KR100400793B1

KR100400793B1 - 냉각캔의 고압용기 제조방법

Info

Publication number: KR100400793B1
Application number: KR10-2001-0002829A
Authority: KR
Inventors: 정형동
Original assignee: 한국냉각캔주식회사
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2003-10-08
Also published as: KR20010044226A

Abstract

본 발명은 상판과 하판으로 이루어진 2개의 용기 사이의 접합부위에 용가제를 삽입하고 테두리를 압착한 상태에서 노내의 브레이징 공정을 거치면서, 용가제의 표면장력에 의해 생기는 흡인력만으로 접촉부위를 접합시킴으로써, 접합부위의 조직밀도를 높여 보다 안전한 고압용기를 저가로 대량 생산할 수 있으며, 노내의 브레이징 공정을 통한 분자간 결합방식에 의해 일체로 접합된 직렬형태의 용기를 U벤딩 공정을 통해서 병렬형태로 만든 다음에, 외부면을 도금 및 코팅한 후 냉각캔 내부에 삽입하여 제조함으로써 조립공정을 단순화시킨 냉각캔의 고압용기 제조방법에 관한 것으로, 이 제조방법은 금속박판을 프레스 가공하여 상판(10)과 하판(12)을 성형하는 단계와, 접합부위에 용가제(40)를 삽입한 상태에서 상판(10)과 하판(12)을 조립하고 분출바디(30)를 결합한 후에 테두리부를 압착하는 단계와, 압착된 용기 조립체(20)를 융착로(100) 내에 투입하여 용가제(40)를 용융시킴으로써, 용융된 용가제(40)에 의해 상판(10)과 하판(12)을 밀봉 접합하는 단계와, 직렬형태의 용기 조립체(20)를 벤딩하여 병렬형태로 만드는 단계와, 용기 조립체(20)의 외부면을 도금 및 코팅하는 단계와, 분출바디(30)에 러버(50)와 너트(52)를 조립하는 단계로 구성된다.

Description

냉각캔의 고압용기 제조방법{METHOD OF MAKING HIGH PRESSURE VESSELS FOR A SELF-COOLING BEVERAGE CONTAINER}

본 발명은 냉각캔의 고압용기 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상판과 하판으로 이루어진 2개의 용기 사이의 접합부위에 용가제를 삽입하고 테두리를 압착한 상태에서 노내의 브레이징 공정을 거치면서, 용가제의 표면장력에 의해 생기는 흡인력만으로 접촉부위를 접합시키고, 노내의 브레이징 공정을 통한 분자간 결합방식에 의해 일체로 접합된 직렬형태의 용기를 U벤딩 공정을 통해서 병렬형태로 만든 다음에, 도금 및 코팅 공정을 거쳐 냉각캔 내부에 삽입하여 제조하는 냉각캔의 고압용기 제조방법에 관한 것이다.

음료용 냉각캔은 냉장고나, 아이스박스(ice box), 자동판매기(vending machine)를 이용하지 않고도 캔에 저장되어 있는 음료수를 차갑게 마실 수 있도록 하기 위해서 냉매용 고압용기를 구비하고 있다. 고압용기 내에는 냉매 가스가 주입되어 있어, 음료를 마시기 위해 캔을 개방하게 되면, 냉매의 작동(분출)이 개시되면서 냉매가 기화되며, 이때 발생하는 증발 잠열을 이용하여 냉각캔 내부의 음료수를 차갑게 냉각한다.

통상, 음료를 저장하는 2피스 또는 3피스로 구성된 냉각캔의 내부에는 냉매가 주입된 고압용기가 내장되어 있으며, 냉각캔의 하부면에는 냉매를 분출시키기 위한 분출바디가 설치되어 있다. 따라서, 분출바디를 조작하여 고압용기에 주입된냉매를 분출시키면, 주위(즉, 음료캔 속)의 내용물로부터 열을 흡수하면서 기화되어 캔 내부의 온도를 낮추게 된다.

1999년 9월 27일 공개된 대한민국 특허공개공보 제 1999-71334호에는 음료수를 저장한 캔의 내부에 냉매가 주입된 냉매용 고압용기를 내장시켜서, 음료를 냉각할 수 있는 자체 냉각기능을 갖는 냉각캔 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 특허 '334호에 개시된 냉각캔의 구성을 보면, 음료를 저장하고 있는 음료용기와; 이 음료용기의 내부에 내장되며, 냉매 가스를 분출시켜 주는 분출구가 형성된 냉매통과; 이 냉매통의 하부에 형성되어 있는 분출구에 장착되며, 냉매가스를 서서히 분출시키면서 냉매의 기화를 촉진시키는 기화기와; 이 기화기의 밑면에 부착되어 기화기의 기공을 밀폐시켜 주는 밀폐용 박판과; 이 밀폐용 박판에 부착되는 양면 접착재와; 이 양면 접착재에 부착되어 상기 냉매통의 하부 분출구를 밀폐시키는 손잡이로 이루어져 있다.

또한, 이 음료용 냉각캔을 제조하는 방법을 보면, 음료를 저장하는 음료용기를 제조하는 공정과; 냉매를 저장하는 냉매통을 제조하는 공정과; 음료용기의 내부에 냉매통을 결합하는 공정과; 냉매통에 냉매를 충진하는 공정과; 냉매통의 하부에 냉매통 내부에 저장되어 있는 냉매를 기화시켜 주는 기화 장치를 장착하는 공정을 포함하고 있다.

이와 같이, 특허 '334호에는 자체 냉각기능을 갖는 냉각캔 및 그 제조방법이 개시되어 있으나, 고압의 냉매가스를 주입하기 위한 냉매용 고압용기의 제조방법에 대해서는 구체적으로 언급되어 있지 않다.

또, 1998년 12월 8일 스톤하우스(Stonehouse)등에게 허여된 미국특허 5,845,501호에는 음료용 캔의 냉각장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 이 특허 '501호에 개시된 냉각장치는 음료를 저장하기 위한 음료용기의 외주면에 냉매 가스가 들어있는 냉매 튜브가 감겨져 있는 구조를 지니고 있다. 이 냉각장치의 제조방법을 보면, 냉매 튜브에 액상의 냉매가스를 충진하는 단계와, 음료용기의 외주면에 튜브를 감은 다음, 이 냉매 튜브의 외부에 원통형 슬리브를 밀착시켜 결합하는 단계로 이루어져 있다.

이 특허 '501호에 개시된 냉각장치는 음료용기의 외주면에 냉매튜브를 감은 다음, 원통형 슬리브를 결합하는 냉매용 고압용기의 제조방법이 개시되어 있으나, 음료용기의 외부에 냉매 튜브가 감겨져 있기 때문에 열전달율이 낮으며, 그로 인해 냉각효율이 저하된다.

한편, 상술한 특허들에는 개시되어 있지 않으나, 종래의 냉매용 고압용기의 제조방법으로는 딥드로잉(deep drawing) 방식과 전기저항 용접방식이 있다. 이중에서 딥드로잉 방식은 금형에 놓여진 가공물을 수직으로 상하 운동하는 가압수단에 의해 타격하여 원하는 형태의 용기를 성형하기 때문에, 그 제조공정이 복잡하고 작업효율이 낮다.

또한, 전기저항 용접방식은 용접될 2개의 소재를 맞대고 전류를 통전시키면, 전기 저항열이 발생하면서 그 접촉면의 온도가 상승하게 되고, 이 때 발생되는 저항열로 모재를 용융하여 접합시키는 방식이다. 이러한 전기저항 용접은 용접용량이 반드시 대용량이어야 하고 1회 통전에 대전류를 요구하므로 용접장치의 대형화가필수적이다. 또한, 용접부 주위에 열변형부가 발생되어 내부에 충진된 고압의 냉매에 의해 용접부가 쉽게 파손되어 고압의 용기를 제조하는 방법으로는 바람직하지 않다.

그밖에도 레이저를 이용하여 고압용기를 제조하는 방법이 있는데, 이는 용기의 용접부가 직선 및 비선형으로 구성된다. 이러한 변화구간에서는 순간적인 속도의 변화가 발생되며 그로 인해 용접부위에 핀홀(pin hole)이 발생된다. 특히, 용접이 끝나는 부위에서는 순간적인 뭉침현상으로 인해 핀홀의 발생수가 더욱 증가된다. 또한, 레이저 용접장비는 고가이고 유지 관리비용도 많이 소요되는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 상판과 하판으로 이루어진 2개의 용기 사이의 접합부위에 삽입된 용가제를 이용하여, 접합부위의 조직밀도가 높은 안전한 고압용기를 저가로 대량 생산할 수 있고, 노내의 브레이징 공정을 통한 분자간 결합방식에 의해 조립공정을 단순화시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 냉각캔의 고압용기 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 음료용 냉각용기의 구성을 보인 단면도,

도 2a 내지 도 2q은 는 본 발명에 따른 음료용 냉각용기의 제조과정을 보인 공정도,

도 3은 본 발명에서 채용한 융착로의 구성을 보인 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 냉각캔의 고압용기 제조방법을 설명하기 위한 블록도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10:하판 12:상판

20:고압용기 30:분출바디

40, 42:소형 프레스 50:러버

52:너트 60:냉각캔

70:이송벨트 80:냉매 주입라인

100:융착로 110:예열부

120:예열기 130:이송대

140:가열/융착부 150:가열기

160:냉각부 170:냉각기

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각캔의 고압용기 제조방법은 금속박판을 프레스 가공하여 상판과 하판을 성형하는 단계와, 접합부위에 용가제를 삽입한 상태에서 상기 상판과 하판을 조립하고 분출바디를 결합한 후에 테두리부를 압착하는 단계와, 압착된 용기 조립체를 융착로 내에 투입하여 용가제를 용융시킴으로써, 용융된 용가제에 의해 상판과 하판을 밀봉 접합하는 단계와, 직렬형태의 용기 조립체를 벤딩하여 병렬형태로 만드는 단계와, 상기 용기 조립체의 외부면을 도금 및 코팅하는 단계와, 상기 분출바디에 러버와 너트를 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉각캔의 고압용기 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 음료용 냉각용기의 구성을 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 음료용 냉각용기의 제조과정을 보인 공정도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의해 만들어진 냉각캔의 고압용기는 전체적으로 U형상을 지니고 있으며, 하부에는 분출바디(30)가 결합되어 있다. 분출바디(30)는 냉매가스를 분출시키는 역할을 하는 것으로 너트(52)에 의해서 냉각캔(60)의 바닥(62)에 고정되어 있다. 냉각캔(60)의 상부에는 시밍에 의해서 덮개(66)가 밀봉적으로 결합되어 있다. 이러한 구성을 지닌 냉각캔의 고압용기를 제조하는 방법에 대해서 다음의 도 2를 참조하여 설명한다.

먼저, 금속박판을 도 2a에 도시된 바와 같이 통상의 프레스를 사용하여 하판(12)을 압출 성형한다. 이때, 하판(12)의 외표면에는 열교환 면적의 증대를 위해서 주름형상으로 성형하게 된다.

다음에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 통상의 프레스를 사용하여 상판(10)을 압출 성형하며, 하판(12)과 마찬가지로, 상판(10)의 외표면에도 열교환 면적의 증대를 위해서 주름형상으로 성형하게 된다. 프레스 성형된 이들 상판(10)과하판(12)의 중앙에는 각각, 분출바디(30)의 조립을 위한 결합구(10a, 12a)가 천공된다.

도 2c와 2d에는 각각, 하판(12)과 상판(10)의 탈지 및 세척과정이 도시되어 있다. 세척을 위해서 하판(12)과 상판(10)은 각각, 서스망(sus net)형태의 이송벨트(70)에 올려진 상태에서 세척 및 건조과정을 거치게 되며, 이 과정에서 상하 및 좌우로부터 세척수에 의해서 하판(12)과 상판(10)에 묻어 있던 각종 먼지나 이물질이 깨끗이 제거되며, 세척을 마친 세척수는 회수되어 정화과정을 거친 다음 재생하거나 외부로 방출된다.

다음에 도 2e에 도시된 바와 같이, 상판(10)과 하판(12)을 분자간 결합으로 접합하기 위해 하판(12)내에는 사각형상의 용가제(40)를 투입한다. 용가제(40)는 봉의 직경이 1.2㎜인 구리봉이 적합하며, 사각형상을 지닌 4개의 용가제(40)를 용기마다 1개씩 투입한다. 용가제(40)의 투입 후에, 하판(12)과 상판(10)을 결합한 다음, 중앙에 형성된 결합구(10a, 12a)에는 분출바디(30)를 억지 끼움방식으로 결합시킨다. 다음에, 도 2i에 도시된 바와 같이, 소형 프레스(40, 42)를 이용하여 상판(10)과 하판(12)의 테두리부를 접합시켜 용기 조립체(20)를 생성한다.

이와 같이, 소형 프레스(40, 42)를 이용하여 가접된 상태의 상판(10)과 하판(12)은 도 2j에 도시된 바와 같이, 융착로(100)내로 공급되어 브레이징 공정을 거쳐 상호 접합된다. 이때, 브레이징 작업은 질소 및 수소가스 분위기에서 진행되며 대략, 80㎾의 전기히터를 사용하여 도 2e에서 투입된 용가제(40)를 용융시킨다. 그로 인해 용융된 용가제(40)가 상판(10)과 하판(12)의 접촉부위로 침투하여 그 자체의 분자간 결합으로 접합하게 되는데, 그에 대해서는 도 3에서 보다 상세하게 설명한다.

다음에, 도 2k에 도시된 바와 같이, 직결형태로 접속된 용기 조립체(20)를 다이(52, 54)를 이용하여 대략 90°의 각도로 벤딩한다. 이때, 용기 조립체(20)는 분출바디(30)를 중심으로 대략, U형상의 병렬형태로 만들어진다. 이어서, U형상의 용기 조립체를 도 2l에 도시한 바와 같이 세척 및 건조 공정을 거쳐서 표면에 묻어 있는 먼지나 이물질을 제거한 후에 실린더 소재와 동일 연신율을 갖는 재질로 용기 조립체(20)의 외표면을 도금 및 코팅처리 한다.

도금 및 코팅처리가 완료된 후에, 분출바디(30)의 분출구(32)에는 MBR재질의 러버(50)를 삽입한 다음, 너트(52)를 가조립 한다. 용기 조립체(20)는 다음에, 냉매 주입을 위해서 팔레트(82)에 장입하여 냉매 주입라인으로 운반한 후에, 냉매 주입라인(80)을 통해서 용기 조립체(20)의 내부에 고압의 냉매가스를 주입시킨다.

이와 같이, 냉매 주입이 완료된 용기 조립체(20)는 도 2p에 도시된 바와 같이, 별도의 공정에서 천공된 냉각캔(60)의 내부에 조립한다. 이때, 음료의 누설을 막기 위해서 냉각캔(60)의 바닥(62)과 분출바디(30)사이에는 오링(54)을 끼워서 결합시킨 후에, 너트(52)를 체결한다.

용기 조립체(20)의 조립을 마친 후에, 냉각캔(60)의 내부에는 도 2q에 도시된 바와 같이 음료 주입기(90)를 통해서 음료를 주입하게 되며, 음료 주입이 완료된 후에는 냉각캔(60)의 상부면(64)에 덮개(66)를 대고 시밍하여 냉각캔(60)을 완성하게 된다.

다음에, 도 3은 본 발명에서 채용한 융착로의 구성을 보인 개략도이다. 본 발명에서 채용한 융착로(100)의 구성을 보면, 예열기(120)에 의해서 용기 조립체(20)를 예열하는 예열부(110)와, 예열된 용기 조립체(20)를 가열기(150)에 의해서 가열하여 융착시키는 가열/융착부(140)와, 융착된 용기 조립체(20)를 냉각기(170)로 냉각하는 냉각부(160)로 이루어져 있다.

따라서, 이송대(130)위에 놓여진 용기 조립체(20)가 가열/융착부(140)를 통과하는 과정에서 상판(10)과 하판(12)사이에 투입된 구리봉 형태의 용가제(40)가 용융되며, 이 과정에서 상판(10)과 하판(12)은 그 전체 부분이 고온으로 달구어져 분자간의 간격이 증대된다. 이와 동시에, 압력차에 의해 용기 조립체(20)의 내부 공간에 분포되어 있던 공기가 접합면 사이로 빠져나감으로써, 용융되어 있던 용가제(40)가 모세관 현상에 의해 외부로 빠져나가는 공기를 따라서 테두리부의 벌어진 각 틈새 사이로 배어들게 된다.

이렇게 배어든 용가제인 구리는 분자간의 간격이 커진 틈새로 유입되고, 상판(10)과 하판(12)의 접합면에 대해서는 그 조직이 적어도 새로운 합금형태를 띠게 된다. 이러한 일련의 과정을 거쳐 상판(10)과 하판의 접합면이 상호 완벽하게 용접, 밀봉된 후에 서서히 냉각부(160)를 통과하면서 냉각된 후에 외부로 배출된다.

이와 같이, 노를 이용한 브레이징 방법을 통해서 상판과 하판의 접합면을 용접함으로써 고압에 견딜 수 있는 용기를 생산할 수 있으며, 용가제가 분자간의 틈새로 스며들면서 결합이 이루어지므로 용접강도가 증대되고 고압용기를 낮은 제조비용으로 대량 생산할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각캔의 고압용기 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명에 따른 냉각캔의 고압용기 제조방법의 전체적인 과정을 보면, 금속박판을 프레스 가공하여 상판(10)과 하판(12)을 성형하는 단계와, 성형된 상판(10)과 하판(12)을 세척 및 건조하여 각종 먼지나 이물질을 제거하는 단계와, 접합부위에 용가제(40)를 삽입한 상태에서 상판(10)과 하판(12)을 조립하고 분출바디(30)를 결합한 후에 테두리부를 압착하는 단계와, 압착된 용기 조립체(20)를 융착로(100) 내에 투입하여 용가제(40)를 용융시킴으로써, 용융된 용가제(40)에 의해 상판(10)과 하판(12)을 밀봉 접합하는 단계와, 직렬형태의 용기 조립체(20)를 벤딩하여 병렬형태로 만드는 단계와, 용기 조립체(20)의 외부면을 도금 및 코팅하는 단계와, 분출바디(30)에 러버(50)와 너트(52)를 조립하는 단계로 이루어져 있다.

이와 같은 공정을 거쳐 제조된 고압용기는 팔레트에 장입되어 냉매 주입라인으로 이송되며, 냉매가 주입된 후에 고압용기는 별도의 공정에서 천공된 냉각캔(60)의 내부에 조립하게 된다. 고압용기가 조립된 냉각캔(60)에는 맥주나 콜라와 같은 각종 음료 주입공정이 진행되며, 음료 주입후에는 시밍공정을 거쳐 냉각캔을 밀봉시켜 제품을 생산하게 된다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 프레스 가공한 상판과 하판의 접합부위에 용가제를 삽입한 다음, 소형 프레스로 2개의 용기의 테두리부를 압착시킨 상태에서 융착로의 가열/융착부를 통과시키는 과정에서 용융된 용가제가 고온의 질소및 수소분위기에서 분자간의 간격이 벌어진 접촉면의 틈새로 침투하면서 그 자체의 흡인력만으로 상판과 하판을 완벽하게 밀봉, 결합시킴으로써, 접합부위의 조직밀도를 높여 보다 안전한 고압용기를 저가로 대량 생산할 수 있다. 또한, 분자간 결합방식을 통해 접합된 직렬형태의 용기를 U벤딩 공정을 통해서 병렬형태로 만든 다음에, 상판 및 하판 소재와 동일 연신율을 갖는 물질로 도금 및 코팅하여 냉각캔 내부에 삽입하여 제조함으로써 조립공정이 단순하고 제품의 생산성이 향상되는 이점이 있다.

Claims

금속박판을 프레스 가공하여 상판과 하판을 성형하는 단계와,

접합부위에 용가제를 삽입한 상태에서 상기 상판과 하판을 조립하고 분출바디를 결합한 후에 테두리부를 압착하는 단계와,

압착된 용기 조립체를 융착로 내에 투입하여 용가제를 용융시킴으로써, 용융된 용가제에 의해 상판과 하판을 밀봉 접합하는 단계와,

직렬형태의 용기 조립체를 벤딩하여 병렬형태로 만드는 단계와,

상기 용기 조립체의 외부면을 도금 및 코팅하는 단계와,

상기 분출바디에 러버와 너트를 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각캔의 고압용기 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 용가제는 구리봉인 것을 특징으로 하는 냉각캔의 고압용기 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 융착로는 상기 용기 조립체를 예열하는 예열부와,

예열된 용기 조립체를 가열하여 융착시키는 가열/융착부와,

상기 융착된 용기 조립체를 냉각하는 냉각부로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각캔의 고압용기 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 프레스 성형된 상판과 하판을 조립에 앞서서 1차로 세척 및 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각캔의 고압용기 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 U형상으로 벤딩된 용기 조립체를 도금에 앞서서 2차로 세척 및 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각캔의 고압용기 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 용기 조립체는 상판 및 하판 소재와 동일 연신율을 갖는 물질로 도금 및 코팅되는 것을 특징으로 하는 냉각캔의 고압용기 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 러버 및 너트가 조립된 용기 조립체를 천공된 냉각캔의 내부에 삽입하기 이전에 고압의 냉매를 주입하는 것을 특징으로 하는 냉각캔의 고압용기 제조방법.