WO2020171292A1 - 레이저를 이용한 진공단열패널용 심재 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 진공단열패널 및 파우치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 장비 위에 진공단열패널용 심재 원단을 로딩하는 로딩단계; 레이저 빔을 상기 심재 표면에 조사하여 접이선을 형성하는 조사단계; 및 상기 심재를 외피재에 수납하고 감압하는 수납단계;를 포함하는 진공단열패널 제조방법이며, 또한, 레이저 빔을 이용하여 상기 심재 원단의 외곽부를 절단하는 절단단계;를 더 포함하여, 상기 진공단열패널이 레이저에 의해 형성된 상기 접이선을 따라서 용이하게 접혀서 내부 밀폐공간을 갖는 파우치로 제작될 수 있도록 하는 기술이다.

Description

레이저를 이용한 진공단열패널용 심재 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 진공단열패널 및 파우치

본 발명은 2차원 형상의 진공단열패널을 접어서 내부가 육면체 형상의 밀폐공간을 갖도록 하는 기술로서 레이저를 이용하여 심재에 접이선을 형성하는 기술에 관한 것으로, 구체적으로 심재를 구비한 내부 진공의 진공단열패널은 통상 평면 형상을 이루는데 평면 형상의 진공단열패널을 접어서 육면체의 파우치로 제작하는 것이 용이하지 않은 점을 고려하여 발명은 진공단열패널의 심재에 먼저 레이저를 이용하여 처리를 함으로써 패널을 용이하게 접을 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.

냉장고나 자동판매기, 보냉 상자 등에는 종래부터 단열재를 이용해 왔고, 근래에는 대단히 우수한 단열성을 가지는 단열재로서 진공단열재가 많이 사용되고 있다. 진공단열재는 기밀성을 소유하는 자루 모양의 외피재 내부에 유리 섬유, 폴리우레탄, 폴리스티렌 등 단열성 코어 재료를 충전하고, 그 내부를 진공 배기하여 밀봉한 구조를 가진다. 이 외피재는 내부를 장기간 진공 상태로 유지함과 동시에, 외부로부터의 가스의 침입을 방지하기 위하여 가스 배리어성이 높은 재료를 사용하고 있다. 이 가스 배리어성이 우수한 재료로서 알루미늄 박이 일반적으로 채용되고 있다. 알루미늄 박은 충분한 가스 배리어 성능을 소유하는 반면, 열 전도율이 높기 때문에, 외피재를 따른 열이동(히트 브리지)이 생기기 쉽고, 단열 성능이 저하되는 결점도 있다.

진공단열재(또는 진공단열패널)를 활용한 단열기술로는 등록특허 제10-1752669호(2017. 06. 30. 공고)에서 개시된 바와 같이 냉장고 내부 격벽에 진공단열재를 구비하는 기술 등이 알려져 있다.

종래기술 중에는 진공단열패널을 단열 상자 내부에 배치하여 단열 성능을 부여한 보냉 상자 등의 제품들도 있으나, 진공단열패널이 전체적으로 하나의 형태로 접힌 것이 아니고 복수 개의 별도의 패널이 각각의 보냉 상자 상하면과 측면에 배치되는 형태이었다. 그런데, 이렇게 별개의 진공단열패널이 배치되면, 보냉 상자의 모서리에서는 진공단열패널의 끝단이 마주 접하면서 배치되는 형상이 되는데, 이 경우 접하는 부위에서 단열 저하, 기체 교환 등으로 인하여 완전한 단열을 확보할 수 없어서 본연의 완벽한 단열 성능 발휘에는 많은 문제가 있었다.

진공단열패널은 그 자체 단열 성능은 매우 우수하나 육면체 상자의 내면에 별개의 진공단열패널이 장착되면 상자 모서리 부위 단열 성능확보에 문제가 있게 된다. 또한, 진공단열재의 특성상 모든 제품이 기계처럼 정확한 치수로 제작되기 어렵고, 일반적으로 ±1mm 수준의 치수 공차가 감안되는 바, 상자를 구성하기 위한 진공단열재의 수량이 늘어날수록 정확한 단열 시공이 어려워진다.

모서리 부위 단열 성능을 확보하기 위해서는 하나의 진공단열패널을 접거나 꺾어서 연속적인 모서리를 형성하여야 하나, 종래기술에서 진공단열패널을 접는 방법으로는 외피 표면에 접는 선을 따라 선형 압력을 가하고 그 형태로 접는 방식이 존재하였으나 그 방법과 기능이 매우 불편하고 비효율적이다.

종래 기술에 따를 때, 선형 압력을 가하기 위한 지그 장비가 필요하고 접는 선이 복잡하거나 다양할 경우 지그 장비로 접는 선에 맞추어 선형 압력을 가하는 작업이 매우 불편하거나 거의 불가능하였다. 진공단열패널에 판형 지그로 선형 압력을 가할 경우 접는 선의 형태가 달라지거나 사이즈가 달라지면 그때마다 판형 지그를 추가 제작해야 하는 번거로움이 따르고, 지그가 진공단열재를 누를 때마다 외피재에 손상을 야기할 수 있어 장시간 진공 유지해야 하는 진공단열패널 제품의 불량률이 높아지는 등 문제가 있었다.

본 발명은 위 문제를 해결하기 위해, 2차원 평면 형상인 하나의 진공단열패널을 접어서 육면체 형상의 내부 밀폐공간을 형성하는 방법에 대한 기술로서, 진공단열패널을 용이하게 접기 위한 기술을 제공하는 것을 목적으로 하며, 구체적으로는, 진공단열패널을 접어서 육면체 파우치 또는 상자로 제작하기 위해, 심재의 표면에 레이저를 이용하여 접이선을 형성하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 레이저 장비 위에 진공단열패널용 심재 원단을 로딩하는 로딩단계; 레이저 빔을 상기 심재 표면에 조사하여 접이선을 형성하는 조사단계; 및 상기 심재를 외피재에 수납하고 감압하는 수납단계;를 포함하는 진공단열패널 제조방법을 제공한다.

또한, 레이저 빔을 이용하여 상기 심재 원단의 외곽부를 절단하는 절단단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 조사단계에서 상기 심재 표면에는 레이저 빔에 의해 접이선이 그루브 형태로 형성될 수 있고, 상기 조사단계에서 상기 심재 표면은 레이저 빔에 의해 용융된 후 응고될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 진공단열패널 및 진공단열패널에 형성된 접이선을 따라 진공단열패널을 접어서 내부 밀폐공간을 형성한 파우치 또는 상자를 제공한다.

본 발명은 상기 구성에 의해서 진공단열패널을 원하는 형상으로 용이하게 접을 수 있고, 하나의 진공단열패널로 하나의 육면체 형상의 단열 상자를 형성할 수 있게 되어, 기체 누설이나 외피재 열교가 최소화된, 단열성능이 매우 우수한 단열 상자를 제공하는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 빔을 이용하여 진공단열패널용 심재 표면에 레이저 빔을 조사하는 모습이며,

도 2는 도 1의 레이저 빔에 의해 표면에 접이선이 형성되고 외곽부가 절단된 심재의 모습이며,

도 3은 도 2의 심재를 수납하여 감압한 진공단열패널의 모습이며,

도 4는 도 3의 진공단열패널의 접이선을 기준으로 진공단열패널을 접는 모습이며,

도 5는 도 4의 접이 과정을 통해 내부가 밀폐되는 내부공간을 가진 파우치의 하나의 예시이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 빔을 이용하여 진공단열패널용 심재 표면에 레이저 빔을 조사하는 모습이며, 도 2는 도 1의 레이저 빔에 의해 표면에 접이선이 형성되고 외곽부가 절단된 심재의 모습이며, 도 3은 도 2의 심재를 수납하여 감압한 진공단열패널의 모습이며, 도 4는 도 3의 진공단열패널의 접이선을 기준으로 진공단열패널을 접는 모습이며, 도 5는 도 4의 접이 과정을 통해 내부가 밀폐되는 내부공간을 가진 파우치의 하나의 예시이다.

진공단열재(또는 진공단열패널)는 대기압의 힘을 견뎌내고 내부 공간 (두께)를 형성하여 실질적으로 단열을 하는 심재와, 심재를 감싸며 진공을 유지하도록 외부 공기를 차단하는 외피재, 그리고 잔류 가스나 침투 가스를 화학적으로 흡착, 제거하여 진공도 파괴를 지연시키는 흡착제로 구성된다.

본 발명에서의 심재는 글라스울, 흄드 실리카, 유기섬유 (폴리에스터, 폴리프로필렌 등) 중 하나로 구성될 수 있으나, 용도가 식품 포장일 경우에는 유기섬유가 바람직하다. 진공단열재가 외부 힘으로 강제 파괴되면 내부 심재가 노출될 수 있기 때문이다. 외피재는 알루미늄 호일 (6~7 micron)이 포함된 호일 외피재와, 알루미늄이 50 ~ 100nm (0.05~0.1 micron) 증착 코팅된 증착 외피재와, 알루미늄 없이 무기투명증착, 유기투명증착 등으로 기체를 차단하는 비금속 투명 외피재 중 1개 이상을 채택하여 구성된다.

알루미늄 호일 외피재는 두꺼운 알루미늄 차단층이 존재하여, 기체를 아주 강력하게 차단할 수 있는 장점이 있다. 하지만 양면을 모두 알루미늄 호일 외피재로 구성할 경우, 알루미늄의 높은 열전도도로 인해 외피재를 타고 열이 내측에서 외측으로 흘러가 버리는 ‘열교 현상＇이 심하게 발생하여, 진공단열재의 의미가 퇴색되기 때문에 바람직하지 않다. 하지만 단일 진공단열패널의 크기가 상당히 커지는 경우에는 열교 현상이 상당히 많이 줄어들기 때문에, 면적 1m ² 이상의 패널에서는 필요 시 사용할 수도 있다.

알루미늄 증착 외피재나 비금속 투명 외피재는 알루미늄 호일의 부재로 인해 상대적으로 기체 차단능이 떨어지나, ‘열교 현상＇을 거의 완벽하게 차단할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 한 쪽면은 알루미늄 호일 외피재로, 나머지 한 쪽면은 증착 외피재 혹은 비금속 투명 외피재로 구성하여, 기체 차단과 열교 현상 제거를 모두 확보할 수 있다. 결국, 외피재의 구성은 제품의 요구 성능과, 내구성, 신뢰성 등을 모두 종합적으로 고려하여 적절히 결정하여야 한다.

본 발명은 하나의 진공단열패널을 접어서 내부가 갇힌 공간을 구현하는 새로운 방법으로, 1장의 진공단열재로 안정적인 사각 상자를 만들어 낼 수 있는 방법이다. 즉, 종래 기술에서는 진공단열재를 여러 장 사용해서 상자를 만들게 되는데, 이 경우 단열재가 만나는 선마다 선형 열교가 생기고 동시에 치수 부정합으로 인한 기체 누설 및 교환이 이루어지게 된다. 본 발명은 이러한 여러 장의 단열재가 모서리에서 만나는 것이 아니라, 1장의 진공단열패널로 이루어지므로 진공단열재 본연의 초단열 성능을 충분히 발휘할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 진공단열패널을 접어서 육면체 파우치로 제작하기 위해, 심재의 표면에 레이저를 이용하여 접이선을 형성하였다. 여기서 '접이선'이란 진공단열패널이 접히는 부분을 레이저를 이용하여 처리한 선을 의미한다. 본 발명에서는 레이저 빔 절단기를 응용하여 진공단열재 용 심재에 접이선을 손쉽게 부과하는 방법을 고안하였다.

레이저(laser) 가공은 레이저 빔(laser beam)을 피가공물에 집광 조사하고, 열 가공이나, 어브레이젼(abrasion) 가공 내지 절단 가공 등을 행하는 것이다. 일반적으로 레이저 가공은, 광원에서 레이저 빔을 발생시키는 과정과 레이저 빔의 경로를 조절하는 과정과 레이저 빔을 집광하는 과정과 피가공물 또는 레이저 빔을 상대 운동시키는 이송과정 등을 포함한다. 다만, 본 발명에서는 레이저 장비 자체나 레이저를 이용하는 가공 과정 등은 종래 일반적인 기술을 사용하므로, 레이저 가공원리에 대한 기술에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다. 본 발명에서는 레이저 가공장비 중 레이저 빔 절단기를 사용하는데, 이는 금속 등 소재를 정확한 치수로 가공할 수 있는 장비이다.

도 1은 본 발명에 따라 레이저 빔을 이용하여 진공단열패널용 심재(10) 표면에 레이저 빔을 조사하는 모습이다. 도 2는 도 1에서 도시된 레이저 장비의 빔에 의해 표면에 접이선이 형성되고 외곽부가 절단된 심재의 모습을 보여준다.

먼저, 레이저 장비 테이블 위에 심재 원단을 로딩하고, 심재 원단 표면에 레이저 장치(100)에서 레이저 빔을 조사하여 접이선(도 2의 L1)을 형성하게 된다. 그 결과, 심재 표면에는 레이저 빔 조사에 따라 접이선(L1)이 형성된다. 접이선은 진공단열패널이 접히는 곳으로 육면체 형상의 파우치를 만들기 위해 접혀지는 지점으로, 접는 방법에 따라 다양한 선의 형태가 가능하며 도 2에서는 그 중 하나의 예시적인 형태이다.

상기 접이선(L1)은 심재 표면에 레이저에 의해 처리되기 때문에, 레이저에 의해 심재의 일부가 용융되었다가 굳어진 형태를 이루면서 소정의 깊이의 홈을 이룬 것이다. 또한, 상기 접이선(L1)은 레이저 빔에 의해 심재 표면에 형성된 그루브(홈) 형태로 일정 깊이로 형성된 형상일 수 있다. 또한, 상기 접이선(L1)은 절단된 지점과 절단되지 않은 지점이 반복되는 점선 형태를 이룰 수도 있다. 그리고, 레이저 빔을 이용하여 상기 원단의 외곽부를 절단하는 절단단계를 더 포함한다. 외곽선(도 2의 E)는 심재의 외측 불필요한 부분을 절단하여 제거한 선이다.

그리고 이후 단계에서 상기 심재(10)를 외피재(20)에 수납하고 감압하는 수납단계를 거쳐서 진공단열패널을 이루게 된다.

도 3은 도 2에서 도시된 심재를 외피재 내부에 수납하여 감압한 진공단열패널의 모습이며, 내부 감압 과정을 거치면서 상기 심재 표면에 형성된 접이선(L1)을 따라 진공단열패널 외피재(20)의 표면에도 외피재 접이선(L2)이 드러나게 된다.

상기 심재(10)의 총 두께는, 진공단열재가 12mm 이상 두꺼워지면 그루브를 줘서 접는 것은, 필름이 너무 늘어나서 내구성이 약해지는 문제가 있으므로, 심재의 두께는, 진공 감압 후 12mm가 넘지 않도록 하는 것이 좋다. 단, 광원이 큰 레이저 빔을 조사하여 간격이 넓은 접이선을 형성하거나 또는 하나의 접이선 좌우로 복수의 접이선 가공을 추가로 하여 필름의 응력을 넓게 분산시킬 경우에는 25mm 까지도 가능하다. 본 발명에서 상기 레이저의 강도는 10W ~ 1000W로 하는 것이 좋다. 왜냐 하면, 10W보다 약하면 레이저를 천천히 이동시켜야 하는데 이것은 제조 효율이 좋지 않은 문제가 있고, 1000W 이상이면 심재 표면이 완전히 절단될 수 있어서 그루브 형성이 안 되기 때문이다.

심재 표면에 그루브를 형성하는 경우 그 홈의 깊이를 20% ~ 100%로 하는 것이 좋다. 100%로 하는 것은 접이선을 가공하는 과정 중 일부 영역에서는 심재를 완전히 절단하는 것도 가능하기 때문이다.

본 발명에서는 진공단열재의 심재(심재의 소재는 매우 다양할 수 있음)에 원하는 형상으로 접이선을 형성하기 위해 레이저 빔 절단기를 사용한 것이다. 레이저 빔은 미리 프로그램된 선의 궤적을 따라 매우 높은 정확도로 빠르게 접이선을 형성할 수 있어서 매우 효율적인 수단이다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 진공단열패널을 이용하여 상기 접이선을 따라 접어서 내부 공간이 밀폐된 육면체 형상의 파우치를 형성할 수 있다. 도 4는 진공단열패널의 외피재(20)에 드러나는 외피재 접이선(L2)을 따라 진공단열패널을 접는 모습을 도시하고 있다. 이러한 접는 방식은 다양한 방식이 가능할 것이다.

도 5는 도 4의 접는 과정을 통해서 내부 밀폐공간을 형성한 파우치(P)의 하나의 예를 도시하고 있다. 상기 파우치는 단독 보냉용기로 사용될 수도 있고, 또는 보냉가방이나 단열상자의 내부에 수납될 수 있다. 상기 파우치는 1장의 진공단열패널을 접어서 내부 공간을 형성하기 때문에, 상기 파우치를 내부에 수납한 보냉가방은 내부가 거의 완벽한 단열공간을 형성하게 되어 단열 효과가 매우 뛰어난 것을 확인하였다. 도 5는 하나의 진공단열패널을 접어서 하나의 파우치를 형성한 모습이다. 도 5에 도시된 파우치는 본체와 뚜껑이 별도의 진공단열패널로 만들어져 결합된 것이 아니라, 하나의 진공단열패널이 접혀서 본체와 뚜껑을 형성한 것이 특징이다. 육면체의 파우치를 접어서 만드는 방법은 매우 다양한 방법이 있을 수 있으므로 여기에서 구체적인 설명은 생략한다.

Claims (6)

1. 레이저 장비 위에 진공단열패널용 심재를 로딩하는 로딩단계;

   레이저 빔을 상기 심재 표면에 조사하여 접이선을 형성하는 조사단계; 및

   상기 심재를 외피재에 수납하고 감압하는 수납단계;를 포함하는,

   진공단열패널 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   레이저 빔을 이용하여 상기 심재의 외곽부를 절단하는 절단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열패널 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 조사단계에서

   상기 심재 표면에는 레이저 빔에 의해 접이선이 그루브 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열패널 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 조사단계에서

   상기 심재 표면은 레이저 빔에 의해 용융된 후 응고되는 것을 특징으로 하는 진공단열패널 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 진공단열패널.
6. 제5항의 진공단열패널에 형성된 접이선을 따라 진공단열패널을 접어서 내부 밀폐공간을 형성한 파우치 또는 상자.

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