KR101174309B1 - 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 단열 다층 보온관에 있어서, 유체 또는 기체가 이송하는 통로인 내관; 내주면이 내관의 외주면과 특정간격 이격되어 설치되는 외관; 내관의 외주면에 길이방향을 따라 특정두께로 코팅된 나노세라믹 코팅층; 및 나노세라믹코팅층과 외관의 내주면 사이에 충진되는 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 그리고, 이송수단에 의해 내관을 나노세라믹 분사수단과 부착수단에 소정간격 이격되도록 이송시키는 단계; 나노세라믹 분사수단 이송된 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹을 분사시켜 내관의 외주면에 특정두께의 나노세라믹 코팅층을 형성시키는 단계; 부착수단에 의해 내관 외주면에 형성된 나노세라믹 코팅층의 외주면에 단열재를 부착시키는 단계; 및 삽입수단에 의해 나노세라믹 코팅층과 단열재가 부착된 내관을 외관 내부로 삽입시켜 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조방법에 의해 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹 코팅층을 형성시켜 단열재의 양과 두께를 감소시켜 자재비를 감소시키고, 생산량을 증대시키면서도, 기존의 다층 보온관보다 단열효과를 증대시킬 수 있는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관에 관한 것이다.

Description

나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법{Insulation pipe with multi?pipe including nano seramic coating layer, apparatus and method for manufacturing of the insulation pipe with multi?pipe}
본 발명은 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹 코팅층을 형성시켜 단열재의 양, 두께를 감소시켜 자재비를 감소시키고 생산량을 증대시키면서도, 기존의 다층 보온관보다 단열효과를 증대시킬 수 있는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관에 관한 것이다.
일반적으로 단열보온관은 유체, 기체를 이송시키는 배관류로서, 내부로부터 열손실을 방지하고, 외부로부터 열을 차단(차폐)하여 보온, 보냉을 하기 위해 제작되고 있다. 발전소, 소각에서 얻어지는 폐열을 이용하여 사용 용도에 맞게 고온, 저온 유체 또는 기체 등을 사용자에게 공급하기 위해 이러한 보온관이 사용되어 지고 있다.
도 1a는 종래 단열 다층 보온관의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 1b는 종래 단열 다층 보온관에 대한 도 1a의 A-A 단면도, 도 1c는 종래 단열 다층 보온관에 대한 도 1b의 B-B 단면도를 도시한 것이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 종래 단열 다층보온관(1)은 내관(10)과 외관(20) 사이에 단열재(40)가 충진되어 있다. 이러한 단열재(40)는 폴리우레탄, 유리섬유 등으로 구성되게 된다. 이러한 단열 다층보온관(1)은 지상 또는 지하에 매설되어 설치되는데 내관을 흐르는 기체 또는 유체의 열손실을 막기 위해 내부 기체 또는 유체의 온도가 증가하게 될수록 단열재(40)의 양, 두께를 증가하여야 한다.
따라서 보다 큰 단열효과를 기대하기 위해서는 단열재(40)의 두께를 증가시켜야 하므로 공정과 생산량이 저하되고, 적절한 두께가 형성되지 않는다면 보온, 보냉시 유체, 기체의 온도를 유지시킬 수 없는 문제점이 발생되게 된다. 또한, 종래 단열 다층보온관(1)에 사용되는 단열재(40)의 경우 폐기물이 발생되어 환경오염에 문제가 존재하고, 단열재(40)의 두께가 증가됨에 따라 공정이 지연되고, 환경에 따라 적절하게 두께를 적용하기가 힘들고, 부분적인 시공이 어렵고, 관의 모양이나 형태에 제한을 받는 단점을 갖게 된다. 또한, 종래 단열 다층보온관(1)은 사용수명이 짧고, 곰팡이, 세균 및 결로가 발생될 염려가 있는 문제점이 존재한다.
따라서 이러한 단열재의 양과 두께를 감소시키면서도 단열효과를 증대시킬 수 있는 단열 다층보온관 및 그 제조방법이 요구되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 내관의 외주면에 나노세라믹 코팅층을 형성시킴으로써 종래 다층 보온관 보다 단열재의 두께를 축소시키면서도 단열효과를 증대시킬 수 있는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법을 제공하게 된다.
또한, 단열효과를 증대시킬 수 있어, 넓은 범위의 내관 내주면을 따라 이송되는 유체, 기체를 보다 안전하게 이송할 수 있고, 내관의 외주면에 건식과 습식을 방지하여 관의 수명을 증대시킬 수 있고, 나노세라믹 코팅층을 형성시켜 관의 부식방지하고, 내마모성, 내화성, 내침식성, 난연성, 불연성, 내습성, 내식성, 내약품성의 성질을 증가시킬 수 있는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법을 제공하게 된다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 내관의 외주면에 나노세라믹 코팅층을 형성시킴으로써 종래 다층 보온관 보다 단열재의 두께를 축소시키면서도 단열효과를 증대시킬 수 있어, 자재비를 감소시키고 생산량을 증대할 수 있는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관, 그 단열 다층 보온관의 제조장치 및 제조방법을 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 목적은, 단열 다층 보온관에 있어서, 유체 또는 기체가 이송하는 통로인 내관; 내주면이 내관의 외주면과 특정간격 이격되어 설치되는 외관; 내관의 외주면에 길이방향을 따라 특정두께로 코팅된 나노세라믹 코팅층; 및나노세라믹코팅층과 외관의 내주면 사이에 충진되는 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관으로서 달성될 수 있다.
나노세라믹 코팅층의 두께는 0.1 ~ 6mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
나노세라믹 코팅층은 -50 ~ 1500℃에서 내관 내부를 흐르는 기체 또는 유체를 단열하고, 외부의 열을 차폐하는 것을 특징으로 할 수 있다.
단열재는 유리섬유, 경질우레탄 또는 암면인 것을 특징으로 할 수 있다.
외관은 강관 및 강관의 외주면에 다중 코팅층을 갖는 다층코팅관으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
외관은 PE코팅층을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단열 다층 보온관 제조장치에 있어서, 외관과 내관을 이송시키는 이송수단; 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹을 분사시켜 내관의 외주면에 특정두께의 나노세라믹 코팅층을 형성시키는 나노세라믹 분사수단; 내관 외주면에 형성된 나노세라믹 코팅층의 외주면에 단열재를 부착시키는 부착수단; 및 나노세라믹 코팅층과 단열재가 부착된 내관의 외주면으로 외관을 삽입시켜 고정시키는 삽입수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조장치로서 달성될 수 있다.
내관의 내주면 및 외주면에 오염물과 표면결합을 제거하는 전처리쇼트장치를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
부착수단은, 특정두께의 유리섬유, 경질우레탄 또는 암면을 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관의 외주면에 압착시켜 부착하는 것을 특징으로 할 수 있다.
나노세라믹 분사수단은, 내부에 일정량의 나노세라믹을 저장하는 저장부와 저장부에 저장된 나노세라믹을 내관의 외주면 측으로 분사시키는 적어도 하나의 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 카테고리로서 본 발명의 목적은, 단열 다층 보온관 제조방법에 있어서, 이송수단에 의해 내관을 나노세라믹 분사수단과 부착수단에 소정간격 이격되도록 이송시키는 단계; 나노세라믹 분사수단에 의해 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹을 분사시켜 내관의 외주면에 특정두께의 나노세라믹 코팅층을 형성시키는 단계; 부착수단에 의해 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관의 외주면에 소정두께를 갖는 단열재를 부착시키는 단계; 및 삽입수단에 의해 나노세라믹 코팅층과 단열재가 부착된 내관의 외주면으로 외관을 삽입시켜 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조방법으로서 달성될 수 있다.
나노세라믹 코팅층을 형성시키는 단계 전에, 진공상태에서 초미세 기공을 가진 나노세라믹 볼 입자 속에 공기를 주입하고, 아크릴계 유기화합물을 혼합하여 나노세라믹을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
전처리 쇼트장치에 의해 내관의 내주면 및 외주면에 오염물과 표면결합을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 내관의 외주면에 나노세라믹 코팅층을 형성시킴으로써 종래 다층 보온관 보다 단열재의 두께를 축소시키면서도 단열효과를 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 단열효과를 증대시킬 수 있어, 넓은 범위의 내관 내주면을 따라 이송되는 유체, 기체를 보다 안전하게 이송할 수 있고, 내관의 외주면에 건식과 습식을 방지하여 관의 수명을 증대시킬 수 있고, 나노세라믹 코팅층을 형성시켜 관의 부식방지하고, 내마모성, 내화성, 내침식성, 난연성, 불연성, 내습성, 내식성, 내약품성의 성질을 증가시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 내관의 외주면에 나노세라믹 코팅층을 형성시킴으로써 종래 다층 보온관 보다 단열재의 두께를 축소시키면서도 단열효과를 증대시킬 수 있어, 자재비를 감소시키고 생산량을 증대할 수 있다는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1a는 종래 단열 다층 보온관의 사시도,
도 1b는 종래 단열 다층 보온관에 대한 도 1a의 A-A 단면도,
도 1c는 종래 단열 다층 보온관에 대한 도 1b의 B-B 단면도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관의 사시도,
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 1mm 두께의 나노세라믹 코팅층을 갖는 내관과 50mm 두께의 단열재가 부착된 내관의 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관에 대한 도 2a의 C-C 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관에 대한 도 3의 D-D 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관의 제조방법에 대한 흐름도,
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 분사수단에 의해 내관 외주면으로 나노세라믹이 분사되는 공정을 모식적으로 나타낸 사시도,
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관의 사시도,
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 소정두께를 갖는 단열재에 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관이 놓여진 상태의 사시도,
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 소정두께를 갖는 단열재가 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관의 외주면을 감싼 상태의 단면도,
도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 소정두께를 갖는 단열재가 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관의 외주면을 압착된 상태의 단면도,
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 외관이 내관의 외주면으로 삽입되는 상태의 사시도,
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관의 사시도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층보온관(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층 보온관(100)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층 보온관(100)의 단면도를 도시한 것이다. 즉, 도 3은 도 2a의 C-C 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층 보온관(100)에 대한 도 3의 D-D 단면도를 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 단열 다층보온관(100)은 내관(10), 외관(20), 그리고, 내관(10)의 외주면에 구비되는 특정두께를 갖는 나노세라믹코팅층(30) 및 나노세라믹코팅층(30)이 형성된 내관(10)과 외관(20) 사이에 충진되는 단열재(40)를 포함하고 있음을 알 수 있다.
내관(10)은 내부에 기체 또는 유체가 흐르게 되는 관에 해당하고, 강관, 동관, 주철관 등으로 구성되며 내부에 흐르게 되는 유체나 기체에 따라 다양하게 치환될 수 있다. 따라서 채용되는 내관(10)의 재질은 본 발명의 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니될 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)은 약 0.1 ~ 6mm정도의 두께로 형성되어 지고, 바람직하게는 0.5 ~ 1.0mm정도의 두께로 형성됨이 바람직하다. 이러한 나노세라믹 코팅층(30) 1mm정도의 피복은 유리섬유, 암면 등의 무기섬유 화합물 단열재(40)를 50mm정도의 두께로 도포된 것과 대등한 단열효과를 갖게 된다.
이러한 나노세라믹(2)의 재질은 출원전 공지된 나노세라믹(2)의 구성을 적용한 것으로 어떠한 특정 종류의 나노세라믹(2) 구성에 한정되지 않고, 나노세라믹(2) 범주에 속하는 모든 구성을 의미한다. 구체적 실시예에서는 진공상태에서 초미세 기공을 가진 나노 세라믹(2) 볼 입자에 공기를 주입한 후, 내열성과 내후성이 높은 아크릴계 유기화합물을 혼합하여 제조되었다. 또한, 구체적 실시예에서 나노 세라믹(2) 입자구성으로, 알루미나(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 탄화규소(SiC), 질화 알루미늄(AlN), 티탄산바륨(BaTiO3), 티탄지르코산연(Pb(Zr,Ti)O3), 페라이트(M2 +)?Fe2O3), 포르스테라이트(2MgO?SiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 지르콘(ZrO2?SiO2), 얼룸짐 실(3Al2O3?SiO2), 스테어타이트(MgO?SiO2), 코디에라이트(MgO?2Al2O3?5SiO2), 질화규소(Si3N4) 등 중 적어도 하나를 선택하여 사용되었다. 그러나, 이는 바람직한 실시예를 제시한 것일 뿐 이러한 구성에 한정하여 본 발명의 권리범위를 해석하여서는 아니될 것이다.
이러한 나노세라믹(2)을 스프레이 또는 붓 등을 이용하여 내관(10)의 외주면에 길이방향을 따라 특정두께가 되도록 도포하여 나노세라믹 코팅층(30)을 형성시키게 된다. 이러한 나노세라믹(2)의 성질에 대해 설명하면, 난연성과 불연성을 가지고 있기 때문에 화재에 위험이 존재하지 않는다.
또한, 접착력이 우수하다. 구체적으로 철금속에 대해 15kg/cm2 정도의 접착력을 갖게 된다. 기타 금속이나 합성수지에도 접착력이 우수하다. 또한, 단열성이 우수하여 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹코팅층(30)을 갖는 단열 다층보온관(100)은 -50 ~ 1500℃에서 내관(10) 내부를 흐르는 기체 또는 유체를 단열하고, 외부의 열을 차폐하게 된다.
또한, 나노세라믹(2)은 스프레이 방식으로 도포되므로 부분적인 코팅이 가능하고, 관의 형태에 제한을 받지 않고 적용될 수 있게 된다. 그리고, 사용수명은 보통의 단열재(40)의 경우보다, 나노세라믹(2)의 경우 배 이상의 사용수명을 갖는다.
그리고, 통상의 암면, 유리섬유(라울), 경질 폴리우레탄, 스치로폼 등과 갖은 단열재(40)의 경우는 폐기물이 발생되어 환경을 오염시키나 본 발명의 일실시예에 따른 단열 다층보온관(100)에 적용되는 나노세라믹(2)은 폐기물을 발생시키지 않는다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹코팅층(30)은 약 0.014(Kcal/mh℃) 정도의 열전도성을 갖아 단열 효과가 매우 우수하다.
그리고, 내관(10)과 외관(20)의 결로방지 성질을 가지며, 온도변화 및 응축된 수분이 축적되지 않게 하여 결빙을 방지할 수 있는 기능을 갖는다. 그리고, 내식성, 내약품성, 향균성, 살균성을 포함하여 곰팡이 및 세균이 생기지 않도록 한다.
즉, 이러한 나노세라믹 코팅층(30)을 단열 다층 보온관(100)에 적용하게 됨으로써, 부식방지와, 내마모성, 단열성, 보냉, 내열성, 내화성, 내침식성, 난연성, 불연성, 내습성, 내식성, 내약품성 등의 성질을 향상시키게 된다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 1mm 두께의 나노세라믹 코팅층을 갖는 내관과 50mm 두께의 단열재가 부착된 내관의 사시도를 도시한 것이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 1mm 두께의 나노세라믹 코팅층을 갖는 내관은 50mm 두께의 단열재가 부착된 내관과 대등한 단열효과를 갖게 된다.
실험예로서 관에 1mm 두께의 나노세라믹코팅층을 형성시키고, 60℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 44~46%정도였고, 80℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 47~48%정도로 나타났다.
60℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 44~46%정도였고, 80℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 47~48%정도로 나타났다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10) 및 외관(20) 사이에는 단열재(40)가 충진되게 된다. 이러한 단열재(40)는 통상 다층 보온관(1)에 사용되는 유리섬유, 경질 폴리우레탄, 암면, 발포 폴리에틸렌 등으로 구성될 수 있다. 또한, 폴리 우레탄은 혼합폴리올, 이소시아네이트, 촉매, 발포제, 계명활성제 등을 포함하여 구성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)은 두께 1mm정도가 단열재(40) 50mm 정도를 도포한 것과 대등한 단열효과를 갖게 되므로, 종래 기술에서 제시한 단열 다층보온관(1) 보다 단열재(40)의 양을 감소시킬 수 있고, 단열재(40)의 두께를 감소시키면서도 향상된 단열효과를 가질 수 있게 된다.
그리고, 100℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 45~46%정도였고, 120℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 52~54%정도로 나타났다. 또한, 150℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 56~58%정도였고, 200℃ 온도의 유체를 흐르게 하였을 때, 1mm두께의 나노세라믹코팅층이 형성된 관의 온도감소율(단열률)은 약 62~64%정도로 나타났다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층보온관(100)의 외관(20) 역시 구체적인 구성, 재질에 제한은 없으나 구체적 실시예에서는 강관에 압출식으로 3중코팅층을 형성한 다중 코팅관으로 제조되었다. 바람직하게는 고온용의 경우 강관에 압출식 3층코팅관을 채용한 외관(20)을 사용하고, 저온용의 경우는 PE코팅층을 갖는 외관(20)을 사용하게 된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층 보온관(100)의 제조장치 및 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층 보온관(100)의 제조방법에 대한 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 단열 다층 보온관(100) 제조장치는 외관(20)과 내관(10)을 이송시키는 이송수단, 내관(10)의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹(2)을 분사시켜 내관(10)의 외주면에 특정두께의 나노세라믹 코팅층(30)을 형성시키는 나노세라믹 분사수단(50), 내관(10) 외주면에 형성된 나노세라믹 코팅층(30)의 외주면에 단열재(40)를 부착시키는 부착수단 및 나노세라믹 코팅층(30)과 단열재(40)가 부착된 내관(10)을 외관(20) 내부로 삽입시켜 고정시키는 삽입수단 등을 포함할 수 있다.
또한, 내관(10)의 내주면 및 외주면에 오염물과 표면결합을 제거하는 전처리쇼트장치를 더 포함할 수 있다. 그리고, 나노세라믹 분사수단(50)은 내부에 일정량의 나노세라믹(2)을 저장하는 저장부와 저장부에 저장된 나노세라믹(2)을 내관(10) 측으로 스프레이방식으로 분사시키는 적어도 하나의 분사노즐(51)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층 보온관(100)의 제조방법은 먼저, 내관(10)에 나노세라믹 코팅층(30) 형성시키기 위해, 이송수단에 의해 나노세라믹 분사수단(50) 및 부착수단에 소정간격 이격되도록 내관(10)을 이송시키게 된다(S10). 그리고, 전처리 쇼트장치에 의해 내관(10)의 내주면 및 외주면에 오염물과 표면결합을 제거하게 된다(S20).
그리고, 나노세라믹 분사수단(50)에 의해 내관(10)의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹(2)을 스프레이방식으로 분사시켜(S30), 내관(10)의 외주면에 특정두께의 나노세라믹 코팅층(30)을 형성시키게 된다(S40). 도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 분사수단(50)에 의해 내관(10) 외주면으로 나노세라믹(2)이 분사되는 공정을 모식적으로 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)의 사시도를 도시한 것이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 분사수단(50)은 내부에 나노세라믹(2)을 저장하는 저장부 및 저장부에 저장된 나노세라믹(2)을 내관(10) 측으로 분사시키는 적어도 하나의 분사노즐(51)을 포함하여 구성될 수 있다. 그러나, 이러한 도 6a에 도시된 것은 하나의 바람직한 실시예를 제시한 것이고, 나노세라믹(2)을 붓, 페인트 또는 스프레이방식으로 도포할 수 있는 방법, 장치라면 그 구체적인 형상이나 설치위치, 구성은 본 발명의 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니될 것이다.
앞서 언급한 바와 같이, 나노세라믹 코팅층(30)은 약 0.1 ~ 6mm정도의 두께로 형성되어 지고, 바람직하게는 0.5 ~ 1.0mm정도의 두께로 형성됨이 바람직하다. 앞서 언급한 바와 같이, 구체적 실시예에서는 초미세 기공을 가진 나노세라믹(2) 볼 입자 속에 진공상태에서 공기를 주입하고, 아크릴계 유기화합물을 혼합하여 나노세라믹(2)을 제조하게 된다. 또한, 도 6a에 도시된 바와 같이, 회전수단을 구비하여 내관(10)을 축방향을 기준으로 회전시키면서 외주면 전체에 대해 나노세라믹(2)을 균일하게 도포할 수 있다. 그리고, 1mm이상의 두께로 도포하기 위해서는 1회 도포(1회 도포로 약 0.1mm ~ 0.5mm정도의 두께를 형성시킬 수 있다.) 후 나노세라믹 층을 건조시키고 난 후, 2회 도포를 수행함이 바람직하다.
그리고, 나노세라믹 코팅층(30)을 형성시킨 후에는 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)의 외주면으로 단열재(40)를 부착시키게 된다(S50). 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 나노세라믹 코팅층(30)을 형성하고 있기 때문에 종래 기술보다 적은 양, 작은 두께의 단열재(40)를 부착시키면서도 단열효과를 증대시킬 수 있게 된다.
단열재(40)의 부착은 종래 단열 다층 보온관(1)의 제조에서와 같이, 관 형태의 단열재(40)를 준비하여 이러한 단열재(40)를 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)의 외주면으로 삽입하여 부착시킬 수 있다. 이러한 단열재(40)는 유리섬유, 경질 폴리우레탄, 암면, 발포 폴리에틸렌 등으로 구성될 수 있다. 또한, 폴리 우레탄은 혼합폴리올, 이소시아네이트, 촉매, 발포제, 계명활성제 등을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상은 나노세라믹 코팅층(30)에 단열재(40)를 부착시키는 특징 자체에 있는 것으로 단열재(40)를 부착시키기 위한 구체적인 장치 및 방법은 본 발명의 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니될 것이다.
또 다른 방법으로는 소정두께를 갖는 단열재(40)를 부착수단에 의해 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)의 외주면을 감싸게 하고, 단열재(40)를 압착하고 단열재(40)의 끝단면을 서로 열융합, 접착하여 단열재(40)를 부착시킬 수도 있다. 도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 소정두께를 갖는 단열재(40)에 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)이 놓여진 상태의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 소정두께를 갖는 단열재(40)가 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)의 외주면을 감싼 상태의 단면도를 도시한 것이다. 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 소정두께를 갖는 단열재(40)가 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)의 외주면을 압착된 상태의 단면도를 도시한 것이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 부착수단에 의해 일정두께를 갖는 단열재(40)를 나노세라믹 코팅층(30)이 형성된 내관(10)의 외주면에 감싸고, 압착하여 단열재(40)의 양 끝단면을 서로 열융합, 접착하여 단열재(40)를 부착시키게 된다. 그러나, 언급한 방법은 하나의 바람직한 실시예를 제시한 것이고, 본 발명은 나노세라믹코팅층(30)을 갖는 내관(10)에 단열재(40)를 부착시킨다는 그 자체에 기술적 특징을 갖는 것으로 단열재(40)를 부착시킬 수 있다면 그 구체적인 장치, 방법은 본 발명의 권리범위에 영향을 미쳐서는 아니될 것이다.
마지막으로, 삽입수단에 의해 나노세라믹 코팅층(30)과 단열재(40)가 부착된 내관(10)의 외주면으로 외관(20)을 삽입시켜 고정하여(S60), 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층보온관(100)을 제조하게 된다. 도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 외관(20)이 내관(10)의 외주면으로 삽입되는 상태의 사시도를 도시한 것이고, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 나노세라믹 코팅층(30)을 갖는 단열 다층 보온관(100)의 사시도를 도시한 것이다.
이러한 외관(20)은 구체적인 구성, 재질에 제한은 없으나 구체적 실시예에서는 강관에 압출식으로 3중 코팅층을 갖는 코팅관이 사용되었다. 바람직하게는 고온용의 경우 강관에 압출식 3층 코팅관을 채용한 외관(20)을 사용하고, 저온용의 경우는 PE코팅층을 갖는 외관(20)을 사용될 수 있다.
1:종래 단열 다층보온관
2:나노세라믹
10:내관
20:외관
30:나노세라믹 코팅층
40:단열재
50:나노세라믹 분사수단
51:분사노즐

Claims (13)

  1. 단열 다층 보온관에 있어서,
    유체 또는 기체가 이송하는 통로인 내관;
    내주면이 상기 내관의 외주면과 특정간격 이격되어 설치되는 외관;
    상기 내관의 외주면에 길이방향을 따라 특정두께로 코팅된 나노세라믹 코팅층; 및
    상기 나노세라믹코팅층과 상기 외관의 내주면 사이에 충진되는 단열재를 포함하며,
    상기 나노세라믹코팅층은 진공상태에서 초미세 기공을 갖고 상기 초미세 기공에 공기가 주입된 나노세라믹 볼 입자 및 아크릴계 유기화합물이 혼합된 나노세라믹으로 구성된 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노세라믹 코팅층의 두께는 0.1 ~ 6mm인 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 나노세라믹 코팅층은 -50 ~ 1500℃에서 상기 내관 내부를 흐르는 기체 또는 유체를 단열하고, 외부의 열을 차폐하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단열재는 유리섬유, 경질우레탄 또는 암면인 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 외관은 강관 및 상기 강관의 외주면에 다중 코팅층을 갖는 다층코팅관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 외관은 PE코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는 나노세라믹코팅층을 갖는 단열 다층 보온관.
  7. 단열 다층 보온관 제조장치에 있어서,
    외관과 내관을 이송시키는 이송수단;
    상기 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹을 분사시켜 상기 내관의 외주면에 특정두께의 나노세라믹 코팅층을 형성시키는 나노세라믹 분사수단;
    상기 내관 외주면에 형성된 나노세라믹 코팅층의 외주면에 단열재를 부착시키는 부착수단; 및
    상기 나노세라믹 코팅층과 상기 단열재가 부착된 상기 내관의 외주면으로 외관을 삽입시켜 고정시키는 삽입수단을 포함하고,
    상기 나노세라믹 분사수단은 내부에 일정량의 나노세라믹을 저장하는 저장부와 상기 저장부에 저장된 상기 나노세라믹을 상기 내관의 외주면 측으로 분사시키는 적어도 하나의 분사노즐을 구비하며, 상기 나노세라믹은 진공상태에서 초미세 기공을 갖고 상기 초미세 기공에 공기가 주입된 나노세라믹 볼 입자 및 아크릴계 유기화합물이 혼합된 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 내관의 내주면 및 외주면에 오염물과 표면결합을 제거하는 전처리쇼트장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 부착수단은,
    특정두께의 유리섬유, 경질우레탄 또는 암면을 상기 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관의 외주면에 압착시켜 부착하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조장치.
  10. 삭제
  11. 단열 다층 보온관 제조방법에 있어서,
    이송수단에 의해 내관을 나노세라믹 분사수단과 부착수단에 소정간격 이격되도록 이송시키는 단계;
    나노세라믹 분사수단에 의해 상기 내관의 외주면에 길이방향을 따라 나노세라믹을 분사시켜 상기 내관의 외주면에 특정두께의 나노세라믹 코팅층을 형성시키는 단계;
    부착수단에 의해 나노세라믹 코팅층이 형성된 내관의 외주면에 소정두께를 갖는 단열재를 부착시키는 단계; 및
    삽입수단에 의해 상기 나노세라믹 코팅층과 상기 단열재가 부착된 상기 내관의 외주면으로 외관을 삽입시켜 고정시키는 단계를 포함하고,
    상기 나노세라믹 코팅층을 형성시키는 단계 전에,
    진공상태에서 초미세 기공을 가진 나노세라믹 볼 입자 속에 공기를 주입하고, 아크릴계 유기화합물을 혼합하여 나노세라믹을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    전처리 쇼트장치에 의해 상기 내관의 내주면 및 외주면에 오염물과 표면결합을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노세라믹 코팅층을 갖는 단열 다층 보온관 제조방법.
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