KR20140143904A - 진공단열재가 적용된 열수기 - Google Patents

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KR20140143904A
KR20140143904A KR1020130065625A KR20130065625A KR20140143904A KR 20140143904 A KR20140143904 A KR 20140143904A KR 1020130065625 A KR1020130065625 A KR 1020130065625A KR 20130065625 A KR20130065625 A KR 20130065625A KR 20140143904 A KR20140143904 A KR 20140143904A
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한정필
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(주)엘지하우시스
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Abstract

본 발명은 높은 단열성능을 가진 진공단열재를 열수기의 본체하우징 내에 적용함에 따라, 상온과의 온도 차에 따른 온수의 온도 저하를 최소화시킬 수 있도록 한 진공단열재가 적용된 열수기에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 내부에 수납공간이 마련되는 본체하우징(100); 및 상기 본체하우징(100)의 내주면에 부착되는 진공단열재(200);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 높은 단열성능을 가진 진공단열재를 열수기의 본체하우징 내에 부착 적용함에 따라, 상온과의 온도 차에 따른 온수의 온도 저하를 최소화시킬 수 있으며, 전기를 통해 온수가 데워지는 열수기의 전력효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

진공단열재가 적용된 열수기{Water heater having a vacuum insulation panel}
본 발명은 열수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주택이나 가정용, 상업용으로 사용되는 열수기의 본체하우징 내에 높은 단열성능을 가진 진공단열재를 적용함에 따라, 상온과의 온도 차에 따른 온수의 온도 저하를 최소화시킬 수 있는 진공단열재가 적용된 열수기에 관한 것이다.
일반적으로, 진공단열재(V-Panel, Vacuum Insulation Panel)는 가스투과율이 낮은 외피재와 진공상태를 부여한 심재로 구성되는 것으로, 이러한 진공단열재는 10Pa 이하의 고진공을 부여함으로써 열 차단 효과가 매우 우수하다.
아울러 진공단열재는 폴리우레탄이나 스티로폼 같은 기존 단열재보다 단열성능이 8배 이상 높아 최근 수요가 증가하고 있는 첨단소재이다. 이와 같은 진공단열재를 냉장고 및 냉/온수기 등 가전기기에 적용하는 경우, 적용 면적에 따라 최대 30%까지의 전력효율 상승 효과를 누릴 수 있다.
현재 상용되고 있는 일반적인 온수기는 단열재를 사용하지 않거나, 글라스울, 락울, PU Foam 및 Phenol Foam, EPS 등의 유/무기 단열재를 적용하여 사용하고 있다.
그러나 50℃ 이상의 온수를 보관하는 경우에는 유/무기 단열재가 적용된 온수기는 단열성능에 한계가 있어 전력효율에 문제가 제기되고 있다.
이처럼 종래에 사용되는 일반 유/무기 단열재의 경우 단열성능 한계로 인해 전력효율을 개선하는데 어려움이 있다. 또한 우수한 단열성능을 가진 진공단열재를 적용하기에는 원통 및 홀 가공 등 구조상 제약이 따르게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 높은 단열성능을 가진 진공단열재를 열수기의 본체하우징 내에 적용함에 따라, 상온과의 온도 차에 따른 온수의 온도 저하를 최소화시킬 수 있도록 한 진공단열재가 적용된 열수기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 진공단열재가 적용된 열수기는, 내부에 수납공간이 마련되는 본체하우징; 및 상기 본체하우징의 내주면에 부착되는 진공단열재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 본체하우징은 상측이 개구되고, 상기 개구에는 상부커버이 결합되되, 상기 상부커버에는, 상기 수납공간에 물을 공급하거나 또는 수납된 물을 인출할 수 있도록 복수의 파이프가 관통 설치되고, 상기 상부커버에 부착되는 진공단열재에는 상기 파이프가 설치될 수 있도록 복수의 관통홀이 대응되게 구비된 것을 더 포함한다.
또한 상기 진공단열재는, 심재; 및 상기 심재를 감싸 감압 밀봉해주는 외피재;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 심재는, PE, PP, EPS, PS, NBR, PU Foam, 글라스울, 흄드실리카, 에어로겔, 무기소재 및 유/무기 혼합물 또는 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 심재는, 직경 1 ~ 10㎛의 유리섬유를 집면시킨 유리섬유보드를 적어도 2층 이상 적층 형성한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유리섬유는, 습식 제조 공법(Mesh Belt), 열압착법, 무기 바인더 접착법, 니들링(Needling) 가공법 중 어느 하나에 의해 성형되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 외피재는, 내측에서 외측으로 열융착층, 가스배리어층, 표면보호층의 적층구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 열융착층은, PE, PP 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가스배리어층은, VM-PET, Al-Foil 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 표면보호층은, 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), VM-PET, 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(K-PET) 중 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 진공단열재는, 게터(Getter)로서 산화칼슘, 제올라이트, 실리카겔, 알루미나, 산화마그네슘 중 하나 이상을 사용한 것을 포함한다.
또한 상기 게터는, 제올라이트, Ta, Cb, Zr,Th, Mg, Ba, Ti, Al, Nb, Fe, Li, Pd, Pt, Au 중 하나 이상의 무기소재 및 금속/금속산화물을 더 포함한 것을 특징으로 한다.
또한 상기 본체하우징은, 원통 또는 다각기둥 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 진공단열재에는, 복수의 벤딩용 홈부가 이격되게 형성된 것을 더 포함한다.
또한 상기 본체하우징 내에는, PE, EPS, PS, NBR Foam, 글라스울, 락울 중 하나 이상이 상기 진공단열재와 함께 단열재로 적용된 것을 더 포함한다.
이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 높은 단열성능을 가진 진공단열재를 열수기의 본체하우징 내에 부착 적용함에 따라, 상온과의 온도 차에 따른 온수의 온도 저하를 최소화시킬 수 있으며, 전기를 통해 온수가 데워지는 열수기의 전력효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진공단열재가 적용된 열수기의 외관을 보여주는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 본체하우징을 상측으로 바라본 평단면도,
도 3은 본 발명에 따른 진공단열재의 적층구조,
도 4는 도 3의 'A'부분 상세도,
도 5는 본 발명에 따른 진공단열재에 벤딩용 홈부가 구비된 실시예,
도 6은 본 발명에 따른 열수기에 적용되는 진공단열재의 사진이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 진공단열재가 적용된 열수기의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 본체하우징을 상측으로 바라본 평단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 진공단열재의 적층구조이고, 도 4는 도 3의 'A'부분 상세도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 진공단열재가 적용된 열수기(1)는, 본체하우징(100)과, 상기 본체하우징(100)의 내주면에 부착되는 진공단열재(200)를 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본체하우징(100)은 온수를 수납할 수 있도록 내부에 수납공간이 마련되되, 적어도 상측이 개구되고, 개구에는 상부커버(110)가 결합된다. 이러한 본체하우징(100)은 원통 또는 다각기둥 형상으로 형성될 수 있으나, 최소한의 공간에서 최대의 물을 보관할 수 있으며 내압성능이 뛰어난 원통 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다.
이 경우 상부커버(110)는 용접 또는 기타 고정구조를 매개로 일체 또는 탈부착 가능하게 설치될 수 있다. 이러한 상부커버(110)에는 수납공간에 물을 공급하거나, 또는 수납된 물을 인출할 수 있도록 복수의 파이프(120)가 관통 설치된다.
진공단열재(200)는 열수기(1)의 본체하우징(100) 및 상부커버(110)의 내주면에 부착되는 것으로, 높은 단열성능을 가지고 있어 상온과의 온도 차에 따른 온수의 온도 저하를 최소화시켜주는 역할을 한다. 이 경우 상기 상부커버(110)에 부착되는 진공단열재(200)는 복수의 파이프(120)가 설치될 수 있도록 복수의 관통홀(201)이 대응되게 구비된다.
도 3을 참조하면, 이러한 진공단열재(200)는 심재(210)와, 상기 심재(210)를 감싸 감압 밀봉해주는 외피재(220)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 심재(210)는 PE, PP, EPS, PS, NBR, PU Foam, 글라스울, 흄드실리카, 에어로겔, 무기소재 및 유/무기 혼합물 또는 화합물 중 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
일례로, 유리섬유를 이용하여 심재(210)를 형성하는 경우를 설명해보기로 한다. 먼저, 유리섬유를 소정의 길이로 형성하는 한편, 상기 유리섬유를 수평으로 배열한 후 유리섬유보드 형태로 성형한다.
이때, 상기 유리섬유는 평균 직경이 1 ~ 10㎛으로 형성될 수 있다. 즉 유리섬유의 직경이 1㎛ 미만으로 형성될 경우 습식제조법으로 형성되는 심재(210)의 기공율이 너무 작아져 단열성능이 저하된다. 유리섬유의 평균 직경이 10㎛를 초과할 경우에는 기공 크기가 커지기 때문에 장기 내구성이 저하될 수 있는 우려가 있다.
상기 유리섬유는 습식 제조 공법(Mesh Belt), 열압착법, 무기 바인더 접착법, 니들링(Needling) 가공법 중 어느 하나에 의해 심재(210)로 제조될 수 있다.
이상과 같은 복수의 제조 공법 중 습식 제조 공법을 설명해보면, 먼저 탱크에 상수를 충수하고, 이 상수에 바인더를 혼합하여 점착 용액을 조성한다. 그리고 상기 용액에 유리섬유를 투입하여 유리섬유들의 점착이 이루어지도록 교반시킨다.
그런 다음, 상기 점착된 유리섬유를 적어도 한 쌍의 롤러 사이에 통과시켜 시트 또는 보드 형태로 압착형성함과 아울러 수분을 제거한 다음, 수분이 제거된 유리섬유를 메쉬벨트를 통해 건조기에 투입하여 건조한다. 이때, 건조기의 온도는 약 300℃ 전후가 적당하다.
아울러 상기 유리섬유의 수분제거 및 건조단계는, 강제 배기시스템이 구비된 진공챔버 내에서 이루어지게 된다. 건조과정이 완료되면 건조된 유리섬유를 소정의 크기로 절단 형성한 다음, 복수로 적층해주면 본 발명에 따른 심재(210)가 완성된다.
도 4를 참조하면, 외피재(220)는 상기와 같은 공정을 통해 제조된 심재(210)를 진공 포장해주는 역할을 한다. 여기서, 바람직하게는 이와 같은 외피재(220)는 내측에서 외측으로 열융착층(221), 가스배리어층(223), 표면보호층(225)의 적층구조를 가진다.
이 경우 열융착층(221)은 히트 실링에 의해 열융착되는 층으로, 진공상태를 유지시켜주는 역할을 한다. 이와 같은 열융착층(221)은 PE, PP로 이루어질 수 있다. 좀더 구체적으로 열융착층(221)은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐공중합체(EVA) 및 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
이러한 열융착층(221)의 상부에는 가스 차단 및 심재(210)를 보호하기 위한 가스배리어층(223)이 적층된다. 여기서, 바람직하게는 가스배리어층(223)은 VM-PET 또는 알루미늄 호일 재질로 이루어질 수 있다.
아울러 가스배리어층(223)의 상부에는 표면보호층(225)이 적층된다. 표면보호층(225)은 가스배리어층(223)의 접힘 시 크랙 발생을 방지해주는 역할을 한다. 여기서, 바람직하게는 상기 표면보호층(225)은 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), VM-PET, 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(K-PET) 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
또한 진공단열재(200)는 게터(Getter)로서 산화칼슘, 제올라이트, 실리카겔, 알루미나, 산화마그네슘으로 이루어진 흡습제를 단독으로 사용할 수 있다. 또는 상기 게터에 제올라이트, Ta, Cb, Zr,Th, Mg, Ba, Ti, Al, Nb, Fe, Li, Pd, Pt, Au 중 하나 이상의 무기소재 및 금속/금속산화물 중 어느 하나 또는 복수를 더 포함하여 사용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 진공단열재(200)는 본체하우징(100)이 다각기둥 형상으로 형성되는 경우 그 내주면에 용이하게 부착될 수 있도록 그 표면에 복수의 벤딩용 홈부(230)가 이격되게 형성될 수 있다.
아울러 도 6에 도시된 바와 같이, 진공단열재(200)가 원통 형상으로 형성되는 경우에도 원활한 벤딩 가공이 이루어질 수 있도록 벤딩용 홈부(230)가 구비될 수 있음은 물론이다.
이상과 같은 구조로 이루어진 열수기(1)는, 상기 본체하우징(100) 내에 PE, EPS, PS, NBR Foam, 글라스울, 락울 중 하나 이상이 상기 진공단열재(200)와 함께 단열재로 적용되어 사용될 수도 있다.
<단열 성능 실험 및 평가 >
적용평가를 위한 열수기(1)는 지름이 480㎜의 상부커버(110)와 높이 660㎜의 본체하우징(100)을 준비하였다. 소비전력은 450W이고, 온수는 최대 82℃를 유지하도록 설정한 후, 상온과의 온도차에 따른 각각의 예에 따라 내부 손실 열량을 비교하였다.
< 실시예 >
본 발명에 따른 진공단열재(200)를 제조하기 위해서, 직경 1 ~ 10㎛의 유리섬유를 집면시켜 유리섬유보드를 형성한 후, 이를 적어도 2층 이상으로 적층하여 심재(210)로 사용하였다. 게터(Getter)로서 산화칼슘(CaO) 또는 메탈계 가스흡수제를 사용한 후 외피재(220)를 감싸 감압 밀봉하였다.
이 경우 외피재(220)는 열융착층(221)으로 약 50㎛의 폴리에틸렌계 수지인 LLDPE를 사용하고, 가스배리어층(223)으로 약 7㎛의 알루미늄 호일을 사용하였으며, 표면보호층(225)으로 약 25㎛의 나일론 필름과 약 12㎛의 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(K-PET)을 사용하였다.
이렇게 제조된 진공단열재를 130℃에서 10분 동안 열처리한 후, 복수의 관통홀(201)이 구비된 상부커버(110)를 본체하우징(100)의 상부에 적용하였다. 아울러 표면에 구비된 벤딩용 홈부(230)를 통해 다면 벤딩 가공된 진공단열재를 본체하우징(100) 내주면에 적용하였으며, 이때 적용된 진공단열재의 두께는 10㎜이다.
이렇게 완성된 진공단열재는 본체하우징(100) 내에 PU Foam 20㎜와 같이 적용하여 열수기(1)의 단열재로 사용하였으며, 4시간 동안의 내부 손실열량을 확인한 결과, 평균 20.60W/㎡로 확인되었다.
< 비교예 >
PU Foam 단열재 30㎜를 본체하우징(100)의 상부 및 바디 내주면에 적용하였다. 이때 단열재의 두께는 총 30㎜이다. 이러한 단열재를 적용한 열수기(1)에 대하여 4시간 동안의 내부 손실열량을 확인한 결과, 평균 33.16W/㎡로 확인되었다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
1 : 열수기 100 : 본체하우징
110 : 상부커버 120 : 파이프
200 : 진공단열재 210 : 심재
220 : 외피재 221 : 열융착층
223 : 가스배리어층 225 : 표면보호층
230 : 벤딩용 홈부

Claims (15)

  1. 내부에 수납공간이 마련되는 본체하우징(100); 및
    상기 본체하우징(100)의 내주면에 부착되는 진공단열재(200);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체하우징(100)은 상측이 개구되고, 상기 개구에는 상부커버(100)가 결합되되,
    상기 상부커버(110)에는,
    상기 수납공간에 물을 공급하거나 또는 수납된 물을 인출할 수 있도록 복수의 파이프(120)가 관통 설치되고,
    상기 상부커버(110)에 부착되는 진공단열재(200)에는 상기 파이프(120)가 설치될 수 있도록 복수의 관통홀(201)이 대응되게 구비된 것을 더 포함하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공단열재(200)는,
    심재(210); 및
    상기 심재(210)를 감싸 감압 밀봉해주는 외피재(220);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 심재(210)는,
    PE, PP, EPS, PS, NBR, PU Foam, 글라스울, 흄드실리카, 에어로겔, 무기소재 및 유/무기 혼합물 또는 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 심재(210)는,
    직경 1 ~ 10㎛의 유리섬유를 집면시킨 유리섬유보드를 적어도 2층 이상 적층 형성한 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유리섬유는,
    습식 제조 공법(Mesh Belt), 열압착법, 무기 바인더 접착법, 니들링(Needling) 가공법 중 어느 하나에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 외피재(220)는,
    내측에서 외측으로 열융착층(221), 가스배리어층(223), 표면보호층(225)의 적층구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열융착층(221)은,
    PE, PP 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가스배리어층(223)은,
    VM-PET, Al-Foil 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 표면보호층(225)은,
    나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), VM-PET, 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(K-PET) 중 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 진공단열재(200)는,
    게터(Getter)로서 산화칼슘, 제올라이트, 실리카겔, 알루미나, 산화마그네슘 중 하나 이상을 사용한 것을 포함하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 게터는,
    제올라이트, Ta, Cb, Zr,Th, Mg, Ba, Ti, Al, Nb, Fe, Li, Pd, Pt, Au 중 하나 이상의 무기소재 및 금속/금속산화물을 더 포함한 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 본체하우징(100)은,
    원통 또는 다각기둥 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 진공단열재(200)에는,
    복수의 벤딩용 홈부(230)가 이격되게 형성된 것을 더 포함하는 진공단열재가 적용된 열수기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 본체하우징(100) 내에는,
    PE, EPS, PS, NBR Foam, 글라스울, 락울 중 하나 이상이 상기 진공단열재와 함께 단열재로 적용된 것을 더 포함하는 진공단열재가 적용된 열수기.
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