KR20090100921A - 원적외선 도장 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판, 발열층 및 복사열 방사층을 적층된 형태로 포함하는 원적외선 도장 건조장치로서, 상기 복사열 방사층은 TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO₂ 복사 무기 물질과, 알콕시 실란 접착제 및 알콜 용제의 혼합물을 도포한 후, 용제를 건조시켜 복사열 방사층을 형성한 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치이다.

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Description

원적외선 도장 건조장치{Far-infrared rays device for drying painting}

본 발명은 자동차 등의 도장 건조를 위한 원적외선 도장 건조장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 피건조물에 대한 침투력이 강한 파장대의 복사열 전자파를 높은 효율로 방사함으로써 효율적인 건조장치로써 사용될 수 있는 원적외선 도장 건조장치에 관한 것이다.

기후변화 협약, 온실가스 배출 규제, 유가 상승 등 전 세계적으로 규제 및 에너지 절감이 강조되면서 국가의 에너지 현안이 문제가 되고 있다. 국가 에너지 설비의 사용량이 산업발전과 더불어 급속히 증대하므로 인해 고효율 에너지 절약형 기기 개발 노력과 현장 적용이 매우 필요한 상황이다.

우리 나라에서는 에너지 재료로서 19세기 이후에 주로 신탄, 석탄 등이 사용되었고, 최근에는 석유, 가스 등이 많이 사용되고 있다. 그러나, 이들 화석 에너지는 사용시 발생하는 탄산가스로 인하여 지구 온난화의 문제가 있고, 자원의 유한성 문제가 있다. 따라서, 원자력, 대체 에너지 등 비화석 에너지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 원자력은 방사선의 유해성 때문에 여론 수렴에 시간이 필요하다. 또한, 대체 에너지 개발은 아직 초보 단계이며, 고가의 개발비가 필요하다는 문제가 있다.

따라서 대체 에너지 개발 뿐만 아니라 에너지 소모가 적은 고효율의 전기장치를 개발하는 것도 매우 중요한 국가적 과제가 된 것이다.

건조는 피건조물에 열, 공기유동, 전자기파 등을 이용하여 수분을 제거하는 단위조작이며, 건조기는 다량의 에너지를 사용하여 수분을 제거하는 장치를 말한다. 건조기는 열원 전달방식을 기준으로 크게 대류식, 전도식, 복사식으로 나눌 수 있다. 대류식은 공기를 가열하여 열풍 등을 일으켜 매체를 통해서 간접적으로 피건조물을 가열하는 방식이고 이에는 상자식, 밴드식, 터널식 통기드럼식, 유동층식, 진동식, 분무식, 회전식 등이 있다. 전도식은 열을 직접 전도현상에 의해 피건조물에 전달하여 가열하는 방식으로 이에는 디스크식, 패들식, 교반식 등이 있다. 복사식은 중간매체 없이 직접 피건조물에 에너지를 가하여 열을 직접 전달하는 방식으로 이에는 적외선, 고주파, 마이크로파, 초단파 등을 이용하는 것이 있다. 종래의 복사식 건조기의 경우 복사열 자체만으로는 만족할 만한 열전달을 할 수 없어 대류방식인 열풍건조와 혼합하여 복합식건조기가 주로 사용되었다.

한편, 종래의 자동차 도장 건조기에 대하여 살펴보면 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 낮은 열효율로 인해 에너지 손실이 적지 아니한 문제점이 있다. 대류 식인 열풍 건조기의 경우 공기를 일단 가열한 후 이를 매체로 하여 피건조물에 열을 전달하는 방식으로 열전달 과정에서 필수불가결하게 열손실이 발생하였으며, 복사식인 근적외선 건조기의 경우 본 발명의 원적외선 건조기에 비해 열원이 다소 고온이어서 복사뿐만 아니라 대류나 전도현상에 의한 열방출도 많았고 이는 불필요한 열손실로 이어졌다.

둘째, 자동차 건조시 기포(bubbling), 백화(blushing), 번짐(bleeding), 부상(Lifting), 건조불량(lake of drying), 바늘구멍(pin-hole)등의 제품결함이 발생하는 비율이 다소 높은 문제점이 있다. 기포는 제품의 표면에 기포가 발생된 상태로 건조된 것으로 도료의 점도가 높고 피가열체가 수분으로 젖어 있을 때 발생하고, 백화는 도막에 안개가 낀 것처럼 하얗게 되는 현상으로 습도가 높을 때 용제가 급히 증발하여 도면이 냉각되고 수분을 흡수·응축할 때 발생한다. 번짐은 덜 건조된 도료에 도료를 다시 덧 씌워 건조시킬 때 건조가 안된 도료가 표면위로 분출하여 일어나는 현상이고, 부상은 제품 표면을 주름지게 하는 현상으로 속을 충분히 건조시키지 않을 경우 일어나며, 건조불량은 건조 자체가 되지 않는 현상으로 도막을 두껍게 도장하였을 때 주로 일어난다. 바늘구멍은 도막에 바늘로 찌른 듯한 조그마한 구멍이 생기는 현상으로 두꺼운 도막의 급격한 가열로 인해 생긴다. 이러한 현상은 모두 피건조물의 내부와 외부에 열전도 차이가 발생하거나 급격한 온도변화로 인해 발생하는 것들이다. 기존의 대류식 열풍 건조기나 복사식 근적외선 건조기는 피건조물의 외부의 온도를 급속하게 상승시켜고 이에 따라 피건조물의 내·외부의 온도구배가 크게 발생하여 상기와 같은 결함 발생 비율이 다소 높은 문제점이 있다.

셋째, 종래의 건조기는 자동차 도료를 건조시킬 경우 방 전체를 가열하거나 열풍을 사용함으로써, 부분적·국소적 가열이 불가능하였다. 이 경우 원하는 부분에 집중 건조를 시킬수 없고, 덜 건조된 부분이 존재하거나, 덜 건조된 부분의 건조를 위해서 오히려 다른 부분이 과건조되는 등의 문제로 제품자체의 품질에도 영향을 미치게 하였다. 또한 국소건조만 필요한 경우에도 전체적으로 건조과정을 진행함으로서 에너지 효율도 좋지 아니하였다.

넷째, 종래의 건조기는 화상위험 등 안전상의 문제점이 있다. 종래의 건조기는 고온의 열풍이나 고온의 열원이 그대로 노출되어있어 건조작업시 근로자들의 화상 위험이 있다. 따라서 건조작업시 건조기 조작에 있어 근로자의 매우 세심한 주의가 요구되었고, 부주의시에는 산업재해로 이어져 인적·경제적 손실을 야기할 수 있는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 고효율의 원적외선 도장 건조장치를 제공하는 것이다. 대류식인 종래의 열풍 건조기와 달리 열전달 매체가 없이 피건조물에 열이 직접전달되므로 열효율이 높고, 종래의 근적외선 건조기보다 저온의 열원을 사용하고 원적외선 방사율도 높으므로 단위 에너지당 건조율이 더 뛰어나다.

본 발명의 다른 목적은, 종래의 건조기가 자동차 건조시 야기했던 기포(bubbling), 백화(blushing), 번짐(bleeding), 부상(Lifting), 건조불량(lake of drying), 바늘구멍(pin-hole)등의 제품결함이 발생하는 비율을 낮춘 원적외선 도장 건조장치를 제공하는 것이다. 기존의 대류식 열풍 건조기와 달리 침투력이 강한 복사선을 사용하므로 겉과 속에 동시에 열전달이 되므로, 겉과 속의 급격한 온도차이로 인한 상기 결함 발생율이 현저히 낮다. 또한 근적외선 건조기와 달리 열원의 온도가 낮은 원적원선을 사용함으로 표면의 급격한 온도변화로 인한 상기 결함 발생율이 현저히 낮다.

본 발명의 또 다른 목적은, 부분적 ·국소적 가열이 가능한 원적외선 도장 건조장치를 제공하는 것이다. 종래의 건조기와 달리 본 발명인 원적외선 도장 건조장치는 패널형식으로 만들 수 있고, 이 경우 건조가 필요한 부분의 패널만을 작동시켜 국소적인 건조가 가능하다. 따라서, 종래의 건조기와 달리 부분적인 미건조, 과건조의 문제점을 해결할 수 있고, 불필요한 부분의 건조에 쓰이는 에너지를 줄일 수도 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 건조기는 화상위험 등 안전상의 문제가 없는 원적외선 도장 건조장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 원적외선 도장 건조장치는 복사열 방사층의 온도가 평균 약 170℃ 정도에 불과하여 종래의 건조장치에 비해 매우 안전하다. 따라서, 본 발명은 산업재해를 감소시키는 효과가 있다.

종래의 배경기술로 아래 문헌 1 내지 문헌 3의 것들을 들 수 있다. 본 발명은 원적외선을 이용한 도장 건조장치이며, 특히 종래의 원적외선 건조장치에 비해 휠씬 우수한 방사율을 가진 원적외선 도장 건조장치에 관한 것이다.

방사율(ε)값이란 물체가 외부 적외선 에너지를 흡수, 투과 및 반사하는 비율을 말하며, 이론적으로 외부에너지를 흡수만하고 반사하지 않는 물체를 "Blackbody"라 하며, 이때의 방사율(ε)값은 "1"로 규정된다. 그러나 일반적인 물체들은 광택,거칠기,산화등 표면상태에 따라서 흡수, 반사하는 에너지량이 변화한다. 즉, 흡수하고 반사하는 에너지 비율이 "Blackbody"를 기준으로 할 때 실제로 "1"보다 작은 값을 갖게 되며 방사율이 1에 가까울수록 원적외선 장치의 에너지 효율은 높게 된다.

본 발명은 매우 높은 수준의 원적외선 방사율을 갖는 복사열 방사층 재료의 함량비의 최적의 선택 및 표면요철처리 코팅층을 통해 표면의 거칠기 등을 증가시켜 방사율을 혁신적으로 높인 원적외선 도장 건조장치에 관한 것이다. 종래의 원적외선 장치의 방사율이 87~91% 정도인 것에 반해 본 발명의 원적외선 도장 건조장치 의 방사율은 94.8%로 매우 높은 수준의 원적외선 방사율을 가지고 있다.

[문헌1] KR 10-1990-0002709 A 1990. 2. 28.

[문헌2] KR 10-2001-0041738 A 2001. 7. 11.

[문헌3] KR 10-2004-0028856 A 2004. 4. 27.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 것으로서, 기판, 발열층 및 복사열 방사층을 적층된 형태로 포함하고, 상기 복사열 방사층은 TiO₂ 6-12 중량%, SiO₂ 20-30 중량%, ZrO₂ 5-10 중량%, Al₂O₃ 5-10 중량%, Fe₂O₃ 5-10 중량%, MnO₂ 5-10 중량%, Na₂0 1-5 중량%의 복사 무기 물질과, 알콕시 실란 접착제 20-25 중량% 및 알콜 용제 10-15 중량%의 혼합물을 도포한 후, 용제를 건조시켜 형성된 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치를 제공한다.

상기 원적외선 도장 건조장치에 있어서, 상기 복사열 방사층의 복사열 방사 표면에 표면요철처리 코팅층을 더 구비한 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치를 제공한다.

상기 원적외선 도장 건조장치에 있어서, 상기 표면요철처리 코팅층은 SiO₂ 및 CaO₂의 중량비 1:4로 혼합한 과포화수용액을 복사열 방사층의 표면상에 코팅한 후 건조함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치를 제공한 다.

상기 원적외선 도장 건조장치에 있어서, 상기 기판은 알루미늄판 또는 스테인레스판인 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치를 제공한다.

본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치는 매체를 통한 열전달 방식이 아닌 복사 형태의 열전달이 이루지므로 피건조물에 대한 건조속도가 빠르고, 열전달 매체를 거치지 않아 열효율이 좋으므로 에너지 절감효과가 크다. 특히 본 발명의 원적외선 도장 건조장치는 2.5 ~ 25㎛ 복사열을 94.8%의 높은 방사율로 방사하므로 에너지 절감효과가 매우 크다.

본 발명은 기판, 발열층 및 복사열 방사층을 적층된 형태로 포함하는 원적외선 도장 건조장치로서, 상기 복사열 방사층은 TiO₂ 6-12 중량%, SiO₂ 20-30 중량%, ZrO₂ 5-10 중량%, Al₂O₃ 5-10 중량%, Fe₂O₃ 5-10 중량%, MnO₂ 5-10 중량%, Na₂0 1-5 중량%의 복사 무기 물질과, 알콕시 실란 접착제 20-25 중량% 및 알콜 용제 10-15 중량%의 혼합물을 도포한 후, 용제를 건조시켜 형성된 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치를 제공한다.

본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치는 기판, 발열층 및 복사열 방사층의 순서대로 적층된 형태일 수도 있고, 발열층, 기판 및 복사열 방사층의 순서대로 적층된 형태일 수도 있다.

본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치는 복사열 방사층이 구비된 면과 반대면의 최외측 표면에 단열층이 추가로 구비될 수 있고, 복사열 방사층의 방사 표면에 표면요철처리 코팅층이 추가로 구비될 수 있다.

이하에서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예 상태에 따르면, 본 발명의 원적외선 도장 건조장치는 기판, 발열층 및 복사열 방사층을 적층된 형태로 포함하는 장치로서, 상기 발열층에 에너지밀도 850-2000w/m²의 전력을 가했을 때 상기 복사열 방사층이 92-250℃의 온도를 유지한다.

여기서, 발열층에 에너지밀도 850-2000w/m²의 전력을 가했을 때 복사열 방사층이 92-250℃의 온도를 유지한다는 것은, 발열층에 에너지밀도 850-2000w/m²의 전력을 공급하여 복사열 방사층을 가열하는 경우, 처음에는 상기 복사열 방사층의 온도가 상승되다가 일정 이상의 시간이 경과되면 복사열의 방사 등에 의한 에너지 손실에 의하여 더 이상 온도가 상승되지 않고 92-250℃의 온도를 유지하는 것을 의미한다. 여기서, 복사열 방사층의 온도는 주변 온도가 20-40℃인 경우를 기준으로 한 것이며, 이하 같다.

복사란 원자핵·소립자 변환을 제외한 자연적·인공적 현상·작용에 의해 입자빔 또는 전자기파가 방출되는 현상이다. 유기물인지 무기물인지와 관계없이 대부 분의 물질은 열을 가하는 경우 온도가 높아지고, 방출하는 복사열의 양 또는 파장에는 차이가 있지만, 소정의 복사열을 방사한다. 그러나, 본 발명에서는 발열층에 에너지밀도 850-2000w/m²의 전력을 가했을 때 상기 복사열 방사층이 92-250℃의 온도를 유지하고 복사열을 방사한다. 본 발명자들은 복사열 방사층을 TiO₂ 6-12 중량%, SiO₂ 20-30 중량%, ZrO₂ 5-10 중량%, Al₂O₃ 5-10 중량%, Fe₂O₃ 5-10 중량%, MnO₂ 5-10 중량%의 복사 무기 물질과, 알콕시 실란 접착제 20-25 중량% 및 알콜 용제 10-15 중량%의 혼합물을 도포한 후, 용제를 건조시켜 형성시키고, 복사열 방사층의 온도가 92-250℃일 때 복사열 방사 효율이 높다는 것을 밝혀내었다. 특히 복사열 전자파 중 파장이 2.5~25㎛(중심파장 9㎛)복사열 전자파를 방출할 수 있다는 것을 밝혀내었다.

2.5∼25㎛(중심파장 9㎛) 파장의 복사열 전자파는 침투력이 매우 강한 것으로 알려져 있다.

본 발명에 있어서 복사열 방사층의 온도를 92-250℃의 온도로 유지하기 위해서는, 복사열 방사층의 구성 성분, 본 발명의 장치에 공급하는 전력의 에너지 밀도 또는 본 발명의 장치를 이루는 층들의 구성 등의 요건들을 조절하여야 한다.

본 발명에 있어서, 복사열 방사층을 형성하기 위하여, 발열층에 에너지밀도 850-2000w/m²의 전력을 가하는 경우 발열층에 의하여 가열되어 92-250℃의 온도를 유지할 수 있는 물질을 사용할 수 있다. 예컨대, TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO₂, 2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂, Al₂O₃·TiO₂ 등과 같은 무기물 재료를 사용할 수 있으며, TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 및 MnO_{2 ,} Na₂0로 이루어진 군에서 선택되는 무기물 재료를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 무기물 재료들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, TiO₂는 발열층에 상기와 같은 에너지 밀도의 전력이 가해지고, 이 발열층에 의하여 가열되었을 때 92-250℃의 온도를 유지하는데 매우 적합하다. 또한, TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO_{2 ,} Na₂0로 이루어진 군에서 선택되는 무기물 재료를 2종 이상 혼합하여 사용하는 경우, 2.5∼25㎛(중심파장 9㎛) 파장의 복사열을 높은 방사율로 방사할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시 상태에 있어서, 복사열 방사층 재료로서 TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO_{2 ,} Na₂0 혼합물을 사용할 수 있는데, 이 경우 이들의 사용량은 TiO₂ 6-12 중량%, SiO₂ 20-30 중량%, ZrO₂ 5-10 중량%, Al₂O₃ 5-10 중량%, Fe₂O₃ 5-10 중량%, MnO₂ 5-10 중량%, Na₂0 1-5 중량%인 것이 바람직하고, 잔량은 보조제인 알콜 및/또는 알콕시 실란을 사용할 수 있다. 상기 알콜은 10-15 중량%로 사용하는 것이 바람직하고, 알콕시 실란은 20-25 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 상기 복사열 방사층 재료는 고순도이고, 입도가 큰 것이 바람직하며, 예컨대 입도가 350 메쉬(mesh) 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 복사열 방사층은 상기와 같은 무기물 재료를 접착제 및 필요한 경우 용제와 혼합하고, 이를 기판 또는 발열층의 제1 표면에 도포한 후 건조함으로써 형성할 수 있다. 본 발명에 있어서, 복사열 방사층 형성을 위한 접착제로는 열전도성 및 내열성, 바람직하게는 250℃ 이상, 더욱 바람직하게는 300℃ 이상에서의 열안정성을 갖는 것이 바람직하고, 그 재료에는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 수지, 구체적으로 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 용제로서 케톤계 용제를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 기판은 복사열 방사층 및 발열층을 지지하는 역할을 하는 것으로서, 그 재료는 특별히 한정되지 않는다. 상기 기판은 합성수지판으로 구성될 수 있으며, 스테인레스 또는 알루미늄으로 이루어진 판으로 구성될 수도 있다(스테인레스판은 SUS판으로도 당해업계의 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있다). 다만, 본 발명에서는 기판으로서 내열성이 우수하고, 바람직하게는 본 발명의 장치의 운전온도인 92-250℃에서 화학적·물리적 변화가 없으며, 운전온도와 92-250℃ 사이의 열팽창율이 기판에 접촉하는 주변층, 예컨대 발열층 및 복사열 방사층과 유사한 것이 바람직하다. 또한, 기판 재료는 열전도율이 우수하며, 비중이 작아 본 발명의 장치를 경량으로 제조하는데 도움이 되는 재료인 것이 바람직하다. 본 발명의 장치는 사용시 천정 또는 벽면에 배치시키거나 지지대가 있는 것에 부착하여 사용함으로, 본 발명의 장치가 경량이어야 한다는 점은 중요하다. 특히, 본 발명의 원적외선 도장 건조장치가 발열층, 기판 및 복사열 방사층이 순차적으로 적층된 구조인 경우에는 상기 기판을 알루미늄판으로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 발열층을 구성하는 재료는 외부로부터 전원이 공급되는 경우 발열할 수 있는 물질이면 제한되지 않는다. 다만, 발열층 재료는 온도 변화에 따른 저항의 변화가 적은 것, 즉 저항의 온도 계수가 낮고, 유연성이 우수하며, 물리적·화학적 변화가 적은 것이 바람직하다. 예컨대 발열층 재료로서 사용되는 발열 세선이 기계적 강도가 낮거나, 표면이 산화되어 접촉 저항이 증가되는 경우는 본 발명의 장치의 작동에 악영향을 미칠 수 있다.

예컨대, 본 발명에서는 철크롬(Fe-Cr), 니크롬(Ni-Cr) 또는 동니켈(Cu-Ni) 등의 발열선을 바람직하게는 300℃ 이상의 고온에서 안정성을 갖는 합성수지, 예컨대 폴리플루오르에틸렌 계열의 수지로 이루어진 미국 뒤폰사의 테프론(Teflon)이나 실리콘 수지 등으로 코팅한 것을 사용할 수 있다. 이와 같은 합성수지로 코팅된 발열선은 전원이 공급되면 발열하여 복사열 방사층에 열을 전달할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 발열층은 전술한 바와 같은 합성수지로 코팅된 발열선을 접착제를 이용하여 기판에 접착하는 방식에 의하여 형성될 수 있다. 여기서 사용될 수 있는 접착제로는 점착력이 우수하고, 내열성, 바람직하게는 300℃ 이상, 더욱 바람직하게는 350℃ 이상에서 열안정성을 갖고, 온도 변화로 인하여 변형 또는 크랙(crack)이 생기지 않는 것이 바람직하며, 발열층에서 발생한 열을 복사열 방사층에 빠르게 전달하기 위하여 열전도성이 우수한 것이 바람직하다. 본 발명에서는 용액 또는 겔 등의 다양한 형태의 접착제를 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 합성수지 등으로 코팅된 발열선을 기판에 접착하는 경우에는, 접착성을 보장하기 위하여 발열선이 부착된 상부면에 알루미늄 등으로 이루어진 호일(foil)을 접착제 등을 이용하여 부착할 수도 있다.

본 발명의 원적외선 도장 건조장치는 도 1에 예시한 바와 같이 기판, 발열층 및 복사열 방사층이 순차적으로 적층된 구조일 수도 있으나, 도 2에 예시한 바와 같이 발열층, 기판 및 복사열 방사층이 순차적으로 적층된 구조일 수도 있다. 다만, 전자의 경우는 기판상에 발열층을 형성한 후, 그 위에 복사열 방사층을 형성해야 하므로, 시간이 다소 많이 소요되고 공정이 복잡해지는 문제가 있을 수 있으나, 후자의 경우는 기판의 한면에는 발열층을, 기판의 나머지 한면에는 복사열 방사층을 독립적으로 형성하는 것이 가능하므로 공정상 유리하다.

본 발명의 원적외선 도장 건조장치는 본 발명의 장치가 소정의 공간에 배치될 때 외부 배치 표면에 인접하는 면, 즉 복사열 방사층이 구비된 면과 반대되는 면의 최외측 표면에 단열층을 구비할 수 있다. 이와 같이 단열층을 구비하는 경우, 발열층으로부터 발산되는 열이 복사열 방사층이 구비된 면과 반대되는 면으로 방사되는 것을 차단함으로써 복사열 방사층 방향으로 복사열이 효율적으로 방사될 수 있도록 한다. 또한, 단열층에 의하여 발열층에서 발생한 열을 차단함으로써 화재를 방지할 수 있다.

본 발명에서는 단열층 재료로는 불연성이고 경량인 것이 바람직하며, 예컨대 석고 보드 또는 고밀도 유리섬유 보드를 사용하는 것이 바람직하고, 이 중에서도 가볍고 공해성의 문제가 적은 고밀도 유리섬유 보드를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 단열층 재료로서 유리 섬유 보드를 사용하는 경우, 유리섬유의 노출을 방지하기 위하여 유리섬유보드의 외부 노출면은 접착제로 처리된 유리 섬유포로 피복할 수 있다. 그러나, 이들 재료에 한정되지 않고 당 기술분야에 알려져 있는 단열재료라면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 상기 단열층의 두께는 전체 장치의 무게 및 부피나 기타 공정을 고려하여 당업자가 결정할 수 있으나, 본 발명에서는 그 두께가 25 mm 전후인 것이 가장 바람직하다.

상기 단열층은 전술한 단열층 재료를 기판 또는 발열층에 접착제를 이용하여 접착하여 형성할 수도 있으나, 접착제 없이 기판 또는 발열층과 조립하여 형성할 수도 있다. 예컨대, 본 발명의 장치를 구성하는 단열층, 발열층, 기판 및 복사열 방사층을 알루미늄 프레임(frame)으로 고정함으로써 접착제 없이 본 발명의 장치를 조립할 수 있다.

본 발명의 원적외선 도장 건조장치는 복사열 방사층의 복사열을 방사하는 표면상에 추가로 표면요철처리 코팅층을 추가로 구비할 수 있다. 이와 같은 코팅층은 본 발명의 장치의 복사열 방사 표면을 거칠게 하여 복사열의 방사 면적을 증대시킴으로써 복사 효율을 높일 수 있다. 또한, 인체의 일부가 상기 표면요철처리 코팅층에 닫는 경우에, 상기 표면요철처리 코팅층은 복사열 방사층에 비하여 조금 온도가 낮기 때문에 사용자의 화상의 위험을 감소시킬 수 있는 부수적 효과도 있다.

상기 표면요철처리 코팅층은 예컨대 이산화실리콘(SiO₂) 및 이산화칼슘(CaO₂)의 혼합물 등으로 형성할 수 있다. 형성 방법으로는 상기 예시된 재료들을 물에 용해도 이상으로 첨가하여 과포화 수용액을 제조한 후, 이를 복사열 방사층 표면에 코팅하고 용제를 건조시키는 방법을 이용할 수 있다. 과포화 수용액의 과포화도는 특별히 제한되지 않고, 복사열 방사층 표면에 고르게 분포시킬 수 있는 정도이면 바람직하다. 이와 같은 방법을 이용하는 경우, 상기 재료의 입자들의 질감 이 그대로 남아 있게 되어 본 발명의 장치의 표면을 거칠게 하고 복사 표면을 증가시킬 수 있다. 즉 표면요철처리 코팅층이 형성되면 매끄러운 표면에 요철이 형성되고 이러한 요철이 최외측 표면적을 증가시키어 궁극적으로 방사율을 높이는 효과가 있다.

본 발명의 장치의 크기는 최종 용도나 공정 조건에 따라 당업자가 결정할 수 있다. 또한, 본 발명의 장치를 구성하는 각 층들은 모두 동일한 크기일 필요가 없으며, 전술한 각 층의 기능을 할 수 있는 한 그 크기를 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 복사열 방사용 원적외선 도장 건조장치는 발열층에 에너지밀도 850-2000w/m²의 전력을 공급하는 인출선이 외부로 도출되어 전원 플러그에 연결됨으로써, 본 발명의 장치에 전력이 공급될 수 있다. 본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치는 정격 전류가 흐르기 시작하면 약 10분 경과 후 그 표면온도가 원하는 온도, 즉 850-2000w/m²의 전력을 가하는 경우 92-250℃에 이르게 되고 복사열 전자파가 방사된다. 이 복사열 전자파가 물체에 부딪치면 에너지가 열로 변하며, 그 물체의 온도를 높이기 시작한다. 도 3과 도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명의 장치에 전원을 공급하는 인출선을 온도조절기를 경유하여 전원 플러그에 연결시키는 경우, 온도조절기의 온도 센서는 피건조물의 변화를 감지하여 감지 내용에 따라 전원회로를 개폐할 수 있다.

본 발명의 원적외선 도장 건조장치는 예컨대 건물 내 천정의 전면 또는 일부면이나, 벽면의 일부에 거치할 수 있다. 또한, 본 발명의 장치는 적용하고자 하는 면적에 맞는 크기로 제작하여 적용할 수도 있으나, 소정의 크기로 제작된 본 발명의 장치를 적용하고자 하는 면적에 다수 개를 사용하는 방법으로 이용할 수도 있다.

또한 원적외선 도장 건조장치는 건조실의 천장과 벽면에 부착·설치될 수 있으며 도 5와 같이 자동차 등의 도장 건조장치로 쓰일 수 있다. 천장과 벽면에 부착된 여러개의 건조장치는 각각의 별도의 전원공급 인출선과 온도조절기를 가지고 있어 원하는 부위만의 국소건조가 가능하다. 즉 자동차의 천장부분 도장을 집중건조하고 싶은 경우 천장의 원적외선 도장 건조장치만을 작동하여 국소건조가 가능한 것이다. 이 경우 피건조물의 국부에 복사열에 의한 직접적인 열전달이 이루어지므로 열풍건조의 경우와 달리 다른 부분으로의 열전달은 최소화된다.

또한 도 6에 예시한 것과 같이 원적외선 도장 건조장치는 지지대와 받침대가 있는 것에 부착하는 경우 이동이 편리한 소형 원적외선 도장 건조장치로 쓰일 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하기 설명한다. 다만, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예

두께가 0.6 mm인 순수 알루미늄 기판의 제1 표면 상에 SiO₂ 25중량%, ZrO₂ 8 중량%, Al₂O₃ 7 중량%, TiO₂ 10 중량%(350 mesh의 분말을 사용하였음), Fe₂O₃ 5 중량% 및 MnO₂ 5 중량%, Na₂0 3 중량%를 포함하는 복사 무기 물질과, 알콕시 실란 접착제 25 중량% 및 알콜 용제 12 중량%의 혼합물을 도포한 후, 용제를 건조시켜 복사열 방사층을 형성하였다. 이어서, 상기 복사열 방사층 표면 상에 SiO₂ 및 CaO₂의 과포화 수용액을 코팅하고, 용제를 건조시켜 표면요철처리 코팅층을 형성하였다. 여기서 SiO₂ 및 CaO₂의 과포화 수용액의 SiO₂ 및 CaO₂ 의 비율은 임의로 조정하여 사용할 수도 있으나 SiO₂ : CaO₂ = 1 : 4 (중량비)로 하는 것이 방사율을 높이고 코팅이 원활하게 되어 가장 바람직하다.

한편, 상기 알루미늄 기판의 제2 표면 상에 테프론으로 코팅된 니크롬선 2종을 아크릴계 접착제를 이용하여 접착하여 발열층을 형성하였다. 이 때 상기 니크롬선은 지그재그 형으로 배치하여 발열층의 전면에 고르게 분포되도록 하였다. 이어서, 상기 테프론으로 코팅된 니크롬선 상에 알루미늄 호일을 접착제로 접착하였다. 이어서, 상기 알루미늄 호일 위에 두께 25 mm인 유리섬유판(BOD 96 1000×2000)을 배치하고 이것을 알루미늄 프레임으로서 고정함으로써 단열층을 형성하였다.

상기와 같이 제조된 원적외선 도장 건조장치에 소비전력량 밀도가 850-2000 Watt/m²인 전원을 공급하였을 때, 10분 후 표면요철처리 코팅층 표면의 온도는 92-250℃의 범위 내이었고, 유리섬유판으로 구성된 단열층의 온도는 30∼160℃이었다. 상기 장치에서 방사되는 복사열을 한국에너지기술연구원에서 측정하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

도 7에 나타난 바와 같이, 상기 장치는 복사열 방사층의 온도가 100℃이고, 2.49 ㎛ 내지 25 ㎛ 범위에서 94.8%의 매우 높은 방사율을 나타내었으며, 특히 9㎛ 파장대의 방사율이 가장 높게 나타났다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시상태에 따른 원적외선 도장 건조장치의 구조를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 또 하나의 실시상태에 따른 원적외선 도장 건조장치의 구조를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치를 온도센서를 경유하여 전원 플러그에 연결시킨 예를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치를 인공지능 controller에 의한 온도제어 계통도를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치를 건조실 천장, 벽면에 부착하여 자동차용 도장 건조실을 만든 예를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 원적외선 도장 건조장치를 지지대 및 받침대가 있는 수단에 부착하여 이동이 편리한 원적외선 도장 건조기의 예를 도시한 것이다.

도 7은 실시예에 따라 제조된 원적외선 도장 건조장치의 방사율을 나타낸 그래프이다.

Claims (4)

1. 기판, 발열층 및 복사열 방사층을 적층된 형태로 포함하는 원적외선 도장 건조장치에 있어서, 상기 복사열 방사층은 TiO₂ 6-12 중량%, SiO₂ 20-30 중량%, ZrO₂ 5-10 중량%, Al₂O₃ 5-10 중량%, Fe₂O₃ 5-10 중량%, MnO₂ 5-10 중량%, Na₂0 1-5 중량%의 복사 무기 물질과, 알콕시 실란 접착제 20-25 중량% 및 알콜 용제 10-15 중량%의 혼합물을 도포한 후, 용제를 건조시켜 형성된 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복사열 방사층의 복사열 방사 표면에 표면요철처리 코팅층을 더 구비한 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 표면요철처리 코팅층은 SiO₂ 및 CaO₂의 중량비 1:4로 혼합한 과포화수용액을 복사열 방사층의 표면상에 코팅한 후 건조함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 알루미늄판 또는 스테인레스판인 것을 특징으로 하는 원적외선 도장 건조장치.

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