KR20150130140A - 열 경화 장치 및 이를 구비한 박막 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

경화 챔버로 투입되는 가열된 공기를 리사이클링(recycling)하여 경화 챔버로 다시 투입함으로써 에너지 사용량을 절감하는 열 경화 장치와, 이를 구비한 박막 코팅 장치가 개시된다. 개시된 열 경화 장치는, 내부 공간에 경화될 대상물이 존재하는 경화 챔버, 외부에서 유입되는 상온의 신규 투입 공기를 경화 챔버를 향해 송풍하는 제1 송풍기, 제1 송풍기에 의해 송풍되는 신규 투입 공기를 가열하는 히터(heater), 경화 챔버에서 배출되는 재활용 공기를 다시 경화 챔버를 향해 송풍하는 제2 송풍기, 및 히터에 의해 가열된 신규 투입 공기와 제2 송풍기에 의해 송풍된 재활용 공기를 경화 챔버로 투입하기 전에 혼합하는 혼합기를 구비한다.

Description

열 경화 장치 및 이를 구비한 박막 코팅 장치{Heat-curing apparatus and thin membrane coating apparatus with the same}

본 발명은 예컨대, 필름의 표면에 도포된 코팅제(coating agent)와 같은 경화 대상물을 열풍을 불어 경화하는 열 경화 장치와, 이를 구비한 박막 코팅 장치에 관한 것이다.

예컨대, 필름, 시트(sheet)와 같은 객체의 표면에 코팅제를 도포하고 이를 경화하여 코팅제에 포함된 특정한 성질이 발현되는 제품을 생산하는 프로세스가 산업계에서 다양하게 적용되고 있다. 코팅제와 같은 경화 대상물을 경화하는 방법으로는, 경화 대상물의 성질에 따라 열풍을 불어 넣어 건조 경화하는 방식과, 자외선(UV)을 조사하여 경화하는 방식 등이 있다.

상기 열풍으로 경화 대상물을 건조 경화하는 방식에 사용되는 종래의 열 경화 장치는, 외부에서 경화 챔버(chamber) 내부로 공기를 강제 투입하는 송풍기와, 상기 투입되는 공기를 가열하는 히터(heater)와, 상기 경화 챔버로 토출된 가열된 공기를 경화 챔버 외부로 배출하는 배기 시설을 구비한다. 그런데, 종래의 열 경화 장치는 외부에서 유입되는 상온의 공기를 가열하여야 하므로 히터의 에너지 소모량이 과다하여 작업 원가의 상승 요인이 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-1029746호

본 발명은, 경화 챔버로 투입되는 가열된 공기를 리사이클링(recycling)하여 경화 챔버로 다시 투입함으로써 에너지 사용량을 절감하는 열 경화 장치와, 이를 구비한 박막 코팅 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 휘발성 코팅제와 같은 경화 대상물을 열 경화 처리하는 과정에서 폭발의 위험 없이 가열된 공기를 리사이클링할 수 있는 열 경화 장치와, 이를 구비한 박막 코팅 장치를 제공한다.

본 발명은, 내부 공간에 경화될 대상물이 존재하는 경화 챔버, 외부에서 유입되는 상온의 신규 투입 공기를 상기 경화 챔버를 향해 송풍하는 제1 송풍기, 상기 제1 송풍기에 의해 송풍되는 신규 투입 공기를 가열하는 히터(heater), 상기 경화 챔버에서 배출되는 재활용 공기를 다시 상기 경화 챔버를 향해 송풍하는 제2 송풍기, 및 상기 히터에 의해 가열된 신규 투입 공기와 상기 제2 송풍기에 의해 송풍된 재활용 공기를 상기 경화 챔버로 투입하기 전에 혼합하는 혼합기를 구비하는 열 경화 장치를 제공한다.

본 발명의 열 경화 장치는, 상기 신규 투입 공기가 상기 히터에 도달하기에 앞서 상기 재활용 공기 측에서 상기 신규 투입 공기 측으로 열 전달을 촉진하는 열 교환기를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 열 경화 장치는, 상기 재활용 공기가 상기 경화 챔버에서 배출되어 상기 혼합기에 이르기 전에, 상기 재활용 공기의 일부를 외부로 배출하는 배기 유닛을 더 구비할 수 있다.

본 발명의 열 경화 장치는, 상기 경화 챔버 내의 공기 중에 포함된 휘발성 물질의 농도를 측정하는 휘발성 물질 측정계를 더 구비하고, 상기 휘발성 물질의 농도가 미리 설정된 기준값을 넘는 경우에 상기 배기 유닛을 통해 상기 재활용 공기의 일부를 외부로 배출하도록 구성될 수 있다.

상기 휘발성 물질 측정계는 상기 경화 챔버 내에서 상기 대상물보다 위에 배치될 수 있다.

또한 본 발명은, 롤(roll) 형태로 권취된 필름을 풀어 내어 공급하는 언와인딩 롤러(unwinding roller), 상기 언와인딩 롤러에서 연속적으로 공급되는 필름의 일 측면 또는 양 측면에 코팅제를 도포하는 코팅 유닛, 상기 코팅제가 도포된 필름이 통과하는 동안 상기 코팅제를 경화하는 것으로, 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 열 경화 장치, 및 상기 열 경화 장치를 통과하여 배출되는 필름을 롤(roll) 형태로 권취하는 리와인딩 롤러(rewinding roller)를 구비하는 박막 코팅 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 가열되어 경화 채널에 투입된 공기를 외부 공기와 혼합하여 경화 채널에 재투입하는 리사이클(recycling)이 구현되어 공기 가열을 위한 에너지 사용량을 절감할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 외부 공기를 히터(heater)로 가열한 후, 경화 채널에서 배출된 공기를 상기 가열된 외부 공기와 혼합하여 경화 채널에 다시 투입하므로, 경화 채널에서 배출된 공기 내부의 휘발성 물질이 과열되어 폭발할 위험이 제거된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 경화 장치의 개략적인 평면 구성도이다.
도 2는 도 1의 경화 챔버 내부를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1의 열 교환기 내부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 경화 장치의 열 교환기를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열 경화 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열 경화 장치의 개략적인 평면 구성도이고, 도 2는 도 1의 경화 챔버 내부를 개략적으로 도시한 정면도이며, 도 3은 도 1의 열 교환기 내부를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열 경화 장치(10)는, 경화 챔버(11), 제1 및 제2 송풍기(22, 36), 제1 및 제2 필터(24, 40), 히터(heater)(30), 열 교환기(26), 혼합기(32), 배기 유닛(38), 휘발성 물질 측정계(18), 및 콘트롤러(controller)(45)를 구비한다.

경화 챔버(11)는 내부 공간에 경화될 대상물이 존재한다. 구체적으로, 코팅제(coating agent)(2)가 도포된 필름(film)(1)이 복수의 지지 롤러(4, 5)에 구름 지지되어 경화 챔버(11)의 내부 공간을 통과하여 지나가도록 구성될 수 있는데, 상기 코팅제(2)가 경화될 대상물이 된다. 다만, 코팅제(2)는 경화될 대상물의 일 예에 불과하며, 본 발명을 이용하여 경화되는 대상물이 코팅제(2)에 한정되는 것은 아니다.

경화 챔버(11)의 벽에는, 고온의 가열된 공기가 내부로 유입되는 인렛(inlet)(13)과, 경화 챔버(11)에서 배출되는 아웃렛(outlet)(16)이 형성된다. 상기 인렛(13)으로 유입되는 공기는 상기 아웃렛(16)으로 배출되는 공기보다 상대적으로 고온이어서 상기 인렛(13)은 경화 대상물(2)보다 높은 위치에, 상기 아웃렛(16)은 경화 대상물(2)보다 낮은 위치에 배치된다.

제1 송풍기(22)는 외부에서 유입되는 상온의 신규 투입 공기를 경화 챔버(11)로 향하도록 송풍한다. 상기 신규 투입 공기는 제1 송풍기(22)에서 혼합기(32)까지 제1 경로(20)를 따라 유동하며, 도 1에 실선으로 된 화살표로 표시되어 있다. 히터(heater)(30)는 제1 송풍기(22)에 의해 송풍되는 신규 투입 공기가 혼합기(32)로 유입되기 전에 상기 신규 투입 공기를 상온보다 높은 고온으로 가열한다. 상기 히터(30)는 열선과 같이 전기 에너지 투입으로 발열하는 것일 수도 있고, 연소기와 같이 화학 에너지 투입으로 발열하는 것일 수도 있다. 제1 필터(24)는 제1 경로(20) 내부에 배치되며, 제1 송풍기(22)에서 히터(30)로 향하는 상기 신규 투입 공기에 포함된 예컨대, 먼지, 오염 물질 등의 파티클(particle)을 걸러낸다.

제2 송풍기(36)는 경화 챔버(11)의 아웃렛(16)을 통해 배출되는 재활용 공기를 다시 경화 챔버(11)를 향해 송풍한다. 상기 재활용 공기는 경화 챔버(11)의 아웃렛(16)에서 제2 송풍기(36)를 경유하여 혼합기(32)까지 제2 경로(34)를 따라 유동하며, 도 1에 일점 쇄선으로 된 화살표로 표시되어 있다. 열 교환기(26)는 상기 아웃렛(16)과 제2 송풍기(36) 사이의 제2 경로(34) 상에 마련되고, 제1 송풍기(22)에 의해 송풍되는 신규 투입 공기가 히터(30)에 도달하기에 앞서 재활용 공기 측에서 신규 투입 공기 측으로 열 전달을 촉진한다.

도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 제1 경로(20)는 X축과 평행하게 연장되고, 아웃렛(16)과 제2 송풍기(36) 사이 구간의 제2 경로(34)는 Y축과 평행하게 연장된다. 제1 경로(20)와 제2 경로(34)가 교차하는 지점에서 열 교환기(26)가 마련되는데, 제2 경로(34)는 제1 경로(20)를 에워싸고, 제1 경로(20)는 제2 경로(34)를 관통하도록 구성된다. X축의 양(+)의 방향과 평행하게 이동하는 상온의 신규 투입 공기를 그보다 고온의 재활용 공기가 에워싸며 교차하여 지나가므로 재활용 공기 측에서 신규 투입 공기 측으로 열 전달이 촉진된다. 이로써, 신규 투입 공기는 상온보다 온도가 상승하고, 재활용 공기는 아웃렛(16)에서의 온도보다 하강한다.

혼합기(32)에서는 열 교환기(26)를 통과하여 예열되고 히터(30)에 의해 고온으로 가열된 신규 투입 공기와, 제2 송풍기(36)에 의해 송풍된 재활용 공기가 혼합된다. 신규 투입 공기와 재활용 공기는 혼합기(32)에서 같은 온도로 혼합되어 혼합기(32)로부터 인렛(13)까지 이어진 제3 경로(42)를 통해 경화 챔버(11)로 투입된다. 제2 필터(40)는 제2 경로(34)의 제2 송풍기(36)와 혼합기(32) 사이 구간에 배치되며, 재활용 공기에 포함된 예컨대, 먼지, 오염 물질 등의 파티클(particle)을 걸러낸다.

배기 유닛(38)은 제2 경로(34)의 제2 송풍기(36)와 혼합기(32) 사이 구간에 배치되며, 재활용 공기의 일부를 외부로 배출한다. 일 예로 배기 유닛(38)은 제2 송풍기(36)로 송풍되는 재활용 공기 유량의 50% 를 외부로 배출할 수 있다. 경화 대상물인 코팅제(2)(도 2 참조)의 종류에 따라서 경화 챔버(11) 내에서 경화되면서 가연성의 휘발성 물질이 휘발 배출될 수 있으며, 재활용 공기에는 이러한 휘발성 물질이 포함된다. 재활용 공기 내에 휘발성 물질이 다량 포함되면 혼합기(40)에서 혼합되어 온도가 상승하거나, 제2 경로(34) 및 제3 경로(42)를 따라 유동하는 도중에 의도하지 않게 발생하는 스파크(spark) 등의 원인에 의해 폭발이 발생할 수 있다. 배기 유닛(38)이 재활용 공기의 일부를 외부로 배출하여 줌으로써 재활용 공기 내에 포함된 휘발성 물질의 양을 줄일 수 있어 폭발의 위험이 제거된다.

한편, 배기 유닛(38)의 작동은 휘발성 물질 측정계(18)의 측정값과 연계될 수도 있다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 휘발성 물질 측정계(18)는 경화 챔버(11) 내에 마련되고, 경화 챔버(11) 내의 공기 중에 포함된 휘발성 물질의 농도를 측정한다. 휘발성 물질은 그 밀도가 공기의 평균 밀도보다 작아 상승 비산하는 특성이 있으므로 휘발성 물질을 예민하게 검출할 수 있도록 휘발성 물질 측정계(18)는 적어도 경화 대상물인 코팅제(2)의 위치보다 위에 배치되고, 바람직하게는 경화 챔버(11)의 천장과 같이 높은 위치에 배치된다.

열 경화 장치(10)는 휘발성 물질 측정계(18)에서 측정된 휘발성 물질의 농도가 미리 설정된 기준값을 넘는 경우에 배기 유닛(38)을 통해 재활용 공기의 일부를 외부로 배출하도록 구성될 수 있다. 콘트롤러(45)가 휘발성 물질 측정계(18)가 측정한 측정값을 수신하고, 그 측정값이 기준값을 넘으면 재활용 공기가 배출되도록 배기 유닛(38)을 작동시킬 수 있다.

또는, 콘트롤러(45)는 휘발성 물질 측정계(18)의 휘발성 물질 농도 측정값에 따라 단계적으로 배기 유닛(38)의 작동을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 상기 측정값이 제1 기준값을 넘으면 제2 송풍기(36)에 의해 송풍된 재활용 공기 유량의 20%가 외부로 배출되고, 상기 측정값이 제1 기준값보다 큰 제2 기준값을 넘으면 제2 송풍기(36)에 의해 송풍된 재활용 공기 유량의 40%가 외부로 배출되고, 상기 측정값이 제2 기준값보다 큰 제3 기준값을 넘으면 제2 송풍기(36)에 의해 송풍된 재활용 공기 유량의 60%가 외부로 배출되도록, 콘트롤러(45)에 의해 배기 유닛(38)이 제어될 수 있다. 이와 같은 단계적 제어를 통하여 폭발의 위험을 제거함과 동시에, 재활용 공기의 배출량을 최소화하여 에너지 소모를 최소화할 수 있다.

본 발명의 열 경화 장치(10)는 경화 챔버(11)로 투입되는 신규 투입 공기의 유량을 줄이는 대신 큰 열에너지를 포함하는 있는 배출 공기를 재활용하여 경화 챔버(11)로 다시 투입함으로써 에너지를 절감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 경화 장치의 열 교환기를 개략적으로 도시한 단면도로서, 이를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 경화 장치의 열 교환기(26_2)는 X축과 평행하게 연장된 제1 경로(20_2)와, 제1 경로(20_2)를 아래에서 위로 교차하여 지나가는 제2 경로의 일 부분(34_22)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제2 경로는 경화 챔버(11)(도 1 참조)에서 제1 경로(20_2)의 아래로 수평으로 연장되는 제1 부분(34_21)과, 제1 부분(34_21)에서 이어져 제1 경로(20_2)를 아래에서 위로 교차하여 지나가는 제2 부분(34_22)과, 제2 부분(34_22)에서 이어져 제1 경로(20_2)의 위에서 제1 경로(20_2)와 평행하게 연장되며 혼합기(32)(도 1 참조)에서 제1 경로(20_2)와 합쳐지는 제3 부분(34_23)을 포함하여 구성된다. 상기 열 교환기(26_2)의 상측에는 제2 송풍기(36_2)가 설치되어 재활용 공기(일점 쇄선 화살표 참조)를 제2 경로의 제1, 제2, 및 제3 부분(34_21, 34_22, 34_23)을 따라 유동하도록 가압한다.

열 교환기(26_2)에서 제2 경로의 제2 부분(34_22)은 제1 경로(20_2)를 에워싸고, 제1 경로(20_2)는 상기 제2 부분(34_22)을 관통하도록 구성된다. X축의 양(+)의 방향과 평행하게 이동하는 상온의 신규 투입 공기를 그보다 고온의 재활용 공기가 에워싸며 교차하여 지나가므로 재활용 공기 측에서 신규 투입 공기 측으로 열 전달이 촉진된다. 한편, 재활용 공기는 제1 경로(20_2)를 지나는 신규 투입 공기의 온도보다 고온이어서 가벼운 밀도로 인해 상승 유동하는 특성이 있으므로, 제2 경로의 제3 부분(34_23)을 제1 경로(20_2)보다 높게 배치함으로써 도 3의 실시예의 경우보다 제2 송풍기(36_2)의 송풍 에너지를 절감할 수 있다. 한편, 도 4에 특별히 도시되지 않았고 도 4를 참조하여 설명되지 않은 열 경화 장치의 구성 요소들은 도 1 및 도 2에 도시된 구성 요소들과 중복되는 것이므로 중복된 설명은 생략하도록 한다.

본 발명은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 열 경화 장치를 구비하는 박막 코팅 장치를 포함한다. 여기서, 박막은 필름에 도포되어 경화된 휘발성 코팅제가 경화되어 형성되며, 예컨대, 이차 전지의 양극, 음극, 분리막 등이 포함된다. 상기 박막 코팅 장치는, 언와인딩 롤러(unwinding roller), 코팅 유닛, 열 경화 장치, 및 리와인딩 롤러(rewinding roller)를 구비한다. 상기 언와인딩 롤러는 롤(roll) 형태로 권취된 필름을 풀어 내어 공급한다. 상기 코팅 유닛은 상기 언와인딩 롤러에서 연속적으로 공급되는 필름의 일 측면 또는 양 측면에 코팅제를 도포한다. 코팅 유닛은, 예를 들어, 필름의 일 측면에 코팅제를 흘려 도포하는 슬롯 다이 코터(slot die coater)를 포함할 수도 있고, 코팅제가 수용된 욕조에 필름을 침잠시켜 필름의 양 측면에 코팅제를 도포할 수도 있다.

상기 열 경화 장치는, 상기 코팅 유닛을 통과하면서 상기 코팅제가 도포된 필름이 통과하는 동안 상기 코팅제를 경화한다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 열 경화 장치(10)가 적용될 수 있다. 구체적으로, 코팅제가 도포된 필름이 열 경화 장치(10)의 경화 챔버(11)를 통과하는 동안 코팅제가 경화되어 박막이 형성된다. 상기 리와인딩 롤러는, 상기 열 경화 장치(10)를 통과하여 배출되는 필름을 롤(roll) 형태로 권취한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 열 경화 장치 11: 경화 챔버
22: 제1 송풍기 24: 제1 필터
26: 열 교환기 30: 히터
32: 혼합기 36: 제2 송풍기
38: 배기 유닛 40: 제2 필터

Claims (6)

1. 내부 공간에 경화될 대상물이 존재하는 경화 챔버;
   외부에서 유입되는 상온의 신규 투입 공기를 상기 경화 챔버를 향해 송풍하는 제1 송풍기;
   상기 제1 송풍기에 의해 송풍되는 신규 투입 공기를 가열하는 히터(heater);
   상기 경화 챔버에서 배출되는 재활용 공기를 다시 상기 경화 챔버를 향해 송풍하는 제2 송풍기; 및,
   상기 히터에 의해 가열된 신규 투입 공기와 상기 제2 송풍기에 의해 송풍된 재활용 공기를 상기 경화 챔버로 투입하기 전에 혼합하는 혼합기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 열 경화 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 신규 투입 공기가 상기 히터에 도달하기에 앞서 상기 재활용 공기 측에서 상기 신규 투입 공기 측으로 열 전달을 촉진하는 열 교환기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열 경화 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 재활용 공기가 상기 경화 챔버에서 배출되어 상기 혼합기에 이르기 전에, 상기 재활용 공기의 일부를 외부로 배출하는 배기 유닛;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열 경화 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 열 경화 장치는, 상기 경화 챔버 내의 공기 중에 포함된 휘발성 물질의 농도를 측정하는 휘발성 물질 측정계;를 더 구비하고,
   상기 휘발성 물질의 농도가 미리 설정된 기준값을 넘는 경우에 상기 배기 유닛을 통해 상기 재활용 공기의 일부를 외부로 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열 경화 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 휘발성 물질 측정계는 상기 경화 챔버 내에서 상기 대상물보다 위에 배치된 것을 특징으로 하는 열 경화 장치.
6. 롤(roll) 형태로 권취된 필름을 풀어 내어 공급하는 언와인딩 롤러(unwinding roller);
   상기 언와인딩 롤러에서 연속적으로 공급되는 필름의 일 측면 또는 양 측면에 코팅제를 도포하는 코팅 유닛;
   상기 코팅제가 도포된 필름이 통과하는 동안 상기 코팅제를 경화하는 것으로, 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 열 경화 장치; 및,
   상기 열 경화 장치를 통과하여 배출되는 필름을 롤(roll) 형태로 권취하는 리와인딩 롤러(rewinding roller);를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 코팅 장치.

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