KR102205112B1 - 카본페이퍼 제조장치 - Google Patents

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KR102205112B1
KR102205112B1 KR1020190134270A KR20190134270A KR102205112B1 KR 102205112 B1 KR102205112 B1 KR 102205112B1 KR 1020190134270 A KR1020190134270 A KR 1020190134270A KR 20190134270 A KR20190134270 A KR 20190134270A KR 102205112 B1 KR102205112 B1 KR 102205112B1
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서민강
황지영
최보경
이혜종
김원석
박영수
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재단법인 한국탄소융합기술원
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Abstract

본 발명에 따른 카본페이퍼 제조장치는,
상부가 뚫려 있으며, 바닥면에는 지지대들이 수직방향으로 설치되고, 측면에 공기흡입펌프와 연결되는 튜브가 연결되는 흡입구들이 구비되며, 카본극세사가 걸러진 혼합용액이 떨어지는 공간이 구비되며, 상기 바닥면 근처 측면에는 상기 혼합용액에서 상기 카본극세사가 걸러진 용액이 배출되는 배출구가 구비된 하부케이스;
상기 지지대들 위에 놓여지는 필터망; 상기 필터망 위에 놓여지는 필터부직포; 상부와 하부가 뚫려 있으며, 상기 필터망과 상기 필터부직포가 개재된 상태로, 상기 하부케이스 위에 놓여지며, 카본극세사가 포함된 혼합용액이 내부로 부어지는 상부케이스; 및 상기 필터망의 테두리를 따라 설치된 실리콘가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카본페이퍼 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING CARBON PAPER}
본 발명은 카본페이퍼 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 카본페이퍼를 만드는 방법으로는, 한국등록특허(10-0621418)에 개시된 방법이 있다. 이 방법은, 혼합조에 펄프, 카본극쇄사, PVA, 멜라민수지, 물을 넣고, 각 요소들을 골고루 섞어 혼합물을 만든 후, 혼합물을 틀에 부어 얇은 형태로 성형하고, 그 후 건조시켜 카본페이퍼로 만들어낸다.
이러한 방법은, 혼합조, 성형기, 건조기와 같은 장치가 필요하고, 각각의 장치에서 혼합, 성형, 건조의 과정을 거쳐야 하므로, 카본페이퍼를 신속하게 만들어내기 어렵다.
한국등록특허(10-0621418)
본 발명의 목적은, 카본페이퍼를 신속하게 제조할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 카본페이퍼를 구성하는 카본극쇄사를 균일하게 분포시킴으로서, 전체적으로 균일하게 발열하는 카본페이퍼를 제조하는 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 카본페이퍼 제조장치는,
상부가 뚫려 있으며, 바닥면에는 지지대들이 수직방향으로 설치되고, 측면에 공기흡입펌프와 연결되는 튜브가 연결되는 흡입구들이 구비되며, 카본극세사가 걸러진 혼합용액이 떨어지는 공간이 구비되며, 상기 바닥면 근처 측면에는 상기 혼합용액에서 상기 카본극세사가 걸러진 용액이 배출되는 배출구가 구비된 하부케이스;
상기 지지대들 위에 놓여지는 필터망;
상기 필터망 위에 놓여지는 필터부직포;
상부와 하부가 뚫려 있으며, 상기 필터망과 상기 필터부직포가 개재된 상태로, 상기 하부케이스 위에 놓여지며, 카본극세사가 포함된 혼합용액이 내부로 부어지는 상부케이스; 및
상기 필터망의 테두리를 따라 설치된 실리콘가스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 사용하여, 상부케이스의 내부로 혼합용액을 부어, 혼합용액에 포함된 카본극세사를 필터부직포 위에 남기고, 카본극세사가 걸러진 용액을 필터부직포와 필터망을 거쳐 하부케이스 바닥으로 떨어뜨린다. 이렇게 필터부직포에 카본극세사가 남은 상태에서 그대로 건조시키면, 필터부직포 위에 카본페이퍼가 만들어진다. 따라서, 종래처럼 카본페이퍼를 만들기 위한, 혼합조, 성형기, 건조기와 같은 다수의 장치가 필요 없고, 이러한 장치 각각에서, 혼합, 성형, 건조의 과정을 거칠 필요가 없다. 따라서, 면상발열체, 연료전지용 GDL(Gas Diffusion Layer) 등 다양한 용도로 사용가능한 카본페이퍼를 신속하게 만들어낼 수 있다.
본 발명은, 하부케이스의 흡입구들에 공기흡입펌프로 흡입력을 가하여, 카본극세사가 걸려진 혼합용액의 하부케이스로 떨어지는 속도를 증가시킨다. 이로 인해, 카본페이퍼를 제조하는 시간을 더 단축시킬 수 있다.
본 발명은, 필터망에 복수개의 토출공을 뚫어서, 토출공을 통해 공기를 토출시킨다. 이렇게 토출된 공기는 필터부직포를 통과하여, 카본극세사를 골고루 흩어뜨린다. 더 나아가, 필터부직포 위에 카메라를 설치하여, 구역별로 카본극세사의 뭉침 정도를 파악한 후, 구역별로 공기를 토출하여, 카본극세사의 뭉침을 구역별로 풀 수도 있다. 이로 인해, 카본페이퍼를 구성하는 카본극세사가 골고루 분포되어, 전체적으로 균일하게 발열하는 카본페이퍼를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 카본페이퍼 제조장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치로, 카본페이퍼가 제조되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 필터부직포 위에서 만들어진 카본페이퍼를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치로, 카본페이퍼를 제조하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치를 구성하는 필터망과 공기토출펌프를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치로, 카본페이퍼를 제조하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치에 포함된 카메라, 제어부, 필터망을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치를 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치(1)는, 하부케이스(10), 필터망(20), 필터부직포(30), 상부케이스(40), 실리콘가스켓(50)으로 구성된다.
하부케이스(10)는 상부가 뚫려 있다. 하부케이스(10)의 바닥면에는 지지대(10a)들이 수직방향으로 설치된다. 지지대(10a)는 필터망(20)을 받친다. 하부케이스(10)의 측면에는 공기흡입펌프(VP)와 튜브(T)로 연결되는 흡입구(10b)들이 구비된다. 하부케이스(10)의 내부에는 카본극세사(CF가 걸러진 혼합용액(M)이 떨어지는 공간이 형성된다. 혼합용액(M)은 카본극세사(CF와 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)과 물로 구성된다.
하부케이스(10)의 바닥면 근처 측면에는 카본극세사(CF가 걸러진 혼합용액(M)이 배출되는 배출구(10c)들이 구비된다. 배출구(10c)들에는 밸브(V)가 설치된다. 밸브(V)는 폐용액 수집기(미도시)와 연결된다.
필터망(20)은 알루미늄, 스테인레스 강과 같은 금속으로 만들어진다. 필터망(20)의 구멍 크기는 1~3mm이다. 필터망(20) 구멍의 크기가 1mm 미만이면 혼합용액(M)이 신속하게 필터망(20)을 빠져나가기 힘들고, 구멍의 크기가 3mm를 초과하면, 카본페이퍼(CP) 상에 필터망(20)의 격자자국이 생긴다. 따라서, 필터망(20) 구멍의 크기는 1~3mm가 바람직하다.
필터부직포(30)는 Polyethylene 복합 섬유 또는 PE-Polypropylene (PP) 복함섬유로 만들어진다.
상부케이스(40)는 상부와 하부가 뚫려 있다. 상부케이스(40)는 필터망(20)과 필터부직포(30)가 개재된 상태로, 하부케이스(10) 위에 놓인다. 이 상태에서, 혼합용액(M)이 상부케이스(40)의 내부로 부어진다. 상부케이스(40)를 들어서, 하부케이스(10) 위에 올려놓게 쉽게, 상부케이스(40)의 측면에는 손잡이(41)가 설치된다. 도 3, 도 5 및 도 7에서는 도면의 복잡함을 피하기 위해 도시를 생략한다.
실리콘가스켓(50)은 필터망(20)의 테두리를 따라 설치된다. 실리콘가스켓(50)은 상부케이스(40)가 하부케이스(10) 위에 놓였을 때, 상부케이스(40)와 하부케이스(10)가 접촉되는 면 사이 틈을 없앤다. 이로 인해, 공기흡입펌프(VP)가 흡입구(10b)를 통해 하부케이스(10) 내부의 공기를 새지 않고 빨아들일 수 있어, 혼합용액(M)을 신속하게 하부케이스(10) 내부로 떨어뜨릴 수 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치로 카본페이퍼를 제조하는 방법을 설명한다. 도 1, 도 2, 도 4를 기본적으로 참조한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 혼합용액(M)을 상부케이스(40) 안으로 붓는다.
혼합용액(M)에 포함된 카본극세사(CF)는 필터부직포(30)에 걸러져 남는다.
카본극세사(CF)가 걸러진 혼합용액(M)이 필터부직포(30)와 필터망(20)을 거쳐, 하부케이스(10)의 바닥으로 떨어진다. 이 과정에서, 공기흡입펌프(VP)가 흡입구(10b)에 흡입력을 작용시킨다. 그러면, 하부케이스(10) 내부의 공기가 흡입구(10b)로 빨려 들어가면서, 혼합용액(M)이 떨어지는 속도가 증가된다.
카본극세사(CF)가 걸러진 혼합용액(M)은 하부케이스(10)의 바닥으로 떨어진 후, 배출구(10c)와 밸브(V)를 통해 폐용액 수집기(미도시)로 모아진다.
카본극세사(CF)는 필터부직포(30)에 남아 있는 상태에서 그대로 건조된다. 그러면, 도 4에 도시된 바와 같은, 카본페이퍼(CP)가 만들어진다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치를 설명한다. 도 1, 도 2, 도 4를 기본적으로 참조한다.
도 5에 도시된 수직방향의 파란색 화살표는 토출공(21c)들을 통해 토출되는 공기를 나타내고, 수직방향의 보라색 화살표는 카본극세사(CF)가 걸러진 혼합용액(M)을 나타내고, 수평방향의 검은색 화살표는 공기흡입펌프(VP)가 빨아들이는 공기를 나타내고, 수평방향의 파란색 화살표는 공기토출펌프(AP)가 토출하는 공기를 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치(2)는, 필터망(21)을 구성하는 필터대(21b)의 내부를 중공으로 만들고, 필터대(21b)의 중공과 연통하는 토출공(21c)들이 필터대(21b)의 표면에 뚫린다. 필터망(21)에는 중공으로 공기가 주입되는 공기주입구(21a)가 구비된다.
필터망(21)의 공기주입구(21a)와 공기토출펌프(AP)를 튜브(T)로 연결한다. 공기토출펌프(AP)는 튜브(T)와 공기주입구(21a)를 통해서 필터대(21b) 안으로 공기를 주입한다. 주입된 공기는 토출공(21c)들을 통해서 토출된다. 토출된 공기는 필터부직포(30)를 통과한 후, 필터부직포(30)에 위에 놓여진 카본극세사(CF)를 골고루 분산시킨다.
이 밖의 구성 및 작용효과는 본 발명의 제1실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치(1)와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치를 설명한다. 도 1, 도 2, 도 4를 기본적으로 참조한다.
도 7에 도시된 상향방향의 파란색 화살표는 토출공(22c)들을 통해 토출되는 공기를 나타내고, 하향방향의 보라색 화살표는 카본극세사(CF)가 걸러진 혼합용액(M)을 나타내고, 바깥쪽을 향하는 검은색 화살표는 공기흡입펌프(VP)가 흡입구(10b)들을 통해 빨아들이는 공기를 나타내고, 안쪽을 향하는 파란색 화살표는 공기토출펌프(AP1,AP2)가 공기주입구(22aa,22ab) 안으로 토출하는 공기를 나타낸다.
도 8에 도시된 도면부호 AP3는 C구역에 공기를 제공하는 공기토출펌프이고, 도면부호 AP4는 D구역에 공기를 제공하는 공기토출펌프이고, 도면부호 T3,T4는 튜브이고, 도면부호 22ac,22ad는 공기주입구이다. 이러한 도면부호는 도 7이 단면도이기 때문에, 도 7에서는 보이지 않는다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치(3)는, 본 발명의 제2실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치(2)와, 구역별로 공기를 나누어 토출한다는 점에서 차이가 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 임의로 구역(A,B,C,D)을 나누고, 구역별로 카본극세사(CF)의 뭉침 정도를 카메라(60)로 촬영한다. 이를 위해, 카메라(60)를 필터부직포(30) 상측에 위치시킨다.
카메라(60)는 촬영된 사진을 제어부70)로 보낸다. 제어부(70)는 구역별 카본극세사(CF)의 뭉침 정도를 파악하고, 뭉침 정도에 따라, 제1공기토출펌프(AP1)로 A구역의 공기 토출량을 조절하고, 제2공기토출펌프(AP2)로 B구역의 공기 토출량을 조절하고, 제3공기토출펌프(AP3)로 C구역의 공기 토출량을 조절하고, 제4공기토출펌프(AP4)로 D구역의 공기 토출량을 조절한다.
보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
A구역에 위치한 카본극세사(CF)가 다른 구역보다 많이 뭉쳐 있으면, A구역에만 제1공기토출펌프(AP1)로 튜브(T1)와 공기주입구(22aa)와 토출공(22c)들을 통해 공기를 토출하여, 카본극세사(CF)를 퍼트린다.
B구역에 위치한 카본극세사(CF)가 다른 구역보다 많이 뭉쳐 있으면, B구역에만 제2공기토출펌프(AP2)로 튜브(T2)와 공기주입구(22ab)와 토출공(22c)들을 통해 공기를 토출하여, 카본극세사(CF)를 퍼트린다.
C구역에 위치한 카본극세사(CF)가 다른 구역보다 많이 뭉쳐 있으면, C구역에만 제3공기토출펌프(AP3)로 튜브(T3)와 공기주입구(22ac)와 토출공(22c)들을 통해 공기를 토출하여, 카본극세사(CF)를 퍼트린다.
D구역에 위치한 카본극세사(CF)가 다른 구역보다 많이 뭉쳐 있으면, D구역에만 제4공기토출펌프(AP4)로 튜브(T4)와 공기주입구(22ad)와 토출공(22c)들을 통해 공기를 토출하여, 카본극세사(CF)를 퍼트린다.
이러한 방식으로, 구역별로 카본극세사(CF)를 퍼트릴 수 있다. 물론, 구역을 더 세분하고 각 구역마다 공기토출펌프를 설치하여, 카본극세사(CF)의 구역별 뭉침 정도에 따라, 더 정밀하게 구역별로 카본극세사(CF)를 분산시킬 수 있다.
이 밖의 구성 및 작용효과는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 카본페이퍼 제조장치(1,2)의 구성 및 작용효과와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
1,2,3: 카본페이퍼 제조장치
10: 하부케이스 20: 필터망
30: 필터부직포 40: 상부케이스
50: 실리콘가스켓 60: 카메라
70: 제어부 V: 밸브
VP: 공기흡입펌프 AP: 공기토출펌프

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 상부가 뚫려 있으며, 바닥면에는 지지대들이 수직방향으로 설치되고, 측면에 공기흡입펌프와 연결되는 튜브가 연결되는 흡입구들이 구비되며, 카본극세사가 걸러진 혼합용액이 떨어지는 공간이 구비되며, 상기 바닥면 근처 측면에는 상기 혼합용액에서 상기 카본극세사가 걸러진 용액이 배출되는 배출구가 구비된 하부케이스;
    상기 지지대들 위에 놓여지는 필터망;
    상기 필터망 위에 놓여지는 필터부직포;
    상부와 하부가 뚫려 있으며, 상기 필터망과 상기 필터부직포가 개재된 상태로, 상기 하부케이스 위에 놓여지며, 카본극세사가 포함된 혼합용액이 내부로 부어지는 상부케이스;
    상기 필터망의 테두리를 따라 설치된 실리콘가스켓;
    상기 카본극세사가 걸러진 혼합용액이 상기 필터부직포와 상기 필터망을 거쳐, 상기 하부케이스의 내부로 떨어질 때, 상기 카본극세사가 걸러진 혼합용액이 떨어지는 속도가 증가되도록, 상기 흡입구를 통해 상기 하부케이스 내부의 공기를 빨아들이는 공기흡입펌프; 및
    상기 필터망을 구성하는 필터대의 내부를 중공으로 만들고, 상기 중공과 연통하는 토출공들이 상기 필터대의 표면에 뚫리고, 상기 필터망에 상기 중공으로 공기가 주입되는 공기주입구가 구비되며, 상기 공기주입구로 공기를 주입하는 공기토출펌프가 포함된 것을 특징으로 하는 카본페이퍼 제조장치.
KR1020190134270A 2019-10-28 2019-10-28 카본페이퍼 제조장치 KR102205112B1 (ko)

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KR100621418B1 (ko) 2004-10-20 2006-09-19 이석형 면상발열체의 제조방법 및 이에 의한 면상발열체
JP7091121B2 (ja) * 2018-04-18 2022-06-27 信越石英株式会社 石英ガラス板

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