KR20220141625A - 단열 구조재 및 단열 구조재 제작 방법 - Google Patents

단열 구조재 및 단열 구조재 제작 방법 Download PDF

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Abstract

단열 구조재 및 단열 구조재의 제작 방법이 개시된다. 본 발명은 상하판이 금속으로 마련되고 내부 코어층에 진공 단열재가 배치되는 단열 구조재의 제작 공법의 변화를 통하여 상부판의 표면 평탄도 문제를 해결한다. 본 발명에 의해 제작되는 단열 구조재는 일정한 두께를 가짐으로써 전체적으로 균일한 구조적 성능을 갖출 수 있으며, 궁극적으로는 단열 구조재의 대량 생산이 가능한 효과가 있다.

Description

단열 구조재 및 단열 구조재 제작 방법 {INSULATION STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE INSULATION STRUCTURE}
본 발명은 단열 구조재 및 단열 구조재 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상하판이 금속으로 마련되고 내부 코어층에 진공 단열재가 배치되는 단열 구조재 및 그 단열 구조재의 제작시 상부판의 표면 평탄도 문제를 해결할 수 있는 단열 구조재 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축 또는 조선 산업 분야에서 콘크리트 구조재 또는 철 구조재를 대체하기 위한 구조재로서 복합 라미네이트 구조재가 알려져 있다.
복합 라미네이트 구조재를 참조할 수 있는 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0742033호가 있는데, 여기에 개시된 복합 라미네이트 구조재는 금속 박스 내부에 폴리우레탄과 같은 폼을 충진하는 구조로서, 금속 재질로 구성되는 상하판 사이에서 열교현상(Thermal bridge) 현상이 발생하여 단열성능이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인에 의하여 출원 및 등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1927888호에서 단열 구조재의 테두리부(연결부)에 비금속층을 포함하여, 단열 구조재의 테두리부에서의 열교현상을 최소화 내지 방지하고자 하는 기술이 개시된 바 있다.
도 1 및 도 2는 등록특허공보 제10-1927888호에 개시된 종래 단열 구조재를 나타낸 분해사시도 및 정단면도이고, 도 3은 종래 단열 구조재의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 단열 구조재는, 금속 소재의 하부판(10); 하부판(10)과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 소재의 상부판(20); 하부판(10)과 상부판(20) 사이에 배치되는 중간층(50); 하부판(10)과 상부판(20)의 끝단부에 마련되는 연결부(30); 하부판(10)과 상부판(20) 및 연결부(30)가 이루는 박스 공간 내에 액상으로 주입 경화되는 코어층(40)을 포함한다.
여기서 중간층(50)은 진공 단열재일 수 있으며, 하부판(10) 및 상부판(20)과 중간층(50) 사이에는 간격을 유지하고 중간층(50)을 지지하기 위한 목적으로 스페이서(S1, S2)가 설치된다.
연결부(30)는 금속 소재의 하부 연결부(31) 및 상부 연결부(32)와 그 사이에 배치되는 비금속층(33)을 포함한다. 이와 같이 종래 단열 구조재에서 연결부(30)의 구성을 금속-비금속-금속으로 구성하는 것은, 연결부(30)에 비금속 구성을 포함시킴으로써 단열 구조재의 테두리부에서 발생하는 열교 현상을 최소화시키고자 함이다.
도 1 및 도 3을 참조하여, 상기의 구조를 가지는 종래 단열 구조재를 제작하는 방법에 대하여 살펴보면, 먼저 하부판(10)의 상부에 연결부(30) 및 하부 스페이서(S1)를 배치하고, 하부 스페이서(S1)의 상부에 중간층(50)을 배치한 다음, 중간층(50)의 상부에 상부 스페이서(S2) 및 상부판(20)을 순차적으로 배치한 후, 마지막으로 하부판(10)과 상부판(20) 및 연결부(30)가 이루는 박스 공간 내에 비발포성 폴리머를 주입 및 경화시켜 코어층(40)을 형성함으로써 단열 구조재의 제작이 완료된다.
이때, 비발포성 폴리머를 주입 및 경화시키는 과정은, 도 3에 도시된 바와 같이 상부판(20) 위에 적당한 무게의 제한 시스템(Restraint system, R)을 올려놓은 상태로 진행되어야 한다. 이는 코어층(40)을 구성하는 비발포성 폴리머의 팽창에 의해 하부판(10)과 상부판(20) 사이의 간격이 변위되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 단열 구조재의 전체 두께가 일정하게 형성될 수 있도록 제한 시스템(R)을 적용하는 것이며, 이러한 제한 시스템(R)으로는 예컨데 H-빔과 같은 중량물이 이용되고 있다.
1) 대한민국 등록특허공보 제10-0742033호 (2007.07.23 공고) 2) 대한민국 등록특허공보 제10-1927888호 (2018.12.11 공고)
본 출원인은 출원인에 의해 개발된 상기의 종래 단열 구조재가 제작 방법상 또는 구조상으로 많은 문제점을 지니고 있음을 발견하였다. 이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 종래 단열 구조재가 지닌 문제점들에 대하여 설명한다.
1) 평탄도 문제
우선, 단열 구조재는 표면 평탄도를 유지하는 것이 매우 중요하다. 이는 심미적인 목적 뿐만 아니라 단열 구조재 전체의 균일한 구조적 성능 구현을 위한 필수적인 요소이기 때문이다.
그런데 종래 단열 구조재는, 제작 과정 중에서 바닥(F)에 의해 지지되는 하부판(10)은 표면 평탄도를 유지하는 것이 어렵지 않았으나, 상부판(10)의 경우에는 표면 평탄도가 적절하게 유지될 수 없는 문제점이 발견되었다.
구체적으로, 종래 단열 구조재에서 상부판(20)은 테두리를 구성하는 연결부(30)와 스페이서(S1, S2) 및 중간층(50)에 의해 받쳐지고 있지만, 상부 스페이서(S2) 사이에 위치하는 상부판(20)에서 자중에 의한 처짐 현상이 발생(도 4의 A 부분)하여 표면이 평평하게 유지될 수 없었다.
이러한 상부판(20)의 처짐 현상은 내부에 주입 및 경화되는 코어층(40)의 팽창력에 의해 복구될 것으로 기대되었지만, 실제로는 코어층(40)을 구성하는 비발포성 폴리머의 현저히 낮은 팽창력으로 인하여 상부판(20)의 처짐 현상이 기대만큼 복구되지 못하였다.
또한, 상부판(20) 및 제한 시스템(R)의 자중으로 인하여 스페이서(S1, S2)와 중간층(50)에는 상당한 하중이 가해지게 되는데, 이때 비교적 단단한 소재의 스페이서(S1, S2)에 비하여 압축 강도가 낮은 진공 단열재로 구성되는 중간층(50)이 눌리는 현상이 발생(도 4의 B 부분)하였으며, 이러한 중간층(50)의 눌림 현상은 상기한 표면 평탄도 문제를 더욱 악화시키는 요인이 되었다.
2) 비발포성 폴리머의 주입 과정에서 스페이서의 탈락 및 진공 단열재의 파손 현상
종래 단열 구조재에서 스페이서(S1, S2)는 진공 단열재로 구성되는 중간층(50)의 상/하부에 모두 배치되어야 하며, 스페이서(S1, S2)를 고정하기 위하여 통상 접착제가 사용된다.
그런데, 코어층(40)으로서 사용되는 비발포성 폴리머 원액은 해수와 유사한 높은 밀도를 가지기에, 높은 밀도를 가지는 많은 양의 비발포성 폴리머 원액을 주입기를 이용하여 액체 상태로 주입할 경우, 스페이서(S1, S2)가 이에 밀려 떨어지는 현상이 빈번하게 발생하였으며, 스페이서(S1, S2)의 탈락시 중간층(50)을 구성하는 진공 단열재의 피복이 찢어지는 현상이 수반되기도 하였다.
이러한 스페이서(S1, S2)의 탈락은 하부판(10)과 상부판(20) 사이의 간격 유지의 실패로 이어져 전술한 표면 평탄도 문제를 더욱 악화시킬 수 있으며, 뿐만 아니라 단열 구조재의 단열성능을 크게 떨어뜨리는 요인으로도 작용하였다.
3) 많은 스페이서의 사용으로 인한 제작 공수 증가
전술한 상부판(20)의 처짐을 방지하기 위하여 스페이서(S1, S2)를 매우 촘촘하게 설치하는 것을 상정해볼 수 있겠지만, 이는 곧 제작 공수의 증가로 이어지며, 스페이서(S1, S2)의 증가는 그 만큼 스페이서(S1, S2)의 탈락 가능성을 배가시키는 것으로서 근본적인 해결책이 될 수 없었다.
4) 테두리 구역의 연결 구조에 따른 문제점
종래 단열 구조재에서 코어층(40)을 구성하는 비발포성 폴리머 원액의 점성은 발포성 폴리머 대비 현저히 낮으나 주입량은 상당히 많다. 발포성 폴리머는 조금만 주입하여도 크게 부풀어 내부 공간을 채울 수 있지만, 비발포성 폴리머는 내부 공간과 거의 동일한 양만큼 주입되어야 한다.
이러한 비발포성 폴리머는 주입 과정 중에 조금의 틈만 있어도 누수가 발생되기 쉬우며, 이 경우 심각한 공정, 안전 및 환경상의 문제가 야기될 수 있다. 따라서 비발포성 폴리머의 주입 과정 중에 하부판(10)과 상부판(20) 사이의 테두리 구역에 기밀한 연결이 요구된다.
종래 단열 구조재는 테두리를 구성하는 연결부(30)에서 금속 재질로 구성되는 하부 연결부(31) 및 상부 연결부(32)를 각각 하부판(10) 및 상부판(20)에 용접(또는 볼팅)하여 기밀한 연결을 구현하고 있다.
그런데, 용접(또는 볼팅) 방식과 같은 강한 연결은 전술한 표면 평탄도 문제가 코어층(40)의 주입 과정에서 개선될 수 없는 추가적인 원인을 제공한다. 도 5를 참조하면, 여러가지 원인으로 처짐이 발생한 상부판(20)이 코어층(40)의 팽창 작용에 의해 초기 상태로 펴지기 위해서는 상부판(20)의 끝단도 바깥 방향으로 함께 이동하여야 하지만, 용접(또는 볼팅) 방식으로 강하게 연결되어 있는 구조에서 상부판(20)의 끝단 이동이 불가능하여 초기 평탄 상태로의 복귀가 용이하게 이루어질 수 없었다.
또한, 상기와 같은 테두리 구역에서의 강한 연결은 코어층(40)의 내부 팽창을 강제적으로 억제하여 상부판(20)의 내부 응력을 증가시키는 요인이 되기도 하였다.
더불어, 테두리 구역의 연결을 위해 용접 방식을 사용하는 경우, 용접량이 조금만 많이 투입되거나 또는 연결부(30)의 금속-비금속 간의 접합력이 낮게 형성되면, 연결 과정에서 금속-비금속 사이가 쉽게 박리되는 현상이 발생하였다. 이러한 연결부(30)의 내부 박리 현상은 단열 구조재의 구조적 성능을 크게 악화시키거나 혹은 본래 기능의 상실을 야기하는 중대한 문제로 이어질 수 있으므로, 반드시 해결되어야 하는 문제이다.
5) 테두리부의 열교 측면의 문제점
전술한 바와 같이, 종래 단열 구조재는 테두리부를 구성하는 연결부(30)를 금속-비금속-금속의 혼합체로 구성되는 방식을 제안하고 있다.
여기서 금속 재질의 하부 및 상부 연결부(31, 32)는 제작 과정 및 제작 이후의 조립 과정에서 내부의 코어층(40)을 용접열로부터 보호하기 위한 목적으로 일정 두께로 형성되는 것이고, 비금속 재질의 비금속층(33)은 테두리 구역에서의 열교 현상을 방지하기 위한 목적으로 두 금속 부재(31, 32) 사이에 배치되는 것이다.
그런데, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래 단열 구조재는 진공 단열재로 구성되는 중간층(50)의 냉기 투과율이 현저히 낮은 관계로, 중간층(50) 상부의 코어층(40)에서 대략 10%의 냉기만 흡수되고, 열전도율이 매우 높은 금속 표면을 통하여 90%의 냉기가 열교 부분인 테두리부, 즉 연결부(30)로 집중되는 현상이 발생하였다.
이는 도 6의 (b)에 도시된 일반적인 목조 단열재가 저성능 단열재를 사용함에도 불구하고 단열재 측에서 80%의 냉기를 흡수하고, 목재로 구성되는 표면을 통해서는 단지 20%의 냉기만이 열교 전달되는 것과 매우 대비되는 점이다
즉, 종래 단열 구조재는 테두리부에서의 열교에 매우 취약한 구조를 가지며, 테두리부를 구성하는 연결부(30)에 비금속층(33)을 포함시켜 열교 현상을 해결하고자 하였으나, 예상과는 달리 이러한 구조로 열교 문제를 전혀 해결할 수 없었다.
또한, 종래의 단열 구조재는 단열성능이 우수한 진공 단열재를 중간층(50)으로서 개재하여 전체적인 두께를 줄인 구조이다. 이러한 종래 단열 구조재에서 코어층(40)의 두께는 대략 30~60mm 정도로 매우 얇게 형성되는데, 전술한 바와 같이 금속 재질의 하부 및 상부 연결부(31, 32)는 내부 코어층(40)을 용접열로부터 보호하고자 하는 목적으로 일정 수준 이상의 두께를 가져야 하고, 이는 결국 비금속층(33)의 두께가 일정 수준 이하로 제한될 수 밖에 없음을 의미한다. 따라서 종래 단열 구조재는 얇은 두께의 비금속층(33)으로 상기한 열교 문제를 더더욱 해결할 수 없다는 한계가 있다.
6) 테두리부의 열교 문제 해결에 대한 딜레마
단열 구조재의 테두리부에서의 열교 문제를 해결하기 위해서는, 테두리부를 구성하는 연결부(30)의 소재로서 열전도도가 낮은 물질 즉 비금속층(33)의 두께를 최대한 두껍게 사용해야 하며, 연결부(30)의 폭은 최대한 줄여야 한다.
그러나 상술한 바와 같이 종래 단열 구조재는 비금속층(33)의 두께를 늘리는데에는 한계가 있으며, 앞서 4)에서 다룬 연결부(30)의 기밀 연결 구조를 고려한다면 연결부(30) 자체의 폭을 줄이는 것도 쉽지 않다.
즉, 연결부(30)의 폭을 좁게 형성한 상태로 용접 방식을 사용할 경우, 용접열을 흡수하는 금속 재질의 하부 및 상부 연결부(31, 32)가 더욱 작아져서 전술한 박리 현상이 보다 쉽게 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 상기에 기술된 종래의 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 단열 구조재 및 그 단열 구조재의 제작 방법을 제공하는 것이며, 보다 구체적으로는 단열 구조재의 제작 공법의 변화를 통하여 상기한 문제점들을 해결하고자 하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 소재의 하부판 및 상부판, 상기 하부판과 상기 상부판 사이에 배치되는 진공 단열재를 포함하는 단열 구조재의 제작 방법에 있어서, 상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이의 공간에 투입되는 액상 폴리머 또는 접착제 물질을 경화시키는 과정에서, 상기 상부판의 상부면에 전자석을 배치하거나 또는 상기 상부판을 진공 흡착 방식으로 흡착시킴으로써 상기 상부판의 처짐을 방지하고 평탄도를 유지하는 것을 특징으로 하는, 단열 구조재 제작 방법이 제공될 수 있다.
상기 액상 폴리머 또는 상기 접착제의 경화시, 상기 상부판의 상부에 소정의 무게를 가지는 제한 시스템을 배치하여 상기 상부판에 하중을 가해줄 수 있다.
상기 전자석 또는 상기 진공 흡착 방식은 상기 제한 시스템과 동시에 적용될 수 있으며, 상기 제한 시스템은 상기 전자석이 배치될 영역 또는 상기 진공 흡착 방식이 적용될 영역을 남겨두고 상기 상부판 상에 배치될 수 있다.
상기 전자석이 배치될 영역 또는 상기 진공 흡착 방식이 적용될 영역은 상기 상부판의 중앙에 단수의 영역으로 형성될 수 있다.
또는, 상기 전자석이 배치될 영역 또는 상기 진공 흡착 방식이 적용될 영역은 상기 상부판의 상부에 복수의 영역으로 분산 형성될 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 방법 중 어느 하나에 따라 제작되는 단열 구조재가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 단열 구조재는, 상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이에 배치되는 코어층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 단열 구조재는, 상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이에 배치되어 간격을 유지하는 복수의 스페이서를 더 포함할 수 있고, 상기 코어층은 상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이의 공간에 주입된 액상 폴리머가 경화되어 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 단열 구조재는, 상기 하부판과 상기 상부판의 테두리 사이에 배치되어 상기 단열 구조재의 측면을 구성하는 연결부를 더 포함할 수 있으며, 상기 연결부는 비금속 소재로만 구성되며 상기 하부판 및 상기 상부판에 접착 방식으로 연결될 수 있다.
상기 연결부는 수지 접착제 또는 VHB 테이프를 포함하는 양면 테이프를 이용하여 상기 하부판 및 상기 상부판에 접착될 수 있다.
또는, 상기 코어층은 외부에서 블럭 형태로 제작된 폴리머 단열재로서, 상기 진공 단열재, 상기 하부판 및 상기 상부판과 접하는 면이 접착제에 의해 접착될 수도 있다.
또는, 상기 진공 단열재는 수지 접착제 또는 VHB 테이프를 포함하는 양면 테이프에 의해 상기 하부판 및 상기 상부판과 직접 접착될 수도 있다.
상기의 방법 중 어느 하나에 따라 제작된 본 발명의 다른 측면에 따른 단열 구조재는, 상기 상부판의 처짐량이 길이 대비 1/80 이하의 수준으로 형성되도록 평탄도가 개선될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상하판이 금속으로 마련되고 내부 코어층에 진공 단열재가 배치되는 단열 구조재의 제작 공법의 변화를 통하여 상부판의 표면 평탄도 문제를 완벽하게 해결할 수 있으며, 이에 따라 단열 구조재의 균일한 구조적 성능의 구현이 가능하며, 궁극적으로는 단열 구조재의 대량 생산이 가능한 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 의하면, 상부판의 표면 평탄도 문제가 해결됨에 따라 단열 구조재 내부에 배치되는 스페이서의 물량을 크게 감축할 수 있으며, 이에 따라 제작 공수 및 비용 절감이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전자석 혹은 진공 흡착부의 적용에 의하여 단열 구조재의 테두리부를 구성하는 연결부에 걸리는 하중을 최소화할 수 있고, 이에 따라 연결부를 단일의 비금속 소재로 하여 얇은 폭으로 구성하는 것이 가능하다. 이는 곧 단열 구조재의 테두리 구역에서의 열교 측면의 문제를 해결할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 단열 구조재를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 종래 단열 구조재를 나타낸 정단면도이다.
도 3은 종래 단열 구조재의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래 단열 구조재의 제작 방법상 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래 단열 구조재의 제작 방법상 또 다른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래 단열 구조재의 구조상 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법의 일 실시예를 나타낸 정단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법의 다른 실시예를 나타낸 정단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 단열 구조재의 테두리부 형성 방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 단열 구조재의 테두리부 형성 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 명세서에 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와는 다소 상이할 수 있으며, 도면에 도시된 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있고 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'된다고 하는 것은 직접적인 연결은 물론 간접적인 연결을 포함하며, 두 구성요소 간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법의 일 실시예를 나타낸 사시도 및 정단면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법의 다른 실시예를 나타낸 정단면도이다. 도 10은 본 발명에 따른 단열 구조재의 테두리부 형성 방법의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 단열 구조재의 테두리부 형성 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 단열 구조재(100)는 금속 소재의 하부판(110); 하부판(110)과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 소재의 상부판(120); 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 테두리부에 배치되는 연결부(130); 하부판(110)과 상부판(120) 및 연결부(130)가 이루는 공간 내에 채워지는 코어층(140); 및 코어층(140) 내부에 배치되는 중간층(150)을 포함할 수 있다.
하부판(110)과 상부판(120)은 본 발명에 따른 단열 구조재(100)의 상부 및 하부면을 이루는 것으로서, 예컨대 스테인리스강(Stainless steel), 인바강(Invar steel) 또는 알루미늄 합금 등의 금속 소재로 구성될 수 있다.
연결부(130)는 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 테두리부에 배치되어 본 발명에 따른 단열 구조재(100)의 측면을 구성하는 것으로서, 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 간격을 유지하고 기밀하게 연결하는 역할을 할 수 있다.
이러한 연결부(130)는 금속 재질의 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 열교를 방지하는 구조를 가지는 것이 유리하다. 본 발명은 이러한 열교 현상을 방지하기 위하여 연결부(130) 전체를 비금속 소재로 구성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 종래 단열 구조재(도 2 참조)의 연결부(30)가 금속-비금속-금속 구조로 구성되는 것과 대비하여, 비금속 소재로만 구성되는 본 발명의 연결부(130)는 구조적 강도가 작아 하중에 취약할 수 있는데, 이는 후술하는 바와 같이 단열 구조재(100)의 제작 공법의 변화를 통하여 해결할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 보다 자세히 설명하도록 한다.
연결부(130)는 하단부 및 상단부가 각각 하부판(110)과 상부판(120)에 접착 방식으로 연결될 수 있으며, 이때 연결부(130)를 접착시키는 접착제로서는 수지 계열의 접착제 또는 VHB(Very High Bonding) 테이프와 같은 양면 테이프가 사용될 수 있다.
코어층(140)은 하부판(110)과 상부판(120) 사이에 충전되어 본 발명의 단열 구조재(100)에서 단열층의 기능을 한다. 코어층(140)으로서는 일반적으로 잘 알려진 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에폭시(polyepoxy) 등과 같은 폴리머가 사용될 수 있다.
이때, 금속 소재로 구성되는 상/하부판(110, 120)과 폴리머 사이의 접착력이나 구조적 결합력 및 진공 단열재로 구성되는 중간층(150)의 기밀을 고려하였을 때, 코어층(140)은 비발포성 폴리머로 구성되는 것이 바람직하나 경우에 따라 발포성 폴리머가 사용될 수도 있음은 물론이다.
코어층(140)이 비발포성 폴리머로 구성되는 경우, 비발포성 폴리머 원액을 주입기를 이용하거나 또는 하부판(110)과 상부판(120)의 내측면 및 중간층(150)의 외측면에 도포하는 방식으로 단열 구조재(100) 내부 공간에 주입 후 경화시킴으로써 코어층(140)을 형성할 수 있다.
또한, 코어층(140)은 상기와 같이 액상의 폴리머 원액을 단열 구조재(100)의 내부 공간으로 주입하여 경화시키는 방식으로 형성되는 것도 가능하나, 외부에서 폴리머 단열재를 일정한 블록 형태로 가공하여 단열 구조재(100) 내부에 적입시키는 방식으로 형성될 수도 있다.
중간층(150)은 단열층으로서 기능하는 코어층(140)의 내부에 삽입 배치될 수 있다. 이는 코어층(140)과 대비하여 단열성능이 더 우수한 중간층(150)을 중간에 개재함으로써 단열 구조재(100)의 단열성능을 높이고 전체 두께를 감소시키기 위한 목적이다.
중간층(150)은 바람직하게는 진공 단열재일 수 있으며 대략 25~50mm 두께로 형성될 수 있다. 일예로, 중간층(150)이 25mm 두께로 형성되는 경우, 중간층(150)을 포함하는 코어층(140)의 전체 두께는 35mm로 형성되고, 대략 2.5mm 두께를 가지는 하부판(110) 및 상부판(120)을 포함하여 단열 구조재(100)의 전체 두께는 40mm로 형성될 수 있다.
또한, 중간층(150)은 진공 단열재 외에도 열전도율이 현저히 낮은 에어로젤(aerogel) 단열재 등으로 대체될 수도 있다. 다만, 진공 단열재는 밀도가 약 150~300kg/m3 로서 다른 단열재보다 압축 하중에 상당히 강한 특성을 가지므로 본 발명에 가장 적합하게 사용될 수 있는 단열재라 할 수 있다.
스페이서(S1, S2)는 중간층(150)을 코어층(140) 내부의 일정 레벨에 위치시키고 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 간격을 유지하기 위한 구성으로서, 바람직하게는 플라스틱 소재가 사용될 수 있으며, 또는 플라이우드나 하드우드와 같은 압축 목재가 사용될 수도 있다.
스페이서(S1, S2)는 하부판(110)이나 상부판(120) 및 중간층(150)과 맞닿는 면이 수지 계열의 접착제 또는 VHB 테이프와 같은 양면 테이프에 의해 접착될 수 있다.
본 발명에 따른 단열 구조재(100)는, 스페이서(S1, S2)를 이용하여 중간층(150)을 적절한 위치에 위치시키고 상부판(120)을 덮은 상태에서, 하부판(110)과 상부판(120) 및 연결부(130)에 의해 형성되는 내부 공간의 나머지 공간에 비발포성 폴리머 원액을 주입 및 경화시켜 코어층(140)을 형성함으로써, 중간층(150)이 코어층(140) 내부에 배치될 수 있게끔 한다.
또는, 중간층(150)이 배치되는 과정에서 중간층(150)과 하부판(110) 및 상부판(120) 사이에 비발포성 폴리머 원액을 접착제의 형태로 도포하여 경화시키는 방식으로 코어층(140)을 형성할 수도 있다.
즉, 본 발명에서 단열 구조재(100) 내에 비발포성 폴리머를 '주입'한다는 것은, 주입기와 같은 기구를 이용하여 단열 구조재(100)의 내부 빈 공간에 비발포성 폴리머 원액을 직접 주입하는 방식과, 중간층(150)과 하부 및 상부판(110, 120) 사이에 비발포성 폴리머 원액을 도포하는 방식을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
비발포성 폴리머로 구성되는 코어층(140)은 주입 후 경화되는 과정에서 단열 구조재(100)의 내부 공간에 기밀하게 접착될 수 있다. 즉, 코어층(140)은 그 자체로서 접착제의 기능을 할 수 있으며, 코어층(140)의 자체 접착력에 의하여 단열 구조재(100)의 구조적 강성이 더욱 견고하게 형성될 수 있다.
한편, 코어층(140)이 블록 형태로 구성되는 경우에는, 외부에서 폴리머 단열재를 다수 개의 블록으로 제작한 후 단열 구조재(100)의 내부 공간에 다수의 블록과 중간층(150)을 순차적으로 적입함으로써 중간층(150)이 코어층(140) 내부에 배치되도록 하거나, 또는 외부에서 코어층(140) 내부에 중간층(150)이 이미 삽입되어 있는 형태로 가공 및 제작하여 단열 구조재(100)의 내부 공간에 일체로 삽입할 수도 있다.
이와 같이 코어층(140)이 블록 형태로 구성되는 경우에는, 코어층(140)과 하부판(110) 및 상부판(120) 사이에(코어층(140)이 다수 개의 블록으로 마련되는 경우에는 블록들 간의 사이에도) 별도의 접착제를 도포하여 접착시키는 작업이 더 요구될 수 있다. 이때, 접착제로서는 수지 계열의 접착제는 물론 VHB 테이프와 같은 양면 테이프가 사용될 수 있다.
코어층(140)을 블록 형태로 구성하는 방식에서는, 코어층(140)이 단열 구조재(100) 내부로 적입되는 당시에 코어층(140)이 이미 일정 수준의 강도를 가질 수 있다. 따라서 코어층(140)의 재료로서 소정의 강도 조건을 충족시키는 재료(예컨대, 판형 폴리우레탄 폼 등)를 사용한다면, 단열 구조재(100) 내에서 스페이서(S1, S2)의 구성을 제외하는 것도 가능하다 할 수 있다.
또는, 본 발명에 따른 단열 구조재(100)는, 코어층(140)을 별도로 구비하지 않고, 진공 단열재로 구성되는 중간층(150)이 하부판(110) 및 상부판(120)에 직접 접착되는 방식으로 구성될 수도 있다. 이때 접착제로서는 수지 계열의 접착제 또는 VHB 테이프와 같은 양면 테이프가 사용될 수 있으며, 이러한 접착제 물질이 코어층을 구성하는 것으로 볼 수도 있다.
이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 단열 구조재(100)의 '제작 방법'에 대하여 구체적으로 설명한다.
우선, 하부판(110)의 상부에 연결부(130) 및 다수 개의 하부 스페이서(S1)를 배치하고, 하부 스페이서(S1)의 상부에 중간층(150)을 배치한 다음, 중간층(150)의 상부에 다수 개의 상부 스페이서(S2)를 배치하고 상부판(120)을 덮는다. 그리고 하부판(110)과 상부판(120) 및 연결부(130)가 이루는 박스 공간 내에 액상 폴리머를 주입 및 경화시키는 방식으로 코어층(140)을 형성함으로써, 단열 구조재(100)의 제작이 완료될 수 있다.
또는, 액상 폴리머를 마지막으로 주입하는 것이 아니라, 중간층(150)이 배치되는 과정에서 하부판(110) 및 상부판(120) 과의 사이에 접착제처럼 도포하는 방식으로 코어층(140)을 형성할 수도 있음은 전술한 바 있다.
비발포성 폴리머로 구성되는 코어층(140)은 경화되는 과정에서 단열 구조재(100)의 내부 공간에 기밀하게 접착될 수 있으며, 이러한 코어층(140)의 자체 접착력에 의하여 단열 구조재(100)의 구조적 강성이 더욱 견고하게 형성될 수 있다.
이때, 단열 구조재(100)의 테두리부를 구성하는 연결부(130)는 하단 및 상단부가 각각 하부판(110)과 상부판(120)에 접착되는 방식으로 기밀하게 연결되어, 코어층(140)으로서 주입되는 액상 폴리머가 새어 나오는 것을 방지할 수 있다.
스페이서(S1, S2)도 마찬가지로 하부판(110)과 중간층(150) 사이 그리고 중간층(150)과 상부판(120) 사이에 접착에 의해 고정될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 코어층(140)을 구성하는 폴리머는 경화 과정에서 부피가 증가하는 특성을 가지기 때문에, 액상의 폴리머가 경화되는 과정에서 상부판(120)에 하중을 가하여 눌러주는 과정이 수반되어야 한다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법은, 코어층(140)이 경화되는 과정에서 상부판(120) 위에 제한 시스템(R)을 올려 두는 작업을 포함할 수 있다.
비발포성 폴리머 원액을 주입기를 이용하여 직접 주입하는 경우에는 비발포성 폴리머 원액의 주입 전에 상부판(120) 위에 제한 시스템(R)을 배치하는 작업이 선행될 수 있고, 비발포성 폴리머 원액을 도포하는 방식의 경우에는 단열 구조재(100) 내부에 비발포성 폴리머 원액이 존재하는 상태에서 상부판(120)의 조립까지 완료된 이후 상부판(120) 위에 제한 시스템(R)을 배치하여, 코어층(140)을 구성하는 비발포성 폴리머가 경화될 때까지 상부판(120)에 대한 압력을 가해줄 수 있다.
제한 시스템(R)으로는 예컨대 건축 산업에서 일반적으로 사용되는 H-빔이나 철골 구조물 혹은 기타 비금속 구조물 등, 상부판(120)을 일정한 하중으로 눌러줄 수 있도록 소정의 무게를 가지는 다양한 구조물이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법은, 제한 시스템(R)과 더불어 전자석(electromagnet, 200)을 상부판(120) 위에 배치하여 단열 구조재(100)의 제작을 수행한다는 점에서 그 특징이 있다. 전자석(200)은 제한 시스템(R)과 동시에 상부판(120) 위에 배치 적용될 수 있다.
전자석(200)은 상부판(120)의 평탄도 유지를 위해 제공되는 것으로서, 금속 소재의 상부판(120)은 전자석(200)에 의해 발생되는 자기장에 의해 전자석(200)과 밀접하게 접촉되어 평평한 상태를 유지할 수 있게 된다.
이때, 전자석(200)은 상부판(120)의 전체 면적에 대응되도록 구성될 필요는 없으며, 전자석(200)이 상부판(120)의 상부 일부 면적만 차지하면서 놓여지더라도 상부판(120)이 전체적으로 평평도를 유지하는 효과를 볼 수 있음이 실험적으로 확인되었다.
도면에는 상부판(120)의 상부 중앙 부분에 하나의 전자석(200)을 배치하는 것이 실시예로 도시되어 있으나, 전자석(200)은 2 이상의 복수 개로 마련되어 상부판(120) 위의 적당한 위치에 분산 배치될 수도 있음은 물론이다. 본 출원인은 상부판(120) 위에 1개 내지 2개의 전자석(200)만을 배치하는 것만으로도 상부판(120)이 거의 완벽하게 평평도를 유지할 수 있음을 확인하였다.
또한, 본 발명은 전자석(200)을 적용함에 따라 상부판(120) 위에 배치되는 제한 시스템(R)의 적용을 최소화할 수 있다. 여기서 제한 시스템(R)의 적용을 최소화한다는 것은, 제한 시스템(R)의 배치 영역 범위와 전체 중량을 모두 줄일 수 있음을 의미할 수 있다.
즉, 기존 방식(도 3 참조)에서는 상부판(20)의 평탄도 유지 기능을 겸하기 위하여 제한 시스템(R)이 상부판(20)의 전체 면적에 대하여 적어도 일정 부분 이상을 차지하도록 배치되어야 했는데, 이와 대비하여 본 발명에서는 상부판(120)의 평탄도 유지가 전자석(200) 또는 후술하는 진공 흡착부(300)에 의해 구현되므로, 제한 시스템(R)은 단순히 상부판(120)을 소정의 하중으로 눌러주는 역할만 담당하면 되고, 따라서 제한 시스템(R)의 배치 영역이나 중량을 기존 대비 크게 줄일 수 있게 되는 것이다.
일 실시예로서 도 7을 참조하면, 본 발명의 제한 시스템(R)은 상부판(120)의 상부 가장자리 부위에만 배치가 적용될 수 있으며, 상부판(120)의 가장자리 내측 방향에 한 개 내지 복수 개의 전자석(200)이 배치될 수 있다.
다만, 본 발명의 제한 시스템(R)의 구조가 도 7에 도시된 실시예에 국한되는 것은 아니며, 단열 구조재(100)의 제작 과정 중에 코어층(140)의 팽창 작용을 억제하기 위하여 상부판(120)을 일정한 하중으로 눌러주는 기능을 할 수 있고, 이때 전자석(200)을 배치할 공간이 제공될 수 있는 구조라면 어떠한 형태를 가지더라도 무방하다.
예컨대, 제한 시스템(R)으로서 적어도 하나 이상의 가로 빔과 세로 빔이 서로 교차하는 격자 형태의 구조물을 이용할 수도 있으며, 이때 격자 형태의 구조물에서 가장자리 부위를 제외하는 것도 가능하다.
또한, 전자석(200) 자체만의 중량만으로도 상기의 기능을 충분히 할 수 있는 경우에는, 본 발명에서 제한 시스템(R)의 적용이 아예 배제될 수도 있음은 물론이다.
상기와 같이 본 발명은 제한 시스템(R)의 적용이 최소화, 즉 배치 범위와 자체 하중을 감소시키는 것이 가능함에 따라, 단열 구조재(100)의 테두리부에 가해지는 압축 하중을 최소화할 수 있고, 따라서 연결부(130)로서 구조적 강도가 다소 떨어지는 비금속 소재를 적용하는 것이 가능해지는 효과가 있다.
단열 구조재(100)의 테두리부에서 열교를 없애기 위해서는 단열 성능이 우수한 비금속 소재를 이용하는 것이 바람직하나, 단열 성능이 우수한 소재일수록 구조적인 성능이 현저히 떨어지는 것이 일반적이다. 일례로, 에어로젤 기반의 단열재의 경우 블랭킷 형태로 가공되므로 일정 수준 이상의 하중 조건에서 치수 유지가 불가능하며, 발포성 단열재(예: EPS 스티로폼)의 경우에는 압축이 가해지는 면적이 큰 경우에는 어느 정도의 치수 안정성이 유지될 수 있으나, 단열 구조재(100)의 테두리부에만 국한되어 좁은 폭으로 사용될 경우 제작 중 강한 압축 하중을 받을 경우 파손의 위험이 있다.
따라서 기존의 방식(도 3 참조)에서는 제한 시스템(R)의 무거운 하중 때문에 연결부(30)를 전체로서 비금속 소재로 구성하는 것이 불가능하였고, 전술한 바와 같이 비금속층(33)을 일정 두께 이상으로 하는 데에도 어려움이 있었다.
그러나, 본 발명에서는 제한 시스템(R)의 적용이 최소화됨에 따라, 단열 구조재(100)의 테두리부를 구성하는 연결부(130)에 작용하는 하중을 최소화하는 것이 가능하게 된다. 이는 곧 단열 구조재(100)의 테두리부를 구성하는 연결부(130)에 요구되는 강도 수준을 낮출 수 있다는 것을 의미하여, 궁극적으로 연결부(130) 전체를 비금속 소재로 적용하는 것이 가능해지는 것이라 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명은 전자석(200) 대신 진공 흡착부(300)를 적용하여 상부판(120)의 평탄도를 유지하는 기능을 구현할 수도 있다.
진공 흡착부(300)는 상부판(120)을 흡착하여 상부판(120)의 표면 평탄도를 유지하고 지지하는 기능을 수행한다. 여기서 진공 흡착부(300)에 의한 상부판(120)의 흡착은 진공 흡착 방식을 이용할 수 있는데, 진공 흡착 방식은 기존에 공된 기술을 이용하는 것이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
전자석(200)을 적용하는 경우와 유사하게, 진공 흡착부(300)는 상부판(120)의 상부면에 흡착력을 가해줌으로써 끌어당기는 힘을 이용하여 상부판(120)이 전체적으로 균일하게 평평도를 유지할 수 있도록 한다.
전자석(200)과 마찬가지로, 진공 흡착부(300)는 상부판(120)의 모든 영역이 아니라 일부 영역에 대한 흡착력만을 제공하는 것으로도 상부판(120)의 평탄도 기능을 수행할 수 있다.
또한, 진공 흡착부(300)는 한 개 내지 2 이상의 복수 개로 마련될 수 있으며, 진공 흡착부(300)가 복수 개로 마련되는 경우에는 상부판(120) 위의 적당한 위치에 분산 배치될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 진공 흡착부(300)가 단수 개로 마련되는 경우에는 상부판(120)의 중앙 영역을 흡착시키는 것이 바람직할 것이다.
상기와 같이 단열 구조재(100)의 제작 과정 중에 전자석(200) 또는 진공 흡착부(300)를 이용하여 상부판(120)의 평평도를 유지하는 본 발명에 따르면, 아래와 같은 효과가 구현될 수 있다.
- 상부판(120)의 표면 평탄도 문제 해결
우선, 코어층(140)을 구성하는 액상 폴리머의 경화 과정에서 상부판(120)의 평평도를 유지하는 것이 가능하며, 이에 따라 단열 구조재(100)의 제작이 완료될 때까지 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있다. 전체적으로 균일한 구조적 성능을 구현하기 위하여 단열 구조재(100)의 두께를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요한 요소라는 점은 전술한 바 있다.
즉, 본 발명은 기존에 문제시되었던 상부판(120)의 표면 평탄도 문제를 완벽하게 해결함에 따라, 단열 구조재(100)의 구조적 성능이 그대로 구현되도록 할 수 있으며, 뿐만 아니라 상부판(120)의 처짐 현상에 수반되었던 중간층(150)의 눌림 현상까지도 완화 및 개선시킬 수 있다는 장점이 있다.
기존 방식(도 3 및 도 4 참조)을 사용할 경우, 전술한 여러가지 이유로 인하여 상부판(20)의 처짐 현상이 발생하게 된다. 일반적으로 현장에서는 1m 길이의 수평자나 상부에 팽팽한 실을 설치한 후 판의 처짐을 확인하는데, 기존 방식을 이용하는 경우, 강한 태양 복사를 받지 않는 실내 측정 조건에서 상부판(20)의 1m 길이 당 약 11~14mm 가량의 처짐이 발생하는 것이 확인되었다.
이를 통상적인 처짐량 기준으로 표현하면, 기존 공법은 D = L/90 내지 D = L/70 수준의 처짐 기준 또는 평균인 D = L/80을 만족하는 판넬 정도만 제작 가능한 것으로 볼 수 있다. (※ D: 처짐량, L: 길이)
따라서, 기존의 방식으로는 보다 엄격한 기준의 적용을 받는 단열 구조재 파넬의 제작이 불가능하다. 예를 들어 D = L/240의 처짐 기준이 요구될 경우, 3000mm 길이에서 허용 가능한 최대 처짐량은 3000/240 = 12.5mm 이며, 1000mm 길이에서 최대 허용 처짐량은 대략 4mm 정도가 되는데, 전술한 기존 방식에 따르면 1000mm 길이 당 처짐량이 약 11~14mm로서 해당 기준에서의 최대 허용 처짐량인 4mm를 훨씬 웃돌게 되므로, 기존 방식으로는 상기와 같이 엄격한 처짐량 기준을 만족하는 단열 구조재 판넬의 제작이 불가능한 것이다.
그러나 본 발명은 전자석(200) 또는 진공 흡착부(300)의 적용에 의하여 상기와 같이 엄격한 처짐량 기준(예컨대, D = L/240 혹은 그 이상)을 만족하는 단열 구조재(100)의 제작이 가능해지므로, 단열 구조재(100)의 균일한 구조적 성능이 구현되는 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상부판(120)의 평탄도 문제가 해결됨에 따라 스페이서(S1, S2)를 과도하게 배치할 필요가 없으며(진공 단열재의 배치를 위한 정도면 충분), 따라서 스페이서(S1, S2)의 물량 감축이 가능함에 따라 제작 공수 및 비용 절감이 가능한 효과가 있다.
기존 방식(도 1 및 도 2 참조)에 따라 단열 구조재를 제작할 경우, 통상적으로 500mm×500mm 크기의 진공 단열재 위에 대략 5~9개의 스페이서(S2)가 배치되어야 했다. 즉, 기존 방식에서는 sqm(square meter) 당 20~36개 가량의 많은 스페이서(S2)를 설치해야 하는 어려움이 있었으며, 이와 같이 많은 수의 스페이서(S2)를 적용한다 하더라도 상부판(20)에 상당한 처짐이 발생하는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명에 따른 단열 구조재 제작 방법에 의할 경우, 이러한 스페이서(S2)의 개수를 크게 감소시킬 수 있다. 예컨대, 500mm×500mm 크기의 진공 단열재의 상부 모퉁이 부분에만 스페이서(S2)를 배치하여 sqm 당 최대 16개의 스페이서(S2)만 배치시킬 수 있으며, 경우에 따라 스페이서(S2)의 개수를 그 이하로 줄이는 것도 가능하다. 또한, 동일한 원리로 단열재의 하부에 배치되는 스페이서(S1)의 개수 또한 함께 감소시킬 수 있음은 물론이다.
- 단열 구조재(100)의 테두리부의 열교 문제 해결
본 발명은 전자석(200) 또는 진공 흡착부(300)의 적용에 의하여 제한 시스템(R)의 자체 중량을 최소화하는 것이 가능하므로, 단열 구조재(100)의 테두리부를 구성하는 연결부(130)에 걸리는 하중을 최소화할 수 있다.
이와 같이 연결부(130)에 걸리는 하중을 최소화하는 것이 가능해짐에 따라, 본 발명에서 단열 구조재(100)의 테두리부를 구성하는 연결부(130)를 구조적 강도가 비교적 작은 비금속 소재로 구성하는 것이 가능해지며, 또한 연결부(130) 자체의 폭을 얇은 두께로 줄이는 것도 가능해진다.
즉, 본 발명은 전자석(200) 또는 진공 흡착부(300)를 적용하는 단열 구조재(100)의 제작 공법의 변화를 통하여, 연결부(130)를 단일의 비금속 소재로 구성할 수 있으며, 이에 따라 전술한 종래 열교 측면의 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 본 발명에서 연결부(130)가 비금속 소재로 구성되어 하부판(110) 및 상부판(120)에 접착 방식으로 연결됨에 따라, 기존의 용접(또는 볼팅) 방식과 대비하여 기밀한 연결 구조가 다소 약해지는 것이 아닌가 하는 의문이 들 수 있다.
그러나 본 발명에서는 상부판(120)의 표면 평탄도 문제가 해결됨에 따라 단열 구조재(100)의 내부 공간이 균일하게 형성되고, 제한 시스템(R)의 자체 하중을 감소시키는 것이 가능하므로, 접착 방식만으로도 단열 구조재(100)의 테두리부에서 기밀한 연결의 구현이 가능하다.
현존하는 양면 테이프 또는 도포 방식의 접착제의 경우, 접착면에 굴곡이 없이 평탄하여야 보다 안정적인 접착력이 구현된다. 즉, 기존 방식(도 4 참조)의 경우에는 상부판(20)의 처짐 발생에 의하여 테두리부에서의 상부판(20)이 경사지게 형성될 수 있고, 따라서 테두리부를 구성하는 연결부(30)와 상부판(20) 사이를 접착제에 접착시킨다 하더라도 접착 불량이 발생할 가능성이 높았다.
그러나 본 발명에서는 전자석(200) 또는 진공 흡착부(300)에 의해 상부판(120)의 표면 평탄도를 유지하는 것이 가능하므로, 단열 구조재(100)의 테두리부를 구성하는 연결부(130)와 상부판(120) 사이의 접착면에도 굴곡이 발생하지 않아 우수한 접착력을 확보할 수 있고, 따라서 기존 방식과는 달리 접착 방식만으로도 기밀한 연결의 구현이 가능한 것이다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 코어층(140)을 구성하는 비발포성 폴리머의 주입 전에 단열 구조재(100)의 측면에 임시 댐막이 구조를 설치하는 방식으로, 단열 구조재(100)의 테두리부에서의 기밀한 연결을 보완할 수도 있다. 임시 댐막이 구조는 단열 구조재(100)의 제작이 완료된 후에는 제거된다.
상기와 같이 임시 댐막이 구조를 적용하는 경우에는 연결부(130) 구성 자체를 생략하는 것도 가능하다. 즉, 임시 댐막이 구조를 설치한 후 액상 폴리머를 주입 및 경화시킴으로써, 내부 코어층(140)이 자체적으로 단열 구조재(100)의 테두리를 형성하도록 구성할 수도 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 임시 댐막이 구조를 단열 구조재(100)의 측면으로 일부 인입되도록 설치하여 코어층(140)을 형성한 후 제거하고, 제거된 영역에 에어로젤을 포함하는 고성능 단열재 블랭킷(blanket)을 피복할 수도 있다. 이 경우에는 단열 구조재(100)의 전체 단열성능이 보다 향상될 수 있으며, 특히 단열 구조재(100)의 테두리부에서의 열교 방지 효과를 극대화할 수 있다.
한편, 앞에서 코어층(140)이 주입 방식이 아니라 외부에서 블록 형태로 가공되어 단열 구조재(100)의 공간 내에 적입되거나, 또는 진공 단열재로 구성되는 중간층(150)이 하부판(110) 및 상부판(120)에 직접 접착되는 방식으로 본 발명의 단열 구조재(100)가 구성될 수도 있음을 설명한 바 있는데, 이러한 경우에도, 코어층(140) 또는 중간층(150)이 단열 구조재(100) 내에서 접착제에 의해 접착될 것이 요구되므로, 견고한 접착력이 형성될 수 있도록 압착을 제공하고자 전술한 제한 시스템(R)이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 상기의 경우에도 접착제가 경화(양면 테이프의 경우에도 테이프의 표면에 묻어 있는 접착 물질이 UV 또는 공기와 접촉되면서 경화됨)될 때까지 코어 구성품의 단차 유지를 위하여 상부판(120)의 평탄도를 유지할 것이 요구될 수 있으며, 따라서 전자석(200) 혹은 진공 흡착부(300)를 이용하여 상부판(120)의 평탄도를 유지시키는 전술한 내용도 동일하게 적용될 수 있다.
즉, 코어층(140)이 블록 형태로 제작되어 단열 구조재(100) 내부에 적입되는 방식이나 중간층(150)이 상/하부판(110, 120)에 직접 접착되는 방식에서도, 코어층(140)을 형성하는 방법에 있어서만 다소 차이가 있을 뿐, 나머지 본 발명의 기술적 사상은 그대로 적용될 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 단열 구조재
110: 하부판
120: 상부판
130: 연결부
140: 코어층
150: 중간층
200: 전자석
300: 진공 흡착부
R: 제한 시스템

Claims (13)

  1. 금속 소재의 하부판 및 상부판, 상기 하부판과 상기 상부판 사이에 배치되는 진공 단열재를 포함하는 단열 구조재의 제작 방법에 있어서,
    상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이의 공간에 투입되는 액상 폴리머 또는 접착제 물질을 경화시키는 과정에서, 상기 상부판의 상부면에 전자석을 배치하거나 또는 상기 상부판을 진공 흡착 방식으로 흡착시킴으로써 상기 상부판의 처짐을 방지하고 평탄도를 유지하는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재 제작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액상 폴리머 또는 상기 접착제의 경화시, 상기 상부판의 상부에 소정의 무게를 가지는 제한 시스템을 배치하여 상기 상부판에 하중을 가해주는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재 제작 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자석 또는 상기 진공 흡착 방식은 상기 제한 시스템과 동시에 적용되며, 상기 제한 시스템은 상기 전자석이 배치될 영역 또는 상기 진공 흡착 방식이 적용될 영역을 남겨두고 상기 상부판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재 제작 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전자석이 배치될 영역 또는 상기 진공 흡착 방식이 적용될 영역은 상기 상부판의 중앙에 단수의 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재 제작 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전자석이 배치될 영역 또는 상기 진공 흡착 방식이 적용될 영역은 상기 상부판의 상부에 복수의 영역으로 분산 형성되는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재 제작 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 단열 구조재 제작 방법으로 제작된 단열 구조재.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이에 배치되는 코어층을 더 포함하는,
    단열 구조재.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이에 배치되어 간격을 유지하는 복수의 스페이서를 더 포함하고,
    상기 코어층은 상기 진공 단열재와 상기 하부판 및 상기 상부판 사이의 공간에 주입된 액상 폴리머가 경화되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 하부판과 상기 상부판의 테두리 사이에 배치되어 상기 단열 구조재의 측면을 구성하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는 비금속 소재로만 구성되며 상기 하부판 및 상기 상부판에 접착 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 연결부는 수지 접착제 또는 VHB 테이프를 포함하는 양면 테이프를 이용하여 상기 하부판 및 상기 상부판에 접착되는 것을 특징으로 하는
    단열 구조재.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 코어층은 외부에서 블럭 형태로 제작된 폴리머 단열재로서, 상기 진공 단열재, 상기 하부판 및 상기 상부판과 접하는 면이 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 진공 단열재는 수지 접착제 또는 VHB 테이프를 포함하는 양면 테이프에 의해 상기 하부판 및 상기 상부판과 직접 접착되는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부판은 처짐량이 길이 대비 1/80 이하인 평탄도를 가지는 것을 특징으로 하는,
    단열 구조재.
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