KR20150061282A - 비등법에 의한 다공성 세라믹 단열재를 제조하는데 유용한 이동식 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비등법에 의한 다공성 세라믹 단열재 제조 공정에서 유용하게 활용할 수 있는 이동식 용기를 제작하는 방법에 관한 것으로 마이크로파 분위기에서 사용할 수 있는 제한된 재질 중에서 가급적 저렴하고 편리한 재질을 사용하여 용기를 제작하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의해 제작된 용기는 마이크로파 분위기에서 매우 안정적이고 수십회 이상의 반복사용을 거쳐도 변형이 되지않고 안전하게 사용이 가능한 장점이 있다.
또한 용기의 제작에 소요되는 비용도 최소화하여 생산에 투입되는 비용도 절감할 수 있으며, 작업자의 편리성을 최대한 고려하여 제작되었기 때문에 생산성을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
그리고 화학적 안정성도 매우 뛰어나기 때문에 다양한 세라믹 무기소재 원료를 적용할 수 있기 때문에 제품의 다양화를 추구할 수도 있는 등 다양한 효과를 더 거둘 수 있다.

Description

비등법에 의한 다공성 세라믹 단열재를 제조하는데 유용한 이동식 용기{The useful movable container for producing the porous ceramic thermal insulator by boiling method}

본 발명은 비등법(boiling법)에 의해 다공성 세라믹 단열재를 제조하는데 있어 에너지 절감을 위해 기존의 가열방식에 비해 효율이 높은 급속 가열방식 즉, 마이크로파에 의한 가열방식을 적용할 때 유용하게 활용할 수 있는 특수 이동식 용기에 관한 것이다.

세라믹 소재를 단열재로 활용하기 위하여 많은 기술들이 개발되어 있으나 대부분의 경우 다공성을 발현시키기 위하여 발포 후 소성을 거쳐 다공성 세라믹 단열재를 만드는 방식과 세라믹 소재를 용융시키며 산화제나 가스 등을 첨가하여 발포시킨 후 냉각시키는 방식 등이 대부분이다. 그러나 이러한 방식은 설비 투자 규모도 크고 특히 생산공정상에서 에너지 비용도 많이 소요되어 자연적으로 제품의 가격이 매우 고가일 수 밖에 없는 한계를 가지고 있기 때문에 산업계에서 폭넓게 활용할 수 있는 저렴한 단열재로서의 위치를 정착시키지 못하고 있는 것이 현실이다.

그러나 세계적으로 추진되고 있는 에너지 절감 정책과 친환경 소재를 적극 채용한 제품의 생산 등 이른바 그린테크놀러지에 관한 다양한 기술 및 제품 개발요소중 비교적 높은 비중을 차지하고 있는 단열소재에 관한 것으로 저렴한 가격의 친환경 소재에 의한 단열재 개발 요구가 점등되고 있는 현실이다.

따라서 다공성 세라믹 단열제품은 친환경적이며 동시에 내열 및 불연재로서 화재시에도 그 안전성이 확보될 수 있다는 우수한 장점이 있기 때문에 기존 제조 공정상의 문제점을 개선하고 생산단가를 줄이며, 다양한 용도에 활용될 수 있는 제품이 개발된다면 기존의 유기소재 단열재를 대체할 수 있는 대안으로서의 가치를 충분히 발휘할 수 있어 선진 각국 및 많은 기업체에서 기술개발에 총력을 기울이고 있는 실정이다.

전술한 문제점 들을 해결하기 위한 하나의 수단으로서 선출원 제10-2011-0098207(2001.09.28)과 10-2011-0112585(2011.10.31) 및 10-2013-0135956(2013.11.10) 통하여 보일링법(비등법)에 의한 단열제품의 생산방법을 이미 특허출원한 바 있다.

그러나 선출원에서 제시된 마이크로파에 의한 비등법은 에너지 효율이 높은 마이크로파를 활용하고 동시에 저온에서 끓이는 방식을 활용하기 때문에 생산공정에서의 에너지 소요량을 최소화할 수 있었지만 제품의 형태를 형상화시키는 내부 용기의 재질이 금속성인 경우 마이크로파 분위기에서 사용할 수 없고 다공성의 형상을 유지하면서 건조시키는 공정 절차에 있어서 적당한 내압이 존재하며 동시에 원료 내부의 수분이 증발하기 위한 용기 자체의 틈새가 존재하여야 하기 때문에 이러한 특수 용기의 제작에 어려움이 있었다.

전술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 마이크로파 분위기 내에서 사용이 가능한 재질의 특수 용기를 제작하는데 있어서 요구되는 용기 재질의선택과 내압이 존재하며 동시에 수분이 외부로 증발될 수 있는 틈새를 가지고 있는 해당 용기의 설계 및 제작 설계 방법을 제공함에 있다.

전술의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비등법에 의한 다공성 세라믹 단열재 제조방법에 유용한 이동식 용기는 용기 내부에 액상의 혼합 원료를 담고 특수하게 설계 제작된 용기의 뚜껑을 닫은 후 마이크로파를 주사하는 1단계와 액상의 혼합 원료가 끓기 시작하면서 부풀어 오르며 수증기가 증발하기 시작하는 2단계 및 용기 내부에서 지속적으로 끓으며 잔여 수증기가 증발되며 건조되는 3단계의 과정을 거치는 동안 내부 온도의 변화 상세하게는 초기 상온에서 끓기 시작하는 100℃에서 2단계를 거치며 3단계 건조과정에서 약 250℃ 정도까지 상승되는 온도에 견딜 수 있는 재질이어야 하며, 동시에 전술한 바와같이 비금속성의 재질로서 마이크로파의 분위기에서 견딜 수 있어야 하며, 용기 내뷰에서 발생되는 수증기가 전체적으로 고르게 용기 외부로 배출될 수 있도록 함으로서 용기 내부의 표면 압력이 고르게 유지될 수 있는 구조적 특징을 가져야 형성되는 제품의 표면이 고르게 형성될 수 있으므로 이러한 3가지 특징을 갖는 특수한 재질과 구조를 특징으로 한다.

본 발명의 비등법(Boiling 공법)을 이용한 다공성 세라믹 단열재 제조공정에서 유용하게 활용될 수 있는 이동식 용기의 설계와 제작 방법을 제공함으로써 비교적 저렴한 비용으로 용기를 제작하고 수십회 이상의 반복사용이 가능하며, 이동형으로 제작함으로써 제품 생산의 양산화를 구현시키는 효과를 제공한다.

도 1은 실리콘 판재를 활용한 용기의 전체 형상
도 2는 폴리카보네이트재질 용기의 전체 형상 도면
도 3는 용기 몸체의 제작 도면
도 4은 용기 뚜껑의 제작 도면
도 5는 내부 삽입물의 제작 도면

본 출원인(발명자)는 선출원 제10-2011-0098207(2001.09.28)과 10-2011-0112585(2011.10.31) 및 10-2013-0135956(2013.11.10) 통하여 보일링법(비등법)에 의한 단열제품의 생산방법을 이미 구현하였고 이제 이러한 비등법에 의한 세라믹 단열재 제조 공법에서 유용하게 활용될 수 있는 이동식 용기의 설계 및 제작 방법은, 비금속 재질이며 동시에 최소 250℃ 이상을 견딜 수 있는 재질이어야 하므로 이러한 조건에 합당한 소재는 유리 및 황토, 세라믹 등으로 이루어진 재질 또는 실리콘 이나 테프론으로 이루어진 재질 등이 있으나 유리나 황토 또는 세라믹 재질로 제작된 용기는 무겁고 취급성이 매우 취약하며 다양한 형상으로 제작하기 어려운 단점이 있었다. 또한 일반적인 엔지니어링 플라스틱이나 폴리카보네이트 같은 재질은 1~2회 정도 사용하면 온도에 약해 급격하게 변형이 되어 반복사용이 곤란한 단점이 있었으며, 가장 온도 특성이 좋으면서도 반복사용이 가능하고 마이크로파 분위기에 견디는 재질은 테프론 재질로 제작된 용기가 가장 우수한 성능을 발휘하였다.

그러나 테프론 소재의 가격이 매우 고가이기 때문에 실제 양산시에는 생산설비에 소요되는 투자 보다 생산에 필요한 용기를 제작하는데 투입되는 비용이 더욱 많이 소용되는 것으로 판단되어 경제성 측면에서 용기 자체를 테프론 소재로 제작하기에는 어려움이 있을 것으로 판단되었다.

따라서 여러번의 실험결과 실리콘 소재에 의한 용기 제작 방식이 유용한 한가지의 방안으로 선택되었으며, 동시에 온도에는 약하지만 마이크로파 자체에 영향을 받지 않는 PE 재질로 용기의 몸체를 제작한 후 표면을 단열성이 있으며 온도에 강한 테프론 필름으로 감싸 사용하는 방법이 유용한 방법으로 판단되었다.

수증기를 외부로 배출하기 위한 방법은 수증기가 빠져 나가는 부분의 내압이 저하되어 해당 부분에는 충분히 발포가 이루어지지 않는 현상이 발생하였다. 이러한 현상을 해소시키기 위해 용기 뚜껑에 최대한 가는 직경의 홀을 만들되 일정한 간격으로(실시예로는 사방 10㎜ 간격) 홀을 구성하는 것이 타당한 방법으로 판명되었다. 물론 제품의 크기 및 두께에 따라 순간적으로 발생하는 수증기의 양과 그 압력이 다양하게 변화되므로 수증기가 배출될 수 있도록 용기 뚜껑에 만들어지는 배출 홀은 최소 10㎜ 간격에서 최대 50㎜ 간격까지 변화시키면서 제작하여 사용하면 매우 바람직한 결과물을 얻을 수 있다.

한편 용기 몸체와 뚜껑을 결합하는 방법에 있어서 일반적인 금속 소재로 제작된 클램프나 볼트 등으로는 마이크로웨이브 분위기에서는 불가능하므로 세라믹 볼트와 너트를 활용하는 방법과 일례로는 벨크로(일명 찍찍이) 접착포를 용기와 뚜껑에 실리콘 접착제를 활용하여 각각 접착시킨 후 이를 활용하면 매우 유용한 방법임이 확인되었다.

그러나 이렇게 하여 제작된 용기를 활용하여 실제 제품을 생산하여 보면 용기에서 제품을 꺼내기 매우 어려운 단점이 있다. 이는 제품이 발포되면서 용기 내부에 매우 강하게 끼워져 있는 형태로 제품이 만들어지기 때문인데 이러한 문제점을 해결하기 위해 용기 사방 벽면의 크기와 같은 크기 및 3~5㎜ 두께의 삽입물(실시 예로는 용기 재질과 같은 재질을 사용)을 제작하여 이를 삽입한 후 액상의 혼합원료를 담은 후 발포 및 건조시킨 다음 뚜껑을 열고 삽입물을 먼저 제거한 후 제품을 꺼내게 되면 매우 손쉽게 제품을 생산할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 기술적 사상 및 바람직한 실시예를 잘 이해한 이 기술분야의 당업자에게는 본 발명의 기술적 권리범위 내에서 다양한 변형 실시예가 가능함은 자명하게 이해될 것이다.

Claims (5)

1. 비등법에 의한 다공성 세라믹 단열재를 생산하는데 유용한 이동식 용기를 제작하는데 있어서 실리콘 재질의 용기 또는 PE 재질의 용기에 테프론 필름을 접착하여 사용하는 방법과 용기의 뚜껑에 수증기의 배출구를 구성하고, 내부 삽입물을 제작 활용함으로써 보다 손쉽게 제품을 생산할 수 있도록 제작된 특수 용기
2. 청구항 제1항에 있어서 실리콘 재질 또는 PE 재질의 용기에 테프론 필름을 접착하여 사용하는 방법
3. 청구항 제 1항에 있어서 용기의 뚜껑에 사방 10~50㎜ 간격의 직경 3㎜ 이하의 홀을 수증기 배출구로 구성하는 방법
4. 청구항 제1항에 있어서 용기 내부 벽면의 크기와 동일하거나 5㎜ 정도 높이가 높고 두께가 3~5㎜ 인 삽입물을 제작하여 이를 제품 제조시 사전에 용기 내부에 삽입함으로써 제조 후 제품을 용기로부터 탈락시킬때 보다 편하고 수월하게 작업할 수 있도록 활용하는 방법
5. 청구항 제1항에 있어서 용기의 몸체와 뚜껑을 결합시키는 방법에 있어서 세라믹 볼트와 너트를 활용하는 방법과 찍찍이 접착포를 활용하여 결합시키는 방법

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