KR101897980B1 - 폐흑연의 재활용 방법 및 이를 이용한 바닥 난방구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐흑연의 재활용 방법 및 이를 이용한 바닥 난방구조체에 관한 것으로, 폐흑연의 재활용 방법은 폐흑연을 일정한 크기로 분쇄하는 분쇄단계; 분쇄된 폐흑연으로부터 이물질을 제거하는 불순물 처리단계; 및 불순물이 제거된 흑연을 건조하는 건조단계;를 포함하고, 그로 인해 흑연 폐기물을 분쇄하고 불순물을 처리하여 재활용이 가능하므로 자재비를 절감하고, 바닥 난방구조체를 효과적으로 제조하는 기술을 제공한다.
본 발명에 의하면, 자재비 절감이 가능하고, 바닥 난방 시공시 작업자의 작업 효율을 향상시키고, 흑연분진으로 인한 산업 재해를 방지하며, 바닥 난방구조체의 열전달 효율을 높이고, 건축물 시공에 유리한 효과가 있다.

Description

폐흑연의 재활용 방법 및 이를 이용한 바닥 난방구조체{METHOD FOR RECYCLING WASTED GRAPHITE AND FLOOR STRUCTURE FOR HEAT USING THE SAME}
본 발명은 폐흑연의 재활용 방법 및 이를 이용한 바닥 난방구조체에 관한 것이다.
일반적으로 흑연은 첨단 전자기술에서부터 기계나 금속 기술 분야 등에 이르기까지 다양하게 활용되는 원자재이나, 전량 수입에 의존하는 실정이므로 그에 따른 금전적인 손실을 피할 수가 없었다. 대한민국 등록공보 제10-0515917호에는 각종 폐기물의 자원화를 위한 용융장치에 관한 기술이 제시된 바 있으나, 흑연이라는 자원 자체에 특화된 기술이 아니므로 흑연 폐기물을 재활용하는 방안에 대한 연구가 시급한 상황이다.
한편, 통상적인 건축물의 바닥면 시공시 규소 자갈과 같은 돌 종류의 매립체를 온수배관과 함께 매설하고 그 위에 시멘트를 타설하여 난방용 바닥면을 형성하는데, 온수배관과 함께 매립되는 돌은 그 자체의 강도로 인해 절삭 가공이 어렵고, 크기를 조절하기가 까다로워서 매립 작업간 효율이 저하되는 단점이 있었다. 또한, 돌 자체는 열전도율이 타 물질에 비해 떨어지므로 초기 가온시 난방이 가능한 시간까지 도달하기에는 상당한 시간이 소요되는 문제점이 존재했다.
대한민국 등록특허공보 제10-1491619호에는 난방시 열효율을 높이기 위해 흑연분말을 발포 스티렌 수지와 혼합하여 난방 패널을 제조한 기술이 제시된 바 있으나, 흑연을 분말 형태로 사용할 경우에는 건축물의 시공이나 해체 작업시에 흑연분진이 흩날려 작업자의 건강을 위협할 우려가 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흑연 폐기물을 재활용할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 바닥 난방 시공시 작업자의 작업 효율을 향상시키고, 흑연분진으로 인한 산업 재해를 방지하는 기술을 제공하는데 다른 목적이 있다.
아울러, 본 발명은 바닥 난방구조체의 열전달 효율을 높이고, 건축물 시공에 기여하는 기술을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 과제로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 또 다른 기술적 과제들은 후술할 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 태양으로 폐흑연의 재활용 방법은 폐흑연을 일정한 크기로 분쇄하는 분쇄단계; 분쇄된 폐흑연으로부터 이물질을 제거하는 불순물 처리단계; 및 불순물이 제거된 흑연을 건조하는 건조단계;를 포함할 수 있다.
또한, 분쇄단계에서는 평균입경이 5~100㎛인 흑연분말로 상기 폐흑연을 분쇄할 수 있다.
그리고, 폐흑연의 재활용 방법은 상기 건조단계 이후, 상기 흑연분말에 첨가제를 투입하고, 압축성형하는 성형단계;를 더 포함할 수 있다.
아울러, 폐흑연의 재활용 방법은 상기 성형단계에서 제조된 성형체를 열처리하는 소성단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 불순물 처리단계에서는 상기 폐흑연과 유기용매를 혼합시켜 상기 폐흑연의 표면에 존재하는 이물질을 제거할 수 있다.
여기서, 유기용매는 메틸에틸케톤(Methylethylketone), 아세톤(Acetone), 메틸알콜(Methyl alcohol), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol), 부틸알콜(Butyl alcohol), 에틸렌글리콜(Ethyleneglycol), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 헥산(Hexane), 톨루엔(Toluene), 클로로포름 (Chloroform), 디클로로벤젠(Dichlorobenzene), 디메틸벤젠(Dimethylbenzene) 및 디에틸렌글리콜에틸에테르(Diethyleneglycol diethyl ether)로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상으로 마련될 수 있다.
또한, 성형단계에서는 상기 흑연분말 50~90 중량부 및 상기 첨가제 10~50 중량부를 혼합한 혼합물을 금형에 투입하여 150~250℃의 온도와 200~300kgf/㎠의 압력으로 경화시킬 수 있다.
그리고, 첨가제는 고분자 바인더 및 유기용매가 4~8:1의 중량비로 포함되고, 상기 고분자 바인더는 페놀수지 및 퓨란수지 중 적어도 하나로 마련될 수 있다.
아울러, 소성단계에서는 상기 성형체를 1500~3000℃의 온도로 30분~2시간 동안 열처리할 수 있다.
그리고, 성형체는 평균입경이 1~10cm인 흑연 덩어리의 형태로 마련될 수 있다.
한편, 분쇄단계에서는 평균입경이 1~10cm인 흑연 덩어리의 형태로 상기 폐흑연을 분쇄할 수 있다.
또한, 성형단계에서는 전도성 탄소물질이 상기 흑연분말 및 첨가제와 함께 혼합되고, 상기 전도성 탄소물질은 카본블랙, 탄소섬유, 카본나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군 중 적어도 하나로 마련될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 태양으로 바닥 난방구조체는 온수가 이동하기 위한 유로를 제공하는 온수배관; 상기 온수배관에서 방출되는 열을 상측 방향으로 전달하는 열전도층; 및 상기 열전도층의 상부에 타설되어 형성된 시멘트 몰탈층;을 포함하고, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 폐흑연의 재활용 방법에 따라 제조된 흑연 덩어리가 상기 온수배관 주변에 살포되어 상기 온수배관을 매립하고, 상기 열전도층을 형성할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 흑연 폐기물을 분쇄하고 불순물을 처리하여 재활용이 가능하므로 자재비를 절감할 수 있다.
둘째, 폐흑연을 재활용하여 제조한 흑연 덩어리는 바닥 난방구조체 내의 열전도층으로 활용될 수 있다. 즉, 기존의 바닥면 시공시 온수배관과 함께 매설되던 규소 자갈 등의 매립체 보다 열전도율이 우수하므로 온수배관으로부터 상층 바닥면까지의 열손실이 최소화되며, 초기 가온 시간이 기존에 비해 단축되는 효과가 있다.
셋째, 바닥 난방구조체의 시공시 온수배관에 매립되던 기존 자재에 비해 절삭 가공이 용이하여 크기 조절을 통해 높은 충진 밀도로 온수 배관을 매립할 수 있고, 작업성이 향상되는 효과가 있다.
넷째, 바닥 난방구조체의 시공이나 해체 작업시 흑연 분진이 비산될 우려가 없으므로 작업자의 안전을 보장할 수 있다.
다섯째, 고층 건물에 바닥 난방구조체를 적용할 경우에는 바닥 난방구조체의 열전도층을 구성하는 흑연 덩어리의 밀도가 기존 매립체에 비해 낮으므로 건물 전체의 경량화에 도움이 되며, 건물 골조의 하중 부담을 경감할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐흑연의 재활용 방법을 도시한 흐름도이다.
도2는 본 발명의 제2실시예에 따른 폐흑연의 재활용 방법을 도시한 흐름도이다.
도3은 본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 따른 바닥 난방구조체의 개념도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다. 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
1. 폐흑연의 재활용 방법의 다양한 실시예에 관한 설명
(1) 제1실시예에 따른 폐흑연의 재활용 방법
본 발명의 제1실시예에 따른 폐흑연의 재활용 방법에 대하여 도1에 도시된 흐름도를 따라 설명하고, 도3에 도시된 개념도를 참조하여 설명하되, 편의상 순서를 붙여 설명한다.
(1)-1. 분쇄단계<S101>
본 단계에서는 폐흑연을 일정한 크기로 분쇄하는 과정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 수집한 폐흑연을 분쇄기에 투입하고, 평균입경이 5~100㎛인 흑연분말로 폐흑연을 분쇄할 수 있다.
흑연분말의 평균입경은 5㎛ 미만으로 분쇄하기가 까다롭고, 100㎛를 초과할 경우에는 추후에 진행될 성형단계에서 흑연분말과 첨가제의 혼합이 원활하게 이루어지지 않을 가능성이 있으므로 전술한 범위 이내에서 흑연분말의 평균입경을 조절하는 것이 바람직하다.
전술한 평균입경으로 분쇄하기 위해 사용 가능한 분쇄기의 종류로는 해머 밀(hammer mill), 스크류 밀(screw mill), 롤 밀(roll mill), 디스크 밀(disc mill) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 폐흑연을 분쇄하기 위한 방법이나 이에 사용되는 분쇄장비의 종류는 당업자에 의해 자유로운 변경이 가능하다.
(1)-2. 불순물 처리단계<S102>
본 단계에서는 단계 S101에서 분쇄된 폐흑연으로부터 이물질을 제거하는 과정이 진행될 수 있다. 즉, 단계 S101 이후, 평균입경이 5~100㎛로 형성된 흑연분말을 유기용매와 일정 시간 동안 혼합시켜 흑연분말의 표면에 존재하는 이물질을 제거할 수 있다.
일 예로, 흑연분말의 2~4배의 중량비로 유기용매를 투입하고, 5~10분간 혼합할 수 있으나, 흑연분말과 유기용매와의 혼합 시간과 본 단계에 투입되는 유기용매의 양은 흑연분말의 양을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다.
본 단계를 통해 흑연분말의 표면에 묻어있는 이물질들이 제거되므로 본 단계는 흑연분말을 재활용하기 위한 정제 과정이라고 볼 수 있다.
이때, 사용될 수 있는 유기용매의 종류로는 메틸에틸케톤(Methylethylketone), 아세톤(Acetone), 메틸알콜(Methyl alcohol), 에틸알콜(Ethyl alcohol), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol), 부틸알콜(Butyl alcohol), 에틸렌글리콜(Ethyleneglycol), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 헥산(Hexane), 톨루엔(Toluene), 클로로포름 (Chloroform), 디클로로벤젠(Dichlorobenzene), 디메틸벤젠(Dimethylbenzene) 및 디에틸렌글리콜에틸에테르(Diethyleneglycol diethyl ether)로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 전술한 종류에 한정되지 않으며, 흑연의 표면에 묻어있는 이물질을 제거하기 위한 유기용매라면 어떠한 종류라도 사용할 수 있다.
(1)-3. 건조단계<S103>
본 단계에서는 단계 S102에서 이물질이 제거된 흑연분말을 건조하는 과정이 이루어질 수 있다. 일 실시예에서 흑연분말의 표면에 묻어있는 유기용매를 건조시키는 방식으로 상온에서 일정 시간 동안 건조시키는 자연건조 방식이나 40℃ 내지 80℃의 열풍으로 건조시키는 열풍건조 방식을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 상온에서 고압의 공기를 분사하는 방식 등 다양한 건조 방식이 적용될 수 있다.
(1)-4. 성형단계<S104>
본 단계에서는 단계 S103에 의해 건조가 완료된 흑연분말에 첨가제를 투입하고, 압축 성형하는 과정이 이루어질 수 있다. 일 실시예에서는 흑연분말 50~90 중량부와 첨가제 10~50 중량부를 혼합한 혼합물을 금형에 투입하여 150~250℃의 온도와 200~300kgf/㎠의 압력으로 경화시켜 성형체를 제조할 수 있다.
여기서, 흑연분말이 50 중량부 미만일 경우에는 열전도율이 저하되고, 90 중량부를 초과할 경우에는 첨가제와의 혼합율이 저하되어 성형이 어려운 측면이 있으므로 전술한 범위 이내에서 실시되는 것이 바람직하다.
또한, 첨가제가 10 중량부 미만일 경우에는 균일한 성형체의 제조가 어렵고, 50 중량부를 초과할 경우에는 성형체의 기계적 물성이 저하될 우려가 있으므로 전술한 범위 이내에서 실시될 수 있다.
본 단계에서 실시되는 압축 성형 과정은 앞서 언급된 온도 범위 및 압력 범위를 벗어날 경우, 성형체의 품질이 저하될 수 있으므로 전술한 범위 이내에서 실시되는 것이 바람직하다.
한편, 일 실시예에서 첨가제는 고분자 바인더가 포함될 수 있고, 실시하기에 따라서 유기용매가 더 포함될 수 있다. 고분자 바인더와 유기용매가 포함될 경우에는 4~8:1(고분자 바인더:유기용매)의 중량비로 포함될 수 있다.
여기서, 고분자 바인더의 중량비가 4 미만이거나 8을 초과할 경우에는 흑연분말과 첨가제의 혼합이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으므로 전술한 비율 이내에서 실시될 수 있다.
또한, 일 실시예에서 고분자 바인더는 페놀수지 및 퓨란수지 중 적어도 하나이고, 유기용매는 알코올계 화합물이 적용될 수 있다.
이때, 본 단계에서 제조된 성형체는 평균입경이 1~10cm인 흑연 덩어리의 형태로 마련될 수 있다. 아울러, 실시하기에 따라, 본 단계에서 성형되는 흑연 덩어리는 원형, 타원형, 기타 다각형의 덩어리 형태로 제조될 수 있다.
만일, 흑연 덩어리의 평균입경이 1cm 미만일 경우에는 바닥 난방구조체(10)의 시공이나 해체 작업시 흑연 분진이 공기 중에 비산됨으로 인해 산업재해가 발생할 우려가 있으며, 평균입경이 10cm를 초과할 경우에는 바닥 난방구조체(10)의 열전도층(200) 형성시 흑연 덩어리들 간의 공극이 커져 열전도층(200)의 충진 밀도가 저하될 수 있으므로 전술한 범위 이내에서 적용되는 것이 바람직하다.
실시하기에 따라, 본 단계에서 흑연분말 및 첨가제는 전도성 탄소물질과 함께 혼합될 수 있으며, 전도성 탄소물질은 카본블랙(carbon black), 탄소섬유(carbon fiber), 카본나노튜브(carbon nanotube) 및 그래핀(graphene)으로 이루어진 군 중 적어도 하나로 마련될 수 있다.
이때, 전도성 탄소물질은 흑연분말 100 중량부당 5~30 중량부로 적용될 수 있다. 전도성 탄소물질이 5 중량부 미만일 경우에는 열전도성이 떨어지며, 30 중량부를 초과할 경우에는 제조 비용이 상승될 우려가 있으므로 전술한 범위 이내에서 조절되는 것이 바람직하다.
한편, 특정한 평균입경을 갖는 흑연 덩어리나 원하는 형태의 흑연 덩어리를 제조하기 위해서 금형의 크기와 형태를 설계 변경하는 것은 당업자에 의해 용이하게 수행될 수 있으므로 금형 자체에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
(1)-5. 소성단계<S105>
본 단계에서는 단계 S104에 제조된 성형체를 열처리하는 과정이 진행될 수 있다. 이때, 성형체를 1500~3000℃의 소성로에 투입하고, 30분~2시간 동안 열처리할 수 있다. 본 단계의 열처리 과정을 통해 성형체는 성형체를 구성하는 각 원료물질들 간의 결합에 의해 입자의 강도를 향상시키게 된다.
전술한 열처리 온도 범위 및 시간은 성형체의 강도 향상 및 유지를 위해 중요하며, 전술한 범위를 벗어나게 되면 물성이 떨어져 난방 바닥구조체의 열전도층(200)으로서의 기능이 저하될 수 있으므로 전술한 범위 이내에서 실시되는 것이 바람직하다.
(2) 제2실시예에 따른 폐흑연의 재활용 방법
본 발명의 제2실시예에 따른 폐흑연의 재활용 방법에 대하여 도2에 도시된 흐름도를 따라 설명하고, 도3에 도시된 개념도를 참조하여 설명하되, 편의상 순서를 붙여 설명한다.
(2)-1. 분쇄단계<S201>
본 단계에서는 폐흑연을 일정한 크기로 분쇄하는 과정이 이루어질 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서는 폐흑연을 흑연분말로 분쇄한 후 성형 단계를 거쳐 1~10cm의 평균입경을 갖는 흑연 덩어리를 제조할 수 있으나, 제2실시예에서는 수집한 폐흑연을 분쇄기에 투입하고, 평균입경이 1~10cm인 흑연 덩어리의 형태로 폐흑연을 분쇄할 수 있다.
만일, 흑연 덩어리의 평균입경이 1cm 미만일 경우에는 바닥 난방구조체(10)의 시공이나 해체 작업시 흑연 분진이 공기 중에 비산됨으로 인해 산업재해가 발생할 우려가 있으며, 평균입경이 10cm를 초과할 경우에는 바닥 난방구조체(10)의 열전도층(200) 형성시 흑연 덩어리들 간의 공극이 커져 열전도층(200)의 충진 밀도가 저하될 수 있으므로 전술한 크기 범위 이내에서 폐흑연을 분쇄하는 것이 바람직하다.
(2)-2. 불순물 처리단계<S202>
본 단계에서는 단계 S201에서 분쇄된 폐흑연으로부터 이물질을 제거하는 과정이 진행될 수 있다. 즉, 단계 S201 이후, 평균입경이 1~10cm로 형성된 흑연 덩어리를 유기용매와 일정 시간 동안 혼합시켜 흑연 덩어리의 표면에 존재하는 이물질을 제거할 수 있다.
일 예로, 흑연 덩어리의 2~4배의 중량비로 유기용매를 투입하고, 5~10분간 혼합할 수 있으나, 흑연 덩어리와 유기용매와의 혼합 시간과 본 단계에 투입되는 유기용매의 양은 흑연 덩어리의 양을 고려하여 적절하게 조절될 수 있다.
본 단계를 통해 흑연 덩어리의 표면에 묻어있는 이물질들이 제거되므로 본 단계는 흑연 덩어리를 재활용하기 위한 정제 과정으로 볼 수 있다.
이때, 사용될 수 있는 유기용매의 종류로는 제1실시예의 S102와 동일하게 적용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
(3)-3. 건조단계<S203>
본 단계에서는 단계 S202에서 이물질이 제거된 흑연 덩어리를 건조하는 과정이 이루어질 수 있다. 일 실시예에서 흑연 덩어리의 표면에 묻어있는 유기용매를 건조시키는 방식으로 상온에서 일정 시간 동안 건조시키는 자연건조 방식이나 40℃ 내지 80℃의 열풍으로 건조시키는 열풍건조 방식을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 상온에서 고압의 공기를 분사하는 방식 등 다양한 건조 방식이 적용될 수 있다.
2. 흑연 덩어리를 이용한 바닥 난방구조체의 다양한 실시예에 관한 설명
(1) 제3실시예에 따른 바닥 난방구조체
본 발명의 제3실시예에 따른 바닥 난방구조체(10)는 바닥층(100), 온수배관(260, 270), 열전도층(200), 시멘트 몰탈(Cement mortar)층 및 장판층(400)을 포함할 수 있다.
먼저, 바닥층(100)은 단열성 물질로 구성된 단열층(110), 지면으로부터 바닥층(100)으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 방수층(120) 및 시멘트, 자갈, 모래 등이 혼합되어 형성된 콘크리트층(130) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
바닥층(100)의 종류 및 세부 구성은 시공 상황에 따라 더 추가되거나 생략되는 등 당업자에 의해 자유로운 변경이 가능함은 물론이다.
온수배관(260, 270)은 바닥층(100)의 상부에 배치되며, 온수가 이동하기 위한 유로를 제공한다. 바닥 난방구조체(10)에 설치되는 온수배관(260, 270)의 수는 시공면적에 따라서 증감될 수 있다.
열전도층(200)은 온수배관(260, 270)에서 방출되는 열을 상측 방향으로 전달하며, 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)로 구성될 수 있다. 즉, 제1실시예나 제2실시예를 통해 최종적으로 제조된 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)가 온수배관(260, 270)을 매립하는 매립체로 사용되어, 열전도층(200)을 형성할 수 있다.
온수배관(260, 270) 내부에 온수가 흐를 때 방출되는 열은 온수배관(260, 270)의 외주면과 접촉한 복수의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)를 통해 시멘트 몰탈층(300)으로 전달될 수 있다.
시멘트 몰탈층(300)은 열전도층(200)의 상부에 타설되어 형성될 수 있다. 시멘트 몰탈층(300)의 타설시, 열전도층(200) 내 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)들에 의해 형성된 공극 사이로 시멘트가 흡수될 수 있다.
장판층(400)은 시멘트 몰탈층(300)의 상부에 적층 형성될 수 있으며, 공지된 재질의 매트 또는 장판으로 구현될 수 있다.
제3실시예에 따른 바닥 난방구조체(10)는 제1실시예 또는 제2실시예에 의해 제조된 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)가 온수배관(260, 270)의 주변에 살포되어 온수배관(260, 270)을 매립하고, 열전도층(200)을 형성함에 따라, 온수배관(260, 270)으로부터 발생하는 열을 빠르게 상측 방향으로 전달하는 것이 가능하다.
(2) 제4실시예에 따른 바닥 난방구조체
본 발명의 제4실시예에 따른 바닥 난방구조체(10)는 바닥층(100), 온수배관(260, 270), 열전도층(200), 시멘트 몰탈층(300) 및 장판층(400)을 포함할 수 있다.
먼저, 바닥층(100)은 단열성 물질로 구성된 단열층(110), 지면으로부터 바닥층(100)으로 수분이 침투하는 것을 방지하는 방수층(120) 및 시멘트, 자갈, 모래 등이 혼합되어 형성된 콘크리트층(130)을 포함할 수 있다. 그러나, 바닥층(100)의 종류 및 세부 구성은 시공 상황에 따라 더 추가되거나 생략되는 등 당업자에 의한 자유로운 변경이 가능함은 물론이다.
온수배관(260, 270)은 바닥층(100)의 상부에 배치되며, 온수가 이동하기 위한 유로를 제공한다. 바닥 난방구조체(10)에 설치되는 온수배관(260, 270)의 수는 시공면적에 따라서 증감될 수 있다.
열전도층(200)은 온수배관(260, 270)에서 방출되는 열을 상측 방향으로 전달하며, 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)로 구성될 수 있다. 열전도층(200)을 구성하는 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)는 1~10cm의 평균입경을 가지며, 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)가 온수배관(260, 270)을 매립하는 매립체로 사용되어 열전도층(200)을 형성할 수 있다.
여기서, 1~10cm의 평균입경을 갖는 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)는 폐흑연이 아닌 순수한 흑연 블록을 절삭하여 제조하거나, 폐흑연이 아닌 순수한 흑연 분말을 소결 성형하여 제조할 수 있으나, 언급된 방법에만 국한되지 않으며, 전술한 평균입경 범위를 갖는 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)는 공지된 다른 방법에 의해서도 얼마든지 구현이 가능하다.
온수배관(260, 270) 내부에 온수가 흐를 때 방출되는 열은 온수배관(260, 270)의 외주면과 접촉한 복수의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)를 통해 시멘트 몰탈층(300)으로 전달될 수 있다.
시멘트 몰탈층(300)은 열전도층(200)의 상부에 타설되어 형성될 수 있다. 시멘트 몰탈층(300)의 타설시, 열전도층(200) 내 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)들에 의해 형성된 공극 사이로 시멘트가 흡수될 수 있다.
장판층(400)은 시멘트 몰탈층(300)의 상부에 적층 형성될 수 있으며, 공지된 재질의 매트 또는 장판으로 구현될 수 있다.
제4실시예에 따른 바닥 난방구조체(10)는 1~10cm의 평균입경을 갖는 복수개의 흑연 덩어리(210, 220, 230, 240, 250)가 온수배관(260, 270)의 주변에 살포되어 온수배관(260, 270)을 매립하고, 열전도층(200)을 형성함에 따라, 온수배관(260, 270)으로부터 발생하는 열을 빠르게 상측 방향으로 전달하는 것이 가능하다.
<제조예1>
폐흑연을 분쇄기에 투입하여 평균입경이 5~100㎛로 분쇄된 흑연분말 70g을 메틸에틸케톤 140ml와 5분간 혼합하고, 흑연분말의 표면에 묻은 이물질을 제거하였다. 메틸에틸케톤으로부터 흑연분말을 체에 걸러 분리하고, 10분간 80℃의 열풍을 흑연분말에 분사하여 건조하였다. 건조가 완료된 흑연분말에 첨가제 30ml(페놀수지 25ml, 알코올 5ml), 카본블랙 7g을 혼합하여 내부 직경이 5cm인 금형에 투입하고 150℃의 온도로 열처리 및 유압프레스에 의한 200kgf/㎠의 압력으로 경화시켜 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체를 소성로에 투입하고 1600℃로 2시간동안 가열소성하여 흑연 덩어리를 완성하였다.
<제조예2>
폐흑연을 분쇄기에 투입하여 평균입경이 1~10cm로 분쇄된 흑연 덩어리 70g을 메틸에틸케톤 140ml와 5분간 혼합하고, 흑연 덩어리의 표면에 묻은 이물질을 제거하였다. 메틸에틸케톤으로부터 흑연 덩어리를 체에 걸러 분리하고, 10분간 80℃의 열풍을 흑연 덩어리에 분사하여 건조함으로써, 흑연 덩어리를 완성하였다.
본 발명에 따른 폐흑연의 재활용 방법을 통해 흑연 폐기물을 분쇄하고 불순물을 처리하여 재활용이 가능하므로 자재비를 절감할 수 있고, 폐흑연을 재활용하여 제조한 흑연 덩어리는 바닥 난방구조체 내의 열전도층으로 활용될 수 있다.
즉, 기존의 바닥면 시공시 온수배관과 함께 매설되던 규소 자갈 등의 매립체 보다 열전도율이 우수하므로 온수배관으로부터 상층 바닥면까지의 열손실이 최소화되며, 초기 가온 시간이 기존에 비해 단축되는 효과가 있다.
또한, 바닥 난방구조체의 시공시 온수배관에 매립되던 기존 자재에 비해 절삭 가공이 용이하여 크기 조절을 통해 높은 충진 밀도로 온수 배관을 매립할 수 있고, 작업성이 향상되는 효과가 있으며, 온수배관의 매립체로서 1~10cm의 평균입경을 갖는 흑연 덩어리가 사용됨으로 인해 바닥 난방구조체의 시공이나 해체 작업시 흑연 분진이 비산될 우려가 없으므로 작업자의 안전을 보장할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 바닥 난방구조체가 고층 건물에 적용될 경우에는 바닥 난방구조체의 열전도층(200)을 구성하는 흑연 덩어리의 밀도가 기존 매립체에 비해 낮으므로 건물 전체의 경량화에 도움이 되며, 건물 골조의 하중 부담을 경감할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
10 : 바닥 난방구조체
100 : 바닥층
110 : 단열층
120 : 방수층
130 : 콘트리트층
200 : 열전도층
210, 220, 230, 240, 250 : 흑연 덩어리
260, 270 : 온수배관
300 : 시멘트 몰탈층
400 : 장판층

Claims (13)

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  13. 바닥 난방구조체로서,
    온수가 이동하기 위한 유로를 제공하는 온수배관;
    상기 온수배관에서 방출되는 열을 상측 방향으로 전달하는 열전도층; 및
    상기 열전도층의 상부에 타설되어 형성된 시멘트 몰탈층;을 포함하고,
    폐흑연의 재활용 방법에 따라 제조된 흑연 덩어리가 상기 온수배관 주변에 살포되어 상기 온수배관을 매립하고, 상기 열전도층을 형성하되,
    상기 폐흑연의 재활용 방법은
    폐흑연을 일정한 크기로 분쇄하는 분쇄단계;
    분쇄된 폐흑연으로부터 이물질을 제거하는 불순물 처리단계; 및
    불순물이 제거된 흑연을 건조하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    바닥 난방구조체.
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