KR200313618Y1 - 세라믹시트를 사용한 허니컴로타의 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 회전식 가스흡착분리 및 제습장치 등에 사용되는 원통형의 세라믹허니컴 소재(이하 "허니컴로타"라 함)의 제조장치에 관한 것이다. 세라믹시트로 만든 허니컴로타는 다공성구조를 가지고 있어 흡착제 및 촉매의 담지가 용이하고, 고온에서의 사용이 가능한 세라믹 허니컴 소재이다. 본 고안에서 허니컴로타는 세라믹 화이버가 주원료인 0.2mm정도의 일정한 두께를 갖는 세라믹종이를 편파성형 한 후 편파성형체의 산 부분에 접착제를 도포하고 이를 둥글게 말아서 원통형으로 제조한다.

본 고안에 의한 허니컴로타의 제조장치 편파성형기에서 세라믹시트를 파형화 할 때 파형화 된 세라믹 시트의 형상을 유지시키기 위해 형상유지체나 선줄을 사용하지 않고, 송풍기로 공기를 세라믹 시트의 후면으로 불어넣어 공기압을 받은 파형화된 세라믹 시트가 파형화 롤에서 이탈하지 않도록 함으로써 파형화 형상을 유지시키고, 그 후 편파성형기를 통해서 나온 편파성형체의 산 부분에만 실리카와 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVA)로 혼합된 점도 20∼200cp 범위의 접착제를 도포하여, 50∼130^oC 범위의 열풍을 감겨지고 있는 허니컴의 측면에 가하면서 리와인더를 이용해 원하는 크기로 감아서 원통형의 허니컴을 연속적으로 제조하는 장치에 관한 것이다.

Description

세라믹시트를 사용한 허니컴로타의 제조장치{Honeycomb Rotor using Ceramic Sheet and Apparatus of Making the Same}

본 고안은 회전식 가스흡착분리 및 제습장치 등에 사용되는 원통형의 허니컴 로타의 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스의 흡착,분리, 제습 등의 공정에서는 제올라이트 흡착제를 바인더와 함께 구형이나 실린더 형태로 성형한 후 흡착탑에 충진하여 사용하고 있다. 이러한 흡착제는 흡착공정에서 압력강하가 두드러져 별도의 가압장치가 필요하다는 단점이 있다. 그러나 허니컴형 지지체(담체)에 분말상의 흡착제를 견고하게 고착시키면 이러한 단점을 해소 시킬 수 있다. 일반적으로 사용되는 허니컴 담체는 코티어라이트 등을 원재료로 하여 압출성형한 것이 주를 이루고 있으나, 이러한 종류의 허니컴은 밀도가 높고, 표면이 매끄러워서 흡착제를 담지하기가 용이하지 않고, 담지된 흡착제도 사용과정에서 허니컴과 흡착제가 박리되는 현상이 일어날 수 있다. 그러나 본 장치에 의한 제조되는 세라믹종이를 사용한 허니컴 로타는 가볍고, 표면이 세라믹섬유로 인해 3차원적인 구조를 형성하고 있으므로 흡착제의 담지가 매우 용이하다.

이 허니컴 로타는 셀의 형상이 균일하게 유지되고, 셀 사이와 층간의 기밀이 잘 유지되어야만 사용이 가능하며, 셀을 통과하는 공기와의 접촉면적 증가를 위해 가능한 층간 접촉면적을 적게하고, 무기접착제의 사용을 줄여서 허니컴 로타의 열처리시 많은 공극이 형성되어야 흡착제 및 촉매 등의 담지 효율을 높일 수 있다. 또한 편파성형체의 제조 후 연속적인 공정에 의해 원통형 허니컴으로의 제조가 이루어져, 편파성형 한 후 이를 일단 말아서 다시 이를 되감아 원통형 허니컴을 만드는 방법에 비해 작업의 효율을 높이고, 편파성형체의 손상을 막을 수 있다.

대한민국특허 출원번호 79-362호와 대한민국특허 출원번호 87-9038에 의하면 세라믹시트를 편파성형함에 있어서 파형화 된 세라믹시트의 파의 형상을 유지하기 위해 여러 가닥의 선줄(실)을 사용하고 있어 작업의 효율성이 떨어지며, 편파성형 후에도 원통형 허니컴로타의 제조를 위한 연속적인 공정이 포함되어 있지 않다. 또한 대한민국특허 출원번호 84-7944에 의하면 편파성형 후 연속공정에 의한 원통형 허니컴의 제조를 위해 접착제를 사용하지 않고 단순히 감는 방법을 사용하고 있으나 이러한 방법은 허니컴의 층간분리 현상이 일어나기 쉽고, 셀간의 기밀이 유지되기 어려워 원통형 허니컴로타의 주 사용 대상인 회전형 가스흡착분리 장치에 적용시 효율이 많이 저하됨을 피할 수 없다.

종래의 방법에 있어서는, 접착제의 도포시 접착제로울러에 의해 도포량이 균일하게 조절되지 못하였다. 이것은 도포량이 적정량을 초과할 경우, 접착제가 그 주위로 퍼지게 되고 이로 인하여 성형시트의 공극을 막게 되어, 활성성분인 제올라이트가 성형시트(담체)에 함침되는 것을 방해하는 원인이 되었다.

또한, 종래의 방법에 있어서는, 평면시트와 파형시트가 접착제에 의해 접착된 후, 파형시트가 성형로울러의 기어에 의해 힘을 받아 평면시트의 원래 위치로부터 약간씩 밀려나는 현상이 발생하였고, 이러한 밀림현상은 역시 최종제품의 불량을 가져오는 원인이 되었다.

본 고안자는 대한민국특허 출원번호 10-2000-41355에 가스흡착용 세라믹시트의 편파성형체 제조방법에 있어서 세라믹시트의 파의 형상을 유지하기 위해 형상유지체를 사용하는 방법으로 출원한 바 있으나, 본 고안에서는 이보다 개선된 방법으로서 세라믹시트를 공기압 방식에 의해 편파성형 한 후 원통형으로 만들기 위해 편파성형체의 산 부분에만 무기물과 유기물의 조합으로 이루어진 접착제를 도포한 후 리와인더를 사용해 원하는 직경으로 말아서 원통형의 허니컴로타를 제조하는 방법에 대한 것이다.

본 고안의 목적은 세라믹시트를 사용하여 원통형의 허니컴 로타를 제조하는 방법에 있어서 기존의 형상 유지체를 사용하는 것보다 파형화된 세라믹 시트의 형상을 더욱 정밀하게 유지시킴으로써 파형화 시트와 평평한 종이의 접착 후 편파형 성형체의 파형폭의 변화를 최소화 하고자 하였다.

또한, 편파형 성형체를 제조한 후 이를 둥글게 감아 원통형 허니컴을 제조할 때 고가의 자동제어 장치를 사용하지 않는 간단한 기계적 장치를 사용하여 일정한 선속도를 유지하면서 연속적으로 감는 방법을 사용하여 작업의 효율성을 높이고자 하였다.

다른 한편으로는 편파형 성형체를 원통형으로 감을 때 접착제 도포방식을 적용하여 허니컴 로타의 열처리 후 층간 및 셀간 박리현상을 방지하고자 하였다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 세라믹시트를 파형화할 때 파형화된 세라믹 종이의 뒤쪽으로 공기를 송풍하여 공기압이 파형화된 세라믹 종이를 파형화 롤에서 이탈하지 못하게 한 상태에서 편파형 성형체를 제조하여 파형화 시트와 평평한 시트의 접착 후 편파형 성형체의 파형폭의 변화를 최소화하도록 하였다.

또한 제조된 편파형 성형체는 성형된 상태를 유지하면서 권취장치에 이송되어 일정한 선속도를 유지할 수 있도록 허니컴 회전 이송벨트를 지나 연속적으로 감기게 하였다.

편파형 성형체를 원통형으로 감을 때 접착제 도포방식을 적용하여 허니컴로타를 600℃이하의 고온에서의 열처리 후 접착제 중의 무기물에 의해 층간 및 셀간 박리현상을 방지하고자 하였다.

또한 편파성형체의 산 부분에만 접착제가 도포되도록 하여 층간 접촉면적을 최소화하여 흡착제 및 촉매 담지를 위한 유효면적이 증가하도록 하였다.

도 1은 본 고안에 따른 허니컴로타 입체도

도 2는 편파성형체

도 3은 본 고안에 의한 허니컴로타 제조장치의 정단면도

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

S1 : 판형 세라믹시트 S2 : 파형화된 세라믹시트

S3 : 편파성형체 S4 : 허니컴

7a, 7b : 세라믹시트공급롤 8a, 8b : 제1, 제2 파형화성형롤

9 : 세라믹시트 접착롤 10, 19 : 접착제 도포롤

11, 15 : 접착제공급조 12 : 시트파형유지부

12a : 송풍기 12b : 송풍압력유지챔버

16 : 허니컴 회전부 161 : 이송벨트

17 : 허니컴로타 20a, 20b, 20c : 장력조절용 롤

도 1은 본 고안에 따른 장치로 제조된 허니컴로타 입체도를 나타내었다. 도 2는 세라믹시트를 사용하여 제조된 편파성형체를 나타내었다. 도 3은 본 고안에 따른 허니컴로타 제조장치의 단면도를 나타내었다. 원통형의 허니컴로타(도1 참조)를 제조하기 위한 장치의 구성은 2개의 세라믹시트공급용롤(7a, 7b), 상하 두 개의 제1,제2파형화성형롤(8a, 8b), 세라믹시트 접착롤(9), 접착제 도포롤(10), 접착제 공급조(11, 15), 시트파형유지부(12)의 압력조절챔버(12b)와 송풍기(12a), 허니컴 회전 이송벨트(16), 편파성형체 장력조절롤 (20a,20b,20c)과 편파성형체(S3)의 마루에 또다른 접착제를 도포하기 위한 제2접착제도포롤(19) 및 접착제공급조(15)와 편파성형체(S3)를 권취하는 허니컴로타(17)와 허니컴로터(17)의 원주면에 접하여 순환되는 엔드레스벨트인 허니컴이송벨트(161)를 구비한 허니컴회전부(16)로 구성되며, 장치에는 판형 세라믹시트의 파형화시 성형압력 및 온도, 송풍압력의 조절이 가능하고, 파형화된 세라믹시트(S2)의 마루 부분에 도포된 접착제의 퍼짐현상을 방지하고 접착상태를 하게 하기 위하여 세라믹시트 접착롤(9)의 표면온도를 70∼120℃의 범위로 가열할 수 있는 히터가 설치되어 있다.

상기 두 개의 세라믹시트공급용롤(7a,7b) 중 하나는 상기 파형화성형롤(8a, 8b)로 세라믹시트를 공급하는 파형세라믹시트공급용롤(7a)이고 다른하나는 파형세라믹시트에 판형세라믹시트를 부착하기 위한 세라믹시트접착롤(9)에 판형세라믹시트공급용롤(7b)이다.

상기 두 파형화성형롤(8a,8b)은 원통형롤이면서 그 표면에 가로방향으로 톱니상의 요철이 형성되어 있으며 두 성형롤(8a,8b)은 서로 톱니가 맞물려 회동하도록 구성되어 있어 맞물린 톱니사이로 세라믹시트가 공급되면 판형의 세라믹시트가 파형세라믹시트화되어 배출된다.

그리고 제2파형화성형롤(8b)의 저면 아래측에 접착제도포롤(10)이 형성되는데 서로 접하여 회동되는 구조로 설치된다. 접착제도포롤(10)의 저면측은 접착제공급조(11)에 수납되어 수납된 접착제에 침지되도록 구성되어 접착제도포룰(10)이 회동됨에 따라 롤의 표면에 묻혀진 접착제가 제2파형화성형롤(8b)에 끼워져 회동되는 파형화된 세라믹시트(S2)의 마루에 도포된다.

상기 시트파형유지부(12)는 상술한 바와 같이 압력조절챔버(12b)와 송풍기(12a)로 구성되는데 상기 파형화성형롤(8a,8b)에 의하여 파형 형상이 가공된 세라믹시트의 파형(波形)을 그대로 유지하기 위하여 파형이 가공된 세라믹시트(S2)로 하여금 제2파형화성형롤(8b)에 밀착되어 제2파형화성형롤(8b)과 세라믹시트접착롤(9)사이로 이송되게 하여 파형화된 세라믹시트(S2)와 판형세라믹시트(S0)가 접착되어 파형화된 세라믹시트(S2)를 형성할 때 형상이 변형됨을 방지하는 것이다.

이같은 기능을 달성하기 위하여 시트파형유지부(12)의 압력조절쳄버(12b)는 대략 상부측이 부분적으로 개방되어 제1파형화성형롤(8a)와 제2파형화성형롤(8b)와 그리고 세라믹시트접착롤(9)의 저면측에서 이들 3개의 롤러의 하부측 일부를 수용하는 공간을 형성한 통상구조를 하고 있고, 이 압력조절쳄버(12b)의 내부는 일정한 내압이 형성되도록 외부에 설치된 송풍기(12a)에 의하여 공기가 도입되는 구조로 되어 있다.

상기 송풍기(12a)는 파형화된 세라믹시트(S2)의 마루 부분에 접착제를 도포한 후 허니컴회전 이송벨트를 지나면 측면에서 50∼130^oC의 범위로 가열된 열풍에 의해 접촉부를 건조시킬 수 있도록 열풍기로 대체될 수 있으며, 하나의 회전 구동모타에 의해 장치에 부착된 모든 롤이 연동으로 회전하여 회전속도를 같게 유지하며, 회전속도는 가변 할 수 있다.

허니컴로타의 제조방법은 한 쌍의 파형화성형롤(8a, 8b) 및 세라믹시트 접착롤(9)의 표면온도를 70∼120℃로 유지시키고, 송풍기를 사용하여 파형상유지 압력조절챔버(12b)에 공기를 1.2∼1.5기압으로 송풍한 다음 판형 세라믹시트(S1)를 두 파형화성형롤(8a,8b)에 통과시켜 세라믹 시트를 파형화시키고, 파형화된 세라믹시트(S2)의 마루에 접착제도포롤(10)을 통해 접착제를 도포한 후 후단부에서 공급되는 판형 세라믹시트(S1)와 접촉시켜 붙이면 편파성형체(S3)가 제조된다. 상기 세라믹시트 접착롤(9)의 표면을 히터로 가열하는 이유는 파형화된 시트(S2)의 마루 부분에 도포된 접착제의 퍼짐현상을 방지하고 접착상태를 하게 하기 위한 것이다.

상기 편파성형체 장력조절롤(20a,20b,20c)은 제2파형화성형롤(8b)와 세라믹시트접착롤(9) 사이를 지나 허니콤로타(17)로 이송되어 가는 편파성형체(S3)에 작용되는 장력을 조절하는 롤러로써 이 장력조절롤(20a,20b,20c)은 2개 이상이 필요하고 본 명세서의 첨부도면에 도시된 개수에 한정되지 않는다.

그리고 상기 편파성형체 장력조절롤(20a,20b,20c) 중 어느 하나의 롤러는 제2접착제도포롤(19)와 연동하여 편파성형체(S3)의 마루에 또다른 종류의 접착제를 도포한다.

이 편파성형체(S3)를 장력조절용 롤(20a,20b,20c)을 이용하여 적당한 장력을 유지시키면서 이송시키고, 편파성형체(S3)의 마루에 접착제도포롤(19)를 이용하여 무기물 및 유기물의 조합으로 이루어진 또다른 접착제를 도포한 후 허니컴회전부(16)의 허니컴 회전 이송벨트(161)를 순환시키면 허니컴로타(17)가 회전되면서 편파성형체(S3)가 감겨져 허니컴로타(17)에 허니컴(S4)이 형성되며, 이때 원하는 직경 크기까지 감아서 허니컴로타(17)를 완성시킬 수 있다. 부가적으로 허니컴 회전 이송벨트의 측면에서는 50∼130℃정도의 열풍을 불어주어 도포된 접착제를 신속히 건조시켜 단면이 진원인 허니컴로타를 제조하게 할 수 있다.

본 고안은 세라믹시트를 이용하여 허니컴로타를 제조하는 방법에 있어서 편파성형체의 파형 형상유지방법을 송풍에 의한 공기압 방법을 사용하여, 선줄(실)이나 형상유지체를 사용하는 방법에 비해 간편하고 신뢰성 있는 편파성형체의 제조가 가능하며, 편파성형체 제조 후 이를 연속적인 공정에 의해 원통형 허니컴로타의 제조가 가능하여 작업의 효율성을 제고하였다. 또한 원통형으로 감기 전에 무기물과 유기물이 혼합된 접착제를 편파성형체의 산 부분에만 도포하게 되므로 접착제를 사용하지 않았을 때 발생하는 허니컴로타의 층간 분리현상과 셀간의 공기 누설을 방지할 수 있는 허니컴로타의 제조가 가능하며, 특히 열처리 후에도 접착제 중의 무기물에 의해 접착부위가 견고히 접촉되어 있어 견고한 허니컴 상태가 유지될 수 있다. 또한 접착제의 도포방법에 있어서 편파성형체의 산 부분에만 접착제가 도포 되므로 평판부위에 전체적으로 접착제를 도포 할 때보다 기공이 효율적으로 유지되어흡착제 및 촉매의 담지가 용이하다는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 판형의 세라믹시트가 권취된 두 개의 세라믹시트 공급롤(7a, 7b)과, 판형 세라믹시트를 압착하여 파형화된 세라믹시트를 성형하는 두 개의 제1, 제2 파형화성형롤(8a, 8b)과, 파형화된 세라믹시트(S2)의 마루에 접착제를 도포하기 위한 접착제도포롤(10)과 접착제공급조(11)와, 판형세라믹시트와 파형화된 세라믹시트를 부착하여 허니컴(S4)를 제조하기 위하여 제2파형화성형롤(8b)와 접하여 회동되는 세라믹시트접착롤(9)과 상기 허니컴(S4)을 권취하는 허니컴로터(17)로 구성되는 세라믹시트로타제조장치에 있어서,

   대략 상부측이 부분적으로 개방되어 제1파형화성형롤(8a)와 제2파형화성형롤 (8b)와 그리고 세라믹시트접착롤(9)의 저면측에서 상기 3개의 롤의 하부측 일부를 수용하고 내부에 소정의 공기압이 형성되어 파형화된 세라믹시트(S2)가 상기 제2파형화성형롤(8b)에 밀착시켜 그 형상을 유지하도록 하는 쳄버를 구비한 시트파형유지부(12)와;

   파형화된 세라믹시트(S2)를 허니컴로터(17)로 안내할 때 파형화된 세라믹시트(S2)에 장력을 부여하기 위한 두 개 이상의 장력조절용롤(20a,20b,20c)과;

   파형화된 세라믹시트(S2)의 마루에 접착제를 도포하기 위한 접착제가 수용된 접착제공급조(15)가 함께 구비된 제2접착제도포롤(19)과;

   허니컴로터(17)에 권취되어 형성되는 허니컴(S4)의 외주면에 접하여 누르면서 허니컴로터(17)를 회전시키는 엔드레스 벨트로 이루어진 이송벨트(161)가 구비된 허니컴회전부(16)가 부가적으로 구성된 세라믹 허니컴 로터 제조장치
2. 제1항에 있어서, 시트파형유지부(12)는 압력조절챔버(12b)와 송풍기(12a)로 구성된 세라믹 허니컴 로터 제조장치
3. 제1항에 있어서, 세라믹시트접착롤(19)의 내측에 그 표면을 가열시키는 히터가 구성된 세라믹 허니컴 로터 제조장치
4. 제1항에 있어서 허니컴회전부(16)의 이송벨트(161)의 측면에서 가열된 열풍을 자동권취되고 있는 세라믹 허니컴 로터(17)의 작은 수많은 공기통로 안으로 불어넣어 접촉부를 건조시킬 수 있도록 열풍기가 설치하는 것을 특징으로 하는 세라믹 허니컴 로터 제조장치
5. 제1항에 있어서, 파형화된 세라믹시트(S2)의 마루에 도포되는 접착제는 무기물과 유기물의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹 허니컴 로터 제조장치