KR20170097383A - 진공단열재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 진공단열재는, 심재; 및 상기 심재가 삽입되는 봉지부재를 포함하고, 상기 봉지부재는, 한 쌍의 상하외피재와 한 쌍의 측벽외피재로 구성되며, 상기 측벽외피재의 상하부 외측면은 각각 한 쌍의 상하외피재의 좌우측 내측면에 융착된다.
Description
본 발명은 파우치 형태의 외피재 내부에 심재가 구비되는 진공단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 외피재에 마진부가 형성되지 아니하도록 함으로써 단열성이 개선된 진공단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
진공단열재는 단열재 내부를 진공 처리함으로써 단열재 내부의 대류 현상을 차단시켜 기존 유/무기 단열재 대비 다섯 배 이상의 우수한 단열성능을 나타내도록 하는 소재이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 진공단열재에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 진공단열재의 구조를 도시한 도면으로서, 도 1은 폴딩 이전의 진공단열재 사시도이고, 도 2는 폴딩 이후 도 1에 도시된 A-A 선을 따라 절단한 진공단열재 단면도이다.
일반적인 진공단열재(10)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 심재(core material)(12)와, 다층필름(multi layered film) 구조로 이루어져 심재를 감싸는 외피재 역할을 하는 봉지부재(11)와, 상기 봉지부재(11) 내로 유입되는 가스 성분을 제거하기 위한 가스흡착제(getter)(13)로 이루어진다.
심재(12)를 봉지부재(11) 내에 용이하게 삽입할 수 있도록 상기 봉지부재(11)는 심재 사이즈에 비해 1 내지 80mm 더 크게 제작되는데, 이러한 크기 차이로 인하여 봉지부재(11)의 열융착 테두리 접합부(D1)가 마진부(margin)로 남게 된다. 종래에는 진공단열재의 연속식 설치를 위해 이러한 마진부를 봉투 접기식으로 폴딩(Folding)하여 사용하였다.
사각형 형태의 진공단열재에서는 네 개의 변에 각각 마진부가 형성되고, 일반적인 진공단열재의 제조방법에서는 상기 네 변의 마진부가 모두 봉투 접기식으로 접혀서 제조된다. 이와 같이 접히는 마진부는 열교 차단 성능에 불리한 구조를 제공하며, 또한 이중으로 꺾이는 각 모서리 부분에서 크랙이 발생하여 미세 누설 및 투습으로 인해 장기 내구성의 저하 및 높은 불량률의 원인이 되기도 하는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 제2012-0013067호에서는 도 2에 도시된 바와 같이 이격된 두 변만을 폴딩하고 그 단부를 테이프(14)로 고정한 구조를 제시하고 있지만 충분한 해결책이 되지는 못하는 실정이다.
본 발명은 봉지부재가 한 쌍의 상하외피재와 한 쌍의 측벽 외피재로 구성되는 파우치 형태를 이루되, 외부로 돌출되는 마진부가 형성되지 아니하여 외측 면적 대비 내부공간이 최대한 넓게 확보될 수 있고 단열성이 향상되는 진공단열재 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 진공단열재는, 심재; 및 상기 심재가 삽입되는 봉지부재를 포함하고, 상기 봉지부재는, 한 쌍의 상하외피재와 한 쌍의 측벽외피재로 구성되며, 상기 측벽외피재의 상하부 외측면은 각각 한 쌍의 상하외피재의 좌우측 내측면에 융착된다.
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층 또는 상하보호층으로 구성되고, 상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착된다.
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층과, 상기 상하차단층의 표면에 적층되는 상하보호층으로 구성되고, 상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착된다.
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층 또는 측벽보호층과, 상기 측벽차단층 또는 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고, 상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착된다.
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층과, 상기 측벽차단층의 표면에 적층되는 측벽보호층과, 상기 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고, 상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착된다.
본 발명에 의한 진공단열재 제조방법은, 수평으로 뉘어지는 한 쌍의 상하외피재와 수직으로 세워지는 한 쌍의 측벽외피재를 마련한 후, 상기 한 쌍의 측벽외피재의 상하부 외측면을 상기 한 쌍의 상하외피재의 좌우측 내측면에 융착시켜 봉지부재를 제작하고, 상기 봉지부재 내측으로 심재를 삽입한 후 상기 봉지부재 내의 공기를 배출한 후 상기 봉지부재의 개구부를 밀봉한다.
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층 또는 상하보호층으로 구성되고, 상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착된다.
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층과, 상기 상하차단층의 표면에 적층되는 상하보호층으로 구성되고, 상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착된다.
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층 또는 측벽보호층과, 상기 측벽차단층 또는 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고, 상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착된다.
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층과, 상기 측벽차단층의 표면에 적층되는 측벽보호층과, 상기 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고, 상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착된다.
상기 봉지부재 내측으로 심재를 삽입하는 공정은, 상기 심재를 압축시킨 이후 상기 봉지부재 내측으로 삽입하도록 구성된다.
본 발명에 의한 진공단열재는, 봉지부재가 한 쌍의 상하외피재와 한 쌍의 측벽외피재로 구성되는 파우치 형태를 이루며 외부로 돌출되는 마진부가 형성되지 아니하므로, 외측 면적 대비 내부공간이 최대한 넓게 확보되어 최대한 큰 심재가 인입될 수 있을 뿐만 아니라 외피재 중 외측으로 접히는 부위가 없어지는바 단열성이 극대화된다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의한 진공단열재 제조방법을 이용하면, 봉지부재의 규격 대비 많은 양의 심재를 인입시킬 수 있어 단위 진공단열재의 개별 단열성을 향상시킬 수 있고, 상기 진공단열재의 외측면에 마진부가 형성되지 아니하므로 열교현상이 개선된다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 진공단열재의 구조를 도시한 도면으로서, 도 1은 폴딩 이전의 진공단열재 사시도이고, 도 2는 폴딩 이후 도 1에 도시된 A-A 선을 따라 절단한 진공단열재 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 진공단열재의 분해도 및 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 진공단열재의 단면도로서, 도 5는 도 4에 도시된 B-B선을 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 4에 도시된 C-C선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 봉지부재를 구성하는 상하외피재와 측벽외피재의 확대단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 진공단열재를 제조하는 제조장치의 분해사시도 및 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 의한 진공단열재 제조과정의 일 실시형태를 순차적으로 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 진공단열재의 분해도 및 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 진공단열재의 단면도로서, 도 5는 도 4에 도시된 B-B선을 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 4에 도시된 C-C선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 봉지부재를 구성하는 상하외피재와 측벽외피재의 확대단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 진공단열재를 제조하는 제조장치의 분해사시도 및 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 의한 진공단열재 제조과정의 일 실시형태를 순차적으로 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 진공단열재 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 진공단열재의 분해도 및 사시도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 진공단열재의 단면도로서, 도 5는 도 4에 도시된 B-B선을 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 4에 도시된 C-C선을 따라 절단한 단면도이다.
본 발명에 의한 진공단열재(100)는, 파우치 형태의 봉지부재(110) 내에 심재(120)가 인입된 후, 상기 봉지부재(110) 내부를 진공시켜 기준치 이상의 단열성을 갖도록 구성되되, 상기 봉지부재(110)의 외부에 마진부(margin)가 형성되지 아니하도록 함으로써, 봉지부재(110) 내부로 인입되는 심재(120)의 크기를 증대시킬 수 있고, 열교현상을 방지하여 단열성을 현저히 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 진공단열재(100)는, 심재(120)가 삽입되는 봉지부재(110)가 한 쌍의 상하외피재(112)와 한 쌍의 측벽외피재(114)로 구성되되, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 측벽외피재(114)의 상하부 외측면이 각각 한 쌍의 상하외피재(112)의 좌우측 내측면에 융착되도록 구성된다.
이와 같이 측벽외피재(114)가 'ㄷ'자 형상을 이루도록 상부와 하부가 90도로 절곡되면, 상하외피재(112)와 측벽외피재(114)가 적층되어 융착되는 부위가 봉지부재(110)의 외부로 돌출되지 아니하고 내부에 위치하게 되는바, 심재(120)와 접촉하지 않고 남아서 별도로 처리해야 하는 마진부가 형성되지 아니하여 열교현상이 발생되지 아니하게 된다. 또한, 본 발명에 의한 봉지부재(110)는 마진부의 형성을 염려하지 않고 심재(120)의 규격에 따라 내부공간을 변화시킬 수 있으므로, 기존에 비해 큰 규격의 심재를 사용했을 시에, 단열성을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 진공단열재(100)의 심재(120)로는 글라스 울, 발연 실리카(fumed silica) 또는 우레탄 폼이 사용될 수 있다. 또한 상기 진공단열재(100)는 상기 봉지부재(110) 내부로 유입되는 가스를 제거하기 위한 가스흡착제(130)를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 가스흡착제(130)로는 CaO(생석회), 금속 분말, 생석회와 금속 분말의 혼합물, 실리카겔 또는 제올라이트가 사용될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 포함되는 봉지부재(110)는, 측벽외피재(114)가 일측, 예를 들어 좌우측에만 구비되고 타측, 예를 들어 전방과 후방에는 구비되지 아니하므로, 상기 봉지부재(110)의 전방과 후방은 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 상하외피재(112)가 맞닿아 융착된다. 물론, 쌍을 이루는 상하융착층(112) 중 심재(120)나 상기 측벽외피재(114)와 접촉되지 아니하는 부위만이 상호 맞닿아 융착될 것이다. 이때, 측벽외피재(114)의 전방과 후방은 도 6의 확대도에 도시된 바와 같이 지그재그 패턴으로 접혀 융착된다. 이와 같이 상기 측벽외피재(114)의 외측면은 상하외피재(112)에 융착되고, 상기 측벽외피재(114)의 내측면은 지그재그 패턴으로 접혀 융착되어야 하는바, 상기 측벽외피재(114)의 외측면과 내측면에는 모두 융착층이 구비된다.
반면에 상하외피재(112)는 내측면만이 측벽외피재(114)에 융착되므로, 상하외피재(112)는 내측면에만 융착층이 구비된다. 이와 같이 측벽외피재(114)와 상하외피재(112)에 융착층이 구비되는 구조에 대해서는 이하 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 진공단열재(100)를 제작하고자 할 때에는, 먼저 수평으로 뉘어지는 한 쌍의 상하외피재(112)와 수직으로 세워지는 한 쌍의 측벽외피재(114)를 마련한 후, 상기 한 쌍의 측벽외피재(114)의 상하부 외측면을 상기 한 쌍의 상하외피재(112)의 좌우측 내측면에 융착시켜 봉지부재(110)를 제작하고, 상기 봉지부재(110) 내측으로 심재(120)를 삽입하여 상기 봉지부재(110) 내의 공기를 배출한 후(더 명확하게는 봉지부재(110) 내부를 진공화시킨 이후) 상기 봉지부재(110)의 개구부를 밀봉한다.
이때, 상기 심재(120)는 고속원심법으로 제조된 유리섬유를 블로잉하는 과정을 거쳐 제작되므로, 내부에 다수의 공기층이 포함되어 있다. 따라서 진공단열재(100)의 규격대비 단열효과를 높이기 위하여 상기 심재(120)는 압축된 상태로 봉지부재(110) 내부로 인입되어야 하는데, 상기 심재(120)를 압축하는 공정과 상기 심재(120)를 봉지부재(110) 내로 인입시키는 공정 사이에 시간차가 발생되면 상기 심재(120)가 일정 부피를 갖도록 복원되므로, 봉지부재(110)를 크게 제작해야 한다.
그러나 상기 언급한 바와 같이 일정 크기로 부피가 복원된 심재(120)가 원할하게 인입될 수 있을 만큼 봉지부재(110)를 크게 제작하면, 봉지부재(110) 내부의 공기를 배출시켜 심재(120)를 압축시키는 과정에서 봉지부재(110)가 접히는 부위가 발생되어 단열성이 저하된다는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 진공단열재(100) 제조방법은 심재(120)를 압축시킨 상태 그대로 봉지부재(110) 내부로 인입시킴으로써, 봉지부재(110)의 크기를 줄일 수 있고, 이에 따라 열전도율 감소 및 생산성 향상을 기대할 수 있다.
이와 같이 압축된 상태의 심재(120)를 그대로 봉지부재(110)에 인입시키기 위해서는, 도 8 및 도 9에 도시된 진공단열재(100) 제조장치가 사용될 수 있는데, 상기 진공단열재(100) 제조장치를 사용하여 진공단열재(100)를 제작하는 과정에 대해서는 이하 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 봉지부재를 구성하는 상하외피재와 측벽외피재의 확대단면도이다.
본 발명에 포함되는 봉지부재(110)는, 하나의 심재(120)를 둘러싸는 한 쌍의 상하외피재(112)와 한 쌍의 측벽외피재(114)로 구성되는데, 상기 상하외피재(112)와 측벽외피재(114)는 하기와 같은 다층구조로 구성될 수 있다.
<상하외피재>
상기 상하외피재(112)는, 심재(120)의 표면에 적층되는 상하융착층(112a)과, 상기 상하융착층(112a)의 표면에 적층되는 상하차단층(112b)과, 상기 상하차단층(112b)의 표면에 적층되는 상하보호층(112c)으로 구성된다.
상기 상하보호층(112c)은 상하외피재(112)의 최외층으로서 상하차단층(112b)을 보호하고 외부 충격 또는 스크래치로부터 진공단열재(100)가 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 상하보호층(112c)은 하나 이상의 층으로 구성될 수 있으며, 각 층은 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 배향된 폴리프로필렌(OPP), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 폴리비닐알코올(PVOH), 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH), 오모세르(ORMOCER) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 증착에 사용되는 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)일 수 있으며, 증착 두께는 100 내지 1000Å일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 상하보호층의 두께는 특별한 제한 없이 진공단열재에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 5 내지 30㎛, 구체적으로 10 내지 25㎛ 일 수 있다.
상기 상하차단층(112b)은 진공단열재(100)의 통기를 막는 역할을 한다. 이러한 상하차단층(112b)으로서는 무기물-증착 필름, 알루미늄 박막 또는 오모세르(ORMOCER)가 사용될 수 있으며, 상기 무기물-증착 필름은 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 증착에 사용되는 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)일 수 있으며, 증착 두께는 100 내지 1000Å일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 무기물-증착 필름은 최종 제품의 원가 및 목적하는 특성에 따라 하나 이상 구비될 수 있다. 상기 상하차단층의 두께는 특별한 제한 없이 진공 단열재에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 3 내지 30㎛, 구체적으로 5 내지 20㎛일 수 있다.
상하보호층(112c) 및 상하차단층(112b)은 목적에 따라 추가하거나 제외할 수 있으며, 적층 순서에는 특별한 제한이 없다.
상기 상하융착층(112a)은 상하외피재(112)의 최내층으로서 측벽외피재(114)와의 열융착을 가능하게 하고 심재(120)와 밀착되어 밀봉재 역할을 하는 층이다. 이러한 상하융착층(112a)의 재질은 진공단열재(100)에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 구체적으로 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLPDE) 필름 또는 캐스트 폴리프로필렌(CPP) 필름이 사용될 수 있다. 상기 융착층의 두께는 특별한 제한 없이 진공단열재(100)에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 20 내지 100㎛, 구체적으로 30 내지 75㎛ 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 봉지부재(110)는 필요에 따라 특정 특성을 부여하는 부가의 층들을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 다층 구조 내의 각 층간 접착은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 접착제, 예컨대 우레탄 접착제를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 그 접착 방법에는 특별한 제한이 없으며, 진공단열재(100)에 통상적으로 적용되는 방식, 예컨대 그라비아, 다이렉트, 리버스, 드라이 라미네이션 방식 등이 사용될 수 있다.
<측벽외피재>
상기 측벽외피재(114)는, 심재(120)의 표면에 적층되는 내측융착층(114a)과, 상기 내측융착층(114a)의 표면에 적층되는 측벽차단층(114b)과, 상기 측벽차단층(114b)의 표면에 적층되는 측벽보호층(114c)과, 상기 측벽보호층(114c)의 표면에 적층되어 상기 상하외피재(112)의 좌우측 상하융착층(112a)에 융착되는 외측융착층(114d)으로 구성된다.
상기 외측융착층(114d)은 측벽외피재(114)의 최외층으로서, 상하외피재(112)와의 열융착을 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 외측융착층(114d)의 재질은 진공단열재(100)에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 구체적으로 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLPDE) 필름 또는 캐스트 폴리프로필렌(CPP) 필름이 사용될 수 있다. 상기 외측융착층(114d)의 두께는 특별한 제한 없이 진공단열재(100)에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 20 내지 100㎛, 구체적으로 30 내지 75㎛일 수 있다.
상기 측벽보호층(114c)은 측벽차단층(114b)을 보호하고 외부 충격 또는 스크래치로부터 진공단열재(100)가 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 측벽보호층(114c)은 하나 이상의 층으로 구성될 수 있으며, 각 층은 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 배향된 폴리프로필렌(OPP), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 폴리비닐알코올(PVOH), 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH), 오모세르(ORMOCER) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 증착에 사용되는 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)일 수 있으며, 증착 두께는 100 내지 1000Å일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 측벽보호층(114c)의 두께는 특별한 제한 없이 진공단열재에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 5 내지 30㎛, 구체적으로 10 내지 25㎛ 일 수 있다.
상기 측벽차단층(114b)은 진공단열재(100)의 통기를 막는 역할을 한다. 이러한 측벽차단층(114b)으로서는 무기물-증착 필름, 알루미늄 박막 또는 오모세르(ORMOCER)가 사용될 수 있으며, 상기 무기물-증착 필름은 무기물-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트, 무기물-증착 에틸렌 비닐 알코올, 무기물-증착 폴리비닐알코올(PVOH) 및 무기물-증착 오모세르(ORMOCER)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 증착에 사용되는 무기물은 알루미늄(Al), 알루미늄 산화물(AlOx), 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물(SiOx)일 수 있으며, 증착 두께는 100 내지 1000Å일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 무기물-증착 필름은 최종 제품의 원가 및 목적하는 특성에 따라 하나 이상 구비될 수 있다. 상기 측벽차단층(114b)의 두께는 특별한 제한 없이 진공 단열재에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 3 내지 30㎛, 구체적으로 5 내지 20㎛일 수 있다.
상기 측벽보호층(114c) 및 측벽차단층(114b)은 목적에 따라 추가하거나 제외할 수 있으며, 적층 순서에는 특별한 제한이 없다.
상기 내측융착층(114a)은 측벽외피재(114)의 최내층으로서, 도 6의 확대도에 도시된 바와 같이 측벽외피재(114)가 지그재그 패턴으로 폴딩되었을 때, 각 폴딩층 간의 열융착을 가능하게 하는 역할을 한다. 이러한 내측융착층(114a)의 재질은 진공단열재(100)에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없으나, 구체적으로 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLPDE) 필름 또는 캐스트 폴리프로필렌(CPP) 필름이 사용될 수 있다. 상기 외측융착층(114d)의 두께는 특별한 제한 없이 진공단열재(100)에 통상적으로 적용되는 두께, 예컨대 20 내지 100㎛, 구체적으로 30 내지 75㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 측벽외피재(114)는 필요에 따라 특정 특성을 부여하는 부가의 층들을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 다층 구조 내의 각 층간 접착은 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 접착제, 예컨대 우레탄 접착제를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 그 접착 방법에는 특별한 제한이 없으며, 진공단열재(100)에 통상적으로 적용되는 방식, 예컨대 그라비아, 다이렉트, 리버스, 드라이 라미네이션 방식 등이 사용될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 진공단열재를 제조하는 제조장치의 분해사시도 및 단면도이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명에 의한 진공단열재 제조과정의 일 실시형태를 순차적으로 도시한다.
본 발명에 의한 진공단열재(100) 제조방법을 구현하기 위한 진공단열재(100) 제조장치는, 심재(120)를 압축시키는 과정과 압축된 심재(120)를 봉지부재(110)에 인입시키는 과정을 연이어 수행함으로써, 압축된 심재(120)가 부풀어 오르도록 복원되는 현상을 방지하도록 구성된다.
즉, 상기 진공단열재(100) 제조장치는, 상면에 심재(120)가 안착 가능한(도 10 참조) 평판 형상의 지그패널(200)과, 상기 지그패널(200) 상면에 안착된 심재(120)를 덮되 일측(도 9에서는 우측)을 제외한 나머지 세 방향 가장자리가 상기 지그패널(200)에 밀착 결합되는 압축필름(300)과, 상기 지그패널(200)과 상기 압축필름(300) 사이에 진공압을 형성하여 상기 심재(120)를 압축시키는 진공펌프(400)와, 상기 진공펌프(400)에 의해 압축된 심재(120)를 일측으로 밀어 배출시키는 가압유닛(500)을 포함한다.
본 실시예에서는 상기 지그패널(200) 및 압축필름(300)이 직사각형의 평면형상을 갖는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 지그패널(200)과 압축필름(300)은 상호 간의 사이에 심재(120)가 안착될 수 있고 상기 심재(120)가 압축필름(300)의 개방된 일측을 통해 인출될 수만 있다면, 어떠한 형상으로도 적용될 수 있다. 또한, 상기 압축필름(300)은, 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이에 진공압이 발생될 때 심재(120)의 외측면에 밀착될 수 있도록 일정 수준의 연성을 가지며, 가압유닛(500)의 가압력에 의해 손상되거나 변형되지 아니하도록 기준치 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되어야 할 것이다.
지그패널(200) 상면과 압축필름(300) 저면 사이에 심재(120)를 안착시킨 후 진공펌프(400)를 작동시키면, 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 공기가 외부로 배출되면서 진공압이 형성되고, 상기 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이에 위치하고 있던 심재(120)는 상기 진공압에 의해 압축된다. 심재(120)의 압축이 완료되면, 상기 가압유닛(500)은 압축필름(300) 중 지그패널(200)에 부착되지 아니한 일측(도 9에서는 우측)으로 심재(120)를 밀어, 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이에 위치하여 있던 심재(120)를 지그패널(200)과 압축필름(300) 외부로 배출시킨다. 이때 상기 압축필름(300)의 일부가 지그패널(200)에 밀착 결합되는 것은 가압유닛(500)이 심재(120)를 밀어 배출시키는 과정에서 압축필름(300)이 심재(120)와 함께 밀려나는 것을 방지하기 위한 것이므로, 상기 압축필름(300)은 심재(120)가 배출되는 일측을 제외한 나머지 세방향 가장자리가 모두 지그패널(200)에 밀착 결합될 수도 있고, 심재(120)가 배출되는 반대측 즉, 타측 가장자리만이 지그패널(200)에 밀착 결합될 수도 있다.
지그패널(200)과 압축필름(300) 외부로 배출된 심재(120)는 미리 배치된 파우치 형상의 봉지부재(110) 내부로 인입되는데, 심재(120)가 압축된 상태를 유지하면서 봉지부재(110) 내부에 인입될 수 있으면, 봉지부재(110)를 크게 제작할 필요가 없게 되고, 이에 따라 봉지부재(110)의 마진부 감소를 통해 진공단열재(100) 열전도율을 낮출 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 의한 진공단열재(100) 제조방법으로 진공단열재(100)를 제조하고자 하는 경우, 먼저 도 10에 도시된 바와 같이 상면이 압축필름(300)으로 덮여진 지그패널(200) 상면에 심재(120)를 인입시키고, 도 11에 도시된 바와 같이 진공펌프(400)로 압축필름(300)과 지그패널(200) 사이의 공간을 감압시켜 상기 심재(120)를 압축시킨다.
상기 지그패널(200)은 압축필름(300)으로 덮여진 공간 중 상기 심재(120)가 안착되지 아니하는 지점에 하나 이상의 흡기공(210)이 형성되는바, 상기 진공펌프(400)는 흡기공(210)을 통해 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 공기를 외부로 배출시킴으로써 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이에 진공압을 형성할 수 있고, 이에 따라 심재(120)를 압축할 수 있다. 이때, 본 실시예에서는 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 공기를 배출시키기 위한 흡기공(210)이 지그패널(200)에 형성되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 흡기공(210)이 압축필름(300)에 형성되더라도 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 공기를 배출시킬 수 있다. 상기 흡기공(210)이 압축필름(300)에 형성되는 경우, 상기 압축필름(300)은 설정범위 이내의 연성을 가지면서 반복적인 압축응력에 견딜 수 있는 재료로 제작될 수 있다. 예컨데 상기 압축필름(300)은, 나일론(Nylon) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 에틸렌비닐알코올(EVOH) 필름 등으로 제작될 수 있다. 이는 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 공기를 배출시키는 과정에서 압축필름(300)이 심재(120)의 외측면에 밀착될 수 있으면서, 상기 흡기공(210) 주변의 압축필름이 손상되는 현상을 방지하기 위해서이다.
또한, 상기 압축필름(300)의 일측이 단순히 지그패널(200)의 상면에 안착되면, 진공펌프(400)에 의해 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 공기가 배출될 때 상기 압축필름(300)의 일측이 심재(120)의 측면을 타고 올라가 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 진공도가 해제될 수 있다. 따라서 상기 압축필름(300)은, 일측이 지그패널(200)의 일단을 감싼 후 상기 지그패널(200)의 저면에 안착될 수 있도록 지그패널(200)의 일단보다 약 10~20㎝ 더 길게 연장될 수 있다. 이와 같이 압축필름(300)의 일측이 지그패널(200) 저면에 안착된 상태에서 진공펌프(400)가 지그패널(200)과 상기 압축필름(300) 사이의 공기를 배출시키면, 상기 압축필름(300)의 일측이 당겨지더라도 지그패널(200)과 이격되지 아니하므로, 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이의 진공도가 안정적으로 유지될 수 있고, 이에 따라 심재(120)가 안정적으로 압축될 수 있다.
이때, 상기 진공단열재(100) 제조장치는, 일단이 흡기공(210)에 결합되고 타단이 진공펌프(400)에 연결되는 흡기라인(410)을 구비하여, 지그패널(200)과 압력필름 사이의 공기가 흡기라인(410)을 통해 외부로 배출되도록 구성되어 있으나, 상기 흡기라인(410)은 본 실시예에 도시된 파이프 형상으로 한정되지 아니하고, 각종 덕트나 챔버 형상으로 대체될 수 있다. 즉, 상기 흡기라인(410)은 진공펌프(400)에서 발생된 진공압에 의해 지그패널(200)과 압력필름 사이의 공기를 외부로 배출시킬 수만 있다면, 어떠한 형상 및 구조로도 대체될 수 있다.
심재(120)의 압축이 완료되면, 도 12에 도시된 바와 같이 파우치 형태를 갖는 봉지부재(110)의 개구부를 심재(120) 측으로 향한 후 가압유닛(500)으로 심재(120)를 봉지부재(110) 측으로 밀어 이송시킴으로써, 상기 심재(120)를 봉지부재(110) 내부에 인입시킨다. 가압유닛(500)으로 심재(120)를 일측으로 밀어 이송시킬 때, 상기 압축필름(300)은 지그패널(200)에 고정되어 있어 심재(120)를 따라 이송하지 아니하므로, 지그패널(200)의 저면에 안착된 압축필름(300) 일측은 이송되는 심재(120)에 의해 가압되어 지그패널(200) 상측에 위치하도록 펴지게 되고, 상기 심재(120)는 압축필름(300) 외부로 인출될 수 있다.
이때, 상기 지그패널(200) 상면과 심재(120) 간의 마찰력이 크게 발생되면, 가압유닛(500)이 심재(120)를 가압하더라도 심재(120)가 원활하게 이송되지 못하는바, 상기 지그패널(200) 상면은 매끄럽게 제작됨이 바람직하다. 예를 들어 상기 지그패널(200) 상면에는, 붕소 산화물이나 흑연 산화물, 몰리브덴 산화물과 같이 마찰계수가 기준치 이하인 물질이 코팅되거나, 마찰저감형 필름이 도포 또는 부착될 수 있다. 물론, 상기 지그패널(200)의 상면 마찰계수를 감소시킬 수 있다면 상기 지그패널(200) 상면에 마련되는 물질 및 필름은 다양한 종류로 대체될 수 있다.
압축필름(300) 출구측(도 10에서는 우측)과 봉지부재(110)의 개구부가 이격되면, 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이로부터 인출된 심재(120)가 봉지부재(110) 내부로 인입되기까지 일정 시간이 경과하게 되는바, 상기 심재(120)가 복원탄성력에 의해 어느 정도 부풀게 된다는 문제가 발생된다. 따라서 본 발명에 의한 진공단열재(100) 제조장치는, 심재(120)가 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이로부터 인출되자마자 봉지부재(110) 내부에 인입될 수 있도록, 상기 봉지부재(110)는 지그패널(200)과 압축필름(300)의 일측(더 명확하게는 심재(120)가 배출되는 측)이 내부에 인입되도록 위치되고, 상기 가압유닛(500)은 봉지부재(110)의 위치 설정이 완료된 이후 심재(120)를 밀어 이송시킴이 바람직하다.
한편, 상기 가압유닛(500)은, 상기 지그패널(200)의 상면과 평행한 방향으로 왕복 가능할 수만 있다면, 실린더에 의해 구동될 수도 있고, 별도의 리니어모터에 의해 구동될 수도 있다. 즉, 일방향으로 왕복 가능하도록 구성되는 가압유닛(500)은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 다양한 구조로 상용화되어 있는바, 상기 가압유닛(500)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 지그패널(200)과 압축필름(300)의 일측(더 명확하게는 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이로부터 심재(120)가 인출되는 측)이 봉지부재(110) 내부에 인입된 이후, 상기 가압유닛(500)이 심재(120)를 밀어 이송시키도록 구성되면, 상기 심재(120)는 지그패널(200)과 압축필름(300) 사이로부터 인출되는 즉시 봉지부재(110) 내부에 위치되므로, 봉지부재(110)의 크기를 소형화시킬 수 있고, 이에 따라 봉지부재(110)가 접히는 부위를 없앨 수 있어 진공단열재(100)의 열전도율을 효과적으로 낮출 수 있다는 장점이 있다.
심재(120)가 봉지부재(110) 내부에 인입되면, 봉지부재(110) 내부의 공기를 배출시켜 심재(120)를 다시 한 번 압축시킨 후 봉지부재(110) 개구부를 밀봉시킨다. 이때, 봉지부재(110) 내부의 공기를 배출시키는 공정과 봉지부재(110)의 개구부를 융착하여 밀봉시키는 공정은 별도의 진공챔버 내에서 수행되는데, 이와 같이 진공챔버 내에서 봉지부재(110) 내부의 공기를 배출시키는 공정과 상기 봉지부재(110)를 융착시키는 공정은 종래의 진공단열재(100) 제조방법에도 실질적으로 동일하게 적용되고 있는바, 상기 진공챔버의 구조 및 봉지부재(110) 융착에 관한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 비교예 및 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 비교예 및 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
비교예
1
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 가스흡착제를 포함한 심재를 판상 압축하여 한 쌍의 상하외피재 사이에 넣고 밀봉시킨 후, 상하외피재의 가장자리 4면을 폴딩하여 진공단열재를 제조하였다.
이때, 상기 상하외피재의 층별 구성은 하기 표 1에 제시한 바와 같다. 또한, 상기 가스흡착제로서 생석회(95%)와 지르코늄, 망간, 티타늄, 바륨, 철, 코발트, 알루미늄, 니켈 및 크롬 분말의 혼합물(5%)을 사용하였고, 상기 심재로서 무바인더 글라스 울을 사용하였다.
실시예
1
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 가스흡착제를 포함한 심재를 저진공 압축하여, 마진부가 없는 파우치 형태의 봉지부재 내에 삽입하고, 개구부를 밀봉시켜 진공단열재를 제조하였다.
이때, 상기 상하외피재와 측벽외피재의 층별 구성은 하기 표 1에 제시한 바와 같고, 가스흡착제와 심재는 비교예 1과 동일하다.
| 구분 | 비교예1 | 실시예1 | ||
| 접기방식 | 4면 폴딩 | Non-Folding | ||
| 심재압축 | 판상압축 | 저진공압축 | ||
| 상하외피재 (㎛) |
상하보호층 | Nylon | 15 | 15 |
| 상하보호층 | Nylon | 25 | 25 | |
| 상하차단층 | Al | 7 | 7 | |
| 상하융착층 | LLDPE | 50 | 50 | |
| 측벽외피재 (㎛) |
외측융착층 | LLDPE | - | 50 |
| 측벽차단층 | Vm-PET | - | 12 | |
| 측벽차단층 | Vm-PET | - | 12 | |
| 측벽차단층 | Vm-PET | - | 12 | |
| 내측융착층 | LLDPE | - | 50 | |
| 가스흡착제 | CaO+금속산화물 | 2g | 2g | |
| 제품크기 (㎜) |
가로 × 세로 | 290×410 | 290×410 | |
| 두께 | 12.4 | 12.5 | ||
| 열전도도 (mW/mk) |
센터 열전도도 | 1.70 | 1.68 | |
| 유효 열전도도 | 6.45 | 4.80 | ||
Vm-PET: 알루미늄-증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)
LLDPE: 선형 저밀도 폴리에틸렌
표 1의 실험 결과에서 알 수 있듯이, 실시예 1의 진공단열재는 센터 열전도도가 비교예 1의 진공단열재와 비슷한 수준이나, 유효 열전도도는 비교예 1 대비 26% 향상되었다. 이는 실링면이 내측에 있는 본 발명에 따른 진공단열재가 폴딩 폭 감소 및 실링폭 감소로 열교현상이 개선되었음을 보여주는 결과이다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
100 : 진공단열재
110 : 봉지부재
112 : 상하외피재 114 : 측벽외피재
120 : 심재 130 : 가스흡착제
112 : 상하외피재 114 : 측벽외피재
120 : 심재 130 : 가스흡착제
Claims (11)
- 심재; 및 상기 심재가 삽입되는 봉지부재를 포함하고,
상기 봉지부재는, 한 쌍의 상하외피재와 한 쌍의 측벽외피재로 구성되며, 상기 측벽외피재의 상하부 외측면은 각각 한 쌍의 상하외피재의 좌우측 내측면에 융착되는 진공단열재. - 제1항에 있어서,
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층 또는 상하보호층으로 구성되고,
상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착되는 진공단열재. - 제1항에 있어서,
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층과, 상기 상하차단층의 표면에 적층되는 상하보호층으로 구성되고,
상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착되는 진공단열재. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층 또는 측벽보호층과, 상기 측벽차단층 또는 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고,
상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착되는 진공단열재. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층과, 상기 측벽차단층의 표면에 적층되는 측벽보호층과, 상기 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고,
상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착되는 진공단열재. - 수평으로 뉘어지는 한 쌍의 상하외피재와 수직으로 세워지는 한 쌍의 측벽외피재를 마련한 후, 상기 한 쌍의 측벽외피재의 상하부 외측면을 상기 한 쌍의 상하외피재의 좌우측 내측면에 융착시켜 봉지부재를 제작하고,
상기 봉지부재 내측으로 심재를 삽입한 후 상기 봉지부재 내의 공기를 배출한 후 상기 봉지부재의 개구부를 밀봉하는 진공단열재 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층 또는 상하보호층으로 구성되고,
상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착되는 진공단열재 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 상하외피재는, 심재의 표면에 적층되는 상하융착층과, 상기 상하융착층의 표면에 적층되는 상하차단층과, 상기 상하차단층의 표면에 적층되는 상하보호층으로 구성되고,
상기 상하융착층 중 상기 심재나 상기 측벽외피재와 접촉되지 아니하는 부위는 마주보는 다른 상하융착층과 상호 맞닿아 융착되는 진공단열재 제조방법. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층 또는 측벽보호층과, 상기 측벽차단층 또는 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고,
상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착되는 진공단열재 제조방법. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 측벽외피재는, 심재의 표면에 적층되는 내측융착층과, 상기 내측융착층의 표면에 적층되는 측벽차단층과, 상기 측벽차단층의 표면에 적층되는 측벽보호층과, 상기 측벽보호층의 표면에 적층되어 상기 상하융착층 좌우측에 융착되는 외측융착층으로 구성되고,
상기 측벽외피재의 전후방은 지그재그 패턴으로 접혀 융착되는 진공단열재 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 봉지부재 내측으로 심재를 삽입하는 공정은,
상기 심재를 압축시킨 이후 상기 봉지부재 내측으로 삽입하도록 구성되는 진공단열재 제조방법.
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| X701 | Decision to grant (after re-examination) |