KR101050716B1 - 단열용 메탈 박판시트의 접합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열용 메탈 박판시트의 접합장치에 관한 것이다. 상기 박판시트는 메탈 특성을 포함하고 있으며, 따라서 통상의 초음파 방법으로는 효과적으로 접합할 수 없다. 본 발명은 초음파 전처리로서 상기 메탈 표면을 가열하여 내측 부직포를 용융시키는 가열수단과, 상기 메탈 표면 측에 접촉하여 상기 박판시트의 평탄도를 제공하는 압력수단을 구비하여 효과적인 접합이 수행되도록 한다. 한편, 메탈 박판시트를 폴딩 처리하고 공급되도록 함으로써 효과적인 공급 및 접합이 수행되는 장점이 있다.

Description

단열용 메탈 박판시트의 접합장치 {Apparatus for junction of adiabatic metal sheet}

본 발명은 단열용 시트의 접합장치에 관한 것으로, 특히 메탈 박판시트의 효과적인 접합을 위하여 설계된 장치에 관한 것이다.

빌딩이나 공장, 아파트 등의 건물에서는 일반적으로 중앙 냉·난방 시스템이 설치되어 있으며, 온풍 또는 냉풍의 공급을 위하여 소위 공조 덕트라고 하는 배관을 사용하고 있다. 상기 덕트는 단면이 사각형 또는 원형으로 되지만, 경우에 따라서는 타원형으로 된 것도 있다. 또한, 나선형 와이어를 이용하여 신축이 자유로운 플렉시블 덕트도 많이 사용되고 있다.

한편, 실제에 있어서 상기 덕트 또는 호스를 흐르는 유체는 대기와 비교하여 온도차가 있기 때문에 이 부분에서 상당량의 열손실이 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위하여 보통은 덕트의 외면에 보온 및 단열 시트를 감아준다. 이때 흔히 사용되는 것이 메탈 박판시트이다. 일반적으로 메탈 박판시트는 알루미늄이나 스테인레스 등의 박판 메탈과 그 메탈에 일체로 접합된 부직포를 일체로 포함한다.

공개특허 제2002-76714호 및 등록실용신안 제431139호에는 상기한 메탈 박판시트가 적용된 덕트가 개시되어 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 개시된 덕트(1a,1b)는 플렉시블 호스(2)와, 호스(2) 외주연에 일체로 접합되는 유리섬유 단열재층(3)과, 단열재층(3) 외주연에 부착된 피복층(4a,4b)으로 이루어진다. 여기에서, 상기 피복층(4a,4b)은 상기 메탈 박판시트를 나선형(4a) 또는 평면형(4b)으로 감아 형성된 것이다.

상기 피복층(4a,4b)은 각형, 원형, 플렉시블 호스 기타의 모든 형태의 덕트에서, 그 표면에 제공되는 단열재로서 열손실을 감소시키는 효과가 있을 것이다. 그러나 여기에는 다음의 몇 가지 문제가 있다.

첫째, 상기 덕트는 지하실 천정이나 옥상 바닥에 배치되고 여러 단계의 굴곡을 거치며 또한 여러 개가 같이 복잡하게 얽혀 배치된다. 따라서 주변에 여유공간 또는 작업공간이 매우 부족한 형편이다. 이러한 비좁은 환경에서 덕트에 단열재 시트를 감아주는 방법으로 단열구조를 형성하는 것은 작업성이 현저히 떨어질 수밖에 없으며, 이는 결국 불량 시공으로 이어진다.

둘째, 특히 플렉시블 호스에 대한 상기 단열구조는 호스의 신축 및 굴곡 특성을 방해한다. 예컨대 호스의 경로, 길이, 방향 등은 언제든 변경 또는 수정될 수 있어야 한다. 그러나 호스 외주면에 유리섬유 단열재층(3) 및 시트 피복층(4a,4b)이 감겨져 부착되어 있다면 이러한 변경이 거의 불가능해진다.

셋째, 위에 설명한 단열구조의 시공뿐만 아니라 해체에 있어서도 작업성이 현저히 떨어질 수밖에 없다. 예컨대 사용된 재료의 단열기능이 저하되면 새로 교체하여야 하는데, 상기와 같이 형성된 단열구조는 해체 또한 쉽지가 않다. 특히 플렉시블 호스의 경우는 박판 재질이 연약하여, 상기 단열구조 해체시 호스가 찢어지는 등의 손상이 쉽게 발생하고 있다.

그리하여 본 발명자는 단순한 시트의 형태의 단열재가 아니라, 시트를 이중 겹으로 하고 대면한 가장자리를 길이방향으로 접합하여 양단이 개방된 중공형 커버의 형태로서 단열구조체를 형성함으로써 상기한 문제들을 상당히 해소할 수 있음을 착안하였다. 즉 감아서 쓰는 단열 시트보다는 끼워서 쓰는 커버 형태의 단열구조가 여러 면에서 유리할 것으로 판단한 것이다.

다만 문제가 되는 것은, 현재로서는 메탈 박판시트를 효과적으로 접합할 수 있는 장치가 제공되어 있지 않다는 점이다.

상기 메탈 박판시트의 접합을 위하여, 알려진 초음파 또는 고주파 접합장치를 사용할 수도 있다. 그러나 상기 박판시트는 메탈 특성을 포함하고 있는 것이므로, 단순 섬유재료 간 접합을 위한 구성 및 방식이 그대로 적용되지 않는 것은 당연할 것이다. 실제로 통상의 초음파 접합장치를 이용하여 상기 메탈 박판시트를 접합하고자 한 경우:

보통 섬유재료 간 접합을 위한 정도의 진동 에너지를 공급하면 접합 상태가 불량하게 되어 서로 분리, 이탈되는 현상이 발생하였고;

반대로 과한 진동 에너지를 공급하는 경우에는 박판 메탈이 찢어지거나 떨어져 나가는 등의 손상이 발생하였다.

본 발명은 종래 접합장치의 이러한 문제들을 해결하고자 제안된 것이다. 즉 본 발명의 목적은 상기 메탈 박판시트의 접합을 효과적으로 수행하여, 궁극적으로는 양단이 개방된 중공형 커버 형태의 메탈 단열구조체를 형성할 수 있는 접합장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 접합장치는:

다수의 이송-롤러를 포함하며 박판 메탈과 부직포가 일체로 된 메탈 박판시트를 2겹으로 이송하는 공급부와, 상기 공급부의 일측에 구비되어 이송되는 상기 부직포 대면 박판시트를 길이방향으로 접합시키는 접합부를 포함하며;

상기 접합부는:

상기 메탈 표면을 가열하여 내측 부직포를 용융시키는 가열수단과, 상기 메탈 표면 측에 접촉하여 상기 박판시트의 평탄도를 제공하는 압력수단과, 진동 에너지를 발생시켜 상기 용융 부직포를 접합시키는 초음파 또는 고주파 압착부를 차례로 포함한다.

바람직하게 상기 공급부는 경사진 역삼각형 형태의 가이드와 상기 가이드 하부 한 쌍의 폴딩-롤러를 포함하며, 상기 가이드의 상측에서 하측으로 진행되면서 부직포 대면으로 폴딩(folding)되는 메탈 박판시트는 하부의 폴딩 롤러 사이를 통과하면서 2겹으로 되어 이송된다.

본 발명의 접합장치에 따르면, 초음파 압착을 수행하기 이전에 메탈 표면을 가열하여 내측 부직포를 용융시키고 박판시트를 평탄하게 하는 단계가 수행된다. 이것은 박판 메탈을 포함하는 메탈 박판시트의 특성상 가능한 것으로 판단되며, 이로 인하여 메탈, 용융 부직포 및 전체 박판시트에서 고른 평탄도가 만들어지는 것이다. 그리고 그 후에 초음파 압착부가 동작한다. 따라서 적은 진동 에너지를 가지고도 완성된 접합 상태를 얻을 수 있는 효과가 있으며, 과도한 진동 에너지를 사용하지 않음에 따라 박판 메탈이 찢어지거나 떨어져 나가는 등의 손상이 발생할 우려가 없게 되는 효과가 있다.

바람직하게, 상기 공급부는 역삼각형 형태의 가이드를 포함하여 박판시트를 폴딩하고 이송한다. 따라서 박판시트를 위와 아래 따로 공급할 필요가 없으며, 간편하여 폴딩하여 2겹으로 이송할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 접합장치는 궁극적으로는 양단이 개방된 중공형 커버 형태의 메탈 단열구조체를 형성하여 제공하는데, 이 구조체는 공조용 덕트의 단열구조로서 종래의 것에 비하여 시공 및 해체의 작업성이 우수하며 특히 플렉시블 호스에 대하여는 단열구조이면서도 호스의 신축 및 굴곡특성을 보호해주는 기능을 한다. 즉, 본 발명의 접합장치는 공조용 덕트 분야에서 매우 유용한 단열구조체를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 덕트 구조를 보인 도면.
도 2는 종래의 다른 덕트 구조를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른 접합장치의 구성도.
도 4는 도 3의 접합부 부분 사시도.
도 5는 도 3의 공급부 부분 사시도.
도 6은 도 3의 'A'부분 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 접합장치에 의해 완성된 단열 커버를 보인 도면.

이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명에 따른 단열용 메탈 박판시트의 접합장치(이하 '접합장치'라 한다)의 특징과 효과들은, 이하에서 도 3 이하의 첨부 도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도면에서, 부호 100은 본 발명에 따른 접합장치를 나타낸다.

본 발명의 접합장치(100)는 다수의 이송-롤러(31)를 포함하며 메탈 박판시트(40)를 부직포 대면의 2겹으로 이송하는 공급부(30)와, 상기 공급부(30)의 일측에 구비되어 이송되는 상기 박판시트(40)의 접합 필요부분을 융착시키기 위해 구성된 접합부(10)를 포함하여 이루어진다.

우선, 상기 박판시트(40)는 알루미늄 또는 스테인레스 재질의 박판 메탈(41)과 부직포(42)가 일체로 이루어진 가요성 재료이며, 바람직하게 상기 박판시트(40)는 메탈(41)의 표면에 접합된 폴리에스터 필름 기타의 내열 수지필름(43)을 더 포함한다. 이 박판시트(40)는 건물의 공조용 덕트에 보온 단열용으로 적합하게 사용되는 재료이다. 다만, 상기 박판 메탈(41)을 포함한 박판시트(40)의 구조 및 용도가 본 발명에서 특이한 것은 아니다.

이 박판시트(40)는 부직포 대면의 2겹으로 제공되며, 상기 공급부(30)에 의하여 접합부(10)를 통과하게 되는 것이다.

상기 접합부(10)는 기대(11)에 차례로 배열된 가열수단(12)과 압력수단(13) 및 초음파 압착부(14)를 차례로 포함한다. 당연하겠지만, 여기에서 '차례'라고 함은 상기 박판시트(40)가 이송되어 가는 방향에 따른 순서를 말하는 것으로 이해되어야 한다. 이 구조에서, 2겹의 박판시트(40)는 일정한 방향으로 이송되어 가면서 가열, 가압, 압착 과정을 거치게 된다.

구체적으로 상기 가열수단(12)은 상기 메탈(41) 표면을 가열하여 내측 부직포(32)를 용융시키는 수단으로서, 단열 피복된 전열재료(15)에 끼워져 돌출된 열전도성 발열체(16)를 포함하여 구성되며, 이송되는 박판시트(40)의 접합 요구부분이 상기 발열체(16)의 상면을 접촉하게 되는 것이다.

또한, 상기 압력수단(13)은 상기 메탈(41) 표면 측에 접촉하고 가압하여 상기 메탈(41)의 표면 평탄도 및 부직포(42)의 용융 평탄도를 제공하는 수단이며, 본 발명에서 상기 압력수단(13)은 박판시트(40)의 상측에 배치되어 마찰 접촉하는 가압봉(17)이다. 이송되는 시트(40)에는 적정 텐션이 작용하고 있으므로 실제 상기 가압봉(17)만으로도 충분한 압력을 줄 수 있다. 다만, 본 실시예에서 상기 압력수단(13)은 상기 가압봉(17)에 대응하는 하부 지지대(18)를 더 포함한다.

그리고, 상기 초음파 압착부(14)는 초음파 에너지를 발생시켜 상기 용융 부직포(42)를 접합시키는 수단으로서, 기능적으로는 통상의 초음파 접합장치이다. 상기 압착부(14)는 혼-롤러(19)를 포함한 초음파 발생기(20)와, 상기 혼-롤러(19)에 대응하는 가압-롤러(21)를 포함하여 이루어진다. 바람직하게, 양 롤러(19,21) 중 하나가 톱니형 롤러인데, 본 실시예에서 상기 혼-롤러(19)와 가압-롤러(21)는 각각 평면형 롤러와 톱니형 롤러이며, 양 롤러(19,21) 사이를 2겹의 박판시트(40)가 통과하면서 서로 접합되는 것이다.

다른 실시예에서, 상기 초음파 압착부(14) 대신에 고주파 압착부가 적용될 수도 있을 것이다. 알려진 바와 같이 고주파 압착부는 고주파 발생기, 혼-롤러, 가압-롤러로 구성될 것이며, 상기 초음파 압착부(14)와 동일하게 작용할 것이다. 따라서 이에 대하여는 별도의 설명을 생략하기로 한다.

부호 22는 상기 초음파 발생기(20) 상측에 배치되어 혼-롤러(19)와 가압-롤러(21)를 근접 또는 이격시키는 작동 레버이다.

상기 공급부(30)는 다수의 이송-롤러(31)를 포함하여 메탈 박판시트(30)를 상기 접합부(10)로 이송한다. 상기 박판시트(40)는 부직포(42) 대면의 2겹으로 공급되는데, 특히 본 실시예에서는 폭 넓은 박판시트(40)가 공급부(30)에 의하여 2겹으로 폴딩(folding)되면서 공급된다.

구체적으로, 상기 공급부(30)는 경사진 역삼각형 형태의 가이드(32)와 상기 가이드(32) 하부 한 쌍의 폴딩-롤러(33)를 포함한다. 이 구조에 의하면, 처음 평평한 메탈 박판시트(40)는 상기한 형태의 가이드(32)를 따라 상측에서 하측으로 진행되면서 부직포(42) 대면으로 점점 접혀지고, 계속하여 가이드(32) 하부의 폴딩-롤러(33) 사이를 통과하면서는 완전히 2겹으로 폴딩된다.

물론 통상의 공급구조와 같이 시트를 개별적으로 제공하여 2겹이 되도록 할 수도 있으나 이 경우 공급구조가 복잡하고 시트 간 슬라이드가 생기는 점을 고려하면, 본 발명의 상기 공급부(30)의 폴딩구조는 상당히 유용한 것으로 판단된다.

이와 같이 폴딩된 2겹의 박판시트(40)는 공급부(30)에 인접한 상기 접합부(10)에 이송되며, 이 접합부(10)에서 상기 박판시트(40)의 서로 대면한 모서리 부분에 대한 접합이 수행된다. 본 발명 접합장치(100)의 접합 수행과정을 이하에서 순서대로 설명한다.

[가열 과정]

본 발명에서는 초음파 압착을 수행하기 이전에, 내측 부직포(42)를 용융시키는 가열 과정이 수행된다. 실제 실험을 통하여 확인된 바, 박판 메탈(41)을 포함하는 시트(40)에 대하여 보통 섬유재료 간 접합을 위한 정도의 에너지를 공급하면 접합 상태가 불량하게 되어 서로 분리 및 이탈되는 현상이 발생하며, 그렇다고 과한 에너지를 공급하는 경우에는 박판 메탈(41)이 찢어지거나 떨어져 나가는 등의 손상이 발생하였다.

그리하여 전처리로서 메탈(41) 표면을 가열하여 내측 부직포(42)를 용융시키는데, 이는 박판 메탈(41)을 포함하는 박판시트(40)의 특성상 가능한 것으로 판단된다. 즉 상기 박판 메탈(41)은 재료 특성상 자체 손상 없이 우수한 열전도를 달성하기 때문에, 그 표면을 가열하여 내측 부직포(42)를 용융시킬 수가 있다.

구체적으로는, 전열재료(15)로부터 열전도된 발열체(16)의 상면에 메탈 박판시트(40)의 접합 요구부분 즉 가장자리(도 7의 부호 52) 부분이 접촉하면서 지나가는데, 이때 상기 메탈(41)의 표면을 통하여 전도된 열이 내측 부직포(42)를 용융시키는 것이다. 적용된 박판 메탈(41)의 두께에 따라 달라질 수 있지만, 바람직하게 상기 발열체(16)의 발열 온도는 200-300℃이다.

[가압 과정]

상기 가열 과정을 거치고 난 후에는 메탈(41) 표면 및 부직포(42) 용융상태를 평탄하게 하는 가압 과정이 수행되는데, 이로 인하여 전체 박판시트(40)에서 고른 용융상태가 만들어지며, 역시 박판 메탈(41)을 포함하는 박판시트(40)의 특성상 가능한 것으로 판단된다. 즉 상기 박판 메탈(41)은 상기 가열 과정에서도 고체상태를 유지하고 있기 때문에 표면 마찰에 의하여 손상되지 않으며, 단지 내부의 용융 부직포(42)가 유동하면서 고르게 펴지게 되는 것이다.

구체적으로는, 상기 가열수단(12)과 초음파 압착부(14)의 사이에 배치되는 가압봉(17)과 하부 지지대(18)가 압력수단(13)으로서 작용하여, 상기 메탈(31) 표면의 상하 측에 접촉하고 가압하여 현재 이송 중인 상기 박판시트(40)의 표면 평탄도 및 용융 평탄도를 제공하게 되는 것이다.

[압착 과정]

상기 가열 및 가압 과정을 통과한 박판시트(40)에 대하여 초음파를 이용한 압착 및 완전 접합이 압착과정이 수행되는 것이다. 여기에서 상기 초음파는 통상의 경우와 마찬가지로 발생하고 작용한다. 즉, 초음파 발생기(20)에 전원이 공급되면 수십 KHz의 전기에너지로 변환되고 또 진동에너지로 변환되어 혼-롤러(19)에 전달되고, 진동에너지는 다시 가압-롤러(21)로 이동된다. 이 과정에서 양 롤러(19,21) 사이에는 주파수 차이에 따른 마찰열이 발생하는 동시에 대면한 부직포(42) 간에 강력한 분자적 결합이 이루어지며, 이에 양 롤러(19,21) 사이의 박판시트(40)가 압착되는 것이다.

이러한 결합 방식은 통상의 초음파 접합방식과 다르지 않다. 그러나 전술한 바, 박판 메탈(41)을 포함하는 박판시트(40)에 대하여 보통 섬유재료 간 접합을 위한 정도의 에너지를 공급하면 접합 상태가 불량하게 되어 서로 분리 및 이탈되는 현상이 발생하며, 그렇다고 과한 에너지를 공급하는 경우에는 박판 메탈(41)이 찢어지거나 떨어져 나가는 등의 손상이 발생한다.

이에 본 발명에서는 전처리로서 상기 가열 과정을 거치게 되며, 그 후에 초음파 압착부(14)가 동작한다. 따라서 적은 진동에너지를 가지고도 완성된 접합상태를 얻을 수가 있으며, 또한 박판 메탈(41)이 찢어지거나 떨어져 나가는 등의 손상이 발생할 우려가 없게 되는 것이다.

이상의 과정들을 거치게 되면, 도 7과 같은 형태의 단열 커버(50)가 만들어지는 것이다. 상기 단열 커버(50)는 공조용 덕트에 끼워져 접촉하게 되는 면체부(51)와, 폴딩되어 대면하는 박판시트(40)의 가장자리 합지부(52)를 일체로 포함하여 이루어진다. 즉 본 발명의 접합장치(100)에 의하여, 양단이 개방된 중공형 커버의 형태로서 단열 구조체가 형성되는 것이다.

특히 상기 합지부(52)는 양측 표면 중 어느 일면에만 형성된 가압 요철(53)을 포함하는데, 이는 상기 혼-롤러(19)와 가압-롤러(21)가 각각 평면형 롤러와 톱니형 롤러이기 때문이다. 예컨대 양 롤러(19,21)가 모두 톱니형 롤러로서 서로 치합되는 경우에는, 상기 압착 과정에서 박판 메탈(41)이 그 특성상 찢어지거나 기타 손상되기 쉽다. 따라서 상기한 롤러(19,21)의 대응형태는 상기 박판 메탈(41)에 손상을 주지 않으면서 박판시트(40)를 가압하는데 효과적이다.

100. 접합장치
10. 접합부 11. 기대
30. 공급부 12. 가열수단
13. 압력수단 14. 초음파 압착부
30. 공급부 31. 이송-롤러
32. 가이드 33. 폴딩-롤러
40. 박판시트 41. 박판 메탈
42. 부직포

Claims (7)

1. 다수의 이송-롤러를 포함하며 박판 메탈과 부직포가 일체로 된 메탈 박판시트를 부직포 대면 2겹으로 이송하는 공급부와, 상기 공급부의 일측에 구비되어 이송되는 상기 박판시트를 길이방향으로 접합시키는 접합부를 포함하며;
   상기 접합부는:
   상기 메탈 표면을 가열하여 내측 부직포를 용융시키는 가열수단과, 상기 메탈 표면 측에 접촉하여 상기 박판시트의 평탄도를 제공하는 압력수단과, 진동 에너지를 발생시켜 상기 용융 부직포를 접합시키는 초음파 또는 고주파 압착부를 차례로 포함하는 것;
   을 특징으로 하는 단열용 메탈 박판시트의 접합장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 공급부는: 경사진 역삼각형 형태의 가이드와 상기 가이드 하부에 배치된 한 쌍의 폴딩-롤러를 포함하며, 상기 가이드의 상측에서 하측으로 진행되면서 부직포 대면으로 접혀지는 상기 메탈 박판시트는 하부의 폴딩-롤러 사이를 통과하면서 2겹으로 폴딩되어 이송되는 것을 특징으로 하는 단열용 메탈 박판시트의 접합장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가열수단은: 단열 피복된 전열재료에 끼워져 돌출된 열전도성 발열체를 포함하며, 상기 발열체 표면에 메탈 표면이 접촉되도록 하여 가열하는 것을 특징으로 하는 단열용 메탈 박판시트의 접합장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 압력수단은 박판시트의 일측에 배치되어 마찰 접촉하는 가압봉인 것을 특징으로 하는 단열용 메탈 박판시트의 접합장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 압력수단은: 박판시트의 일측에 배치되어 마찰 접촉하는 가압봉과, 상기 박판시트의 타측에 배치되어 상기 가압봉에 대응하는 하부 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열용 메탈 박판시트의 접합장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 초음파 압착부는: 혼-롤러를 포함한 초음파 발생기와, 상기 혼-롤러에 대응하는 가압-롤러를 포함하며, 상기 양 롤러 사이를 2겹의 박판시트가 통과하면서 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 단열용 메탈 박판시트의 접합장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 혼-롤러와 가압-롤러는 그 중 하나가 평면형 롤러이고 다른 하나가 톱니형 롤러인 것을 특징으로 하는 단열용 메탈 박판시트의 접합장치.

Images