KR100668696B1 - 프리프레그 제조용 트리터 오븐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프리프레그(Prepreg)를 건조하기 위한 트리터 오븐(Treater Oven)에 관한 것으로, 그 내부를 통하여 프리프레그가 이동할 수 있도록 형성되는 이동 관로; 상기 이동 관로의 일측에 결합되어 상기 이동 관로로 상기 가열 공기를 공급하는 제1 구조물; 및 상기 이동 관로의 다른 일측에 결합되어 상기 이동 관로로부터의 가열 공기를 배출하는 제2 구조물을 포함한다. 상기 제1 구조물은, 열 교환기와 연결되어 가열 공기를 공급하는 공기 공급부; 상기 공기 공급부로부터 공급되는 가열 공기를 한쌍의 토출구를 통하여 상기 프리프레그의 양측으로 분배 토출하는 공기 분배 토출부; 및 상기 공기 분배 토출부의 공기 유로에 각각 대칭 구비되어 배압을 형성하는 하나 이상의 타공판을 포함하여 구성된다.
프리프레그, 트리터 오븐, 타공판, 단열

Description

프리프레그 제조용 트리터 오븐{TREATER OVEN FOR MANUFACTURING PREPREG}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그 건조용 트리터 오븐을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 트리터 오븐에서 상부 구조물의 연결 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리프레그 건조용 트리터 오븐의 공기 분배 토출부 일부를 절개한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 공기 분배 토출부를 A-A' 라인을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 단일 파이프로부터 공기 공급부를 거쳐 공기 분배 토출부로 입력되는 가열 공기의 온도 분포를 타공판 설치 및 강화 단열 처리 전후로 비교 도시한 도면이다.
도 6은 댐퍼를 제거 하지 않은 통관 처리 전 가열 공기의 속도 분포 및 댐퍼를 제거한 통관 처리 후의 가열 공기의 속도 분포를 비교 도시한 도면이다.
도 7은 건조/경화되는 패브릭의 온도 분포를 타공판 설치, 강화 단열 처리, 및 댐퍼 제거 전후로 비교 도시한 도면이다.
본 발명은 프리프레그(prepreg)를 생산하는 과정 중 필요한 장치인 트리터 오븐(Treater Oven)에 관한 것이다.
일반적으로, 트리터 오븐에서는 고온의 가열 공기에 의한 대류 열 전달과 트리터 오븐의 벽면 상에 부착된 열판에 의한 복사 열 전달에 의해 패브릭 상의 수지를 건조/경화 시킨다.
이때, 복사 열 전달은 유동의 영향을 받지 않으나 대류 열 전달에서는 가열 공기의 유동이 균일하여야 균일한 열 전달이 이루어진다. 즉, 트리터 오븐의 내부 유동을 균일하게 유지해 주어야 패브릭 상의 수지가 균일하게 건조/경화 되어 중요하게 관리하는 물성인 경화된 수지의 겔 타임(Gel Time)이 균일하게 분포하는 프리프레그(Prepreg)를 생산할 수 있다.
기존의 트리터 오븐은 열 교환기로부터의 가열 공기를 트리터 오븐의 상부 공기 유입부까지는 단일 파이프를 통하여 공기 공급부로 공급하고, 유입된 가열 공기를 공기 공급부로부터 한쌍의 입구가 형성된 공기 배분 토출부로 분기시켜 패브릭의 이동 관로로 유입되는 방법을 사용하였다.
유입된 가열 공기는 패브릭의 전/후방을 지나며 열판의 복사열과 함께 패브릭을 건조/경화 시킨다. 그러나 전술한 공기 공급부로부터 공기 분배 토출부로의 가열 공기 유동이 완전한 대칭을 이루며 좌우로 분배되지 않기 때문에, 패브릭 전후로 서로 다른 유량의 가열 공기가 공급되고, 이로 인해 열 전달량이 달라져 패브 릭 전후로 온도 편차가 존재하는 문제점이 있었다.
나아가, 종래에는 공기 분배 토출부로의 폭 방향으로 배출되는 가열 공기의 속도 분포를 균일하게 하기 위해, 상부 공기 유입부 내부에 가이드 베인(guide vane)을 설치해 좌측-중앙-우측(Left-Center-Right)으로 구분하고, 각 부분별로 댐퍼를 달아 유량을 조절 하는 방법을 사용하였으나, 시간 진행, 제품 종류, 및 온도 조건에 따라 변화하는 공기 유동의 속도를 항상 균일하게 유지할 수 없어 프리프레그(Prepreg) 전/후 및 좌/우 겔 타임(Gel Time)의 편차가 발생함으로써 불량품을 양산하는 결과를 가져왔다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공기 공급부의 입구에서 가열 공기의 유동량이 패브릭 전후로 동등하게 분배 공급될 수 있는 트리터 오븐을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 공기 분배 토출부로부터 글래스 패브릭으로 토출되는 가열 공기가 패브릭의 폭 전체에 걸쳐 균일하게 분배 토출되는 트리터 오븐을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트리터 오븐은 상부 구조물을 댐퍼가 구비되지 않는 일체형의 통관으로 설계하고, 하나 이상의 타공판으로 배압을 형성한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 프리프레그(Prepreg)를 건조하기 위한 트리터 오 븐(Treater oven)은, 그 내부를 통하여 프리프레그가 이동할 수 있도록 형성되는 이동 관로; 상기 이동 관로의 일측에 결합되어 상기 이동 관로로 상기 가열 공기를 공급하는 제1 구조물; 및 상기 이동 관로의 다른 일측에 결합되어 상기 이동 관로로부터의 가열 공기를 배출하는 제2 구조물을 포함하되, 상기 제1 구조물은, 열 교환기와 연결되어 가열 공기를 공급하는 공기 공급부; 상기 공기 공급부로부터 공급되는 가열 공기를 한쌍의 토출구를 통하여 상기 프리프레그의 양측으로 분배 토출하는 공기 분배 토출부; 및 상기 공기 분배 토출부의 공기 유로에 각각 연결되는 공기 유로의 입구에 각각 대칭 구비되어 배압을 형성하는 하나 이상의 타공판을 포함하여 구성된다.
상기 공기 공급부의 일측면에는 상기 열 교환기와 연결되는 단일 파이프와의 연결을 위한 입구가 형성되고, 상기 입구의 대향 측면에는 상기 공기 분배 토출부와 연결되는 한 쌍의 출구가 형성될 수 있다. 상기 하나 이상의 타공판은 상기 공기 공급부의 상기 한 쌍의 출구에 각각 대칭으로 구비되는 제 1 타공판을 포함할 수 있다.
상기 공기 분배 토출부의 상기 공기 유로는 통관 처리될 수 있다.
상기 하나 이상의 타공판은, 상기 공기 분배 토출부의 상기 한 쌍의 토출구 이전에 각각 대칭으로 구비되는 제 2 타공판을 더 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 타공판은, 상기 공기 분배 토출부의 상기 한 쌍의 토출구 이전에 상기 제 2 타공판과 설정된 간격으로 이격되어 구비되는 제 3 타공판을 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 다른 프리프레그 건조용 트리터 오븐이 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 프리프레그 건조용 트리터 오븐은, 프리프레그 이동 관로(200), 프리프레그 이동 관로(200)의 일측에 결합되는 제1 구조물(100), 및 프리프레그 이동 관로 다른 일측에 결합되는 제2 구조물(300)로 이루어진다.
본 실시예에서는, 제1 구조물(100)은 이동 관로(200)의 상단부에 결합되며, 제2 구조물(300)은 이동 관로(200)의 하단부에 결합된다. 이하에서, 제1 구조물(100)은 상부 구조물(100)로 칭하고, 제2 구조물(200)은 하부 구조물(300)로 칭하기로 한다.
상부 구조물(100)을 통하여 삽입되는 프리프레그(400)는 이동 관로(200)을 거쳐 하부 구조물(300)을 통하여 배출되고, 상부 구조물(100)로부터 하부 구조물(300)에 이르는 경로 상에서 공급되는 가열 공기에 의해 건조된다. 예를 들어, 프리프레그(400)는 동박 적층 원판(copper clad laminate)의 프리프레그(prepreg)일 수 있다. 또한, 프리프레그(400)는 글래스 패브릭(Glass Fabric; G/F)에 수지를 함침 시킨 후 가열 공기를 공급함으로써 건조/경화시켜 만들어 질 수 있다.
이러한 상부 구조물(100)은 열교환기(10)와 단일 파이프(20)로 연결된 공기 공급부(30); 공기 공급부(30)와 연결되어 공급되는 공기를 분배하여 이동 관로(200)의 내부로 토출하는 공기 분배 토출부(60); 및 배압을 형성하기 위해 상기 공기 분배 토출부(60)의 상기 한 쌍의 공기 유동로에 대칭으로 구비되는 하나 이상의 타공판을 포함한다.
즉, 열교환기(10)에서 단일 파이프(20)를 통해 트리터 오븐의 상부 구조물(100) 중 공기 공급부(30)로 고온의 가열 공기가 공급되며, 공기 분배 토출부(60) 내부의 공기 유로를 거쳐 방향을 변경하여, 한쌍의 토출구를 통하여 이동 관로(200)의 내부로 하방 토출된다. 토출된 가열 공기는 패브릭 전후로 공급되어 균일한 열 전달을 통해 패브릭을 건조/경화한다.
이동 관로(200)는 프리프레그(400)가 통과하는 통로(201)를 형성한다.
단일 파이프(20), 공기 공급부(30), 및 분배 토출부(60)의 연결에 관하여 구체적으로 살펴본다.
도 2에는 상부 구조물(100)의 단일 파이프(20), 공기 공급부(30), 및 공기 분배 토출부(60)의 연결 상태가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공기 공급부(30)의 일측면에는 단일 파이프(20)와 연결된 가열 공기의 입구가 형성되고, 상기 입구가 형성된 일측면에 대향하는 면에는 가열 공기가 분기되어 배출되는 한쌍의 가열 공기 출구가 형성된다.
단일 파이프(20)를 통하여 공급되는 가열 공기는 한쌍의 출구로 분기되어 공기 분배 토출부(60) 내부의 공기 유로(61)로 공급된다.
공기 분배 토출부(60)의 공기 유로(61)를 통과한 가열 공기는 이동 관로(200) 내의 통로(201)로 공급되며, 공급된 가열 공기는 프레그(400)의 양측으로 흐르게 된다.
이때, 공기 공급부(30)와 공기 분배 토출부(60)의 연결 부분에서는 가열 공 기가 분기되어, 각각 이동 관로(200) 내에서 패브릭 전/후를 지나가도록 유도되며, 이러한 공기 공급부(30)와 공기 분배 토출부(60)의 연결 부분에서는 공기의 양이 정확하게 50%씩 안분되어 이동 관로 내에서 균일한 속도 분포를 가지는 것이 중요하다.
따라서, 공기 분배 토출부(60)의 공기 유로와 연결된 각각의 출구에는 복수개의 관통홀이 형성된 제 1 타공판(40a,40b;40)이 구비된다. 이러한 제 1 타공판(40a,40b;40)은 배압을 형성하여 상기 입구로부터 공급되는 가열 공기의 유량을 양측의 공기 유로에 안분함으로써, 공기 분배 토출부(60)를 통하여 패브릭 전후 양측으로 공급되는 가열 공기의 유량 편차를 감소시킨다.
결과적으로, 공기 분배 토출부(60)의 공기 유로 입구에 구비되는 제 1 타공판(40a,40b;40)은 공기 분배 토출부로 유입되는 유동이 불균일 하더라도 각각의 공기 유로로 가열 공기의 유량을 동등하게 안분하여 패브릭 전후에 따른 건조/경화 정도의 편차를 감소시킨다.
도 3에는 공기 분배 토출부(60)의 일부를 절개한 도면이 도시되어 있으며, 도 4에는 도 2의 A-A' 라인을 따라 취한 공기 분배 토출부(60)의 단면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 타공판(40a,40b;40)을 통과한 가열 공기는 공기 분배 토출부(60) 내부의 공기 유로(61)를 거치며 하방으로 유동이 형성된다.
공기 분배 토출부(60) 내부의 구조를 종래의 트리터 오븐과 비교하면, 종래 기술에서는 좌측-중앙-우측의 세 부분으로 나뉘어져 설치되던 가이드 베인(guide vane)과 각 부분에서 유량을 조절하던 댐퍼(damper)가, 본 발명에 따른 실시예에서는 제거되어 통관 처리된다.
두 개의 입구를 통해 공기 분배 토출부(60) 내부의 공기 유로에서 분기되어 유입된 가열 공기는 방향을 변경하여 한쌍의 토출구를 통하여 이동 관로(200)의 내부로 하방 토출된다.
이러한 공기 분배 토출부(60)의 하방 경로 상에는 제 2 타공판(80a,80b;80) 및 제 3 타공판(90a,90b;90)이 각각 설치되어 배압을 형성한다. 즉, 공기 분배 토출부(60)의 공기 유로(61)에 설치되는 타공판의 전후에서 가열 공기의 압력 강하가 일어나게 되므로, 동일한 유량의 가열 공기를 흐르게 하기 위해서는 공기 분배 토출부(60)로 유입되는 가열 공기의 초기 압력은 높아져 입구와 출구의 압력 차이는 증가하게 된다. 종래 디자인에서는 입구와 출구의 압력 차이가 작기 때문에 약간의 압력 변화에도 유량의 변화가 발생하나 본 발명의 실시예에서는 입구와 출구 사이의 압력 차이가 상대적으로 크기 때문에 작은 압력 변화에는 유량의 변화가 거의 발생하지 않아 가열 공기가 보다 균일하게 분포될 수 있게 된다. 결과적으로, 본 발명의 실시예에 의하면 공기 분배 토출부(60)의 공기 유로(61)에 타공판들이 설치됨으로써, 가열 공기가 보다 균일하게 혼합될 수 있으며 그 결과 프리프레그가 보다 균일하게 건조될 수 있는 것이다.
이러한 제 2,3 타공판(80,90)에 의해 배압을 형성함으로써, 공기 분배 토출부(60) 내부에서 가열 공기의 유동 방향 변경에 따라 발생할 수 있는 가열 공기의 쏠림을 방지하여, 공기 분배 토출부(60)의 폭 전체에 걸쳐 균일한 유량의 가열 공기가 토출된다.
따라서, 가열 공기가 이동 관로(200) 내부로 토출되기 전, 제 2,3 타공판(80,90)에 의해 가열 공기의 토출량이 패브릭의 폭 위치에 상관 없이 균일하게 유지되며, 따라서 프리프래그의 폭 전체에 걸쳐 균일한 건조/경화가 이루어진다.
타공판(40,80,90)의 설치위치 및 개수는 공기 분배 토출부(60)의 구체적인 형상에 따라 변경될 수 있음은 자명하다.
도 5에는 단일 파이프(20)로부터 공기 공급부(30)를 거쳐 공기 분배 토출부(60)로 입력되는 가열 공기의 온도 분포가 타공판 설치 전후로 비교 도시되어 있다. 타공판 설치 후의 도 5(a)에서는 타공판 설치 전의 도 5(b)와 비교하여, 공기 분배 토출부(60)로 분기되어 입력되는 가열 공기의 온도 편차가 현저히 감소됨을 알 수 있다.
도 6에는 댐퍼를 제거 하지 않은 통관 처리 전 가열 공기의 속도 분포 및 댐퍼를 제거한 통관 처리 후의 가열 공기의 속도 분포가 비교 도시되어 있다.
통관 처리 전의 속도 분포를 도시한 도 6(a)에서는 패브릭 전후에서 속도 차이도 많이 발생하고 있으며, 패브릭의 폭 방향으로도 0.1~2.1m/s 정도의 속도 차이를 보이고 있는 반면, 통관 처리 후의 속도 분포를 도시한 도 6(b)에서는 패브릭 전후에서 속도 차이가 거의 없으며, 패브릭의 폭 방향으로도 속도의 편차가 현저히 감소한다.
도 7에는 건조/경화되는 패브릭의 온도 분포가 타공판 설치 및 댐퍼 제거 전 후로 비교 도시되어 있다.
타공판 설치 및 댐퍼 제거 전의 도 7(a)에서는, 패브릭 전/후 최대 5도, 좌우 최대 15도 정도 온도 차이가 났으나, 타공판 설치 및 댐퍼 제거 후의 도 7(b)에서는 패브릭 상부에서만 전후 1.3도의 온도 차이가 나고 나머지 부분에서는 전혀 온도 차이가 없음을 알 수 있으며, 폭 방향에 대한 온도 차이도 상부에서만 1도 정도 차이를 보일 뿐 다른 지역에서는 전혀 차이가 없음을 확인 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 트리터 오븐에 의하면 공기 공급부의 입구에서 가열 공기의 유동량이 패브릭 전후로 동등하게 분배 공급될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 트리터 오븐에 의하면 공기 분배 토출부로부터 패브릭으로 토출되는 가열 공기가 패브릭의 폭 전체에 걸쳐 균일하게 분배 토출시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 프리프레그(Prepreg)를 건조하기 위한 트리터 오븐(Treater oven)에서,
    그 내부를 통하여 프리프레그가 이동할 수 있도록 형성되는 이동 관로;
    상기 이동 관로의 일측에 결합되어 상기 이동 관로로 가열 공기를 공급하는 제1 구조물; 및
    상기 이동 관로의 다른 일측에 결합되어 상기 이동 관로로부터 가열 공기를 배출하는 제2 구조물을 포함하되,
    상기 제1 구조물은,
    열 교환기와 연결되어 가열 공기를 공급하는 공기 공급부;
    상기 공기 공급부로부터 공급되는 가열 공기를 한 쌍의 토출구를 통하여 상기 프리프레그의 양측으로 분배 토출하는 공기 분배 토출부; 및
    상기 공기 분배 토출부의 공기 유로에 각각 대칭 구비되는 하나 이상의 타공판을 포함하며,
    상기 공기 공급부의 일측면에는 상기 열 교환기와 연결되는 단일 파이프와의 연결을 위한 입구가 형성되고, 상기 입구의 대향 측면에는 상기 공기 분배 토출부와 연결되는 한 쌍의 출구가 형성되되,
    상기 하나 이상의 타공판은 상기 공기 공급부의 상기 한 쌍의 출구에 각각 연결되는 공기 유로의 입구에 대칭으로 각각 구비되는 제 1 타공판을 포함하는 트리터 오븐.
  3. 제 2 항에서,
    상기 공기 분배 토출부의 상기 공기 유로는 통관 처리되는 트리터 오븐.
  4. 제 2 항에서,
    상기 하나 이상의 타공판은,
    상기 공기 분배 토출부의 상기 한 쌍의 토출구 이전에 각각 대칭으로 구비되는 제 2 타공판을 더 포함하는 트리터 오븐.
  5. 제 4 항에서,
    상기 하나 이상의 타공판은,
    상기 공기 분배 토출부의 상기 한 쌍의 토출구 이전에 상기 제 2 타공판과 설정된 간격으로 이격되어 구비되는 제 3 타공판을 더 포함하는 트리터 오븐.
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