KR20100119939A - 진공 단열체 및 진공 단열체용 외피재 - Google Patents

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송태호
권재성
장충효
정해용
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 진공 단열체 및 진공 단열체용 외피재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 진공 단열체는, 다공성 내부 심재와, 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제1 외피재로 이루어진 단위 진공 단열체, 단위 진공 단열체와의 사이에 설치된 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제2 외피재를 포함한다.
진공 단열체, 외피재, 다공성 내부 심재, 진공도

Description

진공 단열체 및 진공 단열체용 외피재{VACUUM INSULATOR AND ENVELOPE FOR VACUUM INSULATOR}
본 발명은 진공 단열체 및 진공 단열체용 외피재에 관한 것이다.
건물의 냉난방으로 인한 에너지 소비는 가정 및 상업 부문에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. OECD 국가의 경우 가정 및 상업 부문에서의 전체 에너지 소비 중 약 50% 가량을 냉난방이 차지하고 있다. 이는 이산화탄소 배출량의 상당부분이 건물의 냉난방으로 인해 배출되고 있음을 의미한다. 대체 에너지의 수급량이 현재 총 에너지 소비량의 1 내지 2%에 불과하고, 장기적인 계획도 10%를 넘지 못함을 고려해보면, 냉난방 에너지의 절감이야 말로 현재의 에너지 위기와 탄소배출 문제를 타개할 수 있는 가장 효과적인 방안이라고 할 수 있다. 냉난방 에너지 절감을 위해 냉난방 자체를 줄이는 것은 근본적인 해결책이 되지 않으며, 결국 외부로 손실되는 에너지를 최대한 줄일 수 있는 고성능 단열재를 사용하는 방안이 가장 타당한 해결책이다. 그러나, 기존 단열재의 열전도계수는 지난 일세기 동안 약 30mW/m·K라는 한계치에서 머무르고 있다. 현재의 단열재를 가지고 에너지 소비를 절반으로 줄이고자 한다면, 단열재의 두께가 너무 두꺼워져서 경제적으로 타당성이 있는 건축이 불가능하다. 따라서, 기존 및 신축 건물에 내외장재의 형태로 적용할 수 있는 단열재가 개발되어야 하며, 진공 단열체가 그것을 가능하게 할 수 있다. 진공 단열체는 내부를 진공상태로 만들어 기체에 의한 대류 및 전도 열전달을 억제하여, 종래의 일반 단열재인 폴리우레탄 폼 또는 폴리스타이렌 폼 등에 비해 10배 이상의 뛰어난 단열효과를 나타낸다. 진공 단열체는 건물뿐만 아니라 및 냉장고 외벽, 소형보온기기, 극저온 산업분야 등에 적용되어 뛰어난 에너지절감 효과뿐만 아니라, 단열재가 차지하는 공간을 줄임으로써, 추가의 가용공간을 얻을 수 있는 장점이 있다.
일반적으로, 진공 단열체는 단열체 내부와 외부 대기압과의 압력차이를 지탱하며 단열재의 형태를 유지하기 위한 내부 심재(코어), 내부 심재를 감싸면서 단열체 내부의 진공상태를 유지하기 위한 가스차단성의 외피재, 단열체 내부의 잔류가스 및 기체원을 흡착하여 장기간 진공을 유지하기 위한 기체 흡착제 또는 게터(getter)로 구성된다. 내부 심재는 단열재 내외부의 압력차로 인한 하중을 견딜 수 있어야 하고, 공기가 쉽게 배기될 수 있는 다공성의 구조로 통상적으로 폴리우레탄 폼, 폴리스타이렌 폼, 유리섬유 등의 섬유성의 물질, 실리카 및 펄라이트 등의 분말재 들이 제시되어 왔다.
기체의 열전도도는 기체 분자의 평균자유행로(mean free path)가 내부 심재의 공극(기체가 충돌할 수 있는 벽과 벽사이의 거리)의 크기보다 같거나 커질 때 급격히 감소된다. 기체의 평균자유행로는 압력에 반비례하기 때문에 압력이 낮을수록 또는 내부 심재의 공극의 크기가 작을수록 기체에 의한 열전도효과를 줄일 수 있다. 예를 들어, 공극의 크기가 수백 마이크론미터 수준인 폴리머 폼의 경우, 약 0.01~0.1 torr 정도의 진공도가 필요하게 된다. 즉, 내부 심재 별로 요구되는 기준압력을 초과하게 되면, 열전도도가 급격하게 증가하여 단열재 본래의 성능을 상실하게 된다. 따라서, 진공 단열체 본래의 단열성능을 장기간(최소 10년이상) 유지하기 위해서는, 단열체 내부의 진공도가 일정수준으로 유지되어야 한다.
진공 단열체 내부의 압력을 증가시키는 요인으로 외피재를 통한 기체투과, 내부 심재에서의 탈기체, 제조시 발생되는 잔류가스를 들 수 있다. 이 중 외피재를 통한 기체투과는, 열융착되는 폴리머 층을 통해 지속적으로 발생하기 때문에, 전체압력증가에 가장 큰 영향을 미친다. 외피재를 통한 기체투과를 줄이기 위해, 일반적으로 가스 차단성을 지니는 금속층과 플라스틱 필름층으로 이루어진 합지 필름이 사용된다. 적용조건, 구조 및 가격에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 PET(Polyethylene terephthalate), LDPE(Lowdensity polyethylene), 알루미늄 포일 또는 증착필름, LLDPE(Linear-Lowdensity polyethylene) 층이 주로 합지되며, 이들 중 LLDPE층이 알루미늄 안쪽 면에 부착되어 필름 두 면을 열융착하는 역할을 한다.
이러한 진공 단열체용 외피재에 대한 기존 기술 중 한국공개특허공보 제10-1998-078092호에서는, 플라스틱 공압출 다층필름과 금속박 증착필름으로 이루어진 진공단열재용 필름복합체의 구성과 제조방법에 대해 제시되어있다. 또한, 미국공개특허 US2007/0196665에서는, 외부 물질로부터 외피재가 손상되어 발생되는 핀 홀을 방지하기 위해 다양한 필름 합지구조를 제안하고 있다. 그러나, 이러한 종래의 외피재로는 열융착된 폴리머 층을 통해 외부의 기체가 투과되는 현상을 근본적으로 해결하지는 못한다는 문제점이 있다. 또한, 한국공개특허공보 제10-2006-0053143호 에서는, 진공 단열체를 제조 작업 중 혹은 제작 중인 물건의 보관 중에, 내부 심재로의 수분 혹은 가스 성분이 부착되는 것을 방지하기 위해 이중의 외피재를 제시하였다. 그러나, 이는 이중의 외피재가 기체 투과를 줄이기 위한 목적이 아닌 제조과정 중 내부 심재를 외부기체와 차단시키는 차원이며, 제조 후 외부 대기압에 의해 내 외측 외피재가 서로 맞닿으면서 외측 외피재와 내부 단열재 사이에 완충적인 역할을 하는 공간이 존재하지 않게 되어 기체 투과 방지 효과가 미약하다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 단위 진공 단열체와 그 위에 설치된 다공성의 내부 심재를 별도의 외측 외피재로 감싸 이중 구조의 진공 단열체를 형성하고 있기 때문에, 기체투과를 최소화함으로써, 진공 단열체 본래의 고단열 성능을 장기간 유지하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 단위 진공 단열체와 외측 외피재와의 사이에 별도의 내부 심재를 설치하고 있기 때문에, 잉여의 부피가 생성되어 외측 외피재 안 쪽의 압력 증가도를 감소시킬 수 있는 진공 단열체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 복수 개의 단위 진공 단열체를 상부 및 하부 플레이트 사이에 배치하고, 나머지 내부 공간에 공극의 크기가 작은 다공성의 충진재를 설치하며, 상부 및 하부 플레이트를 별도의 외측 외피재로 감싸 이중 구조의 진공 단열체를 형성하고 있기 때문에, 기체투과에 의한 내부압력증가를 최소화하고, 단열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 단위 진공 단열체와 외측 외피재와의 사이에 상부 및 하부 플레이트를 설치하고 있기 때문에, 외측 외피재 내외부의 압력차로 인한 하중을 효과적으로 지탱할 수 있는 진공 단열체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 3면만을 열융착법으로 접착시키고 있기 때문에, 융착 길이가 감소되고, 이로 인해 기체 투과가 감소된진공 단열체용 외피재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 발명인 진공 단열체는, 다공성 내부 심재와, 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제1 외피재로 이루어진 단위 진공 단열체, 단위 진공 단열체와의 사이에 설치된 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제2 외피재를 포함한다.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 진공 단열체에 의하면, 단위 진공 단열체와 그 위에 설치된 다공성의 내부 심재를 별도의 외측 외피재로 감싸 이중 구조의 진공 단열체를 형성하고 있기 때문에, 기체투과를 최소화함으로써, 단열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 단위 진공 단열체와 외측 외피재와의 사이에 별도의 내부 심재를 설치하고 있기 때문에, 잉여의 부피가 생성되어 외측 외피재 안 쪽의 압력 증가도를 감소시킬 수 있다.
청구항 2에 관한 발명인 진공 단열체는, 청구항 1에 관한 발명인 진공 단열체에 있어서, 단위 진공 단열체 또는 제2 외피재의 내부의 소정 영역에 설치되어 잔류가스를 흡착하는 흡착제를 더 포함한다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 진공 단열체에 의하면, 그 내부에 흡착제를 포함하고 있기 때문에, 잔류가스가 제거되어 진공 상태를 장기간 유지시킬 수 있다.
청구항 3에 관한 발명인 진공 단열체는, 청구항 1에 관한 발명인 진공 단열체에 있어서, 다공성 내부 심재는, 유기 발포체, 무기 섬유재, 무기 분말체, 인공적인 구조체 중 어느 하나로 구성된다.
청구항 3에 관한 발명인 진공 단열체에 의하면, 자체의 열전도도가 최대한 작고, 외부의 대기압에 의한 하중을 잘 견딜 수 있는 재료인 유기 발포체, 무기 섬유재, 무기 분말체, 인공적인 구조체 중 어느 하나를 내부 심재로 사용하고 있다.
청구항 4에 관한 발명인 진공 단열체는, 상부 및 하부 플레이트, 상부 및 하부 플레이트 사이에 소정 간격으로 이격되어 복수 개 배치되고, 그 사이에 다공성 충진재가 설치되며, 다공성 내부 심재와 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제1 외피재로 이루어지는 단위 진공 단열체, 단위 진공 단열체와의 사이에 설치된 다공성의 충진재 및 상부 및 하부 플레이트를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제2 외피재를 포함한다.
따라서, 청구항 4에 관한 발명인 진공 단열체에 의하면, 복수 개의 단위 진공 단열체를 상부 및 하부 플레이트 사이에 배치하고, 나머지 내부 공간에 공극의 크기가 작은 다공성의 충진재를 설치하며, 상부 및 하부 플레이트를 별도의 외측 외피재로 감싸 이중 구조의 진공 단열체를 형성하고 있기 때문에, 기체투과를 최소화함으로써, 단열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 단위 진공 단열체와 외측 외피재와의 사이에 상부 및 하부 플레이트를 설치하고 있기 때문에, 외측 외피재 내외부의 압력차로 인한 하중을 효과적으로 지탱할 수 있다.
청구항 5에 관한 발명인 진공 단열체는, 청구항 4에 관한 발명인 진공 단열체에 있어서, 단위 진공 단열체의 내부의 소정 영역에 설치되거나, 단위 진공 단열체 사이의 공간의 소정 영역에 설치되어 그 내부의 잔류가스를 흡착하는 흡착제를 더 포함한다.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 진공 단열체에 의하면, 그 내부에 흡착제를 포함하고 있기 때문에, 잔류가스가 제거되어 진공 상태를 장기간 유지시킬 수 있다
청구항 6에 관한 발명인 진공 단열체는, 청구항 4에 관한 발명인 진공 단열체에 있어서, 상부 및 하부 플레이트는, 인장 강도와 열전도 계수의 비가 큰 물질을 포함한다.
따라서, 청구항 6에 관한 발명인 진공 단열체에 의하면, 인장 강도가 크고, 열 전도도가 작은 물질을 포함함으로써, 진공 단열체 내부와 외부 대기압과의 압력차이를 지탱하며, 진공 단열체의 형태를 장기간 유지시킬 수 있다.
청구항 7에 관한 발명인 진공 단열체는, 청구항 4에 관한 발명인 진공 단열체에 있어서, 다공성의 충진재는, 섬유재, 분말체, 발포체, 알루미늄 적층 필름 중 어느 하나의 물질이거나, 또는 적어도 둘 이상을 혼합한 혼합재이다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 진공 단열체에 의하면, 다공성 충진재로서 섬유재, 분말체, 발포체, 알루미늄 적층 필름 또는 이들을 혼합한 것을 사용하고 있기 때문에, 기체에 의한 전도 열전달과 복사 열전달을 효과적으로 억제할 수 있다.
청구항 8에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재는, 외피재를 반으로 접어, 접힌 외피재의 양 측면 및 개구부를 열 융착하여 형성된다.
따라서, 청구항 8에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재에 의하면, 3면만을 열융착법으로 접착시키고 있기 때문에, 융착 길이가 감소되고, 이로 인해 기체 투과가 감소된다.
청구항 9에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재는, 외피재를 그 양 단이 소정 폭으로 겹쳐지도록 접어, 겹쳐진 양 단 및 양 측면의 개구부를 열융착하여 형성된다.
따라서, 청구항 9에 관한 발명인 진공 단열체용 외피재에 의하면, 3면만을 열융착법으로 접착시키고 있기 때문에, 융착 길이가 감소되고, 이로 인해 기체 투과가 감소된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 단위 진공 단열체와 그 위에 설치된 다공성의 내부 심재를 별도의 외측 외피재로 감싸 이중 구조의 진공 단열체를 형성하고 있기 때문에, 기체투과를 최소화함으로써, 진공 단열체의 고단열 성능을 장기간 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 단위 진공 단열체와 외측 외피재와의 사이에 별도의 내부 심재를 설치하고 있기 때문에, 잉여의 부피가 생성되어 외측 외피재 안 쪽의 압력 증가도를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수 개의 단위 진공 단열체를 상부 및 하부 플레이트 사이에 배치하고, 나머지 내부 공간에 공극의 크기가 작은 다공성의 충진재를 설치하며, 상부 및 하부 플레이트를 별도의 외측 외피재로 감싸 이중 구조의 진공 단열체를 형성하고 있기 때문에, 기체투과에 의한 내부압력증가를 최소화하고, 단열 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 단위 진공 단열체와 외측 외피재와의 사이에 상부 및 하부 플레이트를 설치하고 있기 때문에, 외측 외피재 내외부의 압력차로 인한 하중을 효과적으로 지탱할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 3면만을 열융착법으로 접착시키고 있기 때문에, 융착 길이가 감소되고, 이로 인해 기체 투과가 감소된다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진공 단열체의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 진공 단열체(100)는, 다공성 내부 심재(112)와 제1 외피재(111)로 이루어진 단위 진공 단열체(110)와, 단위 진공 단열체(110)와의 사이에 설치된 다공성 내부 심재(130a, 130b)를 감싸는 제2 외피재(120)로 이루어진다.
제1 외피재(111) 및 제2 외피재(120)는, 각각의 외피재 내부의 진공도를 유지시키는 역할을 한다. 또한, 제1 외피재(111) 및 제2 외피재(120)는, 가스 차단성 을 지니는 금속층과 폴리머 필름층으로 이루어진다. 예를 들면, 외피재는, PET(Polyethylene terephthalate)필름, LDPE(Low density polyethylene)필름, 알루미늄 포일 또는 증착필름, LDPE(Low density polyethylene)필름, LLDPE(Linear low density polyethylene)필름으로 구성된다. 여기서, 중간에 위치한 알루미늄 층은 매우 낮은 기체투과성을 가지므로, 이로 인하여 외피재의 표면을 통한 외부 대기의 침투를 막아줄 수 있다. 또한, 외피재는, 내구성을 고려하여 나일론(Nylon) 이나 CPP(Casting Poly Propylene) 층을 추가할 수 있다.
다공성 내부 심재(112, 130a, 130b)는, 제1 외피재(111) 내부와, 제1 외피재(111)와 제2 외피재(120) 사이에 설치된다. 특히, 제1 외피재(111)와 제2 외피재(120) 사이에 설치된 다공성 내부 심재(130a, 130b)는 잉여의 공간을 생성하여 제2 외피재(120) 안쪽의 압력증가도를 감소시키는 역할을 한다. 이때, 다공성 내부 심재(112, 130a, 130b)는, 자체의 열전도도가 최대한 작아야 하며, 외부의 대기압에 의한 하중을 견딜 수 있어야 한다. 본 발명에 따른 진공 단열체에서 사용되는 다공성 내부 심재(112, 130a, 130b)로는, 유기 발포체(폴리우레탄 폼, 폴리스타이렌 폼 등), 섬유재(유리섬유, 미네랄울 등), 무기 분말체(흄드 실리카(SiO2), 펄라이트(Perlite) 분말 등), 인공적 구조체(격자형 빔 구조, 벌집형 구조 등) 들이 적용될 수 있다.
흡착제(113)는, 단위 진공 단열체(100) 또는 제2 외피재(120)의 내부의 소정 영역에 설치되어 단위 진공 단열체(100) 또는 제2 외피재(120) 내부의 잔류가스를 흡착한다. 즉, 흡착제(113)는, 단위 진공 단열체(110) 내부에만 설치되거나 그 내 외부 모두에 장착될 수 있다. 흡착제(113)는 잔류가스를 흡착하여 장기간 진공 상태를 유지하는데 있어 중요한 역할을 하는 것으로서, 게터(getter)라고도 한다.
도 1에 나타난 본 발명의 제1 실시예에 따른 진공 단열체(100)에 의하면, 대기압 하의 외부에서 제2 외피재(120)의 테두리에 위치되는 열 융착부를 통하여 제1 외피재(111)의 내부까지 투과되는 기체량을 감소시킬 수 있게 된다.
보다 상세하게 설명하자면, 진공 단열체 외부에서 내부로 제2 외피재(120) 둘레의 열 융착부를 통해 투과되는 기체에 의해 발생되는 제2 외피재(120) 내부 압력 증가율은 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure 112009026815117-PAT00001
여기서, P 0는 제2 외피재 내부의 압력, t 는 시간, R u 는 보편기체상수, T는 온도, V 0는 내부부피, K edge 는 기체투과상수, L 0는 열 융착부의 둘레 길이, h 0는 열 융착부의 두께, w 0는 열 융착부의 너비, P 0 , atm 은 외피재 외부의 압력이다.
위 수학식 1에 나타난 바와 같이, V 0가 작을수록 시간에 따른 압력증가도는 커지게 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 진공 단열체는, 별도로 V 0를 형성하기 위하여 추가의 다공성 내부 심재(130a, 130b)를 설치한 것이다.
마찬가지로, 단위 진공 단열체(100)의 압력 변화율은 위 수학식 1식과 같은 형태로 아래 수학식 2와 같이 표현된다.
[수학식 2]
Figure 112009026815117-PAT00002
즉, 단위 진공 단열체(100)의 압력 증가율은, 제2 외피재(120)의 내부압력 P o 와 제1 외피재(111)의 내부압력 P i 의 차이에 비례한다. 또한, P o의 값이 작기 때문에 단위 진공 단열체(100)에서의 기체투과에 의한 압력증가율은 상당 부분 감소된다.
한편, 표 1은 기체 투과에 대한 압력 증가에 대한 실험 예를 나타내는 것으로서, 30cm×30cm×1cm 크기의 진공 단열체에 대해 1년, 5년, 10년 후 기체투과에 의한 압력증가를 나타낸 데이터이다. 여기서, 투과 기체는, H2, O2, CO2, N2, H2O 만을 고려한 것이다.
[표 1]
단일 외피재 이중 외피재
제1외피재 내부 제2외피재 내부
진공 단열체 크기(cm) 30×30×1 30×30×1 30×30×1
내부유효부피(cm3) 720 720 720
열 융착부 길이(cm) 124 124 128
열 융착부 높이(cm) 0.012 0.012 0.012
열 융착부 너비(cm) 1 1 1
1년 후 압력증가량(torr) 1.136 0.015 1.172
5년 후 압력증가량(torr) 5.413 0.320 5.577
10년 후 압력증가량(torr) 10.25 1.095 10.54
여기서, 10년 후를 기준으로 이중 외피재의 경우가 단일 외피재 보다 압력이 1/10 가량 작다는 것을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진공 단열체의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 진공 단열체는, 상부 및 하부 플레이트(230a, 230b), 다공성 내부 심재(212)와 제1 외피재(211)로 이루어진 복수 개의 단위 진공 단열체(210), 단위 진공 단열체(210)와의 사이에 설치된 다공성의 충진재(240) 및 상부 및 하부 플레이트(230a, 230b)를 감싸는 제2 외피재(220)로 이루어진다.
상부 및 하부 플레이트(230a, 230b)는, 인장 강도와 열전도 계수의 비가 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상부 및 하부 플레이트(230a, 230b)는, 인장 강도가 크고, 열 전도도가 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 폴리카보네이트(Polycarbonate)나 폴리이미드(Polyimide) 등의 물질을 사용할 수 있다.
단위 진공 단열체(210)는, 복수 개가 소정 간격으로 배치되어 제2 외피재(220) 내부와 외부간 존재하는 압력 차에 의한 하중을 견디게 된다. 단위 진공 단열체(210)는, 상부 및 하부 플레이트(230a, 230b)가 변형되지 않는 수준에서 최소한 적은 개수의 진공 단열체를 삽입하는 것이 바람직하다. 단위 진공 단열체(210) 사이에 비어있는 공간은, 공극 크기가 100μm 이하의 다공성 충진재(240)를 충진하게 된다. 이는 기체에 의한 열전도 감소뿐만 아니라 복사 열전달을 감소시키기 위함이다. 다공성 충진재(240)는, 섬유질이나 분말 또는 폴리머 폼, 알루미늄 필름과 상기 물질들을 혼합한 혼합재 등을 사용할 수 있다. 여기서, 알루미늄 필름은 10um 이하인 것이 바람직하다. 이때, 다공성 충진재(240)를 구성하는 상기 물질 들은 공극 크기가 100um이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2에 나타난 본 발명에 따른 진공 단열체에 의하면, 제2 외피재(220)의 내 외부 압력차에 의한 하중은 복수 개의 단위 진공 단열체(210)가 지지하고, 단위 진공 단열체(210) 사이의 빈 공간을 다공성의 충진재(240)가 충진되어, 기체에 의한 열전도도 현상 및 복사열전달을 감소시키는 역할을 하게 된다. 또한, 단위 진공 단열체의 기체투과에 의한 압력증가를 감소시키게 된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재의 구조를 나타내는 상면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재는, 소정 크기의 외피재를 반으로 접어, 접힌 외피재의 양 측면(310) 및 개구부(320)를 열 융착하여 형성된다.
보다 상세하게 설명하자면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재는, 우선 일정 크기의 외피재 원단을 반으로 접는다. 그리고, 절곡부(300) 양 측면을 열 융착(310) 한 다음, 외피재의 개구부(320)에 내부 심재 및 흡착제를 삽입한다. 그런 다음, 진공 챔버 내에서 배기 후 개구부(320)를 열 융착하여 최종 밀봉하게 된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재의 구조를 나타내는 상면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재는, 외피재를 그 양 단이 소정 폭으로 겹쳐지도록 접어, 상기 겹쳐진 양 단(410) 및 양 측면의 개구부(400, 420)를 열 융착하여 형성된다.
보다 상세하게 설명하자면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재는, 외피재 원단을 소정 폭으로 겹쳐지도록 접은 후 양 끝 단(410)을 열 융착한다. 그런 다음, 융착된 양 끝단(410)을 외피재 중심에 위치시킨 후, 어느 한 면인 개구부(420)를 열 융착한다. 그리고, 다른 한 면인 개구부(400)을 통해 내부 심재 및 흡착제를 삽입한다. 그런 다음, 진공 챔버 내에서 진공 배기 후, 최종 밀봉을 통해 3면 열 융착 진공 단열체를 완성하게 된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재는, 4면 열 융착 외피재의 경우보다 열 융착부 길이가 감소하여 전체 투과도를 감소시키는 역할을 한다(수학식 1 및 수학식 2 참조).
도 3 및 도 4에 도시된 본 발명에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재에 의하면, 기존의 4면 융착에서 3면만 융착하는 외피재를 적용하여, 수학식 1 및 수학식 2 에서 열 융착부 둘레의 길이 L 0, L i 를 줄임으로써, 기체투과를 감소시킬 수 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 단위 진공 단열체와 그 위에 설치된 다공성의 충진재를 별도의 외측 외피재로 감싸 단위 진공 단열체로의 기체투과를 최소화하고, 고단열 성능을 장기간 유지할 수 있다. 또한, 단위 진공 단열체와 외측의 외피재 사이에 별도의 다공성 내부 심재를 설치함으로써, 잉여의 부피를 생성 하여 외측 외피재 안 쪽의 압력 증가도를 감소시킬 수 있다. 또한, 복수 개의 단위 진공 단열체를 상부 및 하부 플레이트 사이에 배치하고, 나머지 내부 공간에 공극의 크기가 작은 다공성의 충진재를 설치하며, 상부 및 하부 플레이트를 별도의 외측 외피재로 감싸 단위 진공 단열체로의 기체투과를 최소화함으로써, 외부 대기압에 의한 하중을 단위 진공 단열체가 견딜 수 있을 뿐만 아니라, 기체에 의한 열전도 효과도 감소시킬 수 있다. 또한, 3면 열융착법을 이용하여 융착 길이를 감소시키고, 기체 투과를 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진공 단열체의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 진공 단열체의 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재의 구조를 나타내는 상면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진공 단열체용 3면 열융착 외피재의 구조를 나타내는 상면도.

Claims (9)

  1. 다공성 내부 심재와, 상기 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제1 외피재로 이루어진 단위 진공 단열체; 및
    상기 단위 진공 단열체와의 사이에 설치된 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제2 외피재;
    를 포함하는, 진공 단열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 진공 단열체 또는 상기 제2 외피재의 내부의 소정 영역에 설치되어 잔류가스를 흡착하는 흡착제
    를 더 포함하는, 진공 단열체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 내부 심재는, 유기 발포체, 무기 섬유재, 무기 분말체, 인공적 구조체 구조체 중 어느 하나로 구성된,
    진공 단열체.
  4. 상부 및 하부 플레이트;
    상기 상부 및 하부 플레이트 사이에 소정 간격으로 이격되어 복수개 배치되 고, 그 사이에 다공성 충진재가 설치되며, 다공성 내부 심재와 상기 다공성 내부 심재를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제1 외피재로 이루어지는 단위 진공 단열체; 및
    상기 단위 진공 단열체와의 사이에 설치된 다공성의 충진재 및 상기 상부 및 하부 플레이트를 감싸 그 내부의 진공도를 유지시키는 제2 외피재;
    를 포함하는, 진공 단열체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단위 진공 단열체의 내부의 소정 영역에 설치되거나, 상기 단위 진공 단열체 사이의 공간의 소정 영역에 설치되어 잔류가스를 흡착하는 흡착제
    를 더 포함하는, 진공 단열체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 플레이트는, 인장 강도와 열전도 계수의 비가 큰 물질을 포함하는,
    진공 단열체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 다공성의 충진재는, 섬유질, 분말, 폴리머 폼, 알루미늄 필름 중 어느 하나의 물질이거나, 또는 적어도 둘 이상을 혼합한 혼합재인,
    진공 단열체용 외피재.
  8. 외피재를 반으로 접어, 접힌 외피재의 양 측면 및 개구부를 열 융착하여 형성된, 진공 단열체용 외피재.
  9. 외피재를 그 양 단이 소정 폭으로 겹쳐지도록 접어, 상기 겹쳐진 양 단 및 양 측면의 개구부를 열융착하여 형성된, 진공 단열체용 외피재.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103592211A (zh) * 2013-11-18 2014-02-19 深圳先进技术研究院 多孔材料孔隙率测量方法及装置
WO2017073928A1 (ko) * 2015-10-26 2017-05-04 삼성전자주식회사 진공단열재, 진공단열재의 제조방법 및 진공단열재를 포함하는 냉장고
CN107600725A (zh) * 2017-08-24 2018-01-19 滁州银兴新材料科技有限公司 一种用于保温箱的真空绝热板
KR20200012273A (ko) * 2018-07-26 2020-02-05 남상민 2중 진공 단열패널 및 그 제조방법
CN114206602A (zh) * 2019-06-28 2022-03-18 高等复合结构有限责任公司 绝热的航空货物集装箱
US11808039B1 (en) * 2020-10-09 2023-11-07 William W. Warwick, IV Structural insulated panel

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103592211A (zh) * 2013-11-18 2014-02-19 深圳先进技术研究院 多孔材料孔隙率测量方法及装置
WO2017073928A1 (ko) * 2015-10-26 2017-05-04 삼성전자주식회사 진공단열재, 진공단열재의 제조방법 및 진공단열재를 포함하는 냉장고
CN107600725A (zh) * 2017-08-24 2018-01-19 滁州银兴新材料科技有限公司 一种用于保温箱的真空绝热板
CN107600725B (zh) * 2017-08-24 2019-05-03 滁州银兴新材料科技有限公司 一种用于保温箱的真空绝热板
KR20200012273A (ko) * 2018-07-26 2020-02-05 남상민 2중 진공 단열패널 및 그 제조방법
CN114206602A (zh) * 2019-06-28 2022-03-18 高等复合结构有限责任公司 绝热的航空货物集装箱
US11981498B2 (en) 2019-06-28 2024-05-14 Advanced Composite Structures, Llc Thermally insulated air cargo container
US11808039B1 (en) * 2020-10-09 2023-11-07 William W. Warwick, IV Structural insulated panel

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