KR101738787B1 - 진공단열체, 저장고, 차량용 저장고, 및 차량 - Google Patents

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강명주
윤덕현
이성섭
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Abstract

본 발명에는, 제 3 공간에 놓이는 열확산블럭; 상기 열확산블럭과 접하여 열교환하고 상기 제 3 공간에 놓이는 열전모듈; 및 상기 열전모듈과 열교환하고, 상기 제 1 공간 또는 제 2 공간에 놓이는 히트싱크가 포함되는 진공단열체가 개시된다. 본 발명에 따르면 높은 단열성능 및 열전달성능을 얻을 수 있다.

Description

진공단열체, 저장고, 차량용 저장고, 및 차량{Vacuum adiabatic body, container, container for vehicle, and vehicle}
본 발명은 진공단열체, 저장고, 차량용 저장고, 및 차량에 관한 것이다. 예를 들어, 차량 내에서 음식물을 원하는 온도로 보관할 수 있도록 하는 진공단열체, 저장고, 차량용 저장고, 및 차량에 관한 것이다.
차량에는 간단한 음료수 캔이나 소량의 음식물을 보관하기 위해 저장고를 설치하고 있는 경우가 있다. 상기 저장고는 주로 암레스트 등의 내부 공간에 설치되어 운전자가 편리하게 취식할 수 있도록 한다. 고급 차량에 상기 저장고가 설치됨으로써, 차량의 이미지를 높이고 사용자의 편리성이 더 높아지도록 한다.
상기 차량에 설치되는 저장고가, 기존에 차량에 설치되는 공조시스템을 이용하는 경우에는, 저장고가 원하는 온도에 이를 수 없거나, 목표온도에 도달하는 속도가 지나치게 길다. 이러한 문제를 감안하여 근래에는 열전모듈(TEM: Thermo Electric Module)을 사용하는 장치가 소개되고 있다.
상기 열전모듈은 열전현상을 이용하여 냉각 또는 가열을 하는 반도체 기구를 말한다. 상기 열전현상(thermoelectric effect)은 열과 전기 사이의 가역적이고, 직접적인 에너지 변환을 의미한다. 상기 열전현상은 재료 내부의 전하 운반자(charge carrier), 즉 전자와 정공의 이동에 의해 발생하는 현상이다.
상기 열전현상은 제벡효과와 펠티에효과로 나눌 수 있다.
상기 제벡효과(Seebeck effect)는 온도 차이가 전기로 직접적으로 변환되는 것이다. 따라서, 열전소재 양단의 온도 차이로부터 발생하는 기전력을 이용하여 발전분야에 응용할 수 있다. 상기 펠티에효과(Peltier effect)는 회로에 전류를 흘릴 때 상부 접합(upper junction)에서 열이 발생하고 하부 접합(lower junction)에서 열이 흡수되는 현상이다. 따라서, 외부로부터 인가된 전류에 의해 형성된 양단의 온도차를 이용하여 냉각분야에 응용할 수 있다. 한편, 상기 제벡효과, 상기 펠티에효과는 열역학적으로 가역적인 점에서 그렇지 않은 줄 가열(Joule heating)과 다르다.
상기 열전현상을 이용하여 차량에 고정으로 장착하거나, 차량 시가 잭의 전류를 이용하여, 음식물을 저장할 수 있는 기기가 소개되고 있다. 그러나, 이들 물품은 단열을 위하여 발포우레탄으로 예시되는 단열재를 사용한다. 따라서, 두꺼운 단열벽을 이용하고, 두꺼운 단열벽을 이용하더라도 충분한 단열성능을 얻어낼 수 없는 문제점이 있다.
상기 문제를 해소하기 위하여, 단열벽을 진공으로 하는 구조물이 제시되었다. 예를 들어, 일본공개특허 JP2003202183호, '열전모듈이 제공되는 단열박스체'에는 외함의 표면적이 열전모듈에 제공되는 전열면의 면적의 5배인 것을 특징으로 하는 기술에 개시되어 있다. 그리고, 외함과 내함의 사이에는 진공단열재가 제공되는 것을 개시한다. 그러나, 상기 인용문헌 39-45 단락에는 열전도도가 낮은 물질로서 폴리스티렌을 예시한다.
그러나, 상기되는 종래 기술에 따르면, 충분한 진공도를 얻어낼 수 없다. 이에 따라서 충분한 단열효과를 얻을 수 없는 문제점이 있다. 또한, 열전모듈의 성능을 높일 수 없어서 결국에는 소요된 전기 에너지에 비하여 큰 냉각효과를 얻을 수 없다.
일본공개특허 JP2003202183호, 열전모듈이 제공되는 단열박스체
본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 충분한 단열성능을 얻고 열전모듈의 열전달 성능을 크게 하는 것을 목적으로 하는 진공단열체, 저장고, 차량용 저장고, 및 차량를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 높은 단열성능을 장기간 안정되게 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는 진공단열체, 저장고, 차량용 저장고, 및 차량를 제공한다.
높은 단열성능과 열전모듈의 열전달 성능을 향상시키기 위하여, 높은 수준의 진공공간에 놓이는 열확산블럭; 상기 열확산블럭과 접하여 열교환하고 상기 진공공간에 놓이는 열전모듈; 및 상기 열전모듈과 열교환하고, 상기 제 1 공간 또는 제 2 공간에 놓이는 히트싱크가 포함되는 진공단열체가 개시된다. 상기 진공공간부의 진공압은 5×10-3Torr 이하로 할 수 있다.
높은 단열성능과 열전모듈의 열전달 성능을 향상시키기 위하여, 진공수준이 높은 진공공간부에 놓이는 열확산블럭; 상기 열확산블럭과 면접하여 열교환하고 상기 진공공간부에 놓이는 열전모듈; 및 상기 열전모듈과 열교환하고, 상기 외부공간에 놓이는 히트싱크가 포함되고, 상기 진공공간부의 진공압에 의해서 상기 열전모듈의 양면은 강하게 면접되는 저장고가 개시된다.
높은 단열성능과 열전모듈의 열전달 성능을 향상시키기 위하여, 저장고의 내부공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 1 플레이트 부재; 저장고의 외부공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 2 플레이트 부재; 높은 수준의 진공공간부에 놓이고 상기 제 1 플레이트 부재와 면접촉하는 열확산블럭; 상기 진공공간부에 놓이고, 양면이 상기 열확산블럭 및 상기 제 2 플레이트 부재와 면접하여 열교환하는 열전모듈; 및 상기 제 2 플레이트 부재와 열교환하고 상기 외부공간에 놓이는 히트싱크가 포함되고, 상기 열확산블럭 및 상기 히트싱크 중의 적어도 하나는, 상기 플레이트 부재와 볼트와 너트를 이용하여 체결되는 차량용 저장고가 개시된다.
상기 열전모듈의 열전달성능을 향상시키기 위하여, 상기 히트싱크의 접촉면에는 액상의 열 인터페이스 모듈이 개입되고, 상기 열전모듈의 양면에는 고상의 열 인터페이스 모듈이 개입될 수 있다.
상기 진공공간부의 내부를 높은 진공도로 유지하며 상기 진공공간부의 내부에 전선을 도입하기 위하여, 상기 열전모듈로 전원을 인가할 수 있도록 와이어가 포함되고, 상기 와이어에는, 내부의 도선; 및 기 도선의 외부를 적어도 일부를 피복하는 수지재의 피복이 포함될 수 있다.
상기 도선이 굴곡성을 가질 수 있도록 상기 피복은 서로 이격되는 돌출피복으로 제공될 수 있다.
상기 진공공간부의 내부를 높은 진공도로 유지함과 동시에 열전도도를 향상시키기 위하여, 상기 열전모듈 및 상기 열확산모듈 중 적어도 어느 하나의 양면에는 열 인터페이스 모듈이 개입될 수 있다. 상기 열 인터페이스 모듈의 재질로는 인듐 또는 납을 사용할 수 있다.
상기 와이어를 보호하고 전선이동경로의 부품과 접촉을 방지하기 위하여, 상기 진공공간부를 유지하는 서포팅유닛에는, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재의 사이에 제공되는 바; 및 상기 바에 지지되는 적어도 한 장의 복사저항쉬트가 포함되고, 상기 복사저항쉬트에는 상기 와이어가 통과하는 경로 상에서 절개되어 제공되는 와이어 안내부를 포함할 수 있다.
상기 진공공간부의 배기를 위하여 제공되는 배기포트를 통한 배기작용이 원활히 수행되고, 열전모듈이 안착되는 부분에 방해가 되지 않도록 하기 위하여, 상기 와이어 안내부는, 배기포트의 인근위치에 제공되는 배기포트 놓임부 및 상기 열전모듈 놓임부와 한 몸으로 가공될 수 있다.
상기 진공공간부의 높은 진공도에 의해서 플레이트 부재의 변형이 있더라도, 상기 열전모듈과 플레이트 부재 간의 면접촉을 얻어내기 위하여, 상기 열전모듈과 플레이트 부재의 접촉면에는 녹는점이 낮은 금속재질, 예를 들어, 납 또는 인듐이 개입될 수 있다.
본 발명에 따르면 높은 진공도에 의한 단열효과의 상승을 얻어낼 수 있는 것과 함께, 상기 진공압에 의한 진공압착작용에 의해서 상기 진공공간부에 놓이는 부품의 면접촉의 향상시킬 수 있고, 이에 따라서 열전도도가 향상되어 열전모듈의 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 진공공간부의 진공압에 의해서 열전모듈은 볼트체결 등과 같은 별도의 체결작업이 필요없이 상기 진공공간부의 내부에 놓일 수 있다.
상기 열확산모듈 및 상기 히트싱크는 상기 진공공간부를 통과하는 단일체의 체결이 아닌 각각의 플레이트에만 체결됨으로써 열전도도의 성능 저하가 없이도 신뢰성있는 체결력을 확보할 수 있다.
상기 진공공간부의 내부에 놓이는 각 부품의 접촉면에는 아웃게싱이 작은 금속재질의 열 인터페이스 모듈을 개입하고, 상기 진공공간부의 외부에 놓이는 각 부품의 접촉면에는 액상의 열 인터페이스 모듈을 개입하여 열전도 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 진공공간부에 놓이는 열전모듈에 전력을 공급하기 위하여, 상기 진공공간부의 내부에 놓이는 전선은 피복이 벗겨지게 제공되어 아웃게싱을 더욱 줄일 수 있다. 이때 전선 간의 단락을 방지하기 위하여, 전선의 피복은 돌출 피복이 서로 이격하여 배치되어 전선 간의 단락 또는 전선과 외부의 부품 간의 단락을 방지할 수 있다.
상기 금속 재질의 열 인터페이스 모듈이 열전모듈과 플레이트 부재의 사이에 개입됨으로써, 높은 진공압에 의한 플레이트 부재의 변형 시에도 열전도 성능의 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 차량의 평면도.
도 2는 실시예에 따른 차량용 저장고.
도 3은 도어가 제거된 상태에서 저장고의 상측 사시도.
도 4는 홀더와 저장고가 접하는 부분의 단면도.
도 5는 저장고의 절단면도.
도 6은 차량용 저장고의 분해 사시도.
도 7은 열전모듈의 기능을 설명하는 도면.
도 8은 열전모듈이 놓이는 저장고의 어느 일면의 개략적인 단면도.
도 9는 진공공간부의 내부를 보이는 도면.
도 10은 상기 서포팅유닛의 재작에 사용되는 각 수지에 대하여 검토한 결과를 설명하는 도표.
도 11은 수지의 진공유지능력을 실험한 결과를 보이는 도면.
도 12는 PPS와 low outgassing PC에서 방출되는 가스의 성분을 분석한 결과를 보이는 그래프.
도 13은 고온 배기시에 대기압에 의해서 파손되는 최대변형온도를 측정한 도면.
도 14는 전도저항쉬트 및 그 주변부의 다양한 실시예를 보이는 도면.
도 15는 진공압과 가스전도도를 비교하는 그래프.
도 16은 열전모듈이 놓이는 부분에서 저장고의 단면도.
도 17은 열확산블럭과 제 1 플레이트 부재의 체결을 설명하는 도면.
도 18은 제 2 플레이트 부재와 히트싱크의 체결을 설명하는 도면.
도 19는 열전모듈과 제 2 플레이트 부재의 접촉면을 확대하는 도면.
도 20은 열전모듈의 주변부를 분해하여 나타내는 분해 사시도.
도 21은 전원홀을 막는 밀봉단자의 작용을 설명하는 도면.
도 22는 실시예에 따른 저장고의 냉각성능을 실험한 결과를 보이는 그래프.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
실시예에 대한 설명에 이용되는 도면은, 실제 물품과는 다르게 표현되어 있을 수 있으며, 발명 사상의 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
실시예에 대한 설명에 이용되는 도면에서 도면번호는, 공학적인 범위 내에서 서로 동일한 기능을 하면서 다른 위치에 이용되는 부품을, 같은 번호를 이용하여 설명함으로써 그 상호관계가 용이하게 이해될 수 있도록 한다. 그러나, 그 부품의 형상, 크기, 및 재질 등과 같은 미세한 부분은, 각 부품이 수행하는 역할에 따라서 미세하게 서로 달라질 수 있다.
실시예에서 제 1, 및 제 2를 붙여서 설명하는 것은, 서로 다른 역할, 온도, 대역, 및 기능을 수행하지만, 소정의 관계를 가지는 경우에 이해의 편의를 위하여 그와 같은 서열의 관계로 설명하였다. 그러나, 그 수치가 반드시 서로 높고 낮은 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 차량의 평면도를 나타낸다.
실시예에 따른 차량(100)에는 적어도 하나 이상의 저장고가 마련될 수 있다. 예를 들어, 저장고에는, 운전자가 주로 이용하는 콘솔박스에 놓이는 콘솔박스 저장고(101), 운전자 또는 보조 운전자가 주로 이용하는 암레스트에 놓이는 암레트스 저장고(102), 보조 운전자가 주로 이용하는 클로브 박스에 놓이는 글로브 박스 저장고(103), 뒷좌석의 승객이 주로 이용하는 승객측 저장고(104), 및 차량의 도어에 제공되는 도어측 저장고(104) 중에 적어도 하나가 포함될 수 있다. 상기 저장고(101)(102)(103)(104)는 냉장 및 온장 중의 적어도 하나 또는 선택에 따라서 냉온장고의 기능을 수행하도록 할 수 있다.
이하 실시예의 설명에 있어서는 냉장을 중심으로 설명한다. 그러나, 냉장/온장이라고 쓰는 경우에는 냉장, 온장, 및 냉장 과 온장이 선택되는 경우를 모두 말하는 것으로 이해할 수 있다.
상기 저장고는 열전모듈을 이용하여 냉장/온장의 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 차량용 저장고의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 차량용 저장고(200)에는, 내부에 물품이 보관되는 공간을 가지고 외부의 적어도 일부가 개방되는 본체(3), 상기 본체(3)의 개방되는 부분을 사용자가 개폐할 수 있도록 하기 위하여 제공되는 도어(1), 및 본체가 차량에 장착될 때 정확한 위치에 자리잡도록 하는 피팅부(2)가 포함된다.
상기 피팅부(2)는 본체(3)와 도어(1) 중의 적어도 하나를 차량에 맞추어서 조립시킨다. 따라서, 차량용 저장고(200)과 차량(100)의 조립시에 맞추어진 부분은, 차량의 동작 중에 진동과 충격이 가하여지더라도 서로 분리되지 않고 안정된 성능을 유지할 수 있다. 상기 피팅부(2)는 상기 진동과 충격을 완충시켜서 차량용 저장고(200)에 가하여지는 악영향을 줄일 수도 있다.
상기 차량용 저장고(200)가 차량에 장착되지 않고, 차량에서 분리되어 사용되는 경우에는 상기 피팅부(2)는 제공되지 않을 수 있다. 이 경우에는 상기 차량용 저장고(200)는 저장고라고 이름할 수 있을 것이다. 이하에서 특별한 지칭이 없이 저장고라고 이름하는 경우에는 상기 차량용 저장고를 포함하는 개념으로 이해하여야 할 것이다.
상기 본체(3)의 어느 일측면에는, 저장고의 외면을 제공하는 제 2 플레이트 부재(20)의 외면으로부터 열을 빨아드리는 히트싱크(83)가 마련된다. 상기 히트싱크(83)는 열교환을 촉진시킬 수 있다. 상기 히트싱크(83)에 흡수되는 열은, 상기 히트싱크(83)의 열을 외부로 빠르게 이동시키는 히트파이프(80)와, 열을 급속하게 대류냉각시키는 핀(fin)(84)과, 상기 핀(84)이 놓이는 공간을 외부와 분리하는 덕트(82)와, 상기 덕트(82)로 공기를 유동시키는 팬(81)에 의해서 외부로 배출될 수 있다.
상기 히트싱크(83), 히트파이프(80), 핀(84), 덕트(82), 및 팬(81)은 저장고의 내부환경과는 다른 외부 환경에 놓인다. 상기 내부 환경으로부터 신속하게 상기 외부환경으로 열기를 방출하거나 냉기를 방출할 수 있다.
도 3은 도어가 제거된 상태에서 저장고의 상측 사시도이다.
도 3을 참조하면, 저장고(200)의 내부 공간에는 홀더(90)가 제공될 수 있다. 상기 홀더(90)에는 물병 또는 음료수 캔 등의 취식용 기구가 놓일 수 있다. 상기 홀더는 저장고의 제 1 플레이트 부재(10)에 접촉하여, 상기 제 1 플레이트 부재(10)로부터의 냉기가 급속하게 전달될 수 있도록 한다. 이때 상기 홀더(90)는 알루미늄과 같은 열전도도가 높은 재질을 사용함으로써 상기 취식용 기구로의 냉기 전달이 더욱 급속하게 수행되도록 할 수 있다.
도 4는 홀더와 저장고가 접하는 부분의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 홀더(90)는 서로 면접촉을 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 홀더(90) 간의 접촉면을 통과하는 열의 열전도도가 향상되도록 하기 위하여, 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 홀더(90)는 가압체결되도록 한다. 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 홀더(90)의 접촉면에는 열 인터페이스 모듈(TIM: Thermal Interface Module)(42c)이 삽입되어 열전도가 더욱 촉진되도록 한다.
상기 가압체결을 제공하기 위하여, 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 내면에는 너트(96)가 체결된다. 상기 너트(96)는 용접 등의 방법으로 상기 제 1 플레이트 부재(10)에 체결될 수 있다. 상기 홀더(90)의 설치위치에서 상기 너트(96)에 대응되는 위치에는 머리부가 확장되는 홀이 제공되고, 상기 홀에는 볼트(95)가 삽입된다. 상기 볼트(95)는 상기 너트(96)와 체결되어, 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 상기 홀더(90) 간의 가압체결이 유지되도록 할 수 있다.
도 5는 저장고의 절단면도이다.
도 5를 참조하면, 실시예의 저장고에는 제 1 플레이트 부재(10)로부터의 냉기가 홀더(90)를 통하여 전도과정으로 신속하게 전달된다. 따라서, 사용자는 신속하게 냉장 음식물을 취식할 수 있다. 상기 홀더(90)가 체결되는 제 1 플레이트 부재(10)의 측면에 열전모듈(40)이 함께 체결됨으로써, 상기 취식용 기구를 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있을 것이다.
도면번호 20은 저장고(20)의 외부면을 이루는 제 2 플레이트 부재(20)이고, 도면번호 30은 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 상기 제 2 플레이트 부재(10)의 사이 간격부의 진공압을 유지하는 서포팅유닛(30)이다. 이에 대해서는 뒤에서 더 상세하게 설명한다.
도 6은 차량용 저장고의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 본체(3) 및 상기 도어(1)는 진공단열체로 제공될 수 있다. 이를 위하여 상기 진공단열체에는, 저온공간의 벽을 제공하는 제 1 플레이트 부재(10)와, 고온공간의 벽을 제공하는 제 2 플레이트 부재(20)와, 상기 제 1 플레이트 부재(10)와 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 사이 간격부로 정의되는 진공공간부(50)가 포함된다. 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 간의 열전도를 막는 전도저항쉬트(60)가 포함된다.
저장고에 있어서, 상기 제 1 플레이트 부재(10)는 이너케이스라고 할 수 있고, 상기 제 2 플레이트 부재(20)는 아웃케이스라고 할 수 있다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)에는 진공공간부(50)의 공기를 배기하여 진공 상태를 조성하기 위한 배기포트(21)가 제공될 수 있다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)에는 진공상태의 유지를 위하여 게터가 놓이는 게터포트(23)가 제공될 수 있다. 상기 게터포트(23) 안에는 게터가 놓여서 배기가 완료된 다음에 진공도를 더 높이고, 높은 진공도가 유지될 수 있도록 한다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)에는 상기 진공공간부(50)의 안에 놓이는 열전모듈(40)에 전원이 공급되도록 전원홀(22)이 제공될 수 있다.
상기 제 1 플레이트 부재(10)는, 제 1 플레이트 부재 측에 제공되는 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)는, 제 2 플레이트 부재 측에 제공되는 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 상기 제 1 공간과 상기 제 2 공간은 온도가 서로 다른 공간으로 정의할 수 있다. 여기서, 각 공간을 위한 벽은, 공간에 직접 접하는 벽으로서의 기능을 수행하는 경우뿐만 아니라, 공간에 접하지 않는 벽으로서의 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어 각 공간에 접하는 별도의 벽을 더 가지는 물품의 경우에도 실시예의 진공단열체가 적용될 수 있는 것이다.
상기 도어(1)는 개폐가 잦고 충격이 많은 차량용 저장고의 특성에 의해서 고장의 방지를 위하여 진공단열체가 아닌 발포수지를 이용하는 단열구조를 적용할 수도 있다. 그러나, 높은 단열성능를 이용하여 냉장의 효과를 최대화하기 위하여 도어에 진공단열체를 적용할 수 있다.
상기 전원홀(22)에는 밀봉단자(71)가 용접을 이용하는 방식으로 체결되어 상기 진공공간부(50)의 진공도를 유지할 수 있다. 상기 밀봉단자에 제공되는 단자의 내측부에는 진공공간부(50) 내부의 와이어가 연결될 수 있고, 상기 밀봉단자에 제공되는 단자의 외측부에는 외부로부터의 와이어가 연결되어 전원공급을 유지할 수 있다.
상기 진공공간부(50)의 변형을 줄이기 위하여 서포팅유닛(30)이 제공될 수 있다. 상기 서포팅유닛(30)에는 바(31)가 포함된다. 상기 바(31)는 제 1 플레이트 부재와 제 2 플레이트 부재의 사이에서 상기 플레이트 부재에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 바(31)의 적어도 어느 일단에는 지지 플레이트(35)가 추가로 제공될 수 있다. 상기 지지 플레이트(35)는 적어도 두 개 이상의 바(31)를 연결하고, 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)에 대하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제 1 플레이트 부재(10)의 외측면에는 열확산블럭(41)이 내측면이 접촉할 수 있다. 상기 열확산블럭(41)의 외측면에는 열전모듈(40)의 내측면이 접촉한다. 상기 열전모듈의 외측면은 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 내측면에 접촉할 수 있다. 상기 각 부품의 접촉면에는 열 인터페이스 모듈이 개입되어 열전도가 빠르게 일어날 수 있도록 한다.
상기 저장고가 냉장고로 이용될 때, 상기 열전모듈(40)은 상기 열확산블럭(41)으로부터 열을 흡수하고, 상기 제 2 플레이트 부재(20)로 열을 방출할 수 있다. 이때 전도방식으로 열이 신속하게 이동할 수 있도록 하기 위하여, 각 접촉면에는 열 인터페이스 모듈이 개입할 수 있다.
도 7은 열전모듈의 기능을 설명하는 도면으로서, 도 7을 참조하면, 극성이 다른 반도체(40a)가 직렬로 연결되는 구조로 제공된다. 상기 열전모듈(40)은 전류를 흘리는 방향에 의존하여, 어느 일면에는 제 1 온도부(40c)가 조성이 되고, 다른 일면에는 제 2 온도부(40b)가 조성될 수 있다.
상기 제 1 온도부(40c) 및 상기 제 2 온도부(40b)가 각각 열확산블럭(41)의 외측면 및 제 1 플레이트 부재(20)의 내측면에 접하도록 할 수 있다.
도 8은 열전모듈이 놓이는 저장고의 어느 일면의 개략적인 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 진공공간부(50)의 내부 공간에는, 서포팅 유닛(30)과 열확산블럭(41)과 열전모듈(40)이 놓인다. 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 외면에 열확산블럭(41)이 접한다. 상기 열확산블럭(41)의 바깥쪽에는 열전모듈(40)의 내면이 접촉한다. 상기 열전모듈(40)의 외면은 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 내면이 접한다.
상기 구조에 따르면, 상기 열확산블럭(41)은 제 1 플레이트 부재(10)의 넓은 면적에서 열을 흡수하고, 흡수된 열은 열전모듈(40)을 통과하여 제 2 플레이트 부재(20)로 전달된다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 외측면에는 상기 히트싱크(83)가 접촉하여 제 2 플레이트 부재(20)로부터 열을 흡수한다. 상기 히트싱크(83)는 열전모듈(40)의 대응되는 방향의 면적보다는 크게 제공할 수 있다. 이에 따르면, 제 2 플레이트 부재(20)를 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 서포팅유닛(30)에는, 열전모듈(41) 및 상기 열확산블럭(41)이 놓이는 부분에 제공되는 제 1 서포팅유닛(37)과, 플레이트 부재(10)(20)가 마주보는 부분에 제공되는 제 2 서포팅유닛(38)이 포함될 수 있다.
상기 제 1 서포팅유닛(37)은 상기 제 2 서포팅유닛(38)에 비하여 낮은 높이로 제공될 수 있다. 이는 상기 열전모듈(41) 및 상기 열확산블럭(41)이 놓이는 부분에 대해서도 충분한 강도를 제공하여 진공압에 의한 플레이트 부재(10)(20)의 변형을 방지하기 위한 목적을 가지고 있다.
한편, 상기 서포팅유닛이 제공되지 않고, 열전모듈(40)이 직접 제 2 플레이트 부재(20)와 접하는 접촉면적이 있다. 상기 접촉면적은 열전모듈(40)과 제 2 플레이트 부재(20)의 접촉신뢰성을 높이는 부분으로 작용할 수 있다. 다시 말하면, 열전모듈(40) 양면의 열전도도의 향상을 위하여 별도의 가압구조를 마련할 필요가 없이, 진공공간부(50)의 진공압을 이용하여 열전모듈(40)와 제 2 플레이트 부재(20)의 접촉면과, 열전모듈(40)과 열확산블럭(41)의 접촉면을 가압할 수 있다. 물론, 이를 위하여 상기 진공공간부(50)의 진공도는 상당한 높은 수준을 유지할 수 있다.
상기 제 1 서포팅유닛(37)에서는, 상기 제 2 플레이트 부재(2)의 지지작용 및 열전모듈(40)의 양면의 가압작용을 감안하여 바(31)의 간격이 조절될 수 있다. 예를 들어, 열전모듈(40)의 모서리에서 가장 가까운 바(31)의 간격은, 바(31) 서로 간의 간격에 비교하여 1.1~3배 정도의 크기로 제공될 수 있다. 이에 따르면, 열전모듈(40) 양면의 가압작용에 대한 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 서포팅유닛에 대하여 더 상세하게 설명한다.
도 9는 진공공간부의 내부를 보이는 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 진공공간부(50)는 상기 제 1 공간 및 상기 제 2 공간과는 다른 압력, 바람직하게는 진공 상태의 제 3 공간으로 제공되어 단열손실을 줄일 수 있다. 상기 제 3 공간은 상기 제 1 공간의 온도 및 상기 제 2 공간의 온도의 사이에 해당하는 온도로 제공될 수 있다. 상기 제 3 공간은 진공 상태의 공간으로 제공된다. 따라서, 상기 제 1 플레이트 부재(10) 및 상기 제 2 플레이트 부재(20)는 상기 각 공간의 압력차만큼의 힘에 의해서 서로 접근하는 방향으로 수축하는 힘을 받는다. 결국, 상기 진공공간부(50)는 작아지는 방향으로 변형될 수 있다. 이 경우에는 진공공간부의 수축에 따른 복사전달량의 증가, 상기 플레이트 부재(10)(20)의 접촉에 따른 전도전달량의 증가에 따른 단열손실을 야기할 수 있다.
상기 진공공간부(50)의 변형을 줄이기 위하여 서포팅유닛(30)이 제공될 수 있다. 상기 서포팅유닛(30)에는 바(31)가 포함된다. 상기 바(31)는 제 1 플레이트 부재와 제 2 플레이트 부재의 사이 간격을 지지하기 위하여 상기 플레이트 부재에 대하여 실질적으로 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 바(31)의 적어도 어느 일단에는 지지 플레이트(35)가 추가로 제공될 수 있다. 상기 지지 플레이트(35)는 적어도 두 개 이상의 바(31)를 연결하고, 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)에 대하여 수평한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 지지 플레이트는 판상으로 제공될 수 있고, 격자형태로 제공되어 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)와 접하는 면적이 작아져서 열전달이 줄어들도록 할 수 있다.
상기 바(31)와 상기 지지 플레이트는 적어도 일 부분에서 고정되어, 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 사이에 함께 삽입될 수 있다. 상기 지지 플레이트(35)는 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 중 적어도 하나에 접촉하여 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 상기 바(31)의 연장방향을 기준으로 할 때, 상기 지지 플레이트(35)의 총단면적은 상기 바(31)의 총단면적보다 크게 제공하여, 상기 바(31)를 통하여 전달되는 열이 상기 지지 플레이트(35)를 통하여 확산될 수 있다.
상기 서포팅유닛(30)의 재질로는, 높은 압축강도, 낮은 아웃게싱(outgassing) 및 물흡수율, 낮은 열전도율, 고온에서 높은 압축강도, 및 우수한 가공성을 얻기 위하여, PC, glass fiber PC, low outgassing PC, PPS, 및 LCP 중에서 선택되는 수지를 사용할 수 있다.
상기 진공공간부(50)를 통한 상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20) 간의 열복사를 줄이는 복사저항쉬트(32)에 대하여 설명한다.
상기 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)는 부식방지과 충분한 강도를 제공할 수 있는 스테인레스 재질로 제공될 수 있다. 상기 스테인레스 재질은 방사율이 0.16으로서 비교적 높기 때문에 많은 복사열 전달이 일어날 수 있다. 또한, 수지를 재질로 하는 상기 서포팅유닛의 방사율은 상기 플레이트 부재에 비하여 낮고 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 내면에 전체적으로 마련되지 않기 때문에 복사열에 큰 영향을 미치지 못한다. 따라서 상기 복사저항쉬트는 제 1 플레이트 부재(10)와 제 2 플레이트 부재(20) 간의 복사열 전달의 저감에 중점적으로 작용하기 위하여, 상기 진공공간부(50)의 면적의 대부분을 가로질러서 판상으로 제공될 수 있다.
상기 복사저항쉬트(32)의 재질로는, 방사율(emissivity)이 낮은 물품이 바람직하고, 실시예에서는 방사율 0.02의 알루미늄 박판이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 한 장의 복사저항쉬트로는 충분한 복사열 차단작용을 얻을 수 없기 때문에, 적어도 두 장의 복사저항쉬트(32)가 서로 접촉하지 않도록 일정 간격을 두고 제공될 수 있다. 또한, 적어도 어느 한 장의 복사저항쉬트는 제 1, 2 플레이트 부재(10)(20)의 내면에 접하는 상태로 제공될 수 있다.
도 10은 상기 서포팅유닛의 재작에 사용되는 각 수지에 대하여 검토한 결과를 설명하는 도표이다.
도 10을 참조하면, 본 발명자는 다양한 수지재료를 검토한 바가 있으나, 대부분의 수지가 아웃게싱율 및 물흡수율이 현저히 높아서 사용할 수 없었다. 이에 대략적으로 아웃게싱율과 물흡수율의 조건을 만족하는 수지를 검토하였다. 그 결과 PE재질은 아웃게싱율이 높고 압축강도가 낮아서 사용하기가 부적절하고, PCTFE재질은 가격이 현저하게 높아서 사용하기에 바람직하지 않고, PEEK재질은 아웃게싱율이 높아서 사용하기가 부적절하였다.
이에, 상기 서포팅유닛은 PC(polycarbonate), glass fiber PC, low outgassing PC, PPS(poly phenylene sulfide), 및 LCP(liquid-crystal polymer) 중에서 선택되는 수지를 그 재질로 사용할 수 있는 것을 알아내었다. 그러나 PC의 경우에도 아웃게싱율은 0.19로 낮은 수준이기 때문에, 열을 가하면서 배기하는 베이킹 시간을 일정수준 길게 함으로써 사용할 수 있을 것이다.
상기 진공공간부의 내부에 사용이 가능할 것으로 예상되는 수지의 재질에 대하여 다양한 연구를 수행하여 최적의 재질을 알아내었다. 이하에서는 수행된 각 연구활동의 결과물을 도면을 참조하여 설명한다.
도 11은 수지의 진공유지능력을 실험한 결과이다.
도 1을 참조하면, 상기 서포팅유닛을 각각의 수지를 사용하여 제작한 다음에 진공을 유지할 수 있는 성능을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다. 먼저, 선택된 재질을 사용하여 제작된 서포팅유닛을 에탄올로 세척하고, 저압에서 48시간을 방치하고, 2.5시간 동안 외기에 노출한 다음에 진공단열체에 넣고 90도씨에서 대략 50시간 동안 배기과정을 진행한 다음에 진공유지성능을 측정하였다.
상기 LCP의 경우에는 초기 배기성능은 가장 좋지만 진공유지성능이 나쁜 것을 볼 수 있다. 이는 온도에 민감한 것에 기인한 것으로 예상할 수 있다. 또한, 그래프의 특성을 보건데 5×10-3torr를 최종허용압력이라고 할 때 0.5년 정도의 시간동안 유지할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 서포팅유닛의 재질로는 다른 재질에 비하여 불리하다.
상기 glass fiber PC(G/F PC)는 배기속도가 빠르지만 진공유지성능이 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 이는 첨가물의 영향이 있을 것으로 판단된다. 또한, 그래프의 특성을 보건데 동일조건에서 8.2년 정도의 시간동안 진공성능을 유지할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 서포팅유닛의 재질로는 다른 재질에 비하여 불리하다.
상기 low outgassing PC(O/G PC)는 상기 두 재질에 비해서는 진공유지성능이 뛰어나고, 동일조건에서 34년 정도의 시간동안 진공성능을 유지할 수 있을 것으로 예상된다. 그러나, 초기 배기성능이 떨어져서 제작효율이 떨어지는 단점을 볼 수 있다.
상기 PPS의 경우에는 진공유지성능이 월등히 뛰어나고 배기성능도 우수한 것을 알 수 있다. 따라서, 진공유지성능을 기준으로 할 때에는 PPS의 재질을 서포팅유닛의 재질로 하는 것이 가장 바람직하게 고려된다.
도 12는 PPS와 low outgassing PC에서 방출되는 가스의 성분을 분석한 결과로서, 수평축은 가스의 분자량이고, 수직축은 농도를 나타낸다. 도 6a는 low outgassing PC의 방출가스를 분석한 것으로서, H2계열(Ⅰ), H2O계열(Ⅱ), N2/CO/CO2/O2계열(Ⅲ), 및 탄화수소계열(Ⅳ)이 골고루 방출되는 것을 볼 수 있다. 도 6b는 PPS의 방출가스를 분석한 것으로서, H2계열(Ⅰ), H2O계열(Ⅱ), 및 N2/CO/CO2/O2계열(Ⅲ)이 약한 정도로 방출되는 것을 볼 수 있다. 도 6c는 스테인레스 스틸의 방출가스를 분석한 것으로서, PPS와 유사한 가스가 방출되는 것을 볼 수 있다. 결국, PPS는 스테인레스 스틸과 비슷한 가스의 방출량을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
상기 분석결과, PPS가 상기 서포팅유닛의 재질로서 우수한 것을 다시 한번 확인할 수 있었다.
도 13은 고온 배기시에 대기압에 의해서 파손되는 최대변형온도를 측정한 결과이다. 이때 상기 바(31)는 2㎜직경으로 30㎜ 미만의 간격으로 제공하였다. 도 13을 참조하면 PE의 경우에는 60도씨에서 파단이 발생하고 low outgassing PC의 경우에는 90도씨에서 파단이 발생하고 PPS의 경우에는 125도씨에서 파단이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
상기되는 각 분석의 결과 진공공간부의 내부에 사용되는 수지의 재질로는 PPS가 가장 바람직한 것을 알 수 있었다. 그러나, 제조비용의 면에 있어서는 low outgassing PC를 사용할 수도 있을 것이다.
도 14는 전도저항쉬트 및 그 주변부의 다양한 실시예를 보이는 도면이다. 도 6에서는 전도저항쉬트가 구조가 간단하게 도시되어 있으나, 본 도면을 통하여 더 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
먼저, 도 14a에 제시되는 전도저항쉬트는 본체(3)에 적용되는 진공단열체에 바람직하게 적용될 수 있다. 상세하게, 상기 진공단열체의 내부를 진공으로 유지하기 위하여 상기 제 2 플레이트 부재(20)와 상기 제 1 플레이트 부재(10)는 밀봉되어야 한다. 이때 두 플레이트 부재는 각각이 온도가 서로 다르므로 양자 간에 열전달이 발생할 수 있다. 종류가 다른 두 플레이트 부재 간의 열전도를 방지하기 위하여 전도저항쉬트(60)가 마련된다.
상기 전도저항쉬트(60)는 상기 제 3 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하고 진공상태를 유지하도록 그 양단이 밀봉되도록 밀봉부(61)를 가질 수 있다. 상기 전도저항쉬트(60)는 상기 제 3 공간의 벽을 따라서 흐르는 열전도량을 줄이기 위하여 마이크로미터 단위의 얇은 박판으로 제공된다. 상기 밀봉부(61)는 용접부로 제공될 수 있다. 즉, 전도저항쉬트(60)와 플레이트 부재(10)(20)가 서로 융착되도록 할 수 있다. 서로 간의 융착 작용을 이끌어내기 위하여 상기 전도저항쉬트(60)와 플레이트 부재(10)(20)는 서로 같은 재질을 사용할 수 있고, 스테인레스를 그 재질로 할 수 있다. 상기 밀봉부(61)는 용접부로 제한되지 않고 코킹 등의 방법을 통하여 제공될 수도 있다. 상기 전도저항쉬트(60)는 곡선 형상으로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 전도저항쉬트(60)의 열전도의 거리는 각 플레이트 부재의 직선거리보다 길게 제공되어, 열전도량은 더욱 줄어들 수 있다.
상기 전도저항쉬트(60)를 따라서 온도변화가 일어난다. 따라서, 외부와의 열전달을 차단하기 위하여, 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에는 차폐부(62)가 제공되어 단열작용이 일어나도록 하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 저장고의 경우에 제 2 플레이트 부재(20)는 고온이고 제 1 플레이트 부재(10)는 저온이다. 그리고, 상기 전도저항쉬트(60)는 고온에서 저온으로 열전도가 일어나고 열흐름을 따라서 쉬트의 온도가 급격하게 변한다. 그러므로, 상기 전도저항쉬트(60)가 외부에 대하여 개방되는 경우에는 개방된 곳을 통한 열전달이 심하게 발생할 수 있다. 이러한 열손실을 줄이기 위하여 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에는 차폐부(62)가 제공되도록 한다. 예를 들어, 상기 전도저항쉬트(60)가 저온공간 또는 고온공간의 어느 쪽에 노출되는 경우에도, 상기 전도저항쉬트(60)는 노출되는 양만큼 전도저항의 역할을 수행하지 못하기 때문에 바람직하지 않다.
상기 차폐부(62)는 상기 전도저항쉬트(60)의 외면에 접하는 다공성물질로 제공될 수도 있고, 상기 전도저항쉬트(60)의 외부에 놓이는 별도의 가스켓으로 예시가능한 단열구조물로 제공될 수도 있고, 본체(3)에 이용되는 진공단열체가 도어(1)가 닫힐 때 대응하는 부분으로 제공될 수도 있다.
도 14b에 제시되는 전도저항쉬트는 도어(1)에 제공되는 진공단열체에 바람직하게 적용될 수 있고, 도 14a에 대하여 달라지는 부분을 상세하게 설명하고, 동일한 부분은 동일한 설명이 적용되는 것으로 한다. 상기 전도저항쉬트(60)의 바깥쪽으로는 사이드 프레임(70)이 더 제공된다. 상기 사이드 프레임(70)은 도어와 본체와의 실링을 위한 부품과 배기공정에 필요한 배기포트와 진공유지를 위한 게터포트 등이 놓일 수 있다. 이는 본체의 경우에는 부품의 장착이 편리할 수 있지만, 도어의 경우에는 위치가 제한되기 때문이다.
도어(1)에 이용되는 진공단열체의 경우에 상기 전도저항쉬트(60)는, 진공공간부의 선단부, 즉 모서리 측면부에 놓이기 어렵다. 이는 도어(3)의 모서리 에지부는 본체와 달리 외부로 드러나기 때문이다. 더 상세하게 상기 전도저항쉬트(60)가 진공공간부의 선단부에 놓이면, 상기 도어(3)의 모서리 에지부는 외부로 드러나기 때문에, 상기 전도저항쉬트(60)의 단열을 위하여 별도의 단열부를 구성해야 하는 불리함이 있기 때문이다.
도 15는 진공압과 가스전도도(gas conductivity)를 비교하는 그래프이다.
도 15를 참조하면, 상기 진공공간부(50) 내부의 사이 갭의 크기에 따라서 진공압에 따른 가스전도열(gas conductivity)을 실질열전달계수(eK)의 그래프로 나타내었다. 상기 진공공간부의 갭은 2.76mm, 6.5mm, 및 12.5mm의 세 가지 경우로 측정하였다. 상기 진공공간부의 갭은 다음과 같이 정의된다. 상기 진공공간부의 내부에 상기 복사저항쉬트(32)가 있는 경우는 상기 복사저항쉬트와 인접한 플레이트 사이의 거리이고, 상기 진공공간부의 내부에 복사저항쉬트가 없는 경우는 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재 사이의 거리이다.
폴리우레탄을 발포하여 단열재를 제공하는 종래 저장고의 실질열전달계수 0.0196 W/mk과 대응되는 지점은 갭의 크기가 작아서 2.76mm인 경우에도 2.65×10-1Torr인 것을 볼 수 있었다. 한편, 진공압이 낮아지더라도 가스전도열에 의한 단열효과의 저감효과가 포화되는 지점은 대략 5×10-4Torr인 지점이었다. 또한, 5×10-3Torr보다 높아질 때에는 단열효과가 급격하게 떨어진다. 이 배경하에서 종래 상기 5×10-3Torr의 압력은 가스전도열의 저감효과가 포화되는 지점으로 확정할 수 있다. 따라서, 복사연전달이 없는 최고의 단열성능을 얻기 위해서는 상기 진공공간부의 진공압은 5×10-3Torr 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
이상의 설명에서 볼 수 있는 바와 같이, 진공공간부(50) 내부의 압력은 복사열전달을 줄이기 위하여 가스가 매우 희박한 거의 진공의 상태로 유지한다. 따라서, 플레이트 부재(10)(20) 간에는 상당한 크기의 압력이 가하여지고, 서로 간이 거리가 줄어드는 방향으로 수축력이 가하여진다. 상기 수축력은 열전모듈(40)의 양면에 가하여지는 것은 살펴본 바가 있다.
도 16은 열전모듈이 놓이는 부분에서 저장고의 단면도이다. 도 16을 참조하여 열전모듈을 통과하는 열전달의 경로에 대하여 설명한다.
도 16을 참조하면, 제 1 플레이트 부재(10)의 외면에는 열확산블럭(41)이 놓인다. 열확산블럭(41)의 외측면 대략 가운데 지점에는 열전모듈(40)이 놓인다. 열전모듈(40)의 외측에는 제 2 플레이트 부재(20)의 내측면이 접한다. 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 외면에는 히트싱크(83)가 놓인다.
이미 살펴 본 바와 같이, 상기 진공공간부(50)는 거의 영에 가까운 진공상태이다. 따라서, 플레이트 부재(10)(20) 간에는 큰 수축력이 작용한다. 상기 열전모듈(40)의 내외측면에 접하는 열확산블럭(41)과 제 2 플레이트 부재(20)는 전도에 의한 열전달이 수행된다. 다시 말하면, 접촉면이 서로 이격되면 열전도가 수행되지 못할 뿐만 아니라, 상기 진공공간부(50)의 내부에 놓이게 되므로 대류작용이 발생하지 못하고, 복사에 의한 열전달만이 일어난다. 그러므로 상기 접촉면이 완벽하게 접촉하도록 하는 것이 중요하다.
이 관점에서 상기 진공공간부(50)의 진공압에 의한 플레이트 부재(10)(20) 간의 수축력이, 열전모듈(40)과 열확산블럭(41)의 면접촉, 열전모듈(40)과 제 2 플레이트 부재(20)의 면접촉을 증진하여 열전도의 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 열전모듈(40)과 열확산블럭(41)의 접촉면, 열전모듈(40)과 제 2 플레이트 부재(20)의 접촉면, 및 열확산블럭(41)과 제 1 플레이트 부재(10)의 접촉면에 열 인터페이스 모듈(42b)(42c)(42d)를 개입하여 열전도를 더욱 증진시킬 수 있다.
여기서 사용하는 열 인터페이스로는, 인듐 또는 납으로 예시하는 금속재질을 사용할 수 있다. 이에 따라서, 상기 진공공간부(50)의 내부에서 아웃게싱(outgassing)의 영향을 최소화할 수 있다.
다른 경우로서, 상기 히트싱크(83)와 제 2 플레이트 부재(20)의 접촉면에 사용되는 열 인터페이스 모듈(42a)로는 히트 그리스(heat grease)를 사용할 수 있다. 이는 그 접촉면이 상기 진공공간부(50)의 외부이므로 아웃게싱의 영향이 없기 때문이다.
도 17은 열확산블럭과 제 1 플레이트 부재의 체결을 설명하는 도면이다.
이미 설명한 바와 같이 각 부재 간의 접촉면의 품질이 열전도 성능을 결정한다. 따라서 상기 열확산블럭(41)과 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 체결은 볼트와 너트를 이용하여 강한 체결력을 확보하는 것이 바람직하다.
도 17을 참조하면, 제 1 플레이트 부재(10)에는 용접 등의 방법으로 너트(96)를 체결한다. 상기 열확산블럭(41)에는 머리부가 크게 형성되는 홀을 제공하여 상기 머리부에 너트(96)가 놓이도록 한다. 이후에는 상기 홀과 너트(96)를 관통하도록 볼트(95)를 체결한다. 상기 볼트(95)와 상기 너트(96)가 서로 체결되는 개소는 열확산블럭(41)의 전체에서 4~6군데 정도로 제공될 수 있다. 상기 열확산블럭(41)과 상기 제 1 플레이트 부재(10)의 접촉면에는 금속을 재질로 하는 열 인터페이스 모듈(42a)이 삽입될 수 있다.
도 18은 상기 제 2 플레이트 부재와 상기 히트싱크의 체결을 설명하는 도면이다.
이미 설명한 바와 같이 각 부재 간의 접촉면의 품질이 열전도 성능을 결정한다. 따라서 상기 히트싱크(83)과 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 체결은 볼트와 너트를 이용하여 강한 체결력을 확보하는 것이 바람직하다.
도 18을 참조하면, 제 2 플레이트 부재(20)에는 용접 등의 방법으로 너트(96)를 체결한다. 상기 히트싱크(83)에는 머리부가 크게 형성되는 홀을 제공하여 상기 머리부에 너트(96)가 놓이도록 한다. 이후에는 상기 홀과 너트(96)를 관통하도록 볼트(95)를 체결한다. 상기 볼트(95)와 상기 너트(96)가 서로 체결되는 개소는 상기 히트싱크(83)의 전체에서 6~10군데 정도로 제공될 수 있다. 상기 히트싱크(83)과 상기 제 2 플레이트 부재(20)의 접촉면에는 히트 그리스를 이용하는 액상의 열 인터페이스 모듈이 삽입될 수 있다.
도 19는 열전모듈과 제 2 플레이트 부재의 접촉면을 확대하는 도면이다.
도 19를 참조하면, 상기 제 2 플레이트 부재(20)는 얇은 판으로 제공되고, 열전모듈(40)은 세라믹으로 제공된다. 상기 진공공간부(50)에 기인하는 수축력이 제 2 플레이트 부재(20)에 가하여지면, 상기 열전모듈(40)의 에지부에서는 제 2 플레이트 부재(20)가 선접촉하고 상기 열전모듈(40)의 중앙부에서는 제 2 플레이트와 상기 열전모듈(40)이 서로 이격될 수 있다. 이는 서포팅유닛(35)에 제공되는 바(31)의 간격을 조절하는 것에 의해서 발생할 수 있다. 이 경우에는 열전도 성능이 떨어진다.
이 문제를 해소하기 위하여 상기 열 인터페이스 모듈(42b)로는 인듐이나 납을 사용할 수 있다.
상기 인듐은 녹는점은 156도씨로서 온도가 낮다. 따라서, 진공공간부(50)의 진공도를 설정치로 인가한 다음에, 인듐이 적용되는 상기 열 인터페이스 모듈(42b)을 가열함으로써, 상기 열전모듈(40)의 중앙부에서 제 2 플레이트와 상기 열전모듈(40)이 서로 이격될 수 있는 부분을 메워 줄 수 있다. 이 경우에는 열전도성능의 저하를 방지할 수 있다.
상기 납은 녹는점이 327도씨이지만 무른 성질을 가지고 있다. 따라서, 진공공간부(50)의 진공도를 설정치로 인가하여 제 2 플레이트 부재(20)에 변형이 발생하면, 납이 적용되는 상기 열 인터페이스 모듈(42b)이 상기 열전모듈(40)의 중앙부에서 제 2 플레이트와 상기 열전모듈(40)이 서로 이격될 수 있는 부분을 메워 줄 수 있다. 이 경우에는 열전도 성능의 저하를 방지할 수 있다.
상기 열확산블럭(41)과 상기 열전모듈(40)의 접촉면에도 마찬가지의 구성으로 제공하여 접촉면에 대한 열전도 성능의 향상을 얻을 수 있다.
도 20 및 도 21을 참조하여, 열전모듈의 전원인가를 위한 구성에 대하여 설명한다.
도 20은 열전모듈의 주변부를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 20을 참조하면, 서포팅유닛(30)에는 지지 플레이트(35)에 소정의 간격으로 끼워지는 복사저항쉬트(32)가 적어도 두 장 이상 마련된다. 상기 복사저항쉬트(32)는 지지 플레이트(35)를 연결하는 바(31)에 소정의 간격을 가지고서 지지될 수 있다. 여기서 각각의 복사저항쉬트(32)의 사이에는 스페이서가 놓일 수 있다.
상기 열전모듈(40)이 놓이는 곳에는 서포팅유닛(30)이 제공되지 않고, 열전모듈(40)과 열확산블럭(41)이 플레이트 부재(10)(20)에 직접 접하도록 할 수 있다.
상기 열전모듈(40)에 전원을 인가하기 위하여, 한 쌍의 와이어(213)가 전원홀(22)로부터 열전모듈(40)까지 연장될 수 있다. 상기 한 쌍의 와이어(213)는 아웃게싱을 없애기 위하여 피복이 벗겨진 도선의 상태로 제공될 수 있다. 상기 한 쌍의 와이어(213)에는, 벤딩 시에 서로 간의 단락을 막고, 진공공간부의 내부에 놓이는 각 부품의 접촉을 막기 위하여, 수지재의 돌출 피복(214)이 제공될 수 있다. 상기 돌출 피복(214)은 인접하는 부품이 소정의 간격을 가지고 제공될 수 있다. 이때 돌출 피복(214)이 없이 구리를 재질로 하는 도선이 벤딩되어 소정의 벤딩가공을 수행할 수 있다.
상기 돌출 피복(214)는 서포팅유닛(30)을 제공하는 재질과 같이 아웃게싱이 작은 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어, PC(polycarbonate), glass fiber PC, low outgassing PC, PPS(poly phenylene sulfide), 및 LCP(liquid-crystal polymer)를 사용할 수 있다. 더욱 바람직하기는 서포팅유닛과 같은 재질인 PPS를 사용할 수 있다. 상기 피복이 전체적으로 아웃게싱이 작은 PC(polycarbonate), glass fiber PC, low outgassing PC, PPS(poly phenylene sulfide), 및 LCP(liquid-crystal polymer)를 이용하는 경우에는 피복이 전체적으로 제공되도록 할 수도 있다. 그러나, 일반적인 전선피복은 가소성인 염화비닐수지를 이용하고 있으므로, 상기 돌출피복(214)을 이용할 수도 있다.
상기 와이어(213)가 통과하는 경로 상에서 와이어(213)의 단락을 방지하기 위하여, 상기 복사저항쉬트(32)의 전체영역에서 소정의 영역은 절개될 수 있다. 구체적으로 상기 와이어(213)이 지나가는 경로 상에, 상기 복사저항쉬트(32)가 절개되어 와이어 안내부(324)를 제공할 수 있다. 상기 와이어 안내부(324)는 열전모듈(40)이 놓이는 열전모듈 놓임부(322)와 함께 절개될 수 있다.
상기 진공공간부(50)를 진공으로 하기 위하여 상기 배기포트(21)를 통해서는 배기가 이루어진다. 상기 배기포트(21)로는 공기배출과정의 초기에 강한 유속이 발생할 수 있다. 상기 강한 유속에 의한 복사저항쉬트(32)의 변형 및 서로 간의 접촉을 막기 위하여, 복사저항쉬트(32)에서 상기 배기포트(21)와 대응되는 위치는 절개되어 배기포트 놓임부(323)를 제공할 수 있다. 상기 배기포트 놓임부(323)는 상기 와이어 안내부(324)과 함께 절개될 수 있다.
도 21은 전원홀을 막는 밀봉단자의 작용을 설명하는 도면이다.
도 21을 참조하면, 상기 밀봉단자(71)에는 예를 들어 원통형의 밀봉프레임(74)이 포함된다. 상기 밀봉프레임(74)의 형상은 상기 전원홀(22)의 형상과 유사한 형상으로 제공될 수 있다. 상기 밀봉프레임(74)의 중앙에는 두 개의 전원단자(72)가 통과할 수 있다. 상기 전원단자(72)와 상기 밀봉프레임(74)의 간격에는 봉입재(73)로 밀봉될 수 있다. 상기 봉입재(73)는 유리를 재질로 할 수 있다.
상기 전원단자(72)가 상기 전원홀(22)의 안으로 들어가서, 전원단자(72)의 일단부가 상기 와이어(213)와 연결될 수 있다. 상기 전원단자(72)의 타단부는 외부의 전원과 연결될 수 있다. 밀봉프레임(74)이 전원홀(22)를 덮고서 밀봉프레임(74)과 제 2 플레이트 부재(20)를 용접하여 부재 간의 간격을 밀봉할 수 있다.
도 22는 실시예에 따른 저장고를 실험한 결과를 보이는 그래프이다.
도 22를 참조하면, 진공공간부(50)의 간격을 10mm, 저장고의 내부용량을 11.리터, 열전모(40)는 엘지 이노텍의 N49를 사용하고, 50W의 전력을 인가하고, 저장고의 내부에 500cc의 음료를 놓아 두었다.
상기와 같은 구성으로 제공하여 저장고의 내부 온도가 25도씨에서 15도씨까지 떨어지는 시간을 측정한 결과, 0.9시간이었다. 뿐만 아니라, 그 이후에도 영하의 온도로도 충분히 떨어지고 영하 19도씨에도 이를 수 있는 것을 확인하였다.
이상의 실시예에 있어서는 저장고가 냉장고로 이용하는 경우를 중심으로 설명하였다. 그러나, 열전모듈(40)에 공급되는 전류의 방향을 스위칭함으로써 상기 저장고(200)는 온장고로도 사용할 수 있는 것은 용이하게 예상할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 진공단열체에 열전모듈을 이용하여 저장고를 제공할 수 있다. 나아가서, 차량용에 적합한 저장고를 제공할 수 있다. 따라서, 소비자의 니즈를 더욱 증진시킬 수 있고, 산업상의 적용이 크게 기대된다.
1: 도어
2: 피팅부
3: 본체
40: 열전모듈
41: 열확산블럭
83: 히트싱크
100: 차량
200: 차량용 저장고

Claims (19)

  1. 제 1 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 1 플레이트 부재;
    상기 제 1 공간과 온도가 다른 제 2 공간을 위한 벽의 적어도 일부를 정의하는 제 2 플레이트 부재;
    상기 제 1 공간의 온도와 상기 제 2 공간의 온도의 사이 온도이며 진공 상태의 공간인 제 3 공간을 제공할 수 있도록 상기 제 1 플레이트 부재와 상기 제 2 플레이트 부재를 밀봉하는 밀봉부;
    상기 제 3 공간을 유지하는 서포팅유닛;
    상기 제 3 공간에 놓이고, 열전효과에 의해서 온도가 서로 다르게 제공될 수 있는 제 1 면과 제 2 면을 가지는 열전모듈;
    상기 열전모듈의 제 1 면과 제 2 면 중의 일면에 접하여 열교환하고, 열이 확산될 수 있도록 제 3 면과 제 4 면을 가지는 열확산블럭;
    상기 열전모듈의 제 1 면과 제 2 면 중의 타면과 열교환하고, 상기 제 1 공간 또는 제 2 공간에 놓이는 히트싱크; 및
    상기 열전모듈로 전원을 인가하는 와이어가 포함되고,
    상기 서포팅유닛에는, 상기 제 1 플레이트 부재 및 상기 제 2 플레이트 부재의 사이에 제공되는 바; 및 상기 바에 지지되는 적어도 한 장의 복사저항쉬트가 포함되고, 상기 복사저항쉬트에는 상기 와이어가 통과하는 경로 상에서 절개되어 제공되는 와이어 안내부를 포함하고,
    상기 열전모듈의 제 1 면과 제 2 면 중의 일면과 접하지 않는, 상기 제 3 면과 상기 제 4 면 중의 어느 일면은, 상기 열전모듈의 제 1 면과 제 2 면에 비하여 넓게 제공되고,
    상기 히트싱크는 상기 열전모듈의 제 1 면과 제 2 면 중의 타면에 비하여 넓은 열전달 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 진공단열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열확산블럭은 상기 제 1 플레이트 부재에 접하고, 상기 열전모듈은 상기 제 2 플레이트 부재에 접하고, 상기 히트 싱크는 상기 제 2 플레이트 부재에 접하는 진공단열체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트 부재의 내면에 체결되는 너트; 및
    상기 열확산블럭을 개입하고 상기 너트와 체결되는 볼트가 포함되는 진공단열체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 플레이트 부재의 외면에 체결되는 너트;
    상기 히트싱크를 개입하고 상기 너트와 체결되는 볼트; 및
    상기 히트싱크와 상기 제 2 플레이트의 접촉면에 개입하는 액상의 열 인터페이스 모듈이 포함되는 진공단열체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전모듈 및 상기 열확산블럭 중 적어도 어느 하나의 양면에는 열 인터페이스 모듈이 개입되는 진공단열체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열 인터페이스 모듈은 금속을 재질로 하는 진공단열체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속은 인듐 또는 납인 진공단열체.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어 안내부는,
    상기 열전모듈이 놓이는 위치와 대응되는 열전모듈 놓임부, 및 배기포트가 놓이는 위치와 대응되는 배기포트 놓임부와 일체로 형성되는 진공단열체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전모듈로 전원을 인가할 수 있도록 와이어가 포함되고,
    상기 와이어에는,
    내부의 도선; 및
    상기 도선의 외부를 적어도 일부를 피복하는 수지재의 피복이 포함되는 진공단열체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수지재의 재질은, PC(polycarbonate), glass fiber PC, low outgassing PC, PPS(poly phenylene sulfide), 및 LCP(liquid-crystal polymer)를 사용하는 진공단열체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 피복은 서로 이격되어 상기 도선을 피복하는 돌출 피복인 진공단열체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트 부재에는 게터포트가 더 제공되는 진공단열체.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항 내지 제 7 항, 제 9 항 내지 제 13 항 중의 어느 하나의 진공단열체가 장착되는 차량.
  18. 삭제
  19. 삭제
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