(107)이라는 미세한 구멍을 가지고 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재의 구조를 나타내는 상 측면도이다. 도 5를 참조하면, 진공 단열체의 외피로 사용되는 진공 단열체용 외피재는, 서로 진공접착제로 접착되는 복수 개의 금속 코팅층(106a, 106b), 및 복수 개의 금속 코팅층(106a, 106b) 중에서 가장 외측에 형성된 금속 코팅층(106a)의 외측면에 형성된 폴리머층(polymer layer, 131) 및 가장 내측에 형성된 금속 코팅층(106b)의 내측면에 형성된 폴리머층(132)을 포함한다. 도 6에서는 금속 코팅층 (106a, 106b)을 2장으로 도시하였으나, 3장 이상도 가능하다.
금속 증착증(106)은 종래의 금속필름보다 얇은 두께로 형성되므로, 진공 단열체의 성능을 저하시키는 요인이 되는 모서리 효과의 발생을 줄일 수 있다.
또한, 금속 코팅층(106a, 106b)을 접착하는 접착제와 관련하여, 진공 접착제(108)가 사용되는데, 진공 접착제(108)로는 우레탄 접착제가 사용될 수 있다.
폴리머층(130)의 구조를 살펴보면, 폴리머층(130)은 가장 외측에 형성된 금속 코팅층(106a)의 외측면에 형성된 폴리머층(131)과, 가장 내측에 형성된 금속 코팅층(106b)의 내측면에 형성된 폴리머층(132)으로 구성된다. 여기서, 폴리머층(130)을 상세히 설명하기 위해, 가장 외측에 형성된 금속 코팅층(106a)의 외측면에 형성된 폴리머층(131)을 제1 폴리머층이라 명명하고, 가장 내측에 형성된 금속 코팅층(106b)의 내측면에 형성된 폴리머층(132)을 제2 폴리머층(132)이라고 명명하기로 한다.
제1 폴리머층(131)은, 제1 금속 코팅층(106a)의 일면에 형성된 제1 PET 필름 (105), 제1 PET 필름(105) 상에 형성된 제 1 LDPE(Low density polyethylene, 102), 제1 LDPE(102) 상에 형성된 제2 PET 필름(101)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 폴리머층(132)은, 제2 금속 코팅층(106b)의 일면에 형성된 제3 PET 필름(105), 제3 PET 필름(105) 상에 형성된 제2 LDPE(102), 제2 LDPE(102) 상에 형성된 LLDPE(Linear low density polyethylene, 104)를 포함할 수 있다.
이와 같은 제1 폴리머층(131) 및 제2 폴리머층(132)의 구성은 일 실시예에 불과한 것이며, 다른 실시예로도 구성 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체 외피재에서 금속 코팅층의 가스 투과도를 계산하기 위한 개략도이다. 도 6을 참조하면, 금속 코팅층에 발생된 핀홀(107a, 107b)이라는 미세한 구멍이 대칭적으로 분포해 있음을 알 수 있다. 위층과 아래층의 핀홀(107a, 107b)이 정확히 반피치 어긋나 있다고 가정하면 해석적 방법에 의해 금속 코팅층의 가스 투과도를 계산할 수 있다.
1차원 정상 열전도식을 살펴보면 수학식 1과 같다.
여기서, q는 단위시간당의 열전달량, k는 열전도도, Ac는 열전달 면적, δ는 열전달 경로의 두께, ΔT는 온도차를 나타낸다.
1차원 정상 물질전달식을 살펴보면 수학식 2와 같다.
여기서, R은 기체상수, V는 부피, K는 가스 투과도, ΔP는 압력차를 나타낸다. 이때, R, T, V는 상수임을 알 수 있고, 수학식 1과 수학식 2는 그 형태가 매우 유사하여 서로 상사하여 사용할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 간단한 열저항 이론을 이용하여 금속 코팅층의 가스 투과도를 구할 수 있다.
위층과 아래층의 핀홀(107a, 107b)이라는 미세한 구멍에 의해 퍼지는 현상과 모이는 현상에 의한 열저항은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, r은 핀홀(107a, 107b)의 반지름을 나타낸다.
위층의 핀홀(107a)과 아래층의 핀홀(107b) 사이의 폴리머 층에 의한 저항은 도 7의 오른쪽 그림과 같이 상사하여 수학식 4를 이용하여 열저항을 구할 수 있다.
여기서, L은 핀홀(107a, 107b)의 대칭구조의 길이이다.
수학식 3과 수학식 4를 이용하여 금속 코팅층의 가스 투과도는 수학식 5와 같이 구할 수 있다.
여기서, Keff는 금속 코팅층의 가스투과도, K는 폴리머층의 가스 투과도이다.
수학식 5에 삽입되는 상수 R, AC , m2, δ가 각각 아래와 같다고 하자.
이때, 
이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 코팅층의 가스 투과도가 폴리머층의 가스 투과도에 비해 1/1000의 가스 투과도를 가지기 때문에, 진공도 유지에 현저한 성능을 보임을 알 수 있다. 도 7에서는 위층과 아래층의 금속 코팅층에 생긴 핀홀의 반지름을 각각 rp, r0로 표기하고 있는데, r0가 rp보다 훨씬 크다는 것을 확인할 수 있다. 이는 위층의 금속 코팅층의 가스 투과도가 아래층의 금속 코팅층의 가스 투과도보다 현저하게 낮다는 것을 의미한다.
위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열체의 외피재를 적용한 진공 단열체의 내부구조를 도시한 도면이 도 7이다.
도 7을 참조하면, 진공 단열체는, 내부 구조체(200), 내부 구조체의 빈 공간을 채우는 충진재(300), 및 내부 구조체(200)와 충진재(300)를 감싸는 외피재(100)를 포함한다.
외피재(100)는 대기상태의 공기침투를 막기 위한 것이고, 내부 구조체(200)는 대기압을 견디기 위한 것으로 최소의 열이 전달되게 설계된다. 충진재(300)는 낮은 진공도에서도 진공 단열체의 성능을 유지하기 위한 것으로 그 크기가 작을수록 좋은 성능을 갖는다.
이와 같은 진공 단열체는 도 5에서 살펴본 진공 단열체의 외피재를 포함하므로, 외피재가 갖는 특성을 모두 포함할 뿐만 아니라 이에 따라 외피재가 갖는 효과도 또한 동일하게 갖는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 진공 단열체는, 기존 단열재에 비하여 10~100배로 절감된 유효 열전달 계수를 가짐으로써 건물이나 냉장고 등의 단열이 필요한 내부공간의 효율적인 단열이 이루어질 수 있고, 단열재의 두께 감소로 인해 내부공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 높은 진공상태 유지성능을 갖으므로 보다 오랫동안 진공 단열체의 성능이 유지된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100 : 외피재
101, 105 : PET 필름
102 : LDPE
104 : LLDPE
106, 106a, 106b : 금속 증착층
107, 107a, 107b : 핀홀
108 : 진공 접착제
130 : 폴리머층
131 : 제1 폴리머층
132 : 제2 폴리머층
200 : 내부 구조체
300 : 충진재
101, 105 : PET 필름
102 : LDPE
104 : LLDPE
106, 106a, 106b : 금속 증착층
107, 107a, 107b : 핀홀
108 : 진공 접착제
130 : 폴리머층
131 : 제1 폴리머층
132 : 제2 폴리머층
200 : 내부 구조체
300 : 충진재
Claims (2)
- 진공 단열체의 외피로 사용되는 진공 단열체용 외피재에 있어서,
서로 진공접착제로 접착되는 복수 개의 금속 코팅층; 및
상기 복수 개의 금속 코팅층 중에서 가장 외측에 형성된 금속 코팅층의 외측면 및 가장 내측에 형성된 금속 코팅층의 내측면에 형성된 폴리머층;
을 포함하는, 진공 단열체용 외피재. - 내부 구조체;
상기 내부 구조체의 빈 공간을 채우는 충진재;
상기 내부 구조체 및 충진재를 감싸는 외피재;
을 포함하고,
상기 외피재는,
서로 진공접착제로 접착되는 복수 개의 금속 코팅층; 및
상기 복수 개의 금속 코팅층 중에서 가장 외측에 형성된 금속 코팅층의 외측면 및 가장 내측에 형성된 금속 코팅층의 내측면에 형성된 폴리머층;
을 포함하는,
진공 단열체.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110006342A KR101271455B1 (ko) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 진공 단열체용 외피재 및 진공 단열체 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110006342A KR101271455B1 (ko) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 진공 단열체용 외피재 및 진공 단열체 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120093460A true KR20120093460A (ko) | 2012-08-23 |
| KR101271455B1 KR101271455B1 (ko) | 2013-06-10 |
Family
ID=46884853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101271455B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200073776A (ko) * | 2018-12-14 | 2020-06-24 | 서울대학교산학협력단 | 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름 및 그 제조방법, 이를 이용한 진공단열패널 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100816962B1 (ko) * | 2004-06-03 | 2008-03-25 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 진공 단열재 및 진공 단열재를 구비하는 보냉 기기 |
-
2011
- 2011-01-21 KR KR1020110006342A patent/KR101271455B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200073776A (ko) * | 2018-12-14 | 2020-06-24 | 서울대학교산학협력단 | 진공단열패널용 금속폴리머 복합필름 및 그 제조방법, 이를 이용한 진공단열패널 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101271455B1 (ko) | 2013-06-10 |
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