KR20030007544A

KR20030007544A - 단열 상자 및 이것에 이용하는 진공 단열재

Info

Publication number: KR20030007544A
Application number: KR1020027014138A
Authority: KR
Inventors: 다니모토야스아키; 히라이치에
Original assignee: 마쓰시타 레키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2003-01-23
Also published as: EP1275894A1; WO2001081818A1; EP1275894B1; EP1275894A4; DE60039195D1; AU2001222296B2; JP3544653B2; HK1059110A1; CN1308639C; NZ522064A; US20030167789A1; CN1452705A; AU2229601A; CN1619238A; KR100507783B1; CN1186558C; US7210308B2

Abstract

특정 형상, 조성의 무기 섬유의 시트를 적층한 심재를 사용한 진공 단열재를 단열 상자에 사용함으로써, 경시 단열 성능, 생산성이 우수한 단열 상자를 얻을 수 있다. 본 발명의 진공 단열재는 형상 가공을 용이하게 행할 수 있기 때문에, 필요 단열부에 적합한 진공 단열재를 간단하게 제작하여 그것을 단열 상자에 적용할 수 있다. 이 성질에 의해, 단열 상자에 대한 진공 단열재의 피복률이 향상하여 단열 상자의 단열 성능도 향상한다. 이 때문에, 냉장고, 보온고, 보냉고, 자동판매기 등의 단열 성능의 향상, 생산성의 향상을 꾀할 수 있는 동시에, 에너지 절약에 공헌한다.

Description

단열 상자 및 이것에 이용하는 진공 단열재{Heat insulation box, and vacuum heat insulation material used therefor}

최근, 가전제품에 대한 에너지 절약화는 피할 수 없는 중요과제이다. 냉장고 그 밖의 여러가지 가전제품에 사용되는 단열 상자에 있어서도 단열재의 고성능화가 필요불가결하게 되어 있다. 한편, 지구환경보호에 대한 적극적인 시도가 중요하게 되어 오고 있고, 가전제품에로의 긴급 요구로서 에너지 절약화가 있고, 열에 관련되는 전기 기기의 단열 성능의 향상이 중요과제로 되어 있다.

최근, 에너지 절약화나 스페이스 절약화를 겨냥으로, 가전 메이커나 단열재 메이커를 중심으로 개발이 진행되고 있는 단열재의 하나로, 고단열 성능을 갖는 진공 단열재가 있다. 진공 단열재의 일례로서, 연속 기포를 갖는 경질 우레탄 폼 등으로 구성된 심재를 가스 배리어성 라미네이트 필름으로 피복하고, 내부를 감압한 것이 있다. 이것은 종래의 경질 또는 연질 우레탄 폼, 또는 수지 발포체에 비하여, 약 2.5배의 단열 성능을 갖는다.

또한, 일본국 특공평 5-63715호 공보에 섬유집합체를 사용한 진공 단열재가개시되어 있다. 이것은 글래스 섬유나 세라믹 섬유, 또는 수지 섬유 등의 섬유 집합체를 진공 단열재의 심재로서 사용함으로써, 경량으로 변형가능한 진공 단열재를 얻는 것이다.

또한, 일본국 특공평 30-3139호 공보에 의하면, 250㎛ 이하의 섬유 직경으로 이루어지는 글래스 섬유를 심재로 하고, 내부를 0.75Pa 이하의 진공도로 유지한 진공 단열재가 제안되어 있다. 또한, 일본국 특개소 60-208226호 공보에는 무기의 세경섬유를 전열 방향에 대하여 직각 방향으로 랜덤하게 적층하여, 이것과 직각 방향으로 봉입 섬유를 도중까지 봉입한 섬유를 진공 단열재의 심재로 하는 것이 개시되어 있다.

또한, 섬유를 바인더로 굳히는 예로는 일본국 특개평 9-138058호 특허공보에 개시되어 있고, 그 내용은 글래스 울 등의 섬유질재를 유기계 바인더를 사용하여 굳혀 성형하여, 이것을 진공 단열재의 심재로서 사용한다는 것이다.

그렇지만, 이들 종래 기술에서는 이하와 같은 문제가 있고, 실용화가 곤란하였다.

예컨대, 특공소 30-3139호 특허공보의 개시내용에서는 진공 단열재가 글래스섬유 단체로 구성되어 있기 때문에, 일정한 형상으로 성형하는 것이 어렵고, 판상 진공 단열재를 제작하는 바와 같은 경우, 섬유 자체에 형상유지성이 없기 때문에 진공 단열재의 심재로서 사용하는 데에 있어서 공수(工數)가 걸리는 문제가 있다.

또한, 일본국 특개소 60-208226호 특허공보의 개시내용에서는 무기 섬유가 다른 섬유에 봉입되어 있기 때문에, 섬유 자체에 형상유지성이 부여되어 형상유지성의 과제는 해결된다. 그러나, 열전도를 저감시키면서 봉입하기 위해서는 범용적인 방법으로는 대응할 수 없고, 생산 비용이 높아지는 문제가 있다.

또한, 일본국 특개평 9-138058호 특허공보의 개시내용에 의하면, 섬유 재료에 형상유지성을 부여하는 방법으로서 유기계 바인더로 굳히는 것이 제안되어 있는데, 바인더의 종류의 기재는 있지만, 첨가량이나 사용하는 섬유의 재료 구성 등에 대한 기재가 없다. 이 때문에, 진공 단열재로서 적용할 수 있는 단열 성능을 유지하면서, 바인더로 굳히는 것이 곤란하다고 한 문제를 안고 있다. 또한, 유기 섬유를 심재에 사용하는 것은 경시적으로 심재로부터 가스가 발생하여 단열 성능이 악화할 우려가 있다.

또한, 단열 상자의 단열 성능 향상을 목적으로 하여, 수지 발포체 또는 분말체를 심재에 사용한 진공 단열재를 사용하는 단열 상자가 지금까지 고안되고 있지만, 이들 심재에서는 경시 단열 성능, 또는 가공성에 과제가 있었다. 이와 같이, 상기 종래기술에서는 진공 단열재의 가공성이 우수하지 않거나, 제품전개에 이르지 않아서 섬유 집합체의 이점이 충분히 살려지지 않는다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여, 경시적으로 신뢰성이 높고 또한 가공성이 우수한 진공 단열재용의 심재로서, 시트상 무기 섬유를 적층한 심재를 사용함으로써, 단열 성능 및 생산성이 우수한 단열 상자를 제공하는 것이다.

본 발명은 냉장고, 보온고, 보냉고, 자동판매기, 급탕기 등에 사용가능한 단열 상자 및 이것에 이용하는 진공 단열재 및 그 단열 구조에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 진공 단열재의 단면도,

도 2는 본 발명의 진공 단열재의 심의 무기 섬유 시트의 일변에 절결부를 형성한 상태를 도시하는 도면,

도 3은 최상단의 무기 섬유 시트의 일부에 절결부를 형성한 상태를 도시하는 도면,

도 4는 중단의 무기 섬유 시트의 일부에 절결부를 형성한 상태를 도시하는 도면,

도 5는 전체부의 무기 섬유 시트의 일부에 절결부를 형성한 상태를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 냉장고의 사시투영도,

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 단열 상자의 모식도,

도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 단열 상자의 모식도,

도 9는 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 단열 상자의 모식도,

도 10은 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 단열 상자의 모식도,

도 11은 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 덮개부의 모식도,

도 12는 본 발명의 제 5 실시형태에 있어서의 단열 상자의 단면도,

도 13은 본 발명의 제 6 실시형태에 있어서의 냉장고의 단면도,

도 14는 본 발명의 제 7 실시형태에 의한 보온보냉상자의 단면도, 및

도 15는 본 발명의 제 8 실시형태에 의한 급탕기의 단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 진공 단열재 2: 심재

2a: 시트상 무기 섬유 2b: 절결부

3: 외피재 4: 흡착제

5: 냉장고 6: 냉동실

7: 기계실 8: 냉매 배관

9, 103, 112, 120, 203, 213: 외측 상자

101, 108, 201: 단열 상자 102, 111, 119, 202, 214: 내측 상자

104: 플랜지 106, 121, 204: 경질 우레탄 폼

109: 상자부 110, 212: 덮개부

113: 발포 폴리스티렌 114: 내측 틀

115: 외측 틀 118: 단열 상자(냉장고)

122: 열가소성 수지 200: 응축기

205: 칸막이판 206: 증발기

207: 기계실 208: 압축기

209: 제어기판 210: 보온보냉상자

211: 본체 215: 축냉제

216: 단열재 317: 급탕기

318: 본체 319: 저탕용기

320: 덮개부 321: 가열기

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 단열 상자는 단열재로서 시트상으로 형성된 무기 섬유를 적층한 심재와 그 심재를 끼우는 다층 필름으로 이루어지는 진공 단열재를 사용하고 있다. 또한, 적층체의 한 면에 배치된 다층 필름과, 상기 적층체의 다른 면에 배치된 다층 필름은 적층 구성이 다르다. 또한, 진공 단열재는 필요에 따라, 흡착제를 포함한다.

이하 본 발명의 실시형태에 관해서 구체예를 들어 설명한다.

(실시형태 1)

도 1은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 진공 단열재의 단면도로, 진공 단열재(1)는 심재(2)와 외피재(3)와 흡착제(4)로 구성되어 있다.

외피재(3)의 한 쪽은 표면보호층으로서 최외층에 폴리아미드층(16㎛)을 형성하고, 그 내층에 폴리에틸렌테레프탈레이트층(12㎛)을 형성하고 있다. 또한, 외피재(3)는 또한 중간층에는 알루미늄박(6㎛)을 갖고, 열 시일용으로 고밀도 폴리에틸렌(50㎛) 층을 형성한 4층으로 이루어지는 라미네이트 필름이다. 외피재(3)의 또 한 쪽에는 표면보호층이 폴리아미드층(16㎛)과 폴리에틸렌테레프탈레이트층(12㎛)로 이루어지고, 에틸렌-비닐알콜 공중합체 수지 조성물막(15㎛)의 내측에 알루미늄 증착을 실시한 중간 필름층과, 고밀도 폴리에틸렌층(50㎛)으로 이루어지는 열 시일층을 형성한 4층으로 이루어지는 라미네이트 필름을 사용하고 있다.

본 발명의 진공 단열재(1)는 외피재(3)가 한 쪽에 알루미늄박으로 이루어지는 라미네이트 필름을 사용하고, 다른 한 쪽에, 알루미늄 증착으로 이루어지는 라미네이트 필름에 의해 구성되어 있다. 이와 같이 진공 단열재가 접하는 대상물의 온도에 따라서 열전도성을 조절하고 있다. 이 결과, 단열재 전체로서 열전도성이양호한 알루미늄박에 의한 열 누설을 억제할 수 있음과 동시에, 가스 배리어성이 우수한 금속 증착층의 존재에 의해 단열재 내부에로의 가스 침입량도 억제할 수 있다.

즉, 알루미늄박은 금속막이기 때문에, 분위기 온도가 상승하더라도 가스의 투과는 없지만, 알루미늄이 증착된 수지층은 온도의 상승에 의해, 가스 투과성이 생긴다. 이 결과, 진공 단열재의 진공도가 저하하여, 단열 성능이 열화한다. 이것을 막기 위해, 진공 단열재의 외피재(3)의 알루미늄박을 사용한 측을 고온측에 배치하면 효과적이다. 이와 같이, 본 발명의 진공 단열재의 구조에 의해, 열 누설에 의한 성능 악화와 가스 침입에 의한 성능 악화의 양쪽을 억제할 수 있다.

그렇지만, 본 발명의 진공 단열재는 이러한 구성에 한정되는 필요성은 없다. 외피재의 비용 저감이나 고온 영역에서의 사용 등을 상정한 경우, 외피재(3)의 구성으로서 예컨대, 상기 구성에 있어서, 열 시일층에 결정성 폴리프로필렌(50㎛)을 사용해도 된더. 이 구성에 의하면, 진공 단열재의 내열온도를 향상시킬 수 있다.

또한, 최외층의 폴리아미드층을 삭제하여 폴리에틸렌테레프탈레이트의 두께를 약간 두껍게 함으로써, 폴리아미드층의 삭감에 의한 저 비용화를 꾀할 수 있다. 이 경우, 폴리아미드를 삭제한 것에 의한 내굴곡성의 악화를 폴리에틸렌테레프탈레이트의 두께 증가에 따라서 대응할 수 있다.

또한, 사용환경에 따라서도 외피재(3)의 구성은 여러가지 재료 선정이 필요해진다. 냉장고나 쿨러 박스 등의 비교적 저온 영역에서 사용하는 경우 등은 열 시일층에 적용하는 재료로는 고밀도 폴리에틸렌등이 적합하다. 급탕기 등의 비교적고온 영역에서 사용하는 경우는 결정화 폴리프로필렌이나 에틸렌-비닐알콜 공중합체 수지, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지나 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 등이 적합하다.

또한, 진공 단열재의 표리에 구별짓지 않고, 단일 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장재를 사용하는 경우는 외피재(3)의 시일 형태는 3방 시일에 한정되는 것이 아니라, 소위 「가젯(gadget) 자루」타입이나「필로(pillow) 자루」타입 등을 이용하는 것이 가능하다. 이것에 의해 외장재(3)의 외주 주연부에 생기는 열 시일에 기인하는 돌기부가 감소하여, 돌기부를 접어 꺽는 공정을 삭감하는 것이 가능해진다.

흡착제(4)는 적층된 심재(2)의 최상부 및 최하부를 제거하여 부분적으로 형성된 절결부에 배치되어 있다. 이 때문에, 진공 단열재를 제작하였을 때에 흡착제(4)가 볼록부가 되어 외피재(3)가 찢어진다는 문제가 해결된다.

흡착제(4)에 사용하는 재료로는 사에스게터사제의 콤보 게터(COMBO GETTER)가 우수하고, 산소, 질소를 비롯하여, 수분이나 탄산가스의 흡착제거가 가능하고, 진공 단열재(1)의 진공도의 열화를 장기간 억제할 수 있다. 또한, 다른 재료로는 산화칼슘이나 염화칼슘 등의 수분 흡착제나 에이지리스(三菱瓦斯化學社製)를 사용해도 된다. 탄산가스 흡착제로서 수산화칼슘으로 이루어지는 재료를 적용해도 된다. 이들 무기 화합물은 또한 상술한 사에스게터사제의 콤보 게터와의 병용화를 행하면, 더욱 흡착제로서의 효과가 높아져, 장기간 진공 단열재(1)의 성능을 유지할 수 있다.

심재(2)는 시트상 무기 섬유(2a)가 4매 적층되어 있다. 무기 섬유(2a)의 일변에는 절결부(2b)가 형성되고 있고, 흡착제(4)는 절결부(2b)에 수납되어 있다. 이 구성에 의해, 단열재 표면에 흡착제(4)에 의한 볼록부를 형성시키지 않도록 하고 있다. 이 구성에 의해, 단열재의 진공배기에 있어서, 시트 표면과 적층한 다수의 시트 사이에서의 기체의 유체저항이 다르게 된다. 이 때문에 흡인공기의 흐름으로 소용돌이류가 생겨, 배기효율이 향상하여, 현저하게 생산성이 향상한다.

또한, 심재(2)의 다른 예로는 도 3에 도시하는 바와 같이 1매째의 무기 섬유(2a)에 홈(2b)을 형성하여, 흡착제(4)를 수납해도 된다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 중간층의 무기 섬유(2a)에 관통구멍(2c)을 형성하여 흡착제(4)를 수납해도 된다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 모든 무기 섬유(2a)에 관통구멍(2d)을 형성하여 흡착제(4)를 수납해도 된다.

적층하는 시트(2a)의 매수는 특별히 한정되지 않지만, 흡착제(4)에 의해서 철부를 형성시키지 않은 것을 고려하면 3매 이상이 바람직하고, 또한 생산성 향상을 감안하면 4매 이상이 바람직하다.

본 실시형태에서는 심재(2)의 재료조성으로서, SiO₂가 50∼65wt%, Al₂O₃와 CaO가 각각 10∼20wt%, MgO가 1∼4 wt% 함유되어 있는 것을 사용하고 있다.

SiO₂를 주성분으로 하고 있는 것은 재료 자신의 열전도율이 낮고, 또한 저 비용를 때문이다. 진공 단열재(1)에 적합한 SiO₂의 함유량은 재료 조성의 50∼65%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 55∼60wt%의 함유량이 바람직하다.

또한, Al₂O₃는 심재(2)의 내열성을 향상시키기 위해 함유되며, Al₂O₃자체의 열전도율을 감안하면, 그 함유량은 적은 쪽이 바람직하다. 내열성과 열전도율과의 밸런스를 고려하면, Al₂O₃의 첨가량은 10∼20wt%가 좋다. Al₂O₃의 첨가량이 10wt% 보다도 적으면 내열성이 뒤떨어지고, 또한 20wt% 보다도 많으면, 진공 단열재(1)의 단열 성능이 악화하는 경향이 있다.

한편, CaO에 관해서는 수분을 흡착하는 작용이 있고, 10∼20wt%의 첨가량으로 하면 우수한 단열 성능이 얻어진다. CaO 첨가량을 20wt% 보다도 증대시켜도 그 효과는 그다지 변하지 않고, 또한 1Owt% 보다도 첨가량이 적은 경우에서는, 수분 흡착에 의한 진공 단열재(1)의 성능 향상 효과가 확인되지 않는다.

또한, Mg0의 첨가는 섬유끼리의 응집력을 향상시키는데 효과적이고, 특히 초조법(초조법) 등에 의해 섬유 시트를 제작하는 경우에 그 효과가 크다. Mg0의 첨가량에 관해서는 1∼4wt%의 첨가량으로 응집력의 향상이 확인되고, 이것보다 첨가량을 증량해도 그 효과는 동일하다. 또한, Mg0의 첨가량을 감소시키면 응집력의 저하가 일어난다. 따라서, MgO의 첨가량은 1∼4wt%가 바람직하다고 할 수 있다.

심재(2)에 사용하는 섬유의 재료 구성은 상술한 바와 같지만, 섬유 직경이나 부피밀도도 진공 단열재(1)의 단열 성능에 영향을 주기 때문에, 최적 물성을 한정해야 한다.

심재(2)의 섬유 직경에 관해서는 1∼3㎛가 바람직하고, 1㎛ 보다도 섬유 직경이 가늘게 되면 섬유의 가공 공수가 현저하게 증가된다. 또한, 섬유 자체를 제작하는 장치도 특수 장치가 되기 때문에 공업적으로 저가로 제작하는 것이 곤란해지며, 또한 섬유 자체가 극단적으로 엉켜져 모여 있기 때문에 큰 섬유의 응집체가 형성되고, 결과로서 큰 세공이 형성된다. 이 때문에 기체 열전도에 근거하는 열전도율이 증가하하여 단열 성능이 악화한다.

또한, 섬유 직경이 3㎛ 보다도 커지면 섬유의 응집에 의해서 형성되는 세공자체가 크기 때문에, 기체에 의한 열전도의 기여도가 커져, 단열 성능이 악화한다. 기체에 의한 열전도를 억제하고자 하면, 통상 공업적으로 효율 좋게 생산할 수 있는 13Pa 정도의 진공도에서는 대응할 수 있지 않고 0.13Pa 정도의 진공도가 필요 하게 되어, 공업적으로 효율 좋게 생산하는 것이 곤란해진다.

따라서, 공업적 생산성을 고려하면, 1∼3㎛의 섬유 직경이 적당하고, 또한 바람직하게는 2∼3㎛의 섬유 직경이 양호하다.

한편, 이러한 섬유 직경을 갖는 재료이더라도 섬유 자체의 부피밀도가 적절하지 않으면 진공 단열재의 단열 성능에 악영향을 미치게 된다. 섬유의 부피밀도가 0.3g/㎤ 보다 높아지면 섬유 자체의 고체 열전도에 의한 영향이 커져 단열 성능이 악화하는데다가, 섬유 재료를 사용하는 것에 의한 가요성도 적어져, 본 발명의 특징인 오목볼록부에 적용할 수 없게 된다.

또한, 섬유의 부피밀도가 O.1g/㎤ 보다도 작아지면 일정 공간에 차지하는 섬유의 비율이 저감하기 때문에 틈이 커져, 기체 열전도의 증대에 의해 진공 단열재의 단열 성능이 열화한다. 이것에다가, 진공 단열로 한 경우의 대기 압축에 의해 변형 정도가 커져, 안정한 형상의 진공 단열재를 제작하기가 어려워지는 문제도 있다.

이상과 같은 결과로부터, 진공 단열재에 적용하는 섬유 재료의 부피밀도는 0.1g/㎤∼O.3g/㎤가 적절하고, 보다 바람직하게는 O.1g/㎤∼O.2g/㎤가 좋다.

또한, 섬유를 시트상으로 형성하기 위해서는 바인더로 굳히는 것이 바람직하지만, 사용하는 바인더의 종류나 그 양이 적절하지 않으면 진공 단열재의 단열 성능에 영향을 준다.

예컨대, 바인더로서 무기계 재료를 사용하면 시트 밀도가 높아지는 결점이 있다. 유기계 바인더라도 페놀 수지 등의 열경화성 수지로는 미반응 모노머가 진공 분위기 중에서 가스화하여 진공도가 열화하고, 진공 단열재의 단열 성능에 악영향을 미친다.

한편, 열가소성 수지로는 상술한 바와 같은 미반응 모노머에 의한 악영향을 저감할 수 있지만, 시트화를 초조법에 의해서 제작하는 경우 등은 수용성 폴리머 쪽이 바람직하고, 이러한 점에서 수용성 아크릴계 수지가 좋다. 수용성 아크릴계 수지는 수용성 폴리머이기 때문에, 초조법에 의해서 시트화한 경우라도 섬유 표면에 균일하게 분산시킬 수 있어서, 똑같은 접합력을 가진 섬유 시트를 얻을 수 있다.

한편, 수용성 아크릴계 수지를 바인더로서 적용하는 경우라도, 그 첨가량은 중요한 요소이다. 첨가량이 3중량% 보다 적은 경우는 시트상 섬유를 성형하는 것은 가능하지만, 롤상으로 감을 때에 끊어지기도 하기 때문에 안정적으로 생산하는 것이 곤란해진다. 또한, 첨가량을 10중량% 보다 많게 한 경우는 초조법으로 제조하는경우의 슬러리 점도는 높아져, 생산성이 악화된다.

이 때문에, 아크릴계 바인더의 첨가량으로는 3중량%∼5중량%가 적절하고, 또한 바람직하게는 3중량%∼4중량%가 좋다.

그렇지만, 시트상 섬유의 생산성을 특별히 문제시하지 않은 경우는 바인더를 사용하지 않더라도 진공 단열재로서는 양호한 단열 성능을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 진공 단열재(1)의 구체적인 제작방법에 관해서 기술한다.

상술한 구성으로 이루어지는 심재(2)를 130℃의 건조로에서 1시간 건조후, 외피재(3)로 흡착제(4)와 함께 충전하여, 진공 배기후 밀봉하여 진공 단열재(1)를 제작하였다.

이렇게 하여 얻어진 진공 단열재(1)의 열전도율은 평균온도 24℃에서 0.0035∼0.0038W/mK이고, 종래의 실리카 분말을 이용한 진공 단열재나 연통 우레탄 폼을 사용한 진공 단열재보다도 약 2배 정도 우수한 단열 성능을 갖는 것을 알았다.

(실시형태 2)

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 냉장고의 사시투영도이다. 본 실시형태의 냉장고(5)는 단열재(1)로서 실시형태 1에서 설명한 진공 단열재를 사용하고 있다. 냉장고(5)에는 최하부에 냉동실(6), 배면 하부에 기계실(7)이 형성되어 있고, 외측 상자(9)에는 냉매 배관(8)이 알루미늄 테이프로 설치되고, 내측 상자(도시하지 않음)와 외측 상자(9)의 공간부에 시클로펜탄을 발포제로 하는 경질 우레탄 폼(도시하지 않음)이 충전되어 있다. 냉장고(5)의 냉동실(6)의 양측면에는 실시형태 1에서 제작한 진공 단열재(1)가 형성되어 있다. 냉동실 측벽의 진공단열재(1)는 설치면인 외측 상자(9)와의 사이에 고온 냉매 배관(8)이 형성되어 있고, 또한 진공 단열재(1)의 형상이 냉동실 측벽을 거의 덮는 것 같은 형상으로 성형되어 있다. 또한, 진공 단열재(1)의 알루미늄박을 형성한 복합필름측은 고온 냉매 배관(8)측에 배치하고 있다.

따라서, 냉동실 측벽을 효율 좋게 단열할 수 있음과 동시에, 고온 냉매 배관의 열이 냉동실내로 침입하는 것을 억제할 수 있어서, 소비전력량이 낮은 냉장고를 얻을 수 있는데다가, -18℃로 냉각된 경우에 생기는 우레탄 발포재의 액화 감소에 의한 단열 성능의 악화도 억제된다.

또한, 본 발명의 냉장고(5)에서는 기계실(7)과 냉동실(6) 사이에도 진공 단열재(1)가 형성되어 있다. 기계실(7)은 컴프레서의 운전에 의해 온도가 가장 높기 때문에, 진공 단열재(1)를 적용하는 것이 효과적이다.

본 발명의 진공 단열재(1)는 가용성을 가지므로, 기계실의 입체적인 형상에도 따를 수 있고, 또한 내열성을 가지므로, 기계실(8)과 냉동실(6)의 공간부에 적용할 수 있으며, 또한 기계실측에 진공 단열재(1)를 배치할 수 있어서, 에너지 절약과 비용 성능이 우수한 냉장고를 제공하는 것이 가능해진다.

(실시형태 3)

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 단열 상자의 단면도이다. 냉장고를 형성하는 단열 상자(101)는 실시형태(1)의 진공 단열재(1)를 사용하고 있다. 단열 상자(101)는 ABS 수지를 진공성형한 내측 상자(102), 철판을 프레스 성형한 외측 상자(103)와 플랜지(104)로 구성된다. 단열 상자(101)는 상자 내부에 미리 진공 단열재(1)를 배치하여, 상기 진공 단열재(1) 이외의 공간부에 경질 우레탄 폼(106)을 발포충전한 것이다.

도 8은 단열 상자(101)의 모식도로, 진공 단열재(1)가 단열 상자의 상면에 1매, 배면에 1매, 측면에 2매 배치되어 있다. 측면에 사용되어 있는 진공 단열재(1)는 단열 상자(101)의 형상에 맞춰서, 측벽의 형상에 맞도록 일변을 절단시킨 것을 사용하고 있다.

(실시형태 4)

도 9는 본 실시형태의 일례에 있어서의 단열 상자의 모식도이다.

단열 상자(108)는 쿨러 박스로서 사용되고 있고, 상자부(109)와 덮개부(110)로 구성되어 있다.

도 10은 본 실시형태의 다른 예에 있어서의 상자부의 모식도이다.

상자부(109)는 폴리프로필렌으로 이루어지는 내측 상자(111)와 외측 상자(112)로 형성되는 공간 내부에, 외측 상자(112)의 내면에 진공 단열재(1)를 양면 테이프로 첨부한 후, 내측 상자(111)와 외측 상자(112) 사이의 공간부의 진공 단열재(1)가 배치되지 않은 공간부를 경질 우레탄 폼(106)으로 발포충전함으로써 일체성형하고 있다.

도 11은 본 실시형태의 또 다른 예에 있어서의 덮개부의 모식도이다.

흡착제(4)를 갖는 진공 단열재(1)를 발포 폴리스티렌(113) 속에 배치한 후, 내측 틀(114)과 외측 틀(115)로 형성되는 공간 내부에 충전되어 있다.

도 10에 있어서, 진공 단열재(1)는 단열 상자(109)의 형상에 맞게, 1매의 진공 단열재를 'コ'자형으로 구부리고 있다.

진공 단열재(1)가 시트상 심재이기 때문에, 용이하게 'コ'자형으로 구부릴 수 있다. 따라서, 단열 상자(109)에 대한 진공 단열재(1)의 피복률이 향상하여, 단열 상자(109)의 단열 성능이 향상한다.

도 11에 있어서, 덮개부(110)는 폴리프로필렌으로 이루어지는 내측 틀(114)과 외측 틀(115)로 이루어지는 공간 내부에, 미리 진공 단열재의 형상에 맞추게 한 절결부를 형성한 발포 폴리스티렌(113)과, 그 절결부에 끼워 넣은 진공 단열재(1)로 구성되어 있다.

덮개부(110)에 사용되어 있는 진공 단열재(1)는 상자부(109)에 사용되어 있는 진공 단열재보다도 작기 때문에, 진공 단열재(1)에 차지하는 외피재의 시일부 면적의 비율이 커진다. 따라서, 외피재의 시일부에서 경시적으로 침입해가는 가스의 영향이 크고, 진공 단열재가 경시적인 성능 열화가 커져, 단열 성능이 열화하여 가는 것으로 추정된다. 이 때문에, 덮개부(110)에 사용되는 진공 단열재(1)에는 흡착제(4)를 사용하고 있다.

여기서, 흡착제(4)로는 적어도 질소, 산소, 수분, 이산화탄소를 흡착제거하는 상온 활성형 게터 물질로써 구성되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는 에이지리스 등의 상품명으로 시판되고 있는 철분을 주체로 하는 산소 흡착제가 있다.

(실시형태 5)

도 12는 본 실시형태에 있어서의 단열 상자의 단면도이다.

냉장고를 형성하는 단열 상자(118)는 ABS 수지를 진공 성형한 내측상자(119)과 철판을 프레스 성형한 외측 상자(120)로 이루어지고, 내측 상자(119)와 외측 상자(120) 사이에 진공 단열재(1)를 배치하여, 진공 단열재(1) 이외의 공간부에 경질 우레탄 폼(121)을 발포충전한 것이다.

외측 상자(120)의 내면에는 미리 열가소성 수지(122)를, 심재(2)의 외주를 따르도록 폭 10mm 도포해둔다. 열가소성 수지(122)는 진공 단열재(1)의 외피재(3)의 열 시일층과 열융착되는 것으로, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 바람직하다.

이 때, 경량으로 평면성이 우수하고, 또한 두께가 얇은 시트상 무기 섬유의 적층체를 심재로서 사용하고 있기 때문에, 외측 상자 내면과의 밀착성이 양호해지므로 단열 성능이 향상한다. 또한, 경량이고 얇으므로 외측 상자 내면에 첨부할 때에도 자중에서 어긋나는 일도 없다. 또한, 진공 단열재(1)는 심재가 얇기 때문에, 내측 상자(119)와 외측 상자(120) 사이의 공간에 경질 우레탄 폼을 발포충전할 때에도, 그 유동성을 저해하는 일도 없다. 따라서, 경질 우레탄 폼이 공극도 없고 균일하게 충전되기 때문에, 단열 상자 전체의 단열 성능이 향상한다.

(실시형태 6)

도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서의 냉장고의 단면도이다.

단열 상자(201)는 ABS 수지를 진공 성형한 내측 상자(202)와 철판을 프레스 성형한 외측 상자(203)가 플랜지를 통해 구성되어 있다. 상자(101) 내부에는 미리 진공 단열재(1)를 배치하여, 상기 진공 단열재 이외의 공간부를 경질 우레탄 폼(2O4)을 발포충전한 것이다.

단열 상자(201)는 칸막이판(205)으로서 상하로 구분되어 있고, 상부가 냉장실, 하부가 냉동실로 되어 있다. 증발기(206)는 2개 배치되어 있고, 1개는 냉장실, 1개는 냉동실을 냉각하는데 이용된다.

또한, 냉장고 하부에 위치하는 기계실(207)에는 압축기(208), 제어기판(209), 응축기(200)가 배치되어 있다. 냉동실을 냉각하는 증발기(206)는 기계실외 또한 내측 상자(202)내에 배치되어 있고, 단열 상자(201)도 그와 같게 형성되어 있다.

본 발명의 진공 단열재(1)는 대단히 단열 성능이 좋기 때문에, 얇은 진공 단열재(1)라도 충분한 단열이 가능해져, 냉장고 내용적 증대에 크게 공헌하는 것이다. 특히, 증발기를 2개 배치함으로써 본 실시예에서는 냉장실 용적이 감소하는 것으로 되지만, 얇고 성능이 좋은 진공 단열재(1)를 사용함으로써 냉장고 내용적 감소를 억제할 수 있는 것이다.

또한, 냉장고 배면, 측면, 상면에 진공 단열재(1)를 다수 배치하고, 또한 냉장고 내용적을 증대할 수 있지만, 다수의 진공 단열재(1)를 배치하면, 비용 증대로 이어질 가능성이 있다.

본 실시형태의 진공 단열재의 배치방법으로는 미리 진공 단열재(1)를 외측 상자(203)의 내측에 양면 테이프 등으로 첨부해 두고, 그 후 내측 상자(202)와 외측 상자(203) 사이의 공간을 경질 우레탄 폼(204)으로 발포충전하고 있다.

또한, 본 냉장고에서는 칸막이판(205) 내의 단열부도 경질 우레탄 폼(204)으로 일체 발포되어 있다. 이 때, 칸막이판(205)내에도 진공 단열재(1)가 배치되어박판화를 꾀하고 있어, 냉장고 내용적 증대에 공헌하고 있다.

본 실시형태에서는 칸막이판(205)으로 칸막이한 단열 상자(201)의 상부를 냉장실, 하부를 냉동실로 하였지만, 냉장실을 또한 구획, 예컨대 냉장실과 야채실을 형성해도 되고, 또한 냉동실을 구획, 예컨대 냉동실과 제빙실과 파샬(partial)실을 형성해도 된다.

또한, 기계실(207)과 냉동실을 분리하는 단열부에 형성된 진공 단열재(1)는 기계실(207)에 따르는 형상으로 구부려져 있다. 진공 단열재(1)는 시트상 심재를 사용하고 있기 때문에, 구부림 가공이 대단히 용이하고, 생산성이 우수하다. 또한, 종래와 같이, 다수의 진공 단열재를 조합하여 단열하면 각 진공 단열재 사이에 간극이 생겨 단열 성능의 열화가 되지만, 본 발명과 같이, 1매의 진공 단열재를 구부려 사용할 수 있으면, 단열 성능 향상, 나아가서는 압축기(208)의 운전억제에 의한 에너지 절약에 이어지는 것이다.

또한, 본 실시형태에서는 냉동실과, 압축기(208), 제어기판(209), 응축기(200)를 진공 단열재(1)로써 일시에 단열하고 있다.

따라서, 압축기, 제어기판, 응축기로부터의 방열에 의한 냉동실의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이 때, 압축기와 냉동실, 제어기판과 냉동실, 또는 응축기와 냉동실을 각각 단열하지 않아도 되기 때문에, 대단히 효율적이다.

또한, 무기 섬유가 난용성이므로, 진공 단열재도 연소되기 어렵고, 유해 가스를 발생하기 어려운 구조를 갖고 있다. 따라서, 이 진공 단열재를 사용한 냉장고 자체도 연소하기 어렵게 되는 등, 안전성의 면에서도 우수하다.

또한, 수지 발포체의 발포제나 냉매 등으로서 탄화수소계 등의 가연성 물질이 냉장고 중에 사용되어 있는 경우에도, 무기 섬유를 사용하고 있기 때문에, 진공 단열재가 연소되기 어려운 구조를 갖고 있고, 본 실시형태의 냉장고는 안전성이 대단히 우수한 냉장고로 할 수 있는 것이다.

(실시형태 7)

도 14는 본 발명의 제 6 실시형태에 있어서의 보농보냉상자가 되는 단열 상자(210)의 단면도이다. 보온보냉상자(210)는 본체(211), 덮개부(212), 외측 상자(213), 내측 상자(214), 축냉제(215), 단열재(216), 진공 단열재(1)로 구성되어 있다.

본 발명의 진공 단열재(1)는 가요성을 갖기 때문에, 보온보냉상자(210)에 적용하는 데다가 미리 구부림 가공을 행해 두면 일체적으로 대략 입방형상을 한 보온보냉상자이어도 일체적으로 부착하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 진공 단열재(1)의 이음매부를 적게 할 수 있기 때문에, 이음매부에서의 열 누설을 저감할 수 있다.

또한, 덮개부(212)에 축냉제(215)를 배치하기 위한 오목볼록부를 형성한 경우라도, 진공 단열재(1)가 가요성을 가지므로 오목볼록부분에 설치가 가능하고, 효율 좋게 단열강화를 도모할 수 있다.

본 실시형태의 보온보냉상자(210)는 진공 단열재(1)의 적용효과를 충분히 발휘할 수 있으므로, 종래에 없는 단열 성능을 발휘할 수 있고, 레저용 쿨러 박스를 비롯하여, 보다 온도관리가 엄한 의료용 보냉상자로서 사용할 수 있다.

한편, 축냉제(215)로는 특별히 한정되는 재료는 없고, 시판용 축냉제 전반을 사용할 수 있다. 또한, 216의 단열재도 특별히 한정되는 것은 아니고, 경질 발포 우레탄 폼이나 폴리스티렌 폼 등, 시판용 수지 발포재를 비롯하여, 글래스 울이나 글래스 울 등의 섬유계 재료의 사용도 가능하다.

또한, 진공 단열재(1)의 부착은 본체(211)에서는 외측 상자(213) 및 내측 상자(214) 중 어느 쪽에 부착해도 동일한 효과가 얻어진다.

(실시형태 8)

도 15는 본 발명의 일실시형태에 의한 급탕기의 단면도이다. 급탕기(317)는 본체(318)와 저탕용기(319)와 덮개부(320)와 가열기(321)와 진공 단열재(1)로 구성되어 있다. 진공 단열재(1)는 저탕용기(319)의 외측에 휘감은 형으로 배치되어 있고, 또한 가열기(321)의 근방부까지 진공 단열재(1)가 구부리는 바와 같은 형으로 배치되어 있다. 또한, 덮개부(320)의 오목보록부에도 진공 단열재(1)가 형성되어 있다.

이상과 같은 구성으로 이루어지는 급탕기(317)는 진공 단열재(1)가 내열성을 갖는 무기 섬유 재료를 심재에 사용하고 있기 때문에 열열화가 적고, 장기에 걸쳐 급탕기를 사용한 경우에 있어서도 문제의 발생은 없다. 또한, 진공 단열재(1)는 가요성을 갖기 때문에, 가열기 근방까지 구부려 사용할 수 있고, 또한 덮개부의 오목볼록부에도 진공 단열재를 사용하는 것이 가능해진다.

본 실시형태의 급탕기(317)는 진공 단열재(1)가 내열성을 갖고 또한 가요성도 갖기 때문에 효율적인 소비전력량의 저감이 가능해지는 것 뿐만 아니라, 컴팩트화 등도 실현할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 진공 단열재는 시트상으로 형성한 무기 섬유를 적층한 심재를 사용하고 있다. 또한, 본 발명의 단열 상자는 본 발명의 진공 단열재를 사용하고 있다. 따라서, 진공 단열재의 경시발생가스가 대단히 적고, 또한 가공성이 우수하기 때문에, 경시 신뢰성이 우수하고 동시에 생산성이 우수한 단열 상자를 얻을 수 있다. 또한, 얇은 시트상 물질을 심재에 사용하고 있기 때문에 단열 상자의 두께가 얇아져, 단열 상자의 스페이스 절약화로 된다.

또한, 본 발명에 사용하는 심재는 형상 가공을 매우 간단하게 행할 수 있기 때문에, 적층, 절결부, 구부림, 웅덩이, 관통구멍 등의 가공을 용이하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 필요 단열부에 알맞은 진공 단열재를 간단히 제작하여, 그것을 냉장고 등의 단열 상자에 적용할 수 있다. 즉, 단열 상자에 대한 진공 단열재의 피복률이 향상하여 단열 상자의 단열 성능도 향상하는 것이다. 또한, 얇은 시트상 심재를 사용하고 있기 때문에, 단열 상자 내의 칸막이판에 사용항 때에도 얇은 칸막이판을 얻는 수 있어서, 상자내 스페이스의 유효이용이 가능해진다.

이 때문에, 본 발명의 진공 단열재를 냉장고 그 밖의 단열을 필요로 하는 기기에 사용하면, 생산성의 향상과, 에너지 절약을 꾀할 수 있는 동시에, 장치의 형상을 작게 할 수 있다.

Claims

적어도 1부에 개구부를 갖는 내측 상자와, 외측 상자와, 상기 개구부를 폐쇄는 덮개부와, 상기 내측 상자와 상기 외측 상자 사이에 배치된 적어도 2층 이상의 시트상 무기 섬유의 적층체로 이루어지는 심재와 상기 심재를 끼우는 다층 필름으로 이루어지는 진공 단열재로 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항에 있어서, 상기 진공 단열재를 구성하는 상기 적층체의 한 면에 배치된 상기 다층 필름과, 상기 적층체의 다른 면에 배치된 상기 다층 필름은 적층 구성이 다른 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항에 있어서, 상기 진공 단열재는 추가로 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 상자는 냉장고, 보온고, 보냉고, 자동판매기, 급탕기 중 하나인 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 상자는 추가로 최하부에 냉동실과, 상기 단열 상자의 외부에 기계실을 구비하고, 상기 진공 단열재가 냉동실의 측벽을 피복하며, 상기 내측 상자와 상기 외측 상자 사이의 상기 진공단열재 이외의 공간은 발포 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 5 항에 있어서, 고온 냉매 배관이 진공 단열재와 외측 상자 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 5 항에 있어서, 상기 진공 단열재가 상기 기계실과 상기 냉동실 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 덮개부의 내측에 오목볼록부를 갖고, 이 오목볼록부에 축냉제 또는 축열제가 배치되어 있으며, 또한 상기 진공 단열재가 상기 오목볼록부를 따르도록 성형하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 상자는 추가로 다른 온도대의 독립한 다수의 실(室)과, 상기 실마다 증발기를 갖고, 적어도 하나의 상기증발기의 후방에 위치하는 단열부에 상기 진공 단열재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 실의 칸막이판에 상기 진공 단열재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 상자는 추가로 압축기를 갖고, 상기 압축기와 상기 내측 상자의 칸막이판에 상기 진공 단열재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 상자는 추가로 제어기판을 갖고, 상기 제어기판과 상기 내측 상자의 칸막이판에 상기 진공 단열재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 상자는 추가로 저면에 응축기를 갖고, 상기 응축기와 상기 내측 상자의 칸막이판에 상기 진공 단열재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열 상자는 상기 외측 상자와 상기 내측 상자 사이의 공간의 내면의 적어도 일부에 열가소성 수지층을 갖고, 상기 진공 단열재는 상기 열가소성 수지층에 의해 상기 단열 상자에 열용착되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 상자는 저탕용기인 것을 특징으로 하는 단열 상자.
제 15 항에 있어서, 상기 덮개부의 공간부에 진공 단열재를 배치하여, 이 진공 단열재가 덮개부 하부 형상에 근사한 형상으로 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 상자.
적어도 2층 이상의 시트상 무기 섬유의 적층체로 이루어지는 심재와 상기 심재를 끼우는 다층 필름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 17 항에 있어서, 상기 무기 섬유는 SiO₂를 주성분으로 하고, 또한 Al₂O₃, CaO, 및 MgO를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 17 항에 있어서, 상기 무기 섬유는 섬유 직경이 1㎛∼5㎛이고, 또한 부피밀도가 0.1g/㎤∼O.3g/㎤인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 17 항에 있어서, 상기 무기 섬유는 열가소성 수지로 이루어지는 바인더를 사용하여 시트상으로 형성되어 있고, 또한 상기 열가소성 수지가 아크릴계 수지이며, 상기 열가소성 수지의 첨가량은 시트상 무기 섬유의 3중량% 이상 10중량% 이하인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 20 항에 있어서, 상기 열가소성 수지가 아크릴계 수지인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 17 항에 있어서, 상기 시트상 무기 섬유의 일부에 절결부를 형성한 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 22 항에 있어서, 상기 절결부에 흡착제를 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 17 항에 있어서, 상기 시트상 무기 섬유 중 적어도 1개소에 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 17 항에 있어서, 상기 시트상 무기 섬유 중 적어도 1개소에 관통구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.