KR100609097B1 - 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재 및 그 제조방법 - Google Patents

투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건물 외피의 단열성능 극대화를 위하여 기존 단열 벽체의 성능을 유지하면서도 태양열을 최대한 흡수하여 태양에너지를 유효하게 이용하기 위하여, V형, U형 또는 U형과 V형의 중간정도로 골이 진 UV형의 골을 가진 파형의 투명필름이 적층되어 투명 단열 패널에 수직적 구조로 삽입 형성되는 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재는 V형, U형 UV형 등과 같이 파도 모양으로 골이 형성된 투명필름이 적층되어 단면이 벌집형(Honeycomb-type)인 투명 단열재이다.

Description

투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재 및 그 제조방법{Honeycomb style transparent insulation Material and method for preparing the same}
도 1는 종래의 투명 단열 패널의 구성 설명도
도 2은 평행적 구조의 투명 단열재에 입사된 태양에너지를 취득하기 위한 태양광의 진행 방향을 도시한 도면
도 3는 공동 구조의 투명 단열재에 입사된 태양에너지를 취득하기 위한 태양광의 진행 방향을 도시한 도면
도 4는 균일물 구조의 투명 단열재에 입사된 태양에너지를 취득하기 위한 태양광의 진행 방향을 도시한 도면
도 5은 수직적 구조의 투명 단열재에 입사된 태양에너지를 취득하기 위한 태양광의 진행 방향을 도시한 도면.
도 6은 투명필름으로 성형한 V파형 투명 필름 골지의 사시도
도 7은 투명필름으로 성형한 U파형 투명 필름 골지의 사시도
도 8은 투명필름으로 성형한 UV파형 투명 필름 골지의 사시도
도 9은 도 6, 도 7 및 도8의 각 파형 투명 필름을 적층하여 제조한 수직적 구조의 투명 단열 패널용 투명 단열재의 단면도
****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****
1 : 투명한 판재 2 : 투명단열재
3 : 간봉 4 : 접착재
본 발명은 건물 외피의 단열성능 극대화를 위하여 기존 단열 벽체의 성능을 유지하면서도 태양열을 최대한 흡수하여 태양에너지를 유효하게 이용하기 위하여, V형, U형 또는 U형과 V형의 중간정도로 골이 진 UV형의 골을 가진 파형의 투명필름이 적층되어 투명 단열 패널에 수직적 구조로 삽입 형성되는 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 열손실 방지를 위하여 사용되고 있는 단열재로는 폴리스틸렌계 발포체, 유리면, 암면, 우레탄 발포체, 퍼라이트, 질석 및 발포 콘크리트 등과 같은 많은 불투명 재료가 사용되고 있으며, 이들 재료들은 주로 건축물의 냉난방을 위하여 공급된 에너지를 사람이 생활하는 거주공간에 상당기간 보존하여 거주공간이 쾌적하게 유지되도록 외부와 차단하는 역할만을 수행할 뿐, 에너지를 취득하는 기능은 가지고 있지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 기존의 불투명 단열재와 달리 투명 단열재로 유입되는 태양에너지 대부분을 투과하여 태양 에너지의 열을 취득하는 역할을 함과 동시에 열손실을 일으키는 것으로 알려진 대류 및 복사 등과 같은 열전달 현상을 억제하여 뛰어나 단열성을 갖게 하여 열손실 방지를 위한 단열재의 특성을 유지하면서도 태양열을 최대한 흡수하여 입사된 태양에너지를 유효하게 이용함과 동시에 제어할 수 있는 투명 단열 패널이 개발되었다.
투명 단열 패널은 도 1에 보여 지는 바와 같이 투명 단열재를 외부로부터 보호하기 위한 투명유리 또는 투명 플라스틱과 같은 투명한 판재(1), 공기층에서 발생하는 대류나 복사 등과 같은 열전달 현상을 억제하여 단열특성을 발휘함과 동시에 태양에너지를 최대한 투과시켜 열을 취득하기 위한 투명 단열재(2), 투명 단열재(2)가 삽입될 수 있는 공간을 확보하기 위하여 2장의 투명한 판재(1)를 일정한 간격으로 유지하도록 하는 간봉(3), 투명 단열재(2)가 삽입된 투명한 판재(1)와 간봉(3)을 접착하여 패널의 구조체를 제조하기 위한 1차 접착재(4) 및 2차 접착재(5) 등으로 구성되어지며, 투명 단열 패널의 단열 및 열 취득 특성에 큰 영향을 미치는 요인 중의 하나는 투명 단열재를 구성하는 구조의 형상이다.
종래의 투명 단열재의 구조 형상은 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 보여 지는 바와 같이 투명 단열재에 입사된 태양광이 투명 단열재를 통과하여 진행하는 방향에 따라 수평적 구조, 수직적 구조, 동공구조, 유사균일 구조 등으로 나눌 수 있다.
수평적 구조는 도 2에 보여지는 것처럼 투명 단열재를 외부로부터 보호하기 위한 투명유리 또는 투명 플라스틱과 같은 투명한 판재(1) 사이에 투명한 필름이나 얇은 유리가 평행하게 적층된 구조로 적층되는 층의 수가 많을수록 열성능은 우수 하지만, 반사율의 상승으로 인하여 투과율이 감소하여 열취득 성능이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
동공(洞空)구조는 도 3에 보여지는 것처럼 도 2의 수평적 구조와 도 5의 수직적 구조를 결합한 것과 같은 형태를 가지고 있어 대류 현상을 효과적으로 제어할 수 있으나, 반사율이 떨어지는 단점을 갖고 있다.
유사 균일구조는 도 4에 보여지는 것처럼 투명 에어로겔로 된 투명 단열재(2)가 두장의 투명한 판재(1) 사이에 충진되는 형태의 구조를 가지고 있어 투명 에어로겔의 뛰어난 단열성능 및 광 투과성에 의해 뛰어난 열 취득 및 열 단열 특성을 나타내지만, 사용되어지는 투명 에어로겔의 복잡한 제조공정과 높은 가격에 기인한 문제점을 가지고 있다.
이와 달리 수직적 구조는 도 5에 보여지는 것처럼 투명 단열재(2)가 2장의 투명한 판재(1) 사이에 수직으로 세워진 구조로써 태양 복사열을 반사하여 내부로 모아 주기 때문에 수평적 구조에 비해 광학 손실이 아주 적은 장점을 가지고 있어 현재 가장 많이 사용되어 지고 있다.
기존 수직적 구조의 투명 단열재는 방적공장에서 실을 만든 것과 유사한 방법, 다시 말해서 투명한 속이 빈 튜브형 실을 제조하기 위하여 원료를 방사기에 투입하여 가열 용융한 후, 용융된 원료를 방사노즐을 통하여 방사하여 냉각 고화시키면서 권취시켜 실을 제조하는 것과 같은 방법으로 제조한 후, 권취된 속이 빈 튜브형 실 들이 일정한 크기와 형상을 가지도록 권취된 속이 빈 튜브형 실들이 일정한 크기로 절단하는 공정과 일정한 크기로 절단된 속이 빈 튜브형 실들을 결합시키기 위한 접합공정을 통하여 제조되게 된다.
그러나, 상기 전술한 기존의 방사법으로 제조된 속이 빈 튜브는 두께가 얇기 때문에 뛰어난 광투과성, 열절단 및 융착성을 가질 수 있는 반면에 제조된 속이 빈 튜브 및 이를 이용하여 제조한 투명 단열재는 쉽게 부서지거나 파손되는 문제점을 가지고 있으며, 이외에 제조공정이 원료혼합, 원료용융 및 방사, 냉각 및 고화, 귄취, 절단 및 접착하는 등 많은 단계의 공정을 필요하여 제조공정이 복잡한 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허 20-0304748에서는 기존의 불투명 단열재와 달리 투명 필름 및 투명 골판지를 이용하여 투명필름이 골판지 구조에 의해 지지를 받으며, 이어붙임 시공이 가능한 구조를 가지게 하여 내부가 투과되어 보일 필요가 있는 곳에 사용 가능한 구조를 특징으로 하는 투명 단열재를 제시하고 있다. 이 고안은 도 3에 보여 지는 것과 같은 수평적 구조의 일종으로 투명 단열판과 투명 단열판 골판지 구조의 투명 단열재가 삽입된 구조로 태양에너지를 반사할 수 있는 투명 단열재의 수가 적어 투과율이 상승되어 많은 태양 에너지을 유입하게 할 수 있지만 투명 단열판과 투명 단열판 사이에 삽입되는 골판지 구조의 투명 단열재가 투명 단열판과 접착되어 있지 않기 때문에 투명 단열재와 투명 단열판 사이에서 발생하는 대류 현상을 억제할 수 없어 단열 성능이 떨어짐과 동시에 내구성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 건물의 외벽에 설치되어 태양에너지를 취득함과 동시에 실내 냉난방기에 투입된 에너지가 벽체를 통해 외부로 방산되는 것을 방지하기 위한 수직적 구조의 투명 단열 패널용 투명 단열재를 제공하는 것으로 다수개의 투명한 골판지가 수직으로 적층되어 단면이 벌집형(Honeycomb-type)인 투명 단열 패널용 투명 단열재의 제조방법을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 또 다른 목적은 상기의 방법으로 제조된 수직적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형(Honeycomb-type) 투명 단열재를 제공하는 데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재의 제조방법은 광 투과성을 가질 수 있도록 투명하며 적당한 물리적 강도와 내충격성 등을 가진 폴리플로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트 등으로 제조한 투명한 필름을 도 6, 도 7 및 도 8 에 보여 지는 것 같은 V형, U형 UV형 등과 같이 파도 모양으로 골이 지어진 골로 성형하기 위하여 투명필름(20)을 골 성형기에 맞게 재단하는 단계;
재단된 투명필름을 골 성형기에서 도 6, 도 7 및 도 8 에 보여 지는 것 같은 V형, U형, UV형상의 골로 성형하는 단계;
상기 파형 골지 투명필름(20)을 도 9에 도시된 바와 같이 여러 장을 상하로 적층하여 골지 투명필름(20)과 골지 투명필름(20)을 열용융에 의한 열접착 수단에 의하여 접착 고정하는 단계;
열접착된 V형, U형 또는 U형의 구조체를 적당한 크기의 벌집형 투명 단열재 로 제조하기 위하여 열선을 이용한 열용융 절단하는 단계;로 구성된다.
열접착된 V형, U형 또는 UV형의 골지 투명필름(20)에 의한 적층 구조체를 적당한 크기의 벌집형 투명 단열재(200)로 제조하기 위하여 열선을 이용한 열용융 절단하는 단계;로 구성된다.
이하, 본 발명의 수직적 흡수구조를 가지는 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재 및 그 제조방법은 전술한 바와 같이 수직적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재를 제조하기 위한 파도 모양의 V형, U형 또는 UV형 골의 투명필름을 성형하기 위하여 광 투과성을 가지고 있는 폴리플로필렌, 폴리에틸레렌, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트 등과 같은 고분자 수지를 원료로 하여 두께가 0.25mm 이하로 제조된 투명한 플라스틱 필름을 사용하여 골지 성형기에서 V형,U형 또는 UV형상의 투명필름 골지를 성형하기 위하여 골지 성형기에 적합한 크기로 투명필름을 절단한 후, 절단한 투명필름이 골지 성형기에서 일정한 모형(profile)을 갖는 파도 모양의 연속적인 V형, U형 또는 UV형의 형상을 갖는 투명필름 골지를 성형하였으며, 도 9에 V형, U형 또는 UV형의 형상을 갖는 성형한 투명필름을 나타내었다.
골지 성형기에서 성형된 V형 또는 U형상의 골을 가진 골형 투명필름을 사용하여 수직적 흡수구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재를 제조하기 위해서는 도 6, 도 7 또는 도 8에 보여 지는 것과 같은 파도 모양의 연속적인 V 형, U형 또는 UV형상의 골을 가진 투명필름의 골정을 서로 접착시켜 도 9와 같이 접착하여 벌집과 같은 칸막이 구조의 벌집(Honeycomb)형이 되도록 투명필름을 접착시켰다.
수직적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재를 제조하기 위한 파도 모양의 V형, U형 또는 UV형의 골을 가진 투명필름을 성형하기 위하여 광 투과성을 가지고 있는 폴리플로필렌, 폴리에틸레렌, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트 등과 같은 고분자 수지를 원료로 하여 두께가 0.25mm 이하로 제조된 투명한 플라스틱 필름을 사용한다.
이렇게 준비된 0.25 mm 이하의 투명필름을 골지 성형기에서 V형상, U형상 및 UV형상의 투명필름 골지를 성형하기 위하여 골지 성형기에 적합한 크기로 투명필름을 절단한 후, 절단한 투명필름이 골지 성형기에서 일정한 모형(profile)을 갖는 파도 모양의 연속적인 V파형 또는 U파형, UV파형의 형상을 갖는 투명필름 골지로 성형한다.
골지 성형기에서 성형된 V형 또는 U형, UV형의 형상 골을 가진 골지 투명필름을 사용하여 수직적 흡수구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명단열재를 제조하기 위해서는 도 9에 보여 지는 것과 같은 파도 모양의 연속적인 V형, U형 및 UV형 형상의 골을 가진 골지 투명필름을 상하로 배열하되 상측 골지 투명필름의 골이 하측 골지 투명필름의 마루에 얹혀져 배열하여 도 9에 도시된 바와 같이 벌집과 같은 칸막이 구조의 벌집과 같은 벌집(Honeycomb)형이 되도록 여러 장의 골지 투명필름을 접착시킨다.
본 발명에서는 플라스틱 필름인 골지 투명필름을 접착시키기 위하여 기계적으로 필름을 결속시키는 방법, 용제에 의한 방법, 접착제나 점착제를 이용하는 방법 등과 같은 여러 가지 접합방법 중에 플라스틱을 가열해서 압착만 해도 열접착이 될 수 있다고 하는 플라스틱의 성질을 이용하여 열용융 접착법을 사용하였다.
플라스틱의 열용융 접착은 열에 의해 투명 플라스틱 필름을 연화해서, 유동성이 증대한 상태에서 압착되어, 2개의 필름의 분자가 상호 확산한 시점에서 냉각 고화되기 때문에 플라스틱의 용융 연화온도, 열전도도, 융용시의 유동성, 압착시간 및 압력 등이 대단히 중요하다.
열융착 방법에 의해 플라스틱 필름을 접합하기 위해서는 본 발명에서는 외부 가열에 의한 방법, 내부 발열에 의한 고주파 봉합 및 초음파 봉합법 중 일정온도로 가열된 열판을 직접 또는 내열필름이나 완충재를 매개로 중합시킨 필름에 압착해서 열전도도에 의하여 접합하는 방법을 사용하였다.
V형, U형 또는 U형과 V형의 중간쯤 되는 UV형상의 투명 필름이 접착되어 벌집형상을 가지는 투명 필름 구조체 다시 말해서 벌집형 투명 단열재를 일정한 크기로 절단하기 위하여 니크롬선과 같은 열선에 전기를 통하여 가열된 니크롬선을 이용하여, 플라스틱 필름을 절단하면서 접합하는 외부 가열에 의한 절단 및 접합하는 방법을 사용하여 벌집형 투명 단열재를 제조하였다.
이상에서 본 발명의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
V형,U형 또는 UV형상의 골로 성형된 파형 투명 필름을 이용하여 제조한 수직적 구조의 투명 단열재를 투명 단열 패널용 투명 단열재로 사용할 경우에는 불투명 단열재에 비해 열 손실보다는 열 취득량이 많게 되어 에너지 절약효과를 극대화할 수 있다. 그리고 이와 같은 에너지 절약을 통해 건물의 난방에 소요되는 에너지 소비량을 절감함에 따라 에너지 사용 시에 발생하는 이산화탄소의 배출량을 저감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 외부와 실내공간을 구분하는 건축물의 벽체를 구성하는 단열패널로써, 투명 유리와 같은 사각 판상의 투명한 판재와, 공기층에서 발생하는 대류 또는 복사를 억제하기 위하여 열 취득 및 열 단열 특성을 얻기 위한 것으로 상기 투명한 판재에 연접하여 부착시킨 후판형의 투명 단열재와, 두장의 투명한 판재를 이격시켜 투명단열재가 삽입되는 공간을 형성시키고 연접된 투명 단열재와 투명한 판재의 상하 좌우 측면을 감싸며 형성된 판상의 간봉과, 간봉의 외측면에 형성되어 투명한 판재와 투명단열재 및 간봉을 결합시키는 접착제로 이루어진 투명 단열 패널용 투명 단열재에 있어서,
    투명 합성수지로 된 박판형 투명필름을 골지형태로 굴곡진 골지 투명필름 여러 장을 상측 골지 투명필름의 골과 하측 골지 투명필름의 마루가 서로 접착된 상태로 후판상으로 재단되어 측면쪽에 벌집형태를 취하는 벌집형 투명 단열재를 투명 단열판에 벌집면이 접하도록 접착시킨 수적적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재
  2. 제1항에 있어서, 박판형 투명필름의 두께가 0.25 mm 이하인 수직적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재
  3. 제1항에 있어서, 투명필름을 구성하는 합성수지는 폴리플로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌 또는 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 수직적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재
  4. 제1항에 있어서, 골지 투명필름의 골지형상이 V형, U형 또는 U형과 V형의 중간적 형태를 취하는 UV형인 것을 특징으로 하는 수직적 구조의 투명 단열 패널용 벌집형 투명 단열재
  5. 외부와 실내공간을 구분하며 건축물의 벽체를 형성하는 광투과성 투명 단열 패널을 구성하는 광투과성 투명 단열재를 제조하는 방법에 있어서,
    광 투과성을 가질 수 있도록 투명하며 적당한 물리적 강도와 내충격성을 가진 폴리플로필렌, 폴리에틸레렌, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트로 제조한 투명한 필름을 V형, U형, 또는 UV형의 파도 모양으로 골이 지어진 골로 성형하기 위하여 투명필름(20)을 골 성형기에 맞게 재단하는 단계;
    재단된 투명필름을 골 성형기에서 V형, U형, UV형상의 골로 성형하여 골지 투명필름(20)을 제조하는 단계;
    여러장의 파형 골지 투명필름(20)을 상하로 적층하여 골지 투명필름(20)과 골지 투명필름(20)을 열용융에 의한 열접착 수단에 의하여 접착 고정하는 단계;
    열접착된 V형, U형 또는 UV형의 골지 투명필름(20)에 의한 적층 구조체를 적당한 크기의 벌집형 투명 단열재(200)로 제조하기 위하여 열선을 이용한 열용융 절단하는 단계로 이루어진 벌집형 투명 단열재 제조방법
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