Heat transfer in the core of highly evacuated vacuum insulation panel (VIP) occurs by conduction through the solid structure and radiation through the pores. Radiation shields are often inserted in a VIP to reduce the radiation. In this study, heat transfer in the core of VIP with radiation shields is investigated.
The effect of contact resistance between the interstitial material and the shield is studied with combined heat transfer of conduction and radiation. Numerical analysis shows enhancement of radiation when it interacts with conduction, while the introduction of contact resistance flattens temperature profile and reduces both of the conductive and the radiative heat transfer. In VIPs, if the interstitial material is purely absorbing/emitting and well contacting the radiation shield, the center-of-panel thermal conductivity can be more than twice larger than that estimated by separate analysis, especially when the wall emissivity is low. This is certainly surprising and care should be paid in this case. On the other hand, the difference decreases with increased scattering albedo and reduced conduction/radiation interaction. Further, contact resistance between the interstitial material and the shield reduces the heat transfer substantially. This result suggests that contact resistance is effective in reducing heat transfer for low emissivity radiation shields.
A new idea of providing an embossing to the radiation shield to add the contact resistance is investigated. The near- and far-field radiation which occurs in the gap between the interstitial material and the shield is analyzed. The local heat transfer coefficient increases by more than 2 times of far-field radiation at nanometric distance. However, this enhancement of radiation is limited only to the region close to the contact spot and no significant change in total radiative heat transfer is found. A series of experiments are also made to confirm the analysis. Fair agreement with theoretical model with the additive solution is found.
진공단열재의 중심부에서는 내부구조를 통한 전도와 복사를 통해 열이 전달되며, 복사열전달을 더욱 줄이기 위해 복사차단막이 사용된다. 본 논문에서는 복사차단막이 설치된 진공단열재 내부 심재를 통한 열전달에 대하여 연구하고, 단열성능을 개선하기 위한 방안을 제시하였다.
먼저 복합열전달 해석을 통해 심재와 복사차단막 사이에 접촉열저항이 존재할 때의 열전달을 분석하였다. 전도와 복사 간의 상호작용이 있을 경우 복사열전달량이 증가한다. 이에 따라 진공단열재의 심재가 흡수/방사만 할 때에는 전도와 복사 간의 상호작용을 고려하느냐에 따라 중심부 열전도계수가 크게 차이 날 수 있으며, 특히 방사율이 낮은 복사차단막을 적용할 때에는 이러한 현상에 대한 주의가 요구된다. 심재의 산란은 전도/복사 간의 상호작용을 증가시키지 않으므로 산란율이 클 때에는 이러한 차이가 작아진다. 접촉열저항 경계조건이 주어질 때에는 온도장의 기울기가 작아지면서 전도뿐만 아니라 복사에 의한 열전달 또한 감소하는 경향이 나타났다. 따라서 심재와 복사차단막 사이의 접촉열저항을 크게 하는 것이 열전달을 줄이는 데에 효과적이다.
접촉열저항을 주기 위해 규칙적인 엠보싱 돌기를 가지는 복사차단막을 제시하고, 돌기 근처에서의 근접장 및 원격장 복사열전달을 해석하였다. 접촉부 근처에서 심재와 복사차단막의 거리가 짧을 때에는 열전달계수가 2배 이상 증가하지만 이러한 현상은 접촉부 근처 영역에 제한된다. 엠보싱 돌기를 가지는 복사차단막을 적용하였을 때의 열전달 모델을 제시하고, 실험을 통해 이를 검증하였다. 실험결과는 전도와 복사를 통한 열전달을 단순히 더한 모델을 통해 계산한 결과와 근접하게 나타났다.
