WO2015002505A1 - 단열 시트, 하이브리드 단열 시트 및 단열 패널 - Google Patents

단열 시트, 하이브리드 단열 시트 및 단열 패널 Download PDF

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WO2015002505A1
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sheet
insulating sheet
hybrid
phase change
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황승재
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주식회사 아모그린텍
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    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/06—Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/065—Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2201/00—Insulation
    • F25D2201/10—Insulation with respect to heat

Definitions

  • the present invention relates to a heat insulating sheet, and more particularly, to a heat insulating sheet containing a heat-absorbing phase change material and a heat insulating sheet, a hybrid heat insulating sheet which can maximize the heat shielding efficiency by hybridizing a reinforcing sheet to the heat insulating sheet and It relates to an insulation panel.
  • Refrigerators consume high power consumption among home appliances, and reducing power consumption of the refrigerator is indispensable as a global warming measure.
  • the power consumption of the refrigerator is largely determined by the heat insulating performance of the heat insulating material related to the efficiency of the cooling compressor and the amount of heat leakage.
  • Insulation materials for energy saving of buildings are traditionally used as heat insulating materials such as mineral wool and polyurethane.
  • VIP Vauum Insulation Panel
  • aerogels have attracted attention
  • VIM Vauum Insulation Material
  • DIM Dynamic Insulation
  • VIP and aerogels which have very low thermal conductivity, can reduce energy consumption compared to conventional insulation materials, which can greatly increase the residential area.
  • aerogels can be made of translucent and transparent materials, which can be applied to buildings. Very large.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2011-77859 includes a core portion including a core material; And a vacuum insulator having an outer covering covering the core portion, wherein the core portion is formed in a reduced pressure state, wherein the outer insulating material includes at least one nonwoven fabric layer.
  • the core material of the vacuum insulator is glass fiber, polyurethane, polyester, polypropylene and polyethylene, but the pore size inside the glass fiber aggregate does not have a size suitable for trapping air, so the heat insulation effect is low. And, glass fiber has a complicated and difficult problem in the manufacturing process.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-15326 has been proposed as a core located inside the outer shell of the vacuum insulation material, wherein the cores of the vacuum insulation material are characterized in that the cores are bonded to each other by heat-sealing synthetic resin fibers, Since the fibers are heat-fused to each other by heating the ash fiber to a temperature of about the melting point, there is a limit to improve the thermal insulation efficiency because the synthetic resin fibers become inorganic pores with almost no pores.
  • the present inventors continue to research to improve the thermal insulation efficiency by deriving and inventing the structural features of the thermal insulation sheet that can maximize the thermal insulation efficiency, and at the same time save energy, eco-friendly, more economical, and available
  • the present invention has been completed.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, the object is to adopt a heat insulating sheet containing a phase change material that can absorb heat, heat insulating sheet, hybrid heat insulating sheet and heat insulating which can increase the heat insulating efficiency To provide a panel.
  • Another object of the present invention is to provide a heat insulating sheet, a hybrid heat insulating sheet and a heat insulating panel capable of maximizing heat blocking efficiency by hybridizing a reinforcing sheet such as a heat insulating member or a heat radiating member to an heat insulating sheet containing a phase change material.
  • Still another object of the present invention is to provide an insulation panel capable of improving insulation properties by applying a heat insulation sheet capable of performing heat shielding and heat absorption as a core.
  • the insulating sheet according to an embodiment of the present invention includes an outer skin portion having a hollow portion therein; And a phase change material (PCM) positioned in the hollow part and absorbing heat transferred from the outer skin.
  • PCM phase change material
  • the outer skin portion may be made of a heat insulating member for blocking heat transmitted from the outside or a heat radiating member for radiating heat by spreading (spreading) the transferred heat.
  • the hybrid insulating sheet is an insulating sheet including a shell having a hollow portion therein and a phase change material positioned in the hollow portion to absorb heat transferred from the shell; And at least one reinforcing sheet hybridized to one surface, both surfaces, and the entirety of the insulating sheet.
  • the hybrid heat insulating sheet of the present invention may further include an adhesive interposed between the heat insulating sheet and the reinforcing sheet.
  • the adhesive may be any of acrylic, epoxy, aramid, urethane, polyamide, polyethylene, EVA, polyester, and PVC.
  • One adhesive, hot melt web and hot melt powder having a plurality of pores formed by accumulation of heat-adhesive fibers may be one.
  • the adhesive may include a conductive filler for thermal diffusion having an aspect ratio of 1: 100 and a conductive filler for heat transfer in a spherical shape.
  • the reinforcing sheet may be a heat insulating member or a heat radiating member.
  • the heat insulating member is made of a polymer having a low thermal conductivity, and may be made of a porous nanofiber web having a fine pore structure by being integrated by nanofibers having a diameter less than 5 um.
  • the heat dissipation member may include a first heat dissipation layer having a first heat conductivity; And a second heat dissipation layer bonded to the first heat dissipation layer, the second heat dissipation layer having a second heat conductivity, wherein the first heat conductivity of the first heat dissipation layer is lower than the second heat conductivity of the second heat dissipation layer.
  • the heat dissipation layer may be coupled to the heat generating component in one of adhesion, contact, and proximity.
  • the heat insulating sheet may include a heat spreader for diffusing the transferred heat, a metal sheet fixed to the heat spreader, a structure including a phase change material positioned between the heat spreader and the metal sheet, or diffusing the transferred heat.
  • the insulation panel for achieving the object of the present invention the outer space provided with an outer material; And a hybrid heat insulating sheet disposed in the inner space of the outer shell material and supporting the outer shell material, wherein the hybrid heat insulating sheet includes a first insulating sheet including a phase change material absorbing heat and the first insulating sheet. And a second insulating sheet composed of a porous nanofiber web which is hybrid and is integrated by nanofibers and has a microporous structure.
  • the reinforcement sheet is hybridized to the insulating sheet containing the phase change material to block or dissipate heat primarily in the reinforcement sheet, and secondarily to absorb heat from the phase change material having a high heat capacity to block the heat.
  • a vacuum insulation panel (Vacuum Insulation Panel, VIP) having a core of a hybrid insulation sheet in which a reinforcement sheet is bonded to an insulation sheet or insulation sheet containing a phase change material.
  • the present invention it is possible to provide an ultra-thin thermal insulation sheet and a thermal insulation panel by applying a nanofiber web, it is possible to expand the internal space of the refrigerator and the building to have excellent thermal insulation properties.
  • the present invention by implementing a sheet or panel with excellent thermal insulation performance, it can be mounted on high-performance electronic products, and at the same time, the thickness of the thermal insulation sheet can be made thin, so that it can be applied to electronic products including ultra-thin and ultra-slim portable terminals. It can be effective.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a heat insulating sheet according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view for explaining a metal shell of the heat insulating sheet according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view for explaining a modification of the metal shell of the heat insulating sheet according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the hybrid insulating sheet according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a first modification of the hybrid insulating sheet according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a second modification of the hybrid insulating sheet according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a third modification of the hybrid insulating sheet according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views of a fourth modification of the hybrid insulating sheet according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view of a fifth modification of the hybrid insulating sheet according to the first embodiment of the present invention.
  • VIP vacuum insulation panel
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing a vacuum insulation panel according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an electrospinning value for forming a nanofiber web applied to a hybrid insulating sheet according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of an insulating sheet according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a conceptual cross-sectional view for explaining an insulating sheet according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a hybrid insulating sheet according to a second embodiment of the present invention.
  • 16 is a conceptual cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a hybrid insulating sheet according to a second embodiment of the present invention.
  • 17 is a cross-sectional view of a first modification of the hybrid insulating sheet according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a conceptual cross-sectional view for illustrating a method of manufacturing a second modification of the hybrid insulating sheet according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a sectional view of a second modification of the hybrid insulating sheet according to the second embodiment of the present invention.
  • 20 is a conceptual cross-sectional view for illustrating a method of manufacturing a second modification of the hybrid insulating sheet according to the second embodiment of the present invention.
  • VIP vacuum insulation panel
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of a hybrid insulating sheet according to a third embodiment of the present invention.
  • 23A to 23C are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a hybrid insulating sheet according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a conceptual cross-sectional view for explaining a hybrid insulating sheet according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 25A to 25D are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a hybrid insulating sheet according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 26 is a perspective view schematically illustrating a state in which a guide part is fixed to a heat spreader in a hybrid insulating sheet according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • 27A and 27B are conceptual cross-sectional views illustrating a laminated structure of a nanofiber web and a nonwoven fabric applied as a heat insulating part of a hybrid heat insulating sheet according to third and fourth embodiments of the present invention.
  • thermal insulation sheet and the thermal insulation panel of the present invention described below may be applied to refrigerators and buildings, but the present invention is not limited thereto and may be equally applied to thermal insulation materials used in other industrial fields.
  • the insulation sheet 100 applied to the first embodiment of the present invention includes a metal shell and a phase change material (PCM) 120.
  • PCM phase change material
  • the metal shell portion has a hollow portion therein, and the phase change material 120 is positioned in the hollow portion, so that the phase change material 120 absorbs heat transferred from the metal shell portion, so that the insulating sheet 100 has a heat insulating function. Perform. That is, the phase change material 120 absorbs heat while changing from a solid phase to a liquid phase by endothermic reaction when heat is transferred. The phase change material 120 is changed to a solid phase when the ambient temperature drops.
  • each of the upper metal sheet 111 and the lower metal sheet 112 may be provided with receiving grooves 111a and 112a for accommodating the phase change material 120, and the upper metal sheet 111 and the lower metal.
  • the edges of each of the sheets 112 are bonded.
  • the receiving groove 112a is formed only in the lower metal sheet 112, and after the phase change material 120 is filled in the receiving groove 112a, the upper metal sheet 111 is attached to the lower metal sheet 112. Bonding to implement a heat insulating sheet, it is possible to planarize the top and bottom surfaces of the heat insulating sheet.
  • the upper surface of the insulating sheet may have a convex surface according to the amount of the phase change material 120 to be filled in the receiving groove (112a).
  • the hybrid insulating sheet is defined as a heat insulating material that hybridizes at least one reinforcing sheet such as a nanofiber web to the heat insulating sheet of FIGS. It is disposed on the outer circumferential surface to trap the air to suppress the convection of air to provide a plurality of pores to insulate the heat can be primarily blocked. Therefore, the amount of heat transferred from the nanofiber web to the insulating sheet is reduced. When heat passing through the nanofiber web is transferred to the insulating sheet, this heat is secondarily absorbed in the phase change material of the insulating sheet. As a result, the heat insulating performance of the hybrid heat insulating sheet is improved by blocking heat in two stages.
  • hybridization means a bonding relationship of adhesion, adhesion, lamination, contact, fixing, and the like.
  • the reinforcing sheet may be a heat insulating member or a heat dissipating member, and the heat insulating sheet and the reinforcing sheet may be adhered with an adhesive interposed between the heat insulating sheet and the reinforcing sheet.
  • the adhesive may be any of acrylic, epoxy, aramid, urethane, polyamide, polyethylene, EVA, polyester, and PVC.
  • One adhesive, hot melt web and hot melt powder having a plurality of pores formed by accumulation of heat-adhesive fibers may be one.
  • the adhesive may include a conductive filler for thermal diffusion having an aspect ratio of 1: 100 and a conductive filler for heat transfer in a spherical shape.
  • the nanofiber web is arranged in a three-dimensional network structure in which the electrospun nanofibers are irregularly stacked.
  • the nanofibers form irregularly distributed micropores in the nanofiber web, and the micropore increases the heat shielding ability of the nanofiber web, thereby providing excellent thermal insulation performance.
  • Such a nanofiber web is made of a spinning solution by mixing a polymer material and a solvent having a low thermal conductivity and a solvent with a predetermined ratio to form a spinning solution, and electrospinning the spinning solution to form a nanofiber, and the nanofibers are accumulated It is formed in the form of a nanofiber web having pores.
  • the nanofibers have a diameter of, for example, 5 micrometers or less, preferably 1 micrometer or less, and the nanofiber web made of nanofibers traps air inside the micropores as it has a plurality of micropores, The convection of trapped and trapped air is suppressed and the heat transfer is excellent.
  • Fine pores formed in the nanofiber web is preferably set to several nm to 10um or less, preferably 5um or less, it can be implemented by adjusting the diameter of the nanofibers.
  • the radiation method applied to the present invention is a general electrospinning, air electrospinning (AES: Air-Electrospinning), electrospray (electrospray), electrobrown spinning, centrifugal electrospinning Flash-electrospinning can be used.
  • AES Air-Electrospinning
  • electrospray electrospray
  • electrobrown spinning electrobrown spinning
  • centrifugal electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning Flash-electrospinning can be used.
  • the obtained nanofiber web can be applied.
  • the polymer that can be used in the present invention is preferably dissolved in an organic solvent and capable of spinning and at the same time low in thermal conductivity, and more preferably in excellent heat resistance.
  • Polymers capable of spinning and low thermal conductivity are, for example, polyurethane (PU), polystyrene, polyvinylchloride, cellulose acetate, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polymethylmethacrylate. , Polyvinylacetate, polyvinyl alcohol, polyimide and the like.
  • the polymer having excellent heat resistance may be dissolved in an organic solvent for electrospinning and has a melting point of 180 ° C. or higher, for example, polyacrylonitrile (PAN), polyamide, polyimide, polyamideimide, poly ( Meta-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyetherketone, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and aromatic polyesters such as polytetrafluoroethylene, polydiphenoxyphosphazene, poly Polyphosphazenes such as ⁇ bis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene] ⁇ , polyurethane copolymers including polyurethanes and polyetherurethanes, cellulose acetates, cellulose acetate butyrates, cellulose acetate propionates Etc. can be used.
  • PAN polyacrylonitrile
  • polyamide polyimide
  • polyamideimide poly ( Meta-phenylene isophthalamide
  • the thermal conductivity of the polymer is preferably set to less than 0.1W / mK.
  • Polyurethane (PU) of the above polymer has a thermal conductivity of 0.016 to 0.040 W / mK
  • polystyrene and polyvinyl chloride are known to have a thermal conductivity of 0.033 to 0.040 W / mK
  • the nanofiber web obtained by spinning them also has a low thermal conductivity.
  • the thickness of the nanofiber web may be set to 5um to 50um, preferably 10um to 30um.
  • the nanofiber web may be manufactured to have various thicknesses by laminating them in multiple layers. That is, the heat insulation sheet of the nanofiber web applied to the present invention may have a high heat insulation performance while being manufactured in an ultra-thin film structure.
  • Solvents are dimethyl (dimethyl acetamide), DMF (N, N-dimethylformamide), NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO (dimethyl sulfoxide), THF (tetra-hydrofuran), DMAc (di-methylacetamide), EC ( At least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, DEC (diethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate), PC (propylene carbonate), water, acetic acid, and acetone Can be.
  • the thickness is determined by the amount of spinning solution. Therefore, there is an advantage that it is easy to make the thickness of the nanofiber web to the desired thickness.
  • the nanofibers are formed in the form of nanofiber webs accumulated by the spinning method, the nanofibers may be formed in a form having a plurality of pores without a separate process, and the pore size may be adjusted according to the spinning amount of the spinning solution. Therefore, it is possible to make a large number of pores fine and excellent heat shielding performance and thus can improve the thermal insulation performance.
  • the inorganic particles which are heat insulating fillers for blocking heat transfer may be contained in the spinning solution for forming the nanofiber web.
  • the nanofiber web of the nanofiber web may include inorganic particles.
  • the inorganic particles may be located inside the spun nanofibers or may be partially exposed to the nanofiber surface to block heat transfer.
  • the inorganic particles may improve the strength of the nanofiber web with a heat insulating filler.
  • the inorganic particles are SiO 2 , SiON, Si 3 N 4 , HfO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , MgO, Y 2 O 3 , BaTiO 3 , ZrSiO 4 , HfO
  • One or more particles selected from the group consisting of 2 or one or more particles selected from the group consisting of glass fibers, graphite, rock wool, clay are preferred, but are not necessarily limited to these, alone or two. More than one species may be mixed and included in the spinning solution.
  • a fumed silica may be included in the spinning solution for forming the nanofiber web.
  • the hybrid insulating sheet according to the first embodiment of the present invention has the structure of FIG. 4, in which the nanofiber web 150 is laminated on one surface of the metal container 110 of the heat insulating sheet, the metal container 110.
  • the hybrid insulating sheet may be implemented in the structure of FIG. 5 in which the nanofiber web 150 is stacked on both sides, and the structure of FIG. 6 in which the entire nanocircuit outer surface of the metal container 110 is wrapped.
  • the nanofiber web is achieved by laminating a first nanofiber web 153a, a heat insulating sheet 100 and a second nanofiber web 153b.
  • the first nanofiber web 153a and the second nanofiber web 153b may be interposed between the first nanofiber web 153a and the second nanofiber web 153b after the insulating sheet 100 is interposed therebetween.
  • the method of laminating may be applied.
  • the nanofiber web 150 used in the hybrid insulation sheet may be a plate-shaped folded structure, or may be a nanofiber web laminated structure laminated in multiple layers.
  • Nonwoven fabrics that can be used are commercially available two- or three-layered polyolefin-based porous membranes, such as PP / PE or PP / PE / PP membranes or single-layer PP or PE membranes, or PE as a core on the outer periphery of PP fibers. It is also possible to use a nonwoven fabric made of double coated PP / PE fibers coated with a polypropylene or a PET nonwoven fabric made of polyethylene terephthalate (PET) fibers.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the fourth modification of the hybrid insulation sheet according to the first embodiment of the present invention may be configured such that the nonwoven fabric 170 covers one surface of the metal container 110 of the insulation sheet ( 8A), the pair of nonwoven fabrics 171, 172 may be configured to cover both sides of the metal container 110 (FIG. 8B), and the nonwoven fabric 170 may be configured to cover the entire outer circumferential surface of the metal container 110. (FIG. 8C).
  • the fifth modification of the hybrid insulation sheet according to the first embodiment of the present invention is implemented as a structure in which a nonwoven fabric 170 is interposed between the nanofiber web 150 and the insulation sheet as shown in FIG.
  • the nonwoven fabric 170 and the nanofiber web 150 are sequentially stacked on the outer circumferential surface of the 110.
  • FIG. 10 is a conceptual cross-sectional view illustrating a vacuum insulation panel (VIP) according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing a vacuum insulation panel according to a first embodiment of the present invention. to be.
  • VIP vacuum insulation panel
  • the above-described heat insulating sheet of the first embodiment and the hybrid heat insulating sheets of the first to fifth embodiments may be embedded inside the vacuum heat insulating panel to exhibit heat insulating performance.
  • the vacuum insulation panel 300 has a gas barrier property and preferably has an outer shell material 310 and an outer shell material 310, which form a predetermined pressure-reducing space therein. It includes a hybrid heat insulating sheet 200 disposed inside to support the outer shell material (310).
  • the hybrid insulation sheet 200 applied as a core to the vacuum insulation panel 300 has a plurality of fine pores capable of trapping air by being provided with a porous nanofiber web, and the air trapped in the fine pores falls out by itself. Since it is difficult to exit, the outer shell material 310 exhibits excellent thermal insulation performance even when the inside of the outer shell material 310 is not a vacuum or reduced pressure space. Therefore, there are many advantages when applied as a building insulation.
  • the decompression space means a space where the pressure inside the pressure is reduced to be lower than the atmospheric pressure.
  • the interior of the envelope 310 when the interior of the envelope 310 is made of a vacuum or reduced pressure space, the interior of the envelope 310 or the hybrid insulation sheet 200 may be moisture or gas. It may be configured to include a getter material (not shown) for adsorbing and the like.
  • the getter material may include, for example, an absorbent and a gas absorbent in powder form, and may be made of PP or PE nonwoven fabric.
  • the getter material preferably includes at least one selected from the group consisting of silica gel, zeolite, activated carbon, zirconium, barium compound, lithium compound, magnesium compound, calcium compound and quicklime.
  • the type of getter material that can be used in the present invention is not particularly limited, and materials commonly used in the field of manufacturing vacuum insulators can be used.
  • the outer cover material 310 covers the hybrid insulating sheet 200, which is a core, and serves to maintain the inside of the core under a reduced pressure or a vacuum state.
  • the outer shell material 310 is formed in the form of an envelope in advance, and after the hybrid insulation sheet 200 is inserted, the sealing is performed by thermo-compressing the inlet portion in a vacuum atmosphere. Accordingly, the outer shell material 310 is used after sealing the outer portions of three sides of the upper outer shell material 310a and the lower outer shell material 320b having a quadrangular shape in the form of an envelope.
  • the kind of the outer cover material 310 that can be used in the present invention is not particularly limited, and a material commonly used in the field of manufacturing a vacuum insulator may be used.
  • the envelope 310 is preferably made of a metal material, and in particular, the envelope 310 may be manufactured in the form of an aluminum envelope.
  • the envelope material 310 used in the present invention may include, for example, a sealing layer surrounding the hybrid heat insulating sheet 200; A barrier layer surrounding the sealing layer; And a nonwoven fabric layer or a protective layer surrounding the barrier layer.
  • the sealing layer covers the hybrid insulation sheet 200 embedded as the sealing (compression) is made by a thermocompression bonding method, and adheres to the core to maintain the panel shape.
  • the material of the sealing layer that can be used in the present invention is not particularly limited and the film can be bonded by thermocompression bonding.
  • the thermocompression layer is a linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), ultra low density Polyolefin resins such as polyethylene (VLDPE) and high density polyethylene (HDPE), and thermocompression bonding such as polypropylene (PP), polyacrylonitrile film, polyethylene terephthalate film, or ethylene-vinyl alcohol copolymer film, in addition to the above resins Possible resins, or mixtures thereof.
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • VLDPE ultra low density Polyolefin resins
  • HDPE high density polyethylene
  • thermocompression bonding such as polypropylene (PP), polyacrylonitrile film, polyethylene terephthalate film, or ethylene-vinyl alcohol copolymer film, in addition to the above resins Possible resins, or mixtures thereof.
  • the barrier layer surrounds the sealing layer, maintains the degree of vacuum inside, and serves to block external gas and water vapor.
  • the material of the barrier layer is not particularly limited, and a laminated film (deposited film film) or the like on which metal is deposited on a metal foil or a resin film may be used.
  • a laminated film (deposited film film) or the like on which metal is deposited on a metal foil or a resin film may be used.
  • the metal aluminum, copper, stainless steel, or iron may be used, but is not limited thereto.
  • the deposited film may be formed by depositing a metal such as aluminum, stainless steel, cobalt or nickel, silica, alumina, or carbon by a deposition method or a sputtering method, and the resin film serving as a substrate.
  • a metal such as aluminum, stainless steel, cobalt or nickel, silica, alumina, or carbon
  • the resin film serving as a substrate.
  • the general resin film used in the art can be used.
  • the nonwoven layer surrounds the barrier layer and serves as a protective layer that primarily protects the vacuum insulation from external shock.
  • the nonwoven fabric layer can solve the problem that the thermal performance of the heat insulating material is lowered by the high thermal conductivity of the barrier layer.
  • the material of the nonwoven fabric layer may be PP, PTFE.
  • a protective layer consisting of one or two layers may be used to protect the barrier layer.
  • This protective layer may be made of one or more resins selected from the group consisting of polyamide, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, nylon, PET, K-PET and ethylene vinyl alcohol.
  • the insulation sheet is hybridized to produce a hybrid insulation sheet.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an electrospinning device for forming a nanofiber web applied to a hybrid insulating sheet according to a first embodiment of the present invention.
  • the electrospinning mixing is performed by incorporating a stirrer 2 using a mixing motor 2a using pneumatic pressure as a driving source to prevent phase separation until a polymer is mixed with a low thermal conductivity and a solvent to form spinning.
  • nanofibers 5 accumulate on a grounded collector 6 in the form of a conveyor which is discharged at a constant speed and moves at a constant speed to form a porous nanofiber web 7.
  • porous nanofibers are formed by an air electrospinning method in which the air 4a is sprayed for each spinning nozzle 4 using a multi-hole spinning pack.
  • the web 7 is produced.
  • the air when the electrospinning is carried out by air electrospinning, the air is sprayed from the outer circumference of the spinning nozzle to play a dominant role in collecting and integrating the air, which is composed of a polymer having high volatility, in the air.
  • This high nanofiber web can be produced, minimizing the radiation problems that can occur as the fibers fly around.
  • a mixed spinning solution by adding to a two-component solvent.
  • the obtained porous nanofiber web 7 is then calendered at a temperature below the melting point of the polymer in the calender device 9 to obtain a thin nanofiber web 10 used as a core material.
  • the porous nanofiber web 7 obtained as described above remains on the surface of the nanofiber web 7 while passing through a pre-air dry zone by the preheater 8. It is also possible to go through a calendaring process after adjusting the amount of solvent and water.
  • Pre-Air Dry Zone by Preheater (8) is applied to the web by using a fan of 20 ⁇ 40 °C air and the solvent remaining on the surface of the nanofiber web (7)
  • a fan of 20 ⁇ 40 °C air By controlling the amount of water to control the bulk of the nanofiber web 7 (bulky) to increase the strength of the membrane and at the same time it is possible to control the porosity (Porosity).
  • the porous nanofiber web 10 is a method of forming the porous nanofiber web 10 using the electrospinning device of FIG. 12. Prepare. In this case, in order to reinforce heat resistance, a predetermined amount of inorganic particles may be added to the spinning solution.
  • a predetermined amount of inorganic particles may be added to the spinning solution.
  • the nanofiber web is formed using a polymer material having low thermal conductivity and excellent heat resistance, for example, polyurethane (PU), it has both thermal insulation and heat resistance.
  • PU polyurethane
  • the spinning solution is directly spun onto the collector 6 using an electrospinning device or spun onto a porous base material 11 such as a nonwoven fabric to form a porous nanofiber web 10 or a porous nanofiber web 10 having a single layer structure. And a nanofiber web sheet having a multilayer structure composed of a porous substrate 11.
  • the obtained nanofiber web sheet is wide, it is cut into a desired width, and then it is folded into a plate shape several times or wound into a plate shape by a winding machine to have a desired thickness, or a plurality of core sheets are cut into a desired shape. It is then laminated in multiple layers. In addition, after laminating in multiple layers, it can be cut into a desired shape.
  • the nanofiber web when forming a nanofiber web, porous nanofibers by spinning a spinning solution on a transfer sheet made of one of a nonwoven fabric and a polyolefin-based film made of paper, a polymer material which is not dissolved by a solvent contained in a spinning solution.
  • the nanofiber web sheet After the web is formed, the nanofiber web sheet can be produced by laminating with the nonwoven fabric while separating the nanofiber web from the transfer sheet, and the obtained sheet can be laminated in multiple stages.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a heat insulating sheet according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a conceptual cross-sectional view for explaining a heat insulating sheet according to a second embodiment of the present invention.
  • the thermal insulation sheet 1100 according to the second embodiment of the present invention has a structure in which a phase change material 1120 is wrapped with nanofiber webs 1151 and 1152, and a nanofiber web 1151 is provided. 1115 performs the function of an outer skin containing the phase change material 1120.
  • the nanofiber webs 1151 and 1152 are disposed on the outer surface of the heat insulating sheet 1100 and the phase change material 1120 is disposed as the core inside the heat insulating sheet 1100.
  • the heat transferred to the heat insulating sheet 1100 according to the second embodiment of the present invention is first contacted and transferred to the nanofiber webs 1151 and 1152, and a plurality of micropores of the nanofiber webs 1151 and 1152 are provided. It blocks heat in the nanofibers.
  • the amount of heat transferred to the nanofiber webs 1151 and 1152 is reduced by the amount of heat blocked in the nanofiber webs 1151 and 1152 to be transferred to the phase change material 1120, and the phase change material 1120 absorbs heat,
  • the thermal insulation efficiency of the thermal insulation sheet 1100 according to the second embodiment of the present invention can be substantially increased.
  • the phase change material 1120 is disposed on the second nanofiber web 1152, the first nanofiber web
  • the first and second nanofiber webs of the outer skin by a simple manufacturing method by wrapping the phase change material 1120 with 1151 to fix the first nanofiber web 1151 to the second nanofiber web 1152.
  • a structure in which the phase change material 1120 is embedded as a core may be implemented in the internal parts 1151 and 1152.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a hybrid heat insulating sheet according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is a conceptual cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a hybrid heat insulating sheet according to a second embodiment of the present invention.
  • the hybrid insulation sheet according to the second embodiment of the present invention includes a support 1170 on an insulation sheet having a structure in which a phase change material 1120 is wrapped with nanofiber webs 1151 and 1152. It can be composited and implemented as a hybrid insulating sheet.
  • the second nanofiber web 1152 may be formed by spinning the nanofibers on the support 1170.
  • the phase change material 1120 is placed on the second nanofiber web 1152, and the first nano The fibrous web 1151 is secured to the second nanofiber web 1152 such that the phase change material 1120 is interposed between the first and second nanofiber webs 1151 and 1152.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of a first modification of the hybrid insulation sheet according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 18 illustrates a method of manufacturing a second modification of the hybrid insulation sheet according to the second embodiment of the present invention.
  • Conceptual cross section for illustration.
  • the first modification of the hybrid insulating sheet according to the second embodiment of the present invention is the first support 1171 and the second nanofiber web in which the first nanofiber web 1151 is composited.
  • the first and second nanofiber webs may be laminated to secure the 1115 and 1152 to be fixed.
  • the first and second nanofiber webs 1151 and 1152 may be formed by directly spinning the nanofibers on the first and second supports 1171 and 1172, respectively.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of a second modification of the hybrid heat insulating sheet according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 20 illustrates a method of manufacturing a second modification of the hybrid heat insulating sheet according to the second embodiment of the present invention. It is a conceptual profile for.
  • the second modification of the hybrid insulating sheet according to the second embodiment of the present invention composites the first and third nanofiber webs 1151 and 1153 on both surfaces of the first support 1171.
  • a phase change material 1120 is formed between the first and second nanofiber webs 1151 and 1152. It can be realized by positioning and laminating the first and second supports (1171, 1172).
  • Such a hybrid insulating sheet is a laminated structure of nanofiber web / support / nanofiber web / phase change material / nanofiber web / support / nanofiber web, can not only increase the strength, but also nanofiber web of a two-layer structure By blocking the heat in the, it is possible to further reduce the amount of heat transferred to the phase change material, it is possible to improve the thermal insulation performance.
  • the nanofiber web used in the above-mentioned hybrid heat insulating sheet may be a plate-shaped folded structure, or may be a nanofiber web laminated structure laminated in multiple layers.
  • FIG. 21 is a conceptual cross-sectional view illustrating a vacuum insulation panel (VIP) according to a second embodiment of the present invention.
  • VIP vacuum insulation panel
  • the hybrid insulation sheet of the above-described second embodiment may be embedded inside the insulation panel to exhibit insulation performance.
  • the vacuum insulation panel 1300 has a gas barrier property and preferably has an outer shell material 1310 and an outer shell material 1310 forming a predetermined pressure-reducing space therein. It includes a hybrid heat insulating sheet 1100 disposed inside to support the outer shell material 1310.
  • the hybrid insulation sheet 1100 applied as a core to the vacuum insulation panel 1300 includes a porous nanofiber web
  • the hybrid insulation sheet 1100 includes a plurality of micropores capable of trapping air, so that the air trapped in the micropores Since it is difficult to escape, the outer shell material 310 exhibits excellent thermal insulation performance even when the inside of the outer shell material 310 is not a vacuum or a reduced pressure space. Therefore, there are many advantages when applied as a building insulation.
  • the decompression space means a space where the pressure inside the pressure is reduced to be lower than the atmospheric pressure.
  • the shell 1310 or the hybrid insulation sheet 1100 may contain moisture or gas. It may be configured to include a getter material (not shown) for adsorbing and the like.
  • the getter material may include, for example, an absorbent and a gas absorbent in powder form, and may be made of PP or PE nonwoven fabric.
  • the getter material preferably includes at least one selected from the group consisting of silica gel, zeolite, activated carbon, zirconium, barium compound, lithium compound, magnesium compound, calcium compound and quicklime.
  • the type of getter material that can be used in the present invention is not particularly limited, and materials commonly used in the field of manufacturing vacuum insulators can be used.
  • the outer cover material 1310 covers the hybrid insulating sheet 1100, which is a core, and serves to maintain the inside thereof under reduced pressure or vacuum.
  • the envelope 1310 is formed in advance in an envelope form, and after the hybrid insulating sheet 1100 is inserted, the sealing is performed by thermocompressing the inlet portion in a vacuum atmosphere. Accordingly, the outer shell material 1310 is first used to seal the outer portion of the three sides of the upper outer shell material 1310a and the lower outer shell material 1320b of a quadrangular shape to be manufactured in the form of an envelope.
  • the kind of outer cover material that can be used in the present invention is not particularly limited, and materials commonly used in the field of manufacturing vacuum insulation materials can be used.
  • the outer cover material 1310 used in the present invention may include, for example, a sealing layer surrounding the hybrid heat insulating sheet 1100; A barrier layer surrounding the sealing layer; And a nonwoven fabric layer or a protective layer surrounding the barrier layer.
  • the sealing layer covers the hybrid insulating sheet 1100 embedded as the sealing (compression) is made by a thermocompression bonding method, and is closely adhered to the core to maintain the panel shape.
  • the material of the sealing layer that can be used in the present invention is not particularly limited and the film can be bonded by thermocompression bonding.
  • the thermocompression layer is a linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), ultra low density Polyolefin resins such as polyethylene (VLDPE) and high density polyethylene (HDPE), and thermocompression bonding such as polypropylene (PP), polyacrylonitrile film, polyethylene terephthalate film, or ethylene-vinyl alcohol copolymer film, in addition to the above resins Possible resins, or mixtures thereof.
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • VLDPE ultra low density Polyolefin resins
  • HDPE high density polyethylene
  • thermocompression bonding such as polypropylene (PP), polyacrylonitrile film, polyethylene terephthalate film, or ethylene-vinyl alcohol copolymer film, in addition to the above resins Possible resins, or mixtures thereof.
  • the barrier layer surrounds the sealing layer, maintains the degree of vacuum inside, and serves to block external gas and water vapor.
  • the material of the barrier layer is not particularly limited, and a laminated film (deposited film film) or the like on which metal is deposited on a metal foil or a resin film may be used.
  • a laminated film (deposited film film) or the like on which metal is deposited on a metal foil or a resin film may be used.
  • the metal aluminum, copper, stainless steel, or iron may be used, but is not limited thereto.
  • the deposited film may be formed by depositing a metal such as aluminum, stainless steel, cobalt or nickel, silica, alumina, or carbon by a deposition method or a sputtering method, and the resin film serving as a substrate.
  • a metal such as aluminum, stainless steel, cobalt or nickel, silica, alumina, or carbon
  • the resin film serving as a substrate.
  • the general resin film used in the art can be used.
  • the nonwoven layer surrounds the barrier layer and serves as a protective layer that primarily protects the vacuum insulation from external shock.
  • the nonwoven fabric layer can solve the problem that the thermal performance of the heat insulating material is lowered by the high thermal conductivity of the barrier layer.
  • the material of the nonwoven fabric layer may be PP, PTFE.
  • a protective layer consisting of one or two layers may be used to protect the barrier layer.
  • This protective layer may be made of one or more resins selected from the group consisting of polyamide, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, nylon, PET, K-PET and ethylene vinyl alcohol.
  • FIGS. 23A to 23C are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a hybrid insulation sheet according to a third embodiment of the present invention. .
  • a hybrid heat insulating sheet includes a heat spreader 2110 for diffusing the transferred heat; A phase change material 2120 absorbing saturated heat in the heat spreader 2110; A cover part 2130 surrounding the phase change material 2120 and fixed to the heat spreader 2110; And a heat insulating part 2140 that blocks and insulates heat conducted from the cover part 2130.
  • the heat when heat is conducted from the heat generating part to the heat spreader 2110, the heat is diffused in the heat spreader 2110, and the heat saturated in the heat spreader 2110 is formed. Delivered to the change material 2120.
  • the heat transferred to the phase change material 2120 is absorbed by the phase change material 2120, and when the absorption function of the phase change material 2120 is filled, is conducted to the cover part 2130 and transferred to the cover part 2130. Heat is diffused and transferred to the heat insulating part 2140, and the heat insulating part 2140 blocks the conducted heat.
  • the hybrid insulating sheet according to the third exemplary embodiment of the present invention diffuses heat conducted in the heat spreader 2110, heat absorbs heat in the phase change material 2120, and diffuses heat in the cover 2130. By blocking the heat conducted from the heat insulator 2140, it is possible to maximize the heat insulation efficiency.
  • a method of manufacturing a hybrid insulating sheet according to a third exemplary embodiment of the present invention may first prepare a heat spreader 2110 for diffusing transferred heat and then placing an image on the heat spreader 2110.
  • the change material 2120 is stacked (FIG. 23A).
  • the phase change material 2120 is wrapped, the cover part 2130 is fixed to the heat spreader 2110 (FIG. 23B), and the heat insulating part 2140 is stacked on the cover part 2130 (FIG. 23c).
  • an adhesive when fixing the cover portion 2130 to the heat spreader 2110, an adhesive may be used, and other fixing means may be applied without being limited thereto.
  • a phase change material 2120 is positioned at the center of the heat spreader 2110, and a cover part 2130 is fixed to an edge of the heat spreader 2110, between the cover part 2130 and the heat spreader 2110. Phase change material 2120 is embedded.
  • the cover part 2130 prevents the phase change material 2120 phase-changed into liquid by the heat transferred from the heat spreader 2110 to leak into or out of the micropores of the heat insulating part 2140, thereby preventing the phase change material 2120 from being leaked. ) Is constrained between the cover portion 2130 and the heat spreader 2110.
  • a phase change material 2120 is interposed between the cover 130 and the heat spreader 2110, and the cover 2130 is disposed on the heat spreader 2110. Since it is fixed, it is possible to prevent the phase change material 2120 from leaking to the outside or penetrating into the fine pores of the heat insulating part 2140 due to the endothermic reaction by the transferred heat.
  • FIG. 24 is a conceptual cross-sectional view for describing a hybrid insulation sheet according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIGS. 25A to 25D are schematic views for explaining a method of manufacturing a hybrid insulation sheet according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 26 is a perspective view schematically illustrating a state in which a guide part is fixed to a heat spreader in a hybrid insulating sheet according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • a hybrid insulating sheet includes a heat spreader 2110 for diffusing transferred heat; A guide part 2150 fixed to the heat spreader 2110 and having at least one through hole 2151 formed therein; A phase change material 2120 filled in the through hole 2151 of the guide part 2150 and absorbing heat diffused from the heat spreader 2110; A cover part 2130 surrounding the phase change material 2120 and fixed to the guide part 2150; And a heat insulating part 2140 that blocks and insulates heat conducted from the cover part 2130.
  • the hybrid insulating sheet according to the fourth exemplary embodiment of the present invention fills the phase change material 2120 in the through hole 2151 of the guide part 2150 fixed to the heat spreader 2110 and the phase change material 2120.
  • the cover portion 2130 surrounding the (2) to the guide portion 2150 By fixing the cover portion 2130 surrounding the (2) to the guide portion 2150, when the phase change material 2120 is phase-changed into a liquid by the transferred heat, it is prevented from leaking to the outside, the heat insulating portion (2140) It can be prevented from penetrating into the fine pores.
  • the heat transferred to the hybrid insulating sheet according to the fourth exemplary embodiment of the present invention is diffused in the heat spreader 2110, absorbed in the phase change material 2120, diffused in the cover part 2130, and the heat insulating part ( By providing a structure to insulate the heat in 2140, there is an advantage to improve the heat insulating performance.
  • the guide part 2150 may use the same material as the heat spreader 2110, and may apply a metal material different from that of the heat spreader 2110.
  • the guide portion 2150 is most preferably made of the same material as the heat spreader 2110. That is, the guide part 2150 and the heat spreader 2110 should have the same thermal expansion coefficient, so that the interface between the guide part 2150 and the heat spreader 2110 can be prevented from peeling off by heat transferred to the heat spreader 2110. have.
  • the guide portion 2150 is fixed to the heat spreader 2110, the through hole (2151) of the guide portion 2150 is made of a groove-like shape, the guide portion 2150 The phase change material 2120 is filled in the grooves formed by the through hole 2151 and the heat spreader 2110.
  • a method of manufacturing a hybrid insulating sheet according to a fourth embodiment of the present invention includes a guide part having at least one through hole 2151 formed in a heat spreader 2110 for diffusing transferred heat.
  • 2150 is fixed (FIG. 25A), and the phase change material 2120 is filled in the through hole 2151 of the guide portion 2150 (FIG. 25B). Thereafter, the phase change material 2120 is wrapped, and the cover part 2130 is fixed to the guide part 2150 (FIG. 25C), and then the heat insulating part 2140 is stacked on the cover part 2130 (FIG. 25D).
  • the hybrid insulation sheet according to the third and fourth embodiments of the present invention basically includes a heat spreader 2110, a phase change material 2120, a cover portion 2130, and an insulation portion 2140. .
  • the heat spreader 2110 diffuses heat transferred from the outside. That is, the heat spreader 2110 prevents the heat generated from the heat generating parts from concentrating in one place and performs a function of diffusing heat.
  • the heat spreader 2110 has a high thermal conductivity and it is preferable to use an inexpensive copper material or an aluminum material, and to perform nickel plating on the heat spreader 2110 of copper material to solve the oxidation and corrosion problem. Can be.
  • the thickness of the heat spreader 2110 is preferably 10 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the phase change material 2120 delays the conduction of heat diffused in the heat spreader 2110 to the heat insulation 2140.
  • the phase change material 2120 absorbs the heat transferred to retard thermal conduction. That is, the phase change material absorbs heat while changing from solid state to liquid phase by endothermic reaction when heat is transferred. And the phase change material changes to solid phase when the ambient temperature drops.
  • phase change material 2120 An example of the manufacturing method of the phase change material 2120 will be described.
  • the phase change material is powdered, and then mixed with a powder, a binder, and a solvent of the phase change material to prepare a slurry in which the phase change material is dispersed.
  • the slurry is filmed to prepare a film in which the powder of the phase change material is diffused, and applied to the phase change material 2120.
  • phase change material 2120 is to place a heat spreader 2110 on a hot plate, apply a powder of phase change material on the heat spreader 2110, and then apply the temperature of the hot plate. After the powder of the phase change material is made liquid at (eg, approximately 65 ° C.), and the heat spreader 2110 is removed from the hot plate, the phase change material is in the form of a film.
  • the thickness of the phase change material 2120 is preferably 10 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the cover part 2130 may be applied to a metal thin plate, such as an aluminum thin plate, to diffuse heat conducted from the phase change material 2120.
  • the thermal insulation unit 2140 blocks heat conducted from the phase change material 2120.
  • the heat insulating part 2140 is preferably integrated by nanofibers and applied to the nanofiber web having a microporous structure.
  • the thickness of the heat insulation part 2140 is 5 micrometers-30 micrometers.
  • the hybrid insulation sheet according to the first and second embodiments of the present invention can sequentially perform heat diffusion, heat absorption, heat diffusion, and heat insulation, and thus can be applied to a high-performance portable terminal because of excellent heat insulation performance.
  • the thickness can be made thinner, so there is an advantage that can be adopted in ultra-thin and ultra-slim portable terminal.
  • the nanofiber web is arranged in a three-dimensional network structure in which the electrospun nanofibers are irregularly stacked.
  • the nanofibers form irregularly distributed micropores in the nanofiber web, and the micropores trap the air to inhibit the convection of air and insulate it. It becomes larger and has excellent insulation performance.
  • the hybrid insulation sheet according to the first and second embodiments of the present invention is attached to the heat generating component, the structure (heat spreader) to diffuse the heat generated from the heat generating component, the structure to absorb the diffused heat to delay time (Phase change material), a structure (cover part) for re-diffusion of time-delayed heat and a structure for blocking heat (insulation part) are laminated to maximize heat insulation efficiency.
  • phase change material 2120 When heat transferred from the hot spot of the heat spreader 2110 is filled and saturated in the heat spreader 2110, it is transferred to the phase change material 2120. Here, even though heat is not filled in the heat spreader 2110, heat is transferred to the phase change material 2120 that is close to the hot spot 2111.
  • the phase change material 2120 delays the time when the transferred heat is absorbed by the phase change material 2120 and transferred to the cover part 2130. That is, heat transferred to the phase change material 2120 is absorbed in the phase change material. In this case, the phase change material continuously absorbs heat for a predetermined time until it is completely changed from the solid phase to the liquid phase, thereby delaying the time transferred from the phase change material 2120 to the cover part 2130.
  • the heat is transferred to the heat insulation portion 2140, and the heat transferred to the heat insulation portion 2140 is blocked, that is, the heat insulation portion 140 made of the nanofiber web is fine. Blocks the heat transferred from the heat insulator 2140 to the pores.
  • the hybrid insulation sheet according to the third and fourth embodiments of the present invention diffuses heat transferred from the heat generating component in the heat spreader 2110 and absorbs heat from the phase change material 2120 to delay time.
  • the cover unit 2130 is transferred to the cover unit 2130, and the cover unit 2130 diffuses heat, transfers the heat transfer unit to the heat insulation unit 2140, and blocks the heat from the heat insulation unit 2140.
  • the hybrid insulating sheets according to the third and fourth exemplary embodiments of the present invention have a temperature higher than that of the heat conducted from the heat spreader 2110 to the phase change material 2120 so that the phase change material 2120 can effectively exhibit the latent heat function. It is desirable to implement a phase change material which is phase changed at a low temperature of 2 ° C-5 ° C.
  • 27A and 27B are conceptual cross-sectional views illustrating a laminated structure of a nanofiber web and a nonwoven fabric applied as a heat insulating part of a hybrid heat insulating sheet according to third and fourth embodiments of the present invention.
  • the heat insulation part 2140 of the hybrid insulation sheet according to the third and fourth embodiments of the present invention may have a laminated structure (FIG. 27A) of the nanofiber web 2141 and the nonwoven fabric 2142.
  • the present invention may be applied to a laminated structure (FIG. 27B) of the nanofiber web 2141 / nonwoven fabric 2142 / nanofiber web 2143.
  • the thickness t1 of the nanofiber web 2 141 is preferably thinner than the thickness t2 of the nonwoven fabric 142.
  • the nonwoven fabric 2142 when the heat insulating part 2140 is applied in a laminated structure of the nanofiber web 2141 and the nonwoven fabric 2142, the nonwoven fabric 2142 is cheaper than the nanofiber web 2141 and has a high strength. It is possible to reduce the manufacturing cost of the hybrid insulation sheet and at the same time improve the strength. In addition, since the nonwoven fabric 2142 also has a plurality of pores, the nonwoven fabric 2142 serves to insulate the heat by providing a function of blocking heat.
  • the nanofiber web 2141 and the nonwoven fabric 2142 may be fused by thermal compression, the melting point of the nanofiber web 2141 is designed to be lower than the melting point of the nonwoven fabric 2142, by the heat applied during thermal compression It is desirable for the nanofiber web 2141 to melt and fuse to the nonwoven fabric 2142.
  • the nonwoven fabric 2142 is a polyester series having a melting point higher than 155 ° C, The nonwoven fabric 2142 made of one of a nylon series and a cellulose series is applied.
  • the area of the nanofiber web 2141 in contact with the nonwoven fabric 2142 is melted and fused with the nonwoven fabric 2142.
  • the pore size of the nonwoven fabric 2142 is much larger than the pore size of the nanoweb, part of the molten nanofiber web 2141 penetrates into the pores of the nonwoven fabric 2142. That is, based on the interface between the nonwoven fabric 2142 and the nanofiber web 2141 before thermal compression, the nanofiber web 2141 melted in the direction of the nanofiber web 2141 and the nonwoven fabric 2142 at the interface after thermal compression. ) Is diffused and distributed.
  • the nanofiber web 2141 is melted in the pores of the nonwoven fabric 2142, and the nanoparticles permeated into the pores of the nonwoven fabric 2142.
  • the fiber web 2141 may lock to improve adhesion between the nanofiber web 2141 and the nonwoven fabric 2142.
  • a polymer material in which PVdF and PAN are mixed at 5: 5 may be used as the polymer material forming the nanoweb.
  • the electrospun nanofibers are formed in a structure having a core made of PAN, and a cover portion made of PVdF surrounding the core outer circumferential surface, and the nanofibers of this structure are stacked to form a nanofiber web 2141.
  • the PVdF of the cover melts and soaks into the nonwoven fabric 2142 to be fused.
  • the present invention adopts a heat insulating sheet containing a phase change material capable of absorbing heat, thereby providing a heat insulating sheet capable of increasing heat insulating efficiency.

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  • Thermal Insulation (AREA)

Abstract

본 발명은 단열 시트, 하이브리드 단열 시트 및 단열 패널에 관한 것으로, 단열 시트는 내부에 중공부를 갖는 외피부; 및 상기 중공부에 위치되어 상기 외부피에서 전달되는 열을 흡수하는 상변화 물질(Phase Change Material, PCM);을 포함한다.

Description

단열 시트, 하이브리드 단열 시트 및 단열 패널
본 발명은 단열 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열 흡수하는 상변화 물질이 포함된 단열 시트 및 이 단열 시트에 보강 시트를 하이브리드하여 열 차단 효율을 극대화시킬 수 있는 단열 시트, 하이브리드 단열 시트 및 단열 패널에 관한 것이다.
최근, 에너지 효율적 친환경 산업이 대두되어 전세계적으로 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결하기 위한 각종 연구가 진행되고 있다.
특히, 지구 온난화에 대한 관점에서 냉장고의 소비 전력량을 줄일 수 있고, 건축물의 에너지를 절감하기 위하여 단열재에 대한 기술 개발이 다양하게 시도되고 있는 중이다.
냉장고는 가전제품 중에서 높은 소비 전력량을 소비하는 제품으로, 냉장고의 소비 전력량 절감은 지구 온난화 대책으로서 필요 불가결한 상황에 있다. 냉장고의 소비 전력은 냉각용 압축기의 효율과 열누설량에 관계되는 단열재의 단열 성능에 의해 대부분 결정된다.
그리고, 건축물의 에너지 절감을 위한 단열재는 전통적으로 미네랄울, 폴리우레탄 등의 단열재가 사용되었고, 최근에는 VIP (Vacuum Insulation Panel), 에어로젤이 주목받고 있으며, VIM (Vacuum Insulation Material), DIM (Dynamic Insulation Material) 등이 미래기술로 연구되고 있다.
매우 낮은 열전도율을 지닌 VIP 및 에어로젤은 기존 단열재에 비해 에너지 소모를 줄일 수 있으므로 주거면적을 크게 확대할 수 있는 장점이 있으며, 특히 에어로젤은 반투명 및 투명재질로 만들 수 있어 건물에 응용될 수 있는 가능성이 매우 크다.
한국 공개특허공보 제10-2011-77859호에는 심재를 포함하는 코어부; 및 상기 코어부를 피복하고 있는 외피재를 가지고, 상기 코어부가 감압상태로 형성된 진공 단열재에 있어서, 상기 외피재가 하나 이상의 부직포층을 포함하는 진공 단열재가 제안되어 있다. 이 경우, 상기 진공 단열재의 심재는 유리 섬유, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 사용하고 있으나, 유리 섬유 집합체 내부의 기공 사이즈는 공기를 트랩핑하는 데 적합한 크기를 갖지 못하여 단열 효과가 낮으며, 유리 섬유는 제조공정이 복잡하고 어려운 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제10-2011-15326호에는 진공단열재의 외피 내부에 위치하는 코어로서, 상기 코어는 합성수지재 섬유를 열융착하여 서로 접합시킨 것을 특징으로 하는 진공단열재의 코어가 제안되어 있으나, 합성수지재 섬유를 융점 정도의 온도로 가열하여 섬유들이 서로 열융착되어 있어, 합성수지재 섬유에는 거의 기공이 없는 무기공 상태가 되어 단열 효율을 향상시키는데는 한계가 있다.
그러므로, 본 발명자들은 단열 효율을 향상시키기 위한 연구를 지속적으로 진행하여 단열 효율을 극대화시킬 수 있는 단열 시트의 구조적인 특징을 도출하여 발명함으로써, 에너지 절감과 동시에 친환경적이고, 보다 경제적이고, 활용 가능하고 경쟁력있는 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 열을 흡수할 수 있는 상변화 물질이 내장된 단열 시트를 채택하여, 단열 효율을 증가시킬 수 있는 단열 시트, 하이브리드 단열 시트 및 단열 패널을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상변화 물질이 포함된 단열 시트에 단열 부재 또는 방열부재와 같은 보강 시트를 하이브리드하여 열 차단 효율을 극대화시킬 수 있는 단열 시트, 하이브리드 단열 시트 및 단열 패널을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 열 차단 및 열 흡수를 수행할 수 있는 단열 시트를 코어로 적용하여 단열 특성을 개선시킬 수 있는 단열 패널을 제공하는 데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 단열 시트는 내부에 중공부를 갖는 외피부; 및 상기 중공부에 위치되어 상기 외부피에서 전달되는 열을 흡수하는 상변화 물질(Phase Change Material, PCM);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 외피부는 외부에서 전달된 열을 차단하는 단열부재 또는 전달된 열을 확산(Spreading)시켜 방열하는 방열부재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 하이브리드 단열 시트는 내부에 중공부를 갖는 외피부 및 상기 중공부에 위치되어 상기 외부피에서 전달되는 열을 흡수하는 상변화 물질을 포함하는 단열 시트; 및 상기 단열 시트의 일면, 양면 및 전체에 하이브리드되어 있는 적어도 하나의 보강 시트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 단열 시트는 상기 단열 시트와 상기 보강 시트 사이에 개재되어 접착된 접착제를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 접착제는 아크릴계, 에폭시계, 아라미드(aramid)계, 우레탄(urethane)계, 폴리아미드(polyamide)계, 폴리에틸렌(polyethylen)계, E.V.A계, 폴리에스테르(polyester)계, 및 P.V.C계 중 어느 하나의 접착제, 열접착이 가능한 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 갖는 핫 멜트 웹 및 핫 멜트 파우더 중 하나일 수 있다.
그리고, 상기 접착제는 종횡비 1:100의 열확산용 전도성 필러 및 구 형상의 열전달용 전도성 필러를 포함할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 단열 시트에서 상기 보강시트는 단열 부재 또는 방열부재일 수 있다.
이때, 상기 단열 부재는 열전도율이 낮은 폴리머로 이루어지고, 방사되는 직경 5um 미만의 나노 섬유에 의해 집적되어 미세 기공 구조를 갖는 다공성 나노 섬유 웹으로 이루어질 수 있다.
또, 상기 방열부재는 제1열전도율을 갖는 제1방열층; 및 상기 제1방열층에 접합되며, 제2열전도율을 갖는 제2방열층;을 포함하고, 상기 제1방열층의 제1열전도율은 상기 제2방열층의 제2열전도율보다 낮으며, 상기 제1방열층은 상기 발열 부품에 부착, 접촉 및 근접 중 하나의 상태로 결합되어 있을 수 있다.
그리고, 상기 단열시트는 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더, 상기 히트스프레더에 고정된 금속 박판, 상기 히트스프레더 및 상기 금속 박판 사이에 위치된 상변화 물질을 포함하는 구조, 또는 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더, 상기 히트스프레더에 고정되고 적어도 하나의 관통홀이 형성된 가이드부, 상기 가이드부의 관통홀에 충진된 상변화 물질, 및 상기 상변화 물질을 감싸며 상기 가이드부에 고정된 금속 박판을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 단열 패널은, 내부 공간이 구비된 외피재; 및 상기 외피재 내부 공간에 배치되어 상기 외피재를 지지하는 하이브리드 단열 시트를 포함하며, 상기 하이브리드 단열 시트는, 열을 흡수하는 상변화 물질을 포함하는 제1단열 시트와, 상기 제1단열 시트에 하이브리드되어 있고 나노 섬유에 의해 집적되어 미세 기공 구조를 갖는 다공성 나노 섬유 웹으로 이루어진 제2단열 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 전달되는 열을 흡수할 수 있는 상변화 물질이 내장된 단열 시트를 구현하여 단열 효율을 증가시킬 수 있는 잇점이 있다.
본 발명에서는 상변화 물질이 포함된 단열 시트에 보강 시트를 하이브리드하여 보강 시트에서 1차적으로 열을 차단 또는 방열하고, 2차적으로 열용량(Heat Capacity)가 높은 상변화 물질에서 열을 흡수하여 열 차단 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 상변화 물질이 포함된 단열 시트 또는 단열 시트에 보강 시트를 결합된 하이브리드 단열 시트를 코어로 하는 진공 단열 패널(Vacuum Insulation Panel, VIP)로 단열 특성을 극대화시킬 수 있다.
본 발명에서는 나노 섬유 웹을 적용하여 초박막 단열 시트 및 단열 패널을 제공할 수 있어, 단열특성이 우수하여 냉장고 및 건축물의 내부 공간을 확장시킬 수 있다.
본 발명에서는 단열 성능이 우수한 시트 또는 패널을 구현하여, 고성능의 전자 제품에 장착할 수 있고, 이와 동시에, 단열 시트의 두께를 얇게 할 수 있어 초박형 및 초슬림화된 휴대용 단말기를 포함한 전자 제품에도 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 단열 시트의 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 단열 시트의 금속 외피부를 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 단열 시트의 금속 외피부의 변형례를 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 단면도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제1변형례의 단면도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례의 단면도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제3변형례의 단면도,
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제4변형례의 단면도,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제5변형례의 단면도,
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 단열 패널(Vacuum Insulation Panel, VIP)를 도시한 개념적인 단면도,
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 단열 패널의 제조 방법의 흐름도,
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트에 적용된 나노 섬유 웹을 형성하는 전기방사장치를 나타내는 개략 단면도,
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트의 단면도,
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트를 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 단면도,
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제1변형례의 단면도,
도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례의 단면도,
도 20은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 단열 패널(Vacuum Insulation Panel, VIP)를 도시한 개념적인 단면도,
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 개략적인 단면도,
도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도,
도 24는 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트를 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 25a 내지 도 25d는 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도,
도 26은 본 발명의 제4실시예의 하이브리드 단열 시트에서 가이드부가 히트스프레더에 고정된 상태를 개략적으로 도시한 사시도,
도 27a 및 도 27b는 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 단열부로 적용되는 나노 섬유 웹과 부직포의 적층 구조를 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
후술하는 본 발명의 단열 시트 및 단열 패널은 냉장고 및 건축물에 적용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 다른 산업 분야에 사용되는 단열재에도 이와 동일하게 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 적용된 단열 시트(100)는 금속 외피부와 상변화 물질(PCM, Phase Change Material)(120)을 포함한다.
금속 외피부는 내부에 중공부를 갖고, 그 중공부에 상변화 물질(120)이 위치되어 금속 외피부에서 전달되는 열을 상변화 물질(120)이 흡수함으로써, 단열 시트(100)는 단열 기능을 수행한다. 즉, 상변화 물질(120)은 열이 전달되면 흡열반응하여 고상에서 액상으로 변화되면서 열을 흡수한다. 그리고 상변화 물질(120)은 주변 온도가 떨어지면 다시 고상으로 변화된다.
금속 외피부로 도 1과 같이 내부가 비어 있는 공간이 있는 금속 용기(110)를 적용하여, 금속 용기(110)의 내부 공간에 상변화 물질(120)을 충진하여 단열 시트를 만들수 있고, 또는 도 2에 도시된 상부 금속 시트(111)와 하부 금속 시트(112)가 본딩되어 만들어지는 공간에 상변화 물질(120)을 위치시켜 단열 시트를 구현할 수 있다. 여기서, 상부 금속 시트(111)와 하부 금속 시트(112) 각각에는 상변화 물질(120)을 수용할 수 있는 수용홈(111a,112a)이 형성될 수 있고, 상부 금속 시트(111)와 하부 금속 시트(112) 각각의 가장자리가 본딩되는 것이 바람직하다.
그리고, 금속 시트를 금속 외피부로 적용하게 되면 단열 시트의 두께를 얇게할 수 있는 장점이 있다. 도 3에서는 하부 금속 시트(112)에만 수용홈(112a)을 형성하고, 이 수용홈(112a)에 상변화 물질(120)을 채운후, 상부 금속 시트(111)를 하부 금속 시트(112)에 본딩하여 단열 시트를 구현한 것으로, 단열 시트의 상부면과 하부면을 평탄화시킬 수 있다. 여기서, 단열 시트의 상부면은 수용홈(112a)에 채워지는 상변화 물질(120)의 량에 따라 볼록면을 가질 수 있다.
본 발명에서 하이브리드 단열 시트는 도 1 내지 도 3의 단열 시트에 나노 섬유 웹과 같은 적어도 하나의 보강 시트를 단열 시트의 일면, 양면 및 전체에 하이브리드한 단열재로 정의되며, 나노 섬유 웹은 단열 시트의 외주면에 배치되어 공기를 트랩핑하여 공기의 대류를 억제하여 단열하는 다수의 기공을 구비하여 1차적으로 열을 차단할 수 있다. 그러므로, 나노 섬유 웹에서 단열 시트로 전달되는 열량은 감소된다. 나노 섬유 웹을 통과한 열이 단열 시트로 전달되는 경우, 이 열은 2차적으로 단열 시트의 상변화 물질에서 흡수된다. 결국, 하이브리드 단열 시트는 2단으로 열을 차단함으로써 단열 성능이 향상되는 것이다. 여기서, 하이브리드하는 것은 접착, 점착, 적층, 접촉, 고정 등의 결합 관계를 의미하는 것이다.
여기서, 상기 보강시트는 단열 부재 또는 방열부재일 수 있고, 상기 단열 시트와 상기 보강 시트 사이에 개재된 접착제로 상기 단열 시트와 상기 보강 시트가 접착되어 있을 수 있다.
이때, 상기 접착제는 아크릴계, 에폭시계, 아라미드(aramid)계, 우레탄(urethane)계, 폴리아미드(polyamide)계, 폴리에틸렌(polyethylen)계, E.V.A계, 폴리에스테르(polyester)계, 및 P.V.C계 중 어느 하나의 접착제, 열접착이 가능한 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 갖는 핫 멜트 웹 및 핫 멜트 파우더 중 하나일 수 있다.
그리고, 상기 접착제는 종횡비 1:100의 열확산용 전도성 필러 및 구 형상의 열전달용 전도성 필러를 포함할 수 있다.
한편, 나노 섬유 웹은 전기 방사된 나노 섬유가 불규칙하게 적층되어 3차원 네트워크 구조로 배열되어 있다. 그 나노 섬유에 의해 나노 섬유 웹에는 불규칙하게 분포된 미세 기공이 형성되고, 미세 기공에 의해 나노섬유 웹의 열 차단 능력이 커지게 되어 우수한 단열 성능을 갖게된다.
이와 같은 나노 섬유 웹은 전기 방사가 가능하고 열전도율이 낮은 고분자 물질과 용매를 일정 비율로 혼합하여 방사용액을 만들고, 이 방사용액을 전기 방사하여 나노 섬유를 형성하고, 이 나노 섬유가 축적되어 다수의 기공을 갖는 나노섬유 웹(nano web) 형태로 형성된다.
나노 섬유의 직경이 작을수록 나노 섬유의 비표면적이 증대되고 다수의 미세 기공을 구비하는 나노섬유 웹의 열 차단 능력이 커지게 되어 단열 성능이 향상된다.
나노 섬유는 예를 들어, 5um 이하, 바람직하게는 1um 이하의 직경으로 이루어지며, 나노 섬유로 이루어진 나노 섬유 웹은 다수의 미세 기공을 구비함에 따라 미세 기공 내부에 공기를 트랩핑하고, 미세 기공에 트랩되어 갇힌 공기의 대류가 억제되어 전달된 열을 차단 성능이 우수하다.
상기 나노 섬유 웹에 형성되는 미세 기공은 수nm 내지 10um 이하, 바람직하게는 5um 이하로 설정되는 것이 좋으며, 나노 섬유의 직경을 조절하여 구현될 수 있다.
여기에서, 본 발명에 적용되는 방사 방법은 일반적인 전기방사(electrospinning), 에어 전기방사(AES: Air-Electrospinning), 전기분사(electrospray), 전기분사방사(electrobrown spinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 하이브리드 단열 시트의 나노 섬유 웹의 내열성 향상을 도모하기 위한 목적으로 열전도율이 낮음과 동시에 내열성이 우수한 고분자 단독 또는 열전도율이 낮은 고분자와 내열성이 우수한 고분자를 소정량 혼합한 혼합 고분자를 전기 방사하여 얻어진 나노 섬유 웹을 적용할 수 있다.
이때, 본 발명에서 사용 가능한 고분자는 유기용매에 용해되어 방사가 가능함과 동시에 열전도율이 낮은 것이 바람직하며, 또한 내열성이 우수한 것이 더욱 바람직하다.
방사가 가능하고 열전도율이 낮은 폴리머는 예를 들어, 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리이미드 등을 들 수 있다.
또한, 내열성이 우수한 폴리머는 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고 융점이 180℃ 이상인 수지로서, 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리{비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]} 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등을 사용할 수 있다.
상기 고분자의 열전도율은 0.1W/mK 미만으로 설정되는 것이 바람직하다.
상기한 고분자 중 폴리우레탄(PU)은 열전도율이 0.016~0.040W/mK이고, 폴리스티렌와 폴리비닐클로라이드는 열전도율이 0.033~0.040W/mK로 알려져 있어, 이를 방사하여 얻어지는 나노 섬유 웹 또한, 열전도율이 낮게 된다.
나노 섬유 웹의 두께는 5um 내지 50um, 바람직하게는 10um 내지 30um로 설정될 수 있다.
또한 나노 섬유 웹을 다층으로 적층하여 다양한 두께를 갖도록 제작될 수 있다. 즉, 본 발명에 적용된 나노 섬유 웹의 단열 시트는 초박막 구조로 제작되면서도 높은 단열 성능을 가질 수 있다.
용매는 DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetra-hydrofuran), DMAc(di-methylacetamide), EC(ethylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), 물, 초산(acetic acid), 및 아세톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
나노 섬유 웹은 전기방사 방법으로 제조되므로 방사용액의 방사량에 따라 두께가 결정된다. 따라서, 나노 섬유 웹의 두께를 원하는 두께로 만들기가 쉬운 장점이 있다.
이와 같이, 방사 방법에 의해 나노 섬유가 축적된 나노섬유 웹 형태로 형성되므로 별도의 공정없이 복수의 기공을 갖는 형태로 만들 수 있고, 방사용액의 방사량에 따라 기공의 크기를 조절하는 것도 가능하다. 따라서, 기공을 미세하게 다수로 만들 수 있어 열 차단 성능이 뛰어나고 이에 따라 단열 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 나노 섬유 웹을 형성하기 위한 방사용액에 열전달을 차단하기 위한 단열성 필러인 무기물 입자가 함유될 수 있다. 이 경우, 나노 섬유 웹의 나노 섬유 웹에는 무기물 입자가 포함되어 있을 수 있다. 무기물 입자는 방사된 나노 섬유의 내부에 위치되어 있거나, 나노 섬유 표면에 일부가 노출되어 열전달을 차단하게 된다. 또한, 무기물 입자는 단열성 필러로 나노 섬유 웹의 강도를 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 무기물 입자는 SiO2, SiON, Si3N4, HfO2, ZrO2, Al2O3, TiO2, Ta2O5, MgO, Y2O3, BaTiO3, ZrSiO4, HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자, 또는 유리 섬유, 흑연, 암면, 클레이(clay)로 이루어진 군으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자가 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 방사 용액에 포함될 수 있다.
또한, 나노 섬유 웹을 형성하기 위한 방사용액에 흄드 실리카(Fumed Silica)가 포함될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 단열 시트의 금속 용기(110) 일면에 나노 섬유 웹(150)을 적층한 도 4의 구조, 금속 용기(110) 양면에 나노 섬유 웹(150)을 적층한 도 5의 구조, 및 금속 용기(110) 외주면 전체를 나노 섬유 웹(150)이 감싸는 도 6의 구조로 하이브리드 단열 시트를 구현할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제3변형례는 나노 섬유 웹을 제1나노 섬유 웹(153a), 단열 시트(100)와 제2나노 섬유 웹(153b)의 적층구조로 달성할 수 있는데, 제1나노 섬유 웹(153a)과 제2나노 섬유 웹(153b) 사이에 단열 시트(100)를 개재한 후, 제1나노 섬유 웹(153a)과 제2나노 섬유 웹(153b)을 합지하는 방식이 적용될 수 있다.
하이브리드 단열 시트에 사용한 나노 섬유 웹(150)은 판상형으로 절첩한 구조이거나, 다수 층으로 적층된 나노 섬유 웹 적층 구조일 수 있다.
본 발명에서는 부직포를 단열 시트와 나노 섬유 웹에 개재하여 하이브리드 단열 시트를 구현할 수 있다. 사용 가능한 부직포는 상용화된 2층 또는 3층 구조의 폴리올레핀계 다공성 멤브레인, 예를 들어, PP/PE나 PP/PE/PP 멤브레인 또는 단층 구조의 PP 또는 PE 멤브레인이나, 코어로서 PP 섬유의 외주에 PE가 코팅된 이중 구조의 PP/PE 섬유로 이루어진 부직포, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유로 이루어진 PET 부직포를 사용하는 것도 가능하다.
도 8a 내지 도 8c를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제4변형례는 부직포(170)가 단열 시트의 금속 용기(110)의 일면에 커버하도록 구성할 수 있고(도 8a), 한쌍의 부직포(171,172)가 금속 용기(110)의 양면을 커버하도록 구성할 수 있고(도 8b), 부직포(170)가 금속 용기(110)의 외주면 전체를 감싸도록 구성할 수 있다(도 8c).
본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제5변형례는 도 9와 같이 나노 섬유 웹(150)과 단열 시트 사이에 부직포(170)가 개재되어 있는 구조로 구현한 것으로, 금속 용기(110)의 외주면에 부직포(170)와 나노 섬유 웹(150)이 순차적으로 적층되어 있다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 단열 패널(Vacuum Insulation Panel, VIP)를 도시한 개념적인 단면도이고, 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 단열 패널의 제조 방법의 흐름도이다.
전술된 제1실시예의 단열 시트 및 제1 내지 제5실시예의 하이브리드 단열 시트는 진공 단열 패널 내부에 내장하여 단열 성능을 발휘할 수 있다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 진공 단열 패널(300)은 가스 배리어성을 가지고 내부에 바람직하게는 소정의 감압 공간을 형성하는 외피재(310) 및 외피재(310) 내부에 배치되어 외피재(310)를 지지하는 하이브리드 단열 시트(200)를 포함한다.
진공 단열 패널(300)에 코어로 적용된 하이브리드 단열 시트(200)는, 다공성 나노 섬유 웹이 구비됨으로써, 공기를 트랩핑할 수 있는 다수의 미세 기공을 구비하여, 미세 기공에 트랩된 공기가 스스로 빠져나가기 어렵기 때문에 외피재(310) 내부가 진공 또는 감압공간이 아닌 경우에도 우수한 단열 성능을 발휘한다. 따라서, 건축용 단열재로 적용하면 이점이 많다.
여기서, 감압 공간은 내부의 압력이 대기압보다 낮아지게 감압된 공간을 의미한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열 패널(300)에서 외피재(310) 내부가 진공 또는 감압 공간으로 이루어지는 경우, 외피재(310) 또는 하이브리드 단열 시트(200)의 내부에는 수분이나 가스 등을 흡착하는 게터재(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 게터재는 예를 들어, 분말형태로 이루어진 흡습제와 가스흡착제를 포함하며, PP 또는 PE 부직포로 패킹이 이루어질 수 있다.
또한, 게터재는 실리카겔, 제올라이트, 활성탄, 지르코늄, 바륨 화합물, 리튬 화합물, 마그네슘 화합물, 칼슘 화합물 및 생석회로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 게터재의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 진공 단열재의 제조 분야에서 통상적으로 사용되는 소재를 사용할 수 있다.
그리고, 외피재(310)는 코어인 하이브리드 단열 시트(200)를 피복하고, 그 내부를 감압 또는 진공 상태로 유지하는 역할을 한다. 외피재(310)는 미리 봉투 형태로 이루어지며, 하이브리드 단열 시트(200)를 삽입한 후, 진공분위기에서 입구 부분을 열압착하여 실링이 이루어진다. 이에 따라 외피재(310)는 4각 형상의 상부 외피재(310a)와 하부 외피재(320b)의 3변의 외곽 부분을 먼저 실링하여 봉투 형태로 제작된 후 사용된다.
본 발명에서 사용할 수 있는 외피재(310)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 진공 단열재의 제조 분야에서 통상적으로 사용되는 소재를 사용할 수 있다. 바람직하게는 외피재(310)는 금속물질로 구성하는 것이 바람직하며, 특히 외피재(310)는 알루미늄 봉투 형태로 제작하는 것이 좋다. 본 발명에서 사용하는 외피재(310)는, 예를 들어, 하이브리드 단열 시트(200)를 둘러싸고 있는 실링층(sealing layer); 실링층을 둘러싸고 있는 베리어층(barrier layer); 및 베리어층을 둘러싸는 부직포층 또는 보호층을 포함할 수 있다.
전술된 실링층은 열압착방식으로 실링(압착)이 이루어짐에 따라 내장된 하이브리드 단열 시트(200)를 피복하고, 코어에 밀착되어 패널 형태를 유지할 수 있게 한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 실링층의 소재는 특별히 제한되지 않고 열압착에 의해 접착이 이루어질 수 있는 필름으로서, 예를 들면, 열압착층은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초저밀도폴리에틸렌(VLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 폴리올레핀 계열의 수지, 상기 수지 이외에 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 또는 에틸렌-비닐알코올 공중합체 필름 등과 같은 열압착이 가능한 수지, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
그리고, 베리어층은 실링층을 둘러싸고, 내부의 진공도를 유지하며, 외부의 가스 및 수증기를 차단하는 역할을 할 수 있다. 본 발명에서 베리어층의 소재는 특별히 제한되지 않으며, 금속박 또는 수지 필름 상에 금속을 증착을 한 적층 필름(증착막 필름) 등을 사용할 수 있다. 금속으로는 알루미늄, 동, 스테인레스 또는 철 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기에서 증착막은 증착법(deposition method) 또는 스퍼터링법(sputtering method) 등에 의하여 알루미늄, 스테인리스, 코발트 또는 니켈 등의 금속, 실리카, 알루미나 또는 탄소 등을 증착시켜 형성할 수 있으며, 기재가 되는 수지 필름으로는 당 업계에서 사용되는 일반적인 수지 필름을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 베리어층으로 알루미늄 증착 필름 또는 알루미늄 박을 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 부직포층은 베리어층을 둘러싸며, 진공 단열재를 외부 충격으로부터 1차적으로 보호하는 보호층 역할을 한다. 또한, 상기 부직포층은 베리어층의 높은 열전도율에 의해 단열재의 열 성능이 저하되는 문제를 해결할 수 있다. 상기 부직포층의 재료는 PP, PTFE를 사용할 수 있다.
또한, 부직포층 대신에 베리어층을 보호하는 1층 또는 2층으로 이루어진 보호층을 사용할 수 있다. 이러한 보호층은 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 나일론, PET, K-PET 및　에틸렌비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어질 수 있다.
도 11를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법은 단열 시트를 형성(S100)하고, 나노 섬유 웹 단열 시트를 형성(S110)한 후, 단열 시트와 나노 섬유 웹 단열 시트를 하이브리드하여 하이브리드 단열 시트를 제조한다.
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 단열 시트에 적용된 나노 섬유 웹을 형성하는 전기방사장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12를 참고하면, 전기방사장치는 열전도율이 낮은 고분자 물질과 용매가 혼합되어 방사가 이루어질 때까지 상분리를 방지하도록 공압을 이용한 믹싱 모터(2a)를 구동원으로 사용하는 교반기(2)를 내장한 믹싱 탱크(Mixing Tank)(1)와, 고전압 발생기가 연결된 다수의 방사노즐(4)을 포함한다. 믹싱 탱크(1)로부터 도시되지 않은 정량 펌프와 이송관(3)을 통하여 연결된 다수의 방사노즐(4)로 토출되는 고분자 용액은 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사노즐(4)을 통과하면서 나노 섬유(5)로 방출되고, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 콜렉터(6) 위에 나노 섬유(5)가 축적되어 다공성 나노 섬유 웹(7)을 형성한다.
일반적으로 대량생산을 위해 멀티-홀(multi-hole) 방사팩(예를 들어, 245mm/61홀)을 적용하면 멀티홀간의 상호 간섭이 발생하여 섬유가 날려 다니면서 포집이 이루어지지 않게 된다. 그 결과, 멀티-홀(multi-hole) 방사팩을 사용하여 얻어지는 분리막은 너무 벌키(bulky)해짐에 따라 분리막 형성이 어려워지며, 방사의 트러블(trouble) 원인으로 작용한다.
이를 고려하여 본 발명에서는 도 12에 도시된 바와 같이, 멀티-홀(multi-hole) 방사팩을 사용하여 각 방사노즐(4)마다 에어(4a)의 분사가 이루어지는 에어 전기방사 방법으로 다공성 나노 섬유 웹(7)을 제작한다.
즉, 본 발명에서는 에어 전기방사에 의해 전기방사가 이루어질 때 방사노즐의 외주로부터 에어(Air) 분사가 이루어져서 휘발성이 빠른 고분자로 이루어진 섬유를 에어가 포집하고 집적시키는 데 지배적인 역할을 해 줌으로써 보다 강성이 높은 나노 섬유 웹을 생산할 수 있으며, 섬유(fiber)가 날아다니면서 발생할 수 있는 방사 트러블(trouble)을 최소화 할 수 있게 된다.
본 발명에서는 열전도율이 낮은 고분자 물질과 내열성 고분자 물질을 혼합하여 방사하는 경우 2성분계 용매에 첨가하여 혼합방사용액을 제조하는 것이 바람직하다.
상기 얻어진 다공성 나노 섬유 웹(7)은 그 후 캘린더 장치(9)에서 고분자의 융점 이하의 온도에서 캘린더링하면 코어재로 사용되는 박막의 나노 섬유 웹(10)이 얻어진다.
본 발명에서는 필요에 따라 상기와 같이 얻어진 다공성 나노 섬유 웹(7)을 프리히터(8)에 의한 선 건조구간(Pre-air Dry Zone)을 통과하면서 나노 섬유 웹(7)의 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절하는 공정을 거친 후 캘린더링 공정을 거치는 것도 가능하다.
프리히터(8)에 의한 선 건조구간(Pre-Air Dry Zone)은 20~40℃의 에어를 팬(fan)을 이용하여 웹에 인가하여 나노 섬유 웹(7)의 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절함에 의해 나노 섬유 웹(7)이 벌키(bulky)해지는 것을 조절하여 분리막의 강도를 증가시켜주는 역할과 동시에 다공성(Porosity)을 조절할 수 있게 된다.
이 경우, 용매의 휘발이 지나치게 된 상태에서 캘린더링이 이루어지면 다공성은 증가하나 나노 섬유 웹의 강도가 약해지고, 반대로 용매의 휘발이 적게 되면 나노 섬유 웹이 녹는 현상이 발생하게 된다.
상기한 도 12의 전기방사장치를 사용하여 다공성 나노 섬유 웹(10)을 형성하는 방법은 먼저 열전도율이 낮은 고분자 물질 단독, 열전도율이 낮은 고분자 물질과 내열성 고분자 물질의 혼합물을 용매에 용해시켜서 방사용액을 준비한다. 이 경우 필요에 따라 내열성을 보강하기 위해 소정량의 무기물 입자를 방사용액에 첨가할 수 있다. 또한, 바람직하게는 열전도율이 낮으면서 내열성이 우수한 고분자 물질, 예를 들어 폴리우레탄(PU)을 사용하여 나노 섬유 웹을 형성하는 경우 단열 특성과 내열 특성을 동시에 갖게 된다.
그 후, 방사용액을 전기방사장치를 사용하여 콜렉터(6)에 직접 방사하거나 또는 부직포와 같은 다공성 기재(11)에 방사하여 단층 구조의 다공성 나노 섬유 웹(10) 또는 다공성 나노 섬유 웹(10)과 다공성 기재(11)로 이루어진 다층 구조의 나노 섬유 웹 시트를 제작한다.
이어서, 얻어진 나노 섬유 웹 시트가 광폭인 경우 원하는 폭으로 제단한 후, 이를 원하는 두께를 갖도록 판형상으로 다수회 절첩하거나 권선기에 의해 판형상으로 권선하거나, 원하는 형상으로 다수의 코어용 시트를 절단한 후 이를 다수층 적층한다. 또한, 다수층으로 적층한 후, 이를 원하는 형상으로 절단할 수 있다.
필요에 따라 적층된 다수의 나노 섬유 웹 시트를 열간 또는 냉간 압착하여 적층 밀도를 높이는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 대면적의 나노 섬유 웹 시트를 제작한 후, 건축용 또는 냉장고용 단열재와 같이 사용되는 용도에 따라 소정의 형상으로 제단하여 사용하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에서는 나노 섬유 웹을 형성할 때 종이, 방사용액에 포함된 용매에 의해 용해가 이루어지지 않는 고분자 재료로 이루어진 부직포, 폴리올레핀계 필름 중 하나로 이루어지는 트랜스퍼 시트 위에 방사용액을 방사하여 다공성 나노 섬유 웹을 형성한 후, 나노 섬유 웹을 트랜스퍼 시트와 분리하면서 부직포와 합지하는 방식으로 나노 섬유 웹 시트를 제작하고, 얻어진 시트를 다단 적층할 수 있다. 상기한 트랜스퍼 시트를 사용하여 나노 섬유 웹을 생산함에 따라 양산공정에서 생산성 향상을 도모할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트의 단면도이고, 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트를 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트(1100)는 상변화 물질(1120)이 나노 섬유 웹(1151,1152)으로 감싸여진 구조로서, 나노 섬유 웹(1151,1152)는 상변화 물질(1120)을 내장시키는 외피부의 기능을 수행한다.
즉, 이 단열 시트(1100)의 외측면에는 외피부로 나노 섬유 웹(1151,1152)이 배치되고 단열 시트(1100) 내부에는 코어로 상변화 물질(1120)이 배치된다.
이와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트(1100)로 전달되는 열은 나노 섬유 웹(1151,1152)에 먼저 접촉 및 전달되는데, 나노 섬유 웹(1151,1152)의 다수의 미세 기공 및 나노 섬유에서 열을 차단하게 된다. 나노 섬유 웹(1151,1152)에 전달된 열량은 나노 섬유 웹(1151,1152)에서 차단된 열량만큼 감소되어 상변화 물질(1120)로 전달되고, 상변화 물질(1120)에서는 열을 흡수함으로써, 본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트(1100)의 단열 효율은 실질적으로 증가될 수 밖에 없다.
본 발명의 제2실시예에 따른 단열 시트(1100)의 제조 방법을 알아보면, 도 13과 같이, 제2 나노 섬유 웹(1152)에 상변화 물질(1120)을 배치하고, 제1 나노 섬유 웹(1151)으로 상변화 물질(1120)을 감싸서 제1 나노 섬유 웹(1151)을 제2 나노 섬유 웹(1152)에 고정시키는 간단한 제조 방법에 의해, 외피부의 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152) 내부에 상변화 물질(1120)이 코어로 내장된 구조를 구현할 수 있다.
또한, 도 14에서는 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152) 사이에 상변화 물질(1120)을 개재한 후, 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152)의 가장자리를 합지하여 단열 시트(1100)를 구현하는 것이다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 단면도이고, 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 상변화 물질(1120)이 나노 섬유 웹(1151,1152)으로 감싸여진 구조의 단열 시트에 지지체(1170)를 복합화하여 하이브리드 단열 시트로 구현할 수 있다.
즉, 부직포 또는 직포와 같은 지지체(1170)를 제2 나노 섬유 웹(1152)에 복합화하게 되면 하이브리드 단열 시트의 강도를 보강할 수 있다. 이때, 지지체(1170)에 나노 섬유를 방사하여 제2 나노 섬유 웹(1152)을 형성할 수 있으며, 이 경우 제2 나노 섬유 웹(1152)에 상변화 물질(1120)을 올려놓고, 제1 나노 섬유 웹(1151)을 제2 나노 섬유 웹(1152)에 고정시켜, 상변화 물질(1120)이 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152) 사이에 개재되도록 한다.
또한, 도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제1변형례의 단면도이고, 도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
도 17 및 도 18을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제1변형례는 제1 나노 섬유 웹(1151)이 복합화된 제1 지지체(1171)와 제2 나노 섬유 웹(1152)이 복합화된 제2 지지체(1172)를 준비하고, 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152) 사이에 상변화 물질(1120)을 개재시킨 후, 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152)이 고정되도록, 제1 및 제2 지지체(1171,1172)를 합지하여 구현한다. 여기서, 제1 및 제2 지지체(1171,1172) 각각에 나노 섬유를 직접 방사하여 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152)을 형성할 수 있다.
도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례의 단면도이고, 도 20은 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
도 19 및 도 20을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제2변형례는 제1 지지체(1171) 양면에 제1과 제3 나노 섬유 웹(1151,1153)을 복합화하고, 제2 지지체(1172) 양면에 제2과 제4 나노 섬유 웹(1152,1154)을 복합화한 후, 제1 및 제2 나노 섬유 웹(1151,1152) 사이에 상변화 물질(1120)을 위치시키고 제1 및 제2 지지체(1171,1172)를 합지하여 구현할 수 있다.
이와 같은 하이브리드 단열 시트는 나노 섬유 웹/지지체/나노 섬유 웹/상변화 물질/나노 섬유 웹/지지체/나노 섬유 웹의 적층구조가 되어, 강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 2층 구조의 나노 섬유 웹에서 열을 차단하게 되어, 상변화 물질로 전달되는 열량을 보다 더 감소시킬 수 있어, 단열 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
상술된 하이브리드 단열 시트에 사용한 나노 섬유 웹은 판상형으로 절첩한 구조이거나, 다수 층으로 적층된 나노 섬유 웹 적층 구조일 수 있다.
도 21은 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 단열 패널(Vacuum Insulation Panel, VIP)를 도시한 개념적인 단면도이다.
전술된 제2실시예의 하이브리드 단열 시트는 단열 패널 내부에 내장하여 단열 성능을 발휘할 수 있다.
도 21을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 진공 단열 패널(1300)은 가스 배리어성을 가지고 내부에 바람직하게는 소정의 감압 공간을 형성하는 외피재(1310) 및 외피재(1310) 내부에 배치되어 외피재(1310)를 지지하는 하이브리드 단열 시트(1100)를 포함한다.
진공 단열 패널(1300)에 코어로 적용된 하이브리드 단열 시트(1100)는, 다공성 나노 섬유 웹을 포함하고 있으므로, 공기를 트랩핑할 수 있는 다수의 미세 기공을 구비하여, 미세 기공에 트랩된 공기가 스스로 빠져나가기 어렵기 때문에 외피재(310) 내부가 진공 또는 감압공간이 아닌 경우에도 우수한 단열 성능을 발휘한다. 따라서, 건축용 단열재로 적용하면 이점이 많다.
여기서, 감압 공간은 내부의 압력이 대기압보다 낮아지게 감압된 공간을 의미한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열 패널(1300)에서 외피재(1310) 내부가 진공 또는 감압 공간으로 이루어지는 경우, 외피재(1310) 또는 하이브리드 단열 시트(1100)의 내부에는 수분이나 가스 등을 흡착하는 게터재(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 게터재는 예를 들어, 분말형태로 이루어진 흡습제와 가스흡착제를 포함하며, PP 또는 PE 부직포로 패킹이 이루어질 수 있다.
또한, 게터재는 실리카겔, 제올라이트, 활성탄, 지르코늄, 바륨 화합물, 리튬 화합물, 마그네슘 화합물, 칼슘 화합물 및 생석회로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 게터재의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 진공 단열재의 제조 분야에서 통상적으로 사용되는 소재를 사용할 수 있다.
그리고, 외피재(1310)는 코어인 하이브리드 단열 시트(1100)를 피복하고, 그 내부를 감압 또는 진공 상태로 유지하는 역할을 한다. 외피재(1310)는 미리 봉투 형태로 이루어지며, 하이브리드 단열 시트(1100)를 삽입한 후, 진공분위기에서 입구 부분을 열압착하여 실링이 이루어진다. 이에 따라 외피재(1310)는 4각 형상의 상부 외피재(1310a)와 하부 외피재(1320b)의 3변의 외곽 부분을 먼저 실링하여 봉투 형태로 제작된 후 사용된다.
본 발명에서 사용할 수 있는 외피재의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 진공 단열재의 제조 분야에서 통상적으로 사용되는 소재를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 외피재(1310)는, 예를 들어, 하이브리드 단열 시트(1100)를 둘러싸고 있는 실링층(sealing layer); 실링층을 둘러싸고 있는 베리어층(barrier layer); 및 베리어층을 둘러싸는 부직포층 또는 보호층을 포함할 수 있다.
전술된 실링층은 열압착방식으로 실링(압착)이 이루어짐에 따라 내장된 하이브리드 단열 시트(1100)를 피복하고, 코어에 밀착되어 패널 형태를 유지할 수 있게 한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 실링층의 소재는 특별히 제한되지 않고 열압착에 의해 접착이 이루어질 수 있는 필름으로서, 예를 들면, 열압착층은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초저밀도폴리에틸렌(VLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 폴리올레핀 계열의 수지, 상기 수지 이외에 폴리프로필렌(PP), 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 또는 에틸렌-비닐알코올 공중합체 필름 등과 같은 열압착이 가능한 수지, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
그리고, 베리어층은 실링층을 둘러싸고, 내부의 진공도를 유지하며, 외부의 가스 및 수증기를 차단하는 역할을 할 수 있다. 본 발명에서 베리어층의 소재는 특별히 제한되지 않으며, 금속박 또는 수지 필름 상에 금속을 증착을 한 적층 필름(증착막 필름) 등을 사용할 수 있다. 금속으로는 알루미늄, 동, 스테인레스 또는 철 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기에서 증착막은 증착법(deposition method) 또는 스퍼터링법(sputtering method) 등에 의하여 알루미늄, 스테인리스, 코발트 또는 니켈 등의 금속, 실리카, 알루미나 또는 탄소 등을 증착시켜 형성할 수 있으며, 기재가 되는 수지 필름으로는 당 업계에서 사용되는 일반적인 수지 필름을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 베리어층으로 알루미늄 증착 필름 또는 알루미늄 박을 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 부직포층은 베리어층을 둘러싸며, 진공 단열재를 외부 충격으로부터 1차적으로 보호하는 보호층 역할을 한다. 또한, 상기 부직포층은 베리어층의 높은 열전도율에 의해 단열재의 열 성능이 저하되는 문제를 해결할 수 있다. 상기 부직포층의 재료는 PP, PTFE를 사용할 수 있다.
또한, 부직포층 대신에 베리어층을 보호하는 1층 또는 2층으로 이루어진 보호층을 사용할 수 있다. 이러한 보호층은 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 나일론, PET, K-PET 및　에틸렌비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어질 수 있다.
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 개략적인 단면도이고, 도 23a 내지 도 23c는 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는, 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더(2110); 상기 히트스프레더(2110)에서 포화된 열을 흡수하는 상변화 물질(2120); 상기 상변화 물질(2120)을 감싸며, 상기 히트스프레더(2110)에 고정된 커버부(2130); 및 상기 커버부(2130)로부터 전도된 열을 차단하여 단열시키는 단열부(2140);를 포함한다.
이러한 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 발열 부품에서 히트스프레더(2110)로 열이 전도되면 히트스프레더(2110)에서 열이 확산된 후 히트스프레더(2110)에서 포화된 열이, 상변화 물질(2120)로 전달된다. 상변화 물질(2120)로 전달된 열은 상변화 물질(2120)에서 흡수되고, 상변화 물질(2120)의 흡수 기능이 충만되면 커버부(2130)로 전도되고, 커버부(2130)로 전달된 열은 확산되어 단열부(2140)로 전달되며, 단열부(2140)에서는 전도된 열을 차단하게 된다.
즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 히트스프레더(2110)에서 전도된 열을 확산시키고, 상변화 물질(2120)에서 열 흡습하고, 커버부(2130)에서 열을 확산하고, 단열부(2140)에서 전도된 열을 차단함으로써, 단열 효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.
도 23a 내지 도 23c를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법은 먼저, 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더(2110)를 준비하고, 그 히트스프레더(2110)에 상변화 물질(2120)을 적층한다(도 23a). 그 다음, 상기 상변화 물질(2120)을 감싸며, 상기 히트스프레더(2110)에 커버부(2130)를 고정하고(도 23b), 상기 커버부(2130)에 단열부(2140)를 적층한다(도 23c).
본 발명에서는 히트스프레더(2110)에 커버부(2130)를 고정시킬 때, 접착제를 사용할 수 있으며, 이에 한정하지 않고 다른 고정수단을 적용할 수도 있다. 그리고, 히트스프레더(2110)의 중앙에는 상변화 물질(2120)이 위치되고, 히트스프레더(2110)의 가장자리에는 커버부(2130)가 고정되어, 커버부(2130)와 히트스프레더(2110) 사이에 상변화 물질(2120)이 내장된다.
커버부(2130)는 히트스프레더(2110)에서 전달된 열에 의해 액체로 상변화된 상변화 물질(2120)이 단열부(2140)의 미세 기공으로 또는 외부로 누수되는 것을 차단하여, 상변화 물질(2120)을 커버부(2130)와 히트스프레더(2110) 사이에 구속시킨다.
따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 커버부(130)와 히트스프레더(2110) 사이에 상변화 물질(2120)이 개재되고, 커버부(2130)가 히트스프레더(2110)에 고정되어 있으므로, 전달된 열에 의한 흡열 반응으로 인하여 상변화 물질(2120)이 액체로 상변화될 때, 외부로 누수되거나, 또는 단열부(2140)의 미세 기공으로 침투되는 것을 방지할 수 있다.
도 24는 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트를 설명하기 위한 개념적인 단면도이고, 도 25a 내지 도 25d는 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 26은 본 발명의 제4실시예의 하이브리드 단열 시트에서 가이드부가 히트스프레더에 고정된 상태를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 24를 참고하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더(2110); 상기 히트스프레더(2110)에 고정되고, 적어도 하나의 관통홀(2151)이 형성된 가이드부(2150); 상기 가이드부(2150)의 관통홀(2151)에 충진되고, 상기 히트스프레더(2110)에서 확산된 열을 흡수하는 상변화 물질(2120); 상기 상변화 물질(2120)을 감싸며 상기 가이드부(2150)에 고정된 커버부(2130); 및 상기 커버부(2130)로부터 전도된 열을 차단하여 단열시키는 단열부(2140);를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 히트스프레더(2110)에 고정된 가이드부(2150)의 관통홀(2151)에 상변화 물질(2120)을 충진하고, 상변화 물질(2120)을 감싸는 커버부(2130)를 가이드부(2150)에 고정시킴으로써, 전달된 열에 의해 상변화 물질(2120)이 액체로 상변화될 때, 외부로 누수되는 것을 방지하고, 단열부(2140)의 미세 기공으로 침투되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트도 전달된 열은 히트스프레더(2110)에서 확산되고, 상변화 물질(2120)에서 흡수되고, 커버부(2130)에서 확산되고, 단열부(2140)에서 열을 차단하여 단열하는 구조를 구비하므로써, 단열 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 가이드부(2150)는 히트스프레더(2110)와 동일한 재료를 사용할 수 있으며, 히트스프레더(2110)와 다른 금속 재료를 적용할 수 있다. 이때, 가이드부(2150)는 히트스프레더(2110)와 동일 재료로 구성되는 것이 가장 바람직하다. 즉, 가이드부(2150)와 히트스프레더(2110)는 동일한 열팽창 계수를 갖고 있어야, 히트스프레더(2110)로 전달된 열에 가이드부(2150)와 히트스프레더(2110)의 계면이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 도 26에 도시된 바와 같이, 가이드부(2150)는 히트스프레더(2110)에 고정되어, 가이드부(2150)의 관통홀(2151)은 홈과 같은 형상이 만들어져, 가이드부(2150)의 관통홀(2151)과 히트스프레더(2110)에 의해 만들어진 홈에 상변화 물질(2120)이 충진되는 것이다.
도 25a 내지 도 25d를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 제조 방법은 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더(2110)에 적어도 하나의 관통홀(2151)이 형성된 가이드부(2150)를 고정시키고(도 25a), 가이드부(2150)의 관통홀(2151)에 상변화 물질(2120)을 충진한다(도 25b). 이후, 상변화 물질(2120)를 감싸며, 커버부(2130)를 가이드부(2150)에 고정(도 25c)시킨 다음, 커버부(2130)에 단열부(2140)를 적층한다(도 25d).
상술된 바와 같이, 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 기본적으로 히트스프레더(2110), 상변화 물질(2120), 커버부(2130) 및 단열부(2140)를 포함한다.
히트스프레더(2110)는 외부로부터 전달된 열을 확산시킨다. 즉, 히트스프레더(2110)는 발열 부품에서 발생하는 열이 한 곳으로 집중하는 것을 막아서 열을 확산시키는 기능을 수행한다. 히트스프레더(2110)는 높은 열 전도도를 가지고 있으며, 가격이 저렴한 구리 재료 또는 알루미늄 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 산화와 부식 문제를 해결하기 위해 구리 재료의 히트스프레더(2110)에 니켈 도금을 수행할 수 있다. 그리고, 히트스프레더(2110)의 두께는 10㎛ - 40㎛인 것이 바람직하다.
상변화 물질(2120)은 히트스프레더(2110)에서 확산된 열이 단열부(2140)로 전도되는 것을 시간적으로 지연시킨다. 상변화 물질(2120)은 전달되는 열을 흡수하여 열전도를 지연시킨다. 즉, 상변화 물질은 열이 전달되면 흡열반응하여 고상에서 액상으로 변화되면서 열을 흡수한다. 그리고 상변화 물질은 주변 온도가 떨어지면 다시 고상으로 변화된다.
상변화 물질(2120)의 일례의 제조 방법을 설명하면, 먼저 상변화 물질을 분말화한 후, 상변화 물질의 분말, 바인더 및 용매와 혼합하여 상변화 물질의 분말이 확산된 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 필름화하여 상변화 물질의 분말이 확산된 필름을 제조하고, 이를 상변화 물질(2120)로 적용하는 것이다.
또한, 상변화 물질(2120)의 다른 예의 제조 방법은 핫 플레이트(Hot plate)에 히트스프레더(2110)를 올려놓고, 히트스프레더(2110) 상부에 상변화 물질의 분말을 도포하여, 핫 플레이트의 온도(예컨대, 대략 65℃)에서 상변화 물질의 분말을 액상으로 만든후, 히트스프레더(2110)를 핫 플레이트에서 이탈시키면 상변화 물질은 필름 형태가 된다. 이와 같은 상변화 물질(2120)의 두께는 10㎛ - 30㎛인 것이 바람직하다.
커버부(2130)는 상변화 물질(2120)에서 전도된 열을 확산시키는 알루미늄 박판과 같은 금속박판으로 적용할 수 있다.
단열부(2140)는 상변화 물질(2120)에서 전도된 열을 차단한다. 이때, 단열부(2140)는 나노 섬유에 의해 집적되어 미세 기공 구조를 갖는 나노 섬유 웹으로 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 단열부(2140)의 두께는 5㎛ - 30㎛인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 열확산, 열흡수, 열확산, 단열을 순차적으로 수행할 수 있어 단열 성능이 우수하여 고성능의 휴대용 단말기에 적용이 가능하고, 이와 동시에, 두께를 얇게 할 수 있어 초박형 및 초슬림화된 휴대용 단말기에도 채택할 수 있는 장점이 있다.
또한, 나노 섬유 웹은 전기 방사된 나노 섬유가 불규칙하게 적층되어 3차원 네트워크 구조로 배열되어 있다. 그 나노 섬유에 의해 나노 섬유 웹에는 불규칙하게 분포된 미세 기공이 형성되고, 미세 기공은 공기를 트랩핑하여 공기의 대류를 억제하여 단열할 수 있으므로, 미세 기공에 의해 나노 섬유 웹의 열 차단 능력이 커지게 되어 우수한 단열 성능을 갖게된다.
따라서, 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 발열 부품에 부착되며, 발열 부품에서 발생된 열을 확산시키는 구조(히트스프레더), 확산된 열을 흡수하여 시간적으로 지연시키는 구조(상변화 물질), 시간 지연된 열을 재확산시키는 구조(커버부) 및 열차단시키는 구조(단열부)가 적층되어 있어 단열 효율을 극대화시킬 수 있다.
이와 같은 하이브리드 단열 시트는 히트스프레더(2110)의 국부적인 영역에 집중적으로 열이 전달되는 핫스팟(hotspot)이 발생되면, 핫스팟에서 전달된 열은 히트스프레더(2110) 전체로 확산된다.
히트스프레더(2110)의 핫스팟에서 전달된 열이 히트스프레더(2110)에서 충만되어 포화되면, 상변화 물질(2120)로 전달된다. 여기서, 히트스프레더(2110)에서 열이 충만되지 않더라도, 핫스팟(2111)과 가까운 거리에 있는 상변화 물질(2120)에는 열이 전달된다.
상변화 물질(2120)은 전달된 열이 상변화 물질(2120)에서 흡수되어 커버부(2130)로 전달되는 시간을 지연시킨다. 즉, 상변화 물질(2120)로 전달된 열은 상변화 물질에서 흡수된다. 이때, 상변화 물질은 고상에서 액상으로 완전히 변화될때까지 소정의 시간동안 열을 계속적으로 흡수하게 됨으로, 상변화 물질(2120)에서 커버부(2130)로 전달되는 시간을 지연시킬 수 있는 것이다.
커버부(2130)에서는 시간 지연된 열을 확산시킨 후, 단열부(2140)로 전달하고, 단열부(2140)로 전달된 열은 차단된다, 즉, 나노 섬유 웹으로 이루어진 단열부(140)는 미세 기공으로 단열부(2140)에서 전달된 열을 차단한다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 히트스프레더(2110)에서 발열 부품으로부터 전달된 열을 확산시키고, 상변화 물질(2120)에서 열을 흡수하여 시간 지연하여 커버부(2130)로 전달하고, 커버부(2130)는 열을 확산한 후, 단열부(2140)로 전달하고, 단열부(2140)에서 열을 차단하는 하이브리드 단열 구조이다.
본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트는 상변화 물질(2120)이 잠열 기능을 효율적으로 발휘할 수 있도록, 히트스프레더(2110)에서 상변화 물질(2120)로 전도되는 열의 온도보다 2℃-5℃ 낮은 온도에서 상변화되는 상변화 물질로 구현하는 것이 바람직하다.
도 27a 및 도 27b는 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 단열부로 적용되는 나노 섬유 웹과 부직포의 적층 구조를 설명하기 위한 개념적인 단면도이다.
도 27a 및 도 27b를 참고하면, 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 하이브리드 단열 시트의 단열부(2140)는 나노 섬유 웹(2141)과 부직포(2142)의 적층 구조(도 27a), 또는 나노 섬유 웹(2141)/부직포(2142)/나노 섬유 웹(2143)의 적층 구조(도 27b)로 적용할 수 있다. 이때, 나노 섬유 웹2(141)의 두께(t1)는 부직포(142)의 두께(t2)보다 얇은 것이 바람직하다.
이와 같이, 단열부(2140)를 나노 섬유 웹(2141)과 부직포(2142)의 적층 구조로 적용하게 되면, 부직포(2142)가 나노 섬유 웹(2141)보다 가격이 저렴하고, 강도가 높기 때문에, 하이브리드 단열 시트의 제조 경비를 감소시킴과 동시에 강도를 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 부직포(2142)도 다수의 기공이 존재함으로, 열을 차단할 수 있는 기능을 구비하여 단열부의 역할을 수행한다.
여기서, 나노 섬유 웹(2141)과 부직포(2142)는 열 압착으로 인하여 융착될 수 있으며, 나노 섬유 웹(2141)의 융점을 부직포(2142)의 융점보다 낮게 설계하여, 열 압착시 인가되는 열에 의해 나노 섬유 웹(2141)이 녹아서 부직포(2142)에 융착되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 나노 섬유 웹(2141)을 형성하기 위한 고분자물질이 PVdF로 적용한 경우, PVdF의 융점(melting point)은 155℃이므로, 부직포(2142)는 155℃보다 높은 융점을 갖는 폴리에스터 계열, 나일론 계열 및 셀루로오스 계열 중 하나로 이루어진 부직포(2142)를 적용한다.
그러므로, 열 압착시, 부직포(2142)에 접한 나노 섬유 웹(2141) 영역이 녹아서 부직포(2142)와 융착된다. 여기서, 부직포(2142)의 기공 크기는 나노 웹의 기공 크기보다 월등히 크므로, 녹은 나노 섬유 웹(2141)의 일부는 부직포(2142)의 기공 내부에 침투하게 된다. 즉, 열 압착되기 전의 부직포(2142)와 나노 섬유 웹(2141)의 경계면을 기준으로, 열 압착한 후에 그 경계면에서 나노 섬유 웹(2141) 방향 및 부직포(2142) 방향로 녹은 나노 섬유 웹(2141)이 확산되어 분포하게 된다. 이러한 기술적인 특징을 바탕으로, 나노 섬유 웹(2141)의 녹은 량의 정도를 조절하게 되면 부직포(2142)의 기공에 나노 섬유 웹(2141)이 녹아들어가게 되고, 부직포(2142) 기공에 스며들어간 나노 섬유 웹(2141)이 락킹(Locking)하는 역할을 수행하여 나노 섬유 웹(2141)과 부직포(2142)의 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는, 나노 웹을 형성하는 고분자물질로, PVdF와 PAN을 5;5로 혼합한 고분자물질을 적용할 수 있다. 이때, 전기방사된 나노 섬유는 PAN으로 이루어진 코어, 및 그 코어 외주면을 감싸고 PVdF로 이루어진 커버부를 갖는 구조로 형성되고, 이러한 구조의 나노 섬유가 적층되어 나노 섬유 웹(2141)을 형성하게 된다. 코어 및 커버부 구조를 갖는 나노 섬유가 적층된 나노 섬유 웹(2141)과 부직포(2142)가 열 압착하게 되면, 커버부의 PVdF가 녹아서 부직포(2142)에 스며들어 융착된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 열을 흡수할 수 있는 상변화 물질이 내장된 단열 시트를 채택하여, 단열 효율을 증가시킬 수 있는 단열 시트를 제공한다.

Claims (20)

  1. 내부에 중공부를 갖는 외피부; 및
    상기 중공부에 위치되어 상기 외부피에서 전달되는 열을 흡수하는 상변화 물질(Phase Change Material, PCM);을 포함하는 단열 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외피부는 외부에서 전달된 열을 차단하는 단열부재로 이루어진, 단열 시트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단열부재는 나노 섬유 웹 및 부직포가 적층된 구조, 또는 나노 섬유 웹, 부직포 및 나노 섬유 웹이 순차적으로 적층된 구조 또는 열전율이 낮는 폴리머로 이루어진 나노 섬유가 집적된 나노 섬유 웹으로 이루어진, 단열 시트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 나노 섬유 웹은 판상형으로 절첩한 구조이거나, 또는 다수 층으로 적층된 나노 섬유 웹 적층 구조인, 단열 시트.
  5. 제3항에 있어서, 상기 나노 섬유에 무기물 입자를 더 포함하는, 단열 시트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 무기물 입자는 SiO2, SiON, Si3N4, HfO2, ZrO2, Al2O3, TiO2, Ta2O5, MgO, Y2O3, BaTiO3, ZrSiO4, HfO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자, 또는 유리 섬유, 흑연, 암면, 클레이(clay)로 이루어진 군으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자인, 단열 시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외피부는 전달된 열을 확산(Spreading)시켜 방열하는 방열부재로 이루어진, 단열 시트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상변화 물질은 상기 방열부재에서 상기 상변화 물질로 전도되는 열의 온도보다 2℃-5℃ 낮은 온도에서 상변화되는 물질인, 단열 시트.
  9. 내부에 중공부를 갖는 외피부 및 상기 중공부에 위치되어 상기 외부피에서 전달되는 열을 흡수하는 상변화 물질을 포함하는 단열 시트; 및
    상기 단열 시트의 일면, 양면 및 전체에 하이브리드되어 있는 적어도 하나의 보강 시트;를 포함하는 하이브리드 단열 시트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 단열 시트와 상기 보강 시트 사이에 개재되어 접착된접착제를 더 포함하는 하이브리드 단열 시트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접착제는 아크릴계, 에폭시계, 아라미드(aramid)계, 우레탄(urethane)계, 폴리아미드(polyamide)계, 폴리에틸렌(polyethylen)계, E.V.A계, 폴리에스테르(polyester)계, 및 P.V.C계 중 어느 하나의 접착제, 열접착이 가능한 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 갖는 핫 멜트 웹 및 핫 멜트 파우더 중 하나인 하이브리드 단열 시트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착제는 종횡비 1:100의 열확산용 전도성 필러 및 구 형상의 열전달용 전도성 필러를 포함하는 하이브리드 단열 시트.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 보강시트는 단열 부재 또는 방열부재인 하이브리드 단열 시트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단열 부재는 열전도율이 낮은 폴리머로 이루어지고, 방사되는 직경 5um 미만의 나노 섬유에 의해 집적되어 미세 기공 구조를 갖는 다공성 나노 섬유 웹으로 이루어진 하이브리드 단열 시트.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 방열부재는 제1열전도율을 갖는 제1방열층; 및 상기 제1방열층에 접합되며, 제2열전도율을 갖는 제2방열층;을 포함하고, 상기 제1방열층의 제1열전도율은 상기 제2방열층의 제2열전도율보다 낮으며, 상기 제1방열층은 상기 발열 부품에 부착, 접촉 및 근접 중 하나의 상태로 결합되어 있는 하이브리드 단열 시트.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 단열시트는 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더, 상기 히트스프레더에 고정된 금속 박판, 상기 히트스프레더 및 상기 금속 박판 사이에 위치된 상변화 물질을 포함하는 구조, 또는 전달된 열을 확산시키는 히트스프레더, 상기 히트스프레더에 고정되고 적어도 하나의 관통홀이 형성된 가이드부, 상기 가이드부의 관통홀에 충진된 상변화 물질, 및 상기 상변화 물질을 감싸며 상기 가이드부에 고정된 금속 박판을 포함하는 구조로 이루어진 하이브리드 단열 시트.
  17. 내부 공간이 구비된 외피재; 및
    상기 외피재 내부 공간에 배치되어 상기 외피재를 지지하는 하이브리드 단열 시트를 포함하며,
    상기 하이브리드 단열 시트는,
    열을 흡수하는 상변화 물질을 포함하는 제1단열 시트와,
    상기 제1단열 시트에 하이브리드되어 있고 나노 섬유에 의해 집적되어 미세 기공 구조를 갖는 다공성 나노 섬유 웹으로 이루어진 제2단열 시트를 포함하는 단열 패널.
  18. 제17항에 있어서, 상기 나노 섬유는 열전도율이 0.1W/mK 미만인 고분자로 이루어진 단열 패널.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1단열 시트와 상기 제2단열 시트 사이에 개재된 부직포를 더 포함하는 단열 패널.
  20. 제17항에 있어서, 상기 외피재의 내부 공간은 진공 또는 감압되어 있는 단열 패널.
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