축열식 보일러의 보온재 제작을 위한 폴리우레탄 발포지그

축열식 보일러의 보온재 제작을 위한 폴리우레탄 발포지그 {Polyurethane foaming jig for a thermal insulator of a regenerative boiler}

도 1은 직육면체형 축열식 보일러를 나타낸 사시도.

도 2는 직육면체형 축열식 보일러를 나타낸 측단면도.

도 3은 본 발명에 의한 폴리우레탄 발포 지그가 개방된 상태를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 폴리우레탄 발포 지그가 폐쇄된 상태를 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명에 의한 폴리우레탄 발포 지그를 나타낸 평면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 지그 2: 바닥면 판

5: 제1 측면 판 6: 제2 측면 판

9: 제3 측면 판 11, 14: 바퀴

12: 제4 측면 판 15: 덮개면 판

17: 개폐판 18: 체결장치

100: 보일러

본 발명은 축열식 보일러의 보온재 제작을 위한 폴리우레탄 발포 지그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직육면체형 축열식 보일러의 보온재로서 폴리우레탄 폼을 사용하기 위해 폴리우레탄을 발포 처리할 때 보일러의 외부 케이스를 고정해주기 위한 지그에 관한 것이다.

축열식 전기 보일러는 심야시간에 90℃ 정도의 온수를 만들어 축열조에 저장하였다가 필요한 시간에 온수를 사용하여 난방을 하는 장치로서 화재, 폭발, 배기가스 등의 위험이 없다. 전력을 이용하여 가열하므로 연소시 발생하는 연기나 재, 소음이 전혀 없으므로 매우 쾌적한 생활을 영위할 수 있고, 일정한 온도와 습도를 지속시켜 줌으로써 갑자기 뜨겁고 차가워지는 현상이 전혀 없다. 또한, 연료 보충이 필요 없으며, 에너지 효율이 90~95% 수준으로 에너지 절약 효과가 우수하며 연료비가 저렴하다.

축열식 전기 보일러를 형태에 따라 분류하면 크게 원통형 보일러와 직육면체형 보일러로 구분할 수 있다. 원통형 보일러와 직육면체형 보일러는 각각의 장단점이 있는데, 원통형 보일러는 내구력이 강하다는 장점이 있고 직육면체형 보일러는 공간 활용에 좋고 모양도 좋다는 장점이 있다.

종래에는 일반적으로 축열조 탱크와 외부 케이스 사이에 구비되는 보온재로서 유리섬유를 사용했으나 유리섬유는 인체에 유해하기 때문에 최근에는 충격이 가해질 때의 내부 구조 보호 및 열손실 방지를 위한 보온재의 재료로서 인체에 무해 한 폴리우레탄 폼을 많이 사용한다.

폴리우레탄 폼은 뿌릴 때는 액체 상태인데 시간이 지나면 부풀어올라 스티로폼 비슷한 고체로 변하여 단열과 소음 차단 등에 효과가 있는 것으로서, 축열식 보일러의 경우 스프레이로 축열조 탱크와 외부 케이스 사이의 빈 틈에 폴리우레탄 액을 뿌리면 시간이 지나 부풀어 올라 빈틈에 채워지며 축열식 보일러의 측면과 상하면을 둘러싸는 보온재가 될 수 있다.

그런데 상기와 같은 방식으로 폴리우레탄 발포 처리시, 원통형 보일러의 경우에는 압력이 골고루 분산되기 때문에 작업이 어렵지 않은 반면, 직육면체형 보일러의 경우에는 원통형과는 달리 압력이 골고루 분산되지 않고 압력이 모서리 등 특정 부분에 더 많이 가해져서 보일러의 외부 케이스를 바깥 방향으로 밀어붙이는 힘이 크게 작용하는데, 이 때 외부 케이스를 바깥에서 지지해주는 구조물도 없다 보니, 보일러의 외부 케이스의 특정 부위에 변형이 생기거나 파손될 염려도 있는 등 보일러의 밑면에서부터 측면을 거쳐 윗면까지 한꺼번에 발포처리를 통해 보온재를 제작하는 것이 매우 어렵다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 회피하려면, 직사각형의 폴리우레탄 판을 보일러의 각 측면과 상면, 하면에 맞게 각각 별개로 제작하여 끼우는 방법을 사용하면 되겠지만, 이와 같이 보온재를 조각조각 제작하여 맞추는 방법은 빈 틈이 생겨서 열손실이 크다는 문제점이 있고, 그리하여 종래에는 그 형태로 인한 장점에 따른 수요가 컸음에도 불구하고 직육면체 형태의 축열식 보일러의 제작이 기피되어 온 실정이다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명은 직육면체형 축열식 전기 보일러의 보온재 제작을 위하여 폴리우레탄 발포 처리 작업 동안 축열식 전기 보일러의 외부 케이스의 전체 면을 바깥에서 지탱해주는 지그를 제공함으로써 작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수평한 바닥면 판과, 수직한 제1 측면 판, 제2 측면 판, 제3 측면 판, 제4 측면 판과, 수평한 덮개면 판을 포함하여 이루어져 상기 판들이 직육면체 형태의 보일러의 모든 면들을 빈틈없이 둘러쌀 수 있도록 구성되고, 상기 덮개면 판은 개폐가 가능하고 상기 덮개면 판에는 복수개의 폴리우레탄액 주입 구멍이 형성되며 각 폴리우레탄액 주입 구멍마다 구멍 개폐 장치가 구비되고, 내부 공간에 축열식 보일러를 수납하기 용이하도록 서로 직각을 이루며 연결된 제3 측면 판과 제4 측면 판은 개폐 가능하도록 형성된다.

또한, 이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지지대 위에 수평하게 설치되는 직사각형의 바닥면 판과, 한 모서리가 상기 바닥면 판의 한 모서리와 수직하게 고정 결합되는 직사각형의 제1 측면 판과, 한 모서리가 상기 바닥면 판의 한 모서리에 수직하게 고정 결합되고 다른 한 모서리가 상기 제1 측면 판의 한 모서리와 수직하게 고정 결합되는 직사각형의 제2 측면 판과, 한 모서리가 상기 제2 측면 판의 측면 모서리 중 상기 제1 측면 판과 고정 결합된 모서리의 반대쪽 측면 모서리에 힌지 결합되어 힌지 운동을 할 수 있는 직사각형의 제3 측면 판과,한 모서리가 상기 제3 측면 판의 측면 모서리 중 상기 제2 측면 판과 고정 결합된 모서리의 반대쪽 측면 모서리에 수직하게 고정 결합되어 상기 제3 측면 판과 함께 움직일 수 있는 직사각형의 제4 측면 판과, 상기 제1 측면 판, 제2 측면 판, 제3 측면 판, 제4 측면 판의 상단 모서리들이 이루는 직사각형 개방면을 개폐할 수 있도록 구비되는 덮개면 판으로서, 상기 덮개면 판에는 복수개의 폴리우레탄액 주입 구멍이 형성되고 각 폴리우레탄액 주입 구멍마다 구멍 개폐 장치가 구비되는 덮개면 판을 포함하여 이루어지고, 상기 바닥면 판, 제1 측면 판, 제2 측면 판, 제3 측면 판, 제4 측면 판 및 덮개면 판이 직육면체 형태의 보일러의 모든 면들을 빈틈없이 둘러쌀 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제3 측면 판 및 제4 측면 판으로 이루어지는 연결체의 바깥 하단 면에 바퀴부가 연결되어 상기 연결체가 움직일 때 바퀴가 지지해주는 것이 바람직하다.

또한, 상기 바닥면 판, 제1 측면 판, 제2 측면 판, 제3 측면 판, 제4 측면 판 및 덮개면 판의 모서리 중에서 맞닿을 수 있고 서로에 대해 벌어질 수도 있는 양 판의 모서리의 대응되는 양쪽 부분에는 상호 결합됨으로써 양 판이 벌어지지 않도록 해주는 체결 장치가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 덮개면 판은 상기 제1 측면 판의 상단 모서리와 힌지 결합되고 에어 실린더 장치에 의해서 개폐 작동이 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 축열식 보일러가 상기 지그 내부에 장착된 상태에서 상기 축열식 보일러의 외부 케이스의 공기 구멍과 대응되는 부분의 지그 부분에 공기 구멍이 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 축열식 보일러(100)를 나타낸 사시도이다.

본 발명에 따른 지그를 이용해서 고정시킬 축열식 보일러(100)는 폴리우레탄 발포 처리 작업이 끝난 다음에 보일러 몸체의 앞면에 돌출된 히터(101)를 가리기 위한 히터 커버와 콘트롤 박스를 장착하는데, 이를 장착하기 전의 상태에서는 도 1에서 도시된 바와 같이 직육면체 형태를 가진다. 따라서 지그를 이용해 고정시킨 상태에서 발포 처리 작업을 할 때의 보일러(100)의 형태는 직육면체 형태이다.

보일러(100)의 외부 케이스(102)의 앞면과 밑면에는 여러 개의 원형 구멍(103)이 형성되어 있는데 이는 폴리우레탄 발포시 외부 케이스 내에 있던 공기가 빠져나갈 수 있도록 하기 위하여 형성한 것이다. 이는 공기가 케이스 내부에서 갇히게 되면 보온재의 분포가 불균일해지기 때문이다.

도 2는 축열식 보일러(100)의 단면을 나타낸 것으로서, 축열조(104)와 외부 케이스(102) 사이에는 공간이 있고 이 공간에 보온재(106)가 삽입된다. 외부 케이스(102)의 안쪽 몇 군데에는 축열조(104)에 닿도록 일정 길이만큼 돌출된 철제 부재(미도시)가 결합되어 있어서 축열조(104)의 외부 면와 외부 케이스 사이의 거리를 유지시켜 보온재(106)가 삽입될 공간이 확보된다.

축열조(104)의 내면에는 내압 보강용 스테이(105)가 규칙적으로 배열 후 양 면 용접되며, 내압이 분산되도록 설계 및 제작된다. 외부 케이스(102)는 컬러 강판을 NCT 가공 후 사용하며, 칼라 강판의 이음 프레임은 알미늄을 압출, 가공하여 조립된다. 외부 케이스(102) 중 원형 구멍(103)이 형성된 부분의 외부 케이스(102)와 축열조(104) 사이의 공간에는 원형 구멍이 뚫린 원통형 폴리에틸렌 폼(107)이 꼭 끼워지는데, 이는 외부 케이스와 축열조 사이에 있던 공기는 폴리에틸렌 폼(107)을 통과해서 외부 케이스의 구멍(103)을 통해 빠져나갈 수 있게 하는 한편, 폴리우레탄은 외부 케이스의 구멍(103)을 통해 빠져나갈 수 없도록 하기 위함이다. 축열조(104)의 상단에는 2개의 아이볼트(108)가 결합되어 있다.

보온재(106)는 고밀도 폴리우레탄액을 인젝션하여 몰딩제작하고, 밀도는 40kg/m ³ , 열전도도는 0.025Kcal/m ² h℃이고, 두께는 40mm이다. 보일러의 밑면까지 폴리우레탄을 발포 처리함으로써 열손실이 최소화되며, 고온용 난연성 폴리우레탄액을 사용하여 110℃까지 안정적으로 사용 가능하다.

도 3 및 도 4는 보일러용 지그(1)를 나타낸 사시도이다.

지그(1)는 바닥면 판(2), 제1 측면 판(5), 제2 측면 판(6), 제3 측면 판(9), 제4 측면 판(12) 및 덮개면 판(15)으로 이루어진다. 바닥면 판(2)의 네 귀퉁이 아래에는 받침대(3)가 있고 바닥면 판(2)이 이 4개의 받침대(3) 위에 고정된다. 제1 측면 판(5)과 제2 측면 판(6)은 고정된 반면, 제3 측면 판(9)과 제4 측면 판(12)은 "ㄱ"자 형태를 이루도록 일체로 형성되고 제2 측면 판(6)의 한쪽 측면 모서리가 제1 측면 판(5)의 한쪽 모서리와 힌지결합됨으로써 제3 측면 판(9)과 제4 측면 판 (12)으로 된 연결체가 힌지 운동에 의해 열리고 닫힌다.

제3 측면판(9)의 하단 외부면과 제4 측면판(12)의 하단 외부면에는 각각 바퀴 연결 부재(10,13)가 결합되고 바퀴 연결 부재(10,13)의 하단면에는 바퀴(11,14)가 부착되어 제3 측면 판(9)과 제4 측면 판(12)으로 된 연결체를 지지해주는 한편 열고 닫기 쉽게 해준다.

덮개면 판(15)은 제1 측면 판(5)의 한 모서리에 힌지 결합되고 도 3에서 제1 측면 판(5)에 의해 가려져 있는 덮개면 판(15)의 한쪽 가장자리가 에어 실린더 장치(미도시)에 연결되어 에어 실린더가 덮개면 판의 한쪽 가장자리를 밀어올리거나 당겨내리는 작동에 따라 힌지 운동을 함으로써 닫히거나 열리게 된다.

제2 측면 판(6) 및 바닥면 판(2)은 각각 보일러의 외부 케이스(102)의 앞면 및 바닥면과 닿는 면을 가진 판으로서 외부 케이스(102)의 공기구멍(103)이 형성된 부분과 대응되는 위치의 제2 측면 판(6) 및 바닥면 판(2)에 공기 구멍(4,7)이 형성되어 있어 공기가 지그(1)를 통해서도 빠져나갈 수 있다. 또한, 제2 측면 판(6)에는 보일러(100)의 앞쪽으로 돌출된 히터(101)가 통과될 수 있도록 히터 구멍(8)이 형성되어 있다. 직육면체형 보일러(100)의 앞뒤 사이의 길이가 제품 종류에 따라 다를 수 있는데, 이런 경우에 대비하여 제2 측면 판(6)은 고정시키려는 보일러(100)의 규격에 따라 앞뒤로 움직일 수 있도록 구성한다.

도 4는 지그(1)의 모든 판들이 닫혀 직육면체 형태를 이룬 상태를 나타낸 것으로서, 이 상태에서 지그(1)의 각 판들의 안쪽 면들이 대응되는 직육면체 형태의 보일러 외부 케이스(102)의 바깥쪽 면들과 밀착함으로써 보일러(100)를 단단하게 고정해준다. 지그(1)의 각 판들의 외측면에는 바둑판 줄과 같이 배열된 보강부재(21)들이 결합된다.

제1 측면 판(5)과 제4 측면 판(12)의 두 판이 만나는 모서리의 대응되는 부분에는 여러 개의 체결 장치(18)가 부착되어 있어서 제4 측면 판(12)의 걸고리(19)를 제1 측면 판(5)의 고정 부재(20)에 걸어서 견고하게 체결할 수 있다. 이러한 체결 장치(18)는 덮개면 판(15)과 제3 측면 판(9)의 두 판이 만나는 모서리의 대응되는 부분에 부착된다. 체결 장치(18)에 의한 체결로 인하여 폴리우레탄 발포 처리 작업 중에 덮개면 판(15) 또는 제3 측면 판(9) 및 제4 측면 판(12) 연결체가 힌지 운동에 의해 열리게 되는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 덮개면 판(15)을 위에서 내려다본 모습을 나타낸 것이다.

덮개면 판(15)에 바둑판 배열로 여러 개의 구멍(16)이 형성되어 있으며 각 구멍(16)의 위에는 구멍을 개폐할 수 있도록 개폐 판(17)이 슬라이딩 가능하게 설치된다.

상기와 같은 폴리우레탄 발포 지그를 사용해서 폴리우레탄 폼 보온재를 제작하는 방법은 다음과 같다.

축열조(104)와, 상부면을 제외하고 축열조(104)를 둘러싸는 외부 케이스(102)를 포함하는 보일러를 도 3에서와 같이 제3 측면 판(9) 및 제4 측면 판(12)으로 된 연결체와 덮개면 판(15)이 열려 있는 지그(1) 위에 위치시킨다. 아이볼트(108)에 줄과 연결된 걸고리(미도시)를 걸어서 크레인(미도시)으로 들어올려서 이동시킨다.

보일러(100)의 앞면이 제2 측면 판(6)의 내측면에 맞닿고 지그(1)의 공기구멍(4,7)과 보일러 외부 케이스(102)의 공기구멍(103)이 일치하며 보일러(100) 앞면의 히터(101)가 지그(1)의 히터구멍(8)을 관통하도록 보일러(100)를 지그(1)의 바닥면 판(2) 위에 놓은 다음, 제3 측면 판(9) 및 제4 측면 판(12)으로 된 연결체와 덮개면 판(15)을 닫고서 제4 측면 판(12)과 제1 측면 판(5)을 체결 장치(18)로 체결하고, 덮개면 판(15)은 에어 실린더 장치를 이용해서 닫은 다음 덮개면 판(15)과 제3 측면 판(9)을 체결 장치(18)로 체결한다.

그 다음, 작업자는 지그(1)의 덮개면 판(15) 위로 올라가서 어느 하나의 구멍의 개폐 판(17)을 열고서 폴리우레탄 액 주입 노즐(미도시)을 구멍(16)에 끼우고 폴리우레탄액을 주입시킨 다음 구멍 개폐 판(17)을 닫는 식의 작업을 각각의 구멍(16)에 대해서 행함으로써 보온재(106) 제작 작업을 해나간다. 이 때 먼저 덮개면 판(15)의 구멍(16)들 중 한쪽 구석의 구멍을 통해 먼저 주입시키고 그 다음 대각선 방향의 다른 한쪽 구석의 구멍을 통해 주입시킨 다음, 나머지 구석의 구멍들을 통해 주입시키고, 그 다음 사이드 가장자리에 있는 구멍들에 주입하고서 나머지 구멍들을 통해 주입시키는 것이 바람직한데, 보일러(100)의 밑면부터 측면을 거쳐 윗면까지 구석구석 골고루 폴리우레탄 발포 처리가 되도록 해야 하므로 작업자는 폴리우레탄액 주입 순서에 유의하여야 한다. 주입된 폴라우레탄액은 시간이 지나면 부풀어 올라 고체 상태의 폼 형태로 되어 공간을 채운다.

폴리우레탄 발포 처리가 완료되면 체결 장치(18)에 의한 체결을 모두 해제하고 덮개면 판(15) 및 제3 측면판(9) 및 제4 측면판(12)으로 된 연결체를 열고서 보 일러(100)를 지그(1)로부터 꺼내고 보일러 외부 케이스(102)의 상판으로 보일러(100)의 위를 덮어서 고정시킨다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 축열식 보일러의 보온재 제작을 위한 폴리우레탄 발포 지그에 의하면 직사각형 형태의 축열식 보일러의 보온재로서 보일러의 밑면, 측면, 바닥면을 감싸주는 일체로 된 폴리우레탄 폼을 제작하는 것을 가능하게 해줌으로써 직사각형 형태의 보일러에도 인체에 무해하고 내부에 충격이 전달되는 것을 방지해주며 열 손실을 최대한 방지해주는 폴리우레탄 폼 보온재를 적용할 수 있다는 장점이 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체적인 예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.