KR100845674B1

KR100845674B1 - 단열 하우징 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR100845674B1
Application number: KR1020070038156A
Authority: KR
Inventors: 다까시 이세끼; 구니나리 아라끼; 도시미쯔 츠루가; 가쯔미 후꾸다
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-07-11
Also published as: CN100516624C; KR20070104250A; CN101059193A; JP2007285672A

Abstract

본 발명은 단열 하우징에 관한 것으로서, 양호한 외관 상태를 확보하고 미충전 공극이 없이 진공 단열 패널의 단열 특성을 발휘하고 경질 폴리우레탄폼의 사용량을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 단열 하우징 (7)은 외부 상자 (13) 및 내부 상자 (14)를 포함하는 하우징 (7A)에 형성되는 공간에 진공 단열 패널 (12)가 배치되고, 경질 폴리우레탄폼 (11)이 충전되어 있다. 단열 하우징 (7)은 시클로펜탄과의 용해성이 낮은 성분을 40 ％ 이상 가진 혼합물인 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 촉매, 정포제, 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 1.5 내지 1.8 중량부의 물, 및 13 내지 15 중량부의 시클로펜탄을 조합한 혼합 발포제 중에서 반응시키는 경질 폴리우레탄폼을 이용하고, 진공 단열 패널 (12)의 면의 우레탄 유동 두께를 진공 단열 패널 두께의 2배 이상으로 하고, 주입구 (6)으로부터 20 mm 이상 떨어져서 진공 단열 패널 (12)를 배치하여 경질 폴리우레탄폼 (11)이 충전되어 있다.

단열 하우징, 경질 폴리우레탄폼

Description

단열 하우징 및 그의 제조 방법{HEAT-INSULATING HOUSINGS AND PREPARATION METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 단열 하우징에 이용하는 폴리올과 이소시아네이트의 2액 혼합에 의한 경질 폴리우레탄폼의 생성 원리를 설명하는 도면이다.

도 2는 본 실시 형태의 단열 하우징에서의 경질 폴리우레탄폼의 충전 상태를 설명하는 모식도이다.

도 3은 본 실시 형태에서 제조된 단열 하우징의 주요부 단면도이다.

도 4는 본 실시 형태에 관한 단열 하우징의 투시 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 폴리올

2: 이소시아네이트

3: 믹싱 헤드

5: 우레탄 원액

6: 주입구

7: 단열 하우징

7A: 하우징

8: 냉장고 제품 배면

9: 주입 헤드

10: 경질 폴리우레탄폼의 절단 샘플

11: 경질 폴리우레탄폼

12: 진공 단열 패널

13: 외부 상자

14: 내부 상자

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-283385호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2001-99392호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2002-90048호 공보

본 발명은 단열 하우징 및 그의 제조 방법에 관한 것이고, 특히 냉장고, 냉동고, 냉장 쇼케이스 및 자동 판매기 등에 이용하는 단열 하우징 및 그의 제조 방법에 적합한 것이다.

최근 지구 온난화 방지의 관점에서 에너지 절약이 강력히 요망되고 있고, 모든 분야에서 에너지 절약화는 과제가 되고 있어, 열을 효율적으로 이용한다는 관점에서 우수한 단열 성능을 가진 단열 하우징이 요구되고 있다.

따라서, 경질 폴리우레탄폼과 열전도율이 낮은 진공 단열 패널을 병용하여 단열층으로 하는 단열 하우징, 예를 들면 일본 특허 공개 제2000-283385호 공보(특허 문헌 1), 일본 특허 공개 제2001-99392호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 공개 제2002-90048호 공보(특허 문헌 3)에 개시되는 단열 하우징이 안출되어 있다.

이들 단열 하우징은 외부 상자 및 내부 상자를 포함하는 하우징을 형성하고, 이 하우징의 외부 상자와 내부 상자 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널을 배치한 상태에서 경질 폴리우레탄폼을 충전한 단열 하우징이다.

또한, 경질 폴리우레탄폼에 관해서는 발포제의 프론 규제에 따라, 오존층 파괴 계수가 0인 탄화수소계 화합물 중에서 가스의 열전도율이 낮고, 경질 폴리우레탄폼의 발포에 적합한 비점을 가진 시클로펜탄이 발포제로서 주류를 이루고 있다.

최근 원유 가격의 폭등이나 전세계에서의 우레탄 원료의 수급 불균형 등으로 인해, 세계적인 우레탄 원료의 핍박이나 우레탄 원료가격의 폭등 등의 문제가 발생하고 있다.

따라서, 진공 단열 패널을 두껍게 하거나 진공 단열 패널에 대응하는 공간을 좁게 하여 경질 폴리우레탄폼의 충전 용적을 작게 함으로써, 우레탄 원료를 감소시키는 것이 생각된다. 그러나 이와 같이 하면, 진공 단열 패널이 장해물이 되고, 진공 단열 패널을 제외한 공간 내를 발포 유동하는 경질 폴리우레탄폼에 있어서는 엄격한 조건이 되는 것이 상정된다. 예를 들면, 진공 단열 패널을 탑재한 부위의 급격한 경질 폴리우레탄폼의 단열 두께의 변화에 의해서 경질 폴리우레탄폼의 수축의 발생 및 그것에 접착하는 외부 상자의 국소 왜곡 불량의 발생, 또는 경질 폴리우레탄폼 유동 저해에 의한 국소적인 경질 폴리우레탄폼 미충전부의 발생 및 그것에 따른 단열 성능의 저하, 또는 변측적인 경질 폴리우레탄폼 유동에 의한 표층 공극의 발생에 의한 외부 상자의 국소 왜곡 불량의 발생 등의 문제가 발생하는 것이 상정된다.

본 발명의 목적은 진공 단열 패널 탑재의 단열 하우징에서의 양호한 외관 상태를 확보하고 미충전 공극이 없고 진공 단열 패널의 단열 특성을 발휘하는 것이 가능하면서도, 경질 폴리우레탄폼의 사용량을 억제시킬 수 있는 단열 하우징 및 그의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 양태는 외부 상자 및 내부 상자를 포함하는 하우징의 상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널이 배치된 상태에서 경질 폴리우레탄폼이 충전된 단열 하우징에서, 시클로펜탄과의 용해성이 낮은 성분을 40 ％ 이상 가진 혼합물인 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 촉매, 정포제(整泡劑), 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 1.2 내지 2.0 중량부의 물, 및 13 내지 15 중량부의 시클로펜탄을 조합한 혼합 발포제 중에서 반응시키는 경질 폴리우레탄폼을 이용하고, 상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간의 상기 진공 단열 패널이 설치된 면에서의 상기 경질 폴리우레탄폼이 유동하는 간극으로서, 상기 진공 단열 패널의 두께의 2배 이상의 간극을 확보하고, 상기 경질 폴리우레탄폼을 충전하기 위한 주입구에 가장 가까운 상기 진공 단열 패널의 단변이 해당 주입구로부터 20 mm 이상 떨어지도록 상기 진공 단열 패널을 상기 하우징 내에 배치시키고, 상기 경질 폴리우레탄폼이 충전되어 있는 것이다.

이러한 본 발명의 제1 양태의 보다 바람직한 구체적인 구성예는 다음과 같다.

(1) 상기 경질 폴리우레탄폼의 주입구로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 경질 폴리우레탄폼의 스킨층의 전체 밀도가 30 내지 33 kg/㎥이고, 압축 강도가 0.1 MPa 이상이며, 공기 중에 70 ℃와 -20 ℃의 온도에서 24 시간 동안 방치시킨 후의 치수 변화율이 1.0 ％ 이하가 되는 상기 경질 폴리우레탄폼을 이용한 것.

(2) 상기 진공 단열 패널로서, 결합제를 포함하지 않는 무기 섬유 중합체를 단체 또는 플라스틱 필름를 포함하는 안주머니 내에 수납한 심재(芯材)와, 상기 심재를 수납하여 내부를 감압하고 주연부를 용착하여 밀봉한 라미네이트 필름을 포함하는 외포재를 구비한 진공 단열 패널을 이용한 것.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제2 양태는 외부 상자 및 내부 상자를 포함하는 하우징을 형성하고, 이 하우징의 상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널을 배치한 상태에서 경질 폴리우레탄폼을 충전하여 단열 하우징을 형성하는 단열 하우징의 제조 방법에서, 시클로펜탄과의 용해성이 낮은 성분을 40 ％ 이상 가진 혼합물인 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 촉매, 정포제, 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 1.2 내지 2.0 중량부의 물, 및 13 내지 15 중량부의 시클로펜탄을 조합한 혼합 발포제 중에서 반응시키는 경질 폴리우레탄폼을 이용하고, 상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간의 상기 진공 단열 패널이 설치된 면에서의 상기 경질 폴리우레탄폼이 유동하는 간극으로서, 상기 진공 단열 패널의 두께의 2배 이상의 간극을 확보하고, 상기 경질 폴리우레탄폼을 충전하기 위한 주입구에 가장 가까운 상기 진공 단열 패널의 단변이 해당 주입구로부터 20 mm 이상 떨어지도록 상기 진공 단열 패널을 상기 하우징 내에 배치하고, 이 상태에서 상기 경질 폴리우레탄폼을 충전하는 것에 있다.

이러한 본 발명의 제2 양태의 보다 바람직한 구체적인 구성예는 다음과 같다.

(1) 상기 경질 폴리우레탄폼의 주입구로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 경질 폴리우레탄폼의 스킨층의 전체 밀도가 30 내지 33 kg/㎥이고, 압축 강도가 0.1 MPa 이상이며, 공기 중에 70 ℃와 -20 ℃의 온도에서 24 시간 동안 방치시킨 후의 치수 변화율이 1.0 ％ 이하가 되는 상기 경질 폴리우레탄폼을 이용하는 것.

(2) 상기 진공 단열 패널로서, 결합제를 포함하지 않는 무기 섬유 중합체를 단체 또는 플라스틱 필름를 포함하는 안주머니 내에 수납한 심재와, 상기 심재를 수납하여 내부를 감압하고 주연부를 용착하여 밀봉한 라미네이트 필름을 포함하는 외포재를 구비한 진공 단열 패널을 이용하는 것.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 한 실시 형태에 관한 단열 하우징 및 그의 제조 방법에 대 해서 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다. 본 실시 형태의 단열 하우징은 냉장고용 단열 하우징의 예이다.

본 실시 형태의 단열 하우징은 외부 상자 (13) 및 내부 상자 (14)를 포함하는 하우징 (7A)를 형성하고, 이 하우징 (7A)의 외부 상자 (13)과 내부 상자 (14) 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널 (12)를 배치한 상태에서 경질 폴리우레탄폼 (11)을 충전한 것이다.

그리고 본 실시 형태에서는, 시클로펜탄과의 용해성이 낮은 성분을 40 ％ 이상 가진 혼합물인 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 촉매, 정포제, 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 1.5 내지 1.8 중량부의 물, 및 13 내지 15 중량부의 시클로펜탄을 조합한 혼합 발포제 중에서 반응시키는 경질 폴리우레탄폼을 이용한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 하우징 (7A)의 외부 상자 (13)과 내부 상자 (14) 사이에 형성되는 공간의 진공 단열 패널 (12)가 설치된 면에서의 경질 폴리우레탄폼 (11)이 유동하는 간극(우레탄 유동 두께) T로서, 진공 단열 패널 (12)의 두께 t의 2배 이상의 간극을 확보하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 충전하기 위한 주입구 (6)에 가장 가까운 진공 단열 패널 (12)의 변의 위치가 해당 경질 폴리우레탄폼 주입구 (6)으로부터 20 mm 이상 떨어지도록 진공 단열 패널 (12)를 하우징 (7A) 내에 배치하고, 이 상태에서 경질 폴리우레탄폼 (11)을 충전하도록 하고 있다.

이러한 본 실시 형태에 따르면, 진공 단열 패널 (12) 탑재의 단열 하우징 (7)에서의 양호한 외관 상태를 확보하고 미충전 공극 등이 없이 진공 단열 패널 (12)의 단열 특성을 발휘하는 것이 가능하면서도, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 사용량을 억제하는 것이 가능한 단열 하우징 및 그의 제조 방법으로 할 수 있다. 이러한 효과가 얻어지는 구체적인 이유에 대해서 이하에 설명한다.

본 실시 형태의 단열 하우징 및 그의 제조 방법에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 개별적인 용기에 저류(貯留)한 폴리올 (1)과 이소시아네이트 (2)의 2액을 믹싱 헤드 (3)에 의해 교반하고, 도 2에 도시한 바와 같이 교반한 우레탄 원액 (5)를 주입 헤드 (9)로부터 대상으로 하는 하우징 (7A) 내에 주입한다.

하우징 (7A)에 우레탄 원액 (5)를 주입하는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 하우징 (7A)의 배면 (8)을 위로 한 상태에서, 이 배면 (8)의 각부 4개소에 형성된 주입구 (6)를 통해서 행해진다. 이들 주입구 (6)에 대응하여 주입 헤드 (9)가 배치된다. 또한, 외부 상자 (13)의 이면측에는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 미리 진공 단열 패널 (12)가 접착 또는 테이프 등에 의해 점착되어 있다.

주입 헤드 (9)로부터 하우징 (7A) 내에 주입된 우레탄 원액 (5)는, 도 2에 도시한 바와 같이 중력에 따라서 아래쪽으로 낙하한 후, 발포에 의해 용적을 증가시키면서 하우징 (7A) 내에서 상측으로 상승하고, 하우징 (7A) 내의 전체로 유동하고, 도 3에 도시한 바와 같이 외부 상자 (13) 또는 진공 단열 패널 (12)와 내부 상자 (14) 사이에 경질 폴리우레탄폼 (11)이 되어 충전된다.

이 발포 공정에서, 진공 단열 패널 (12)에 의해 경질 폴리우레탄폼 (11)이 유동하는 공간이 좁아지면 유동 장해가 발생하여 경질 폴리우레탄폼 (11)이 충전되어 있지 않은 공동 부분(미충전 공극)이 발생한다. 공동 부분이 발생하면, 제품이 움푹패여 의장상의 문제가 발생함과 동시에, 이 공동부를 통해서 냉장고 내의 열이 외부에 빠져나가게 되어 냉장고의 소비 전력량이 커진다는 문제가 발생한다.

따라서, 도 2 내지 도 4에 도시한 단열 하우징 (7) 중, 가장 넓은 면적인 진공 단열 패널 (12)를 탑재하고, 사용시에 그 외관도 눈에 띄기 쉽다고 생각되는 단열 하우징 (7)의 측면 부분에 대해서, 진공 단열 패널 (12)의 두께와 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께와의 관계로 경질 폴리우레탄폼 (11)의 미충전 공극의 유무, 열전도율, 및 밀도의 3가지 요소를 복수개의 예로 비교 평가하였다.

그 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 여기서 도 3에 도시한 바와 같이 진공 단열 패널 (12)의 두께 치수를 t로 하고, 진공 단열 패널 (12)와 냉장고 내부 상자 (14)로 형성되는 공간의 두께 치수를 T로 한다. 또한, 이 평가에서 사용한 경질 폴리우레탄폼 (11)은 냉장고의 단열 성능의 지표인 열전도율을 추구한 처방을 이용하였다. 또한, 실험에서는 단열 하우징 (7)의 측면 부분의 미충전 공극의 유무와, 냉장고 실기의 해당부에서 200 mm×200 mm로 샘플링한 경질 폴리우레탄폼 (11)의 절단 샘플 (10)(도 2 참조)의 열전도율과, 냉장고 실기의 해당부에서 50 mm×50 mm로 샘플링한 경질 폴리우레탄폼 (11)의 절단 샘플 (10)(도 2 참조)의 전체 밀도 및 코어 밀도를 측정하였다.

(종래예 1)

표 1의 종래예 1은 진공 단열 패널을 탑재하지 않고, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 35 mm로 설정한 예이다. 이 종래예 1에서는, 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에 미충전 공극은 관찰되지 않고, 열전도율은 10 ℃에서 18.5 mW/m·K이고, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 2.9였다. 이상으로부터, 종래예 1은 경질 폴리우레탄폼 (11)의 상태는 스킨층도 얇아 양호하다고 생각되고, 열전도율도 양호한 수치가 되었다. 또한, 종래예 1은 진공 단열 패널을 탑재하지 않았기 때문에, 진공 단열 패널을 탑재한 것과 비교하여 단열 하우징으로서의 단열 성능은 낮은 것이다.

(비교예 1)

표 1의 비교예 1은 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 5 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 8 mm로 설정한 예이다(T<2t). 이 비교예 1에서는 경질 폴리우레탄 폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에는 미충전 공극이 발생하고, 열전도율은 20.2 mW/m·K로 불량하며, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 5.3으로 높은 결과가 되었다. 이는 급격한 경질 폴리우레탄폼 (11)의 단열 두께의 변화에 의해, 유동시에 발포 가스를 끌어모아 스킨층을 형성하기 쉽고, 폼의 상태는 매우 악화되며, 국지적으로 밀도도 상승하고, 열전도율이 악화되었다고 생각된다. 이 열전도율의 악화는 냉장고의 소비 전력량이 커진다는 문제를 발생시킨다.

(실시예 1)

표 1의 실시예 1은 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 5 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 10 mm로 설정한 예이다(T=2t). 이 실시예 1에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에 미충전 공극은 발생하지 않으며, 열전도율은 18.7 mW/m·K, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 3.2가 되고, 경질 폴리우레탄폼 (11) 그 자체로는 종래예 1과 크게 차이가 없는 수치가 되어 있다. 이는 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동이 원활하게 행해져 경질 폴리우레탄폼 (11)이 가진 실력 그대로의 물성이 얻어지고 있는 것으로 생각된다.

(실시예 2)

표 1의 실시예 2는 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 5 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 15 mm로 설정한 예이다(T>2t). 이 실시예 2에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에 미충전 공극은 발생하지 않으며, 열전도율은 18.5 mW/m·K, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 3.4가 되고, 종래예 1과 크게 차이가 없는 수치가 되어 있다. 이는 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동이 원활하게 행해져 실제의 경질 폴리우레탄폼 (11)이 가진 실력 그대로의 물성이 얻어지고 있는 것으로 생각된다.

(비교예 2)

표 1의 비교예 2는 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 10 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 15 mm로 설정한 예이다(T<2t). 비교예 2에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에는 미충전 공극이 발생하고, 열전도율은 19.6 mW/m·K로 불량하며, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 5.1로 높은 결과가 되었다. 이는 급격한 경질 폴리우레탄폼 (11)의 단열 두께의 변화에 의해서, 유동시에 발포 가스를 끌어모아 스킨층을 형성하기 쉽고, 폼의 상태는 매우 악화되며, 국지적으로 밀도도 상승하여 열전도율이 악화되었다고 생각된다.

(실시예 3)

표 1의 실시예 3은 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 10 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 20 mm로 설정한 예이다(T=2t). 이 실시예 3에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에 미충전 공극은 발생하지 않으며, 열전도율은 18.6 mW/m·K, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 3.5가 되고, 경질 폴리우레탄폼 (11) 그 자체로는 종래예 1과 크게 차이가 없는 수치가 되어 있다. 이는 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동이 원활하게 행해져 경질 폴리우레탄폼 (11)이 가진 실력 그대로의 물성이 얻어지고 있는 것으로 생각된다.

(실시예 4)

표 1의 실시예 4는 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 10 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 25 mm로 설정한 예이다(T>2t). 이 실시예 4에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에 미충전 공극은 발생하지 않으며, 열전도율은 18.5 mW/m·K, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 3.3이 되고, 약간 차이는 있지만 종래예와 크게 차이가 없는 수치가 되어 있다. 이것은, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동이 원활하게 행해져 경질 폴리우레탄폼 (11)이 가진 실력 그대로의 물성이 얻어지고 있는 것으로 생각된다.

(비교예 3)

표 1의 비교예 3은 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 15 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 10 mm로 설정한 예이다(T<2t). 이 비교예 3에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에는 미충전 공극이 발생하고, 열전도율은 19.4 mW/m·K로 불량하며, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 5.1로 높은 결과가 되었다. 이는 급격한 경질 폴리우레탄폼 (11)의 단열 두께의 변화에 의해서, 유동시에 발포 가스를 끌어모아 스킨층을 형성하기 쉽고, 폼의 상태는 매우 악화되며, 국지적으로 밀도도 상승하여 열전도율이 악화되었다고 생각된다.

(실시예 5)

표 1의 실시예 5는, 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 15 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 30 mm로 설정한 예이다(T=2t). 이 실시예 5에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에 미충전 공극은 발생하지 않으며, 열전도율은 18.5 mW/m.K, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 3.4가 되고, 경질 폴리우레탄폼 (11) 그 자체로는 종래예 1과 크게 차이가 없는 수치가 되어 있다. 이는 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동이 원활하게 행해져 경질 폴리우레탄폼 (11)이 가진 실력 그대로의 물성이 얻어지고 있는 것으로 생각된다.

(실시예 6)

표 1의 실시예 6은 진공 단열 패널 (12)의 두께 t를 15 mm, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T를 40 mm로 설정한 예이다(T>2t). 이 실시예 6에서는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 발포했을 때, 해당부 근방에 미충전 공극은 발생하지 않으며, 열전도율은 18.6 mW/m·K, 전체 밀도로부터 코어 밀도를 줄인 수치는 3.4가 되고, 경질 폴리우레탄폼 (11) 그 자체로는 종래예 1과 크게 차이가 없는 수치가 되어 있다. 이는 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동이 원활하게 행해져 경질 폴리우레탄폼 (11)이 가진 실력 그대로의 물성이 얻어지고 있는 것으로 생각된다.

표 1에 나타내는 평가 결과로부터, 외부 상자 (13)과 내부 상자 (14) 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널 (12)를 배치한 상태에서 경질 폴리우레탄폼 (11)을 충전하여 단열 하우징을 형성하는 경우에는, 경질 폴리우레탄폼 (11)이 유동하는 간극으로서, 진공 단열 패널 (12)의 두께의 2배 이상의 간극을 확보할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 도 2 내지 도 4에 도시한 단열 하우징 (7) 중, 가장 넓은 면적인 진공 단열 패널 (12)를 탑재하고, 사용시에 그 외관도 눈에 띄기 쉽다고 생각되는 단열 하우징 (7)의 측면 부분에 대해서, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 주입구 (6)과 그것에 가까운 측의 진공 단열 패널 (12)의 단면까지의 거리와의 관계로 외부 상자 (13)의 측면의 외관 왜곡의 상황, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 미충전 공극의 유무, 저항 압력의 3가지 요소를 복수개의 예로 비교 평가하였다.

그 평가 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 여기서 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 4변 중 가장 우레탄 주입구측의 끝변과의 거리를 L로 한다. 또한, 이 평가에서 사용한 경질 폴리우레탄폼 (11)은 냉장고의 단열 성능의 지표인 열전도율을 추구한 처방을 이용하였다. 또한, 실험에서는 -10 ℃로 유지한 저온실에 8 시간 동안 방치했을 때의 냉장고 측면 해당부의 왜곡의 관찰과, 냉장고 실기의 해당부의 표층 공극의 유무의 확인, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 주입구 (6)으로부터 30 mm의 거리에서의 50 mm×50 mm로 샘플링한 경질 폴리우레탄폼 (11)의 항압력을 측정하였다.

(종래예 2)

표 2의 종래예 2는 진공 단열 패널을 탑재하지 않고, 경질 폴리우레탄폼 (11)만으로 행한 예이다. 종래예 2에서는, 주입구 (6)의 근방에서의 외관 왜곡은 양호하고, 눈에 띈 표층 공극도 보이지 않으며, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 항압력은 0.15 MPa로 양호한 수치를 나타내었다.

(비교예 4)

표 2의 비교예 4는 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 끝변과의 거리 L이 0 mm인 예이다(L=0). 이 비교예 4에서는, 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 단변이 일치하기 때문에, 주입구 (6)의 근방에서는 큰 왜곡이 관찰되고, 표층 공극도 점재하며, 항압력은 0.07 MPa로 작아 폼 강도가 떨어지는 결과가 되었다.

이는 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동 두께 T가 진공 단열 패널 (12)에 의해서 국소적으로 얇아지고 발포 개시로 국소적으로 얇아져 있기 때문에, 단열 두께의 단차에서 경질 폴리우레탄폼 (11)의 셀이 신장함으로써 수축이 일어나기 쉽고, 외부 상자 의장면의 왜곡의 발생 요인이 된다고 생각된다. 또한, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 주입구 (6) 부근에서는 발포 우레탄 주입시 원액이 튀거나, 외부 상자에의 발포 우레탄 원액의 비산 등으로 경질 폴리우레탄폼 (11)이 황폐해지기 쉽고, 표층 공극이 발생하기 쉽다. 특히, 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 단변이 중첩되면, 표층 공극이 발생하기 쉬워진다고 생각된다. 이 표층 공극이 발생하면, 제품이 움푹패여 의장상의 문제가 발생함과 동시에, 이 공동부로부터 냉장고 내의 열이 외부로 빠져나가게 되어 냉장고의 소비 전력량이 커진다는 문제가 발생한다.

(비교예 5)

표 2의 비교예 5는 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 끝변과의 거리 L이 10 mm인 예이다(L=10). 이 비교예 5에서는 주입구 (6)의 근방에서는 왜곡이 관찰되고, 표층 공극도 점재하며, 항압력은 0.10 MPa로 폼 강도가 약간 떨어지는 결과가 되었다.

(비교예 6)

표 2의 비교예 6은 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 끝변과의 거리 L이 15 mm인 예이다(L=15). 이 비교예 6에서는 주입구 (6)의 근방에서는 작은 왜곡이 관찰되고, 표층 공극도 작은 것이 다소 존재하는 결과가 되었다. 한편, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 항압력은 0.13 MPa가 되고, 종래예 2에 가까운 값이 되었다.

(실시예 7)

표 2의 실시예 7은 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 끝변과의 거리 L이 20 mm인 예이다(L=20). 이 실시예 7에서는 진공 단열 패널 부분은 단열 두께가 국소적으로 얇아져 있지만, 주입구 (6)으로부터 유동 거리가 확보되어 있기 때문에, 우레탄 증점에 큰 영향은 없고, 큰 공극의 발생도 없었다. 이에 따라, 비교적 양호한 외관 상태를 확보하고, 미충전 공극 등이 없으며, 진공 단열 패널의 단열 특성을 발휘하는 것이 가능한, 즉 소비 전력량이 작은 냉장고를 제공하는 것이 가능하다 할 수 있다. 또한, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 주입구 (6)으로부터 30 mm의 거리에서 채취한 우레탄폼 (11)의 항압력을 측정한 바, 0.15 MPa이고, 진공 단열 패널을 설치하지 않는 종래예 2와 동등한 수치가 되었다.

(실시예 8)

표 2의 실시예 8은 주입구 (6)과 진공 단열 패널 (12)의 끝변과의 거리 L이 25 mm인 예이다(L=20). 이 실시예 8에서는 진공 단열 패널 부분은 단열 두께가 국소적으로 얇아져 있지만, 주입구 (6)으로부터 유동 거리가 확보되어 있기 때문에, 우레탄 증점에 큰 영향은 없고, 큰 공극의 발생도 없었다. 이에 따라, 비교적 양호한 외관 상태를 확보하고, 미충전 공극 등이 없으며, 진공 단열 패널의 단열 특성을 발휘하는 것이 가능한, 즉 소비 전력량이 작은 냉장고를 제공하는 것이 가능하다 할 수 있다. 또한, 경질 폴리우레탄폼의 주입구로부터 30 mm의 거리에서 채취한 우레탄폼의 항압력을 측정한 바, 0.15 MPa이고, 진공 단열 패널을 설치하지 않는 종래예 2와 동등한 수치가 되었다.

표 2에 나타내는 평가 결과로부터, 외부 상자 (13)과 내부 상자 (14) 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널 (12)를 배치한 상태에서 경질 폴리우레탄폼 (11)을 충전하여 단열 하우징을 형성하는 경우에는, 주입구 (6)에 가장 가까운 진공 단열 패널 (12)의 단변이 주입구로부터 20 mm 이상 떨어지도록 진공 단열 패널 (12)를 하우징 (7A) 내에 배치하고, 이 상태에서 경질 폴리우레탄폼 (11)을 충전할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 재료의 조성 배합에 대해서, 전체 밀도, 압축 강도, 저온 치수 변화율, 고온 치수 변화율, 열전도율, 폼 상태의 6가지 요소를 복수개의 예로 비교 평가하였다.

그 평가 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 여기서 프로필렌옥시드로 부가한 m-톨릴렌디아민계 폴리에테르폴리올(폴리올 A라 칭함), 프로필렌옥시드로 부가한 o-톨릴렌디아민계 폴리에테르폴리올(폴리올 B라 칭함), 프로필렌옥시드로 부가한 트리에탄올아민계 폴리에테르폴리올(폴리올 C라 칭함), 프로필렌옥시드로 부가한 수크로오스계 폴리에테르폴리올(폴리올 D라 칭함), 폴리에스테르폴리올(폴리올 E라 칭함)의 혼합 폴리올 성분 100 중량부를 이용하여, 발포제로서 물 및 시클로펜탄, 그것에 반응 촉매 및 정포제를 첨가하고, 이소시아네이트 성분으로서 폴리메틸렌폴리페닐디이소시아네이트를 사용하고, 도 2에 도시한 4점 주입에 의해 냉장고 실기에 충전 발포하여 경질 폴리우레탄폼 (11)을 제조하였다.

또한, 표 3의 각 물성·특성은 하기와 같이 하여 조사하였다.

전체 밀도: 주입구 (6)으로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 부분에서 채취하고, 50 mm×50 mm×35 tmm의 스킨층이 부착된 경질 폴리우레탄폼 (11)의 중량 (A)를 측정한다. 비어커 중에 증류수 및 금속침으로 수몰시켰을 때의 부피 (B)를 측정하고, 중량 (A)를 부피 (B)로 뺀 값을 전체 밀도로서 평가하였다.

압축 강도: 주입구 (6)으로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 부분에서 채취하고, 50 mm×50 mm×20 내지 25 tmm로 절단한 경질 폴리우레탄폼 (11)을 이송 속도 4 mm/분으로 부하하고, 10 ％ 변형시 하중을 본래의 수압 면적에서 뺀 값을 압축 강도로서 평가하였다.

저온 치수 변화율: 주입구 (6)으로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 부분에서 채취하고, 150 mm×300 mm×20 내지 25 tmm로 절단한 경질 폴리우레탄폼을 -20 ℃에서 24 시간 동안 방치했을 때의 두께 치수 변화율을 평가하였다.

고온 치수 변화율: 주입구 (6)으로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 부분에서 채취하고, 150 mm×300 mm×20 내지 25 tmm로 절단한 경질 폴리우레탄폼을 70 ℃에서 24 시간 동안 방치했을 때의 두께 치수 변화율을 평가하였다.

열전도율: 주입구 (6)으로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 부분에서 채취하고, 200 mm×200 mm×20 내지 25 tmm로 절단한 경질 폴리우레탄폼 (11)을 에이코 셍끼사 제조 HC-071형(열류계법, 평균 온도 10 ℃)을 이용하여 평가하였다.

폼 상태: 주입구 (6)으로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 부분의 상태를 육안으로 판단하였다.

(비교예 6)

표 3의 비교예 6은 폴리올 A를 60부, 폴리올 C를 20부, 폴리올 D를 5부, 폴리올 E를 15부 배합한 혼합 폴리올에 물 부수를 0.5부, 발포제인 시클로펜탄을 18부가하고, 다른 보조제와 이소시아네이트 용액을 반응시켜 발포한 예이다. 이 배합은 탄산 가스 발생을 억제하기 위해서 물 부수를 적게 하고, 시클로펜탄 부수를 많게 하여 발포 효율을 높이는 것으로, 열전도율 개선에 특화한 조합이다.

그 결과 전체 밀도가 커지고, 주입량이 많아지고 있다. 이는 물 부수가 적기 때문에, 경질 폴리우레탄폼 (11)의 유동성이 떨어지는 결과가 되었다고 생각된다. 또한, 치수 안정성은 고온 치수 변화율이 크고, 경시적인 폼의 열화가 염려된다.

(비교예 7)

표 3의 비교예 7은 비교예 6에 대하여 폴리올 A를 반감시키고, 신규로 폴리올 B를 추가하고, 물 부수도 1.1부로 증량하여 시클로펜탄의 부수를 16부로 한 예이다. 그 결과, 비교예 7에서는 비교예 6에 대하여 전체 밀도는 낮아지지만, 저온 치수 변화율이 커지고, 폼 표면에 표층 공극이 보였다. 표층 공극은 냉장고 실기에서는 외부 상자의 오목부나 왜곡으로 연결된다.

(비교예 8)

표 3의 비교예 8은 비교예 7에 대하여 폴리올 A를 없애고, 폴리올 B를 중심으로 하는 배합으로 하고, 물 부수를 1.4부로 증량하고, 시클로펜탄을 14부로 줄인 예이다. 그 결과, 비교예 8에서는 비교예 6에 대하여 전체 밀도는 낮아졌지만, 저온 치수 변화율이 커지고, 폼 표면에 표층 공극이 보였다.

이상으로부터, 폴리올 B의 배합에 의해 표층 공극의 발생이 염려되기 때문에, 실시예 9 내지 11에서는 폴리올 B를 배합하지 않고 실시하였다.

(비교예9)

표 3의 비교예 9는 비교예 6에 대하여 폴리올 A를 약간 줄여 40부로 하고, 폴리올 C 및 폴리올 D를 증가시키고, 물 부수를 1.2부로 하고, 시클로펜탄량을 12부로 줄인 예이다.

그 결과, 비교예 9에서는 비교예 6에 대하여 전체 밀도는 낮아졌지만, 열전도율이 커졌다. 열전도율이 커지면, 냉장고 실기에서의 냉각 능력의 악화로 연결된다.

(실시예 9)

표 3의 실시예 9에서는 열전도율 개선을 위해 시클로펜탄 부수를 15부로 증가시켰다. 또한, 폴리올 E를 증량하고 시클로펜탄과의 상용성이 낮은 폴리올 성분이 폴리올 성분 전체의 40 ％를 차지하도록 배합하였다. 또한, 유동성을 향상시키는 것을 목표로 물 부수를 증가시켜 1.5부로 하였다.

그 결과, 실시예 9에서는 비교예 9에 대하여 전체 밀도, 압축 강도, 저온 치수 변화율, 고온 치수 변화율, 열전도율, 폼 상태의 6가지 요소로 우수한 성능이 얻어졌다.

(실시예 10)

표 3의 실시예 10에서는 실시예 9에 대하여 물 부수를 1.8부로 더욱 증가시키고, 그것 이외의 배합에 대해서는 그대로로 하였다. 그 결과, 주입량에 대해서는 한층더 감소를 달성하였다. 단, 폼의 전체 밀도도 작아지고 있고, 그에 따라 압축 강도도 저하되고 있다. 치수 안정성은 더욱 양호해졌다.

(실시예 11)

표 3의 실시예 11에서는 실시예 10에 대하여 시클로펜탄과의 상용성이 낮은 폴리올 D의 배합량을 증가시키고, 폴리올 전체에 대하여 시클로펜탄과의 상용성이 낮은 폴리올의 비율이 50 ％ 이상이 되도록 배합하였다. 그 결과, 주입량에 대해서는 대폭 감소시켰다. 또한, 전체 밀도가 작아지고 있지만, 압축 강도는 대폭 개선하여 비교예에 가까운 수치가 되고 치수 안정성도 양호한 결과가 되어 있다. 이는 시클로펜탄과의 상용성이 낮은 폴리올을 첨가하는 것이 시클로펜탄에 대하여 기포셀이 보다 불용이 되고, 발포제인 시클로펜탄이 기포셀 내에 충분히 밀봉되어 시클로펜탄과 기포셀 내의 가소화 효과가 보다 작아지기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 폼의 상태, 열전도율에 대해서도 양호하였다.

표 3에 나타내는 평가 결과로부터, 외부 상자 (13)과 내부 상자 (14) 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널 (12)를 배치한 상태에서 경질 폴리우레탄폼 (11)을 충전하여 단열 하우징을 형성하는 경우에는, 시클로펜탄과의 용해성이 낮은 성분을 가진 혼합물인 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 촉매, 정포제, 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 1.2 내지 2.0 중량부의 물, 및 13 내지 15 중량부의 시클로펜탄을 조합한 혼합 발포제 중에서 반응시키는 경질 폴리우레탄폼 (11)을 이용할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.

본 발명에 따르면, 진공 단열 패널 탑재의 단열 하우징에서의 양호한 외관 상태를 확보하고 미충전 공극이 없이 진공 단열 패널의 단열 특성을 발휘하는 것이 가능하면서도, 경질 폴리우레탄폼의 사용량을 억제하는 것이 가능한 단열 하우징 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

외부 상자 및 내부 상자를 포함하는 하우징의 상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널이 배치된 상태에서 경질 폴리우레탄폼이 충전된 단열 하우징에 있어서,

폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 촉매, 정포제, 물 및 시클로펜탄이 조합된 혼합 발포제 중에서 반응시켜 얻어지는 경질 폴리우레탄폼으로서, 상기 폴리올 성분은 시클로펜탄과의 용해성이 낮은 성분을 40 ％ 이상 갖는 혼합물이고, 상기 혼합 발포제는 촉매, 정포제, 물 및 시클로펜탄이 조합된 것이며, 상기 물 및 시클로펜탄의 양은 상기 폴리올 성분 100 중량부에 대하여 각각 1.2 내지 2.0 중량부, 및 13 내지 15 중량부인 경질 폴리우레탄폼을 이용하고,

상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간의 상기 진공 단열 패널이 설치된 면에서의 상기 경질 폴리우레탄폼이 유동하는 간극으로서, 상기 진공 단열 패널의 두께의 2배 이상의 간극을 확보하고,

상기 경질 폴리우레탄폼을 충전하기 위한 주입구에 가장 가까운 상기 진공 단열 패널의 단변이 해당 주입구로부터 20 mm 이상 떨어지도록 상기 진공 단열 패널을 상기 하우징내에 배치시키고, 상기 경질 폴리우레탄폼이 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 하우징.
제1항에 있어서, 상기 경질 폴리우레탄폼의 주입구로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 경질 폴리우레탄폼의 스킨층의 전체 밀도가 30 내지 33 kg/㎥이고, 압축 강도가 0.1 MPa 이상이며, 공기 중에 70 ℃와 -20 ℃의 온도에서 24 시간 동안 방 치시킨 후의 치수 변화율이 1.0 ％ 이하가 되는 상기 경질 폴리우레탄폼을 이용한 것을 특징으로 하는 단열 하우징.
제1항에 있어서, 상기 진공 단열 패널로서, 결합제를 포함하지 않는 무기 섬유 중합체를 단체 또는 플라스틱 필름을 포함하는 안주머니 내에 수납한 심재와, 상기 심재를 수납하여 내부를 감압하고 주연부를 용착하여 밀봉한 라미네이트 필름을 포함하는 외포재를 구비한 진공 단열 패널을 이용한 것을 특징으로 하는 단열 하우징.
외부 상자 및 내부 상자를 포함하는 하우징을 형성하고, 이 하우징의 상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간에 진공 단열 패널을 배치한 상태에서 경질 폴리우레탄폼을 충전하여 단열 하우징을 형성하는 단열 하우징의 제조 방법에 있어서,

폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 촉매, 정포제, 물 및 시클로펜탄이 조합된 혼합 발포제 중에서 반응시켜 얻어지는 경질 폴리우레탄폼으로서, 상기 폴리올 성분은 시클로펜탄과의 용해성이 낮은 성분을 40 ％ 이상 갖는 혼합물이고, 상기 혼합 발포제는 촉매, 정포제, 물 및 시클로펜탄이 조합된 것이며, 상기 물 및 시클로펜탄의 양은 상기 폴리올 성분 100 중량부에 대하여 각각 1.2 내지 2.0 중량부, 및 13 내지 15 중량부인 경질 폴리우레탄폼을 이용하고,

상기 외부 상자와 상기 내부 상자 사이에 형성되는 공간의 상기 진공 단열 패널이 설치된 면에서의 상기 경질 폴리우레탄폼이 유동하는 간극으로서, 상기 진공 단열 패널의 두께의 2배 이상의 간극을 확보하고,

상기 경질 폴리우레탄폼을 충전하기 위한 주입구에 가장 가까운 상기 진공 단열 패널의 단변이 해당 주입구로부터 20 mm 이상 떨어지도록 상기 진공 단열 패널을 상기 하우징 내에 배치하고, 이 상태에서 상기 경질 폴리우레탄폼을 충전하는 것을 특징으로 하는 단열 하우징의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 경질 폴리우레탄폼의 주입구로부터 적어도 500 mm 이상 떨어진 경질 폴리우레탄폼의 스킨층의 전체 밀도가 30 내지 33 kg/㎥이고, 압축 강도가 0.1 MPa 이상이며, 공기 중에 70 ℃와 -20 ℃의 온도에서 24 시간 동안 방치시킨 후 치수 변화율이 1.0 ％ 이하가 되는 상기 경질 폴리우레탄폼을 이용하는 것을 특징으로 하는 단열 하우징의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 진공 단열 패널로서, 결합제를 포함하지 않는 무기 섬유 중합체를 단체 또는 플라스틱 필름를 포함하는 안주머니 내에 수납한 심재와, 상기 심재를 수납하여 내부를 감압하여 주연부를 용착하여 밀봉한 라미네이트 필름을 포함하는 외포재를 구비한 진공 단열 패널을 이용하는 것을 특징으로 하는 단열 하우징의 제조 방법.