KR20150124630A - 다층 박막을 이용한 적층형 단열재 - Google Patents

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Abstract

다층 박막을 적층하여 단열재를 형성하되, 적층 소재의 변경만으로 사용 온도대를 변경할 수 있도록 한 다층박막을 이용한 적층형 단열재에 관한 것으로서, 제품의 온도에 대응하는 소재로 이루어진 제품 접촉 층; 상기 제품 접촉 층으로 유입된 열의 전도를 감소하는 메시(mesh); 전도 면적을 줄여 상기 메시를 통해 전달되는 열을 줄이는 전도 감소층; 방사율을 높여 복사열을 차폐하는 복사 차폐층; 및 외부 공기와 접촉되는 외부 마감층으로 다층박막을 이용한 적층형 단열재를 구현함으로써, 사용 온도 영역에 따라 적층 소재중 일부 소재만을 변경하여 사용 온도 영역을 변경함으로써, 소재 변경만으로 모든 온도 영역에서 사용 가능한 다층 박막을 이용한 적층형 단열재를 제공해준다.

Description

다층 박막을 이용한 적층형 단열재{Layered insulator using multilayer thin film}
본 발명은 다층 박막(multilayer thin film)을 이용한 적층형 단열재에 관한 것으로, 특히 다층 박막을 적층하여 단열재를 형성하되, 적층 소재의 변경만으로 사용 온도대를 변경할 수 있도록 한 다층박막을 이용한 적층형 단열재에 관한 것이다.
일반적으로, 저온 냉장고, 냉동창고, 가전제품, 차량, 건축용 자재, 태양열 집열기, 중온수 저장조, 공장의 공정용 열수 시설 등에서는 단일의 재질을 사용한 단열재를 이용한다. 여기서 단열의 재질을 이용한 단열재는 열전도계수가 일정하므로 원하는 단열 성능을 얻기 위해서는 단열재의 두께를 늘리는 방식을 이용한다. 이러한 단열재의 두께 증가는 시스템의 크기를 크게 하는 단점으로 작용하나, 이를 대체할 기술이 없어 공간적 불편함을 감수하면서도 사용되는 실정이다.
하기의 [표1]에 현재 가장 많이 사용되고 있는 상업용 단열재를 도시한 것이다.
상업용 단열재의 온도 범위
온도 구분 단열재 종류
저온(-80℃ ~ -40℃) 폴리우레탄
상온(-40℃ ~ 70℃) 폴리우레탄, 스티로폼
중온(70℃ ~ 150℃) 글라스울, 미네랄울
고온(150℃ ~ 350℃) 글라스울, 미네랄울
[표1]에 도시한 바와 같이, 현재 저온과 상온에서 많이 쓰이고 있는 단열재는 폴리우레탄으로 냉동창고, 가전제품, 건축용 자애로 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 온도가 올라가 중온이나 고온이 되면 폴리우레탄은 용융이 되므로 더 이상 사용할 수 없다. 따라서 이런 경우 많이 사용되는 단열재는 글라스울(glass-wool)과 미네랄울(mineral wool)이 된다. 이미 알려진 바와 같이 글라스울과 미네랄울의 부산물은 건강에 유해하여 작업시 주의가 필요하다.
이러한 상업용 단열재가 많이 사용되는 이유는 가격이 저렴하고, 사용이 편리함을 근거로 들지만, 실제로 대체 가능한 단열재가 없기 때문이다. 이러한 단열재의 문제점을 극복하기 위해 새로운 단열재 개발은 계속 연구되고 있는 추세이다.
새로운 단열개발에 대한 연구에 대한 예로서, 반사 차폐 성을 가지는 알루미늄을 이용한 반사형 단열재와 고무를 발포시켜 만든 고무발포 단열재도 대체 단열재로서 사용되고 있다.
상기 반사형 단열재와 고무발포 단열재에 대한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0016162호(2013.02.14. 공개) 및 <특허문헌 2> 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0060440호(2013.06.10. 공개)에 개시되었다.
<특허문헌 1>에 개시된 종래기술은 난연성 수지 혼합물로 된 다공성 그물망 형상으로 제조되고, 다공성 그물망 형상의 각각의 구멍은 격벽과 반사 필름에 의해 둘러싸여 열 차단 작용을 하는 공기층을 형성하는 난연성 단열 폼의 상면과 저면에 알루미늄 필름으로 된 반사 필름이 열융착 방식으로 부착되어 있고, 반사 필름의 공기 중에 노출되는 표면에 폴리에스터(PET) 수지를 0.5±0.1㎛ 두께로 박막 코팅하여 부식방지 박막 코팅층을 형성한다. 이렇게 구현된 반사형 단열재는 난연성 단열 폼이 다공성 그물망 형상으로 제조되므로 판상의 단열 폼을 사용하는 종래의 반사형 단열재에 비해 단열 폼 제조용 원자재를 대략 60% 이상 절감할 수 있고, 부가적으로 제품의 무게가 줄어 제품 운반비를 절감할 수 있으며, 작업 중 운반과 절단 및 설치가 용이하다는 장점이 있다.
<특허문헌 2>에 개시된 종래기술은 두 가지 종류의 합성 고무를 이용하여 단열재 내부는 열 차단이 우수한 NBR 합성고무를 포함하여 단열성이 우수하며, 외부의 EPDM합성고무를 포함하여 자외선에 따른 노후를 방지하는 적층형 고무발포 단열재를 제공한다.
대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0016162호(2013.02.14. 공개) 대한민국 공개특허 공개번호 10-2013-0060440호(2013.06.10. 공개)
그러나 상기와 같은 종래기술은 특정 온도 영역(저온 및 상온)에서만 사용 가능하도록 제작되므로, 다른 온도 영역(예를 들어, 중온 및 고온)에서는 사용할 수 없는 단점이 있다.
즉, 종래기술로 제작되는 단열재는 저온 및 상온에서는 사용할 수 있으나, 중온이나 고온에서는 사용이 불가능하다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다층 박막을 적층하여 단열재를 형성하되, 적층 소재의 변경만으로 사용 온도 대를 변경할 수 있도록 한 다층 박막을 이용한 적층형 단열재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 사용 온도 영역에 따라 적층 소재중 일부 소재만을 변경하여 사용 온도 영역을 변경함으로써, 소재 변경만으로 모든 온도 영역에서 사용 가능한 다층 박막을 이용한 적층형 단열재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용 온도가 고온이 되더라도 단열재의 두께가 두꺼워지는 것을 억제할 수 있도록 한 다층 박막을 이용한 적층형 단열재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유연한 적층형 단열재를 제공해주어, 제품 장착 면에 따라 용이하게 장착 작업이 이루어지도록 한 다층 박막을 이용한 적층형 단열재를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 박막을 이용한 적층형 단열재는 제품의 온도에 대응하는 소재로 이루어진 제품 접촉 층; 상기 제품 접촉 층으로 유입된 열의 전도를 감소하는 메시; 전도 면적을 줄여 상기 메시를 통해 전달되는 열을 줄이는 전도 감소층; 방사율을 높여 복사열을 차폐하는 복사 차폐층; 외부 공기와 접촉되는 외부 마감층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 전도 감소층은 열전도도가 작은 소재를 이용하여 전달되는 열을 줄이기 위한 전도 부재; 상기 전도 부재를 통과한 열의 전도를 감소하는 기본 메시를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 복사 차폐층과 외부 마감층 사이에는 상기 복사 차폐층에서 전달된 열이 상기 외부 마감층에 전도되는 것을 줄이기 위한 기본 메시를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다층 박막을 적층하여 단열재를 형성하되, 사용 온도 영역에 따라 적층 소재중 일부 소재만을 변경하여 사용 온도 영역을 변경함으로써, 소재 변경만으로 모든 온도 영역에서 사용 가능한 다층 박막을 이용한 적층형 단열재를 제공해주는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 사용 온도가 고온이 되더라도 단열재의 두께가 두꺼워지는 것을 억제할 수 있으며, 유연한 적층형 단열재를 제공으로 제품 장착에 편리성을 도모해주며, 이로 인해 장착비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 단열재의 부피를 줄임으로써 제품이나 시스템의 부피를 컴팩트화할 수 있어, 냉장고와 같은 경우 동일한 크기의 외형에서 더 많은 내부 공간을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다층 박막을 이용한 적층형 단열재의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 다층 박막을 이용한 적층형 단열재의 다른 실시 예 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다층박막을 이용한 적층형 단열재를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다층박막을 이용한 적층형 단열재(100)의 단면도로서, 맨 하부에는 제품에 직접 접촉되는 제품 접촉층(10)이 배치된다. 제품 접촉층(10)은 제품의 온도에 적합한 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 제품이 저온일 경우 저온에서 소재의 성질이 변하지 않아야 하며, 제품이 고온인 경우 녹는점이 제품 표면의 온도보다 높아야 한다. 예를 들어, 제품 접촉층(10)은 PE, 폴리이미드 등의 플라스틱 재질, 테플론 필름, 금속 호일 등의 소재를 이용할 수 있다.
제품 접촉층(10)의 상부에는 상기 제품 접촉층(10)으로 유입된 열의 전도를 감소하는 메시(mesh)(20)가 배치된다. 메시(20)는 전도 감소재로서, 제품에 접촉되는 제품 접촉층(10)으로부터 들어온 열이 상부에 위치하는 전도 감소층(30)으로 전달되는 것을 줄이는 역할을 한다. 이를 위해 메시(20)는 플라스틱, 테플론, 글라스울 등의 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 메시(20)의 상부에는 전도 면적을 줄여 상기 메시(20)를 통해 전달되는 열을 줄이는 전도 감소층(30)이 배치된다. 이러한 전도 감소층(30)은 열전도도가 작은 소재를 이용하여 전달되는 열을 줄이기 위한 전도 부재(31); 상기 전도 부재(31)를 통과한 열의 전도를 감소하는 기본 메시(32)를 포함한다. 상기 전도 부재(31)는 메시(20)와 기본 메시(32) 사이에 위치하며, 전달되는 열을 줄이기 위하여 열전도도가 작은 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 기본 메시(32)는 전도 감소재로서 저온 및 상온에서 사용 가능한 소재가 사용된다.
다음으로, 상기 전도 감소층(30)의 상부에는 방사율을 높여 복사열을 차폐하는 복사 차폐층(40)이 배치된다. 복사 차폐층(40)은 복사 열손실을 막기 위해 사용된다. 특히, 복사 차폐층(40)은 알루미늄 증착 등의 방법을 통해 방사율을 높인 소재로서 복사열을 차폐하는 기능을 가진 소재를 의미한다. 여기서 복사 차폐층(40) 대신에 전도 감소재를 이용하는 것도 가능하다.
상기 복사 차폐층(40)의 상부에는 상기 복사 차폐층(40)에서 전달된 열이 외부 마감층(60)에 전도되는 것을 줄이기 위한 기본 메시(50)가 배치된다.
마지막으로 상기 기본 메시(50)의 상부에는 외부 공기와 접촉되는 외부 마감층(60)이 배치된다. 외부 마감층(60)은 외부 환경에 맞춰 여러 가지 소재가 사용될 수 있다.
여기서 적층형 단열재(100)의 각 층간의 고정은 초음파 용접, 기계 요소를 이용한 고정, 벨크로 고정, 테이프 고정 등의 고정 방법을 이용하여 고정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 다층 박막을 이용하여 적층형태의 단열재를 제작하게 되면, 단열재의 부피를 줄일 수 있어, 제품이나 시스템의 부피를 컴팩트화 할 수 있어, 냉장고와 같은 경우 동일한 크기의 외형에서 더 많은 내부 공간을 제공할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기와 같은 기본적인 적층형 단열재(100)에 있어서, 제품의 특성이나 필요에 따라 상기 복사 차폐층(40)과 기본 메시(32)는 여러 번 반복하여 사용할 수 있다.
도 2는 상기 복사 차폐층(40)과 기본 메시(32)를 복수 번 반복한 경우의 적층형 단열재의 단면도를 나타낸 것이다.
하기의 [표2]는 온도 영역에 적합한 적층형 단열재 구성한 후, 실험을 통하여 획득한 열전도 계수 값을 나타낸 것이다.
적측형 단열재를 통해 획득한 열전도 계수를 보면 0.0356W/m·K이하의 값을 가지는 것을 알 수 있다. 구성 재질은 다른 재질로 변화할 수 있으며, 이와 같이 변화된 재질에 의해 온도 영역도 바뀔 수 있으나, 열전도 계수는 0.035W/m·K 이하가 되도록 구성한다.
온도 영역과 적층형 단열재 형태 및 열전도 계수 관계
온도 영역 Type 구성 전체 층수 열전도계수(W/m·K]
저온
(-80℃ ~ -40℃)		 Type1 10 reflective shield
+ fabric mesh		 10 0.0159 이하
Type2 20 reflective shield
+ fabric mesh		 20 0.0173 이하
상온
(-40℃ ~ 70℃)		 Type3 4 reflective shield
+ 1 ty2 conductance insulator + fabric mesh
5
0.0219 이하
Type4 3 reflective shield
+ 2 ty2 conductance insulator + fabric mesh
5
0.0356 이하
중온
(70℃ ~ 150℃)		 Type5 8 reflective shield
+ 2 teflon film + 1 teflon mesh + fabric mesh
10
0.0232 이하
Type6 13 reflective shield
+ 2 teflon film + 1 teflon mesh + fabric mesh
15
0.0356 이하
고온
(150℃ ~ 350℃)		 Type7 5 reflective shield
+ 4 teflon film + 4 teflon mesh + fabric mesh
10
0.0203 이하
Type8 10 reflective shield
+ 4 teflon film + 4 teflon mesh + fabric mesh
15
0.0203 이하
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 다층박막 단열재의 단열재 제작원리를 활용하여 사용 온도 대에 적합한 적층형 단열재를 제작하는 기술에 효과적으로 적용할 수 있다.
100… 단열재
10… 제품 접촉층
20… 메시
30… 전도 감소층
40… 복사 차폐층
50… 기본 메시
60… 외부 마감층

Claims (6)

  1. 제품의 온도에 대응하는 소재로 이루어진 제품 접촉 층;
    상기 제품 접촉 층으로 유입된 열의 전도를 감소하는 메시(mesh);
    전도 면적을 줄여 상기 메시를 통해 전달되는 열을 줄이는 전도 감소층;
    방사율을 높여 복사열을 차폐하는 복사 차폐층; 및
    외부 공기와 접촉되는 외부 마감층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 적층형 단열재.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전도 감소층은 열전도도가 작은 소재를 이용하여 전달되는 열을 줄이기 위한 전도 부재; 상기 전도 부재를 통과한 열의 전도를 감소하는 기본 메시를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 적층형 단열재.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 복사 차폐층과 외부 마감층 사이에는 상기 복사 차폐층에서 전달된 열이 상기 외부 마감층에 전도되는 것을 줄이기 위한 기본 메시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 적층형 단열재.
  4. 청구항 1에 있어서 상기 복사 차폐층을 전달되는 열을 감소하기 위한 전도 감소재로 대체하는 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 적층형 단열재.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 기본 메시와 상기 복사 차폐층은 제품의 특성에 따라 복수로 구현 가능한 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 적층형 단열재.
  6. 청구항 1에 있어서, 다층박막을 이용한 적층형 단열재의 열전도 계수는 0.0356W/m·K 이하인 것을 특징으로 하는 다층박막을 이용한 적층형 단열재.

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