KR101282086B1 - Ｃｆｒｐ시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치 및 방법. - Google Patents

Ｃｆｒｐ시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치 및 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구는, 금속재의 적층 대상물에 한 장 또는 복수장의 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합됨으로써, 강도 및 강성이 향상됨과 아울러 비용이 적게 들고, 전기 전도도가 향상되어 전기를 공급하여 발열시는 기구에 적용이 용이하다. 또한, 본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구를 포함하는 슬러지 처리장치는, 슬러지를 가압하고 수분을 제거하기 위한 드럼의 외주면에 한 장 또는 복수장의 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합됨으로써, 상기 CFRP시트의 전기 전도도가 좋으므로 적은양의 전기를 공급하여도 상기 슬러지의 수분을 제거할 수 있을 정도의 충분한 발열 효과를 얻을 수 있으므로, 효율이 향상되고 유지 비용이 적게 드는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치 및 제조방법은, 드럼의 금속 통부를 회전시키면서 CFRP시트를 부착시킴으로써, 원통 형상의 금속 통부에 시트 형상의 CFRP시트의 부착이 용이해질 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, CFRP시트가 부착된 금속 통부를 진공시킨 후 가열함으로써, 상기 CFRP시트가 견고하게 상기 금속 통부에 강력 고정될 수 있는 이점이 있다.

Description

ＣＦＲＰ시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치 및 방법. {Apparatus for manufacturing an equipment with laminated CFRP sheet and the method manufacturing the same}
본 발명은 적층대상물의 외둘레면에 한 장 또는 복수장의 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합된 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구, 그를 포함하는 슬러지 처리장치, 그의 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 슬러지 처리장치는, 드럼과 상기 드럼을 회전시키는 이송부 사이에 슬러지를 통과시켜, 슬러지를 압착시켜 배출하는 장치이다. 상기 드럼의 외주면에는 티타늄 코팅층 및 백금 코팅층이 형성되어, 상기 드럼에 전극을 연결하여 전원이 인가되면, 상기 티타늄/백금 코팅층에서 발열되어 상기 슬러지의 수분이 제거될 수 있다.
그러나, 종래의 슬러지 장치는, 상기 티타늄/백금 코팅층이 무거워 상기 드럼을 회전시키는 동력이 많이 소모되고, 상기 티타늄/백금 코팅층의 전기 전도도가 낮아 전기 소모가 발생되며, 슬러지내의 나사, 못 등의 불필요한 자재로 인한 티타늄/백금 코팅층의 긁힘에 의한 벗겨짐 등으로 유지비용이 많이 드는 문제점이 있다.
선출원된 등록특허 10-0969832호에서는 실린더 본체가 CFRP층으로 이루어진 구성이 개시되어 있으며, 여기서는 금속제의 보스가 제조시 형상을 지지하였다가 탈거되도록 구성되어, 다른 재질의 실린더에 CFRP층이 결합된 구성이 아니라 CFRP층만으로 이루어진 것으로, CFRP층만으로는 슬러지 장치 등에서와 같이 슬러지를 충분히 가압하기 어려울 뿐만 아니라 전극을 연결하는 데 제약이 따르는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 대상물의 외둘레면에 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합되어 소정의 강도를 유지하면서도 중량이 가벼운 기구 및 그를 포함하는 슬러지 장치를 제공하며, 그 제조방법이 용이한 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구, 그를 포함하는 슬러지 처리장치, 그의 제조장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구는, 소정의 형상을 갖는 적층 대상물과, 상기 적층 대상물의 외둘레면에 한장 또는 복수장의 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합된 CFRP층을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구를 포함하는 슬러지 처리장치는, 드럼과 상기 드럼을 회전시키면서 슬러지를 이송하는 이송부를 포함하고, 슬러지를 상기 드럼과 이송부 사이로 통과시켜, 슬러지를 압착하여 배출하는 슬러지 처리장치에 있어서, 상기 드럼의 외주면에는 한장 또는 복수장의 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합되고, 상기 CFRP가 결합된 드럼에는 양극과 음극이 각각 연결되는 전극 연결부가 구비되고, 상기 전극 연결부를 통해 전기가 공급되면 상기 CFRP시트에서 발열되어 상기 슬러지의 수분이 제거된다.
또한, 본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치는, 적층 대상물과, 상기 적층 대상물을 회전시키는 회전부와, 상기 회전부에 의해 회전하는 상기 적층 대상물의 외둘레면에 한 장 또는 복수장이 적층되어 부착되는 CFRP시트와, 상기 적층 대상물과 CFRP시트 또는 상기 CFRP시트들 사이를 진공시키기 위한 진공부와, 상기 적층 대상물에 상기 CFRP시트가 고정되도록 상기 적층 대상물과 상기 CFRP를 가열시키는 가열부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조방법은, 적층 대상물을 회전시키는 단계와, CFRP시트의 이형지를 떼어내고, 상기 회전하는 적층 대상물의 외둘레면에 한장 또는 복수장의 CFRP 시트를 부착시키는 단계와, 상기 CFRP시트가 부착된 적층 대상물을 진공 포장시키는 단계와, 상기 진공 포장된 적층 대상물과 CFRP시트 또는 상기 CFRP시트들 사이를 진공시키는 단계와, 상기 CFRP시트가 부착된 적층 대상물을 가열하여, 상기 CFRP시트가 상기 적층 대상물에 가열 접착하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구는, 적층 대상물에 한 장 또는 복수장의 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합됨으로써, 강도 및 강성이 향상됨과 아울러 비용이 적게 들고, 전기 전도도가 향상되어 전기를 공급하여 발열시는 기구에 적용이 용이하다.
또한, 본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구를 포함하는 슬러지 처리장치는, 슬러지를 가압하고 수분을 제거하기 위한 드럼의 외주면에 한 장 또는 복수장의 CFRP시트가 적층되어 일체로 결합됨으로써, 상기 CFRP시트의 전기 전도도가 기존의 티타늄/백금 코팅에 비하여 우수하므로 적은 양의 전기를 공급하여도 상기 슬러지의 수분을 제거할 수 있을 정도의 충분한 발열 효과를 얻을 수 있으므로, 효율이 향상되고 전기 비용이 적게 드는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치 및 제조방법은, 드럼의 금속 통부를 회전시키면서 CFRP시트를 부착시킴으로써, 원통 형상의 금속 통부에 시트 형상의 CFRP시트의 부착이 용이해질 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, CFRP시트가 부착된 금속 통부를 진공시킨 후 가열함으로써, 상기 CFRP시트가 견고하게 상기 금속 통부에 강력 고정될 수 있는 이점이 있다.
더욱이, 별도의 금형을 이용하지 않고도, 적층 대상물에 상기 CFRP시트를 적층할 수 있는 바, 제조가 간단하고, 제조 비용이 감소되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 처리장치가 도시된 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 CFRP시트가 적층된 드럼이 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드럼에 CFRP시트를 부착하는 방법이 도시된 도면이다.
도 4는 CFRP시트가 부착된 드럼을 진공 포장시키는 방법이 도시된 도면이다.
도 5는 CFRP시트가 부착된 드럼을 가열하는 방법이 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로 복수의 CFRP시트들이 적층된 드럼이 도시된 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 처리장치(10)가 도시된 개략도이다. 도 2는 도 1에 도시된 CFRP시트가 적층된 드럼이 도시된 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 슬러지 처리장치(10)는, 캐비닛(12)과, 드럼(30)과, 이송부(40)를 포함한다.
상기 캐비닛(12)은 상기 슬러지 처리장치(10)의 외관을 형성하고, 상기 드럼(30)과 상기 이송부(40)가 내재된다. 또한, 상기 캐비닛(12)에는 슬러지(20)가 유입되는 입구부(14)와, 처리된 슬러지(20)가 배출되는 출구부(미도시)가 형성된다. 여기서, 상기 슬러지(20)는 음식물 쓰레기나 하수 폐기물 등을 포함할 수 있다.
상기 드럼(30)은 상기 캐비닛(12)의 내부에서 회전가능하게 지지된다. 상기 드럼(30)은 원통형상으로 이루어지고, 스테인리스 스틸 등과 같은 금속재질의 금속 통부(34)와, 상기 금속 통부(34)의 외둘레면에 적층된 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)시트(32)로 이루어진다. 상기 CFRP시트(32)는 한 장 또는 복수장의 시트가 상기 금속 통부(34)의 외둘레면에 적층되어 일체로 결합된다. 상기 금속 통부(34)의 크기에 따라 복수장의 CFRP시트들(32)이 서로 이웃하게 배치되어 부착되는 것도 가능하고, 원하는 강도나 두께에 따라 복수장의 CFRP시트들(32)이 서로 층을 이루도록 포개어져 부착되는 것도 가능하다. 여기서는, 한 장의 CFRP시트(32)가 상기 금속 통부(34)의 외둘레면에 적층된 것으로 설명한다. 또한, 상기 CFRP시트(32)는 상기 금속 통부(34)의 외주면만을 감싸도록 구비되는 것도 가능하고, 상기 금속 통부(34)의 측면 중 일부까지 감싸도록 구비되는 것도 가능하다.
상기 드럼(30)은 금속재질만이 아니라 플라스틱 재질 등의 다양한 재질로 형성될 수도 있다.
상기 드럼(30)에는 양극과 음극이 연결되는 전극 연결부(미도시)가 구비되고, 상기 전극 연결부(미도시)는 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)와 연결될 수 있다. 상기 전극 연결부(미도시)는 상기 드럼(30)의 내측에 구비될 수 있다. 상기 전극 연결부(미도시)를 통해 상기 드럼(30)에 전기가 공급되면, 상기 CFRP시트(32)에서 발열되어, 상기 드럼(30)과 이송부(40)사이를 통과하는 상기 슬러지(20)가 가열되면서 상기 슬러지(20)의 수분이 제거된다. 상기 CFRP시트(32)는 전기전도도가 매우 좋은 탄소 섬유로 이루어지기 때문에, 전기 소모량이 적으면서도 충분한 발열효과를 얻을 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 CFRP시트(32)에 직접 전극 연결부(미도시)를 구비하는 것도 물론 가능하다.
상기 이송부(40)는 상기 드럼(30)의 외측에 배치되고, 상기 드럼(30)의 외주면과 마찰되면서 상기 드럼(30)을 회전시킴과 아울러, 상기 슬러지(20)를 이송하는 역할을 한다. 여기서, 상기 이송부(40)는 컨베이어 벨트(42)와, 상기 컨베이어 벨트(42)에 맞물려 회전하는 복수의 휠들(44)을 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 드럼(30)을 회전시키면서 상기 슬러지(20)를 이송할 수 있는 구성이면 어느 것이나 가능하다.
상기 컨베이어 벨트(42)는 상기 드럼(30)의 CFRP시트(32)와 접촉되는 부분은 부도체로 이루어진다. 즉, 상기 컨베이어 벨트(42)에서 상기 드럼(30)의 CFRP시트(32)를 향한 면은, 상기 드럼(30)의 통전시 전기가 전도되지 않도록 플라스틱 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 다른 슬러지 처리장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 드럼(30)과 상기 이송부(40)가 회전하면, 상기 슬러지(20)가 상기 드럼(30)과 상기 이송부(40)사이로 유입된다. 유입된 상기 슬러지(20)는 상기 드럼(30)과 상기 이송부(40) 사이를 통과하게 된다.
상기 드럼(30)의 전극 연결부를 통해 전기를 공급하면, 상기 CFRP시트(32)에 전기가 통하면서 발열된다. 상기 CFRP시트(32)가 발열되면, 상기 드럼(30)과 상기 이송부(40)사이를 통과하는 상기 슬러지(20)의 수분이 열에 의해 제거될 수 있다. 상기 CFRP시트(32)는 전기전도도가 매우 좋은 탄소 섬유로 이루어지기 때문에, 상기 드럼(30)을 통해 공급되는 전기 공급량을 감소시킬 수 있으면서도, 충분히 발열되어 상기 슬러지(20)의 수분 제거 효과는 향상될 수 있다.
따라서, 상기 슬러지(20)는 상기 드럼(30)에 의해 압착됨과 아울러 수분이 제거된 시트 상태로 외부로 배출될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 드럼에 CFRP시트를 적층하여 결합하기 위한 공정이 단계별로 도시된 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, CFRP시트 적층구조를 갖는 드럼의 제조장치 및 방법에 대해 설명한다.
상기 제조장치는, 상기 드럼의 금속 통부(34)를 회전시키는 회전부(50)와, 상기 금속 통부(34)와 CFRP시트(32) 또는 상기 CFRP시트들(32)사이를 진공시키기 위한 진공부(70)(72)와, 상기 금속 통부(34)와 상기 CFRP시트(32)를 가열시키기 위한 가열부(80)(82)를 포함한다.
상기 회전부(50)는 상기 금속 통부(34)를 축방향으로 회전시키도록 상기 금속 통부(34)의 양측에 결합된 회전축들(56)과, 상기 회전축들(56)을 회전가능하게 지지하는 베어링(54)이 포함된 지지대(52)와, 상기 회전축들(56)을 작업자가 회전시키기 위한 조작부(58)를 포함한다. 상기 조작부(58)는 손잡이가 돌출 형성된 원판 형상으로 이루어져, 작업자가 직접 돌릴 수 있도록 구성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 모터(미도시)등을 결합시켜 동력을 이용해 자동 회전시키는 것도 물론 가능하다.
상기 CFRP시트(32)는 일반적으로 일면에는 보호필름(60)이 부착되고, 타측면에는 이형지(62)가 부착되어 생산된다. 상기 CFRP시트(32)의 이형지(62)를 떼어내면, 상기 이형지(62)가 떼어진 면은 약간의 접착성을 갖고 있으므로 상기 금속 통부(34)의 외둘레면에 부착이 가능하다. 상기 보호필름(60)은 상기 CFRP시트(32)를 상기 금속 통부(34)에 부착 완료한 후 제거할 수 있다.
상기 진공부(70)(72)는 상기 금속 통부(34)와 상기 CFRP시트(32) 또는 상기 CFRP시트들(32)사이를 둘러싸는 진공 포장재(72)와, 상기 진공 포장재(72) 내부의 공기를 펌핑하기 위한 진공 펌프(70)를 포함한다. 상기 금속 통부(34)의 외주면에 한 장의 CFRP시트(32)만이 부착되는 경우, 상기 진공부(70)(72)는 상기 금속 통부(34)와 상기 CFRP시트(32)사이를 진공시킨다. 상기 금속 통부(34)의 외주면에 복수장의 CFRP시트들(32)이 적층되는 경우, 상기 진공부(70)(72)는 상기 금속 통부(34)와 상기 CFRP시트(32)사이 뿐만 아니라, 복수장의 CFRP시트들(32)사이도 진공시킨다.
상기 가열부(80)(82)는, 상기 금속 통부(34)에 부착된 상기 CFRP시트(32)를 열에 의해 강력 접착시켜 고정시키기 위한 장치이다. 상기 가열부(80)(82)는 가열용 챔버(80)와, 상기 가열용 챔버(80)내에 구비되어 열을 발생시키는 가열기(82)를 포함할 수 있다. 여기서는, 상기 가열기(82)는 전기히터나 적외선 히터 등 열을 발생시키는 것은 어느 것이나 사용될 수 있다.
상기와 같이 구성된 제조장치를 이용한 제조방법을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전부(50)에 상기 금속 통부(34)를 장착하고, 상기 조작부(58)를 이용해 상기 금속 통부(34)를 소정의 속도로 회전시킨다.
상기 금속 통부(34)를 회전시키면서, 상기 금속 통부(34)의 외주면에 상기 CFRP시트(32)를 부착한다. 이 때, 상기 CFRP시트(32)의 이형지(62)를 떼어내고, 상기 이형지(62)가 떼어진 면을 상기 금속 통부(34)에 부착시킨다. 상기 보호 필름(60)은 상기 CFRP시트(62)의 부착이 완료된 후 떼어내어, 작업 중 상기 CFRP시트(32)의 손상을 방지할 수 있다. 상기 금속 통부(34)가 회전되면, 상기 CFRP시트(32)가 상기 금속 통부(34)의 외주면에 감기면서 부착되어, 작업이 매우 용이하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 CFRP시트(32)의 부착이 완료되면, 상기 CFRP시트(32)가 부착된 상기 드럼(30)을 상기 진공 포장재(72)로 감싼다. 상기 진공 포장재(72)는 비닐의 일종으로 상기 드럼(30)을 감싸기 용이하며, 틈새들은 테이프 등을 이용하여 밀봉할 수 있다. 상기 진공 포장재(72)의 일측에 상기 진공 펌프(70)를 연결하여, 상기 진공 포장재(72)내부의 공기를 흡입하여 진공상태를 만들 수 있다. 따라서, 상기 금속 통부(34)와 상기 CFRP시트(32)사이 또는 복수장의 CFRP시트들(32)사이가 서로 밀착될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 진공 포장재(72)를 제거한 후, 상기 CFRP시트(32)가 부착된 상기 드럼(30)을 상기 가열 챔버(80)내에 넣고, 미리 설정된 온도로 상기 가열 챔버(80)내부를 가열한다. 상기 가열 챔버(80)내에서 상기 CFRP시트(32)가 부착된 상기 드럼(30)이 가열되면서, 상기 CFRP시트(32)는 상기 금속 통부(34)에 강력하게 접착되어 고정될 수 있다. 이 때, 가열과 함께 상기 CFRP시트(32)를 가압하여 상기 금속 통부(34)에 고정시키는 것도 가능하다.
상기와 같은 방법으로, 금속재질의 상기 금속 통부(34)에 상기 CFRP시트(32)를 부착하여 고정시킬 수 있다. 따라서, 상기 CFRP시트(32)가 부착된 상기 드럼(30)에 전기 공급시 전기 전도도가 좋아지므로, 상기 슬러지 처리 장치(10)등에서 이용 효율이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로 복수의 CFRP시트들이 적층된 드럼이 도시된 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 드럼(100)은, 상기 일 실시예와 달리 금속재질의 금속 통부(110)에 복수장의 CFRP시트들(101)(102)이 서로 적층된 것 이외의 구성 및 작용은 상기 일 실시예와 유사하므로, 유사 구성 및 작용에 대한 설명은 생략한다.
상기 드럼(100)은 두 장의 제 1,2CFRP시트(101)(102)들을 서로 적층한 것으로 예를 들어 설명하나, 두 장 이상 적층하는 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 드럼(100)의 축방향 길이나 외주 길이에 따라 복수장의 CFRP시트들(101)(102)이 서로 이웃하게 연결되어 부착되는 것도 물론 가능하다. 상기 제 1CFRP시트(101)와 상기 제 2CFRP시트(102)는 서로 동일한 CFRP시트인 것도 가능하고, 서로 다른 방향성이나 배열을 갖는 CFRP시트인 것도 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 슬러지 처리장치 20: 슬러지
30: 드럼 32: CFRP 시트
34: 금속 통부 40: 이송부
42: 컨베이어 벨 44: 휠
50: 회전부 70: 진공 펌프
72: 진공 포장재 80: 가열 챔버
82: 가열기

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  4. 적층 대상물과;
    상기 적층 대상물을 회전시키는 회전부와;
    상기 회전부에 의해 회전하는 상기 적층 대상물의 외둘레면에 한 장 또는 복수장이 적층되어 부착되는 CFRP시트와;
    상기 적층 대상물과 CFRP시트 또는 상기 CFRP시트들 사이를 진공시키기 위한 진공부와;
    상기 적층 대상물에 상기 CFRP시트가 고정되도록 상기 적층 대상물과 상기 CFRP를 가열시키는 가열부를 포함하는 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 적층 대상물은 금속재질의 원통형상으로 이루어지고,
    상기 회전부는 상기 적층 대상물이 회전가능토록 지지하는 지지대를 포함하는 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 진공부는,
    상기 CFRP시트가 적층된 상기 적층 대상물을 둘러싸는 진공 포장재와.
    상기 진공 포장재 내부의 공기를 펌핑하는 진공 펌프를 포함하는 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조장치.
  7. 적층 대상물을 회전시키는 단계와;
    CFRP시트의 이형지를 떼어내고, 상기 회전하는 적층 대상물의 외둘레면에 한장 또는 복수장의 CFRP 시트를 부착시키는 단계와;
    상기 CFRP시트가 부착된 적층 대상물을 진공 포장시키는 단계와;
    상기 진공 포장된 적층 대상물과 CFRP시트 또는 상기 CFRP시트들 사이를 진공시키는 단계와;
    상기 CFRP시트가 부착된 적층 대상물을 가열하여, 상기 CFRP시트가 상기 적층 대상물에 가열 접착하는 단계를 포함하는 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수장의 CFRP시트는 적층되어 서로 부착되는 CFRP시트 적층구조를 갖는 기구의 제조방법.
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