KR100718362B1 - 열절연 원통형 진공 패널 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

평탄한 진공 패널(1)을 캘린더 가공작업하는 단계와, 상기 패널을 적어도 두 개의 롤러(2,3)와 제 3 소자(4) 사이로 통과시키는 단계를 포함하는, 평탄 패널로부터 열-절연 원통형 진공 패널을 제조하는 방법이 설명되어 있다.

Description

열절연 원통형 진공 패널 및 그 제조방법 {METHOD FOR PRODUCING THERMO-INSULATING CYLINDRICAL VACUUM PANELS AND PANELS THEREBY OBTAINED}
본 발명은 열절연 원통형 패널의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 패널에 관한 것이다.
진공 패널, 특히 플라스틱 재료로 제조되는 진공 패널은 약 100℃ 이하의 온도에서 열절연이 필요한 모든 분야에서 그 사용이 증가되고 있다. 적용예로는 (일반적으로 약 70℃인 고온 음료류를 저온 음료류와 분리시키기 위해 열절연을 주로 필요로 하는)음료 분배기(beverages dispensing machines)의 가정용 및 공업용 냉장기의 벽에, 또는 예를들어 약품이나 저온 또는 냉동 식품의 등온 수송을 위한 용기의 벽에 사용된다. 이들 패널은 건축 분야 또는 자동차 산업 분야에의 적용도 연구되고 있다.
알려진 바와 같이, 진공 패널은 내부에 충전재를 갖춘 외피(envelope)로 형성된다.
외피는 패널 내측으로 대기 가스의 침입을 방지하는(또는 가능한 한 최대로 감소시키는)기능을 가짐으로써, 적용에 필요한 열절연 수치에 부합되는 진공등급을 유지할 수 있게 한다. 이러한 목적을 위해서, 외피는 가능한한 낮은 가스 투과도를 특징으로 하는 일반적으로 100㎛ 이하의 두께를 갖는 소위, "배리어(barrier)" 시이트로 제조된다. 이들 배리어 시이트는 단일 성분으로 형성되지만, 종종 다층의 상이한 성분으로도 형성된다. 다층의 상이한 성분으로 형성되는 경우에 배리어 효과는 상이한 성분의 층들중 하나의 층에 의해 제공되는 반면에, 다른 층들은 일반적으로 배리어 층을 기계적으로 지지하고 보호하는 기능을 한다.
충전재는 패널 내에 진공이 형성될 때 외피의 두 대향면을 서로 이격시키는 기능을 한다. 그 충전재는 실리카 분말, 유리 섬유, 에어로젤, 규조토 등과 같은 무기질이나, 경질 발포체, 판재 및 분말 형태의 폴리우레탄 또는 폴리스티렌과 같은 유기질일 수 있다. 더욱 통상적으로 사용되는 재료는 오픈 셀(open cell)형 폴리우레탄 발포체(오픈 셀은 기계식 펌핑에 의한 배출을 가능하게 하는데 필요함)이며, 패널이 약 150℃ 이상의 온도에 견뎌야 하는 경우에는 (일반적으로 서브미크론 칫수의)실리카 분말이다. 충전재는 여하튼 다공질 또는 불연속 성질을 가짐으로써, 기공 또는 틈새가 형성될 수 있어야 한다. 미량 대기 가스의 패널로의 침투가 실제로 불가피하므로, 이들 패널은 대부분의 경우에 패널의 압력을 소정치로 유지하도록 대기 가스를 흡수할 수 있는 하나 이상의 재료(일반적으로 게터 재료라 지칭함)를 포함한다.
진공 패널은 일반적으로 평탄한 형상을 가지며 평탄한 표면을 갖는 실질적으로 평행 6면체를 절연시키는데 사용될 수 있으나, 예를들어 북극 지역에 오일을 수송하는데 사용되는 배쓰-히터(bath-heater) 또는 배관계(pipings)와 같은 실질적으로 원통형인 벽을 갖는 형체에는 적합하지 않다.
비평탄면을 갖는 형체의 열 절연을 위해 이제까지 사용되어온 방법 중의 하나는 밴드 형상의 여러 평탄한 패널을 예를들어, 엣지에 접착제를 도포하여 서로 연결함으로써 열 절연되어야 할 형체로 만들기 위해 접합선을 따라 구부릴 수 있는 복합 구조물을 얻는 방법이었다. 그러나, 이러한 종류의 구조물에 있어서의 열 전달은 접합부에서 발생하므로, 이들 영역에서의 열 절연 성능은 열악하며, 또한 평탄한 부품으로 형성된 구조물은 단지 만곡면에 비슷한 형상일뿐이므로 공기 챔버의 형성에 의해 절연될 물체와 패널 사이에 약간의 접촉 영역만이 존재하여 절연 효율을 감소시킨다.
브리티쉬 컴패니 아이씨아이(British company ICI)로 이름으로 출원된 국제 출원번호 WO96/32605호에는 비평탄 형상을 갖는 경질 진공 패널 및 그의 제조 방법이 설명되어 있으며, 그 제조 방법은 소정 방향으로 배열되고 적합한 폭과 깊이를 갖는 홈을 충전재에 형성하는 단계와, 상기 충전재를 외피 내측에 삽입하고 그 조립체를 배기하는 단계, 및 배기된 패널을 밀봉하는 단계로 구성된다. 이렇게 제조된 패널은 대기에의 첫번째 노출시, 충전재에 형성된 홈을 따라 자연스럽게 구부러진다.
그러나 이러한 제조 방법은 몇몇 단점을 가진다. 우선 첫째로, 배기 과정에서 외피가 충전재에 부착되고 부분적으로 상기 홈에 삽입되어서, 배기가 완료되었을 때 패널의 두께가 모든 부분에서 불균일해지며 동일 패널의 평탄부분에 대해 굽힘선에서 두께가 작게 되는 단점이 관찰되었다. 그 결과로, 열 절연 특성이 불균일하며 굽힘선을 따라 감소된다. 또한, 다른 단점은 외피에 크랙이 형성되어 홈의 내측으로 눌리게 됨으로써, 대기 가스가 패널의 내측으로 통행하여 패널 자체의 열 절연 특성을 영구적으로 악화시킬 위험이 있다는 점이다. 마지막으로, 이들 패널의 굽힘이 공기에 노출되는 동안에 자발적으로 발생되기 때문에, 패널은 제조 직후에 커다란 부피를 차지하는데, 이는 저장 및 수송에 경제적으로 커다란 부담을 주게 된다. 전술한 국제출원의 방법에 있어서의 또하나의 단점은 충전재가 예를들어 폴리머 폼와 같은 판재일때에만 사용될 수 있지 분말 또는 섬유와 같은 불연속 재료일 때에는 사용될 수 없다는 점이다.
그러므로, 본 발명은 열-절연 원통형 진공 패널을 제조하는 방법, 및 종래 기술의 단점을 해소한 패널을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적은 임의의 공지된 제조 단계에 따른 평판형 진공 패널을 제조하는 단계 및 상기 패널을 캘린더 가공(calendering)을 통해 곡선화하는 단계를 포함하는 열-절연 원통형 진공 패널을 제조하는 방법에 의해 달성된다.
캘린더링 가공 방법은 공지되어 있고 금속 평판, 즉 소성 변형 특성을 갖는 재료로 제조된 평판을 구부리기 위한 기계 산업분야에 적용된다. 그러나 본원 발명자들은 이러한 방법이 원통형 진공 패널의 경우에도 성공적으로 적용될 수 있음을 발견했다. 이러한 가능성은 패널 충전재의 불연속성으로 인해 예견될 수 없는데, 이러한 불연속성은 기계적 특성(특히 기계적 응력하에서의 변형 형태)을 미리 평가할 수 없게 한다. 또한, 폴리머 폼(foam)으로 충전된 패널의 경우에 이들을 일반적으로 취성을 가지며 폴리머 폼의 파괴가 예견된다.
본 발명에 사용된 원통 및 그 파생 용어는 일정한 곡률 반경의 베이스(즉, 상기 용어의 보다 일반적인 용도에 따르면 원통형 베이스)뿐만 아니라 가변의 곡률 반경의 베이스(예를들어 타원형 또는 불규칙한 형상)를 갖는 원통형 표면을 지칭하는 넓은 의미를 가진다.
본 발명은 이후 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 최초 평탄 패널에 대한 캘린더링 가공작업을 나타내는 단면도이며,
도 2는 마무리 가공된 원통형 패널을 도시하는 도면이다.
캘린더링 가공될 어떤 공지된 형태의 패널은 게터 재료의 유무와 관계없이, 임의의 외피와 충전재의 조합에 의해 얻어진다. 평탄한 진공 패널의 제조는 공지되어 있으며, 이들 패널 및 패널의 제조 방법에 대한 설명은 많은 문헌에 설명되어 있지만, 그러한 문헌들의 예로는 미국 특허 제 4,726,974호 및 동 특허 제 5,943,876호, 특허 출원 WO96/32605, EP-A-437930호 및 JP-A-7-195385호가 있다.
사용될 패널의 측면 칫수는 모든 칫수가 가능하나, 그 두께는 일반적으로 충전재에 따라 최대 칫수가 정해지며, 캘린더 가공의 수행 가능성에 따른 낮은 두께 한계를 가지지 않으나 패널의 두께는 양호한 열절연 특성을 보장할 수 있을 정도여야 하는데, 이는 상당히 큰 두께 칫수의 사용을 필요로 한다. 실제로 사용되는 두께 칫수는 상기 두 가지의 대치되는 요건에 따라 유도된다. 예를들어, 폴리우레탄 발포체로 제조된 판재의 경우에 그 두께는 일반적으로 20 mm 이하이며, 바람직하게 8 내지 15mm이며, 실리카 분말 충전재를 갖는 패널의 경우에 그 두께는 약 5 내지 20 mm 사이에서 변경될 수 있다.
캘린더링 가공 작업은 기계공학 분야에 공지된 공정, 즉 적어도 두 개의 롤러와 그 두 개의 롤러 사이의 닙(nip)에 평행하게 놓이고 그 롤러들과 적어도 동일한 길이를 갖는 제 3 소자 사이로 평탄한 진공 패널을 통과시키는 공정에 따라 수행되며, 이러한 제 3 소자는 일반적으로 제 3 롤러이다. 이미 공지된 바와 같이, 제 3 소자의 위치와, 특히 두 개의 롤러 사이의 닙에 대한 거리, 및 구부러질 패널 중 아직 평탄한 부분을 포함하는 기하학적 면으로부터의 높이를 적절히 조절함으로써, 최종 제품의 곡률 반경을 결정할 수 있다.
캘린더 가공 작업이 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, 진공 패널(1)이 롤러(2,3)(회전 방향이 화살표로 표시되어 있음)의 조화된 작동에 의해 우측으로부터 좌측으로 전진 이동되며, 제 3 롤러(4)에서 미끄럼을 강요하여 진공 패널이 곡율반경(R)을 갖도록 상방향으로 구부러질 수 있게 한다. 곡률반경은 롤러(4)가 우측으로 이동하거나[롤러(2,3) 사이로 닙이 가까워짐] 도면에서 상향으로 이동할 때 감소되며, 이와는 반대로 이동하는 경우에 증가된다. 이와 같이 비원형 기저부를 갖는 원통형 패널은 전술한 바와 같이 캘린더 작업중 롤러(4)의 위치를 연속적으로 변경함으로써 얻어질 수 있다.
캘린더 작업은 평탄한 패널, 및 패널의 한 면(또는 패널의 두면)상에 놓인 예를들어 접착성 폴리머 폼 층과 같은 다른 소자 상에서 동시에 수행될 수도 있다. 이러한 경우에, 외측 또는 내측 표면(또는 두 표면)에 접착재료 층을 갖는 원통형 패널이 얻어지는데, 접착재료는 고정시키려하는 경계면의 벽에 패널을 고정시키는데 유용하다. 상기 경계면은 예를들어 석유의 등온 수송을 위한 동심의 이중 배관계의 경계면일 수 있는데, 이는 배관, 보일러, 또는 예를들어 가정용 온수기의 경계면을 차단하여 냉각 구역에서의 많은 부분이 응축되는 것을 방지함으로써 에너지 절약을 위한 열 손실을 감소시킨다. 패널을 경계면의 벽에 고정시키는 것을 보조하기 위해서 상기 벽중 하나와는 다른 곡률 반경을 갖는 것이 바람직하며, 특히 벽에 접촉되게 삽입될 원통형 패널의 표면이 내부 표면인 경우에 조금 낮은 것이, 또는 이와는 반대인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은 최종 용도처에 고정되기 바로 이전에 간단하고 저렴한 장비에 의해 패널이 구부러질 수 있어서, 제조업자 또는 최종 사용자의 저장시 커다란 체적의 제품을 수송 또는 저장하는데 특히 유리하다.
도 2는 이러한 관점에서 지금까지 설명한 방법에 따라 구부러진 진공 패널(5)을 도시한다. 이는 특히 내측 표면에 홈을 갖지 않아 더욱 균일한 열 절연 특성을 갖는다는 점에서 국제 특허 출원 WO 96/32605호의 패널과 상이하다.

Claims (11)

  1. 폴리머 폼 또는 유기질이나 무기질 분말을 포함하는 충전재를 내부에 갖는 다층 시이트로 형성되는 외피에 의해 제조되는 평탄한 진공 패널을 제조하는 단계, 및
    상기 패널을 캘린더 가공 작업에 따라 구부리는 단계를 포함하는,
    원통형 진공 패널의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캘린더 가공 작업은 2 개 이상의 롤러(2,3)와, 상기 2 개 이상의 롤러와 평행하게 놓이고 상기 롤러와 적어도 동일한 길이를 갖는 제 3 소자 사이로 상기 평탄한 진공 패널을 통과시킴으로써 수행되는,
    원통형 진공 패널의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 소자는 제 3 롤러(4)인,
    원통형 진공 패널의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄한 진공 패널은 충전재로서 경질의 폴리우레탄 발포체를 포함하며 두께가 20 mm 이하인,
    원통형 진공 패널의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄한 진공 패널은 충전재로서 실리카 분말을 포함하며 두께가 5 내지 20 mm 범위인,
    원통형 진공 패널의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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