KR20230041676A - 진공단열체 및 냉장고 - Google Patents

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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 진공단열체에는, 진공단열체의 내벽과 외벽을 이루는 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나의 모서리를 따라서 설치되어 강도를 보강하기 위하여 한 몸으로 제공되는 적어도 하나의 보강 프레임이 포함되어, 삼차원 구조물로 적용되는 진공단열체의 강도를 보강할 수 있다.

Description

진공단열체 및 냉장고{Vacuum adiabatic body and refrigerator}
본 발명은 진공단열체 및 냉장고에 관한 것이다.
진공단열체는 몸체의 내부를 진공으로 유지하여 열전달을 억제하는 물품이다. 상기 진공단열체는 대류 및 전도에 의한 열전달을 줄일 수 있기 때문에 온장장치 및 냉장장치에 적용될 수 있다. 한편, 종래 냉장고에 적용되는 단열방식은 냉장과 냉동에 따라서 차이는 있지만 대략 30센티미터가 넘는 두께의 발포 폴리우레탄 단열벽을 제공하는 것이 일반적인 방식이었다. 그러나, 이로써 냉장고의 내부 용적이 줄어드는 문제점이 있다.
냉장고의 내부 용적을 늘리기 위하여 상기 냉장고에 진공단열체를 적용하고자 하는 시도가 있다.
먼저, 본 출원인의 등록특허 10-0343719(인용문헌 1)가 있다. 상기 등록특허에 따르면 진공단열패널(Vacuum adiabatic panel)을 제작하고, 상기 진공단열패널을 냉장고의 벽에 내장하고, 상기 진공단열패널의 외부를 스티로폼인 별도 성형물로 마감하는 방식이다. 상기 방식에 따르면 발포가 필요 없고, 단열성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 이 방식은 비용이 상승하고 제작방식이 복잡해지는 문제가 있다.
다른 예로서 공개특허 10-2015-0012712(인용문헌 2)에는 진공단열재로 벽을 제공하고 그에 더하여 발포 충전재로 단열벽을 제공하는 것에 대한 기술에 제시되어 있다. 이 방식도 비용이 증가하고 제작방식이 복잡한 문제점이 있다.
또 다른 예로서 냉장고의 벽을 전체로 단일물품인 진공단열체로 제작하는 시도가 있었다. 예를 들어, 미국공개특허공보 US2004226956A1(인용문헌 3)에는 진공상태로 냉장고의 단열구조를 제공하는 것에 대하여 개시되어 있다. 그러나 냉장고의 벽을 충분한 진공상태로 제공하여 실용적인 수준의 단열효과를 얻는 것은 어려운 일이다. 상세하게 설명하면, 온도가 서로 다른 외부케이스와 내부케이스와의 접촉부분의 열전달 현상을 막기가 어렵고, 안정된 진공상태를 유지하는 것이 어렵고, 진공상태의 음압에 따른 케이스의 변형을 방지하는 것이 어려운 등의 문제점이 있다. 이들 문제점으로 인하여 인용문헌 3의 기술도 극저온의 냉장장치에 국한하고, 일반 가정에서 적용할 수 있는 수준의 기술은 제공하지 못한다.
더 다른 방식으로서 본 발명의 출원인은 대한민국공개특허공보 10-2017-0016187호, 진공단열체 및 냉장고를 출원한 바가 있다. 본 발명에서는 냉장고의 도어와 본체를 모두 진공단열체로 제공하고, 특히 상기 본체 테두리부와 상기 도어의 접촉부에서 누설되는 냉기를 차단하기 위하여 도어의 테두리에 큰 단열재를 부가한다. 그러나 제조가 복잡하고 냉장고의 내부 용적을 크게 줄이는 문제가 있다. 또한 진공단열체의 내부 공간이 진공상태로 비어 있기 때문에 종래의 폴리우레탄 등의 수지재가 충전되는 물품에 비하여 강도가 취약하여 벤딩이나 버클링 등의 변형이 발생하는 문제점이 있다.
등록특허 10-0343719 공개특허 10-2015-0012712의 도 7 미국공개특허공보 US2004226956A1 대한민국공개특허공보 10-2017-0016187호 도 2,3,4, 및 8와, 그 관련설명
본 발명은 상기되는 배경에서 제안되는 것으로서, 다양한 하중 조건에 대한 구조강도를 보강하여 진공단열체의 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 진공단열체에 적용으로 인하여 얻을 수 있는 냉장고의 내부 용적에 대한 악영향이 없이도 냉장고의 구조강도를 보강하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 작업자가 편리하게 진공단열체를 이용하여 냉장고를 제작할 수 있는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 에너지 소비효율을 높이는 냉장고를 제작하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 진공단열체에는, 진공단열체를 이루는 제 1 플레이트 부재 및 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나의 모서리를 따라서 설치되어 강도를 보강하기 위하여 한 몸으로 제공되는 적어도 하나의 보강 프레임이 제공된다. 본 발명에 따르면, 플레이트 부재 만으로 부족한 삼차원 구조물을 강도를 보강할 수 있어서, 진공단열체가 더 무거운 물품을 안정되게 지지할 수 있다.
상기 보강 프레임은 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나의, 모든 모서리를 따라서 제공됨으로서, 삼차원 구조물의 전체 강도를 지지할 수 있다.
상기 보강 프레임은 단면이 절곡형인 절곡형 프레임을 포함함으로써 굽힘응력에 안정되게 저항할 수 있다.
상기 절곡형 프레임은 상기 전도저항쉬트의 반대쪽에서 절곡되도록 함으로서, 전도저항쉬트의 과도한 변형으로 인한, 절곡형 프레임과 전도저항쉬트의 접촉열전도를 방지할 수 있다.
상기 보강 프레임은 상기 플레이트 부재와 용접체결되도록 하여, 각 부재가 서로 일체화됨으로써, 강도보강작용을 더욱 높게 할 수 있다.
상기 보강프레임은 단면이 일자형인 일자형 프레임을 더 포함하여 좁은 간격이라도 삼차원 구조물의 강도를 보강할 수 있다.
상기 보강 프레임에는 일부분이 절개되는 프레임 절개부가 제공됨으로써 전체 강도 저하는 없더라도 일부분을 통과하여 인입출되는 관로에 대응할 수 있다.
상기 보강 프레임 중의 적어도 하나는 상기 진공공간부 안에 놓이도록 함으로써, 좁은 공간부를 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
상기 진공단열체는 외부 공간에 대하여 열려있는 개구를 가지고, 상기 개구를 가로질러 개구의 변형을 방지하는 전방 프레임이 더 포함됨으로써, 삼차원 구조물에 있어서 변형에 취약한 개구부를 더 보강할 수 있다.
본 발명에 따른 냉장고에는, 물품의 수용공간에 대한 개구를 가지고 진공단열체로 제공되는 본체; 상기 본체의 강도를 보강하기 위하여 상기 본체의 모서리를 따라서 제공되는 적어도 하나의 보강 프레임; 및 상기 개구를 가로질러 상기 개구의 변형을 방지하는 전방 프레임이 포함된다. 이에 따르면 개구에 대한 강도보강 및 삼차원구조물의 강도보강을 함께 수행할 수 있기 때문에, 진공단열체가 적용되는 냉장고에서 취약한 강도를 충분히 보강할 수 있는 장점이 있다.
상기 물품의 수용공간을 냉장실과 냉동실로 구획하는 멀리언; 및 상기 멀리언을 지지하기 위하여 상기 본체의 내면에 제공되는 멀리언 안착 프레임이 포함됨으로써, 온도가 다른 공간을 진공단열체와는 다른 별도의 물품으로 구획할 수 있다.
상기 멀리언 안착 프레임과 전방 프레임은 한 몸으로 제공됨으로써, 개구의 변형을 안정되게 막을 수 있다.
상기 멀리언 안착 프레임은 단면이 절곡형상으로 제공되고, 상기 멀리언의 위치를 고정할 수 있다. 이에 따르면, 작업이 편리해지고, 멀리언의 자리잡음이 쉬워지고, 안착된 멀리언의 위치안정성이 개선될 수 있다.
상기 멀리언과 상기 본체의 내면 사이에 제공되는 밀폐부재가 포함됨으로써, 별도부재로 제공되더라도 구획되는 공간의 열교환을 방지할 수 있다.
상기 전방 프레임은, 상기 냉장실과 상기 냉동실에 각각 이격하여 제공됨으로써, 부재 자체의 열전도로 인한 열손실을 방지할 수 있다.
상기 전방 프레임에는 도어 힌지가 안착되는 안착 리세스가 제공됨으로써, 공간의 낭비없이 도어 등의 필요부재를 체결할 수 있다.
상기 진공단열체에는, 제 1 플레이트 부재와 제 2 플레이트 부재 간의 열전달량을 감소시키는 전도저항쉬트 및 상기 멀리언과 대응되는 상기 제 1 플레이트 부재에는 또 다른 전도저항쉬트가 마련되어, 멀리언에 고내 공간을 형성하는 플레이트 부재를 따른 열전도를 차단하여, 구획된 공간 간의 열전도에 의한 열손실을 방지할 수 있다.
상기 보강 프레임은 상기 진공 공간 및 상기 고외 공간 중의 적어도 하나에, 상기 본체의 모든 모서리를 따라서 제공되도록 함으로써, 진공단열체의 강도를 보강할 수 있다.
물품의 수용공간에 대한 개구를 가지고 진공단열체로 제공되는 본체; 상기 본체의 강도를 보강하기 위하여 상기 본체의 모서리를 따라서 제공되는 적어도 하나의 보강 프레임; 및 상기 본체의 내면 지지되고 상기 수용공간을 냉장실과 냉동실로 구획하는 멀리언이 포함되고, 상기 멀리언에는, 단열부재; 상기 단열부재를 에워싸는 케이스부재; 및 상기 냉장실과 상기 냉동실을 선택적으로 연통시키는 멀리언 냉기유로가 포함된다. 이에 따르면, 단일의 진공단열체를 이용하여 내부 공간을 구획하여 냉장과 냉동 기능이 함께 구현되도록 할 수 있다.
상기 멀리언을 지지하기 위한 멀리언 안착부재가 더 포함되고, 상기 멀리언은 상기 멀리언 안착부재에 걸려서 설치 위치가 고정되도록 할 수 있다. 이에 따르면 멀리언이 결정된 위치에 안정적으로 자리잡을 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공단열체가 견고하게 형상을 유지하고 냉장고의 파손을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면 냉장고의 내부공간을 크게 하면서, 진공단열체의 강도를 크게 할 수 있다.
본 발명에 따르면 냉장고의 제작이 편리해지고 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 냉장고의 사시도.
도 2는 냉장고의 본체 및 도어에 사용되는 진공단열체를 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 진공공간부의 내부구성에 대한 다양한 실시예를 보이는 도면.
도 4는 전도저항쉬트 및 그 주변부의 다양한 실시예를 보이는 도면.
도 5는 시뮬레이션을 적용하여 진공압에 따른 단열성능의 변화와 가스전도도의 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 서포팅유닛이 사용되는 경우에 진공단열체의 내부를 배기하는 공정을 시간과 압력으로 관찰하는 그래프.
도 7은 진공압과 가스전도도를 비교하는 그래프.
도 8은 직립한 진공단열체에 대하여 주어지는 다양한 하중조건을 모델링한 도면.
도 9 내지 도 11은 진공단열체의 변형을 설명하는 도면.
도 12는 실시예에 따른 냉장고의 분해 사시도.
도 13은 진공단열체의 후면 모서리 부분의 부분 절개 단면도.
도 14는 다른 실시예에 따른 후면 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도.
도 15는 다른 실시예에 따른 후면 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도.
도 16은 다른 실시예에 따른 후면 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도.
도 17은 보강 프레임이 설치된 진공단열체에 열교환관로가 도시된 도면.
도 18은 도 17에서 A부분을 확대하여 나타내는 도면.
도 19는 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면사시도.
도 20는 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면사시도.
도 21은 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도.
도 22는 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도.
도 23 및 도 24는 진공단열체의 어느 일 꼭지점 부분을 보이는 사시도로서, 도 23은 도어힌지가 설치되기 전이고, 도 24는 도어힌지가 설치된 상태에서의 도면.
도 25와 도 26은 멀리언 부분에 제공되는 도어 힌지를 설명하는 도면이다. 도 24는 도어힌지가 설치된 모습이고, 도 25는 도어힌지가 설치되기 전 상태에서의 도면.
도 27은 멀리언 지지 프레임의 사시도.
도 28은 멀리언 안착 프레임의 작용을 설명하는 절개 사시도.
도 29는 도 28의 A부분을 확대한 단면도.
도 30은 도 28의 B부분을 확대한 단면도.
도 31은 다른 실시예에 따른 멀리언 안착 프레임을 설명하는 단면도.
도 32는 도 31의 D부분의 확대도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 제안한다. 그러나, 본 발명의 사상이 이하에 제시되는 실시예에 제한되지는 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하에 실시예의 설명을 위하여 제시되는 도면은 실제 물품과는 다르거나 과장되거나 간단하거나 세밀한 부품은 간략하게 표시될 수 있으나, 이는 본 발명 기술사상 이해의 편리를 도모하기 위한 것으로서, 도면에 제시되는 크기와 구조와 형상으로 제한되어 해석되지 않아야 한다. 그러나, 가급적 실제의 모양을 나타내기 위하여 노력한다.
이하의 실시예는, 서로 충돌하지 않는다면, 어느 하나의 실시예의 설명이 다른 하나의 실시예의 설명에 적용될 수도 있고, 어느 하나의 실시예의 일부 구성이 다른 하나의 구성에 특정 부분만이 변형된 상태에서 적용될 수 있다.
이하의 설명에서 진공압은 대기압보다 낮은 그 어떤 압력상태를 의미한다. 그리고, A가 B보다 진공도가 높다는 표현은 A의 진공압이 B의 진공압보다 낮다는 것을 의미한다.
도 1은 실시예에 따른 냉장고의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 냉장고(1)에는 저장물을 저장할 수 있는 캐비티(9)가 제공되는 본체(2)와, 상기 본체(2)를 개폐하도록 마련되는 도어(3)가 포함된다. 상기 도어(3)는 회동할 수 있게 배치되거나 슬라이드 이동이 가능하게 배치되어 캐비티(9)를 개폐할 수 있다. 상기 캐티비(9)는 냉장실 및 냉동실 중의 적어도 하나를 제공할 수 있다.
상기 캐비티에 냉기를 공급하는 냉동사이클을 이루는 부품이 마련된다. 상세하게는, 냉매를 압축하는 압축기(4)와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기(5)와, 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(6)와, 팽창된 냉매를 증발시켜 열을 빼앗는 증발기(7)가 포함된다. 전형적인 구조로서, 상기 증발기(7)가 인접하는 위치에 팬을 설치하고, 팬으로부터 송풍된 유체가 상기 증발기(7)를 통과한 다음에 캐비티(9)로 송풍되도록 할 수 있다. 상기 팬에 의한 송풍량 및 송풍방향을 조정하거나 순환 냉매의 양을 조절하거나 압축기의 압축률을 조정함으로써 냉동부하를 조절하여, 냉장공간 또는 냉동공간의 제어를 수행할 수 있다.
도 2는 냉장고의 본체 및 도어에 사용되는 진공단열체를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 본체 측 진공단열체는 상면과 측면의 벽이 제거된 상태로 도시되고, 도어 측 진공단열체는 전면의 벽 일부가 제거된 상태의 도면이다. 또한, 전도저항쉬트(60)(63)가 제공되는 부분의 단면을 개략적으로 나타내어 이해가 편리하게 되도록 하였다.
도 2를 참조하면, 진공단열체에는, 저온공간의 벽을 제공하는 제 1 플레이트 부재(10)와, 고온공간의 벽을 제공하는 제 2 플레이트 부재(20)와, 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 사이 간격부로 정의되는 진공공간부(50)가 포함된다. 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 간의 열전도를 막는 전도저항쉬트(60)(63)가 포함된다. 상기 진공공간부(50)를 밀폐상태로 하기 위하여 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 상기 제 2 플레이트 부재(20)를 밀봉하는 밀봉부(61)가 제공된다. 냉장고 또는 온장고에 상기 진공단열체가 적용되는 경우에는, 상기 제 1 플레이트 부재(10)는 이너케이스라고 할 수 있고, 상기 제 2 플레이트 부재(20)는 아웃케이스라고 할 수 있다. 본체 측 진공단열체의 하측 후방에는 냉동사이클을 제공하는 부품이 수납되는 기계실(8)이 놓이고, 상기 진공단열체의 어느 일측에는 진공공간부(50)의 공기를 배기하여 진공상태를 조성하기 위한 배기포트(40)가 제공된다. 또한, 제상수 및 전기선로의 설치를 위하여 진공공간부(50)를 관통하는 관로(64)가 더 설치될 수 있다.
상기 제 1 플레이트 부재(10)는, 제 1 플레이트 부재 측에 제공되는 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)는, 제 2 플레이트 부재 측에 제공되는 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간은 온도가 서로 다른 공간으로 정의할 수 있다. 여기서, 각 공간의 위한 벽은, 공간에 직접 접하는 벽으로서의 기능을 수행하는 경우뿐만 아니라, 공간에 접하지 않는 벽으로서의 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어 각 공간에 접하는 별도의 벽을 더 가지는 물품의 경우에도 실시예의 진공단열체가 적용될 수 있는 것이다.
상기 진공단열체가 단열효과의 손실을 일으키는 요인은, 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 열전도와, 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 열복사, 및 진공공간부(50)의 가스전도(gas conduction)가 있다.
이하에서는 상기 열전달의 요인과 관련하여 단열손실을 줄이기 위하여 제공되는 열저항유닛에 대하여 설명한다. 한편, 실시예의 진공단열체 및 냉장고는 진공단열체의 적어도 어느 한쪽에 또 다른 단열수단을 더 가지는 것을 배제하지 않는다. 따라서, 다른 쪽 일면에 발포 등을 이용하는 단열수단을 더 가질 수도 있다.
도 3은 진공공간부의 내부구성에 대한 다양한 실시예를 보이는 도면이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 상기 진공공간부(50)는 상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간과는 다른 압력, 바람직하게는 진공 상태의 제 3 공간으로 제공되어 단열손실을 줄일 수 있다. 상기 제 3 공간은 상기 제 1 공간의 온도 및 상기 제 2 공간의 온도의 사이에 해당하는 온도로 제공될 수 있다. 상기 제 3 공간은 진공 상태의 공간으로 제공되기 때문에, 상기 제 1 플레이트 부재(10) 및 상기 제 2 플레이트 부재(20)는 각 공간의 압력차만큼의 힘에 의해서 서로 접근하는 방향으로 수축하는 힘을 받기 때문에 상기 진공공간부(50)는 작아지는 방향으로 변형될 수 있다. 이 경우에는 진공공간부의 수축에 따른 복사전달량의 증가, 상기 플레이트 부재(10)(20)의 접촉에 따른 전도전달량의 증가에 따른 단열손실을 야기할 수 있다.
상기 진공공간부(50)의 변형을 줄이기 위하여 서포팅유닛(30)이 제공될 수 있다. 상기 서포팅유닛(30)에는 바(31)가 포함된다. 상기 바(31)는 제 1 플레이트 부재와 제 2 플레이트 부재의 사이 간격을 지지하기 위하여 상기 플레이트 부재에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 바(31)의 적어도 어느 일단에는 지지 플레이트(35)가 추가로 제공될 수 있다. 상기 지지 플레이트(35)는 적어도 두 개 이상의 바(31)를 연결하고, 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)에 대하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 지지 플레이트는 판상으로 제공될 수 있고, 격자형태로 제공되어 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)와 접하는 면적이 작아져서 열전달이 줄어들도록 할 수 있다. 상기 바(31)와 상기 지지 플레이트는 적어도 일 부분에서 고정되어, 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 사이에 함께 삽입될 수 있다. 상기 지지 플레이트(35)는 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 중 적어도 하나에 접촉하여 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 상기 바(31)의 연장방향을 기준으로 할 때, 상기 지지플레이트(35)의 총단면적은 상기 바(31)의 총단면적보다 크게 제공하여, 상기 바(31)를 통하여 전달되는 열이 상기 지지 플레이트(35)를 통하여 확산될 수 있다.
상기 서포팅유닛(30)의 재질로는, 높은 압축강도, 낮은 아웃게싱(outgassing) 및 물흡수율, 낮은 열전도율, 고온에서 높은 압축강도, 및 우수한 가공성을 얻기 위하여, PC, glass fiber PC, low outgassing PC, PPS, 및 LCP 중에서 선택되는 수지를 사용할 수 있다.
상기 진공공간부(50)를 통한 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 간의 열복사를 줄이는 복사저항쉬트(32)에 대하여 설명한다. 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)는 부식방지과 충분한 강도를 제공할 수 있는 스테인레스 재질로 제공될 수 있다. 상기 스테인레스 재질은 방사율이 0.16으로서 비교적 높기 때문에 많은 복사열 전달이 일어날 수 있다. 또한, 수지를 재질로 하는 상기 서포팅유닛의 방사율은 상기 플레이트 부재에 비하여 낮고 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 내면에 전체적으로 마련되지 않기 때문에 복사열에 큰 영향을 미치지 못한다. 따라서 상기 복사저항쉬트는 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 복사열 전달의 저감에 중점적으로 작용하기 위하여, 상기 진공공간부(50)의 면적의 대부분을 가로질러서 판상으로 제공될 수 있다. 상기 복사저항쉬트(32)의 재질로는, 방사율(emissivity)이 낮은 물품이 바람직하고, 실시예에서는 방사율 0.02의 알루미늄 박판이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 한 장의 복사저항쉬트로는 충분한 복사열 차단작용을 얻을 수 없기 때문에, 적어도 두 장의 복사저항쉬트(32)가 서로 접촉하지 않도록 일정 간격을 두고 제공될 수 있다. 또한, 적어도 어느 한 장의 복사저항쉬트는 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 내면에 접하는 상태로 제공될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 서포팅유닛(30)에 의해서 플레이트 부재 간의 간격을 유지하고, 진공공간부(50)의 내부에 다공성물질(33)을 충전할 수 있다. 상기 다공성물질(33)은 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 재질인 스테인레스보다는 방사율이 높을 수 있지만, 진공공간부를 충전하고 있으므로 복사열전달의 저항효율이 높다.
본 실시예의 경우에는, 복사저항쉬트(32)가 없이도 진공단열체를 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 3c를 참조하면, 진공공간부(50)를 유지하는 서포팅유닛(30)이 제공되지 않는다. 이를 대신하여 다공성물질(33)이 필름(34)에 싸인 상태로 제공되었다. 이때 다공성물질(33)은 진공공간부의 간격을 유지할 수 있도록 압축된 상태로 제공될 수 있다. 상기 필름(34)은 예시적으로 PE재질로서 구멍이 뚫려있는 상태로 제공될 수 있다.
본 실시예의 경우에는, 상기 서포팅유닛(30)이 없이 진공단열체를 제작할 수 있다. 다시 말하면, 상기 다공성물질(33)은 상기 복사저항쉬트(32)의 기능과 상기 서포팅유닛(30)의 기능을 함께 수행할 수 있다.
도 4는 전도저항쉬트 및 그 주변부의 다양한 실시예를 보이는 도면이다. 도 2에는 각 전도저항쉬트가 구조가 간단하게 도시되어 있으나, 본 도면을 통하여 더 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 도 4a에 제시되는 전도저항쉬트는 본체 측 진공단열체에 바람직하게 적용될 수 있다. 상세하게, 상기 진공단열체의 내부를 진공으로 유지하기 위하여 상기 제 2 플레이트 부재(20)와 상기 제 1 플레이트 부재(10)는 밀봉되어야 한다. 이때 두 플레이트 부재는 각각이 온도가 서로 다르므로 양자 간에 열전달이 발생할 수 있다. 종류가 다른 두 플레이트 부재 간의 열전도를 방지하기 위하여 전도저항쉬트(60)가 마련된다.
상기 전도저항쉬트(60)는 상기 제 3 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하고 진공상태를 유지하도록 그 양단이 밀봉되는 밀봉부(61)로 제공될 수 있다. 상기 전도저항쉬트(60)는 상기 제 3 공간의 벽을 따라서 흐르는 열전도량을 줄이기 위하여 마이크로미터 단위의 얇은 박판으로 제공된다. 상기 밀봉부(610)는 용접부로 제공될 수 있다. 즉, 전도저항쉬트(60)와 플레이트 부재(10)(20)가 서로 융착되도록 할 수 있다. 서로 간의 융착 작용을 이끌어내기 위하여 상기 전도저항쉬트(60)와 플레이트 부재(10)(20)는 서로 같은 재질을 사용할 수 있고, 스테인레스를 그 재질로 할 수 있다. 상기 밀봉부(610)는 용접부로 제한되지 않고 코킹 등의 방법을 통하여 제공될 수도 있다. 상기 전도저항쉬트(60)는 곡선 형상으로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 전도저항쉬트(60)의 열전도의 거리는 각 플레이트 부재의 직선거리보다 길게 제공되어, 열전도량은 더욱 줄어들 수 있다.
상기 전도저항쉬트(60)를 따라서 온도변화가 일어난다. 따라서, 그 외부와의 열전달을 차단하기 위하여, 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에는 차폐부(62)가 제공되어 단열작용이 일어나도록 하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 냉장고의 경우에 제 2 플레이트 부재(20)는 고온이고 제 1 플레이트 부재(10)는 저온이다. 그리고, 상기 전도저항쉬트(60)는 고온에서 저온으로 열전도가 일어나고 열흐름을 따라서 쉬트의 온도가 급격하게 변한다. 그러므로, 상기 전도저항쉬트(60)가 외부에 대하여 개방되는 경우에는 개방된 곳을 통한 열전달이 심하게 발생할 수 있다. 이러한 열손실을 줄이기 위하여 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에는 차폐부(62)가 제공되도록 한다. 예를 들어, 상기 전도저항쉬트(60)가 저온공간 또는 고온공간의 어느 쪽에 노출되는 경우에도, 상기 전도저항쉬트(60)는 노출되는 양만큼 전도저항의 역할을 수행하지 못하기 때문에 바람직하지 않게 된다.
상기 차폐부(62)는 상기 전도저항쉬트(60)의 외면에 접하는 다공성물질로 제공될 수도 있고, 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에 놓이는 별도의 가스켓으로 예시가능한 단열구조물로 제공될 수도 있고, 본체 측 진공단열체가 도어 측 진공단열체에 대하여 닫힐 때 대응하는 전도저항쉬트(60)와 마주보는 위치에 제공되는 진공단열체의 일 부분으로 제공될 수도 있다. 상기 본체와 상기 도어가 개방되었을 때에도 열손실을 줄이기 위하여, 상기 차폐부(62)는 다공성물질 또는 별도의 단열구조물로 제공되는 것이 바람직할 것이다.
도 4b에 제시되는 전도저항쉬트는 도어 측 진공단열체에 바람직하게 적용될 수 있고, 도 4a에 대하여 달라지는 부분을 상세하게 설명하고, 동일한 부분은 동일한 설명이 적용되는 것으로 한다. 상기 전도저항쉬트(60)의 바깥쪽으로는 사이드 프레임(70)이 더 제공된다. 상기 사이드 프레임(70)은 도어와 본체와의 실링을 위한 부품과 배기공정에 필요한 배기포트와 진공유지를 위한 게터포트 등이 놓일 수 있다. 이는 본체 측 진공단열체의 경우에는 부품의 장착이 편리할 수 있지만, 도어측은 위치가 제한되기 때문이다.
도어 측 진공단열체의 경우에는 상기 전도저항쉬트(60)는 진공공간부의 선단부, 즉 모서리 측면부에 놓이기 어렵다. 이는 도어(3)의 모서리 에지부는 본체와 달리 외부로 드러나기 때문이다. 더 상세하게 상기 전도저항쉬트(60)가 진공공간부의 선단부에 놓이면, 상기 도어(3)의 모서리 에지부는 외부로 드러나기 때문에, 상기 전도저항쉬트(60)의 단열을 위하여 별도의 단열부를 구성해야 하는 불리함이 있기 때문이다.
도 4c에 제시되는 전도저항쉬트는 진공공간부를 관통하는 관로에 바람직하게 설치될 수 있고, 도 4a 및 도 4b에 대하여 달라지는 부분을 상세하게 설명하고, 동일한 부분은 동일한 설명이 적용되는 것으로 한다. 관로(64)가 제공되는 주변부에는 도 4a와 동일한 형상으로 제공될 수 있고, 더 바람직하게는 주름형 전도저항쉬트(63)가 제공될 수 있다. 이에 따르면 열전달경로를 길게 할 수 있고, 압력차에 의한 변형을 방지할 수 있다. 또한 전도저항쉬트의 단열을 위한 별도의 차폐부재도 제공될 수 있다.
다시 도 4a를 참조하여 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 열전달경로를 설명한다. 진공단열체를 통과하는 열에는, 상기 진공단열체의 표면, 더 상세하게 상기 전도저항쉬트(60)를 따라서 전달되는 표면전도열(①)과, 상기 진공단열체의 내부에 제공되는 서포팅유닛(30)을 따라서 전도되는 서포터전도열(②)과, 진공공간부의 내부 가스를 통한 가스전도열(③)과, 진공공간부를 통하여 전달되는 복사전달열(④)로 구분할 수 있다.
상기 전달열은 다양한 설계 수치에 따라서 변형될 수 있다. 예를 들어 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)가 변형되지 않고 진공압에 견딜 수 있도록 서포팅유닛을 변경할 수도 있고, 진공압을 변경할 수 있고, 플레이트 부재의 간격길이를 달리할 수 있고, 전도저항유닛의 길이를 변경할 수 있고, 플레이트 부재가 제공하는 각 공간(제 1 공간 및 제 2 공간)의 온도차를 어느 정도를 하는지에 따라서 달라질 수 있다. 실시예의 경우에는 총열전달량이 종래 폴리우레탄을 발포하여 제공되는 단열구조물에 비하여 열전달량이 작아지도록 하는 것을 고려할 때 바람직한 구성을 알아내었다. 여기서, 종래 폴리우레탄을 발포하는 냉장고에서의 실질열전달계수는 19.6mW/mK으로 제시될 수 있다.
이에 따른 실시예의 진공단열체의 열전달량을 상대적으로 분석하면, 가스전도열(③)에 의한 열전달이 가장 작아지게 할 수 있다. 예를 들어 전체 열전달의 4%이하로 이를 제어할 수 있다. 상기 표면전도열(①) 및 상기 서포터전도열(②)의 합으로 정의되는 고체전도열에 의한 열전달이 가장 많다. 예를 들어 75%에 달할 수 있다. 상기 복사전달열(③)은 상기 고체전도열에 비해서는 작지만 가스전도열에 의한 열전달보다는 크게 된다. 예를 들어, 상기 복사전달열(③)은 전체 열전달량의 대략 20%를 차지할 수 있다.
이러한 열전달분포에 따르면, 실질열전달계수(eK: effective K)(W/mK)는 상기 전달열(①②③④)을 비교할 때 수학식 1의 순서를 가질 수 있다.
Figure pat00001
여기서 상기 실질열전달계수(eK)는 대상 물품의 형상과 온도차를 이용하여 측정할 수 있는 값으로서, 전체 열전달량과 열전달되는 적어도 하나의 부분의 온도를 측정하여 얻어낼 수 있는 값이다. 예를 들어 냉장고 내에 정량적으로 측정이 가능한 가열원을 두고서 발열량을 알고(W), 냉장고의 도어 본체와 도어의 테두리를 통하여 각각 전달되는 열을 도어의 온도분포를 측정하고(K), 열이 전달되는 경로를 환산값으로 확인함으로써(m), 실질열전달계수를 구할 수 있는 것이다.
전체 진공단열체의 상기 실질열전달계수(eK)는 k=QL/A△T로 주어지는 값으로서, Q는 열전달량(W)으로서 히터의 발열량을 이용하여 획득할 수 있고, A는 진공단열체의 단면적(m2)이고, L은 진공단열체의 두께(m)이고, △T는 온도차로서 정의할 수 있다.
상기 표면전도열은, 전도저항쉬트(60)(63)의 입출구의 온도차(△T), 전도저항쉬트의 단면적(A), 전도저항쉬트의 길이(L), 전도저항쉬트의 열전도율(k)(전도저항쉬트의 열전도율은 재질의 물성치로서 미리 알아낼 수 있다)를 통하여 전도열량을 알아낼 수 있다. 상기 서포터전도열은, 서포팅유닛(30)의 입출구의 온도차(△T), 서포팅유닛의 단면적(A), 서포팅유닛의 길이(L), 서포팅유닛의 열전도율(k)을 통하여 전도열량을 알아낼 수 있다. 여기서, 상기 서포팅유닛의 열전도율은 재질의 물성치로서 미리 알아낼 수 있다. 상기 가스전도열(③)과 상기 복사전달열(④)의 합은 상기 전체 진공단열체의 열전달량에서 상기 표면전도열과 상기 서포터전도열을 빼는 것에 의해서 알아낼 수 있다. 상기 가스 전도열과 상기 복사전달열의 비율은 진공공간부의 진공도를 현저히 낮추어 가스 전도열이 없도록 하였을 때의 복사전달열을 구하는 것으로서 알아낼 수 있다.
상기 진공공간부(50)의 내부에 다공성물질이 제공되는 경우에, 다공성물질전도열(⑤)은 상기 서포터전도열(②)과 복사열(④)을 합한 양으로 고려할 수 있다. 상기 다공성물질전도열은 다공성물질의 종류와 양 등의 다양한 변수에 의해서 변경될 수 있다.
실시예에 따르면, 서로 인접하는 바(31)가 이루는 기하학적 중심과 바가 위치하는 곳과의 온도차(△T1)는 0.5도씨 미만으로 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 인접하는 바가 이루는 기하학적 중심과 진공단열체의 에지부와의 온도차(△T2)는 5도씨 미만으로 제공되는 것을 바람직하게 제안할 수 있다. 또한, 상기 제 2 플레이트 부재에 있어서, 상기 전도저항쉬트(60)(63)를 통과하는 열전달 경로가 제 2 플레이트 부재와 만나는 지점에서, 제 2 플레이트 부재의 평균온도와의 온도차이가 가장 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 공간이 상기 제 1 공간에 비하여 뜨거운 영역인 경우에는, 상기 전도저항쉬트를 통과하는 열전달 경로가 제 2 플레이트 부재와 만나는 제 2 플레이트 부재의 지점에서 온도가 최저가 된다. 마찬가지로, 상기 제 2 공간이 상기 제 1 공간에 비하여 차가운 영역인 경우에는, 상기 전도저항쉬트를 통과하는 열전달 경로가 제 2 플레이트 부재와 만나는 제 2 플레이트 부재의 지점에서 온도가 최고가 된다.
이는 전도저항쉬트를 통과하는 표면전도열을 제외하는 다른 곳을 통한 열전달량은 충분히 제어되어야 하고, 표면전도열이 가장 큰 열전달량을 차지하는 경우에 비로소 전체적으로 진공단열체가 만족하는 전체 열전달량을 달성할 수 있는 이점을 얻는 것을 의미한다. 이를 위하여 상기 전도저항쉬트의 온도변화량은 상기 플레이트 부재의 온도변화량보다 크게 제어될 수 있다.
상기 진공단열체를 제공하는 각 부품의 물리적 특징에 대하여 설명한다. 상기 진공단열체는 진공압에 의한 힘이 모든 부품에 가하여진다. 따라서, 일정한 수준이 강도(strength)(N/m2)를 가지는 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 배경하에서, 상기 플레이트 부재(10)(20)와 상기 사이드 프레임(70)은 진공압에도 불구하고 파손되지 않는 충분한 강도(strength)가 있는 재질로 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들어 서포터전도열을 제한하기 위하여 바(31)의 개수를 작게 하는 경우에는 진공압에 의한 플레이트 부재의 변형이 발생하여 외관이 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 상기 복사저항쉬트(32)는 방사율이 낮으면서 용이하게 박막가공이 가능한 물품이 바람직하고, 외부충격에 변형되지 않은 정도의 강도가 확보되어야 한다. 상기 서포팅유닛(30)은 진공압에 의한 힘을 지지하고 외부충격에 견딜 수 있는 강도로 제공되고 가공성이 있어야 한다. 상기 전도저항쉬트(60)는 얇은 판상이면서도 진공압을 견딜 수 있는 재질이 사용되는 것이 바람직하다.
실시예에서는 상기 플레이트 부재, 사이드 프레임, 및 전도저항쉬트는 동일한 강도인 스테인레스 재질을 사용할 수 있다. 상기 복사저항쉬트는 스테인레스보다는 약한 강도인 알루미늄을 사용할 수 있다. 상기 서포팅유닛은 알루미늄보다 약한 강도인 수지를 그 재질로 사용할 수 있다.
상기되는 바와 같은 재질의 측면에서 바라본 강도와 달리, 강성 측면에서의 분석이 요청된다. 상기 강성(stiffness)(N/m)은 쉽게 변형되지 않는 성질로서 동일한 재질을 사용하더라도 그 형상에 따라서 강성이 달라질 수 있다. 상기 전도저항쉬트(60)(63)는 강도가 있는 재질을 사용할 수 있으나, 열저항을 높이고 진공압이 가하여질 때 거친면이 없이 고르게 펼쳐져 방사열을 최소화하기 위하여 강성이 낮은 것이 바람직하다. 상기 복사저항쉬트(32)는 변형으로 다른 부품에 닿지 않도록 하기 위하여 일정 수준의 강성이 요청된다. 특히, 상기 복사저항쉬트의 테두리 부분은 자중에 따른 처짐이 발생하여 전도열을 발생시킬 수 있다. 그러므로, 일정 수준의 강성이 요청된다. 상기 서포팅유닛(30)은 플레이트 부재로부터의 압축응력 및 외부충격에 견딜 수 있는 정도의 강성이 요청된다.
실시예에서는 상기 플레이트 부재, 및 사이드 프레임은 진공압에 의한 변형을 방지하도록 가장 강성이 높은 것이 바람직하다. 상기 서포팅유닛, 특히 바는 두번째로 큰 강성을 가지는 것이 바람직하다. 상기 복사저항쉬트는 서포팅유닛보다는 약하지만 전도저항쉬트보다는 강성을 가지는 것이 바람직하다. 마지막으로 상기 전도저항쉬트는 진공압에 의한 변형이 용이하게 일어나는 것이 바람직하여 가장 강성이 낮은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 진공공간부(50) 내부를 다공성물질(33)로 채우는 경우에도 전도저항쉬트가 가장 강성이 낮도록 하는 것이 바람직하고, 플레이트 부재 및 사이드 프레임이 가장 큰 강성을 가지는 것이 바람직하다.
이하에서는 진공단열체의 내부 상태에 따라서 바람직하게 제시되는 진공압을 설명한다. 이미 설명된 바와 같이 상기 진공단열체의 내부는 열전달을 줄일 수 있도록 진공압을 유지해야 한다. 이때에는 가급적 낮은 진공압을 유지하는 것이 열전달의 저감을 위해서 바람직한 것은 용이하게 예상할 수 있을 것이다.
상기 진공공간부는, 서포팅유닛(30)에 의해서만 열전달에 저항할 수도 있고, 진공공간부(50)의 내부에 서포팅유닛과 함께 다공성물질(33)이 충전되어 열전달에 저항할 수도 있고, 서포팅유닛은 적용하지 않고 다공성물질로 열전달에 저항할 수도 있다.
서포팅유닛만이 제공되는 경우에 대하여 설명한다.
도 5는 시뮬레이션을 적용하여 진공압에 따른 단열성능의 변화와 가스전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 진공압이 낮아질수록 즉, 진공도가 높아질수록 본체만의 경우(그래프 1) 또는 본체와 도어를 합한 경우(그래프 2)의 열부하는, 종래의 폴리우레탄을 발포한 물품과 비교하여 열부하(heat load)가 줄어들어서 단열성능이 향상되는 것을 볼 수 있다. 그러나, 단열성능이 향상되는 정도는 점진적으로 낮아지는 것을 볼 수 있다. 또한, 진공압이 낮아질수록 가스전도도(그래프 3)가 낮아지는 것을 볼 수 있다. 그러나, 진공압이 낮아지더라도 단열성능 및 가스전도도가 개선되는 비율은 점진적으로 낮아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 가급적 진공압을 낮추는 것이 바람직하지만, 과도한 진공압을 얻기 위해서는 시간이 많이 들고, 과도한 게터(getter)사용으로 비용이 많이 드는 문제점이 있다. 실시예에서는 상기 관점에서 최적의 진공압을 제안한다.
도 6은 서포팅유닛이 사용되는 경우에 진공단열체의 내부를 배기하는 공정을 시간과 압력으로 관찰하는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 진공공간부(50)를 진공상태로 조성하기 위하여, 가열하면서(baking) 진공공간부의 부품에 남아있는 잠재적인 기체를 기화시키면서 진공펌프로 진공공간부의 기체를 배기한다. 그러나, 일정 수준 이상의 진공압에 이르면 더 이상 진공압의 수준이 높아지지 않는 지점에 이르게 된다(△t1). 이후에는 진공펌프의 진공공간부의 연결을 끊고 열을 가하여 게터를 활성화시킨다(△t2). 게터가 활성화되면 일정 시간 동안은 진공공간부의 압력이 떨어지지만 정상화되어 일정 수준의 진공압을 유지한다. 게터 활성화 이후에 일정수준의 진공압을 유지할 때의 진공압은 대략 1.8×10-6Torr이다.
실시예에서는 진공펌프를 동작시켜 기체를 배기하더라도 더이상 실질적으로 진공압이 낮아지지 않는 지점을 상기 진공단열체에서 사용하는 진공압의 하한으로 설정하여 진공공간부의 최저 내부 압력을 1.8×10-6Torr로 설정한다.
도 7은 진공압과 가스전도도(gas conductivity)를 비교하는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 상기 진공공간부(50) 내부의 사이 갭의 크기에 따라서 진공압에 따른 가스전도열(gas conductivity)을 실질열전달계수(eK)의 그래프로 나타내었다. 상기 진공공간부의 갭은 2.76mm, 6.5mm, 및 12.5mm의 세 가지 경우로 측정하였다. 상기 진공공간부의 갭은 다음과 같이 정의된다. 상기 진공공간부의 내부에 상기 복사저항쉬트(32)가 있는 경우는 상기 복사저항쉬트와 인접한 플레이트 사이의 거리이고, 상기 진공공간부의 내부에 복사저항쉬트가 없는 경우는 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 사이의 거리이다.
폴리우레탄을 발포하여 단열재를 제공하는 종래의 실질열전달계수 0.0196 W/mk과 대응되는 지점은 갭의 크기가 작아서 2.76mm인 경우에도 2.65×10-1Torr인 것을 볼 수 있었다. 한편, 진공압이 낮아지더라도 가스전도열에 의한 단열효과의 저감효과가 포화되는 지점은 대략 4.5×10-3Torr인 지점인 것을 확인할 수 있었다. 상기 4.5×10-3Torr의 압력은 가스전도열의 저감효과가 포화되는 지점으로 확정할 수 있다. 또한, 실질열전달계수가 0.1 W/mk일때에는 1.2×10-2Torr이다.
상기 진공공간부에 상기 서포팅유닛이 제공되지 않고 상기 다공성물질이 제공되는 경우에는, 갭의 크기가 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터이다. 이 경우에는, 다공성물질로 인하여 비교적 진공압이 높은 경우에도, 즉 진공도가 낮은 경우에도 복사열전달은 작다. 따라서 그 진공압에 맞는 적절한 진공펌프를 사용한다. 해당하는 진공펌프에 적정한 진공압은 대략 2.0×10-4Torr이다. 또한, 가스 전도열의 저감효과가 포화되는 지점의 진공압은 대략 4.7×10-2Torr이다. 또한, 가스전도열의 저감효과가 종래의 실질열전달계수 0.0196 W/mk에 이르는 압력은 730Torr이다.
상기 진공공간부에 상기 서포팅유닛과 상기 다공성물질이 함께 제공되는 경우에는 상기 서포팅유닛만을 사용하는 경우와 상기 다공성물질만을 사용하는 경우의 중간 정도의 진공압을 조성하여 사용할 수 있다. 상기 다공성물질만이 사용되는 경우에는 가장 낮은 진공압을 조성하여 사용할 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 실시예에 따른 진공단열체 벽의 두께가 얇기 때문에 외부 하중에 대하여 취약한 문제점이 있다. 이들 문제는 다양한 구조물의 다양한 변형을 야기할 수 있고, 제품적용이 어려운 문제점을 발생시킨다.
도 8은 직립한 진공단열체에 대하여 주어지는 다양한 하중조건을 모델링한 도면이다.
도 8을 참조하면, A는 상하 모두가 자유단일 때의 변형을 모델링이고, B는 하측이 고정단 상측이 상하방향에 대해서 자유단일 때의 모델링이고, C는 하측이 고정단 상측이 좌우방향에 대해서 자유단일 때의 모델링이고, D는 하측이 회전자유단이고 상측이 상하방향에 대해서 자유단일 때의 모델링이고, E는 하측이 고정단이고 상측이 전방향에 대하여 자유단 일때의 모델링이고, F는 하측이 회전자유단이고 상측이 좌우방향에 대해서 자유단일 때의 모델링이다.
발명자는 여러 하중에 대하여 검토를 수행하여, 도 8의 다양한 하중이 직립의 진공단열체, 특히 냉장고에 대하여 미치는 영향을 분석하였다.
하중은 미시적으로 진공단열체의 플레이트 부재(10)(20)의 접근이라는 영향을 가질 수 있으나, 이는 서포팅유닛에 의해서 제어될 수 있는 부분이다. 발명자는 거시적으로 진공단열체의 구조에 영향을 미칠 수 있는, 벤딩, 변형 및 좌굴 등에 대하여 검토하여 도 9 내지 도 11과 같이 진공단열체가 변형될 수 있는 것을 확인하였다. 본 도면은 모두 본체 측 진공단열체를 정면에서 개략적으로 관찰하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 도면은 진공단열체의 편평한 어느 일면에 하중이 발생되는 경우를 도시하고 있고, 이 경우에는 진공단열체의 어느 일면이 볼록하거나 오목하게 변형될 수 있다. 이와 같은 변형은 어느 일면에 상대적으로 큰 수직하중이 발생하는 경우에 발생할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 도면은 진공단열체의 상단에 수평방향으로 외력이 발생되는 경우를 도시하고 있고, 이 경우에는 진공단열체의 상단부가 일방향으로 전체적으로 경사지게 변형될 수 있다. 이와 같은 변형은 제품의 이동이나 일방향 밀림 시에 발생할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명은 진공단열체가 냉장고 등과 같이 개구부를 가지는 제품에 적용되고, 그 제품이 수직하중을 받을 때의 경우이다. 이 때에는, 진공단열체의 개구된 부분의 테두리가 오목하거나 볼록하게 변형될 수 있다.
상술되는 하중이 진공단열체에 작용하여 발생하는 변형을 방지하기 위한 실시예가 이하에 도시된다. 이하에서는 냉장고를 주된 실시예로 이용하여 진공단열체의 변형을 방지하는 구성에 대하여 설명하지만, 실시예의 적용은 냉장고에 제한되지 않고 다양한 물품에 적용될 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 냉장고의 분해 사시도이다.
도 12를 참조하면, 플레이트 부재(10)(20), 상기 플레이트 부재의 사이 간격부에 도입되는 서포팅 유닛(30), 전도저항쉬트(60), 및 도어(3)는 이미 설명된 바와 같이 제시되므로 자세한 설명은 기 설명된 것을 참조할 수 있다.
상기 플레이트 부재(10)(20)의 내부 공간, 즉 진공공간부(50)의 안에는 서포티 유닛(30)에 더해서, 진공단열체의 강도를 보강하기 위한 보강 프레임(120)이 삽입될 수 있다. 상기 전도저항쉬트(60)를 외부에서 보호하기 위하여 실링프레임(200)이 본체(2)와 도어(3)가 접촉되는 경계면에 더 개입될 수 있다. 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 내부 고내 공간이 분리되어, 냉장 및 냉동의 목적에 따른 온도를 유지할 수 있도록 하기 위하여 멀리언(300)이 삽입될 수 있다.
상기 보강 프레임(120)에 대하여 더 상세하게 설명한다.
상기 보강 프레임(120)은, 상기 진공공간부(50)의 모서리 부위에 설치될 수 있다. 다시 말하면, 서로 다른 평면이 만나는 모든 경계선에 해당하는 모서리에 모두 제공될 수 있다. 상세하게는, 진공단열체의 후면 모서리 부분에 제공되는 후면 프레임(121)과, 진공단열체의 전면 모서리 부분에 제공되는 전면 프레임(123)과, 상기 전면 프레임(123)과 후면 프레임(121)을 연결하는 측방향에 제공되는 측면 프레임(122)을 포함할 수 있다.
상기 보강 프레임(120)은 상기 플레이트 부재에 비하여 두껍거나 강한 재질로 제공될 수 있다.
상기 전면 프레임(123), 상기 후면 프레임(121), 및 상기 측면 프레임(122)은 서로 체결되어 한 몸으로 제공되어 기기의 강도를 보강할 수 있다.
도 11에서 설명된 바와 같이, 진공단열체의 개구부가 오목하거나 볼록하게 변형되는 것을 방지하기 위하여, 멀리언(300)을 안착시키는 멀리언 안착 프레임(130) 및 멀리언 전방 프레임(140)을 더 제공할 수 있다. 상기 멀리언 안착 프레임(130) 및 상기 멀리언 전방 프레임(140)은 보강 프레임(120)과는 달리 제 1 플레이트 부재(10)의 내면에 제공될 수 있다. 이로써 멀리언(300)의 지지 및 연결작업을 수행할 수 있다.
상기 멀리언(300)이 제공되지 않는 경우에 진공단열체의 개구부의 변형을 방지하기 위하여 상기 멀리언 전방 프레임이 제공될 수 있다. 이 경우에 상기 멀리언 전방 프레임은 줄여서 전방 프레임이라고 칭할 수 있다.
상기 멀리언 안착 프레임(130) 및 상기 멀리언 전방 프레임(140)은, 상기 멀리언(300)을 고내의 소정 위치에 놓이도록 하는 역할을 수행하는 것은 물론이다. 이에 더해서, 상하로 연장되는 네 개의 후면 프레임(121) 및 전면 프레임(123) 중에서 인접하는 한 쌍의 프레임의 강도를 보강할 수 있다. 예를 들어 상기 멀리언 전방 프레임(140)은 상하로 연장되는 한 쌍의 전면 프레임(123)을 지지하여, 도 11에서 설명된 바와 같은 진공단열체의 개구부의 변형을 방지할 수 있다.
상기 멀리언 안착 프레임(130) 및 상기 멀리언 전방 프레임(140)은 상기 보강 프레임(120)과는 직접적으로는 분리되어 있고, 별도의 다른 부재에 의해서 간접적으로 서로 연결되어 강도를 보강할 수 있다.
강도 보강의 작용을 위하여, 상기 보강프레임(120), 멀리언 안착 프레임(130), 및 멀리언 전방 프레임(140)은 소정의 강도가 있는 재질로서, 플레이트 부재(10)(20)와 비교할 때 견고한 소재를 적용하거나 두꺼운 재료를 사용할 수 있다.
추후에 더 상세하게 설명되지만, 상기 멀리언(300)에는 멀리언 냉기유로(310)가 제공되어 멀리언(300)에 의해서 구분되는 두 저장공간을 냉기가 통과할 수 있도록 할 수 있다.
도 13은 진공단열체의 후면 모서리 부분의 부분 절개 단면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 후면 프레임(121)은 제 2 플레이트 부재(20)의 절곡된 모서리에 단면 형상에 맞추어 절곡된 형상으로 제공된다. 상기 후면 프레임(121)은 제 2 플레이트 부재(20)의 후면부와 측면부를 함께 지지하므로 각 면의 강도를 보강할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 후면 프레임(121)은 높은 관성으로 진공단열체의 굽힘 및 좌굴에 대항하여 강도를 보강할 수 있다.
상기 후면 프레임(121)의 각 면은 대응하는 제 2 플레이트 부재(20)의 각 면에 용접 또는 기계적 체결 방식으로 일체화될 수 있다.
상기 후면 프레임(121)은 진공공간부(50)의 내면에 장착됨으로써, 외부에 드러나는 부분이 없으므로 기기의 제작공정에서 간섭 등의 문제가 발생하지 않는다.
도면에서는 후면 프레임(121)을 예시하여 나타내고 있지만, 다른 보강 프레임(120)도 마찬가지의 단면 형상으로 제공되고, 진공단열체의 동일한 위치에서 모서리를 따라서 연장될 수 있다. 다른 보강 프레임도 상기 후면 프레임(121)과 마찬가지의 강도보강작용을 수행할 수 있다. 경우에 따라서, 상기 보강 프레임(120)은 모든 프레임이 서로 직접 연결되어 강도보강에 대한 신뢰성을 더욱 높일 수도 있다. 이는 다른 도면의 보강 프레임(120)에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 후면 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 상기 후면 프레임(121)은 제 1 플레이트 부재(10)의 내면에 장착된다. 다른 보강 프레임(120)도 마찬가지로 제공될 수 있다.
상세하게 본 실시예의 경우에, 상기 후면 프레임(121)은 제 1 플레이트 부재(10) 내면의 절곡된 모서리와 같은 형상으로 단면 형상이 절곡된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 후면 프레임(121)은 제 1 플레이트 부재(10) 내면의 후면부와 측면부를 함께 지지하므로 각 면의 강도를 보강할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 후면 프레임(121)은 높은 관성으로 진공단열체의 굽힘 및 좌굴에 대항하여 강도를 보강할 수 있다.
상기 후면 프레임(121)의 각 면은 대응하는 제 1 플레이트 부재(10)의 각 면에 용접 또는 기계적 체결 방식으로 일체화될 수 있다.
상기 후면 프레임(121)은, 상기 멀리언 안착 프레임(130) 및 상기 멀리언 전방 프레임(140)과 일체화 될 수 있으므로 전체적인 강도보강작용의 안정성이 높아지는 장점이 있다.
상기 후면프레임은 상기 진공공간부(50)의 외면에 장착됨으로써, 서포팅 유닛(30)의 설치 시에 간섭 등의 문제가 발생하지 않는다. 따라서 진공단열체의 미시적인 변화를 방지할 수 있다.
도면에서는 후면 프레임(121)을 예시하여 나타내고 있지만, 다른 보강 프레임(120)도 마찬가지의 단면 형상으로 제공되고, 진공단열체의 동일한 위치에서 모서리를 따라서 연장될 수 있다. 다른 보강 프레임도 상기 후면 프레임(121)과 마찬가지의 강도보강작용을 수행할 수 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 후면 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도이다.
도 15를 참조하면, 상기 후면 프레임(121)은 제 1 플레이트 부재(10)의 외면에 장착된다. 다른 보강 프레임(120)도 마찬가지로 제공될 수 있다.
상세하게 본 실시예의 경우에, 상기 후면 프레임(121)은 제 1 플레이트 부재(10) 외면의 절곡된 모서리와 같은 형상으로 단면 형상이 절곡된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 후면 프레임(121)은 제 1 플레이트 부재(10) 외면의 후면부와 측면부를 함께 지지하므로 각 면의 강도를 보강할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 후면 프레임(121)은 높은 관성으로 진공단열체의 굽힘 및 좌굴에 대항하여 강도를 보강할 수 있다.
상기 후면 프레임(121)의 각 면은 대응하는 제 1 플레이트 부재(10) 외면의 각 면에 용접 또는 기계적 체결 방식으로 일체화될 수 있다.
상기 후면프레임은 상기 진공공간부(50)의 내면에 장착됨으로써, 기기의 외부에 드러나는 부분이 없으므로 기기의 제작공정에서 간섭 등의 문제가 발생하지 않는다.
도면에서는 후면 프레임(121)을 예시하여 나타내고 있지만, 다른 보강 프레임(120)도 마찬가지의 단면 형상으로 제공되고, 진공단열체에 대하여 동일한 위치에서 모서리를 따라서 연장되어 서로 일체화될 수 있다. 다른 보강 프레임도 상기 후면 프레임(121)과 마찬가지의 강도보강작용을 수행할 수 있다.
도 16은 다른 실시예에 따른 후면 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도이다.
도 16을 참조하면, 상기 후면 프레임(121)은 제 2 플레이트 부재(20)의 외면에 장착된다. 다른 보강 프레임(120)도 마찬가지로 제공될 수 있다.
상세하게 본 실시예의 경우에, 상기 후면 프레임(121)은 제 2 플레이트 부재(20) 외면의 절곡된 모서리와 같은 형상으로 단면 형상이 절곡된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 후면 프레임(121)은 제 2 플레이트 부재(20) 외면의 후면부와 측면부를 함께 지지하므로 각 면의 강도를 보강할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 후면 프레임(121)은 높은 관성으로 진공단열체의 굽힘 및 좌굴에 대항하여 강도를 보강할 수 있다.
상기 후면 프레임(121)의 각 면은 대응하는 제 2 플레이트 부재(20) 외면의 각 면에 용접 또는 기계적 체결 방식으로 일체화될 수 있다.
상기 후면프레임은 상기 진공공간부(50)의 외면에 장착됨으로써, 제조공정 상의 복잡함이 없이 제조한 다음에, 진공단열체의 마지막 공정에서 제 2 플레이트 부재(20)의 외면에 체결할 수 있다. 이에 따르면 제조공정이 간략화되는 장점을 얻을 수 있다.
도면에서는 후면 프레임(121)을 예시하여 나타내고 있지만, 다른 보강 프레임(120)도 마찬가지의 단면 형상으로 제공되고, 진공단열체에 대하여 동일한 위치에서 모서리를 따라서 연장되어 서로 일체화될 수 있다. 다른 보강 프레임도 상기 후면 프레임(121)과 마찬가지의 강도보강작용을 수행할 수 있다.
본 실시예의 경우에는, 진공단열체의 외부, 상세하게는 본체(2)의 개구를 통하여, 상기 멀리언 안착 프레임(130) 및 상기 멀리언 전방 프레임(140)과 일체화 될 수 있다. 이에 따라서 전체적인 강도보강작용의 안정성이 높아지는 장점이 있다.
도 17은 보강 프레임이 설치된 진공단열체에 열교환관로가 도시된 도면이다.
도 17을 참조하면, 냉동 시스템에는 증발기 전후의 냉매관로는, 냉동사이클의 열효율을 향상시키기 위하여, 서로 열교환이 수행되도록 한다. 이들 냉매가 열교환되는 관로는 열교환관로(170)라고 이름할 수 있다. 상기 열교환관로(170)는 고내 또는 고외에 설치하는 경우에 필요없는 공간을 차지하기 때문에 진공단열체의 내부, 즉 진공공간부(50)의 내부에 소정의 길이로 제공될 수 있다.
상기 보강 프레임(120) 중에서 후면 프레임(121)은 기계실(8)로 인입출되는 상기 열교환관로(170)의 경로에 제공된다. 따라서 상기 열교환관로(170)는 진공공간부(50)를 빠져나오면서 상기 후면 프레임(121)을 통과해야 한다. 상기 후면 프레임(121)은 강도를 보강하기 위하여 소정의 두께 뿐만 아니라 소정의 면적과 길이로 제공된다. 따라서 열교환관로(170)가 후면 프레임(121)과 직접 접촉되면 양자간에 열교환이 발생하여 열손실이 발생한다.
상기 문제를 해결하기 위하여, 실시예에서는 상기 열교환관로(170)가 통과화는 부분에서 상기 후면 프레임(121)의 일부가 제거될 수 있다. 상기 후면 프레임(121)에서 제거되는 부분은 평면 구조 상에서 일부가 완전히 절개될 수도 있고, 절개되어야 할 부분에서 후면 프레임(121)의 두께가 다른 부분에 비하여 얇게 제공되어 수직구조 상에서 일부가 제거될 수도 있다. 두 가지 경우 모두 열교환관로(170)와 후면 프레임(121) 간이 열전달량을 줄여서 열손실을 줄일 수 있다.
도 18은 후면 프레임이 절개되는, 도 17에서 A부분을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 상기 후면 프레임(121)의 수평부분이 절개되어 후면 프레임 절개부(1211)을 이루는 것을 확인할 수 있다. 상기 열교환관로(170)는 후면 프레임(121)에 접하지 않고 통과하므로 열손실이 발생하지 않는다. 상기 열교환관로(170)가 다른 보강 프레임(120)을 통과하는 경우에는 다른 보강 프레임(120)에 프레임 절개부가 제공될 수 있는 것도 충분히 예상할 수 있다.
상기 후면 프레임 절개부(1211)가 제공되는 영역은, 실링을 위하여 도 4에 다양하게 제시되는 밀봉방식이 적용될 수도 있고, 열교환관로(170)와 플레이트 부재 간의 용접에 의해서 밀봉이 수행되도록 할 수 있다.
상기 열교환관로(170)외에 열손실을 일으키는 다양한 관로가 통과되는 경로 상에 놓이는 보강 프레임(120)에는 프레임 절개부가 더 제공될 수 있는 것도 용이하게 이해할 수 있다.
도 19는 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면사시도로서, 진공단열체의 전면부를 도시한다.
도 19를 참조하면, 본 실시예는 상기 진공공간부(50)에 두 개의 이격되는 보강 프레임이 제공되고, 하나는 단면이 절곡형으로 제공되고, 다른 하나는 단면이 일자형으로 제공될 수 있다. 이 구성에 따르면 진공단열체의 강도를 높이면서도, 두 보강부재 간의 간섭을 방지하여 제작 시에 작업이 간편한 이점을 얻을 수 있다.
상기 제 1 플레이트 부재(10)의 외면에는 단면이 평면인 제 2 전면 내측 프레임(1232)가 마련되고, 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 내면에는 단면이 단면이 절곡형인 제 1 전면 내측 프레임(1231)이 마련될 수 있다. 상기 제 1 전면 내측 프레임(1231)이 절곡되는 위치는 제 2 플레이트 부재(20) 단부의 안쪽에 위치하도록 한다. 이로써 진공압에 의해서 전도저항쉬트(60)가 곡면으로 변형될 때 접촉이 방지되어 냉기손실을 방지할 수 있다.
상기 제 2 전면 내측 프레임(1232) 및 상기 제 1 전면 내측 프레임(1231)은 서로 접촉 및 접근이 허용되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이로써 보강 프레임 간의 열전도 및 열복사를 차단하여 냉기손실을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 보강 프레임은, 도시되는 바와 같은 상기 전면부뿐만 아니라, 진공단열체의 후면부 및 측면부에도 동일한 형태로 제공되고, 서로 연결되어 제공될 수 있다. 이 경우에는 제 1, 2 플레이트 부재 각각에 체결되는 보강 프레임은 다른 플레이트 부재의 보강 프레임과는 접촉 및 접근이 허용되지 않도록 함으로서, 냉기손실을 방지하는 것이 중요하다.
도 20는 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면사시도로서, 진공단열체의 전면부를 도시한다.
도 20을 참조하면, 본 실시예는 상기 진공공간부(50)의 내부에 한 개의 보강 프레임이 제공되고, 상기 진공공간부(50)의 외부에 한 개의 보강 프레임이 제공된다. 이때에도 하나는 단면이 절곡형으로 제공되고, 다른 하나는 단면이 일자형으로 제공될 수 있다. 이 구성에 따르면 진공단열체의 강도를 높이면서도, 두 보강부재 간의 간섭을 더 확실하게 방지하여 제작 시에 작업이 간편한 이점을 얻을 수 있다.
상기 제 1 플레이트 부재(10)의 내면에는 단면이 절곡형으로 전면 절곡형 프레임(1234)이 마련되고, 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 내면에는 단면이 일자형으로 전면 일자형 프레임(1233)이 마련될 수 있다. 상기 전면 절곡형 프레임(1234)의 절곡되는 위치는 제 2 플레이트 부재(20) 단부의 바깥쪽에 위치하도록 한다. 이로써 더 냉장고의 본체 측에 가하여지는 굽힘강도에 저항하는 관성을 더 크게 할 수 있다. 상기 전도저항쉬트(60)가 곡면으로 변형하더라도, 상기 전면 절곡형 프레임(1234)은 진공공간부의 외부에 놓이므로, 전도저항쉬트(60)가 전면 절곡형 프레임(1234)에 접촉될 우려도 없다.
본 실시예에 따른 보강 프레임은, 도시되는 바와 같은 상기 전면부뿐만 아니라, 진공단열체의 후면부 및 측면부에도 동일한 형태로 제공되고, 서로 연결되어 제공될 수 있다. 이 경우에는 제 1, 2 플레이트 부재 각각에 체결되는 보강 프레임은 다른 플레이트 부재의 보강 프레임과는 애초에 접촉되지 않으므로 보강 프레임 간의 접촉 및 접근에 의한 열손실은 발생하지 않는다.
도 21은 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도로서, 진공단열체의 전면부를 도시한다.
도 21을 참조하면, 본 실시예는 상기 진공공간부(50)에 한 개의 보강 프레임이 제공되고, 상기 진공공간부(50)의 외부 고내측에 한 개의 보강 프레임이 제공된다. 이때 하나의 보강 프레임은 단면이 절곡형으로 제공되고, 다른 하나의 보강 프레임은 단면이 일자형으로 제공될 수 있다. 이 구성에 따르면 진공단열체의 강도를 높이면서도, 두 보강부재 간의 간섭을 방지하여 제작 시에 작업이 간편한 이점을 얻을 수 있다.
상기 제 1 플레이트 부재(10)의 외면에는 단면이 평면인 전면 일자형 프레임(1233)이 마련되고, 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 내면에는 단면이 절곡형인 전면 절곡형 프레임(1234)이 마련될 수 있다. 도 20에 제시되는 실시예와 마찬가지로 전면 절곡형 프레임(1234)의 절곡되는 위치는 제 1 플레이트 부재(10) 단부의 바깥쪽에 위치하도록 한다. 그에 따른 작용효과도 마찬가지이다.
본 실시예에 따른 보강 프레임은, 도시되는 바와 같은 상기 전면부뿐만 아니라, 진공단열체의 후면부 및 측면부에도 동일한 형태로 제공되고, 서로 연결되어 제공될 수 있다.
본 실시예의 경우에는, 상기 제 1 플레이트 부재(10)에만 보강 프레임이 제공되고, 상기 제 2 플레이트 부재(20)에는 보강 플레이트가 제공되지 않을 수 있다. 이 경우에도 서포팅 유닛(30)에 의한 지지 작용에 의해서 진공단열체의 전체적인 구조 강도는 지지될 수 있다.
본 실시예의 경우에는, 진공단열체가 적용되는 냉장고 등의 기기에 작용에 필요한 부품 들이, 상기 전면 절곡형 프레임(1234)에 지지될 수 있기 때문에, 보강 프레임은 강도보강 및 부품 지지라는 두 가지의 작용을 함께 수행할 수 있다.
도 22는 다른 실시예에 따른 보강 프레임을 설명하는 진공단열체의 단면도로서, 진공단열체의 전면부를 도시한다.
도 21을 참조하면, 본 실시예는 전면 일자형 프레임(1233)이 제 2 플레이트 부재(1233)의 내면이 아니라 외면에 설치되는 것이 특징적으로 달라진다. 본 실시예는, 진공압의 인가에 따른 상기 전도저항쉬트(60)의 곡면변형이 크거나, 서포팅유닛(30)이 진공단열체의 단부까지 연장될 필요가 있는 경우에, 보강 프레임에 의한 간섭을 피하기 위한 경우에 바람직하게 적용될 수 있다.
본 실시예의 상기 전면 일자형 프레임(1233)은 제 2 플레이트 부재(20)의 외면에 놓이더라도 간섭이 발생하지 않는 일자형으로 제안될 수 있다. 가장 많은 굽힘하중이 발생하는 부분, 즉 본체 측 진공단열체 개구에 있어서 최외각의 테두리 부분에 대하여, 직접 강도를 보강할 수 있는 장점이 있다. 따라서 도 11에 설명된 바와 같은 냉장고의 개구에 대한 변형에 저항하는 힘을 크게 할 수 있다.
도 23 및 도 24는 진공단열체의 어느 일 꼭지점 부분을 보이는 사시도로서, 도 23은 도어힌지가 설치되기 전이고, 도 24는 도어힌지가 설치된 상태에서의 도면이다.
냉장고의 경우에 상기 도어 측 진공단열체가 상기 본체 측 진공단열체에 회동이 가능한 상태로 체결되기 위하여, 그 접속부에는 도어힌지가 마련된다. 상기 도어힌지는 스스로가 소정의 강도를 가진다. 상기 도어가 체결된 상태에서 도어 자중에 의한 도어처짐을 방지하고 본체의 뒤틀림을 방지하기 위하여, 상기 도어힌지는 보강프레임(120)에 의해서 지지되는 것이 바람직하다. 상기 도어 힌지와 상기 보강 프레임(120)의 경계에는 플레이트 부재(20)가 개입될 수도 있다.
도 23을 참조하면, 도어 힌지(263)가 체결되도록 하기 위하여, 상기 본체 측 진공단열체에는 도어 체결구(260)가 마련된다. 상기 도어 체결구(260)는 세 개가 제공될 수 있다. 상기 도어 체결구(260)는 상기 제 2 플레이트 부재(20) 및/또는 상기 보강 프레임(120) 및/또는 별도의 추가보강부재(예를 들어, 제 2 플레이트 부재의 외면에 더 제공되는 추가 플레이트)에 직접 또는 간접으로 고정될 수 있다. 여기서 직접은 용접 등의 융착방법에 의한 것을 지칭할 수 있고, 간접은 융착 등의 방법이 아닌 보조체결도구 등을 이용한 체결방법을 지칭할 수 있다
상기 도어체결구(260)는 높은 지지강도가 요구되기 때문에 상기 제 2 플레이트 부재(20)에 접하여 체결될 수 있다. 이를 위하여, 상기 실링프레임(200)은 절개될 수 있다. 절개되는 실링프레임(200)은 절단면(261)을 가지고, 제 2 플레이트 부재(20)는 도어 체결구(260)가 체결되는 도어 체결구 안착면(262)을 가질 수 있다. 따라서 실링프레임(200)의 절개에 의해서 도어 체결구 안착면(262) 바깥으로 드러날 수 있고, 상기 도어 체결부 안착면(262)에는 추가적인 플레이트 부재가 더 개입될 수 있다.
실링프레임(200)의 단부가 전체로서 제거되는 것이 아니라, 도어체결구(260)가 제공되는 부분에만 실링 프레임(200)의 일부분이 제거되도록 할 수도 있다. 그러나, 실링프레임(200)의 단부가 모두 제거되는 것이 제작의 편의, 및 도어 힌지(263)가 진공단열체 측에 견고하게 지지되어 체결되도록 하기 위하여 더 바람직할 수 있다.
도 25와 도 26은 멀리언 부분에 제공되는 도어 힌지를 설명하는 도면이다. 도 25는 도어힌지가 설치된 모습이고, 도 26은 도어힌지가 설치되기 전 상태에서의 도면이다.
근래에는 상냉장 하냉동 방식의 냉장고가 각광을 받고 있다. 상기 상냉장 하냉동방식의 냉장고는, 진공단열체의 상하단 뿐만 아니라 멀리언 부분에 도어힌지가 설치된다.
도 25 및 도 26을 참조하면, 멀리언 부분에 도어힌지가 체결되도록 하기 위하여, 상기 멀리언 전방 프레임(140)이 소정 깊이 깎여서 제공되는 안착 리세스(1400)이 제공되고, 상기 안착 리세스에는 힌지 체결홈(1401)이 가공될 수 있다. 상기 실링 프레임(200)에는 안착 절개부(264)가 제공될 수 있다.
상기 안착 리세스(1400) 및 상기 안착 절개부(264)에는 도어 힌지(263)가 안착될 수 있다. 이 구조에 의해서 상기 도어 힌지(263)은 정확한 위치에 놓일 수 있다. 상기 도어 힌지(263)이 안착된 상태에서, 상기 힌지 체결홈(1401)에 나사 등의 체결구가 끼워져서 상기 도어 힌지(263)이 체결될 수 있다. 이 때 상기 체결구는 보강 프레임까지 연장되어 체결력을 강화시킬 수 있다. 물론 상기 체결구에 의한 체결방식이 아닌 용접 등의 방식이 적용될 수도 있다.
도 27은 멀리언 지지 프레임의 사시도이다.
도 27을 참조하면, 멀리언(300)이 진공단열체의 내부의 올바른 위치에 자리잡을 수 있도록 하기 위하여, 멀리언(300)이 놓이는 테두리를 따라서 멀리언 안착 프레임(130)이 제공될 수 있다. 상기 멀리언 안착 프레임(130) 단면의 적어도 일부는 절곡되는 형상으로 제공됨으로써, 정해진 자리에 놓인 멀리언(300)이 움직이지 않도록 할 수 있다. 상기 멀리언 안착 프레임(130)의 모든 부분의 단면이 절곡된 형상으로 제공됨으로써 관성이 커져서 보다 큰 굽힘응력 및 좌굴응력에 견딜 수 있다.
상기 멀리언 안착 프레임(130)은 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 내면에 용접 등의 방식으로 체결될 수 있고, 경우에 따라서는 보강 프레임(120)에 까지 체결되어 그 체결력을 강화시킬 수도 있다.
도면에서는 진공단열체 내면의 네 모서리 부분에 멀리언 안착 프레임(130)이 모두 놓이는 것으로 제공되지만, 어느 일면은 제공되지 않을 수도 있지만, 강도보강의 측면을 위하여 모두 제공되는 것이 바람직하다.
상기 멀리언 안착 프레임(130)은 도 11에 도시된 바와 같은 진공단열체 개구 측의 변형, 특히 확장되는 방향의 변형을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 멀리언 안착 프레임(130)에 더하여 상기 멀리언 전방 프레임(140)은 상기 진공단열체 개구측의 변형, 특히 축소되는 방향의 변형을 방지할 수 있다. 물론, 상기 멀리언 전방 프레임(140)이 상기 멀리언 안착 프레임(130)에 체결되는 경우에는 상기 진공단열체 개구측의 변형으로서 확장 및 축소에 모두 대응할 수도 있다.
한편, 상기 진공단열체의 개구측의 테두리를 따라서는 보조 프레임(1301)이 더 설치될 수 있다. 상기 보조 프레임(1301)은 상기 멀리언 안착 프레임(130)에 한몸을 이루도록 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 내면측에 설치될 수 있다. 상기 보강 프레임(120)이 제 1 플레이트 부재(10)의 내면측에 제공되는 도 14, 도 20, 도 21, 및 도 22의 경우에는 대응하는 각 프레임이 상기 보조 프레임(1301)의 역할을 수행하고, 별도의 보조 프레임(1301)은 필요하지 않을 수도 있다.
상기 보조 프레임(1301)은 상기 진공단열체의 개구측에 대한 변형에 더 견고하게 저항할 수 있는 장점이 있다. 특히, 상기 보조 프레임(1301)은, 상기 멀리언 안착 프레임(130) 및 상기 멀리언 전방 프레임(140)에 제공되어 각 부재의 강도를 크게 하는 작용을 수행할 수 있다.
도 28은 멀리언 안착 프레임의 작용을 설명하는 절개 사시도이고, 도 29는 도 28의 A부분을 확대한 단면도이고, 도 30은 도 28의 B부분을 확대한 단면도이다.
도 28 내지 도 30을 참조하면, 상기 멀리언 안착 프레임(130)은 절곡된 단면형상으로 제공될 수 있다.
상기 멀리언 안착 프레임(130) 중에서 상기 제 1 플레이트 부재(10)에 접하는 부분들은, 상기 제 1 플레이트 부재(10)에 접하는 부분은 용접 등과 같은 방식으로 체결되고, 다른 부분은 상기 멀리언(300)을 지지하는 부분으로서 작용할 수 있다.
상기 멀리언 안착 프레임(130) 중에서 상기 제 1 플레이트 부재(10)에 접하지 않는 부분, 즉 진공단열체의 개구된 부분에 놓이는 멀리언 안착 프레임은 멀리언의 하면을 지지할 뿐만 아니라, 멀리언의 전방인출을 제한하는 요소로서 작용할 수 있다.
생산현장에서 작업자는 멀리언(300)을 멀리언 안측 프레임(130)와 정렬하여 놓는 것만으로 멀리언(300)을 조립을 완료시킬 수 있다.
상기 멀리언 전방 프레임(140)은 본 도면에서 제시되지 않았으나, 별도로 제공될 수 있고, 상기 멀리언 안착 프레임(140) 및 멀리언 전방 프레임(130)은 서로 체결될 수도 있다.
도 31은 다른 실시예에 따른 멀리언 안착 프레임을 설명하는 단면도이다.
도 31을 참조하면, 본 실시예는 멀리언에 의해서 상냉장 하냉동 냉장고에 있어서, 구획되는 냉장실과 냉동실 간의 열전달을 차단할 수 있는 멀리언 안착 프레임(130)이 개시된다.
상기 멀리언 안착 프레임 중에 후면에 놓이는 후방 멀리언 안착 프레임(1310)은, 도 28에 제시되는 실시예와 달리 절곡되는 위치가 다르다. 상세하게, 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 내면에 고정되는 고정면(1312)의 상단에서 고내 방향으로 절곡되는 받침면(1311)이 제공된다. 따라서, 상기 후방 멀리언 안착 프레임(1310)을 통하여 냉동실의 냉기가 멀리언(300)이 설치된 간격까지 전도되는 것을 막을 수 있다. 이는 다른 멀리언 안측 프레임(130)에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
상기 멀리언(300)은 내부에 예시로 폴리우레탄으로 제공되는 단열부재(3001)를 가지고, 상기 단열부재를 에워싸는 외각부는 예시로 ABS수지로 제공되는 케이스부재(3002)로 제공될 수 있다. 상기 케이스부재(3002)는 상하 두 부분으로 나뉘어져 상기 단열부재(3001)가 삽입된 상태에서 상하 두 부분이 서로 체결되도록 할 수 있다. 상기 멀리언(300)을 관통하여 선택적으로 냉기를 냉장실과 냉동실이 교류할 수 있도록 멀리언 냉기유로(310)가 제공될 수 있다. 상기 멀리언(300)은 살펴볼 수 있는 바와 같이, 제 1 플레이트 부재(10)와는 별도의 물품으로 서로 끼워맞춤된다. 따라서 상기 멀리언(300)과 상기 제 1 플레이트 부재(10) 내명의 접촉부를 밀폐하기 위한 밀폐부재(3004)가 더 제공될 수 있다. 상기 밀폐부재(3004)는 진공단열체의 후면과 측면 세 곳에 모두 제공될 수 있다.
상기 멀리언(300)의 전면부는 상기 멀리언 전방 프레임(140)가 지지할 수 있다. 상기 멀리언 전방 프레임(140)은 하단이 절곡되어 절곡된 부분은 상기 멀리언(300)을 지지할 수 있고, 케이스부재(3002)의 단부가 상기 멀리언 전방 프레임(140)의 상단에 걸려서 지지될 수도 있다. 상기 멀리언 전방 프레임(140)이 플레이트 부재 및 보강 프레임에 착탈이 가능한 부재로 제공될 수도 있다. 이 경우에 상기 멀리언(300)은 설치위치에서 분리될 수도 있다.
상기 멀리언 전방 프레임(140)은 금속재질로 제공되어 냉장실 및 냉동실 간에 열교환이 발생할 수도 있다. 이 문제를 해소하기 위하여, 상기 멀리언 전방 프레임(140)을 대신하여, 냉장실 및 냉동실에 개별적으로 전방 안착 프레임(133)(132)를 제공할 수 있다. 상세하게, 상기 멀리언(300)의 전면부의 하측을 지지하는 제 1 전방 멀리언 안착 프레임(132)와, 상기 멀리언(300)의 전면부의 상측을 지지하는 제 2 전방 멀리언 안착 프레임(133)을 포함할 수 있다. 두 부재는 금속을 재질로 하여 진공단열체의 개구부의 수축을 방지하기 위하여 상기 개구부의 좌우측을 서로 연결할 수 있다. 경우에 따라서 멀리언 전방 프레임(140) 및 전방 멀리언 안착 프레임(132)(133)이 모두 제공되도록 할 수 있다. 이 경우에 진공단열체의 개구부에 대한 강도보강이 더욱 충실해 지는 효과를 얻을 수도 있다.
한편, 진공단열체의 제 1 플레이트 부재(10)는 금속을 재질로 한다. 이 경우에는 상기 제 1 플레이트 부재(10)를 따라서 냉동실의 냉기가 냉장실로 이동할 수 있다. 냉장실 및 냉동실 간의 열전달이 가장 큰 위치는 상기 멀리언(300)과 대응되는 제 1 플레이트 부재(10) 상의 위치이다. 이 열전도의 문제를 해소하기 위하여 전도저항쉬트(60)가 멀리언(300)과 대응되는 제 1 플레이트 부재(10)의 위치에 제공될 수 있다.
도 32는 도 31의 D부분의 확대도이다.
도 32를 참조하면, 멀리언과 전후로 정렬되는 제 1 플레이트 부재(10)에는 전도저항쉬트(60)가 제공된다. 상기 전도저항쉬트는 냉동실의 냉기가 냉장실로 전달되는 통로에 제공되어 전도되는 냉기를 차단할 수 있다.
상기 전도저항쉬트(60)는 본체측에 사용된 다른 전도저항쉬트와 마찬가지의 재료, 구성, 및 방식으로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공단열체를 적용하는 기기에 있어서, 진공단열체의 강도부족으로 인하여 발생하는 굽힘 및 좌굴을 방지하여 그 기기의 제품화에 기여할 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉장고의 경우에 냉장실과 냉동실 간의 열교환을 차단함으로써, 단일의 진공단열체를 이용하여 냉장고를 제공할 때, 냉기손실을 방지하여 에너지 소비효율을 높일 수 있다.
120: 보강프레임
130: 멀리언 안착 프레임
140: 멀리언 전방 프레임

Claims (15)

  1. 제1온도를 가지는 제1플레이트 부재;
    상기 제1온도와 다른 제2온도를 가지는 제2플레이트 부재;
    상기 제1플레이트 부재 및 상기 제2플레이트 부재 사이에 제공되는 진공공간부;
    상기 진공공간부의 공간을 유지하는 서포팅유닛; 및
    상기 제1플레이트 부재 및 상기 제2플레이트 부재 중의 적어도 하나의 모서리를 따라서 설치되는 적어도 하나의 보강 프레임을 포함하고,
    상기 보강 프레임은 제1,2플레이트 부재의 제1모서리를 따라 제공되는 전면 프레임 및 제2모서리를 따라 제공되는 후면 프레임을 포함하는 진공단열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면 프레임과 후면 프레임을 연결하는 측면 프레임을 더 포함하는 진공단열체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전면 프레임과, 후면 프레임 및 상기 측면 프레임은 일체로 구성되어 한 몸으로 제공되는 진공단열체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전면 프레임은 적어도 2개가 제공되고,
    상기 제1,2플레이트 부재에 의하여 정의되는 개구부가 오목하거나 볼록하게 변형되는 것을 방지하도록, 상기 2개의 전면 프레임을 가로지르는 방향으로 연장하는 전방 프레임을 더 포함하는 진공단열체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 후면 프레임은 적어도 2개가 제공되고,
    상기 2개의 후면 프레임을 가로지르는 방향으로 연장하며 상기 전방 프레임을 마주보도록 배치되는 안착 프레임을 더 포함하는 진공단열체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전방 프레임 및 상기 안착 프레임 중 적어도 하나에 안착되는 멀리언을 더 포함하는 진공단열체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 중의 적어도 하나의 모서리는 서로 교차하는 2개의 벽을 포함하고,
    상기 보강 프레임은 상기 2개의 벽에 대응하여 절곡형 단면을 가지는 진공단열체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 서포팅 유닛 및 상기 보강 프레임은 상기 진공 공간부의 내부에 배치되는 진공단열체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 상기 제1플레이트 부재 또는 상기 제2플레이트 부재보다 두껍거나 더 강한 재질로 구성되는 진공단열체.
  10. 제1온도를 가지는 제1플레이트 부재;
    상기 제1온도와 다른 제2온도를 가지는 제2플레이트 부재;
    상기 제1플레이트 부재 및 상기 제2플레이트 부재 사이에 제공되는 진공공간부;
    상기 진공공간부의 공간을 유지하는 서포팅유닛; 및
    상기 제1플레이트 부재 및 상기 제2플레이트 부재 중 적어도 하나의 설치면에 제공되는 보강 프레임을 포함하고,
    상기 설치면은 적어도 2개의 면을 포함하고, 상기 보강 프레임은 상기 적어도 2개의 면에 대응하여 절곡된 부분을 포함하는 진공단열체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 면은 상기 제1플레이트 부재 및 상기 제2플레이트 부재 중 적어도 하나의 모서리에 형성되는 진공단열체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 제1,2플레이트 부재의 모서리를 따라 제공되는 후면 프레임을 포함하고,
    상기 후면 프레임의 절곡된 부분은 상기 제1플레이트 부재 또는 상기 제2플레이트 부재의 모서리를 형성하는 제1면과 제2면을 지지하는 진공단열체.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 상기 진공 공간부의 내부에 제공되며, 상기 제1플레이트 부재 또는 상기 제2플레이트 부재에 부착되는 진공단열체.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 상기 진공 공간부의 외부에 제공되며, 상기 제1플레이트 부재에 부착되는 진공단열체.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 보강 프레임은 상기 진공 공간부의 외부에 제공되며, 상기 제2플레이트 부재에 부착되는 진공단열체.
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