JP6563128B2 - エアロゲルシート用製造機 - Google Patents
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Description
［関連出願の相互参照］
本出願は、2016年2月16日付韓国特許出願第10-2016-0017995号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、2016年2月16日付韓国特許出願第10-2016-0017995号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、エアロゲルシート用製造機に関し、特にシリカゾル前駆体を均一な厚さで含浸して品質性を高めたエアロゲルシート用製造機に関する。
一般に、エアロゲルは現在まで知られた固体のうち90％以上、最大99％程度の高い気孔率を有する高多孔性物質である。このようなエアロゲルはシリカ前駆体溶液をゾル−ゲル重合反応させてゲルを作製した後、超臨界条件あるいは常圧条件下で乾燥することによって得られる。すなわち、エアロゲルは空気が満ちている気孔構造を有している。
このようなエアロゲルは、内部空間の90〜99％が空いている独特の気孔構造によって軽いながらも高い断熱性、吸音性などの物性を有し、その中でも最も大きな長所は、従来の発泡スチロールなどの有機断熱材の熱伝導度である36mW/m.kより顕著に低い30mW/m.k以下の熱伝導率を示す高断熱性を有するということである。
従来の技術によるエアロゲルシートは、エアロゲルの製造装置を用いて製造され、前記エアロゲルの製造装置は、ブランケットの表面にシリカゾル前駆体を噴射して含浸及びゲル化させてエアロゲルシートを製造する。
しかし、従来の技術によるエアロゲルシートの製造装置は、ブランケットの外部にシリカゾル前駆体が均一に含浸されないことで、製品の不良が発生するという問題点があった。
本発明は、前記のような問題を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、ブランケットの表面にシリカゾル前駆体を均一な厚さで含浸してエアロゲルシートの品質性を高めたエアロゲルシート用製造機を提供することにある。
前記のような目的を達成するための本発明に係るエアロゲルシート用製造機は、ブランケットが挿入される固定容器；及び前記固定容器に挿入された前記ブランケットにシリカゾル前駆体を投入して前記シリカゾル前駆体を含浸させ、及びゲル化させる含浸装置を含み、前記含浸装置は、前記ブランケットの上面一端から他端まで回転するとともに前進しながら、内蔵されたシリカゾル前駆体を前記ブランケットに投入して含浸させ、及びゲル化させる回転ローラを含むことができる。
前記回転ローラの外周面には、内蔵されたシリカゾル前駆体を引き出す複数個の注入ノズルが形成され得る。
前記注入ノズルは、前記回転ローラの周面から外部に突出されるように形成され得る。
前記回転ローラは、前記ブランケットの上面一端から他端まで同一の高さで移動することができる。
前記含浸装置は、前記回転ローラを回転させる回転部材を含むことができる。
前記含浸装置は、前記回転ローラを前記ブランケットの上面一端から他端まで移動させる移動部材を含むことができる。
前記含浸装置は、前記回転ローラを前記ブランケットの上面に向かって下降させるか、または逆に上昇させる昇降部材を含むことができる。
前記昇降部材は、前記回転ローラの下部に位置した注入ノズルが前記ブランケットの底面まで挿入されるように前記回転ローラの高さを1次的に調節し、前記注入ノズルが前記ブランケットの内部中央に挿入されるように前記回転ローラの高さを2次的に調節することができる。
前記昇降部材による前記回転ローラの1次的高さ調節は、前記回転ローラが前記ブランケットの上面一端から他端へ前進する際になされ得る。
前記昇降部材による前記回転ローラの2次的高さ調節は、前記回転ローラが前記ブランケットの上面他端から一端へ後進する際になされ得る。
前記回転ローラにシリカゾル前駆体を供給する供給装置を含むことができる。
前記供給装置は、シリカゾルが収容されるシリカゾル容器と、ゲル化用触媒が収容される触媒容器と、前記シリカゾル容器のシリカゾルと前記触媒容器のゲル化用触媒が導入されて混合されながらシリカゾル前駆体が作製される混合容器と、前記混合容器と前記回転ローラを連結する連結管とを含むことができる。
前記シリカゾルは、TEOS(tetraethyl orthosilicate)とエタノールを混合して設けられ得る。
前記TEOS(tetraethyl orthosilicate)は、加水分解されたTEOSを含むことができる。
前記ゲル化用触媒は、エタノールとアンモニア水(NH4OH)を混合して製造することができる。
前記連結管は、前記回転ローラの回転軸に自由回転可能で、密閉されるように連結され得る。
本発明は、下記のような効果を奏する。
第一に、エアロゲルシート用製造機を用いることにより、ブランケットに投入されるシリカゾル前駆体の含浸力を高めることができ、よってエアロゲルシートの品質性を高めることができる。
第二に、エアロゲルシート用製造機に含まれた回転ローラの注入ノズルを外部に突出されるように形成することにより、ブランケットの内部にシリカゾル前駆体を投入することができるので、含浸力を高めることができる。
第三に、回転ローラを同一の高さで回転させるとともに前進/後進させることにより、ブランケットに投入されたシリカゾル前駆体の高さを均一に調節することができる。
第四に、エアロゲルシート用製造機は、回転部材、移動部材及び昇降部材を含むことにより、回転ローラの回転速度、移動速度及び高さを調節することができる。
以下、図面を参照して本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例を詳しく説明する。しかし、本発明はいくつか異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施例に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は略しており、明細書全体にわたって類似の部分には類似の図面符号を付す。
本発明に係るエアロゲルシート用製造機100は、図1に示すように、ブランケット10が挿入される固定容器110、及び固定容器110に挿入されたブランケット10にシリカゾル前駆体40を投入して含浸及びゲル化させる含浸装置120を含む。
固定容器110は、ブランケット10を収容するためのものであって、上面にブランケット10を収容する収容溝111aが形成された固定部材111と、固定部材111を地面から離隔させる複数個の固定脚112とを含む。ここで収容溝111aの側面には吐出部113が形成され、吐出部113は開閉可能に備えられながら収容溝111aに投入されたシリカゾル前駆体40を回収する。
一方、本発明の実施形態では、四角形態の固定容器110を一つの実施形態として説明したが、ブランケット10の形態によって円板形態、円筒形態及び矩形形態などの多様な形態で適用することができる。
また、固定容器110の上面には、収容溝111aに備えられるブランケット10を保護するためのカバー(図示せず)が結合されてよく、カバーは透明または半透明で高い強度を有する素材で設けられてよい。
含浸装置120は、図2から図4に示すように、ブランケット10の表面にシリカゾル前駆体40を投入するためのものであって、ブランケット10の上面にシリカゾル前駆体40を投入する回転ローラ121、回転ローラ121を正回転または逆回転させる回転部材122、回転ローラ121をブランケット10の上面一端から他端まで移動させる移動部材123、及び回転ローラ121を上昇させるか逆に下降させる昇降部材124を含む。
すなわち、含浸装置120は、回転部材122、移動部材123及び昇降部材124を介して回転ローラ121の高さを調節することができ、ブランケット10の上面一端から他端まで移動させるとともに回転させながら、ブランケット10の表面にシリカゾル前駆体40を投入することができる。
以下、含浸装置120の構成をより詳しく説明する。
回転ローラ121は、固定容器に配置されたブランケットの表面一端から他端まで回転するとともに移動しながら、シリカゾル前駆体を噴射して含浸させるためのものであって、固定部材111の上部に備えられ、シリカゾル前駆体40を内蔵する円筒形態のローラ部121aと、ローラ部121aの回転中心に備えられてローラ部121aを回転させる回転軸121bと、ローラ部121aの周面に備えられてローラ部121aに内蔵されたシリカゾル前駆体40を噴射してブランケット10に投入する注入ノズル121cとを含む。
ここでローラ部121aは、ブランケット10の表面一端から他端まで回転するとともに移動しながら、ブランケット10に投入されたシリカゾル前駆体40の上面を加圧し、よってシリカゾル前駆体40の高さを均一に調節することができる。
そして、注入ノズル121cは、ローラ部121aの周面に長手方向と円周方向に規則または不規則に複数個設けられ、よってローラ部121aに内蔵されたシリカゾル前駆体40をブランケット10の表面により均一に噴射することができる。
一方、注入ノズル121cは、ローラ部121aの周面から外部に突出されるように形成される。すなわち、ブランケット10の表面にのみシリカゾル前駆体40を噴射する場合、ブランケット10の底面までシリカゾル前駆体40が均一に浸透できない問題があった。
よって、本発明は、ローラ部121aの周面から注入ノズル121cが突出されるように形成することにより、ローラ部121aがブランケット10の上面に支持されるかまたは加圧する場合、注入ノズル121cがブランケット10の内部に挿入されながらブランケット10の内部にシリカゾル前駆体40を注入することができるので、ブランケット10にシリカゾル前駆体40を均一に含浸させることができる。
回転部材122は、回転ローラを回転させるためのものであって、回転ローラ121の回転軸121bと動力伝達可能に連結されることにより、回転ローラ121のローラ部121aを回転させる。
一例として、回転部材122は、図1及び図6に示すように、駆動ギヤ122aが結合された駆動軸が備えられ、回転ローラ121の回転軸121bには従動ギヤ121b-1が備えられ、前記駆動ギヤ122aと従動ギヤ121b-1はチェーンまたはベルト122bで連結される。よって、回転部材122は、駆動軸が回転すると、駆動ギヤ122aによってチェーンまたはベルト122bが循環し、チェーンまたはベルト122bによって従動ギヤ121b-1が回転しながら、回転軸121bが備えられた回転ローラ121を回転させることができる。ここで回転部材122は、安定した回転力を有する駆動モータを用いることができる。
移動部材123は、図1及び図6に示すように、回転ローラ121を移動、すなわちブランケットの一端から他端まで前進させるか、またはブランケットの他端から一端へ復帰するように後進させる。
一例として、移動部材123は、回転ローラ121の回転軸121bと回転部材122が設けられる移動片123aと、移動片123aを固定部材110の一端から他端まで前進させるかまたは逆に後進させるスクリュー片123bと、スクリュー片123bの一端に結合されてスクリュー片123bを回転させる回転モータ123cとを含む。
ここでスクリュー片123bは、外周面に雄ねじ山が形成され、前記移動片123aにはスクリュー片123bの雄ねじ山が結合される雌ねじ山が形成された貫通ホールが形成される。すなわち、スクリュー片123bが回転すると、雄ねじ山と雌ねじ山の結合により移動片123aが回転するとともに移動するようになり、このとき、移動片123aが固定部材110の側部に支持されているので、回転していない状態でスクリュー片123bに沿って前進するかまたは逆に後進するようになる。
このように移動部材123は、スクリュー片123bに沿って移動片123aが水平に移動し、よって回転ローラ121を同一の高さでブランケット10の一端から他端まで移動することができるので、ブランケット10の表面に投入されたシリカゾル前駆体40の高さを均一に調節することができる。
このような構成を有する含浸装置120は、回転部材122と移動部材123を介して回転ローラ121を回転させるとともに移動させることにより、回転ローラ121に内蔵されたシリカゾル前駆体40をブランケット10の上面一端から他端まで均一に噴射して投入することができ、特に注入ノズル121cがブランケット10の内部に挿入されながらシリカゾル前駆体40の含浸力を高めることができる。
一方、含浸装置120は、回転ローラ121の高さを調節する昇降部材124をさらに含む。一例として、固定部材111の側部に備えられ、昇降部材124は回転ローラ121、回転部材122及び移動部材123が設けられる昇降片124aと、固定脚112に設けられて昇降片124aを水平の状態で上昇させるかまたは下降させるシリンダー124bとを含む。すなわち、昇降部材124は、シリンダー124bを介して昇降片124aを上昇させると、昇降片124aとともに回転ローラ121、回転部材122及び移動部材123が上昇し、よって回転ローラ121をブランケット10の上面から離隔されるように上昇させることができる。逆にシリンダー124bを介して昇降片124aを下降させると、昇降片124aとともに回転ローラ121、回転部材122及び移動部材123が下降し、よって回転ローラ121をブランケット10の上面に密着されるように下降させることができる。
ここで昇降部材124は、ブランケット10の含浸力を高めるため、回転ローラ121の高さを2段階以上に調節することができる。一例として、昇降部材124は、回転ローラ121の下部に位置した注入ノズル121cがブランケット10の底面まで挿入されるように回転ローラ121を下降させて高さを1次的に調節し、注入ノズル121cがブランケット10の内部中央に位置するように回転ローラ121を上昇させて高さを2次的に調節することができる。
すなわち、昇降部材124は、回転ローラ121が固定部材111の一端から他端まで前進する場合、注入ノズル121cがブランケットの底面まで挿入されるように回転ローラ121の高さを1次的に調節し、回転ローラ121が固定部材111の他端から一端まで復帰する場合、注入ノズル121cがブランケット10の内部中央に位置するように回転ローラ121の高さを2次的に調節する。このとき、回転ローラ121が復帰する場合、回転ローラ121の周面にブランケット10に投入されたシリカゾル前駆体40の上面が支持されることにより、シリカゾル前駆体40の高さを均一に調節する。
このような含浸装置120は、ブランケット10に投入されるシリカゾル前駆体40の含浸力を高めて安定したゲル化を誘導することができ、特にブランケット10に投入されたシリカゾル前駆体40の高さを均一に調節することができる。
一方、本発明に係るエアロゲルシート用製造機100は、図5に示すように、含浸装置120の回転ローラ121にシリカゾル前駆体40を供給する供給装置130をさらに含むことができる。
一例として、供給装置130は、シリカゾル20が収容されるシリカゾル容器131と、ゲル化用触媒30が収容される触媒容器132と、シリカゾル容器131のシリカゾル20と触媒容器132のゲル化用触媒30が流入されて混合されながらシリカゾル前駆体40が作製される混合容器133と、混合容器133と回転ローラ121を連結する連結管134とを含む。
ここでシリカゾル20は、TEOS(tetraethyl orthosilicate)とエタノールを混合して製造する。すなわち、シリカゾル20は、反応槽(図示せず)にTEOS 1.2kgとエタノール2.7kgを含めてシリカゾルを製造する。
一方、TEOSは、水との反応性に優れる溶媒であって、加水分解されたものを用い、よって反応性をさらに高めることができる。すなわち、加水分解されたTEOSとエタノールを混合することにより、反応性に優れたシリカゾルを得ることができる。
また、ゲル化用触媒30は、エタノールとアンモニア水(NH4OH)を混合して製造する。すなわち、ゲル化用触媒30は、反応槽(図示せず)にエタノール0.5kgとアンモニア水(NH4OH)30mlを混合して製造する。
また、連結管134は、回転ローラ121の回転軸121bに自由回転可能で密閉されるように連結され、よって回転ローラ121が回転するとしても連結管134がもつれる問題を解決することができる。
このような構成を有する本発明に係るエアロゲルシート用製造機の作動状態を説明する。
先ず、図8に示すように、供給装置130を介してシリカゾル前駆体40を製造する。すなわち、供給装置130のシリカゾル容器131にシリカゾル20を注入し、触媒容器132にゲル化用触媒30を注入する。このような状態でシリカゾル容器131と触媒容器132に備えられたバルブ131a、132aを開放すると、シリカゾル容器131のシリカゾル20と触媒容器132のゲル化用触媒30とが混合容器133に注入されて混合されることによりシリカゾル前駆体40が作製され、混合容器133のシリカゾル前駆体40は、連結管134を介して含浸装置120の回転ローラ121に供給される。
このようにシリカゾル前駆体40の製造が完了すると、図9に示すように、固定容器110の収容溝111aにブランケット10を挿入した後、含浸装置120を介して混合容器134から供給されたシリカゾル前駆体40をブランケット10に投入する。
すなわち、含浸装置120は、昇降部材124を介して回転ローラ121を下降させ、回転ローラ121の下部に位置した注入ノズル121cがブランケット10の底面まで挿入されるように1次的に高さを調節する。このような状態で移動部材123及び回転部材122を同時に作動させ、回転ローラ121を固定部材111の一端から他端まで移動させるとともに正回転させる。このとき、回転ローラ121は回転しながら、注入ノズル121cを介して内蔵されたシリカゾル前駆体10を引き出してブランケット10に含浸及びゲル化させる。
回転ローラ121が固定部材111の他端まで移動すると、昇降部材124は回転ローラ121をブランケット10の上面から所定の高さに上昇させて、2次的に高さを調節する。このとき、回転ローラ121の高さに従ってブランケット10に含浸されたシリカゾル前駆体40の厚さを調節することができる。回転ローラ121の高さ調節が完了すると、移動部材230と回転部材122を同時に作動させ、回転ローラ121を固定部材111の他端から一端まで移動させるとともに逆回転させる。このとき、回転ローラ121は移動しながらブランケット10の表面にシリカゾル前駆体40を2次的に投入するとともに、ローラ部121aを介してブランケット10の表面に含浸されたシリカゾル前駆体40の厚さを均一に調節することができる。
したがって、本発明に係るエアロゲルシート用製造機100は、ブランケットに投入されるシリカゾル前駆体の含浸力を高めて安定したゲル化を誘導し、特に回転ローラを介してブランケットに投入されたシリカゾル前駆体の高さを均一に調節することができるので、品質性を高めることができる。
本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは、後述の特許請求の範囲により明らかになり、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導き出される様々な実施形態が可能である。
Claims (14)
- ブランケットが挿入される固定容器；及び
前記固定容器に挿入された前記ブランケットにシリカゾル前駆体を投入して前記シリカゾル前駆体を含浸させ、及びゲル化させる含浸装置を含み、
前記含浸装置は、前記ブランケットの上面一端から他端まで回転するとともに移動しながら、内蔵されたシリカゾル前駆体を前記ブランケットに投入して前記シリカゾル前駆体を含浸させ、及びゲル化させる回転ローラを含む、エアロゲルシート用製造機であって、
前記回転ローラの外周面には、内蔵されたシリカゾル前駆体を引き出す複数個の注入ノズルが備えられ、
前記注入ノズルのそれぞれは、前記回転ローラの周面から外部に突出される、エアロゲルシート用製造機。 - 前記回転ローラは、前記ブランケットの上面一端から他端まで同一の高さで移動する、請求項１に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記含浸装置は、前記回転ローラを回転させる回転部材を含む、請求項１または２に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記含浸装置は、前記回転ローラを前記ブランケットの上面一端から他端まで移動させる移動部材を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記含浸装置は、前記回転ローラを前記ブランケットの上面に向かって下降させるかまたは逆に上昇させる昇降部材を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記昇降部材は、前記回転ローラの下部に位置した注入ノズルが前記ブランケットの底面まで挿入されるように前記回転ローラの高さを１次的に調節し、前記注入ノズルが前記ブランケットの内部中央に挿入されるように前記回転ローラの高さを２次的に調節する、請求項５に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記昇降部材による前記回転ローラの１次的高さ調節は、前記回転ローラが前記ブランケットの上面一端から他端へ前進する際になされる、請求項６に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記昇降部材による前記回転ローラの２次的高さ調節は、前記回転ローラが前記ブランケットの上面他端から一端へ後進する際になされる、請求項６または７に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記回転ローラに前記シリカゾル前駆体を供給する供給装置を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記供給装置は、
シリカゾルが収容されるシリカゾル容器と、
ゲル化用触媒が収容される触媒容器と、
前記シリカゾル容器のシリカゾルと前記触媒容器のゲル化用触媒が導入されて混合されることによりシリカゾル前駆体が作製される混合容器と、
前記混合容器と前記回転ローラを連結する連結管とを含む、請求項９に記載のエアロゲルシート用製造機。 - 前記シリカゾルは、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とエタノールを混合して製造される、請求項１０に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）は、加水分解されたＴＥＯＳを含む、請求項１１に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記ゲル化用触媒は、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合して製造する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のエアロゲルシート用製造機。
- 前記連結管は、前記回転ローラの回転軸に自由回転可能で密閉されるように連結される、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のエアロゲルシート用製造機。
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