KR101691328B1

KR101691328B1 - 축열 단위패널로 이루어진 물탱크

Info

Publication number: KR101691328B1
Application number: KR1020160052111A
Authority: KR
Inventors: 문성호
Original assignee: 주식회사 문창
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-12-29

Abstract

본 발명은 축열재시트를 이용한 축열 단위패널과 이를 조립하여 이루어진 물탱크에 관한 것으로서, 물탱크의 단위패널 내부에 형성되며 상변화물질을 포함하는 축열재시트와 보온재 및 대상 물체와의 사이에 열을 전달하는 매개체로서 표면층을 포함하여 구성되어 물탱크 내부의 단열 성능을 높여 온도차에 의한 결로 생성을 방지할 수 있는 축열 단위패널로 이루어진 물탱크에 관한 것이다.

Description

축열 단위패널로 이루어진 물탱크 {Water Storage Tank}

본 발명은 축열재 시트를 이용한 축열 단위패널이 조립된 물탱크에 관한 것으로서, 구체적으로 기후변화에 따라 물탱크 내부에 저장된 물의 저온동결 또는 고온 변화에 따른 수질변화의 최소화가 가능하도록 축열재 시트가 패널 내부에 부착된 단위패널을 조립한 물탱크에 관한 것이다.

단위패널을 이용한 조립식 물탱크는 주거용 아파트 및 업무용 빌딩 등과 같이 생활 용수의 사용이 많은 건축물에 설치되어 물을 대량으로 저장할 수 있는 물탱크 및 고가수조 또는 지하저수조로 사용되고 있다.

이러한 물탱크는 스테인리스와 같은 금속재와 SMC와 같은 복합소재를 사용하여 소정 두께의 단위패널을 일정한 규격으로 절단한 후 프레스 성형 및 절곡 가공하여 중앙에 굴곡부를 형성하고, 각 변에 절곡된 리브가 형성토록 하여 단위패널을 성형한다. 이 단위패널은 각 변에 형성된 리브를 상호 밀착시켜 용접 또는 볼트 및 너트와 같은 체결수단에 의해 육면체와 같은 함체 형상으로 조립하고, 이러한 물탱크의 내부 또는 외부에 저장된 물의 하중을 견딜 수 있도록 보강한다.

또한, 상기와 같이 단위패널을 상호 접합하고, 내부 도는 외부를 보강하여 구성된 물탱크의 외부에는 수조의 내부와 외부의 온도차이에 의한 단위패널의 표면에 결로 현상이 발생하는 것을 방지함과 동시에 물탱크의 외부를 보호하기 위한 보온재가 설치 형성되고 있다.

이러한 보온재는 패널의 외측면에 합성수지의 보온층을 발포하고, 이 보온층을 보호하는 보호커버를 밀착한 단열부로 보호하게 된다. 이러한 종래의 보온재는 패널에 조립된 상태에서 합성수지의 보온층을 발포하고, 이 보온층에 보호커버를 고정시키는 방식으로 작업공정이 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있고, 합성수지의 보온층이 패널에 고정되지 않을 경우 고정된 보온층을 제거한 후 다시 보온층을 고정시켜야 되므로 생산성 및 경제성이 저하되는 문제점이 있다.

공개특허공보 10-2004-0108233 등록특허 10-1204897

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 물탱크에 저장된 물의 온도 변화를 최소화하기 위해 물탱크의 보온열용량을 높이되 선형적인 보온열저장이 아니라 특정 온도에서 잠열 축적을 통해 물탱크 내부 온도의 급격한 온도변화를 방지함으로써 물탱크 내부와 외부의 온도차에 의한 결로 생성을 방지하고 수온의 변화에 따른 수질의 변화를 최소화할 수 있는 축열 단위패널로 이루어진 물탱크를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 축열 단위패널로 이루어진 물탱크는 각 변이 절곡된 상태에서 상호 밀착되어 조립되는 단위패널을 내부측면 또는 외부측면에 설치되는 보온장치로서, 패널판의 일 측면에 보온재가 형성되고, 이 보온재의 일 측면에 축열재시트가 형성되며, 이 축열재시트의 일측면에 보온커버가 형성된다. 이렇게 형성된 축열 단위패널을 상호 결합 조립하여 물탱크를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 축열재시트는 상변화 물질을 포함하고, 상기 상변화 물질을 부직포와 일체로 제조된 축열재를 함침한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상변화물질을 이용한 물탱크의 축열은 물탱크의 보온열용량을 높이되, 선형적으로 열을 저장하거나 방출하는 것이 아니라, 잠열의 특성을 이용하여 특정 온도(즉, 상전이온도)에서 온도변화를 지연시켜 물탱크 내부의 온도가 일정 조건으로 유지되도록 함으로써 온도차에 의한 결로 생성을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축열 단위패널의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 축열 단위패널 단면의 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 축열 단위패널 단면의 또 다른 실시 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 축열 단위패널을 조립하여 형성된 물탱크의 사시도이다.

본 발명은 물탱크 내부에 저장된 액체의 온도를 일정하기 유지할 수 있는 축열 단위패널로 이루어진 물탱크에 관한 것으로서, 도면에 의거하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 기본적으로 축열 단위패널의 형태는 도 1에 도시된 바와 같이 각 변이 절곡된 상태에서 절곡된 리브(120)가 형성되고, 보온커버(400)가 상기 절곡된 리브(120)와 일체로 결합된다.

도 1은 본 발명에 따른 축열 단위패널의 단면 형태를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패널의 재질은 스테인리스와 같은 금속재 또는 SMC와 같은 복합소재로 이루어진다. 상기와 같은 재질로 이루어진 단위패널의 구체적인 구성이 대해 설명하면 다음과 같다. 상기 단위패널의 일측면을 형성하는 패널판(110)이 형성되고, 상기 패널판(110)의 일측면에 보온재(200)가 부착되며, 상기 보온재(200)의 일측면에는 축열재시트(300)가 부착되며, 상기 축열재시트(300)의 일측면에는 보온커버(400)가 부착 형성된다. 상기 보온커버(400)의 단부와 상기 절곡된 리브(120)를 결합시키는 결합부재(410)가 일체로 제작된다.

상기의 보온재(200)와 축열재시트(300), 보온커버(400)는 상기 패널판(110)의 내측면과 보온재(200)와 축열재시트(300), 보온커버(400)의 외측면이 각각 동일한 크기로 형성되어 밀착되므로 견고하게 고정된다.

상기 보온재(200)는 축열재시트(300)의 일측면에 접합되고, 스티로폼, 우레탄폼, 우레아폼, 에어 캡 필름 등 공지된 보온 단열재의 구성으로서 그 구조나 소재 등이 다양하며, 본 발명은 특정 구조나 소재의 보온재(200)에 한정되지 않는다.

축열재시트(300)는 기재(310)에 상변화물질로 제조된 축열재(320)이 함침된다. 또한 상기 기재(310)는 부직포, 직조된 섬유, 메쉬, 금속 스폰지, 다공성 종이, 폴리머 시트와 같은 재료 중 하나를 선택하여 기재로 사용된다. 본 발명에서는 부직포를 기재로 사용한 실시예가 있다.

상기 축열재(320)를 형성하는 상변화물질은 파라핀, 스테아린산, 밀랍, 글리세린, 폴리에스테르 검 또는 폴리에틸렌글리콜 중 어느 선택된 하나의 상변화물질을 이용한다. 상변화물질의 열저장용량은 배합설계 양에 따라 다르나 열저장용량은 100kJ/kg 내지 250kJ/kg인 것을 특징으로 한다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 바와 같은 각각의 구성에 대해 구체적으로 결합 형성의 일 실시 예를 나타난 것이다. 구체적으로 축열 단위패널의 결합 구조 형상을 살펴보면, 상기 단위패널의 일측면을 형성하는 패널판(110), 상기 패널판(110)의 일측면에는 제1점착층(510)이 형성되고, 상기 제1점착층(510)의 일측면에 보온재(200)가 부착되며, 상기 보온재(200)의 일측면에는 제2점착층(520)이 형성되고, 상기 제2점착층(520)의 일측면에는 축열재시트(300)가 부착되며, 상기 축열재시트(300)의 일측면에는 제3점착층(530)이 형성되며, 상기 제3점착층(530)의 일측면에는 보온커버(400)가 부착 형성된다. 상기 보온커버(400)의 단부와 상기 절곡된 리브(120)를 결합시키는 결합부재(410)가 일체로 제작된다.

상기 보온재(200)는 축열재시트(300)위에 접합되고, 스티로폼, 우레탄폼, 우레아폼, 에어캡 필름 등 공지된 보온 단열재의 구성으로서 그 구조나 소재등이 다양하며, 본 발명은 특정 구조나 소재의 보온재(200)에 한정되지 않는다.

축열재시트(300)는 기재(310)에 상변화물질로 제조된 축열재(320)이 함침된다. 또한 상기 기재(310)는 부직포, 직조된 섬유, 메쉬, 금속 스펀지, 다공성 종이, 폴리머 시트와 같은 재료 중 하나를 선택하여 기재로 사용된다. 본 발명에서는 부직포를 기재로 사용한 실시예가 있다. 여기에서 부직포는 알루미늄 스펀지와 같은 금속 스펀지, 비 표면적이 큰 다공성 종이 또는 직조된 섬유 중 어느 하나를 선택하여 대체 사용가능하다.

상기 축열재(320)는 통상으로 상변화물질을 사용한다. 상변화물질은 파라핀, 스테아린산, 밀랍, 글리세린, 폴리에스테르 검 또는 폴리에틸렌글리콜 중 어느 선택된 하나의 상변화물질을 이용한다. 상변화물질의 열저장용량은 배합설계 양에 따라 다르나 열저장용량은 100kJ/kg 내지 250kJ/kg인 것을 특징으로 한다.

도 3은 상기 도 1에 도시된 바와 같은 각각의 구성에 대해 구체적으로 결합 형성의 또 다른 일실시 예를 나타난 것이다. 구체적으로 축열 단위패널의 결합 구조 형상을 살펴보면, 상기 단위패널의 일측면을 형성하는 패널판(110), 상기 패널판(110)의 일측면에는 제1점착층(510)이 형성되고, 상기 제1점착층(510)의 일측면에 보온재(200)가 부착되며, 상기 보온재(200)의 일측면에는 제2점착층(520)이 형성되고, 상기 제2점착층(520)의 일측면에는 축열재시트(300)가 부착되며, 상기 축열재시트(300)의 일측면에는 제3점착층(530)이 형성되며, 상기 제3점착층(530)의 일측면에는 표면층(600)이 부착되며, 상기 표면층(600)의 일측면에는 제4점착층(540)이 형성되며, 상기 제4점착층(540)의 일측면에는 보온커버(400)가 부착 형성된다. 상기 보온커버(400)의 단부와 상기 절곡된 리브(120)를 결합시키는 결합부재(410)가 일체로 제작된다.

상기의 보온재(400)와 축열재시트(300), 보온커버(400)은 상기 패널판(110)의 내측면과 보온재(400)와 축열재시트(300), 보온커버(400)의 외측면이 각각 동일한 크기로 형성되어 밀착되므로 견고하게 고정된다. 상기 보온재(200)는 축열재시트(300)위에 접합되고, 스티로폼, 우레탄폼, 우레아폼, 에어캡 필름 등 공지된 보온 단열재의 구성으로서 그 구조나 소재 등이 다양하며, 본 발명은 특정 구조나 소재의 보온재(200)에 한정되지 않는다.

상기 축열재시트(300)는 기재(310)에 상변화물질로 제조된 축열재(320)이 함침된다. 또한 상기 기재(310)는 부직포, 직조된 섬유, 메쉬, 금속 스펀지, 다공성 종이, 폴리머 시트와 같은 재료 중 하나를 선택하여 기재로 사용된다. 본 발명에서는 부직포를 기재로 사용한 실시예가 있다. 여기에서 부직포는 알루미늄 스펀지와 같은 금속 스펀지, 비 표면적이 큰 다공성 종이 또는 직조된 섬유 중 어느 하나를 선택하여 대체 사용가능하다.

상기 표면층(600)은 열을 흡수하거나 방출하고자 하는 대상 물체와의 사이에 열을 전달하는 매개체로서 열전달속도가 빠른 알루미늄이나 구리 등 재료로 구성된 얇은 금속박으로 형성된다. 상세하게는 상기 표면층(600)은 제4점착층(540)의 일측면에 적층되어 열을 흡수 또는 방출하고자 하는 대상물체와 점착제층 사이에 열을 전달하는 매개체로서, 열전달속도가 빠른 물질이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 일반적으로 알루미늄 박막이나 구리 박막을 사용하는 것이 좋다. 이러한 열전도 및 열흡수성 시트인 표면층(600)은 알루미늄 박막이나 구리 박막 중 어느 하나를 축열재시트(300)의 일면 또는 양면에 합지시켜 금속박층을 형성할 수 있다.

본 발명에는 도시되지 않았지만 이형층(700)이 축열재시트(300)와 표면층(600)의 외부 표면에 적층될 수 있다. 상기 이형층(700)은 상기 상변화물질이 함침된 축열재시트(300) 및 표면층(600)의 양 측면에 형성된 각각의 점착층을 보호하고, 운반 및 보관시 접착성능이 유지되도록 하며, 상기 접착제시트의 사용시 용이하게 제거될 수 있도록 하는 것으로서, 당 업계에서는 통상적으로 사용되는 이형지를 사용하는 것이 좋다. 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 점착제시트는 그 내부에 구성된 점착제의 물성에 따라 사용부위에 반복적으로 붙였다 뗄 수 있는 스티커 형태로 사용될 수 있고, 필요에 따라 각 점착층의 양면에 이형층(700)을 적층한 뒤 양면테이프와 같이 각각의 점착층의 양면에 형성된 이형층(700)을 제거한 후 상기 각각의 점착층의 양면에 각각 열원을 접촉시켜 열을 흡수 또는 방출할 수 있다.

상기 제1 내지 4 점착층(510,520,530,540)의 두께는 5 내지 500㎛가 바람직하며, 대상물체에서 발생하거나 흡수해야할 열이 많은 양의 상변화물질이 필요할 경우 각각의 점착층을 다수의 층으로 적층하거나 각각의 점착층에 표면층(600)이 부착된 단위시트를 다수의 층으로 구성하여 사용할 수 있다.

상기 도1 내지 3에 공통적으로 적용된 축열재시트(300)에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다. 상기의 축열재시트(300)는 부직포와 같은 기재(310)에 상변화물질(Phase Change Material; PCM)로 제조된 축열재(320)를 함침하여 형성된다. 함침이란 축열재(320)와 점착성을 갖는 수성의 수지를 액체 상태로 혼합하여 기재(310) 안에 침투시키는 것으로, 함침된 축열재는 수성의 수지와 함께 경화되어 연질의 시트형상이 된다. 이때 상변화물질의 함침량은 부직포 단위면적당 1kg에서 3kg의 범위에서 사용목적에 따라 배합을 선택하여 조정할 수 있다. 본 발명의 축열재시트(300)는 기재(310)에 상변화물질로 제조된 축열재(320)를 함침하여 형성된 상변화물질의 특징이 포함된다. 상변화물질이란 온도가 변화함에 따라 물질의 상태가 고체에서 액체로 또는 액체에서 고체로 변하면서 열을 저장하거나 열을 방출하는 물질을 의미한다. 상변화물질은 녹는점보다 낮은 온도에서 고체 상태로 존재하며, 열에너지가 가해지면 고체 상태는 변하지 않으면서 온도만 높아지게 된다. 마찬가지로, 상변화물질은 녹는점보다 높은 온도에서 액체 상태로 존재하며, 열에너지가 가해지면 액체 상태는 변하지 않으면서 온도만 높아지게 된다. 이와 같이 온도의 상승을 수반할 때 소요되는 열을 현열(sensible heat)이라 한다. 또한, 상변화물질은 녹는점에 해당하는 온도에서 고체와 액체가 공존하는 상태이며, 열에너지가 가해지더라도 이 열은 상태의 변화에만 쓰일 뿐 온도변화는 일어나지 않는다. 이러한 열을 잠열(latent heat)이라 한다.

이와 같이 잠열은 어떤 물질의 상태가 전이될 때(즉, 고체에서 액체, 액체에서 고체, 액체에서 기체, 기체에서 액체로 전이될 때) 흡수하거나 방출하는 열을 의미한다. 일반적으로 잠열은 현열(즉, 상전이가 일어나지 않은 상태에서 온도변화에 따라 흡수 또는 방출하는 열)보다 크다. 예를 들어 물의 경우 0℃ 얼음(고체)에서 물(액체)이 될 때 1g당 80㎈(335J)의 열을 흡수하는데, 이는 같은 양의 물을 0℃에서 80℃까지 올리는데 소요되는 열량과 같다.

본 발명은 이러한 상변화물질을 조립식 물탱크의 단위패널에 이용함으로써 물탱크의 보온열용량을 높이되, 선형적으로 열을 저장하거나 방출하는 것이 아니라, 잠열의 특성을 이용하여 특정 온도(즉, 상전이온도)에서 온도변화를 지연시켜 실내온도가 쾌적한 조건으로 유지되도록 하는 것이다.

물탱크 내부에 저장된 물과 같은 액체의 최적 저장온도는 규정되어 있지 않으나, 사용 장소 및 용도가 변경될 경우 적절한 온도는 다양하므로 온도를 변경 적용할 필요가 있다. 상변화물질의 상전이온도 및 열저장용량은 그 물질의 고유한 특성이어서, 물질마다 다르며 사용 목적에 따라 적당한 물질을 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 물탱크의 축열구조는 축열재시트의 축열재로 주로 파라핀 계열의 상변화물질을 사용한다. 파라핀 계열의 상변화물질은 다양한 녹는점, 응결점 및 열저장용량을 가지고 있으므로 상황에 따라 알맞은 물질을 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명의 물탱크 단위패널의 축열구조에 사용되는 상변화물질의 축열 특성을 확인하기 위하여 상변화물질을 축열재시트 형태로 혼입한 단위패널을 제작하고 챔버를 이용하여 실험을 실시하였다. 실험 결과, 축열재시트를 설치한 PCM 단위패널은 챔버 온도가 상승할 때는 일반 보드에 비해 1.5℃ 가량 온도가 낮고, 챔버 온도가 하강할 때는 일반 보드에 비해 온도가 서서히 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 축열재시트가 없는 일반 단위패널은 선형적으로 열을 저장하거나 방출하므로 온도변화가 급속히 일어나지만, 축열재시트를 설치한 PCM 단위패널은 상변화물질이 상전이온도에서 잠열의 형태로 열을 저장하거나 방출하므로 온도변화가 지연되는 효과가 있다. 즉, PCM 단위패널로 조립된 물탱크는 상대적으로 보온축열 온도가 일정하게 유지하는 유리한 점이 있다.

한편, 물탱크의 보온열용량이 높으면 물탱크 내부온도가 급격히 변화하지 않고 일정한 시간을 두고 서서히 변화하게 된다. 그러나 열용량이 높은 구조물도 내(內)단열로 설계되면 구조물이 갖고 있는 열용량의 효과를 얻을 수 없다.

지금까지 실시예를 통하여 본 발명에 따른 상변화물질을 이용한 단위패널과 이를 이용한 조립식 물탱크의 축열 보온구조에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 4는 상기 도1 내지 3으로 이루어진 축열 단위패널(100)을 상호 조립하여 이루어진 물탱크(10)를 나타낸 것이다. 도 1에서 도시한 바와 같이 각 변이 절곡된 리브(120)가 상호 결합되어 함체상의 물탱크를 형성한다. 축열 단위패널(100)의 각변에 형성된 리브(120)에 실링테이프(130)를 부착하여 결합하고, 상기 각 리브(120)의 끝단에 용접하여 결합하거나 또는 볼트나 너트를 결합하여 리브 고정부를 고정시켜 함체를 형성하면 내부에 물을 저장하여 사용자가 필요에 따라 물을 사용할 수 있다.

100 : 단위패널
200 : 보온재
300 : 축열재시트
400 : 보온커버
600 : 표면층

Claims

조립식 물탱크(10)를 형성하는 단위패널(100)에 있어서,
상기 단위패널의 외측면을 형성하는 패널판(110), 상기 패널판(110)의 상부에 부착되는 보온재(200), 상기 보온재(200)의 상부에 부착되는 축열재시트(300), 상기 축열재시트(300)의 상부에 부착되는 보온커버(400), 그리고 상기 축열재시트(300)와 보온커버(400) 사이에 결합되어 열을 흡수 또는 방출하는 표면층(600)을 포함하여 이루어지며,
상기 표면층(600)은 열을 흡수 또는 방출하고자 하는 대상 물체와의 사이에 열을 전달하는 매개체로서 열전달속도가 빠른 알루미늄 박, 구리 박 중 어느 하나를 합지시킨 금속박층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열 단위패널로 이루어진 물탱크.
제1항에 있어서,
상기 축열재시트(300)는 기재(310)에 상변화물질로 제조된 축열재(320)가 함침된 것을 특징으로 하는 축열 단위패널로 이루어진 물탱크.
제2항에 있어서,
상기 기재(310)는 부직포, 직조된 섬유, 메쉬, 금속 스폰지, 다공성 종이, 폴리머 시트 중 어느 하나의 선택된 기재를 이용하는 것을 특징으로 하는 축열 단위패널로 이루어진 물탱크.
제2항에 있어서,
상기 축열재(320)를 형성하는 상변화물질은 파라핀, 스테아린산, 밀랍, 글리세린, 폴리에스테르 검 또는 폴리에틸렌글리콜 중 어느 하나의 선택된 상변화물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 축열 단위패널로 이루어진 물탱크.
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