KR20150060582A

KR20150060582A - 진공 단열재 및 이를 포함하는 냉장고

Info

Publication number: KR20150060582A
Application number: KR1020140165371A
Authority: KR
Inventors: 토시미츠 츠루가; 켄타로 칸; 켄지 타케우치
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-06-03
Also published as: JP6594618B2; JP2016035320A; US20170001405A1; EP3076115B1; KR102196200B1; US10137658B2; EP3076115A4; EP3076115A1

Abstract

단열 성능과 굴곡 강도 양쪽 모두가 우수한 진공 단열재를 제공한다.
진공 단열재(1)는 자루 형상의 외피재(3)와 복수의 무기 섬유를 포함한 적어도 1매의 시트(7)로 구성되고 외피재(3) 안에 봉입된 심재(5)를 구비한다. 시트(7)는 복수의 무기 섬유 중 일부의 무기 섬유를 집속하여 이루어진 집속 무기 섬유(9)를 복수 포함하고 있다. 적어도 일부의 집속 무기 섬유(9)끼리는 접촉하고 있다.

Description

진공 단열재 및 이를 포함하는 냉장고{VACCUM INSULATING MATERIAL AND REFREGERATOR COMPRISING THE SAME}

본 명세서에 개시된 기술은 진공 단열재 및 이를 적용한 냉장고에 관한 것이다.

진공 단열재는 우수한 단열 성능을 갖고 있어 보랭 및 보온을 위한 다양한 기기에 사용되고 있다. 종래의 진공 단열재는 심재(芯材)로서 원심법 또는 화염법에 의해 얻어지는 유리 섬유를 많이 사용하고 있었으나 섬유의 직선성이 좋고 섬유 배향성이 우수한 연속 필라멘트 법을 이용한 것도 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 예를 들면 심재는 복수 매의 무기 섬유 부직포를 중첩하여 제작된다.

또, 고밀도 무기 섬유 부직포를 얻기 위한 목적으로 일부 섬유가 집속(集束)된 무기 섬유와 섬유를 결합하는 바인더 성분이 구성 재료로서 사용되는 경우도 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

또, 내충격성 향상을 위해 100개 이상을 집속한 섬유 필라멘트를 20 중량% 이상 포함하고 또한 유리 전이점이 30℃ 이하인 바인더를 사용하여 얻을 수 있는 fiberglass reinforced plastics (FRP) 용 기재 부직포의 경우도 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).

[특허 문헌 1] 일본특허공개공보 2009-162267호 [특허 문헌 2] 일본특허공개공보 2004-323992호 [특허 문헌 3] 일본특허공개공보 평10-292254호

그러나 특허 문헌 1에 기재된 구성에서는 직선성이 좋은 무기 섬유 중의 대부분이 부직포 표면과 거의 평행한 방향으로 연재하여 중첩되어 있어서 섬유끼리의 접촉은 적었다. 따라서 부직포의 강성은 작아지고 진공 단열재의 굴곡 강도가 저하하여 취급성이 나빠질 우려가 있다.

또, 특허 문헌 2, 3에 기재된 무기 섬유 부직포는 진공 단열재로서의 사용은 고려하지 않은 것으로써 진공 단열재 재료로써 기기의 보랭 또는 보온용으로 사용할 경우 단열 성능 저하를 포기하지 않고 굴곡 강도를 개선하기는 어렵다.

본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하기 위하여 단열 성능과 굴곡 강도 양쪽 모두가 우수한 진공 단열재를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 의한 냉장고는 가스 차단성을 가지는 자루 형상의 외피재와 복수의 무기 섬유를 포함한 1매의 시트 또는 복수 매의 적층된 상기의 시트로 구성되어 상기 외피재 안에 봉입된 심재를 구비하고 상기 외피재 내부가 감압된 진공 단열재를 포함하는 것이다. 상기 시트는 상기 복수의 무기 섬유 중 일부의 무기 섬유를 집속하여 이루어진 집속 무기 섬유를 복수개 포함하고 있으며 적어도 일부의 상기 집속 무기 섬유끼리는 접촉하고 있다.

본 명세서에 개시된 진공 단열재에 의하면 우수한 단열 성능과 우수한 굴곡 강도을 구현할 수 있다.

도 1(a)은 제1 실시 형태와 관련한 진공 단열재(1)를 나타낸 사시도이며 도 1(b)는 해당 진공 단열재(1)의 도 1(a)에 표시한Ib-Ib 선의 단면도이다.
도 2는 진공 단열재(1)의 심재(5)로서 사용되는 시트(7)의 표면을 촬영한 사진도이다.
도 3(a)~(c)는 진공 단열재(1)의 심재(5)로 사용되는 시트(7)를 제작하기 위한 초지(抄紙) 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4(a)~(c)는 시트(7)를 사용하여 진공 단열재(1)를 제조하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5(a), 도 5(b)는 제1 실시 형태의 방법에 의해 제작된 진공 단열재 중의 시트 표면 및 단면을 각각 주사형 전자현미경을 이용하여 촬영한 사진도이다.
도 6(a), 도 6(b)은 비교예와 관련된 방법에 의해 제작된 진공 단열재 중의 시트 표면 및 단면을 각각 주사형 전자현미경을 이용하여 촬영한 사진도이다.
도 7은 제2 실시 형태와 관련한 냉장고를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 이하의 도면을 참조하여 설명한다.

( 제1 실시 형태)

-진공 단열재의 구성-

도 1(a)은 제1 실시 형태와 관련한 진공 단열재(1)를 나타낸 사시도이며 도 1(b)은 해당 진공 단열재(1)의 도 1(a)에 나타낸Ib-Ib 선의 단면도이다. 도 2는 진공 단열재(1)의 심재(5)로서 사용되는 시트(7)의 표면을 촬영한 사진도이다.

본 실시 형태의 진공 단열재(1)는 가스 차단성을 가지는 자루 형상의 외피재(3)와 외피재(3) 안에 봉입된 심재(5)를 구비하고 있다. 외피재(3) 내부는 감압 되어 대체로 진공 상태로 되어 있다. 진공 단열재(1)는 예를 들면 평판 형상이지만 굴곡 가공도 가능할 수 있다. 도시하지 않았으나, 심재(5)에는 가스 투과성의 자루 내에 봉입된 흡착제가 삽입될 수도 있다. 흡착제를 심재(5)에 삽입함으로써 외피재(3)에 핀홀 등이 생길 경우, 혹은 외피재(3)의 단면으로부터 시간이 경과됨에 따라 외부 공기가 침입할 경우에, 침입한 외부 공기를 흡착하여 진공 단열재(1)의 진공도 저하를 억제할 수 있다.

또한 외피재(3)의 단부 주변은 외피재(3)를 구성하는 라미네이트 필름끼리 융착함으로써 형성된 실(seal)부(6)로 되어 있다.

심재(5)는 복수의 무기 섬유를 포함한 1매의 시트(7), 또는 복수 매의 적층된 시트(7)로 구성되어 있다. 단열성을 확보할 수 있다면 심재(5)로 사용되는 시트(7)의 매수는 임의로 하여도 좋으나, 예를 들면 1매 이상 650매 이하 정도로 할 수도 있다. 진공 단열재(1)의 두께는 예를 들면 1 mm 이상 30 mm 이하 정도이며 그 중 심재(5)의 감압 전 두께는 예를 들면 1.5 mm 이상 45 mm 이하 정도이나 이것에 한정하지 않는다.

시트(7)는 도 2에 나타낸 바와 같이 복수의 무기 섬유로 구성된 부직포이며 무기 섬유를 집속하여 이루어진 집속 무기 섬유(9)를 복수 포함하고 있다. 집속 무기 섬유(9)의 폭은0.1 mm 이상 2.0 mm 이하 정도이며 길이는 10 mm 이상 100 mm 이하 정도이며 두께는 예를 들면0.06 mm 이상 0.07 mm 이하 정도이다. 집속 무기 섬유(9) 폭의 평균은 0.2 mm 이상 1.1 mm 이하 정도가 바람직하고 집속 무기 섬유(9)의 평균 길이는 20 mm 이상 70 mm 이하인 것이 바람직하다.

집속 무기 섬유(9)가 시트(7)에 포함됨으로써 집속 무기 섬유가 포함되지 않은 경우에 비해 진공 단열재(1)의 굴곡 강도를 향상할 수 있다. 집속 무기 섬유(9)의 폭이 0.1 mm 이상인 것에 의해 진공 단열재(1)의 굴곡 강도를 보다 향상할 수 있고 집속 무기 섬유(9)의 폭이 2.0 mm 이하인 것에 의해 진공 단열재(1)의 단열 성능을 쉽게 확보할 수 있다. 또, 집속 무기 섬유(9)의 길이가 10 mm 이상인 것에 의해 진공 단열재(1)의 굴곡 강도를 향상할 수 있고 집속 무기 섬유(9)의 길이가 100 mm 이하인 것에 의해 단열 성능을 쉽게 확보할 수 있다. 다만, 집속 무기 섬유(9)의 폭이나 평균 길이가 상기의 범위 외에서도 단열 성능을 유지하면서 강도의 저하를 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 종래 진공 단열재로 사용되는 시트는 집속 무기 섬유를 전혀 포함하지 않았다. 종래에는 시트의 단위 면적당 중량이 동일하면 가능한 한 무기 섬유를 균일하게 분산시키는 것이 진공 단열재의 단열 성능을 향상할 수 있다고 생각했다. 따라서 집속 무기 섬유를 포함한 시트는 지금까지 진공 단열재의 제조에 사용하지 않았다.

그러나 본원 발명자들은 독자적인 연구를 거듭한 결과, 집속 무기 섬유를 포함한 시트를 진공 단열재로 사용하는 것에 의해 높은 단열 성능을 유지하면서 기계적 강도를 향상할 수 있어 종래보다 진공 단열재를 얇게 할 수 있다는 것을 알아냈다.

도 2로 알 수 있듯이 시트(7)에 포함되는 집속 무기 섬유(9)는 시인(視認)할 수 있어 상술한 집속 무기 섬유(9)의 폭 및 길이는 자나 버니어캘리퍼스(vernier calipers) 등을 이용하여 측정할 수 있다. 집속 무기 섬유(9)의 평균 폭 및 평균 길이는 290mm×10mm의 크기의 사각형으로 시트(7)를 절취하여 그 중 임의로 선택한 50개에 대한 폭 및 길이를 측정하고 이들 평균치를 냄으로써 얻어진다.

또, 감압 전의 시트(7)에는 1 cm³당에 환산하여 10개 이상 200개 이하 정도의 집속 무기 섬유(9)가 포함되는 것이 보다 바람직하다. 집속 무기 섬유(9)를 함유하는 비율이 너무 낮으면 진공 단열재(1)의 충분한 굴곡 강도를 확보하기 어려워지고 집속 무기 섬유(9)를 함유하는 비율이 너무 높으면 진공 단열재(1)의 단열 성능이 쉽게 저하한다.

시트(7) 재료가 되는 무기 섬유의 평균 길이는 15 mm 이상 50 mm 이하이면 후술의 습식 초지법에 따라 상술의 집속 무기 섬유(9)를 용이하게 형성함과 동시에, 집속 무기 섬유의 폭 및 길이를 적절한 범위로 할 수 있으므로 바람직하다. 무기 섬유의 길이는 15 mm 이상 30 mm 이하이면 한층 더 바람직하다. 또, 무기 섬유의 평균 직경(평균 섬유 직경)이 3μm 이상 8μm 이하이면 집속 무기 섬유(9)의 폭 및 길이를 한층 더 상기 적절한 범위로 할 수 있음과 동시에, 단열 성능을 보다 향상할 수 있어 바람직하다. 무기 섬유의 평균 직경은 3μm 이상 6μm 이하이면 한층 더 바람직하다.

여기서, 무기 섬유의 길이는 초지 공정에서 투입된 무기 섬유(절단 무기 섬유)의 재단된 길이와 거의 동일하다. 따라서 절단 무기 섬유 길이를 조절하는 것에 의해 무기 섬유의 평균 길이를 상술의 범위로 할 수 있다. 또, 길이가 다른 복수의 절단 무기 섬유를 혼합하여 평균 길이를 조정할 수도 있다.

외피재(3)에 봉입하기 전인 상온(25℃), 상압하(1 기압하)에서의 시트(7)의 단위 면적당 중량의 평균치는 10g/m²이상200g/m²이하인 것이 바람직하다. 단위 면적당 중량이 너무 크면 시트 두께가 커지는 것에 의해 무기 섬유 및 집속 무기 섬유의 배향을 시트(7)의 평면 방향으로 정렬하기 어려워지기 때문에 무기 섬유를 통한 열전도량의 증가가 초래되어 바람직하지 않다. 단위 면적당 중량을 적게 하면 시트 두께가 작아지므로 무기 섬유 및 집속 무기 섬유의 배향을 시트(7)의 평면 방향으로 정렬하기 쉬워져서 열전도량을 줄일 수 있다. 또한, 단위 면적당 중량을 너무 적게 하면 시트(7)의 인장 강도가 저하하여 취급성 악화나 불량 증가를 가져옴과 동시에 시트(7)의 적층 수가 너무 많아져 비용이 증가하므로 바람직하지 않다.

또, 외피재(3)에 봉입된 상태의 시트(7)에서 무기 섬유의 적어도 일부는 완전한 직선 형상으로 되어 있지 않고 부분적으로 만곡된 형상을 하고 있다. 이 때문에 무기 섬유끼리를 접착시키는 바인더가 거의 잔류하지 않아도 무기 섬유끼리를 접촉하여 시트 형상을 유지할 수 있다. 이 때문에, 바인더가 다량으로 존재하는 경우에 비해 무기 섬유끼리의 접촉 부분을 통한 열전도량을 작게 억제할 수 있다.

또한, 일부의 무기 섬유의 다른 무기 섬유와의 접촉 부분에서의 연신 방향은 상기 시트의 두께 방향 성분을 가질 수 있다. 본 구성에 의해 진공 단열재(1)의 굴곡 강도를 한층 더 향상할 수 있다.

또, 적어도 일부 집속 무기 섬유(9)끼리는 서로 접촉하고 있는 것이 바람직하다. 본 구성에 의해 진공 단열재(1)의 굴곡 강도를 한층 더 향상할 수 있게 되었다. 또, 집속 무기 섬유(9)는 섬유 직경이 가는 섬유끼리 집속하여 접촉하도록 형성되어 있기 때문에 예를 들면 집속 무기 섬유(9)와 동일한 섬유 직경을 가지는 섬유와 비교하면 고체 열전도가 작아져 집속 무기 섬유(9)와 동일한 섬유 직경을 가지는 굵은 섬유를 혼합했을 경우와 비교하여 단열 성능을 향상할 수 있다.

시트(7) 재료로써 사용되는 무기 섬유의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 무기 섬유는 예를 들면, 유리 섬유, 탄소섬유, 세라믹 섬유, 암면, 현무암 섬유, 실리카 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 알루미나 섬유 등으로부터 선택된 1종류, 또는 2종류 이상의 혼합물일 수 있다. 유리 섬유를 사용하는 경우, 연속 필라멘트 법으로 제조된 것이라면 섬유 직경이나 길이를 적절한 범위로 제어하기 쉬워 바람직하다.

시트(7)의 평면 방향에서의 제1 방향과 제1 방향에 직교하는 제2 방향 중 인장 강도가 큰 방향을 진공 단열재(1)의 긴 방향으로 하면 진공 단열재(1)의 굴곡 강도를 개선할 수 있기 때문에 바람직하다. 인장 강도가 큰 방향에서는 무기 섬유나 집속 무기 섬유(9)가 그 방향으로 배향하는 비율이 높아진다. 또, 절곡을 생각할 경우 역점에 대해 굴곡 외측에서는 인장 방향으로 힘이 걸리기 때문에 일반적으로 인장 강도와 굴곡 강도는 상관관계로 나타난다. 즉, 인장 강도가 커지면 굴곡 강도가 개선될 수 있다.

후술하는 시트(7)의 제조 방법의 일례에서 초지기(抄紙機)의 흐름 방향을 제1 방향으로 하고 흐름 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 할 경우에 제1 방향이 인장 강도가 크면 그 방향을 진공 단열재(1)의 긴 방향으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 흐름(벨트) 속도나 탈수 시의 흡인 속도 등을 적당히 조정함으로써 무기 섬유나 집속 무기 섬유(9)의 방향성은 변경할 수 있다. 통상적으로 섬유는 쉽게 흐름 방향을 향하고 유속을 빨리 하면 한층 더 쉽게 흐름 방향으로 향한다.

무기 섬유가 유리 섬유인 경우에 해당 유리 섬유는 예를 들면 SiO2를 50 wt % 이상 60 wt % 이하, CaO를 15 wt % 이상 25 wt % 이하, MgO를 0 wt % 이상 6 wt % 이하, Al2O3를 12 wt % 이상 16 wt % 이하, B2O3를 8 wt % 이상 13 wt % 이하, K2O를 0 wt % 이상 1 wt % 이하, Na2O를 0 wt % 이상 1 wt % 이하(다만, SiO2, CaO, MgO, Al2O3, B2O3, K2O 및 Na2O 함유 율의 총계는 100 wt % 이하)의 함유 율로 각각 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 유리 섬유의 재료로써는 예를 들면 E 유리를 들 수 있다.

또, 외피재(3)으로서는 예를 들면 표면 보호층으로서 폴리아미드 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 등의 수지 필름과 가스 배리어층으로서 알루미늄 등으로 이루어진 금속박, 또는 알루미늄 등이 금속 증착된 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 등의 수지 필름과 열용착층으로서 고밀도 폴리에틸렌, 사슬형태의 저밀도 폴리에틸렌 등의 수지 필름을 접합(粘合)하는 것에 의해 형성된 라미네이트 필름 등이 사용된다. 다만, 외피재(3)의 구성은 이것에 한정되지 않고 스크래치 저항성, 가스 차단성, 열용착강도를 적당히 제공한 구성이라면 바람직하다. 외피재(3)의 두께는 60μm 이상 120μm 이하 정도이다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 진공 단열재(1)는 우수한 단열 성능을 가지면서 굴곡 강도도 커졌다. 따라서 진공 단열재(1)를 보랭 또는 보온용 기기의 단열재로써 사용할 경우, 자중으로 절곡되기 어렵고, 점착제 도포 시, 양면테이프 부착 및 박리지(剝離紙) 제거 시, 운반 등 핸들링 시, 단열 상자 등에 부착 시에도 오류 발생은 없어졌다. 또, 진공 단열재(1) 두께를 얇게 해도 기기가 필요로 하는 단열 성능을 유지하면서 취급성도 양호해져 예를 들면 냉장고 등에 사용할 경우에는 공간 절약화를 꾀면서 수납 용적을 크게 할 수 있다.

-진공 단열재의 제조 방법-

다음으로 본 실시 형태의 진공 단열재(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는 무기 섬유로서 유리 섬유를 사용하는 예를 나타내나, 세라믹 섬유나 탄소섬유 등을 사용할 경우에서도 동일한 방법으로 진공 단열재를 제조하는 것이 가능하다. 또, 다음에 설명하는 것은 진공 단열재(1)의 제조 방법의 일례이며 제조 방법은 이 예에 한정되는 것은 아니다.

도 3(a)~(c)는 진공 단열재(1)의 심재(5)로 사용되는 시트(7)를 제작하기 위한 초지 공정을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도4(a)~(c)는 시트(7)를 사용하여 진공 단열재(1)를 제조하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 4(a), (c)는 사시도이며 도 4(b)는 도 4(c)에 나타낸 IVb-IVb 선 부분의 개략적인 단면도이다.

우선, 도 3(a)에 나타낸 공정에서 무기 섬유로서 예를 들면 섬유 직경 5μm의 유리 섬유를 준비한다. 이 유리 섬유는 공지의 연속 필라멘트 법으로 제조된 것이다. 이어서 유리 섬유에 집속제를 첨가하는 것에 의해 유리 섬유를 집속시킨다. 다음으로 집속시킨 유리 섬유를 소정의 길이(예를 들면 25 mm)로 절단하고 절단 유리 섬유를 제작한다. 여기서, 집속제로서는 예를 들면 우레탄 수지, 초산비닐수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리 에테르계 고분자, 계면활성제, 커플링제, 윤활제, 대전 방지제 등 중 어느 1개 또는 복수를 포함한 것이 사용된다.

다음으로 물 등의 분산매(11)중에 분산제 및 절단 유리 섬유를 투입하고 분산매(11)중에서 절단 무기 섬유를 유리 섬유(13) 상태로 분산시킨다. 여기서 사용하는 분산제는 양 이온계, 음 이온계, 양성 혹은 비이온계의 계면활성제 또는 고분자 분산제 등이다.

이어서 도 3(b), (c)에 나타낸 공정에서는 초지기를 사용하여 유리 섬유(13)로 구성된 롤 형상의 시트(17)를 제작한다. 구체적으로는 롤러(15)에 의해서 구동되는 벨트(19)를 이용하여 유리 섬유(13)로 이루어진 시트(17)를 분산매(11)중에서 끌어올린 후, 시트(17)에 적당량의 바인더를 더해 유리 섬유(13)끼리를 고정한다. 계속해서 시트(17)를 건조해서 롤러(12, 14)를 사용하여 시트(17)를 권취한다.

여기서, 바인더는 표면장력 등에 의해 섬유끼리를 결합시키는 고분자 화합물이며 예를 들면, 아크릴 수지, 페놀 수지, 폴리비닐 알코올(PVA) 또는 전분 등이다. 바인더는 실란 커플링제를 포함할 수 있다.

또한, 이상의 초지 공정에서는 유리 섬유(13)를 응집시키는 응집제는 사용되지 않는다. 상기 응집제는 분산제와는 역극성을 나타내는 이온을 포함하고 정전력을 이용하여 유리 섬유를 집속 시키는 약제이지만 본 실시예와 관련된 제조 방법에서는 섬유 직경 및 섬유 길이를 적절히 조정하는 것에 의해 유리 섬유끼리를 접촉시킬 수 있으므로 응집제를 사용하지 않고 유리 섬유를 집속시킬 수 있다.

이상의 초지 공정에서 유리 섬유(13)의 평균 길이를 예를 들면 15 mm 이상 50 mm 이하로 하고 유리 섬유(13)의 평균 직경을 예를 들면 3μm 이상 8μm 이하로 함으로써 진공 단열재(1)의 심재(5)에 적절한 폭 및 길이를 가지는 집속 무기 섬유(여기에서는 집속 유리 섬유)를 생성할 수 있다.

또한, 집속 유리 섬유의 개수나 면적 당의 비율은 유리 섬유(13)의 섬유 직경, 섬유 길이의 분포나 오차 정도에 의해 조정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 섬유 직경이 굵거나 섬유 길이가 짧은 유리 섬유(13)가 포함되는 비율이 높아지는 경우 집속 유리 섬유의 개수나 비율이 감소한다.

구체적으로 유리 섬유(13)의 평균 섬유 길이를 25mm로 하는 경우에서 섬유 길이 25mm의 유리 섬유(13)를 100% 포함한 시트(7)(섬유 길이의 분포가 좁은)와 섬유 길이 25mm의 유리 섬유(13)를 45%, 섬유 길이15mm의 유리 섬유(13)를 40%, 섬유 길이 50mm의 유리 섬유(13)를 15% 각각 포함하는 시트(7)(섬유 길이의 분포가 넓은)에 대하여 집속 유리 섬유의 개수나 비율을 비교하면 짧은 섬유 길이(15mm)의 유리 섬유(13)를 많이 포함하는 후자가 집속 유리 섬유의 개수나 비율이 감소한다.

따라서 유리 섬유(13)의 섬유 직경이나 섬유 길이 및 그 분포 등을 적당히 조정하는 것에 의해 집속 유리 섬유의 생성을 최적화할 수 있다.

다음으로 도 4(a)에 나타낸 공정에서는 유리 섬유의 시트(17)를 소정 크기(예를 들면 폭290mm 및 길이 410mm)로 절단하고 예를 들면 사변형의 시트(7)를 제작한다. 이어서 시트(7)를 소정 매수(예를 들면 150매) 중첩해서 적층하여 심재(5)(도1(b) 참조)로 한다. 또한 큰 사이즈의 시트(17)를 적층한 다음에 한꺼번에 절단 하는 것에 의해 심재(5)를 제작할 수도 있다.

다음으로 심재(5)를 건조로를 이용하여 예를 들면 500℃, 3시간 정도의 조건으로 건조한다. 본 처리로 심재(5)에 포함된 바인더는 감소 혹은 소실한다. 건조 온도 및 건조 시간은 사용하는 바인더의 종류나 함유량에 따라 적당히 조정하는 것이 바람직하다. 또, 저온에서 증발 가능한 바인더 선정으로 건조 온도의 저감이 가능해지고 바인더의 접착력을 향상하여 함유량을 저감하면 건조 시간의 단축이 가능하다.

다음으로 도 4(b)에 나타낸 공정에서 심재(5)를, 예를 들면 흡착제와 함께 외피재(3)내에 삽입한다. 여기서, 흡착제로서는 수분이나 가스를 흡착할 수 있는 물질이라면 특별히 재료에 한정은 없고 예를 들면 산화칼슘과 같은 금속 산화물이나 합성 제올라이트 등을 사용할 수 있다.

이어서 도 4(c)에 나타낸 공정에서 심재(5)를 내포하고 3변이 열용착 되어 한쪽만을 개구한 자루 형상의 외피재(3)를 진공 챔버에 세트시켜 진공 챔버 내를 감압(예를 들면 진공도 0.01Pa)하고 내부 공기를 배기하면서 외피재(3)의 개구부를 열융착시켜 밀봉한다. 이것에 의해 외피재(3)의 내부는 진공 상태가 된다. 이어서 진공 단열재(1)를 진공 챔버에서 꺼낸다. 이상과 같이하여 본 실시 형태의 진공 단열재(1)를 제작할 수 있다.

도 5(a), (b)는 본 실시 형태의 방법에 따라 제작된 진공 단열재(1) 중의 시트 표면(30배로 확대) 및 단면(300배로 확대)을 각각 촬영한 사진도이다. 또, 도 6(a), (b)는 비교예의 방법에 따라 제작된 진공 단열재 중의 시트 표면(30배로 확대) 및 단면(300배로 확대)을 각각 촬영한 사진도이다.

여기서, 비교예와 관련한 진공 단열재에서는 비교적 무기 섬유의 직선성이 높고 무기 섬유끼리의 접촉이 적어져 있고 집속 무기 섬유가 생기지 않았다(도 6(a), (b)). 이것에 대해 본 실시 형태의 방법으로 제작된 진공 단열재(1)의 시트(7)에서는 무기 섬유가 일부 만곡되어 무기 섬유끼리의 접촉 개소가 비교적 많아졌다. 또, 시트(7) 표면에 집속 무기 섬유(9)를 볼 수 있었다.

상술의 초지 공정에 의해서 시트(7)를 제작함으로써 무기 섬유끼리 및 집속 무기 섬유끼리를 적당히 접촉 또는 교락(交絡)시킬 수 있다. 또, 심재(5)를 외피재(3)에 봉입하기 전에 바인더를 제거 또는 저감 하는 것에 의해 단열 성능의 저하를 억제할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태와 관련한 진공 단열재(1)는 종래의 단열재에 비해 단열 성능이 뛰어남과 동시에 간편하고 한편 성능을 해치지 않는 수법으로 굴곡 강도를 향상할 수 있으므로 취급성이나 생산성을 개선할 수 있다. 또, 굴곡 강도의 향상으로 진공 단열재(1)의 박판화도 가능해지고 단열벽의 박벽화가 가능해지는 것에 의해 이를 적용하는 단열 상자나 냉장고 등의 수납 용적의 향상을 구현할 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 발명의 명시된 제2 실시 형태로서 제1 실시 형태와 관련한 진공 단열재(1)를 사용한 냉장고에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시예와 관련된 냉장고를 나타낸 단면도이다.

동일 도면에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 냉장고는 외부 케이스(33)와 외부 케이스(33) 내에 수납되어 각각 내부에 저장실을 형성하는 내부 케이스(21, 31)와 외부 케이스(33)와 내부 케이스(21, 31)의 사이에 배치된 진공 단열재(1a, 1b, 1c)를 구비하고 있다. 여기서, 각각 냉장고의 천장 면 측, 배면 측과 저면 측에 배치된 진공 단열재(1a, 1b, 1c)는 제1 실시 형태와 관련한 진공 단열재(1)와 동일한 구성을 가지고 있다. 진공 단열재는 진공 단열재(1b, 1c)와 같은 평판 형상일 수 있고 진공 단열재(1c)와 같이 사용 부분의 형상에 따라 적절하게 굴곡시킨 상태로 설치할 수도 있다.

내부 케이스(21, 31) 및 외부 케이스(33)는 모두 전방으로 개구부가 형성되고 있다. 도 7에 나타낸 예에서는 내부 케이스(21) 내의 저장실은 냉동 온도대로 설정되는 냉동실(43)이며 내부 케이스(31)내의 저장실은 냉장 온도대로 설정되는 냉장실(45)이다.

상기 내부 케이스(21, 31), 외부 케이스(33), 진공 단열재(1a, 1b, 1c)와, 내부 케이스(21)의 개구부를 폐쇄하는 인출식 문(37) 및 내부 케이스(31)의 개구부를 폐쇄하는 예를 들면 회전식 문(35)과 발포(경질) 우레탄(29)은 단열 상자(40)를 구성하고 있다. 외부 케이스(33)는 일부를 제외하고 외부에 노출되어 있고 전방의 단부가 내부 케이스(21, 31)와 접속되어 있다. 또한, 도시하지 않았으나, 냉장고의 양 측면부에서의 내부 케이스(31)와 외부 케이스(33)와의 사이에도 진공 단열재가 배치되어 있다.

또, 본 실시 형태의 냉장고는 단열 상자(40)에 추가하여 압축기(41)나 응축기 등을 포함한 냉동 사이클, 전기 기판 및 전기 배선을 구비한다(도시하지 않는 것을 포함한다). 외부 케이스(33)와 내부 케이스(21, 31) 사이의 벽이 되는 공간의 적당한 장소에는 냉동 사이클에서의 냉매 배관의 일부나 전기 배선의 일부, 진공 단열재(1a, 1b, 1c) 등이 각각 배설되고 그 이외의 공간의 모든 것이 발포 우레탄(29) 또는 발포 폴리스티렌 등의 단열재로 충전되어 있다. 각각의 재질이나 기재 두께는 특별히 한정되지 않으며 예를 들면 외부 케이스(33)는 철이나 스테인리스 등, 내부 케이스(21, 31)는 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체(ABS) 등을 사용할 수 있고, 냉매 배관은 동이나 알루미늄 등을 사용할 수 있으며, 냉매는 R134a, R600a 등을 사용할 수 있다.

본 실시 형태의 냉장고는 냉장실(45)과 냉동실(43) 외에 임의 온도로 설정되는 저장실을 구비할 수 있다. 각각의 저장실은 적절한 단열성을 가진 칸막이로 나누어져 있다.

또, 각각의 저장실의 전면에는 회전식 문(35) 또는 인출식 문(37)이 설치된다. 문에는 냉장고를 밀폐하기 위한 패킹이 장착되어 있고 또 열 누설 억제 및 결로방지를 위해 문은 적절한 단열성을 가진다. 인출식 문(37)에는 식품 등을 수납하는 용기가 장착되어 있어 문을 인출하면 수납 용기가 나타난다. 각 실 내부는 문 부분에 식품 등을 수납 가능한 도어 포켓을 가지고 있거나, 실내를 나누는 선반이나 트레이 등이 설치되어 있다. 또, 제빙기가 냉장고 내에 설치되어 있거나, 아이스 디스펜서를 냉장고 전면에 비치하게 할 수도 있다.

냉동 사이클은 압축기(41), 응축기, 증발기(44, 46), 모세관, 드라이어, 축압기 등으로 구성되어 이들이 배관으로 결합하여 사이클을 구성하고 있다. 기본적으로는 압축기(41), 응축기, 모세관, 증발기(44, 46)의 순서로 냉매가 순환하고 증발기(44, 46)에서 압축기(41)로 냉매가 돌아온다. 또, 모세관 앞에 드라이어가 장착됨으로써 수분 제거나 막힘 방지를 유도하거나 증발기(44, 46)와 압축기(41) 사이에 축압기가 장착되도록 하는 것에 의해 액체 상태의 냉매가 압축기(41) 내부로 흘러 들여가지 않게 한다.

압축기(41) 및 응축기는 방열 촉진용의 팬과 함께 기계실(39) 내에 설치되고 증발기(44, 46)는 냉장고 배면의 적절한 위치에 설치된다. 모세관은 기계실(39)에 내어 놓지만 발포 우레탄(29) 내부에 매설될 수도 있다. 또, 응축기와 모세관 사이에는 한층 더 냉매를 방열하기 위한 방열 파이프가 접속되어 있고 방열 파이프는 외부 공기에서의 방열을 위해 냉장고의 외부 케이스(33) 내면이나 칸막이 전면 부 내측 등에 접촉하여 배설된다. 배설 방법을 특별히 한정하지 않으나 방열 촉진을 위해 알루미늄 테이프 등으로 부착 고정한다. 방열 파이프의 길이나 형상은 냉매를 충분히 방열할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

증발기(44, 46) 각각의 위에는 팬(송풍기)이 설치되고 증발기(44, 46)에 의해 냉각된 공기를 순환시켜 냉장고의 실내를 냉각한다. 증발기(44, 46)를 설치한 방과 다른 방을 덕트 등으로 연결할 수도 있다. 또, 댐퍼 등에 의해 덕트를 개폐하여 실내 온도 조정을 할 수도 있다.

증발기(44, 46) 수는 특별히 한정하지 않으나, 에너지 절약 성능(저소비 전력량)이나 비용, 내용적 효율을 종합적으로 고려하면 도 7에 나타낸 예와 같이 냉동실(43)에 1대, 냉장실(45)에 1대의 합계 2대로 하는 것이 바람직하다. 냉동 사이클 내에 밸브 등을 부착하여 냉매를 분기하는 것에 의해 이를 구현할 수 있다. 또, 증발기의 크기, 핀의 개수나 형상, 배관 길이 등은 실내를 목적 온도대로 설정할 수 있다면 특별히 한정하지 않는다.

또, 냉장고에는 저면이나 배면 등에 우레탄 주입을 위한 구멍인 주입구가 설치되어 있고 내부 케이스(21, 31)의 적절한 곳에 우레탄 발포 시 가스 배출용의 구멍이 설치된다. 주입구나 가스 배출용 구멍의 개수, 크기에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 냉장고 배면에 4개소의 주입구를 마련하여 우레탄 발포를 하면 충전성이 좋고 우레탄 밀도도 쉽게 균일화하기 때문에 품질 향상이 가능하다.

또, 냉장고의 실내 상부에는 조명이 장착되고 있다. 조명의 종류는 특별히 한정하지 않고 형광등이나 발광 다이오드(LED) 등이 사용할 수 있다. 또, 조명의 색은 백색, 청색, 주황색 등 창고 안을 볼 수 있도록 할 수 있는 것이 바람직하다.

냉장고에의 진공 단열재(1a, 1b, 1c)의 배설 방법으로서는 외부 케이스(33)의 내면에의 부착하거나, 내부 케이스(21, 31)의 외면에의 부착하거나, 외부 케이스(33)와 내부 케이스(21) 사이에 외부 케이스(33) 및 내부 케이스(21, 31)에 접착 등을 하지 않고 설치하거나 또는 이 방법들을 조합한다. 부착 수단은 양면테이프나 핫 멜트(hot melt) 등의 접착제, 점착제 등을 적용할 수 있다. 또, 핫 멜트의 도포 방법에는 비드(bead), 롤 코트(roll coat), 바 코트(bar coat), 스파이럴 (spiral)등이 있으나 접착력이 충분하고 작업상, 공정상 적절한 수단을 적절하게 선택한다.

본 실시 형태의 냉장고에서는 제1 실시 형태에서 설명한 것처럼 단열 성능이 우수한 진공 단열재(1a, 1b, 1c)를 구비하고 있기 때문에 진공 단열재의 두께를 종래와 동일하게 하면 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 진공 단열재의 굴곡 강도가 커져 있기 때문에 자중으로 진공 단열재가 절곡되기 어렵고 제조 시나 운반 시 취급성이 향상되어 품질 향상 및 불량 저감을 꾀할 수 있다.

또, 진공 단열재(1a, 1b, 1c)를 얇게 하더라도 종래 진공 단열재와 비교하면 취급성이 양호하므로 냉각 성능을 저하하지 않고 냉장고 수납 용적을 크게 할 수 있다. 최근은 냉장고 외형 크기를 증가시키지 않고 수납 용적을 증대하고자 하는 요구가 강해지고 있어 진공 단열재(1a, 1b, 1c)를 이용한 효과가 매우 크다.

또한, 이상으로 설명한 실시 형태와 관련한 진공 단열재 및 그 제조 방법 그리고 냉장고는 실시 형태의 일례이며 각부재의 크기, 형상, 구성 재료, 제조 조건 등은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.

또, 냉장고에 포함되는 단열 상자(40)의 구성은 냉장고 이외에도 급탕기, 전자 레인지, 욕조, 음료의 자동판매기 등 단열성이 요구되는 다양한 기기에 적용할 수 있다.

[실시예]

제1 실시 형태와 관련한 진공 단열재(1)의 실시예 및 비교예로서 이하의 구성을 하는 진공 단열재를 제작하여 열전도율 및 굴곡 강도를 측정했다.

-진공 단열재의 제작-

<실시예1>

상술한 제1 실시 형태와 관련한 진공 단열재의 제조 방법에 따라 진공 단열재를 제작했다.

구체적으로 무기 섬유로서는 연속 필라멘트 법으로 제조된 유리 섬유를 사용했다. 유리 섬유의 구성 재료로써는 E 유리를 사용했다.

상술의 초지 공정에 의해 집속 유리 섬유를 포함한 시트를 제작했다. 시트의 인장 강도를 측정했는데 폭 방향에 대한 길이 방향(즉, 긴 방향)의 인장 강도는 3.6배였다. 그 외의 실시예 및 비교예에서도 동일하게 폭 방향에 대해 길이 방향의 인장 강도가 커지도록 했다. 이 시트를 150매 적층한 것을 심재로 하고 흡착제와 함께 외피재 내에 진공 상태로 봉입하는 것에 의해 진공 단열재를 제작했다. 진공 단열재의 두께는 7mm이었다.

진공 단열재로 사용되는 시트를 전자현미경으로 관찰했는데 도 5(a), (b)에 나타낸 바와 같이 일부의 집속 유리 섬유끼리와 무기 섬유끼리는 접촉하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

심재로 사용되는 시트의 평균 단위 면적당 중량은 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이 13g/m²이며 시트 중 유리 섬유의 평균 섬유 직경은 5.5μm이며 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 20mm이었다. 또, 집속 무기 섬유(집속 유리 섬유)의 평균 폭은 0.71mm이며 집속 유리 섬유의 평균 길이는 46mm이었다. 시트의 단위면적 당의 집속 유리 섬유 수는 5,510개/m²이며 이것을 상온(25℃) 상압(1기압) 하에서의 시트 두께로 나누어 단위 체적 당의 집속 유리 섬유 수로 환산하면 1cm³ 당 92개이었다.

외피재로서는 두께 25μm의 폴리아미드 필름, 두께 12μm의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 두께 6.5μm의 알루미늄박, 두께 50μm의 고밀도 폴리에틸렌 필름을 드라이 라미네이트하여 접합시킨 라미네이트 필름을 사용했다. 흡착제로서는 산화칼슘을 주성분으로 한 것을 약 5g 사용했다.

이처럼 제작한 진공 단열재의 열전도율과 굴곡 강도를 측정했다. 그 결과는 표 1 및 표 2에 나타낸다.

<실시예2>

실시예 1과 동일한 방법으로 진공 단열재를 제작했다. 심재로 사용한 시트에 포함되는 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 25mm이며 집속 유리 섬유의 평균 폭은 0.56mm, 집속 유리 섬유의 평균 길이는 44mm로 되었다. 시트의 단위면적 당의 집속 유리 섬유 수는 2,820개/m²이었다. 시트의 긴 방향 인장 강도/폭 방향 인장 강도의 값은 3.9이었다.

이처럼 제작한 진공 단열재의 열전도율과 굴곡 강도를 측정했다.

<실시예3>

실시예 1과 동일한 방법으로 진공 단열재를 제작했다. 심재로 사용한 시트에 포함된 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 25mm이며 집속 유리 섬유의 평균 폭은 0.56mm, 집속 유리 섬유의 평균 길이는 44mm로 되었다. 또, 시트의 평균 단위 면적당 중량은 25g/m²이며 심재로서 사용되는 시트의 적층 수는 74매로 했다. 시트의 단위면적 당의 집속 유리 섬유 수는 5,870개/m²이었다. 시트의 긴 방향 인장 강도/폭 방향 인장 강도의 값은 3.9이었다.

<실시예4>

실시예 1과 동일한 방법으로 진공 단열재를 제작했다. 심재로 사용한 시트에 포함된 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 25mm이며 집속 유리 섬유의 평균 폭은 0.76mm, 집속 유리 섬유의 평균 길이는 47mm이었다. 또, 시트의 평균 단위 면적당 중량은 40g/m²이며 심재로서 사용되는 시트의 적층 수는 42매로 했다. 시트의 단위면적 당의 집속 유리 섬유 수는 6,890개/m²이었다. 시트의 긴 방향 인장 강도/폭 방향 인장 강도의 값은 3.8이었다.

또한, 실시예 1~4와 관련한 진공 단열재에 사용되는 시트에서는 집속 무기 섬유끼리가 서로 접촉하고 있다.

<비교예1>

원심법에 따라 제조된 유리 섬유를 집면(集綿) 하고(건식법) 이것에 바인더를 적당량 첨가한 다음 프레스기를 이용하여 가열 및 가압하고 압축 성형하는 것에 의해 유리 섬유로 이루어진 시트를 제작했다. 시트를 제작할 때에 시트 중에 집속 유리 섬유가 생성되지 않았다. 제작된 시트를 구성하는 유리 섬유의 평균 섬유 직경은 5μm이고 평균 섬유 길이는 측정할 수 없었다. 시트의 평균 단위 면적당 중량은 1860g/m²이며 심재로서 사용되는 시트의 적층 수는 1매로 했다.

이 시트를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법에 의해 진공 단열재를 제작했다.

이처럼 제작한 진공 단열재의 열전도율과 굴곡 강도를 측정했다. 외피재의 구성, 흡착제, 진공 단열재의 크기 및 두께는 실시예 1의 진공 단열재와 동일하다. 이러한 진공 단열재의 열전도율과 굴곡 강도를 측정했다.

<비교예2>

연속 필라멘트 법에 따라 제조된 유리 섬유를 이용하여 초지 공정을 실시하고 유리 섬유로 이루어진 시트를 제작했다. 비교예 2에서 사용한 섬유 직경 및 섬유 길이의 유리 섬유에서는 시트 중에 집속 유리 섬유가 생성되지 않았다. 또, 상술의 응집제를 사용하지 않았다.

심재로 사용한 시트에 포함된 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 5mm이며 평균 섬유 직경은 4.6μm이었다. 또 시트의 평균 단위 면적당 중량은 9g/m²이며 심재로서 사용한 시트의 적층 수는 180매로 했다. 시트의 긴 방향 인장 강도/폭 방향 인장 강도의 값은 2.3이었다.

<비교예3>

연속 필라멘트 법에 따라 제조된 유리 섬유를 이용하여 초지 공정을 실시하고 유리 섬유로 이루어진 시트를 제작했다. 비교예 3에서 사용한 섬유 직경 및 섬유 길이의 유리 섬유에서는 시트를 제작할 때에 시트 중에 집속 유리 섬유가 생성되지 않았다.

심재로 사용한 시트에 포함된 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 10mm이며 평균 섬유 직경은 5.5μm이었다. 또, 시트의 평균 단위 면적당 중량은 10g/m²이며 심재로서 사용되는 시트의 적층 수는 180매로 했다. 시트의 긴 방향 인장 강도/폭 방향 인장 강도의 값은 3.6이었다.

<비교예4>

연속 필라멘트 법에 따라 제조된 유리 섬유를 이용하여 초지 공정을 실시하고 유리 섬유로 이루어진 시트를 제작했다. 비교예 4에서 사용한 섬유 직경 및 섬유 길이의 유리 섬유에서는 시트를 제작할 때에 시트 중에 집속 유리 섬유가 생성되지 않았다. 또, 상술의 응집제를 사용하지 않았다.

심재로 사용한 시트에 포함된 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 13mm이며 평균 섬유 직경은 13μm이었다. 또, 시트의 평균 단위 면적당 중량은 50g/m²이며 심재로서 사용한 시트의 적층 수는 36매로 했다. 시트의 긴 방향 인장 강도/폭 방향 인장 강도의 값은 2.4이었다.

<비교예5>

실시예 1과 동일한 방법으로 진공 단열재를 제작했다. 심재로 사용한 시트에 포함된 유리 섬유의 평균 섬유 길이는 6mm이며 집속 유리 섬유의 평균 폭은 0.54mm, 집속 유리 섬유의 평균 길이는 12mm이었다. 집속 유리 섬유끼리의 접촉은 볼 수 없었다. 또, 시트의 평균 단위 면적당 중량은 130g/m²이며 심재로서 사용한 시트의 적층 수는 15매로 했다. 1 시트의 면적 당의 집속 유리 섬유 수는 2,500개/m²이었다. 시트의 긴 방향 인장 강도/폭 방향 인장 강도의 값은 1.1이었다.

이처럼 제작한 진공 단열재의 열전도율과 굴곡 강도를 측정했다. 또한 비교예 5와 관련한 진공 단열재에 사용되는 시트에서는 집속 무기 섬유끼리는 서로 접촉하지 않는다.

-측정 방법-

<기 섬유(유리 섬유)의 평균 섬유 직경 및 평균 섬유 길이의 측정>

외피재에 봉입된 후의 심재로부터 5mm×5mm의 사변형 형상의 부분을 절취하고 주사형 전자현미경을 이용하여 절취된 심재를 1,500배로 확대해 관찰했다. 임의로 50개의 유리 섬유를 선택하여 측정한 섬유 직경의 평균치를 구했다. 또, 임의로 선택한 290mm×10mm 범위의 심재로부터 임의로 50개의 유리 섬유를 선택하고 선택된 유리 섬유의 섬유 길이를 현미경에 의한 측정, 혹은 확대경 또는 육안에 의해 버니어캘리퍼스 등을 이용하여 측정하고 섬유 길이의 평균치를 구했다.

<집속 유리 섬유의 측정>

시트 중 임의로 선택한 290mm×10mm의 범위에 포함되는 집속 유리 섬유의 갯수를 목시(目視)로 센 후 시트의 단위 면적 및 단위 체적 당의 갯수를 산출했다.또, 시트의 상기 범위에 포함되는 집속 유리 섬유로부터 임의의 50개를 선택하여 절취하여 똑바로 늘려 고정된 상태에서 그 길이, 폭을 버니어캘리퍼스 또는 자로 측정하여 평균치를 구했다.

<인장 강도의 측정>

시트 크기를 폭 50 mm× 길이 300 mm로서 인장 시험을 했다. 시험 조건은 JIS L 1913:2010에 따라 6.3.1항의 표준시에 기재 조건에 근거해서 실시했다. 파지 간격(length of specimen between grips)=200mm, 시험 온도=23℃, 시험 습도=50%로 하고 인장 속도=10mm/분으로 했다.

<열전도율(단열 성능)의 측정>

진공 단열재 열전도율의 측정은 진공 단열재의 사이즈를 폭 290mm, 길이410 mm, 두께 7mm로 실시했다. JIS A1412-2(열류계법)에 준하는 측정기로서NETZSCH사의 제품 HFM436를 사용하여 실시했다. 시험 조건은 고온 측 38℃, 저 온측 10℃(△T=28K)으로 했다. 또한, 측정은 진공 단열재 제작 후, 24시간 이상 경과 후에 실시했다. 표 1 및 표 2에는 3가지 예에 대해 측정한 결과의 평균치를 나타낸다.

<굴곡 강도의 측정>

진공 단열재의 크기를 폭 30mm× 길이120 mm× 두께 7mm로서 3점 굴곡시험을 시행했다. 시험 조건은 JIS K7221-2:2006에 준거했다. 압자(壓子) 및 지지대의 반경=15 R, 지점 간 거리=88mm로 하고 시험편은 23℃, 습도 50%에서 88시간 이상 보존한 후에 시험에 제공되고(JIS K7100:1999에 준한다), 시험 온도 =23℃, 시험 습도=50%로 하고 굴곡속도=20mm/분으로 했다. 또한, 굴곡 강도는 항복점으로의 힘을 최대 힘으로서 산출했다. 이것은 진공 단열재에 접힌 곳이 발생(항복점)할 경우 이를 기점으로 매우 쉽게 절곡한다는 생각을 근거로 한다.

-측정 결과-

표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이 본 실시예 1~4와 관련된 진공 단열재의 열전도율은 1.17W/(m·K)×10^-3~1.34W/(m·K)×10^-3의 범위이며 실시예 1~4와 관련한 진공 단열재는 비교예 1, 4의 진공 단열재에 비해 양호한 단열 성능을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 본 실시예 1~4와 관련된 진공 단열재의 열전도율은 비교예 1의 진공 단열재에 비해 41% 내지 49% 향상된 양호한 단열 성능을 가지는 것이다.

또, 실시예 1~4와 관련한 진공 단열재의 굴곡 강도는 비교예 1~5와 관련한 진공 단열재와 비교하면 확실히 크다는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 본 실시예 1~4와 관련한 진공 단열재의 굽힘강도는 비교예 1의 진공 단열재에 비해 11% 내지 22% 향상된 것이다.

이것은 비교예 1~4의 진공 단열재에서는 시트 중에 집속 유리 섬유가 미 포함된 것에 의한 것으로 생각할 수 있다. 비교예 1은 배향성이 양호하지 못해 열전도율이 크고, 섬유접촉이 적어 굽힘강도도 약한 것으로 나타났고, 비교예 2는 배향성은 양호해서 열전도율은 작지만, 섬유접촉이 적어 역시 굽힘강도가 약한 것으로 나타났다. 그리고, 비교예 4는 배향성은 양호하지만 섬유가 굵고 접촉면적이 커서 열전도율이 본 실시예 1~4에 비하여 크고 굽힘강도는 작은 것으로 나타났다.

또, 비교예 5의 진공 단열재로 실시예1~4와 관련한 진공 단열재보다 굴곡 강도가 작았던 것은 집속 무기 섬유의 비율이 낮고 또한 집속 무기 섬유끼리가 접촉하지 않았기 때문이라고 생각할 수 있다.

이상과 같이 본 실시예의 진공 단열재는 시트 중에 집속 유리 섬유가 포함되는 것 등에 의해 종래의 진공 단열재와 비교하여 열전도율과 굴곡 강도의 양쪽 모두를 개선할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이상 설명한 것처럼 본 발명의 명시된 일례와 관련한 진공 단열재는 단열 상자, 냉장고, 급탕기, 전자 레인지, 욕조, 음료의 자동판매기 등, 단열성이 요구되는 다양한 기기에 적용할 수 있다.

1, 1a, 1b, 1c : 진공 단열재 3 : 외피재
5 : 심재 6 : 실부
7 : 시트 9 : 집속 무기 섬유
11 : 분산매(分散媒) 12, 14, 15 : 롤러
13 : 유리 섬유 17 : 시트
19 : 벨트 21, 31 : 내부 케이스
29 : 발포 우레탄 33 : 외부 케이스
35, 37 : 문 39 : 기계실
40 : 단열 상자 41 : 압축기
43 : 냉동실 44, 46 : 증발기
45 : 냉장실

Claims

외부 케이스;
상기 외부 케이스 내에 수납되는 내부 케이스;
냉동 사이클; 및,
상기 외부 케이스와 상기 내부 케이스와의 사이에 배치된 진공 단열재를 구비하고,
상기 진공단열재는,
가스 차단성을 가지는 자루 형상의 외피재; 및
복수의 무기 섬유를 포함한 1매의 시트, 또는 복수 매의 적층된 상기 시트로 구성되고 상기 외피재 안에 봉입된 심재를 구비하고,
상기 외피재의 내부가 감압된 것을 특징으로 하는 냉장고.
제1항에 있어서,
상기 시트는 상기 복수의 무기 섬유 중 일부의 무기 섬유를 집속하여 이루어진 집속 무기 섬유를 복수 포함하고,
적어도 일부의 상기 집속 무기 섬유끼리는 접촉하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
가스 차단성을 가지는 자루 형상의 외피재; 및
복수의 무기 섬유를 포함한 1매의 시트, 또는 복수 매의 적층된 상기 시트로 구성되고 상기 외피재 안에 봉입된 심재를 구비하고,
상기 외피재의 내부가 감압된 것을 특징으로 하는 진공단열재.
제3항에 있어서,
상기 시트는 상기 복수의 무기 섬유 중 일부의 무기 섬유를 집속하여 이루어진 집속 무기 섬유를 복수 포함하고,
적어도 일부의 상기 집속 무기 섬유끼리는 접촉하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
제3항에 있어서,
상기 심재는 가스 투과성의 자루 내에 봉입된 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항에 있어서,
상기 외피재의 단부 주변은 외피재를 구성하는 라미네이트필름끼리 융착함으로써 형성된 실(seal)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항에 있어서,
상기 집속 무기 섬유의 폭은 0.1mm 이상 2.0mm 이하이며, 상기 집속 무기 섬유의 길이는 10mm 이상 100mm 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 시트는 1cm³ 당으로 환산하여 10개 이상 200개 이하의 상기 집속 무기 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 복수의 무기 섬유 중 적어도 일부는 다른 무기 섬유와 접촉하며, 일부 무기 섬유와 다른 무기 섬유의 접촉 부분에서의 연신 방향이 상기 시트의 두께 방향 성분을 가지는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 복수의 무기 섬유의 평균 길이는 15mm 이상 50mm 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 복수의 무기 섬유의 평균 직경은 3μm 이상 8μm 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 외피재에 봉입하기 전의 상기 시트의 단위 면적당 중량의 평균치는10g/m²이상 200g/m²이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 외피재에 봉입된 상태의 상기 시트에서 상기 무기 섬유의 적어도 일부는 부분적으로 만곡된 형상인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 시트의 평면 방향에서의 제1 방향과 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향 중, 인장 강도가 큰 방향을 상기 진공 단열재의 긴 방향으로 하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 복수의 무기 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 암면, 현무암 섬유, 실리카 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 알루미나 섬유 중 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 복수의 무기 섬유는 SiO2를 50 wt % 이상 60 wt % 이하, CaO를 15 wt % 이상 25 wt % 이하, MgO를 0 wt % 이상 6 wt % 이하, Al2O3를 12 wt % 이상 16 wt % 이하, B2O3를 8 wt % 이상 13 wt % 이하, K2O를 0 wt % 이상 1 wt % 이하, Na2O를 0 wt % 이상 1 wt % 이하를 포함하는(다만, SiO2, CaO, MgO, Al2O3, B2O3, K2O 및 Na2O의 함유 율의 총계는100 wt % 이하) 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 복수의 무기 섬유는 연속 필라멘트 법으로 제조된 유리 섬유인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제17항에 있어서,
상기 유리 섬유는 E 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
진공 단열재의 제조 방법으로서,
연속 필라멘트 법으로 제조된 무기 섬유를 준비하는 단계;
집속제를 첨가하여 상기 무기 섬유를 집속하는 단계;
집속시킨 상기 무기 섬유를 절단하여 절단 무기 섬유를 제작하는 단계;
분산매에 분산제 및 상기 절단 무기 섬유를 투입하여 상기 절단 무기 섬유를 분산된 무기 섬유로 분산시키는 단계;
초지기를 사용하여 상기 분산된 무기 섬유로 구성된 롤 형상의 시트를 제작하는 단계;
상기 시트를 절단한 후 적층하거나, 적층한 후 절단하여 심재를 제작하는 단계;
상기 심재를 건조로를 이용하여 건조하는 단계;
상기 건조된 심재를 선택적으로 흡착제와 함께 외피재 내에 삽입하는 단계;
진공 챔버에서, 자루 형상의 외피재의 내부가 진공이 되도록 내부 공기를 배기하고, 개구부를 융착시켜 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재 제조 방법.
제19항에 있어서,
상기 시트 제작 단계는,
롤러에 의해서 구동되는 벨트를 이용하여 상기 분산된 유리 섬유로 이루어진 상기 시트를 분산매에서 끌러 올리는 단계;
상기 시트에 바인더를 더해 분산된 유리 섬유를 서로 고정하는 단계; 및
상기 시트를 건조시켜 롤러를 사용하여 상기 시트를 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재 제조 방법.