KR20230096882A - 진공 단열 부재 - Google Patents

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KR20230096882A
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vacuum
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그랄라 제바슈티안
로텐바허 켄니
쿤 요하힘
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바-큐-텍 아게
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Abstract

본 발명은 코어 재료(2)와 이 코어 재료(2)를 완전히 둘러싸는 엔벨로프(3)를 포함하고, 상기 엔벨로프(3)는 플라스틱층(3a)과 이 플라스틱층(3a) 상에 배치된 스테인리스 스틸층(3b)을 포함함으로써, 방화 단열 부재로 적합한 진공 단열 부재(1)에 관한 것이다.

Description

진공 단열 부재{Vacuum insulation element}
본 발명은 독립 청구항에 기재된 것처럼, 방화 단열 부재로 적합한 진공 단열 부재에 관한 것이다.
진공 단열 패널로 설계되는 경우가 많은 종래의 진공 단열 부재에서, 내압성 코어 물질, 예컨대 발포 실리카는 진공 밀폐 엔벨로프(envelope)로 싸여 있다. 이 엔벨로프는 일반적으로 고차단성 포일(high-barrier foil)로 설계된 다층 금속화 플라스틱 포일이 사용된다. 상기 코어 물질이 엔벨로프에 삽입된 다음에, 엔벨로프는 진공 밀봉 방식으로 진공처리 및 밀폐된다. 이러한 진공 단열 부재는 내부에서 형성되는 진공으로 인해 다른 단열 시트재와 비교할 때 우수한 단열 특성들을 나타낸다. 특히, 배기의 결과로 진공 단열 부재 내의 대류가 감소함으로써 단열 특성이 향상된다.
이러한 진공 단열 부재는 다양한 기술 분야에서 사용되는데, 예를 들면 온도 제어 운송을 위한 운송 컨테이너 또는 박스의 단열 부재라든가, 천장 및 벽의 단열을 위한 건축 자재 분야에 사용된다. 많은 다른 단열 부재들과 비교하여 볼 때, 진공 단열 부재는 동일한 단열 성능을 제공하는 데에 훨씬 더 적은 공간을 차지하기도 한다.
진공 단열 부재의 적용에 있어서, 예를 들어 배터리 절연의 경우라든지, 철도 및 항공 교통의 단열 재료 등과 같이, 진공 단열 부재의 예방적 방화 특성에 특별한 요구 사항들이 흔히 제시된다.
건축 분야에서 이러한 요구사항들은 건축 자재 등급의 형태로 정의된다.
상용적으로 사용되는 진공 단열 부재들은 일반적으로 DIN 4102-1에 따른 건축 재료 등급 B2 또는 EN 13501-1에 따른 유로클래스(Euroclass) E에 대한 요구 사항을 충족하지 않는다. 이것은 진공 단열 부재의 엔벨로프가 쉽게 연소할 수 있는 다층 금속화 플라스틱 재료로 구성되어 있다는 사실에 주로 기인한다. 그러나, 이러한 종류의 엔벨로프는 장기간에 걸쳐 진공을 유지하는 동안 낮은 침투율(permeation rate)을 나타내고, 이음부와의 열융착에 의해 쉽게 밀봉될 수 있기 때문에 일반적으로 사용되고 있다. 엔벨로프 상에 도포된 난연성 물질은 보다 높은 방화 등급을 달성하기 위해 사용될 수 있지만, 진공 단열 부재는, 심지어 불연성 코어 재료를 갖춘 것도, 일반적으로 DIN 4102-1 또는 EN 13501-1에 따른 방화 등급 A2의 요건을 충족하지 못한다.
또한, WO 1996 001346 A1를 예로 들면, 스테인리스 스틸 케이스를 구비한 진공 단열 패널을 제공하는 것이 알려져 있다. 이 발명에서는 스테인리스 스틸로 이루어진 상부와 하부가 함께 용접되어 중간의 공간을 밀폐하게 된다. 이 진공 단열 패널의 코어에는 여러 층의 유리 섬유 매트들이 배열된다.
WO 2018 043712 A1에도 유사한 기술이 개시되어 있는데, 여기서 진공 단열 패널은 스틸 케이스를 구비하고 있다. 또한, 코어 재료는 섬유 재질로 구성되어 있다.
이러한 진공 단열 패널들은 비록 불연성을 제공하기는 하지만 제조하기가 복잡하다. 게다가, 순수한 스테인리스 스틸 케이스는 높은 열전도도를 갖는다는 단점이 있다.
국제특허출원 공개번호 WO 1996 001346 A1(1996.01.18. 공개) 국제특허출원 공개번호 WO 2018 043712 A1(2018.03.08. 공개)
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해소하고, 방화 단열 부재로 사용할 수 있도록 방화 특성이 향상된 진공 단열 부재를 제공하는 데에 있다. 이러한 목적은 독립적인 청구항에 따른 진공 단열 부재에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 측면은 각각의 하위 청구항의 주제를 형성한다.
본 발명은 방화 단열 부재로서 적합한 진공 단열 부재를 포함하되, 코어 재료와 상기 코어 재료를 완전히 둘러싸는 엔벨로프를 포함하고, 상기 엔벨로프는 플라스틱층 및 상기 플라스틱층 상에 배치되는 스테인리스 스틸층을 포함한다.
이와 관련하여, 상기 코어 재료는 흄드 실리카(fumed silica) 및/또는 섬유 재료를 포함할 수 있다. 엔벨로프를 형성하기 위한 플라스틱층과 스테인리스 스틸층의 조합은 진공 단열 부재를 방화 단열 부재로서 적합하게 만든다. 게다가, 상기 플라스틱층과 스테인리스 스틸층의 조합은 진공 단열 부재의 엔벨로프와 코어 재료 사이 및 엔벨로프의 이음부에서 열교 현상이 발생하는 것을 감소시킨다.
본 발명의 유리한 측면에 따르면, 상기 스테인리스 스틸층은 스테인리스 스틸 포일을 포함한다. 여기서, 스테인리스 스틸 포일은 플라스틱층으로 코팅된다. 스테인리스 스틸 포일은 적절한 두께로 사용할 수 있으며, 예컨대 폴리에틸렌과 같은 플라스틱층으로 쉽게 코팅할 수 있다. 스테인리스 스틸 포일은 금속화된 플라스틱층에 비해 기계적 응력에 덜 민감하기 때문에, 스테인리스 스틸층을 스테인리스 스틸 포일로 설계하는 것이 플라스틱층을 금속화하는 것보다 유리하다.
본 발명의 또 다른 유리한 측면에 따르면, 상기 스테인리스 스틸층은 스테인리스 스틸 포일을 포함하고, 상기 플라스틱 층은 플라스틱 포일을 포함한다. 이러한 맥락에서, 상기 스테인리스 스틸 포일은 플라스틱 포일 상에 간접적으로 또는 직접적으로 적층된다. 이와 관련하여, 라미네이팅 공정은 저비용의 신속한 접합 기술을 제공한다. 이 공정에서, 상기 스테인리스 스틸 포일과 플라스틱 포일은 접착제를 이용하거나, 열 라미네이션을 수행하여 접합될 수 있다.
본 발명의 바람직한 측면에 따르면, 상기 엔벨로프는 상기 엔벨로프가 유연하도록 구성된 두께를 갖는다. 유연한 엔벨로프는 접힌 가장자리가 형성될 수 있다는 이점을 제공한다.
본 발명의 특히 유리한 측면에 따르면, 상기 스테인리스 스틸층은 20㎛ 내지 80㎛ 사이 범위, 특히 30㎛ 및 40㎛의 두께를 갖는다. 이는 진공 단열 부재가 너무 딱딱해지지 않고 보다 유연한 조작이 가능하도록 하는 장점을 제공한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 측면에 따르면, 상기 스테인리스 스틸층은 상기 플라스틱층 보다 더 작은 두께를 갖는다. 이로 인해 상기 엔벨로프의 무게를 낮출 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 측면에 따르면, 상기 플라스틱층은 50㎛와 100㎛ 사이 범위의 두께를 갖는다. 이와 관련하여, 상기 플라스틱층은 낮은 수준의 두께에도 불구하고 낮은 침투율을 갖도록 고차단층으로 설계될 수 있으며, 이는 진공 단열 부재의 내부에서 < 1 mbar의 압력이 발생하여 유지될 수 있도록 하기에 적합하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 측면에 따르면, 상기 플라스틱층은 열융착이 가능한 재질로 이루어진다. 이러한 플라스틱층의 열융착에 의해 이음부(seam)를 형성할 수 있다. 다른 방법으로서 초음파 용접이 가능한 재료를 사용할 수도 있다.
본 발명의 특히 바람직한 측면에 따르면, 상기 엔벨로프는 스테인리스 스틸층에 플라스틱층을 열융착하여 형성된 적어도 하나의 이음부를 포함한다. 상기 엔벨로프가 플라스틱층과 이 플라스틱층 상에 배치된 스테인리스 스틸층의 조합이라는 구성은 이음부 형성을 위한 열융착이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 측면에 따르면, 상기 엔벨로프는 대기환경 조건에서 0 - 2 mbarl/㎡y 범위의 공기에 대한 침투율과 50℃, 70% RH에서 0 - 0.004 g/㎡d 범위의 수증기에 대한 침투율을 갖는다.
본 발명의 특히 바람직한 측면에 따르면, 상기 진공 단열 부재는 가연성 코어 재료를 포함한다. 이와 관련하여, 상기 엔벨로프는 진공 단열 부재가 DIN 4102-1에 따른 화재 등급 B2 또는 EN 13501-1에 따른 화재 등급 E의 최소 요건을 충족하도록 설계된다. 이로써, 엔벨로프의 스테인리스 스틸층이 형성되어 코어 재료의 연소를 방지할 수 있다.
본 발명의 유리한 측면에 따르면, 상기 진공 단열 부재는 불연성 코어 재료을 포함한다. 이와 관련하여, 상기 엔벨로프는 진공 단열 부재가 DIN 4102-1 또는 EN 13501-1에 따른 화재 등급 A2의 최소 요건을 충족하도록 설계된다.
본 발명의 특히 유리한 측면에 따르면, 상기 코어 재료는 솔리드 코어 또는 분쇄 코어(pulverulent core) 또는 개방-기공 코어(open-pored core)를 포함한다. 개방-기공 코어는 흄드 실리카를 포함할 수 있다. 솔리드 코어는 섬유 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 측면에 따르면, 상기 코어 재료는 유리 섬유를 포함한다. 유리 섬유 및 다른 섬유 재료들은 진공 단열 부재의 안정성을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 변형예에 따르면, 플라스틱으로 제조된 코어 재료는 비압축(loose) 또는 압축된(compressed) 형태의 플라스틱 분말 및 발포 플라스틱을 포함한다.
본 발명은 진공 단열 부재가 너무 딱딱해지지 않고 보다 유연한 조작이 가능하다는 장점이 있으며, 방화 단열 부재로 적합하다.
도 1는 본 발명의 진공 단열 부재를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 진공 단열 부재를 개략적으로 나타낸 사시도다.
도 3은 본 발명에 구비되는 엔벨로프의 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 진공 단열 부재(1)에 대한 하나의 변형을 보여준다. 도시된 진공 단열 부재(1)는 중앙 이음부를 구비한 진공 절연 패널로 형성된 것이다. 이 진공 단열 부재(1)는 코어 재료(2)와, 이 코어 재료(2)를 완전히 둘러싸면서 서로 연결된 여러 단면으로 이루어진 엔벨로프(3)를 포함한다. 이 엔벨로프(3)는 플라스틱 포일 (3a)과 스테인리스 스틸 포일(3b)로 구성되어 있다.
상기 이음부(5)는 대략 절반 높이에서 측면을 따라, 그리고 진공 절연 패널의 평평한 측면을 따라 연장된다.
도시된 실시예에서 코어 재료(2)는 흄드 실리카, 유리 섬유(4) 또는 비압축된(loose) 플라스틱 재료로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 진공 단열 부재를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도시된 진공 단열 부재(1)는 진공 단열 패널로 구현된 것이다. 이 진공 단열 부재(1)는 코어 재료(2)와 이 코어 재료(2)를 완전히 둘러싸는 엔벨로프(3)로 구성된다. 엔벨로프 (3)는 플라스틱 포일(3a)과 스테인리스 스틸 포일(3b)로 구성되며, 이들은 적층 구조(lamination) 서로 접합된다. 여기서, 스테인리스 스틸 포일(3b)은 40㎛의 두께를 가지며, 플라스틱 포일(3a)은 100㎛의 두께를 갖는다. 이것은 진공 단열 부재(1)가 너무 딱딱하지 않고 보다 유연한 조작이 가능할 뿐만 아니라 접힌 모서리를 만들 수 있다는 것을 의미한다.
여기서 플라스틱 포일(3a)은 플라스틱층(3a)이 낮은 수준의 두께에도 불구하고 낮은 침투율을 갖도록 고차단층으로 형성되며, 이는 진공 단열 부재 내부에서 < 1 mbar의 압력이 발생하여 유지될 수 있도록 하기에 적합하다.
열융착 가능한 재질로 이루어진 플라스틱 포일(3a)과 스테인리스 스틸 포일(3b)의 조합을 사용함으로써, 열융착에 의해 이음부(5)를 용이하게 형성할 수 있다. 동시에, 엔벨로프(3)로서 플라스틱 포일(3a)와 스테인리스 스틸 포일(3b)의 조합은, 진공 단열 부재(1)를 방화 단열 부재로서 적합하게 하는 데 기여한다.
스테인리스 스틸 포일(3b)은 금속화 플라스틱층에 비해 기계적 응력에 덜 민감하기 때문에, 플라스틱 포일(3a)과 스테인리스 스틸 포일(3b)의 조합을 사용하는 것은 플라스틱 포일(3a)의 금속화에 비해 유리하다.
도시된 실시예의 코어 재료(2)는 흄드 실리카와 유리 섬유(4)를 포함한다. 엔벨로프(3)로서 플라스틱 포일(3a)과 스테인리스 스틸 포일(3b)의 조합은 진공 단열 부재(1)의 환경과 코어 재료(2)와의 사이에서 열교 현상의 발생을 경감시킨다.
도시된 실시예의 발명에 따른 진공 단열 부재(1)는 화재 보호 등급 A2에 대한 DIN 4102-1 및 EN 13501-1에 따른 요구 조건을 충족한다.
도 3은 엔벨로프(3)을 관통한 단면을 보여준다. 여기서, 엔벨로프(3)는 플라스틱 포일(3a)와 스테인리스 스틸 포일(3b)를 포함한다. 이 구성에서 플라스틱 포일(3a)과 스테인리스 스틸 포일(3b)은 라미네이션에 의해 서로 접합된다.
1 : 진공 단열 부재 2 : 코어 재료
3 : 엔벨로프 3a : 플라스틱층
3b : 스테인리스 스틸층 4 : 유리 섬유
5 : 이음부

Claims (13)

  1. 코어 재료(2) 및 상기 코어 재료(2)를 완전히 둘러싸는 엔벨로프(3)를 포함하고, 상기 엔벨로프(3)는 플라스틱층(3a)과 이 플라스틱층(3a) 상에 배치되는 스테인리스 스틸층(3b)을 포함하여, 방화 단열 부재로서 적합한 진공 단열 부재(1).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스테인리스 스틸층(3b)은 스테인리스 스틸 포일을 포함하고, 상기 스테인리스 스틸 포일은 상기 플라스틱층(3a)으로 코팅되는 진공 절연 소자(1).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 스테인리스 스틸층(3b)은 스테인리스 스틸 포일을 포함하고, 상기 플라스틱층(3a)은 플라스틱 포일을 포함하며, 상기 스테인리스 스틸 포일은 상기 플라스틱 포일에 간접적으로 또는 직접적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  4. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔벨로프(3)는 상기 엔벨로프(3)가 유연하게 되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  5. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테인리스 스틸층(3b)은 20㎛ 내지 80㎛ 사이의 범위, 특히 30㎛ 및 40㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  6. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테인리스 스틸층(3b)은 상기 플라스틱층(3a) 보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  7. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱층(3a)은 50㎛와 100㎛ 사이 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  8. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱층(3a)은 열융착이 가능하거나 또는 초음파 용접이 가능한 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 엔벨로프(3)는 상기 플라스틱층(3a)이 상기 스테인리스 스틸층(3b)에 열융착되어 형성된 적어도 하나의 이음부(5)를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  10. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 가연성 코어 재료(2)를 포함하고, 상기 엔벨로프(3)는 상기 진공 단열 부재(1)가 DIN 4102-1에 따른 화재 등급 B2 또는 EN 13501-1에 따른 화재 등급 E의 최소 요건을 충족하도록 설계된 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 불연성 코어 재료(2)를 포함하고, 상기 엔벨로프(3)는 상기 진공 단열 부재(1)가 DIN 4102-1 또는 EN 13501-1에 따른 화재 등급 A2의 최소 요건을 충족하도록 설계된 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  12. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 재료(2)는 솔리드 코어 또는 분쇄 코어 또는 개방-기공 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
  13. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 재료는 유리 섬유(4) 또는 플라스틱 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열 부재(1).
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