KR20140101307A - 진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공단열재 패널에 용이하게 곡면을 형성할 수 있고, 이를 냉온 정수 장치에 적용하여 단열효과를 향상시킬 수 있는 진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치에 관한 것이며, 본 발명의 진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치는 원통형으로 마련되는 성형틀을 준비하는 성형틀 준비단계; 합성실리카 및 유기섬유를 이용하여 진공단열재 패널을 제조하는 진공단열재 패널 제조단계; 및 상기 진공단열재 패널이 상기 성형틀의 외주연을 감싸도록 상기 진공단열재 패널을 가압하여 상기 진공단열재 패널을 굽히는 굽힘 단계;를 포함하되, 상기 성형틀의 원주 길이는 상기 진공단열재 패널의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.

Description

진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치{METHOD FOR FORMING CURVED SURFACE OF VACUUM INSULATION PANEL AND APPARATUS FOR PURIFYING COLD AND HOT WATER USING VACUUM INSULATION PANEL FORMED CURVED SURFACE}

본 발명은 진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효과적으로 진공단열재를 굽힘으로써 곡면을 형성할 수 있고, 이를 냉온 정수 장치의 외면상에 장착함으로써 냉온 정수 장치의 단열효과를 향상시킬 수 있는 진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치에 관한 것이다.

최근 화석연료의 고갈 등에 의한 에너지 절약의 필요성 및 시급성에 대한 전세계적인 인식으로 확산되고 있으며, 환경보호에 대한 절실함도 글로벌 운동으로 확산되고 있는 실정이다.

이와 같은 에너지 절약과 환경보호라는 전세계적인 흐름에 맞추어 건축물 및 보온기 등 에너지를 사용하는 곳에 단열재를 사용함으로써 에너지 절약과 환경 보호를 위한 다양한 연구를 수행하고 있다.

수돗물 등의 원수를 필터를 통해 정수를 형성하고, 이러한 정수를 냉각 또는 가열하여 냉수와 온수로 토출시킬 수 있는 냉온 정수 장치에서도 진공단열재를 이용하고자 하는 연구가 수행되고 있었는바, 일본 공개특허공보 제2006-64089호에는 심재와 가스배리어성 라미네이트 필름으로 제조되는 단열부재로서, 라미네이트 필름의 내부를 감압하는 진공단열재를 비금속 커버와 적외선 투과성을 가지는 수지와 금속판을 겹친 커버로 피복하고, 금속판과 진공단열재 사이에 무기섬유를 비금속커버의 적층방향에 평행하게 섬유를 배향하는 단열부재를 반원형의 형태로 제작하는 기술이 기재되어 있다.

또한, 한국 공개특허공보 제1999-0072618호에는 1개 이상의 보호피복진공층의 내부에 단열재를 포함하도록 한 진공단열재의 하나의 표면에 단열재 두께의 40~95%에 대응하는 깊이의 절개부를 형성하여 곡면으로 성형할 수 있도록 함으로써 곡면을 형성하고, 특히 파이프의 단열방법에 사용할 수 있는 진공단열재에 대한 내용이 기재되어 있다.

여기서, 일본 공개특허공보 제2000-249290호에는 전기 순간 온수기용 단열재로서 사용가능한 진공단열재에 대한 발명이 개시되어 있으며, 특히 단열재 심재의 편면 또는 양면 단부에 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일본 등록특허공보 제4591026호는 전기 순간 온수기용 진공단열재에 대한 발명이 개시되어 있으며, 특히 심재에 흡착제를 통해 설치한 돌출부를 이용하여 스토퍼(stopper) 효과를 얻는 것과 동시에 진공단열재를 전기 순간 온수기 내부에 적용시킬 때 원통 형상화의 작업성을 향상시킨 것을 특징으로 한다.

상술한, 종래의 기술에 의하여 냉온 정수 장치의 외부 곡면을 진공단열재를 통해 단열할 경우, 진공단열재에서 절개부 또는 홈이 형성된 부위가 파괴되기 쉽거나 곡면을 형성하기 위하여 돌출부를 추가설치해야 한다는 점에서 진공단열재의 제조비용이 증가하는 등의 제조비용상의 문제점이 지적된다.

이와 같은 최근 가전 제품의 소비효율 등급 규제가 강화되어 등급개선에 대한 필요성이 증가하는데 비해, 종래의 기술에 의한 글래스울(또는 파이버 글래스) 타입의 진공단열재로는 다양한 형상의 냉온수 탱크 등에 적합한 형상으로 제작이 불가능하여 소비효율 개선에 한계가 있다는 문제점도 지적된다.

1. 일본 공개특허공보 제2006-64089호 (2006.03.09) 2. 한국 공개특허공보 제1999-0072618호 (1999.09.27) 3. 일본 공개특허공보 제2000-249290호 (2000.09.12) 4. 일본 등록특허공보 제4591026호 (2006.04.20)

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 진공단열재의 표면에 절개부나 금속부를 형성하지 않고도 곡면을 형성할 수 있는 진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명에 따라 곡면이 형성된 진공단열재를 이용함으로써 냉온 정수 장치와 같은 가전용, 공업용 냉온수 탱크의 곡면에 진공단열재를 효율적으로 부착시킬 수 있는 단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 원통형으로 마련되는 성형틀을 준비하는 성형틀 준비단계; 합성실리카 및 유기섬유를 이용하여 진공단열재 패널을 제조하는 진공단열재 패널 제조단계; 및 상기 진공단열재 패널이 상기 성형틀의 외주연을 감싸도록 상기 진공단열재 패널을 가압하여 상기 진공단열재 패널을 굽히는 굽힘 단계;를 포함하되, 상기 성형틀의 원주 길이는 상기 진공단열재 패널의 길이보다 짧은 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 진공단열재 패널 제조단계는, 합성실리카 및 유기섬유를 포함하는 진공단열재 심재를 제조하는 심재 제조단계; 상기 진공단열재 심재의 외면을 열수축 필름으로 랩핑(wrapping)하는 랩팽단계; 상기 열수축 필름이 랩핑된 진공단열재 심재를 진공포장하는 진공포장단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 심재 제조단계에서, 상기 합성실리카는 BET 비표면적이 40 ㎡/g 내지 400 ㎡/g 이고 평균입자 크기가 5 ㎚ 내지 50 ㎚(단위가 이상함)으로 마련되며, 상기 유기섬유는 직경이 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 이고, 길이가 6 ㎜ 내지 40 ㎜으로 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 심재 제조단계에서, 상기 유기섬유는 상기 진공단열재 심재 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 내지 10 중량부로 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형틀 준비단계에서, 상기 성형틀의 원주 길이는 상기 진공단열재 패널 길이의 0.5배 내지 0.8배인 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형틀 준비단계에서, 상기 성형틀의 재질은 목재 또는 금속 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 굽힘 단계는 상기 진공단열재 패널을 10 ㎏/㎡ 내지 15 ㎏/㎡ 의 압력 조건 및 20 °C 내지 30 °C의 온도 조건에서 40초 내지 120초 동안 가압하여 상기 진공단열재 패널에 곡면을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 굽힘 단계에서, 상기 진공단열재 패널은 길이방향을 따라 상기 성형틀을 감싸는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 냉온수 탱크; 상기 냉온수 탱크의 외면상에 장착되며, 상술한 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법으로부터 제조된 진공단열재 패널;을 포함하는 냉온 정수 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 진공단열재 패널과 상기 냉온수 탱크 사이에 구비되며, 상기 진공단열재 패널의 온도를 감소시키거나 또는 상기 진공단열재 패널과 상기 냉온수 탱크 사이의 기밀성을 향상시키는 보호재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉온수 탱크와 상기 진공단열재 패널이 밀착되도록 상기 진공단열재 패널의 양단부를 체결하는 체결부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 종래의 기술과 같이 금속 피복층을 사용하거나 진공단열재의 일 표면을 과격하게 절개하지 아니하면서 효율적으로 곡면을 형성할 수 있는 진공단열재의 곡면 형성 방법 및 곡면이 형성된 진공단열재를 이용한 냉온 정수 장치가 제공된다.

또한, 진공단열재는 냉온 저장 장치의 외곽 형상에 알맞은 곡면을 형성됨으로써 복사열, 전도열 등에 의한 냉온 저장 장치의 열손실을 최소화할 수 있다.

또한, 냉온 저장 장치의 열손실을 최소화함으로써 종래의 제품보다 소비전력을 현저히 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법을 개략적으로 도시한 순서도이고,
도 2는 도 1에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법에서 사용되는 성형틀 및 진공단열재 패널을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 1에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법에서 굽힘단계를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 1에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법에서 굽힘단계를 통해 곡면이 형성된 진공단열재 패널을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉온 정수 장치에서 냉온수 탱크를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 6은 도 1에 따른 냉온 정수 장치에서 냉온수 탱크 상에 곡면이 형성된 진공단열재 패널을 장착한 후 체결부재를 통해 체결한 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 7은 도 1에 따른 냉온 정수 장치에서 단열재 캡을 통해 냉온수 탱크와 곡면이 형성된 진공단열재 패널을 밀착시킨 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

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 패널의 곡면 형성 방법(S100)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법을 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법에서 사용되는 성형틀 및 진공단열재 패널을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법(S100)은 진공단열재 패널에 효율적으로 곡면을 형성할 수 있는 것으로서, 성형틀 준비단계(S110)와 진공단열재 패널 제조단계(S120)와 굽힘 단계(S130)를 포함한다.

상기 성형틀 준비단계(S110)는 원통형의 성형틀(10)을 준비하는 단계이다.

본 발명의 일실시예에서 성형틀(10)의 원주길이 2πR(여기서 R은 성형틀의 반지름을 나타낸다)은 진공단열재 패널(20)의 길이 L보다는 짧되, 상기 진공단열재 패널(20)의 길이 L의 0.5 배 내지 0.8배인 것이 바람직하다.

여기서, 성형틀(10)의 원주길이 2πR이 진공단열재 패널(20)의 길이 L에 비해 0.5배 미만으로 마련되는 경우에는 지름이 진공단열재 패널(20)의 길이 L에 비해 현저히 짧은 성형틀(10)의 외주연과 실질적으로 동일한 곡면을 형성하기 위해 진공단열재 패널(20)에 과도한 물리적 외압을 가하게 됨으로써 진공단열재 패널(20)이 파손될 염려가 있다. 여기서, 상기 성형틀(10)의 "외주연"은 상기 성형틀(10)이 상기 진공단열재 패널(20)과 접촉하면서 일정한 곡률을 갖는 곡면을 의미한다.

또한, 성형틀(110)의 원주길이 2πR이 진공단열재 패널(20)의 길이 L에 비해 0.8배 초과되게 마련되는 경우에는 성형틀(10)을 통해 형성된 진공단열재 패널(20)은 그 값이 큰 곡률반경을 갖는 곡면을 가지므로 진공단열재 패널(20)을 냉온 저장 장치(100)에 적용하기에는 어려움이 있다.

다만, 성형틀(110)의 원주길이 2πR와 진공단열재 패널(20)의 길이 L 사이의 상관관계는 곡면이 형성된 진공단열재 패널(20)이 적용되는 분야 등에 따라 달리 설정될 수 있으나, 냉온 정수 장치(100)에 이용되는 경우에는 성형틀(10)의 원주길이 2πR이 진공단열재 패널(20)의 길이의 0.5배 내지 0.8배인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일실시예에서 성형틀(10)의 재질은 목재 또는 그에 상당하는 경도의 재질로 선택되는 것이 바람직하다.

특히, 진공단열재 패널(20)에 곡면을 형성하기 위해서 성형틀(10)은 진공단열재 패널(20)의 포장재 면과 접촉하게 되며, 이때, 성형틀(10)은 진공단열재 패널(20)의 포장재를 손상시키지 않고 진공단열재 패널(20)에 곡면을 형성하기 위해 가해지는 외력을 지지할 수 있어야 한다.

이러한 목적을 위해, 성형틀(10)의 재질은 목재 또는 금속재에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 목재가 사용될 수 있다.

상기 진공단열재 패널 제조단계(S120)는 합성실리카 및 유기섬유를 이용하여 진공단열재 패널을 제조하는 단계로서, 심재 제조단계(S121)와 랩핑단계(S122)와 진공포장단계(S123)을 포함한다.

상기 심재 제조단계(S121)는 합성 실리카를 포함하는 분말 혼합물 및 유기섬유를 이용하여 진공단열재 심재를 제조하는 단계이다.

본 발명의 일실시예에서 심재 제조단계(S121)는 분말 혼합물에 유기섬유를 배합하여 사용한다는데 특징이 있다. 종래에는 진공단열재용 보강 섬유로서 무기섬유인 유리섬유와 세라믹섬유를 주로 이용하고 두 무기섬유는 내부 심재의 주재료인 합성 실리카와 유사 성분으로 만들어짐에 따라 혼합이 잘 되지만, 두 섬유는 혼합시 기계적 강도의 보강 효과는 크지 않으며, 비중이 유리섬유 2.5, 세라믹섬유 3.0으로 높고, 열전도도가 높은 단점이 있다. 기존 진공단열재의 내부 심재에 보강섬유로서 유기섬유를 이용하는 경우, 심재의 압축시에 결합력이 없어서 쉽게 분리되고 보강효과가 낮은 것으로 간주되었고, 또한 유기섬유는 진공중에서 가스를 발생시켜 진공단열재의 내부 압력을 높이는 문제가 있는 것으로 알려져 있었으나, 본 발명의 발명자들은 무기섬유의 높은 비중의 개선을 위하여 낮은 비중을 갖는 유기섬유를 보강섬유로서 이용하는 것을 착안하였으며, 유기섬유와 합성실리카가 쉽게 이탈하는 것을 방지하도록 유기섬유와 합성실리카의 섬유길이를 혼합 가능한 범위에서 늘려, 유기섬유와 합성실리카 간의 마찰력을 최대화시켰다.

그 결과 휘어진 유기섬유의 굴곡부에서 합성실리카와의 마찰력이 효율적으로 작용하여 무기섬유의 약한 결합효과보다 우수한 내부 심재의 기계적 강도가 향상되는 효과를 찾아냈다. 유기섬유는 진공단열재의 내부 심재에서 합성실리카와 결합효과는 거의 없으나 섬유 간의 마찰력과 섬유의 굴곡부에서 발생하는 합성실리카와의 마찰력이 기존 섬유보다 더 큰 강도 보강 효과를 발휘한다.

한편, 상기와 같은 효과는 유기섬유가 무기섬유보다 비중은 낮지만 직경이 크기 때문에 단순히 더 많은 섬유 수를 넣는 것만으로는 구현되지 않으며, 합성실리카와 유기섬유의 안정적인 결합상태를 유지하기 위한 방법을 찾았기에 구현 가능하였다. 유기섬유의 일례로서, PP(polypropylene, 폴리프로필렌)섬유는 유리섬유의 1/3의 비중을 가지고 있지만 직경은 4배여서 동량에서 혼합한 수량은 더 적으며, 인장 강도는 1/3에 불과하다. 하지만 길이와 혼합방법에서 합성실리카의 굴곡강도 보강효과는 2배 이상을 나타냈다. 이는 PP섬유의 탁월한 내부 심재 섬유보강효과를 보여준다.

또한 유기섬유의 가장 큰 특징은 무기섬유에 비하여 유연성이 크다는 점이다. 무기섬유에 비하여 연신성이 우수한 유기섬유를 일정길이 일정량으로 단열재 주성분으로서 실리카와 같이 혼합하여 포함하는 경우 물리적 외압에 의해 굴곡될 수 있는 진공단열재의 제조가 가능하게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 심재 제조단계(S121)에서의 특징적인 기술사상은 5 ㎚ ~ 50㎚의 평균 입자크기를 갖는 합성실리카를 포함하는 분말 혼합물과 6 ㎜ ~ 40㎜로 절단된 유기섬유가 상기 분말 혼합물 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 10 중량부 포함된 섬유 혼합물을 배합하는 것이다.

또한, 합성실리카는 질소 분자 흡수를 기반으로 하는 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 측정방법에 따른 BET 비표면적이 40㎡/g ~ 400㎡/g이고 평균입자 크기가 5㎚ ~ 50㎚으로 마련될 수 있고, 유기섬유는 직경 1㎛ ~ 100㎛, 길이 6㎜ ~ 40㎜으로 마련될 수 있다.

여기서, 합성실리카의 BET 비표면적이 40㎡/g이하가 되면 단열성이 떨어지고, BET 비표면적이 40㎡/g이상이 되면 너무 미세하여 심재의 제조가 어려워진다. 더 나아가, 평균입자 크기가 5㎚이하가 되면 부피가 너무 커져서 취급이 어려워 질 수 있으며, 평균입자 크기가 50㎚이상이 되면 압축시 충분한 단열효과를 얻을 수 없다.

한편, 합성실리카에는 기상반응으로 제조될 수 있는 흄드실리카, 액상반응으로 제조될 수 있는 침전실리카, 콜로이드 실리카, 에어로겔, 실리카졸 등이 사용될 수 있다. 여기서, 제조 단가가 저렴하고 비표면적이 우수한 흄드실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 진공단열재의 내부 심재 제조는 순수 합성실리카 분말만을 사용해서 제조할 수 있으나 단열성을 향상시킬 수 있도록 합성실리카 이외에도 알루미나, 산화티탄, 탄화규소, 흑연 등의 분말을 혼합할 수 있다. 다만, 바람직한 내부 심재용 분말 혼합물 중 합성실리카 함량을 70% 이상으로 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 복사열을 차단하기 위해 적외선 불투명화재를 합성실리카와 혼합시키는 것이 바람직하다. 내부 심재에 사용되는 적외선 불투명화재로 산화티탄, 카본블랙, 활석, 탄화규소, 산화철, 산화지르코늄, 흑연 등을 사용할 수 있다. 이들, 불투명화재는 15°~ 40°의 물체에서 방출되는 원적외선을 반 이상 반사 또는 흡수함으로써 복사에 의한 열전달을 차단할 수 있는 기능을 가진다. 여기서, 불투명화재는 내부 심재 100 중량부 당 5 ~ 30 중량부를 차지하는 것이 바람직하며, 불투명화재를 구성하는 성분들의 평균 입자크기는 1㎛ ~ 90㎛로 마련되는 것이 바람직하다.

한편, 유기섬유는 직경 1㎛ ~ 100㎛로 마련되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10㎛ ~ 40㎛로 마련될 수 있다. 다발로 생산되는 유기섬유의 생산 방식을 고려하여 직경이 1㎛이하로 마련되면 이를 분산시키는데 많은 시간이 소요될 수 있으며, 직경이 100㎛이상으로 마련되면 효율적으로 휘어지지 않으며 단위 면적당 섬유수가 적어 섬유보강 효과가 현저히 떨어질 수 있다.

또한, 유기섬유는 길이 6㎜ ~ 40㎜로 절단되는 것이 바람직하며, 다양한 길이로 절단된 유기섬유를 사용하는 것보다는 일정한 길이로 절단된 유기섬유를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 유기섬유가 6㎜이하로 마련되면 섬유 보강 효과가 현저히 떨어질 수 있으며, 40㎜이상으로 마련되면 유기섬유 사이에 부분 뭉침 현상이 발생하여 분말과의 균질한 혼합을 기대하기 어려울 수 있다.

여기서, 유기섬유는 진비중 1.4 이하의 유기섬유가 사용될 수 있으며, 더 자세히는 PE(polyethylen, 폴리에틸렌), PP(polypropylene, 폴리프로필렌), 나일론(Nylon), PVA(polyvinyl alcohol,폴리비닐알코올), PAN(poluacrylonitrile, 폴리아크리로니이트릴), PET(polyehylene terephthalate, 폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 유기섬유가 사용될 수 있다. 내부 심재의 섬유보강을 위해서 유기섬유만을 사용하는 것이 바람직하나 유기섬유에 고비중의 탄소섬유 및/또는 유리섬유를 혼합할 수 있다. 이러한 경우에도 주된 섬유 보강 효과는 유기섬유에 의해 발생된다.

또한, 유기섬유의 혼합물의 함량은 합성실리카 포함 분말 혼합물 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 10 중량부로 함이 바람직하다. 유기섬유 함량이 너무 높아지면 진공단열재(130)의 경시변화를 가속하여 단열성능을 떨어뜨린다.

합성실리카 포함 분말 혼합물과 유기섬유 포함 섬유 혼합물의 배합은 분말 혼합물과 섬유 혼합물를 믹서에서 일정 배합비로 균질 배합하는 것이 바람직하다. 다른 방법으로 합성실리카 포함 분말 혼합물과 유기섬유 포함 섬유 혼합물을 각각의 층으로 적층하여 만드는 것도 가능하나 동일 유기섬유 사용량 대비 기계적 강도 향상 효과가 균질 배합보다 좋지 않을 수 있다.

합성실리카 포함 분말 혼합물과 유기섬유 포함 섬유 혼합물로 진공단열재의 내부 심재를 만드는 제조공정은 여러 단계를 거쳐 이루어진다. 여기서 각 단계의 배치 순서에 따라 다양한 제조공정이 가능하다. 그러나 그 결과물은 유사한 물성을 가진다.

가장 용이한 제조과정은 합성실리카 포함 분말 혼합물과 유기섬유 포함 섬유 혼합물을 개별적으로 건조하는 단계; 건조된 분말 혼합물과 섬유 혼합물을 일정비로 배합하는 단계; 배합물을 압축하는 단계로 이루어진다.

합성실리카 포함 분말 혼합물의 건조는 수분을 증발시키는 목적으로 상압에서 100 ~ 150℃ 건조가 바람직하다. 유기섬유 포함 섬유 혼합물의 건조는 섬유의 내열 온도에 따라 건조방식이 다르다. Nylon 섬유는 내열온도가 1120℃를 넘으니 100 ~ 140℃의 상압 건조가 바람직하나, 낮은 내열온도를 갖는 PP 섬유 건조는 이보다 낮은 70 ~ 80℃에서 저압 건조시키는 것이 좋다. 유기섬유는 섬유의 연화온도 보다 10 ~ 20℃ 낮은 온도에서 건조시키는 것이 좋다. 합성실리카 포함 분말 혼합물과 유기섬유 포함 섬유 혼합물의 배합은 리본믹서, 니다-기, Nauta-믹서, 블래이드 믹서 등의 분말 혼합기의 사용이 가능하다. 고르게 잘 섞인 배합물은 프레스로 압축하게 되는데, 이때 내부 심재의 밀도를 조절한다. 내부 심재의 밀도는 기계적 강도와 완제품의 단열성에 크게 영향을 주는 중요한 인자로 밀도 0.12 ~ 0.35g/㎤에서 압축하는 것이 바람직하다. 프레스는 단동식 프레스와 롤러식 프레스 모두로 제작이 가능하다.

다른 내부 심재의 제조과정으로는 합성실리카 포함 분말 혼합물과 유기섬유 포함 섬유 혼합물을 배합하는 단계; 배합물의 수분을 건조하는 단계; 건조된 배합물을 압축하는 단계가 가능하다.

또 다른 내부 심재 제조과정으로는 합성실리카 포함 분말 혼합물과 유기섬유 포함 섬유 혼합물을 배합하는 단계; 배합물을 압축하는 단계; 압축된 배합물을 건조하는 단계가 가능하다.

상기 랩핑(wrapping) 단계(S122)는 상술한 심재 제조단계(S121)를 통해 제조된 진공단열재 심재의 6면을 랩핑(wrapping)하는 단계이다. 여기서, 열 수축필름 또는 투습저항을 가진 필름을 사용하여 진공단열재 심재의 6면을 랩핑할 수 있다. 더 자세히 설명하면, 열수축필름은 PE(polyethylene), LLDPE(linear low-density polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylene terephthalate) 등에서 선택될 수 있고 투습저항을 가진 필름은 투습도가 24시간당 30 g/㎡ 이하 또는 투습계수가 0.28 g/㎡·h·㎜Hg 이하인 것으로 선택할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 랩핑(wrapping) 단계(S122)에서 랩핑(wrapping) 포장은 1회 또는 2회 실시하며. PE 필름포장은 실리카 단열재 성형체를 PE 필름으로 감싸주고 열접착으로 씰링 처리하며, LLDPE 등의 수축필름 포장은 실리카 단열재 성형체를 LLDPE 등의 수축필름으로 감싸주고 수축포장기를 이용하여 수축포장한다.

여기서, PE, LLDPE, PP, PVC, PET 중에서 선택되는 열수축필름으로 6면 랩핑 포장하여 휨강도 및 내흡습성, 경량성 등의 물성 개선을 가능하게 하였다. 또한, 투습 저항을 가진 필름을 사용시에는 건축물의 에너지 절약 설계 기준에 방습층 기준을 만족하고 건물 내벽에 단열재 시공시 방습필름을 설치하는 공정을 생략함으로써, 공사 현장 적용시 시공 기간 단축 및 인건비 절감효과를 가져올 수 있게 하였다.

상기 진공포장단계(S123)는 랩핑(wrapping)된 진공단열재 심재를 진공포장하는 단계이다. 여기서, 진공포장은 나일론, PET, PP, 알루미늄 다층 필름 등이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 진공단열재 패널 제조단계(S120)를 통해 제조된 진공단열재는 굴곡강도가 무기섬유로 구성된 진공단열재의 굴곡강도에 비하여 월등히 우수함을 알 수 있다. 시험결과를 실시예 1로 나타내었다.

휨강도(굴곡강도)는 KS M 3808 에 의거하여 측정하였으며, 다음 식 1을 통하여 계산하였다.

W : 최대하중(N)

ℓ : 지점간 거리(㎝)

b : 시험편 나비(㎝)

h : 시험편 두께(㎝)

이와 같이 굴곡 형성이 용이한 진공단열재를 냉온 정수 장치 등에 적용함에 따라 단열성능을 개선 시킬 수 있다.

도 3은 도 1에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법에서 굽힘단계를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 1에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법에서 굽힘단계를 통해 곡면이 형성된 진공단열재 패널을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3 또는 도 4를 참조하면, 상기 굽힘단계(S130)는 진공단열재 패널(20)이 성형틀(10)의 외주연을 감싸도록 진공단열재 패널(20)을 가압하여 진공단열재 패널(20)을 굽히는 단계, 즉, 진공단열재 패널(20)에 곡면을 형성하는 단계이다.

즉, 진공단열재 패널(20)에 곡면을 형성하기 위한 수단인 성형틀(10)의 외부에 진공단열재 패널(20)을 거치하고, 진공단열재 패널(20)이 성형틀(10)의 외면을 감싸도록 물리적으로 가압한다.

본 발명의 일실시예에 따른 굽힘단계(S130)은 진공단열재 패널(20)에 곡면을 형성하도록 성형틀(10)의 외면을 감싼 진공단열재 패널(20)의 외측으로부터 10 ㎏/㎡ 내지 15 ㎏/㎡ 의 압력을 20 °C 내지 30 °C의 온도 범위 내에서 40초 내지 120초 동안 가압한다.

여기서, 진공단열재 패널(20)에 곡면을 형성하기 위해 10 ㎏/㎡ 내지 15 ㎏/㎡ 의 압력을 가하게 되며, 10 ㎏/㎡보다 작은 크기의 압력을 가하면 진공단열재 패널(20)에 곡면을 형성하기가 용이치 않고 15 ㎏/㎡보다 큰 크기의 압력을 가하면 진공단열재 패널(20)의 진공이 파열될 위험성이 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 굽힘단계(S130)를 통해 형성된 진공단열재 패널(20)의 곡면은 호의 형상을 가지며, 중심각의 범위가 120° 내지 270°로 마련될 수 있다.

한편, 이러한 결과는 성형틀(10)의 원주길이 2πR이 진공단열재 패널(20)의 길이 L의 0.5 배 내지 0.8배로 마련되기 때문이다.

여기서, 중심각의 범위가 120°이하로 마련되면 진공단열재 패널(20)의 곡면의 굴곡이 냉온 저장 장치(100)에 적용하기에 용이치 않고, 중심각의 범위가 270°이상으로 마련되면 곡면의 굴곡으로 인해 진공단열재 패널(20)의 포장재가 손상될 위험이 있다.

다음으로 본 발명의 일실시예에 따른 냉온 저장 장치(100)에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 냉온 정수 장치에서 냉온수 탱크를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 냉온 저장 장치(100)는 상술한 일실시예에 따른 진공단열재 패널의 곡면 형성방법(S100)을 통해 곡면이 형성된 진공단열재 패널(20)을 외면상에 장착하여 단열효과를 향상시킨 것으로, 냉온수 탱크(110)와 진공단열재 패널(20)을 포함한다.

상기 냉온수 탱크(110)는 냉온 저장 장치(100)에 사용되어 정수되고 가열 또는 냉각되는 원수를 저장하는 것이다. 여기서, 냉온수 탱크(110)는 종래의 알려진 냉온수 탱크를 채택하여 사용할 수 있다.

상기 진공단열재 패널(20)은 곡면이 형성되어 냉온수 탱크(110)의 외면상에 장착되는 것으로서, 냉온수 탱크(110)를 외부와 단열시키는 것이다.

여기서, 곡면이 형성된 진공단열재 패널(20)과 냉온수 탱크(110) 사이에 진공단열재 패널(20)의 표면 온도를 낮추거나 기밀성을 확보하기 위해 보호재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 냉온수 탱크(110)는 내부에 저장되는 내용물(원수)에 의해 표면온도가 높거나 낮아져 진공단열재 포장재를 손상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서는 냉온수 탱크(110)와 곡면이 형성된 진공단열재 패널(20) 사이에 보호재(미도시)를 개재함으로써 진공단열재 패널(20)의 표면온도를 낮추어 진공단열재 포장재를 손상시키지 않으면서 진공단열재 패널(20)을 냉온 정수 장치(100)에 적용시킬 수 있다. 또한, 보호재(미도시)를 통해 냉온수 탱크(110)와 곡면이 형성된 진공단열재 패널(20) 사이에 발생가능한 공간, 예컨대 틈을 최소화하여 기밀성을 확보할 수 있다.

도 6은 도 1에 따른 냉온 정수 장치에서 냉온수 탱크 상에 곡면이 형성된 진공단열재 패널을 장착한 후 체결부재를 통해 체결한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 냉온수 탱크(110)와 진공단열재 패널(20)이 밀착되도록 진공단열재 패널(20)의 양단부를 체결부재(130)를 통해 체결시킬 수 있다. 여기서, 체결부재(130)로는 타이가 이용될 수 있으며, 바람직하게는 케이블 타이를 사용할 수 있다. 여기서, 체결부재(130)를 통해 진공단열재 패널(20)의 양단부를 체결하는 경우, 체결부재(130)가 진공단열재 패널(20)을 손상시키지 않도록 진공단열재 외피 보호재를 덧댄 상태에서 체결부재(130)를 사용할 수 있다.

도 7은 도 1에 따른 냉온 정수 장치에서 단열재 캡을 통해 냉온수 탱크와 곡면이 형성된 진공단열재 패널을 밀착시킨 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 곡면이 형성된 진공단열재 패널(20)을 냉온수 탱크(110)의 외면에 거치한 후, 진공단열재 패널(20)과 냉온수 탱크(110)를 밀착시킨 상태에서 상하측에 단열재 캡(140)을 장착함으로써 진공단열재 패널(20)과 냉온수 탱크(110)를 밀착시킬 수 있다.

또한, 진공단열재 패널(20)과 냉온수 탱크(110)를 밀착시키기 위해 접착제를 추가적으로 이용할 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.

S100: 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법
S110: 성형틀 준비단계 S120: 진공단열재 패널 제조단계
S130: 굽힘단계
10: 성형틀 20: 진공단열재 패널
100: 냉온 정수 장치 110: 냉온수 탱크
130: 체결부재 140: 단열재 캡

Claims (12)

1. 원통형으로 마련되는 성형틀을 준비하는 성형틀 준비단계;
   합성실리카 및 유기섬유를 이용하여 진공단열재 패널을 제조하는 진공단열재 패널 제조단계; 및
   상기 진공단열재 패널이 상기 성형틀의 외주연을 감싸도록 상기 진공단열재 패널을 가압하여 상기 진공단열재 패널을 굽히는 굽힘 단계;를 포함하되,
   상기 성형틀의 원주 길이는 상기 진공단열재 패널의 길이보다 짧은 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 진공단열재 패널 제조단계는,
   합성실리카 및 유기섬유를 포함하는 진공단열재 심재를 제조하는 심재 제조단계;
   상기 진공단열재 심재의 외면을 열수축 필름으로 랩핑(wrapping)하는 랩팽단계; 및
   상기 열수축 필름으로 랩핑된 진공단열재 심재를 진공포장하는 진공포장단계;를 포함하는 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 심재 제조단계에서,
   상기 합성실리카는 BET 비표면적이 40 ㎡/g 내지 400 ㎡/g 이고 평균입자 크기가 5 ㎚ 내지 50 ㎚으로 마련되며,
   상기 유기섬유는 직경이 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 이고, 길이가 6 ㎜ 내지 40 ㎜으로 마련되는 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 심재 제조단계에서,
   상기 유기섬유는 상기 진공단열재 심재 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 내지 10 중량부로 구비되는 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 성형틀의 원주 길이는 상기 진공단열재 패널 길이의 0.5배 내지 0.8배인 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 성형틀의 재질은 목재 또는 금속 중 적어도 어느 하나인 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 굽힘 단계는 상기 진공단열재 패널을 10 ㎏/㎡ 내지 15 ㎏/㎡ 의 압력 조건 및 20 °C 내지 30 °C의 온도 조건에서 40초 내지 120초 동안 가압하여 상기 진공단열재 패널에 곡면을 형성하는 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 굽힙 단계를 통해 제조된 진공단열재 패널의 곡면은 상기 진공단열재 패널의 곡면이 형성하는 가상원의 중심을 기준으로 120°내지 270°의 중심각을 형성하는 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 굽힘 단계에서,
   상기 진공단열재 패널은 길이방향을 따라 상기 성형틀을 감싸는 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법.
10. 냉온수 탱크;
    상기 냉온수 탱크의 외면상에 장착되며, 상술한 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 진공단열재 패널의 곡면 형성 방법으로부터 제조된 진공단열재 패널;을 포함하는 냉온 정수 장치.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 진공단열재 패널과 상기 냉온수 탱크 사이에 구비되며, 상기 진공단열재 패널의 온도를 감소시키거나 또는 상기 진공단열재 패널과 상기 냉온수 탱크 사이의 기밀성을 향상시키는 보호재;를 더 포함하는 냉온 정수 장치.
12. 제 10항에 있어서,
    상기 냉온수 탱크와 상기 진공단열재 패널이 밀착되도록 상기 진공단열재 패널의 양단부를 체결하는 체결부재;를 더 포함하는 냉온 정수 장치.

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