KR101282726B1 - 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법 - Google Patents

진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

내부의 진공공간 및 진공공간을 정의하는 밀폐된 외벽부를 포함하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법은, 외벽부의 일시적인 변형을 유도하는 외부 충격을 제공하는 단계; 외부 충격에 대응하는 외벽부의 변화를 체크하는 단계; 및 진공공간의 진공 상태의 파괴에 대응하여 달라지는 외벽부의 변화를 통해서 진공 단열재의 진공상태를 모니터링 하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법{METHOD OF MONITERING VACUUM OF VACUUM INSULATION MATERIAL}
본 발명은 진공 단열재의 진공 상태를 검진할 수 있는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법에 관한 것이다.
가전제품의 에너지 효율은 에너지 절약 차원에서 점차 중요시되고 있으며, 이러한 추세에 맞춰 냉장고, 보온보냉용기 등의 단열 성능의 향상이 요구되고 있으며, 에너지 절약화를 위해 단열재의 고성능화가 필수적인 사항으로 인식되고 있다.
일반적인 단열재는 스티로폼과 같이 열전도성이 낮은 재질을 이용하여 제조되고 있으나, 스티로폼을 이용한 단열재를 냉장고에 적용할 경우 단열재 자체의 두께가 두꺼워 냉장고의 내부 용량을 줄이고, 상대적으로 냉장고의 전체적인 부피가 늘어나는 단점이 지적되고 있다. 이러한 문제를 해결하고자, 진공 단열재를 사용하고 있으며, 예를 들어, 금속이나 플라스틱과 같은 용기의 내부를 감압 후 밀폐함으로써, 진공 단열재를 얻을 수 있다. 이러한 진공 단열재의 경우에는 열전도성이 낮은 재질을 이용한 단열재의 경우보다 열전도도가 크게 낮아 에너지 효율이 매우 뛰어난 장점이 있으며, 선택적으로 용기 내부에 열전도도가 낮은 별도의 재료를 충진하여 단열재의 단열 성능을 보조할 수도 있다.
다만, 진공 단열재의 경우, 용기의 파손으로 인하여 용기 자체의 진공도가 훼손될 경우 단열 성능이 크게 저하될 수 있으며, 이러한 경우에 내부에 보관된 물품이 열에 급격하게 노출될 위험이 있다.
따라서, 이러한 진공 단열재를 사용하는 기기의 경우에 진공 단열재의 진공 상태를 수시로 체크하여 진공 단열재의 파손으로 인한 경제적인 손실에 신속하게 대응하는 것이 관건으로 인식되고 있다.
또한, 진공 단열재를 이용한 가전제품, 예를 들면 냉장고의 조립 공정에 있어서 기계적 충격이나 접합 공정 등에 의해 진공 단열재의 진공도가 저하되는 문제가 있음에도 불구하고 실제 검수 과정에서 내부 진공파손의 여부를 판단하는 것은 복잡하고 매우 시간이 소요되는 검사 과정이 필요하다.
본 발명은 내부의 진공 상태를 체크할 수 있는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 내부의 진공공간 및 진공공간을 정의하는 밀폐된 외벽부를 포함하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법은, 외벽부의 일시적인 변형을 유도하는 외부 충격을 제공하는 단계; 외부 충격에 대응하는 외벽부의 변화를 체크하는 단계; 및 진공공간의 진공 상태의 파괴에 대응하여 달라지는 외벽부의 변화를 통해서 진공 단열재의 진공상태를 모니터링 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 진공 단열재의 외벽부는 금속 이나 플라스틱과 같이 내부에 밀폐된 공간을 형성할 수 있는 다양한 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 예를 들면, 박막의 얇은 알루미늄 또는 스테인리스 혹은 여타의 다른 합금 등으로 제작될 수 있고, 박판의 금속과 폴리이미드(polyimide)나 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate)와 같은 플라스틱을 라미네이션(Lamination)을 통해서 외벽부 제공이 가능하다. 또한, 경우에 따라서, 진공 단열재의 내부에 그 형상 유지를 위하여 유리섬유가 배치될 수도 있다. 유리섬유를 갖는 단열재의 제조방법은 이미 널리 개시되어 있으며, 특히 공개특허 2011-0103970을 참조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 진공 단열재는 다양한 재질로 제공될 수 있으나, 외부의 물리적인 충격에 의해서 그 외형이 일시적으로 변경될 수 있는 것이면 가능하다. 조금 더 구체적으로, 진공 단열재는 바람이나 음파와 같은 충격에 외형이 일시적으로 일그러지거나 진동할 수 있는 어느 정도의 탄성 혹은 복원력을 갖는 것일 수 있다.
외부 충격은 앞서 언급한 바람이나 음파 외에도 공기의 분사나, 공진(resonance phenomena), 음압 등과 같이 공기를 매개로 하는 간접적인 충격일 수도 있고, 경우에 따라선 진공 단열재를 직접 물리적으로 타격하는 직접적인 충격일 수도 있다.
상술한 충격들은 간헐적 혹은 지속적으로 제공될 수 있으며, 음파 발생기, 공기압축기(air compressor) 혹은 펜(fan)이나 에어 펌프(air pump)등을 이용하여 공기의 흐름을 유도하고, 공기 조절기(air regulator)를 통해서, 공기의 흐름을 지속적이거나 간헐적으로 끊어서 제공할 수 있고, 공압을 조절할 수도 있다.
외벽부의 변화라 함은, 앞서 언급한 외부 충격에 의해서 외벽부가 진동하거나 구부러지는 위치의 변경 등을 포함할 수 있으며, 이러한 외벽부의 변화는 외벽부의 외부에 배치되는 측정장치를 이용하여 측정될 수 있다.
측정장치는 광을 이용하여 외벽부의 위치 변화를 측정할 수 있으며, 구체적으로, 외벽부를 향하여 광을 출사하고 반사된 광을 수광하여 외벽부의 위상이 변화함을 측정할 수 있다.
광을 이용하여 위치의 변경을 측정하는 측정장치는 이미 일반적으로 사용하는 기기로서, 예를 들어, 박막의 두께를 측정하기 위하여 레이저를 사용하는 두께 측정장치를 그대로 사용할 수도 있으며, 이러한 기기는 공개특허 10-2009-0097938에 개시된 장치, 등록특허 10-0486751에 개시된 측정창치 등이 있다.
본 발명의 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법은 공압과 같은 간단한 외부 충격을 제공하고, 이에 대해서 얇은 외벽부가 일시적으로 진동 혹은 구부러지는 현상을 측정하여 간단하게 진공 단열재의 진공상태를 체크할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열재가 적용되는 냉장고의 부분 사시도이다.
도 2는 도1에 도시된 냉장고 일부의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1을 A-A방향으로 절개한 단면도이다.
도 4는 진공 단열재의 외벽부의 진동 상태를 확인할 수 있는 측정장치 및 외벽부의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 진공 단열재의 진공도를 체크하는 방법을 적용할 수 있는 다른 실시예를 설명하기 위한 진공 단열재의 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열재가 적용되는 냉장고의 부분 사시도이며, 도 2는 도1에 도시된 냉장고 일부의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1을 A-A방향으로 절개한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일반적으로 식품을 저온 저장하기 위한 냉장고(1)가 도시되어 있으며, 냉장고(1)는 식품을 수납하도록 냉장실이나 냉동실 등과 같은 수납 공간(20)을 형성하는 케이스(10), 냉장실과 냉동실을 개폐하는 도어(미도시), 냉매 사이클로 구성되어 수납된 식품을 저온 상태로 유지하는 기계부(미도시)를 포함한다.
일반적인 냉장고는 보냉을 위하여, 케이스에서 외형을 형성하는 외면과 수납 공간을 형성하는 내면 사이에 단열재를 충진하는데, 상기 단열재는 조립된 상태의 케이스의 내면과 외면의 사이에 폴리우레탄 발포액을 주입한 후 가열하여 발포시켜 형성하였다. 그러나, 폴리우레탄을 발포시켜 형성된 단열재는 열을 전달하는 공기가 함입되고 폴리우레탄 자체의 열전도 특성으로 인하여 단열 성능을 향상시키는데 제약이 있으며, 열전도를 낮추기 위해서는 보다 두꺼운 단열재를 형성하여야 하기 때문에 냉장고의 전체적인 부피가 증가하는 문제가 발생하였다.
따라서, 최근의 냉장고(1)에는 그 내부를 진공으로 유지하여 열 전도율을 효과적으로 낮출 수 있는 진공 단열재(100)를 사용하는 경우가 많으며, 이러한 진공 단열재는 종래의 발포 단열재와 비교할 때, 부피를 획기적으로 줄일 수가 있고, 이는 결국 냉장고(1) 자체의 부피를 줄이는데도 매우 효과적이다.
진공 단열재는 그 자체로서 냉장고의 외형을 결정할 수도 있으나, 본 실시예처럼 별도의 케이스(10)를 진공 단열재(100) 외면에 부착하여, 케이스(10)가 냉장고(1)의 내면이나 외면을 형성하도록 할 수도 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는 냉장고(1)의 내면을 구성하는 내면 케이스(12) 및 냉장고(1)의 외면을 구성하는 외면 케이스(14)를 진공 단열재(100)의 양면에 부착한다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 직육면체 형태로 제공되는 진공 단열재(100)는 냉장고(1)의 일면을 형성하는 내면 케이스(12)와 외면 케이스(14) 사이에 배치된 상태에서, 내면 케이스(12)와 외면 케이스(14)를 결합함으로써, 내면 케이스(12)와 외면 케이스(14) 사이에 배치될 수 있다. 물론, 냉장고(1)의 다른 면들에는 각각 서로 다른 진공 단열재(100)가 배치된다. 즉, 냉장고(1)의 다른 면들 역시 다른 내면 및 외면 케이스 사이에 다른 진공 단열재를 배치하는 방법으로 진공 단열재(100)를 각 면들에 각각 배치시킬 수 있다. 참고로, 진공 단열재(100)는 진공 단열재(100)를 수용할 수 있도록 외면 케이스(14) 내측에 마련된 홈(15)에 삽입된다. 물론, 경우에 따라서는 진공 단열재가 냉장고의 복수개의 면을 구성하도록 꺾어진 형태로 제공될 수도 있고, 일면이 개방된 직육면체 형태로 하나의 진공 단열재가 하나의 수납 공간을 형성하도록 제공될 수도 있을 것이다.
진공 단열재(100)는 내부의 진공공간(112) 및 진공공간(112)을 정의하는 밀폐된 외벽부(110)를 포함하며, 진공 단열재(100)의 외벽부(110)는 금속이나 플라스틱과 같이 내부에 밀폐된 공간을 형성할 수 있는 다양한 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 외벽부(110)로 정의되는 내부의 진공공간(112)의 내부에는 유리섬유(120)가 배치될 수 있다. 유리섬유(120)는 매우 얇은 박막의 금속으로 제공될 수 있는 외벽부(110)의 형상을 유지하고, 특히 진공 상태의 내압에 의해서 외벽부(110)의 형상이 내측으로 일그러지는 것을 방지할 수 있다.
상술한 진공 단열재(100)의 외벽부(110)는 외부의 물리적인 충격에 의해서 그 외형이 일시적으로 변경될 수 있는 것이면 가능하다. 조금 더 구체적으로, 진공 단열재(100)는 바람이나 음파와 같은 충격에 외형이 일시적으로 일그러지거나 진동할 수 있는 어느 정도의 탄성 혹은 복원력을 갖는 것일 수 있으며, 가장 바람직한 예로, 본 실시예에서는 얇은 금속으로 제공된다.
외부 충격으로 바람이나 음파를 사용할 수 있으며, 간헐적 혹은 지속적으로 제공되어 외벽부(110)의 일시적인 변형을 유도할 수 있다.
외부 충격을 줄 수 있는 기기로는 음파 발생기를 포함할 수 있으며, 간단하게는 본 실시예와 같은, 공기압축기 혹은 펜이나 에어 펌프 등과 같이 공기의 흐름을 발생시킬 수 있는 에어 플루팅 장치(300)가 사용될 수 있으며, 에어 플루팅 장치(300)의 선단에는 공기 분사를 위한 노즐이 마련될 수 있다. 공압의 변화를 줄 수 있는 상기 에어 플루팅 장치(300)를 이용하여 공기의 흐름을 유도하되, 경우에 따라서, 공기의 흐름을 지속적이거나 간헐적으로 끊어서 제공할 수 있고, 공기의 압력을 조절할 수도 있다.
본 실시예에서 외벽부(110)의 변화는, 외부 충격 즉, 공압의 변화에 의해서 외벽부(110)가 진동하거나 구부러지는 위치의 변경 등이 될 수 있으며, 이러한 외벽부(110)의 변화는 외벽부(110)의 외부에 배치되는 측정장치(200)를 이용하여 측정될 수 있다.
본 실시예에서 측정장치(200)는 광을 이용하여 외벽부(110)의 특정한 지점의 위치 변화를 측정할 수 있으며, 구체적으로, 외벽부(110)를 향하여 광을 출사하고 반사된 광을 수광하여 외벽부(110) 일 지점의 위치 변화를 관찰할 수 있다.
광을 이용하여 위치의 변경을 측정하는 측정장치(200)는 이미 일반적으로 사용하는 기기로서, 예를 들어, 박막의 두께를 측정하기 위하여 레이저와 같은 광을 사용하는 두께 측정장치를 그대로 사용할 수도 있으며, 이러한 기기는 공개특허 10-2009-0097938에 개시된 장치, 등록특허 10-0486751에 개시된 측정창치 혹은 등록특허 10-0490325에 개시된 측정 장치 등이 있다.
도 4를 참조하면, 외벽부(110)의 진동을 측정할 수 있는 측정장치(200)가 외벽부(110) 외측에 배치되어 있다.
도 4에 도시된 측정장치(200)는 요즘 널리 쓰여지고 있는 박막층의 두께 및 굴절률 측정을 위한 장치로서, 반사광도계의 원리(reflectometry)에 의한 것이다. 본 실시예에서 상기 측정장치(200)는 층의 두께를 측정하는 용도로 사용되는 것은 아니며, 외벽부(110)의 진동 주기나 진폭 등을 계산할 수 있도록 특정 지점의 위치 변화를 확인하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 광원(201)에서 출발한 광이 광분할기(202)에서 반사되어 대물렌즈(204)를 통하여 외벽부(110)에 입사된다. 외벽부(110)에 투사된 광은 일부는 외벽부(110)의 표면에서, 반사가 되어 다시 대물렌즈(204)를 통하여 광분할기(202)와 반사판(218)의 중앙부위에 있는 광검출구멍(220)을 통해서 분광기(spectroscope)(230)에 투사된 후 이 분광기(230)에서는 투사된 반사광을 분석하여 주로 반사광의 강도를 광파장의 함수로 구한다. 이 결과는 수치변환기(232)와 정보처리기(234)를 거쳐서 외벽부(110)의 특정 지점의 위치의 이동을 확인할 수 있고, 이를 근거로, 진동 폭이나 주기와 같은 측정치 등을 계산할 수 있다.
외벽부(110) 내측의 진동 상태의 여부에 따라서 측정장치(200)에 의해서 관찰되는 특정한 지점의 진동 주기나 진폭 혹은 위상 변화의 크기 등이 달라질 수 있기 때문에 본 실시예에서는 상기 설비를 이용하여 진공 단열재(100)의 진공 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 특정한 단열재에 앞서 언급한 에어 플루팅 장치로 바람을 불었을 때, 특정한 지점에서의 진동 주기나 진폭 등을 진공도에 따라서 미리 측정하여 놓고, 원하는 시점에서 언제든지 특정 지점에 바람을 불어 진동 주기 및 진폭 등을 측정하여 진공도를 체크할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 진공 단열재의 진공도를 체크하는 방법을 적용할 수 있는 다른 실시예를 설명하기 위한 진공 단열재의 단면도이다.
본 실시예에서 진공 단열재(400)는 내부 심재로 사용되는 유리섬유(420) 및 그 위에 알루미늄을 증착한 필름 상으로 제공되는 외벽부(410)를 포함할 수 있다.
한편, 단열재 내측으로는 게터(getter)를 삽입할 수 있는데, 단열재 내부에 잔류하는 수분, 질소, 혹은 다른 가스를 흡착하여 진공도를 낮추거나 유지하게 하는 게터는 봉지 형태의 게터 수용부(440)에 담겨 제공될 수 있다.
게터의 종류는 수분흡수에 효과적인 CaO나 BaO와 같은 건조제나, 진공 단열재 내부의 수소나 기타 유기물 가스를 제거할 수 있는 cobalt oxide(Co3O4)등을 선택적으로 골라 사용할 수 있으며, 게터를 담는 수용부의 형태는 정해진 바 없으며, 본 실시예에서는 게터 수용부(440) 외측으로 평탄한 외면을 갖는 판(430)을 덧대어 놓는다.
일반적으로, 진공 단열재(400)에 사용되는 내부심재 즉, 유리섬유(420) 위로 제공되어 외벽부(410)를 형성하는 스테인레스 극박판(STS)은 그 두께가 50~80㎛ 정도로 매우 얇아 내측의 충진 물질에 의해 외벽부(410)는 울퉁불퉁한 표면을 가지게 된다.
이렇게 외면이 평탄하지 못하면 앞선 실시예에서 설명한 측정장치로 외벽부의 진동 상태를 정확하게 측정하는데 어려움이 따를 수 있다.
하지만, 본 발명에서는 외벽부의 표면에 평탄 면을 제공하여 외벽부의 표면 거칠기에 따른 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 구체적으로, 본 실시예와 같이 평탄한 판(430)을 덧대어 놓고, 알루미늄을 증착하여 단열재의 외벽부(410)를 형성하게 되면, 게터 수용부(440) 위에 놓인 평탄한 판(430)에 대응하는 부분의 외벽부(410)는 다른 부분보다 평탄한 면을 갖게 된다.
즉, 외벽부의 내측에 들어가는 게터(getter) 수용부에 평탄한 판을 부착하여 외벽부(410)의 표면 상태를 평탄하게 만들어 주어, 외벽부의 표면 거칠기에 따라서 측정장치를 통해서 측정할 때 발생할 수 있는 측정 오차를 최소화할 수 있다.
참고로, 상기 평탄한 판(430)은 게터 수용부 내측면이나 외측면에 선택적으로 부착될 수 있으며, 또한, 본 실시예와는 다르게 내부 충진재인 유리 섬유 위로 평탄한 판을 덧대어 놓아 외벽부가 평탄한 판에 대응하는 부분에서 평탄한 외면을 갖도록 할 수도 있으며, 게터 수용부 표면 자체를 평탄하게 하여 그 위에 형성되는 외벽부의 표면이 평탄하게 할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1：냉장고 12：내면 케이스
14：외면 케이스 100：진공 단열재
112：진공공간 200：측정장치
300：에어 플루팅 장치

Claims (7)

  1. 내부의 진공공간 및 상기 진공공간을 정의하는 밀폐된 외벽부를 포함하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법에 있어서,
    상기 외벽부의 일시적인 변형을 유도하는 외부 충격을 제공하는 단계;
    상기 외부 충격에 대응하는 상기 외벽부의 변화를 체크하는 단계; 및
    상기 진공공간의 진공 상태의 파괴에 대응하여 달라지는 상기 외벽부의 변화를 통해서 상기 진공 단열재의 진공상태를 모니터링 하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 충격은 상기 외벽부에 전달되는 연속적 혹은 간헐적인 공기 분사, 음파, 공진(resonance phenomena), 음압, 및 물리적 타격 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외벽부의 변화는 상기 외벽부의 진동 또는 위치의 변경인 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 충격은 음파 발생기, 공기압축기(air compressor), 펜(fan), 및 에어 펌프(air pump) 중 어느 하나를 이용하여 공기의 흐름을 유도하여 발생하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외벽부의 변화는 상기 외벽부의 외부에 배치되어 상기 외벽부를 향하여 출광 및 상기 외벽부에서 반사된 빛을 수광하는 측정장치를 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외벽부의 표면에 평탄 면을 제공하여 상기 외벽부의 표면 거칠기에 따른 측정 오차를 최소화하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외벽부의 내측에 들어가는 게터(getter) 수용부에 평탄한 판을 부착하여 상기 외벽부의 표면 상태를 평탄하게 만들어 줌으로써, 상기 외벽부의 표면 거칠기에 따른 측정 오차를 최소화하는 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법.
KR1020120013137A 2012-02-09 2012-02-09 진공 단열재의 진공상태 모니터링 방법 KR101282726B1 (ko)

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