KR101360755B1 - 상변화 물질을 이용한 농업자재용 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일면에는 상변화 물질이 충진된 에어캡을 구비하며, 반대 면에는 공기가 충진된 에어캡을 구비하는 농업용 축열제 필름에 관한 것으로서 본 발명의 필름을 농업자재에 활용하는 경우 식물의 재배에 적합한 온도를 유지할 수 있으며, 구체적으로는 화분덮개필름, 비닐하우스 덮개용 필름, 멀칭필름 등에 다양하게 활용될 수 있다. 또한 본 발명은 탄소원을 사용하지 않고 태양열을 매개로 상변화를 유도하여 이를 통해 식물 재배에 적합한 일정 온도를 유지할 수 있으므로 기존 기술과 대비하여 친환경적이고, 또한 기존의 지하수 순환식의 방식과 비교하여 불필요한 전기를 절약할 수 있다는 장점을 가진다.
Description
본 발명은 일면에는 상변화 물질이 충진된 에어캡을 구비하며, 반대 면에는 공기가 충진된 에어캡을 구비하는 농업용 축열제 필름에 관한 것이다.
상변화(Phase Change)란 물질이 하나의 상에서 다른 상으로 변화하는 현상을 말하며, 상변화 과정에서 물질의 분자구조가 바뀌면서 에너지를 흡수 또는 방출하게 된다. 예컨대 물의 경우 상압에서 0℃ 고체에서 0℃ 액체로 변환시 80 kcal/l, 100℃ 액체에서 기체로 변환시 640kcal/l의 에너지를 흡수하며 상변화가 일어난다.
즉, 상변화 물질이 상변화시 동일한 온도를 유지하면서 흡수방출하는 열을 잠열이라고 하며, 특정한 온도에서 온도변화 없이 고체에서 액체, 액체에서 기체로, 또는 그 반대 방향으로 상(Phase)이 변화하면서 열을 흡수방출할 수 있는 물질을 잠열축열제 또는 상변화물질(Phase Change Material)이라 한다.
상변화 물질을 이용하는 예로서 대한민국 특허공개공보 제10-1997-0001033호에서는 상변화 잠열 축열재를 이용함 잠열축열-바이오세라믹 온돌을 개시하고 있으며, 대한민국 특허공개공보 제10-2010-0001925호에서는 축열시트, 그를 이용한 축열 지붕구조, 축열 외벽구조 및 시공방법을 개시하고 있으나 농업용 자재로서 식물의 재배에 적합한 온도를 유지할 수 있는 상변화 물질의 활용방안에 대해서는 개시된 바 없으며, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0427596호에서는 상변화 물질을 이용한 열전도 및 흡수 시트를 개시하고 있으나 이 역시 휴대용 전자기기에서 발생되는 열을 효율적으로 흡수할 수 있는 열전도 흡수 시트를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다는 점에서 이 역시 상변화 물질의 농업자재로서의 활용방안에 대해서는 개시된 바가 없다. 또한 대한민국 등록실용신안공보 제20-0325670호를 참조하면, 항상 일정한 온도가 유지되는 지하수를 이용해서 더운 액체상태 또는 차가운 기체상태의 냉매에 포함되어 있는 잠열을 회수할 수 있는 구성을 이용함으로써, 종래의 실외기에 기계적 에너지 등과 같은 고급 에너지 소모를 줄여서 전체 시스템의 연료 소비효율을 높이면서도 냉매에 포함되어 있는 잠열을 효과적으로 회수할 수 있는 고안을 개시하고 있다. 그러나 이 경우에도 역시 지하수를 순환시키기 위하여 필연적으로 일정한 전기를 소비해야 한다는 문제점이 남아있다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 에너지 소모를 줄이면서도 농작물에 적합한 온도를 유지할 수 있는 축열제를 개발하고자 연구하던 중 상변화 물질을 이용하는 경우 에너지 소모를 줄이면서도 농작물에 적합한 온도를 유지할 수 있는 농업용 필름층을 제공할 수 있다는 점을 발견함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 농작물에 적합한 온도를 유지할 수 있는 일면에는 상변화 물질이 충진된 에어캡을 구비하며, 반대 면에는 공기가 충진된 에어캡을 구비하는 농업용 축열제 필름을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 일면에는 상변화 물질이 충진된 에어캡을 구비하며, 반대 면에는 공기가 충진된 에어캡을 구비하는 농업용 축열제 필름을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 “상변화 물질”은 특정한 온도에서 온도 변화 없이 고체에서 액체, 액체에서 기체로, 또는 그 반대 방향으로 상(Phase)이 변화하면서 열을 흡수방출할 수 있는 물질을 의미한다.
본 발명의 에어캡을 구비한 필름은 압착 가열식과 초음파식, 접착물질을 도포한 후 압착 가열하는 방식 및 접착물질을 도포한 후 초음파를 이용하는 방식을 사용하여 제조할 수 있다.
본 발명의 필름층(5)의 일면에는 상변화 물질이 충진된 에어캡(1)을 2이상 구비한다. 상변화 물질은 상기 필름층(5)에 구비된 에어캡 내부에 충진되며, 상변화 물질의 부피 팽창에 따른 증가분을 제외한 양을 충진하는 것이 부피팽창에 따른 에어캡의 손상을 방지한다는 차원에서 바람직하다. 상기 필름층에서 상변화 물질이 충진되는 면과 반대 면에는 공기가 충진된 에어캡(3)을 2이상 구비한다. 에어켑 층은 도2에서 볼 수 있는 바와 같이 반원통형의 모양으로 형성할 수도 있고 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 반구의 형태로 형성할 수도 있다. 또한 본 발명의 필름 층을 다수로 형성하여 본 발명의 축열 효과를 높일 수도 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 본 발명의 상변화 물질은 상변화 온도가 10 ℃에서 30 ℃ 사이인 것이고 보다 구체적으로 15 내지 25 ℃인 것이다. 농작물은 그 종류에 따라 생육에 적합한 온도상의 차이를 보이지만 대게 10 내지 30 ℃의 온도를 유지해 주는 것이 적합하기 때문이다.
보다 구체적으로 본 발명의 상변화 물질은 부틸스테아레이트, C13-24 파라핀, 카프릭-라우릴산, 디메틸사바케이트, 폴리글리콜 E 600, 1-도데카놀, 비닐스테아레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 유기계 상변화 물질이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 상변화 물질은 KF4H2O, Mn(NO3)2H2O, CaCl26H2O, LiNO33H2O 로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 무기계 상변화 물질일 수 있다.
상기 언급한 물질들의 상변화 온도는 다음의 표 1 내지 표 3과 같다.
표 1은 유기계 상변화 물질의 상변화 온도 및 열량을 보여주고 있다. 유기계 상변화 물질은 대체적으로 밀도가 낮고 잠열량이 낮으며, 무기계 상변화 물질과 대비하여 부식성이 작고 부피팽창이 작은 특징을 가진다.
표 2는 무기계 상변화 물질의 상변화온도 및 열량을 보여주고 있다. 무기계 상변화 물질은 수화물 계통의 물질이 대부분이며, 단위 체적당 높은 잠열을 나타내고, 유기계 상변화 물질과 대비하여 가격면에서 저렴하며, 비인화성 특성을 가진다. 다만, 부식성이 있고 과냉각으로 인해 상변화 성질에 영향을 받을 수 있다.
표 3은 공용혼합물 상변화물질의 상변화온도 및 열량을 보여주고 있다. 공용혼합물은 잠열 축열에 있어서 접근이 용이하고 가격이 저렴하다는 장점이 있다.
| 상변화물질 | 상변화온도(℃) | 열량(kJ/kg) |
| 부틸스테아레이트 | 19 | 140 |
| C13-24 파라핀 | 20-22 | 152 |
| 카프릭-라우릴산 | 21 | 143 |
| 디메틸사바케이트 | 21 | 120 |
| 폴리글리콜 E 600 | 22 | 127 |
| 1-도데카놀 | 26 | 200 |
| 상변화물질 | 상변화온도(℃) | 열량(kJ/kg) |
| 비닐스테아레이트 | 27-29 | 122 |
| KF4H2O | 18.5 | 231 |
| Mn(NO3)2H2O | 25.8 | 126 |
| CaCl26H 2 O | 29 | 191 |
| LiNO33H2O | 30 | 296 |
| 상변화물질 | 상변화온도(℃) | 열량(kJ/kg) |
| 66.65% CaCl2H2O + 33.35% MgCl26H2O | 25 | 127 |
| 48% CaCl2+4.3% NaCl+0.4% KCl + 47.3% H2O | 26.8 | 188 |
| 47% Ca(NO3)24H2O + 53% Mg(NO3)26H2O | 30 | 136 |
| 60% Na(CH3COO)3H2O + 40% CO(NH2)2 | 30 | 200 |
상기 표 3에서 %는 w/v%를 나타낸다.
본 발명의 농업용 축열제 필름은 열가소성 합성수지가 이용될 수 있으며, 구체적으로는 나일론을 함유한 폴리에틸렌이 이용될 수 있다. 나일론이 함유된 폴리에틸렌이 이용되는 경우 가스나 액체의 방출을 현저히 억제할 수 있다는 면에서 장점을 가진다.
본 발명의 농업용 축열제 필름은 비닐하우스용 필름, 수경재배용 구조물, 화분 덮개, 멀칭필름 및 농작물 보호덮개 등으로 이용될 수 있다.
본 발명은 일 면에는 상변화 물질이 충진된 에어캡을 구비하며, 반대 면에는 공기가 충진된 에어캡을 구비하는 농업용 축열제 필름에 관한 것으로서, 본 발명의 필름을 농업자재에 활용하는 경우 식물의 재배에 적합한 온도를 유지할 수 있으며, 구체적으로는 화분덮개필름, 비닐하우스 덮개용 필름, 멀칭필름 등에 다양하게 활용될 수 있다. 또한 본 발명은 탄소원을 사용하지 않고 태양열을 매개로 상변화를 유도하여 이를 통해 식물 재배에 적합한 일정 온도를 유지할 수 있으므로 기존 기술과 대비하여 친환경적이고, 또한 기존의 지하수 순환식의 방식과 비교하여 불필요한 전기를 절약할 수 있다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 면에 상변화 물질이 충진된 에어캡을 구비하며, 다른 면에는 공기가 충진된 에어캡을 구비하는 농업자재용 필름의 구조를 보여주는 그림이다.
도 2는 반원통 형태의 에어캡을 구비하는 농업자재용 필름의 구조를 보여주는 그림이다.
도 3은 반구 형태의 에어캡을 구비하는 농업자재용 필름의 구조를 보여주는 그림이다.
도 2는 반원통 형태의 에어캡을 구비하는 농업자재용 필름의 구조를 보여주는 그림이다.
도 3은 반구 형태의 에어캡을 구비하는 농업자재용 필름의 구조를 보여주는 그림이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
<실시예 1> 열매체 화분의 제조
본 발명의 농업용 축열제 필름을 이용하여 열매체 화분은 필름을 원통형으로 말아 화분을 감싸고 만나는 부위를 접합시키는 형태로 제조한다. 상변화 물질은 필름 제조시 미리 충진될 수도 있고 열매체 화분을 제조한 후 충진한 뒤 밀봉하는 방식을 이용할 수도 있다. 화분은 열매체 필름을 이용해 위, 아래, 옆을 모두 또는 일부를 덮을 수 있으며, 화분을 덮는 윗부분에는 식물을 심거나 씨가 발아하기 위한 구멍을 형성하고, 아랫부분에는 물이 나가기 위한 구멍을 낸다. 본 발명의 농업용 축열제 필름을 재료로 직접 화분형태로 제조하여 내부에 상토를 넣어 작물을 재배할 수도 있다. 이때 물이 빠질 수 있는 구멍 및 뿌리가 산소 호홉을 할 수 있게 하기위해 옆면 및 바닥에 다수의 구멍을 형성할 수 있다.
<실시예 2> 축열필름의 제조
본 발명의 농업용 축열제 필름을 이용하여 한 개의 층에는 상변화물질을 충진하고 한 개 또는 2이상의 필름 층에는 공기를 충진함으로써 단열과 축열효과를 동시에 가질 수 있다. 이러한 다층 축열필름은 빛을 받아들이는 쪽에 공기층을 두고 바닥이나 벽체 쪽에 축열제가 위치하도록 하여 빛을 통해 흡수되는 열기는 받아들이고 축열된 열기는 쉽게 빠져나가지 못하게 한다.
<실시예 3> 비닐하우스의 제조
비닐하우스는 옆면이 남과 북을 향해 설치하며, 하우스용 다층 축열필름의 경우 비닐 세 겹을 겹치고 일정 간격으로 서로 붙여 캡을 형성하여 위 층에는 공기를 충진하고 아래층에는 열매체를 충진한다. 상변화 물질은 고체상에서 빛에 대한 불투과성을 가지므로 남쪽에 설치할 경우 아침 햇살이 들어오는 것을 방해하게 되므로 북쪽에만 설치하고 남쪽엔 공기를 충진한다. 일반 비닐하우스에 설치 시 축열필름을 형성한 후 하우스 안의 북쪽 측면에 열매체를 설치한다. 일반 비닐하우스에 설치 시 축열필름을 하우스 내부의 북쪽 측면 하우스 파이프에 고정하여 설치한다. 상변화물질은 낮에 태양으로부터 받은 열을 흡수하여 액화된 후 밤에 하우스 내의 온도가 상변화 온도 이하로 떨어졌을 때 고체로 변화되며 잠열을 발산하도록 하여 난방을 할 수 있다. 역으로 고체의 상변화물질은 낮에 비닐하우스 내부의 온도가 상변화 온도 이상으로 올라가면 열을 흡수하기 시작하여 냉방 기능을 갖는다. 이와같이 상변화물질의 특성상 냉난방을 동시에 해결하며 하우스 내부의 온도를 상변화 온도 부근에서 항상 일정하게 유지시켜주는 역할을 하게 된다.
기존의 비닐하우스에 열매체필름을 설치하고자 할 경우 북쪽의 안쪽 하우스 벽면을 따라 하우스 파이프에 결속시켜 설치하고, 잡초방제용 멀칭필름과 같이 만들어 바닥을 덮거나 수경재배다이를 덮거나 하단에 설치함으로써 충분한 양의 열매체를 하우스 내에 분포시키게 된다.
1 : 상변화 물질이 충진되는 에어켑 3 : 공기층이 충진되는 에어켑
5 : 필름층
5 : 필름층
Claims (11)
- 일면에는 상변화 물질이 충진된 에어캡을 구비하며, 반대 면에는 공기가 충진된 에어캡을 구비하는 농업용 축열제 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 상변화 물질의 상변화 온도가 10℃ 이상 30 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는 농업용 축열제 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 상변화 물질의 상변화 온도가 15℃ 이상 25 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는 농업용 축열제 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 상변화 물질은 유기계, 무기계 또는 공용혼합물계 상변화 물질인 것을 특징으로 하는 농업용 다층 축열제 필름.
- 제 4 항에 있어서,
상기 유기계 상변화 물질은 부틸스테아레이트, C13 -24 파라핀, 카프릭-라우릴산, 디메틸사바케이트, 폴리글리콜 E 600, 1-도데카놀 및 비닐스테아레이트로 이루어진 그룹으로 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 농업용 축열제 필름.
- 제 4 항에 있어서,
상기 무기계 상변화 물질은 KF4H2O, Mn(NO3)2H2O, CaCl26H2O 및 LiNO33H2O 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 농업용 축열제 필름.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 에어캡 필름은 열가소성 합성수지인 것을 특징으로 하는 농업용 축열제 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에어캡 필름은 폴리에틸렌, 트리탄, EVA, 폴리프로필렌, PVC로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 농업용 축열제 필름.
- 제 9 항에 있어서,
상기 에어캡 필름은 UV 반사코팅 및 나일론; 또는 UV 반사코팅 또는 나일론 중 하나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 축열제 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 농업용 축열제 필름은 비닐하우스용 필름, 수경재배용 구조물, 화분, 화분 덮개, 멀칭필름 및 농작물 보호덮개로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 용도로 이용하기 위한 것임을 특징으로 하는 축열제 필름.
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