KR20140059148A - 진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재 - Google Patents

진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심재의 표면상에 패턴을 형성하여 포장재를 심재에 밀착시킬 수 있으며, 성형 공간으로부터 공기 및 이물을 용이하게 배출할 수 있는 진공단열재 심재의 성형 장치에 관한 것으로서, 심재가 성형되는 성형공간을 형성하도록 서로 이격되어 마주보는 한 쌍으로 마련되며, 심재에 패턴을 전사하는 패턴부 및 두께방향을 따라 관통되는 배기공이 형성되는 성형판; 상기 성형공간을 외부와 마감하는 성형틀; 상기 한 쌍의 성형판 중 적어도 어느 하나를 가압하는 가압부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재{APPARATUS FOR MOLDING CORE OF VACUUM INSULATION PANEL AND VACUUM INSULATION PANEL MANUFACTURED THEREBY}
본 발명은 진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 심재의 외면상에 특정한 패턴을 형성하며 성형할 수 있으며, 심재의 외면상에 형성된 특정한 패턴을 통해 포장재가 심재에 밀착될 수 있는 진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재에 관한 것이다.
내외부 사이의 온도차가 존재하는 건물, 배관, 아이스박스 등에는 열의 이동을 제한하기 위해 단열재가 사용된다. 이러한 단열재로는 일반적인 단열재와 진공단열재가 주로 사용된다.
일반적인 단열재가 30mW/mK의 단열성능을 나타내는 반면에 진공단열재는 3~10mW/mK의 고성능을 나타내는 단열재이다. 진공단열재의 높은 단열성에도 불구하고 현재까지는 높은 재료비와 쉽지 않은 제조기술로 인해 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다.
최근에는, 제조기술에 있어서의 상당한 진보로 독일, 영국, 일본, 미국, 캐나다, 한국, 중국 등의 여러 나라에서 상업화를 위해 노력하고 있으나, 여전히 높은 재료비 및 제조공정비가 큰 부담으로 작용하고 있다.
진공단열재는 통상 무기물로 이루어진 단열 성형체와 이를 감싸는 가스차단필름으로 구성되며, 단열 성형체의 내부가 진공으로 만들어지는 것을 가장 큰 특징으로 한다. 여기서, 진공단열재의 내부를 채우는 단열 성형체를 심재(Core)라 부른다. 심재는 유리 섬유 압축물을 사용하거나 실리카를 포함하는 혼합 분말을 사용하여 제조하는 방법이 존재한다.
여기서, 실리카 분말을 포함하는 혼합 분말을 사용하는 경우는 등록특허공보 제 10-1196363호에 개시되어 있다.
등록특허공보 제 10-1196363호는 연속 회전식 성형틀을 통해 흄드실리카 분말을 포함하는 혼합 분말을 성형틀에서 가압하여 향상된 기계적 강도를 가지며 직육면체 형태의 외형을 가지는 심재를 성형하되, 그 성형시간을 단축할 수 있다.
다만, 혼합 분말을 가압하는 성형판을 반복적으로 사용함에 따라, 일부의 혼합 분말이 심재로 성형되지 못한 채 성형판의 외면상에 잔류하여 이후의 심재 가공시 불량품 생산을 야기하는 문제점이 발생한다.
이를 해결하기 위해, 성형판과 혼합 분말의 직접적인 접촉을 방지하도록 성형판의 외면상에 부직포를 설치하게 되었으나, 일정 사용 횟수 이상을 넘어가면 부직포가 훼손되어 심재의 성형에 영향을 미치거나 부직포의 교체를 위해 전체적인 장비를 정지시킴으로써 공정 시간을 지연시켜 생산성을 저하시키는 문제가 발생한다.
한편, 완성된 심재는 내부가 진공으로 유지되는 포장재에 수용되는 포장공정을 통해 진공단열재로 사용되는데, 이는 외부요소들이 심재의 내부로 침투하는 것을 방지하여 진공단열재의 내구성을 향상시키기 된다. 여기서, 포장 공정은 일반적으로 심재를 포장재에 수용시킨 후, 포장재 내부의 공기를 진공펌프 등을 통해 외부로 배출시킴으로써 수행될 수 있다.
그러나, 포장재의 안쪽이 아닌 바깥쪽부터 공기가 배출됨으로써 포장재 내부의 공기가 완전하게 배출되지 못하거나, 공기의 배출 시간이 증가하게 되는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 포장 공정에서의 문제점은, 진공단열재의 내부진공도 개선에 제약으로 작용하고 진공단열재 표면에 주름을 발생시키며 진공단열재를 단열하고자 하는 벽면에 부착할 시 벽면과 진공단열재의 면 사이에 빈틈을 유발하여 단열효과를 감소시키는 문제를 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 심재 성형시 부정적인 영향을 미칠 수 있는 이물을 성형 공간으로부터 용이하게 배출할 수 있는 진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재를 제공함에 있다.
또한, 심재 성형과 동시에 심재의 외면에 패턴을 형성함으로써 심재 포장시 포장내 내부의 공기를 효율적으로 배출시킬 수 있는 진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 심재가 성형되는 성형공간을 형성하도록 서로 이격되어 마주보는 한 쌍으로 마련되는 성형판; 상기 성형공간을 외부와 마감하는 성형틀; 상기 한 쌍의 성형판 중 적어도 어느 하나를 가압하는 가압부;를 포함하며, 상기 한 쌍의 성형판 중 적어도 어느 하나에는, 상기 성형공간를 향하는 제1면에 마련되어 심재의 외면상에 패턴을 전사하는 패턴부; 및 상기 제1면에서 상기 제1면의 반대면인 제2면을 향하는 두께방향을 따라 상기 성형판을 관통하는 배기공;이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 배기공은 상기 제2면 측이 상기 제1면 측보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 성형판은 상기 제1면의 단면적이 상기 제2면의 단면적보다 크게 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패턴부는 상기 제1면으로부터 돌출되는 돌출부 및 상기 제1면의 내측으로 함몰되는 함몰부가 반복적으로 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 돌출부의 높이 또는 상기 함몰부의 깊이는 0.02 mm 내지 0.5 mm 로 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 성형판은 상기 성형판에 심재원료가 부착되는 것을 방지하는 코팅부재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1면 측의 배기공은 직경이 0.2 mm 내지 3 mm 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2면 측의 배기공은 직경이 2 mm 내지 10 mm 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 배기공은 상기 제1면으로부터 상기 제2면을 향하는 방향을 따라 직경이 증가하는 증가구간 및 직경이 일정하게 유지되는 유지구간을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 성형판은 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠ 로 가압되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배기공은 상기 성형판의 1 ㎡의 단위면적당 650개 내지 3300개가 형성될 수 있으며, 또는, 상기 배기공은 상기 성형판의 1 ㎡의 단위면적당 1200개 내지 1800개가 형성될 수 있다.
또한, 상기 성형틀의 상부는 개구되고, 상기 성형판은 상기 성형틀의 상측에 마련되어 상하운동함으로써 상기 성형틀을 개방하거나 마감하는 제1 성형판 및 상기 성형틀이 개방된 상태에서 소정 간격 상승하고 상기 성형틀이 마감된 상태에서 소정 간격 상승하는 제2 성형판을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 성형틀은 상기 제2 성형판을 마주보는 밑면이 상기 제2 성형판보다 크게 마련되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 진공단열재 심재의 성형 장치를 이용하여, 상기 성형판의 패턴부를 통해 외면상에 패턴이 형성된 심재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재에 의해 달성된다.
여기서, 내부가 진공인 상태로 상기 심재를 수용하는 포장재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 포장재는 상기 심재의 포장시 상기 패턴을 통해 상기 포장재 내부의 공기를 유동시킴으로써 상기 심재의 외면상에 밀착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 심재 성형시 성형판의 외면에 부착되어 부정적인 영향을 미치는 이물을 용이하게 배출할 수 있는 진공단열재 심재의 성형 장치 및 이를 통해 제조된 진공단열재가 제공된다.
또한, 성형판의 배기공의 직경을 심재로부터 멀어지는 방향을 따라 커지도록 마련하여 심재원료 등이 배기공에 끼여 배기공이 차단되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 코팅부재를 통해 성형 공간에 제공되는 분말이 성형판과 접촉을 함으로써 성형판에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 사용자가 의도하는 형상, 문자 등을 심재의 외면상에 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 심재 성형시 심재원료 등이 성형판과 성형틀 사이에 끼임으로써 성형판의 움직임을 제한하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 심재에 형성된 패턴을 통해 포장 공정시 공기의 배출을 원할하게 하여 포장재와 심재의 밀착도를 향상시킬 수 있다.
또한, 심재에 형성된 패턴을 통해 진공단열재의 외관을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치를 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 3은 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치에서 제1성형판의 모습을 개략적으로 도시한 저면도이고,
도 4는 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치에서 가압부를 통해 성형 공간을 가압하는 모습을 개략적으로 도시한 정단면도이고,
도 5는 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치에서 제1성형판 및 제2성형판을 통해 공기 및 이물이 배출되는 모습을 개략적으로 도시한 모습이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재에서 심재의 표면에 패턴이 형성된 모습을 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 7은 도 6에 따른 진공단열재를 개략적으로 도시한 정단면도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 일실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치를 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치(100)는 심재의 성형과 동시에 심재의 표면에 특정한 패턴을 형성할 수 있으며, 심재를 형성하는 심재원료의 내부 공기와 성형 공정에서 발생가능한 미세분진 형태의 부유물 등을 용이하게 성형 공간으로부터 배출할 수 있는 것으로, 성형판(110)과 성형틀(140)과 가압부(150)를 포함한다.
상기 성형판(110)은 서로 이격되어 마주보는 한 쌍의 판 부재로 마련되어 한 쌍의 성형판(110) 사이의 공간인 성형공간(M)을 형성하되, 성형공간(M) 내부에 제공되는 심재원료를 가압하여 압축함으로써 심재(105)를 성형하는 것으로, 본 발명의 일실시예에서는 한 쌍의 성형판(110)은 중력방향을 따라 서로 마주보며 상측에 배치되는 제1성형판(120)과 하측에 배치되는 제2성형판(130)을 포함한다.
도 3은 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치에서 제1성형판의 모습을 개략적으로 도시한 저면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1성형판(120)은 성형 공간(M)을 상측에서 가압하는 것으로서, 성형 공간(M)과 근접한 면인 제1면(120a)에는 심재원료를 가압하여 성형함과 동시에 패턴이 형성되도록 패턴부(121)가 형성되며, 제1면(120a)과 제2면(120b, 도 5 참조)을 관통하는 배기공(122)이 형성된다.
상기 패턴부(121)는 심재 성형시 심재(105)의 외면상에 동일한 형상이 전사되도록 성형판(120)의 제1면(120a) 상에 특정한 형상의 무늬로 마련된다.
여기서, 패턴부(121)는 제조자의 의도에 따라 기설정된 형상으로 마련되며, 특정한 형상을 반복적으로 배치하여 전체적 형상이 기설정된 형상을 나타내도록 마련될 수 있다.
특히, 패턴부(121)는 본 발명의 일실시예를 통해 성형된 심재(105)를 포장재로 포장시 공기의 유동로로 활용되어 포장재 내부의 진공도를 향상시킬 수 있으나 그 기능이 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서, 공기의 유동로로 활용되기 위하여 패턴부(121)는 제1면(120a)의 외측으로 돌출되거나 내측으로 함몰되는 돌출부(121a) 및 함몰부(121b)로 마련되며, 공기의 유동을 원할하게 하고, 포장재의 내부를 진공으로 형성하기 위해 필요한 진공펌프의 소비전력이나 진공펌핑 시간을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 돌출부(121a)의 높이 또는 함몰부(121b)의 깊이는 0.02 mm 내지 0.5 mm일 수 있다.
상기 배기공(122)은 성형 공정시 성형 공간(M) 내부의 공기를 배출할 수 있는 통로로서, 제1 성형판(120)을 관통하여 형성된다. 제1 성형판(120)에서, 제2면(120b) 측의 배기공(122b, 도 5 참조)이 제1면(120a) 측의 배기공(122a, 도 5 참조)보다 크게 형성된다.
이는, 배기공(122)을 통해 성형 공간(M) 내부의 공기가 배출될 때, 공기와 함께 심재원료의 일부가 동시에 배출되는 경우가 발생할 수 있고, 배기공(122)을 통해 배출되는 심재원료의 일부가 배기공(122)을 차단시켜, 즉 심재원료에 의해 배기공(122)이 막혀 성형 공간(M) 내부의 공기배출 또는 이물배출을 방해하는 것을 방지하기 위함이다.
상술한 기능은 유체역학의 기본 원리 중 하나이며, 유명한 물리학자인 베르누이가 1738년에 발표한 베르누이의 원리로 설명가능하다. 여기서, 베르누이의 원리란 점성이 없고 비압축성인 이상유체 유동시 속도, 압력 및 높이의 관계를 나타내는 수식으로 하기와 같다.
Figure pat00001
여기서, P는 특정 지점에서의 유체의 압력, ρ는 유체의 밀도, v는 특정지점에서의 속도, g는 중력가속도, h는 특정 지점에서의 높이를 의미한다. 이를, 본 발명의 일실시예에 따른 배기공(122)에 적용하면, 제1면(120a) 및 제2면(120b) 사이의 높이차, 즉 제1 성형판(120)의 두께는 무시할 수 있을 정도로 작아 상기 수식에서 위치에너지를 의미하는 gh 부분은 무시할 수 있으므로, 유체의 유속 v와 압력 P는 반비례관계를 나타냄을 알 수 있다.
또한, 질량 보존 법칙의 또 다른 표현인 연속방정식을 살펴보면 하기와 같다.
Figure pat00002
여기서, Q는 유량, A는 유체가 통과하는 영역의 단면적, v는 유체의 속도를 나타낸다. 즉, 유체가 특정영역을 유동시 유체의 속도와 유체가 통과하는 영역의 단면적은 반비례관계를 가짐을 알 수 있다.
상술한 베르누이의 원리 및 연속 방정식을 본 발명의 배기공(122) 및 성형 공간(M)에 적용하되, 성형 공간(M)으로부터 배기공(122)을 따라 유동하는 공기의 흐름을 층류(laminar flow)라 가정하면, 단면적의 크기(A)는 성형 공간(M)에서의 크기(A0), 제1면(120a) 측의 배기공(122a)의 크기(A1) 및 제2면(120b) 측의 배기공(122b)의 크기(A2) 순으로 형성된다.
이를, 연속방정식에 적용하면 유체의 속도(v)는 성형 공간(M), 제2면(120b) 측의 배기공(122b)을 통과하는 경우, 제1면(120a) 측의 배기공(122a)을 통과하는 경우 순으로 빠르다. 즉,
Figure pat00003
Figure pat00004
인 관계가 성립된다.
여기서, 이물이 배기공(122)에 부착되는 경우, 배출되는 유체의 운동에너지는 이물을 배기공(122)으로부터 밀어내는 에너지원으로 작용할 수 있으며, 유체의 운동에너지는 속도의 제곱에 비례하므로 유체의 배출 속도가 가장 빠른 제1면(120a) 측의 배기공(122a)에서 가장 활발하게 이물을 밀어낼 수 있다.
또한, 배출되는 유체의 점성력도 배기공(122)에 부착되는 이물이 배기공(122)으로부터 밀어내는 힘으로써 작용할 수 있으며, 점성력은 속도에 비례하므로 유체의 배출 속도가 가장 빠른 제1면(120a) 측의 배기공(122a)에서 가장 활발하게 이물을 밀어낼 수 있다.
다시 설명하면, 이물을 배기공(122)으로부터 밀어내는 원인으로 작용할 수 있는 유체의 운동에너지 및 유체의 점성력이 제1면(120a) 측의 배기공(122a)에서 가장 크게 작용하므로 제1면(120a) 측의 배기공(122a)으로부터 이물이 가장 활발하게 배출될 수 있다.
또한, 상술한 관계에 베르누이 방정식을 적용하면,
Figure pat00005
인 관계가 성립하여, 결국, 성형 공간(M) 내부의 압력(P0)이 제1면(120a) 측의 배기공(122a)에서의 압력(P1) 및 제2면(120b) 측의 배기공(122b)에서의 압력(P2)보다 압도적으로 높으므로, 제1면(120a) 측의 배기공(122a)에서의 압력(P1)과 제2면(120b) 측의 배기공(122b)에서의 압력(P2)의 크기에 상관없이 성형 공간(M) 내부의 유체는 성형 공간(M)으로부터 배기공(122)을 따라 원활하게 배출될 수 있다.
따라서, 제1면(120a) 측의 배기공(122a)의 크기를 제2면(120b) 측의 배기공(122b)의 크기보다 크게 형성하되, 이들 각각의 크기를 적절히 조절하여 심재의 성형 공정을 원할하게 수행할 수 있다.
예들 들어, 제1면(120a) 측의 배기공(122a)의 직경은 0.2 mm 내지 3.0 mm의 범위 내에서 마련되고, 제2면(120b) 측의 배기공(122b)의 직경은 2.0 mm 내지 10.0 mm의 범위 내에서 제1면(120a) 측의 배기공(122a)의 직경보다 크게 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
일례로, 본 발명의 일실시예에서는 제1면(120a) 측의 배기공(122a)의 직경은 1.5mm로 마련되고, 제2면(120b) 측의 배기공(122b)의 직경은 5.0mm 으로 마련될 수 있다.
여기서, 제1면(120a) 측의 배기공(122a)의 직경과 제2면(120b) 측의 배기공(122b)의 직경은 각각 심재(105)의 성분, 심재(105) 성형 공정 시에 성형 공간(M)을 압축하는 압력 등을 종합적으로 고려하여 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 배기공은(122)은
Figure pat00006
제1면(120a)에서 제2면(120b)측으로 갈수록 단면적이 증가하는 증가구간과 단면적이 일정하게 유지되는 유지구간을 포함할 수 있다.
이와 달리, 배기공(122)은 제1면(120a)에서 제2면(120b) 측으로 갈수록 단면적이 증가하는 증가구간만으로 마련될 수 있다. 이때, 제1면(120a) 측의 배기공(122a)의 크기가 제2면(120b) 측의 배기공(122b)의 크기보다 작게 마련되는 형상이라면 어떠한 형상이라도 여기에 포함되는 것임은 당연하다.
한편, 성형 공간(M)의 공기가 적절히 배출될 수 있도록 배기공(122)의 개수가 조절될 수 있다. 성형 공간(M)의 공기를 적절히 배출하되 제1성형판(120)을 상측으로부터 가압하는 압력의 손실을 방지하도록 성형판(110)의 단위 면적당(1㎡) 당 650개 내지 3300개, 바람직하게는 1200개 내지 1800개의 배기공(122)이 형성될 수 있다.
이때, 각각의 배기공(122)은 15mm ~ 40 mm 의 간격을 갖도록 이격될 수 있으며, 그리드(grid)를 형성하도록 배치될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 배기공(122)은 제1성형판(120)의 상방 운동시 성형 공간(M)의 공기를 배출함으로써 공기에 의한 저항력을 감소시켜 제1성형판(120)의 운동이 용이하도록 안내할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 제1 성형판(120)의 외면에는 코팅부재(미도시)가 코팅될 수 있다. 코팅부재(미도시)는 제1 성형판(120)에 심재원료 등을 포함하는 이물이 잔류하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 코팅부재(미도시)에 의해서 심재(105)가 제1 성형판(120)과 접촉된 상태에서 분리되는 공정에서, 제1 성형판(120)의 표면에 심재원료가 부착되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 코팅부재(미도시)는 불소수지 계열의 소재로 마련될 수 있다.
더 자세히 설명하면, 제1 성형판(120)의 코팅부재(미도시)는 부착성이 약한 불소수지 계열로 마련되어 제1 성형판(120)이 심재(105)로부터 이격될 경우에 심재가 파손되는 것을 방지하며, 제2 성형판(120)의 코팅부재(미도시)는 마찰계수가 낮고 부착성이 약한 불소수지 계열의 소재로 마련되어 심재(105)의 반출시 심재의 파손을 방지할 수 있다.
즉, 코팅부재(미도시)를 통해 성형판(110) 상에 이물이 부착되는 것을 방지하고 심재(105)와 성형판(110) 사이의 마찰계수를 낮춤으로써 심재의 반출시 심재의 파손을 방지할 수 있다.
상기 제2성형판(130)은 성형 공간(M)의 하측에 마련되는 성형판으로서, 제1 성형판(120)과 마주보게 배치된다. 제2 성형판(130)는 성형장치(100)의 하부 측에 배치되는 것을 제외하고는 상술한 제1성형판(120)과 실질적으로 동일하므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
다만, 제2 성형판(130)은 성형 공간(M)에 근접한 제1면(130a)의 단면적이 제2면(130b)의 단면적보다 작을 수 있다. 이에 의해, 성형 공간(M)으로부터 멀어질수록 제2 성형판(130)과 성형틀(140) 사이의 이격거리가 넓어지게 한다. 이러한 형상은 상술한 배기공(122)과 실질적으로 동일한 기능을 수행함으로써, 성형 공간(M) 내부의 공기 및 심재원료의 일부를 포함하는 이물이 제2 성형판(130)과 성형틀(140) 사이에서 고착화되는 것을 방지하되 이를 용이하게 배출시킨다.
또한, 제2 성형판(130)과 성형틀(140) 사이의 접촉면적을 감소시킴으로써, 제2 성형판(130)이 상하운동을 하는 경우, 제2 성형판(130)과 성형틀(140)의 접촉에 의한 기구적 간섭을 줄이고, 공기 배출 저항을 감소시킬 수 있다.
상기 성형틀(140)은 성형 공간(M)을 외부와 마감하는 것으로서, 심재 성형시 심재(105)의 형상을 결정하는 틀이다.
본 발명의 일실시예에서 성형틀(140)은 성형 공간(M)의 측면을 감싸며, 상면과 하면은 개방되어 있다.
또한, 성형틀(140) 내부에 제2성형판(130)이 수용되고, 제1성형판(120)에 의해 상측이 마감된다. 여기서, 성형틀(140)은 내부 단면적이 제2 성형판(130)의 제1면(130a)의 단면적보다 크게 마련된다.
상기 가압부(150)는 성형판(110)을 가압하여 성형 공간(M)의 내부에서 심재원료를 가압시키는 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 가압부(150)는 주지한 기술이므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
다만, 본 발명의 일실시예에 있어서 가압부(150)는 성형 공간(M), 바람직하게는 심재(105)에 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠의 압력을 가해지도록 마련된다. 이러한 압력 범위를 통해 심재(105)를 가압함으로써 성형판(110)의 제1면 상에 형성된 패턴부가 심재(105)의 표면에 충분히 전사되되, 가압부(150)의 구동에 필요한 소비전력을 최소화시키고 심재(105)의 밀도를 용이하게 제어할 수 있다.
여기서, 가압부(150)에 의해 가해지는 압력은 심재(105)의 밀도뿐만 아니라 배기공(122, 132)의 개수, 크기, 성형판(110)의 제1면의 형상 등을 고려하여 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠의 압력이 가해질 수 있다.
도 4는 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치에서 가압부를 통해 성형 공간을 가압하는 모습을 개략적으로 도시한 정단면도이다.
한편, 가압부(150)는 제1성형판(120)의 제2면(120b) 및 제2성형판(130)의 제2면(130b) 중 적어도 어느 하나와 연결되어 성형 공간(M)에서 제1 및 제2 성형판(120, 130)들 이동시키고 심재원료 또는 심재(105)를 가압할 수 있다. 도 4를 참조하면 본 발명의 일실시예서는 가압부(150)가 제1성형판(120) 및 제2성형판(130) 을 각각 가압하도록 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 가압부(150)와 성형판(110)이 면접촉함으로써 가압부(150)가 성형판(110)에 균일한 압력을 가하도록 가압부(150)가 이동방향을 안내하는 가이드부(151)를 더 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 가압부(150)가 성형판(110)을 마주보는 면에는 진공 흡입기(미도시)가 구비되어 배기공(122,132)을 통해서 배출되는 공기 및 이물을 흡입하도록 마련될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서, 진공 흡입기(미도시)는 성형판(110)의 표면에 잔류하는 이물까지 흡입하여 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 성형공간(111)에 제공되는 심재원료는 흄드실리카(fumed silica) 분말, 유기 및 무기 섬유 분말 등이 혼합된 혼합 분말로 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
지금부터는 상술한 진공단열재 심재의 성형 장치(100)의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 제2성형판(130)의 상측에 심재(105)를 형성하는 심재원료가 분말 상태로 제공된다. 심재원료는 제2 성형판(130)의 상측에, 성형틀(140)에 내부에 제공될 수 있다.
제2성형판(130)의 상측에 심재원료가 제공된 후, 제1성형판(120)이 성형틀(140)로부터 이격된 상태에서 제2성형판(130)을 상방으로 운동시키며, 제2성형판(130)이 일정 정도 상측으로 이동하면, 제1성형판(120)이 하방으로 이동한다. 이때, 제1 성형판(120)은 성형틀(140)의 내부까지는 이동하지 않고 성형틀(140)의 상부에 배치되되 성형틀(140)의 상부에 형성된 개구부 측을 마감하는 형태로 배치된다.
이는, 성형틀(140)의 상부 측이 개방된 상태로 제2성형판(130)이 이동하므로, 제2성형판(130)의 이동속도를 빠르게 할 수 있어, 전체적인 성형 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있기 때문이다.
제2성형판(130) 상측에 제공되는 심재원료가 제1성형판(120)과 접촉하면, 제1성형판(120)과 제2성형판(130) 사이에서 심재원료가 가압되며, 분말 상태의 원료가 고압에 의해 압축되어 압축물인 심재(105)를 형성할 수 있다.
도 5는 도 1에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치에서 제1성형판 및 제2성형판을 통해 공기 및 이물이 배출되는 모습을 개략적으로 도시한 모습이다
한편, 도 5를 참조하면, 제1성형판(120) 및 제2성형판(130)의 이동과정 및 가압과정상에서 성형 공간(M) 내부의 공기가 배기공(122,132)을 통해 배출된다.
이때, 가압과정상에서 성형 공간(M) 내부의 공기 및 심재(105)로 성형되지 못한 일부의 심재원료를 포함하는 이물이 성형틀(140)과 제2 성형판(130) 사이로 배출될 수 있으며, 특히 성형틀(140)과 제2성형판(130) 사이로 배출되는 동안 압력차에 의해 이물이 성형틀(140)과 제2성형판(130) 사이의 공간에 배출되지 못하는 것을 방지하도록 제2성형판(130)의 제1면(130a)의 단면적이 제2면(130b)의 단면적보다 크게 마련되나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 제1성형판(120) 및 제2성형판(130)이 심재원료에 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠의 압력이 가해지도록 가압함으로써 제1성형판(120) 및 제2성형판(130)에 형성된 패턴부(121)가 심재(105) 상에 적절히 형성되도록 하나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 성형판(110)으로부터 압력을 인가받아 압축되어 형성된 심재(105)의 반출을 위해 심재(105)를 성형틀(140)의 내부로부터 이탈시키는 과정을 수행할 수 있다.
이러한 과정을 수행하는 동안, 심재(105) 내부의 공극층 및 심재원료 자체의 탄성력에 의한 스프링백(spring back) 현상에 의해 심재(105)에 변형이 발생하는 것을 방지하도록 제1 성형판(120) 및 제2 성형판(130) 사이의 이격거리를 일정한 상태로 유지하되 모두 상방으로 운동시킨다.
여기서, 제1 성형판(120) 및 제2 성형판(130)을 동기제어함으로써 제1 성형판(120) 및 제2 성형판(130)의 이격거리가 실질적으로 동일하게 유지된다.
여기서, 동기 제어라 함은 특정 시간 내에 복수개의 프로세스가 진행되고 있을 때, 이들 프로세스 상호 간에 있어서 제어의 흐름을 정확하게 제어하는 방식을 의미한다.
즉, 동기제어를 통해 제1 성형판(120)이 소정 길이 이동하면, 제2 성형판(130)도 동시에 소정 길이 이동함으로써 제1 성형판(120) 및 제2 성형판(130)의 이격거리가 실질적으로 동일하게 유지된다.
다음으로 상술한 진공단열재 심재의 성형 장치를 통해 제조되는 진공단열재에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재에서 심재의 표면에 패턴이 형성된 모습을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 따른 진공단열재를 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 6 또는 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재(200)는 심재(210)의 외면상에 형성되는 패턴(211)을 통해 진공 포장시 포장재(220) 내부를 용이하게 진공 상태로 만들 수 있는 것으로서, 심재(210) 및 포장재(220)를 포함한다.
상기 심재(210)는 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치(100)에 의해 성형되는 것으로서, 외면상에 성형판(110)에 형성되는 패턴부(111)와 동일한 형상의 패턴(211)이 형성된다.
여기서, 심재(210)의 패턴(211)은 미관을 수려하게 하는 기능을 수행하는 것과 동시에 심재(210)의 외측으로 포장재(220)를 포장하는 포장 공정 중에서 포장재(220) 내부의 공기 제거율을 향상시킬 수 있게 한다.
이러한, 패턴(211)의 기능을 설명하기에 앞서, 성형 공정 이후의 진공단열재 제조를 위한 일련의 공정에 대하여 먼저 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 심재의 성형 장치(100)에 의해 심재(210)가 성형되면, 건조공정을 통해 수분을 제거한 후에 사용자의 요청에 따라 일정 규격으로 커팅(cutting)하는 커팅 공정을 수행한다.
또한, 상술한 커팅 공정에 의해 일정 규격으로 커팅된 심재(210)는 포장재(220) 내부에 수용되며 진공 펌프를 통해 포장재(220) 내부의 공기를 제거하여 포장재(220) 내부를 진공 상태로 만드는 진공포장공정이 수행된다.
또한, 상술한 진공포장공정 이후에 포장재(220)의 입구를 밀봉시키는 밀봉공정이 수행된다.
여기서, 포장재(220) 내부가 1mbar 이하의 진공도에 도달하기까지 공기가 배출되는 것이 바람직하고, 패턴(211)은 공기의 배출이 원할하게 이루어지도록 공기가 유동할 수 있는 유동 통로로써 기능하게 된다.
다시 설명하면, 상술한 진공포장공정을 통해 포장재(220) 내부의 공기를 배출시키는 경우, 포장재(220)의 입구에 근접한 영역에서부터 공기가 배출되며, 포장재(220)의 입구로부터 멀어질수록 공기의 배출이 어려워진다.
심재(200)에 패턴(211)이 없는 경우, 어느 정도 공기가 배출된 이후에는 포장재(220)의 입구에서부터 포장재(220)와 심재(210)가 밀착되어 공기가 배출될 수 있는 공간이 거의 형성되지 않아 포장내(220) 내의 공기를 완전히 배출하여 진공 상태로 만들기가 어렵다.
따라서, 패턴(211)이 없는 심재(200)를 포장재(220)로 포장하는 경우, 진공단열재의 표면에는 배출되지 않는 공기에 의한 표면 주름이 발생하는 문제가 있다.
그러나, 본 발명의 일실시예에 따르면 심재(210)의 외면상에 형성된 패턴(211)을 통해 공기가 유동할 수 있어 포장재(220)의 안쪽 공기도 원활하게 배출될 수 있도록 안내함으로써 포장재(220) 내의 공기를 최대한 배출시킬 수 있다.
상기 포장재(220)는 내부를 진공으로 형성하여 심재(210)를 수용하기 위한 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면 알루미늄 필름일 수 있다.
이와 달리, 포장재(220)는 수축포장필름 또는 부직포로 마련되어 심재(210)와 접촉하는 제1 포장재(미도시)와 수분, 공기와 같이 진공단열재의 단열효과를 저해하는 요소가 심재(210) 내부로 침투하는 것을 방지하도록 제1 포장재(미도시)를 감싸는 알루미늄 필름으로 마련되는 제2 포장재(미도시)를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 심재(210)와 포장재(220)의 결합관계에 대하여 다시 설명하면, 진공으로 형성되는 포장재(220) 내부에 심재(210)가 수용된 상태로 외부로 반출되면, 외부 기압과 포장재(220) 내부의 기압차로 인해 포장재(220)가 심재(210) 측으로 밀착하게 된다.
여기서, 심재(210)의 크기에 대응되게 포장재(220)의 크기를 마련하여 포장하는 것이 바람직하나, 커팅 공정 및 밀봉공정을 수행하는 동안 포장재(220)의 크기가 심재(210)의 크기보다 더 크게 마련되는 것이 일반적이며, 패턴(211)이 없는 경우에는 포장재(220)가 심재(210) 측으로 밀착시 심재(210)와 접촉하지 못하는 잔여부분이 진공단열재(200) 표면에 주름을 형성한다.
그러나, 심재(210)에 패턴(211)이 형성되면, 포장재(220)의 일부가 심재(210)의 패턴(210) 사이로 밀착하게 됨으로써 포장재(220)와 심재(210)의 접촉면적이 증가하여 포장재(220)가 심재(210)에 밀착시 잔여부분이 발생되는 것을 방지할 수 있어 진공단열재(200) 표면에 주름이 발생하는 것을 방지한다.
상술한 것처럼, 포장재(220)가 심재(210)에 밀착하는 밀착도가 향상되면 단열효과가 향상되어 제품의 성능을 향상시킬 수 있다.
하기 표는 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재(200)와 심재(210)의 표면에 패턴이 형성되지 않은 일반적인 제품의 성능을 비교한 표이다.
본원 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 종래의 진공단열재
포장재의 주름 높이(mm) 0.01 내지 0.5 1 내지 3
주름에 의한 공극 0.5 이내 1 내지 3
상기 표를 검토해보면, 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재의 경우 포장재(220)를 심재(210)에 밀착시킬 수 있음으로써 종래의 진공단열재보다 주름의 형성을 줄임으로써 주름에 의해 발생하는 공극을 최소화하여 주름을 통해 발생할 수 있는 열손실을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재에서 심재(210)의 표면에 패턴(211)을 형성함으로써 미관을 수려하게 함과 동시에 진공포장공정시 공기가 유동할 수 있는 유동로로 작용하게 되어 포장재(220) 내부의 진공도를 향상시켜 단열 효과를 향상시키고, 진공단열재 표면의 주름의 발생을 최소화하며, 포장재(220) 내부의 공기 배출시간을 단축함으로써 제조비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 진공단열재 심재의 성형 장치 110: 성형판
120: 제1성형판 130: 제2성형판
140: 성형틀 150: 가압부
200: 진공단열재 210: 심재
220: 포장재

Claims (17)

  1. 심재가 성형되는 성형공간을 형성하도록 서로 이격되어 마주보는 한 쌍으로 마련되는 성형판;
    상기 성형공간을 외부와 마감하는 성형틀;
    상기 한 쌍의 성형판 중 적어도 어느 하나를 가압하는 가압부;를 포함하며,
    상기 한 쌍의 성형판 중 적어도 어느 하나에는,
    상기 성형공간를 향하는 제1면에 마련되어 심재의 외면상에 패턴을 전사하는 패턴부; 및
    상기 제1면에서 상기 제1면의 반대면인 제2면을 향하는 두께방향을 따라 상기 성형판을 관통하는 배기공;이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배기공은 상기 제2면 측이 상기 제1면 측보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 성형판은 상기 제1면의 단면적이 상기 제2면의 단면적보다 크게 마련되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴부는 상기 제1면으로부터 돌출되는 돌출부 및 상기 제1면의 내측으로 함몰되는 함몰부가 반복적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 돌출부의 높이 또는 상기 함몰부의 깊이는 0.02 mm 내지 0.5 mm 로 마련되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 성형판은 상기 성형판에 심재원료가 부착되는 것을 방지하는 코팅부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제1면 측의 배기공은 직경이 0.2 mm 내지 3 mm 인 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제2면 측의 배기공은 직경이 2 mm 내지 10 mm 인 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 배기공은 상기 제1면으로부터 상기 제2면을 향하는 방향을 따라 직경이 증가하는 증가구간 및 직경이 일정하게 유지되는 유지구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 성형판은 1kgf/㎠ 내지 10kgf/㎠ 로 가압되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 배기공은 상기 성형판의 1 ㎡의 단위면적당 650개 내지 3300개가 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 배기공은 상기 성형판의 1 ㎡의 단위면적당 1200개 내지 1800개가 형성되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 성형틀의 상부는 개구되고,
    상기 성형판은,
    상기 성형틀의 상측에 마련되어 상하운동함으로써 상기 성형틀을 개방하거나 마감하는 제1 성형판; 및
    상기 성형틀이 개방된 상태에서 소정 간격 상승하고 상기 성형틀이 마감된 상태에서 소정 간격 상승하는 제2 성형판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 성형틀은 상기 제2 성형판을 마주보는 밑면이 상기 제2 성형판보다 크게 마련되는 것을 특징으로 하는 진공단열재 심재의 성형 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 진공단열재 심재의 성형 장치를 이용하여, 상기 성형판의 패턴부를 통해 외면상에 패턴이 형성된 심재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  16. 제 15항에 있어서,
    내부가 진공인 상태로 상기 심재를 수용하는 포장재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 포장재는 상기 심재의 포장시 상기 패턴을 통해 상기 포장재 내부의 공기를 유동시킴으로써 상기 심재의 외면상에 밀착되는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
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