KR102041100B1 - 다공성 옹기 플레이트를 이용한 친환경 무전원 공기냉각장치 및 무전원 공기냉각방법 - Google Patents

다공성 옹기 플레이트를 이용한 친환경 무전원 공기냉각장치 및 무전원 공기냉각방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전원이 필요없는 무전원 공기냉각장치로서, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스와, 상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부와, 상기 공기 인입부와 이격되게 구비되고 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부와, 상기 밀폐 박스 내에 수용되어 상기 공기 인입부와 상기 공기 배출부 사이에 구비되고 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 배열된 복수의 다공성 옹기 플레이트와, 상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 저장된 물(H2O)을 포함하며, 상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되어 있고, 상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용하는 것을 특징으로 하는 무전원 공기냉각장치 및 무전원 공기냉각방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 천연원료인 옹기를 이용하므로 친환경적이고, 제작 비용이 적게 들며, 이동이 간편하며, 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 공기를 냉각하므로 자연친화적이고, 냉각에 전원이 필요 없다.

Description

다공성 옹기 플레이트를 이용한 친환경 무전원 공기냉각장치 및 무전원 공기냉각방법{Eco-friendly self-cooling system using porous onggi plate and self-cooling method}
본 발명은 물이 증발에 의하여 냉각하는 무전원 공기냉각장치 및 무전원 공기냉각방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 공기를 냉각하는 친환경 무전원 공기냉각장치 및 무전원 공기냉각방법에 관한 것이다.
여름기간 동안 도서 지역의 국지열은 사람들의 생활환경을 힘들게 하는 글로벌 이슈가 되었다.
남아시아 등의 저개발국가에서는 전력이 부족하고, 따라서 전기를 사용하지 않고 값싼 소재를 이용한 친환경적인 냉각 시스템이 필요하다. 이러한 기술을 개발하는데 중요한 것은 저개발국가에서 구할 수 있는 지역의 저가 원료를 사용하는 것이다.
대한민국 등록실용신안 제20-0320002호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 천연원료인 옹기를 이용하므로 친환경적이고, 제작 비용이 적게 들며, 이동이 간편하며, 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 공기를 냉각하므로 자연친화적이고, 냉각에 전원이 필요없는 무전원 공기냉각장치 및 무전원 공기냉각방법를 제공함에 있다.
본 발명은, 전원이 필요없는 무전원 공기냉각장치로서, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스와, 상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부와, 상기 공기 인입부와 이격되게 구비되고 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부와, 상기 밀폐 박스 내에 수용되어 상기 공기 인입부와 상기 공기 배출부 사이에 구비되고 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 배열된 복수의 다공성 옹기 플레이트와, 상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 저장된 물(H2O)을 포함하며, 상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되어 있고, 상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용하는 것을 특징으로 하는 무전원 공기냉각장치를 제공한다.
상기 공기 인입부에 팬(fan)이 연결되어 있을 수 있고, 상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속할 수도 있다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열되어 있는 것이 바람직하다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 옹기 점토와 숯 분말이 혼합되어 플레이트 형태로 성형된 성형체가 소결되어 형성된 옹기로 이루어질 수 있다.
상기 숫 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 숫 분말은 대나무 숫 분말을 포함할 수 있다.
상기 숫 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 다공성 옹기 플레이트를 준비하는 단계와, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스를 준비하는 단계와, 상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부와 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부 사이에 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 상기 다공성 옹기 플레이트를 복수개 배열하는 단계와, 상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 물(H2O)을 저장하는 단계를 포함하며, 배열된 복수의 상기 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되고, 상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 무전원 공기냉각방법을 제공한다.
상기 다공성 옹기 플레이트를 준비하는 단계는, 옹기 점토와 숯 분말을 혼합하는 단계와, 상기 옹기 점토와 상기 숫 분말의 혼합물을 플레이트 형태로 성형하여 성형체를 형성하는 단계 및 상기 성형체를 소결하여 상기 다공성 옹기 플레이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 숫 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 숫 분말은 대나무 숫 분말을 포함할 수 있다.
상기 숫 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 공기 인입부에 팬(fan)을 연결할 수 있고, 상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속할 수도 있다.
상기 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열하는 것이 바람직하다.
상기 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 무전원 공기냉각장치에 의하면, 천연원료인 옹기를 이용하므로 친환경적이고, 제작 비용이 적게 들며, 이동이 간편하며, 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 공기를 냉각하므로 자연친화적이고, 냉각에 전원이 필요 없다.
본 발명의 무전원 공기냉각장치는 전력이나 압력모터 등이 필요하지 않고, 제작 비용이 저가이고, 이동이 용이하다. 전기를 사용하지 않는 공기냉각장치이므로 오지에서 무더위를 식혀줄 수 있다.
본 발명의 무전원 공기냉각장치는 적정기술(appropriate technology)의 일환으로 저개발국가에 대한 지원이 가능하고, 저개발 국가에 보급하게 되면 저개발 지역민에게 무더위를 식혀줄 수 있으며, 현지에서 확보되는 원료의 사용으로 저가화가 가능하고, 저개발국 지원으로 국가의 위상이 재고될 수 있으며, 국가간 협력이 강화될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무전원 공기냉각장치를 보여주는 도면이다.
도 3a는 실험예 1에 따라 제조한 성형체를 보여주는 도면이고, 도 3b는 실험예 1에 따라 제조한 성형체를 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트를 보여주는 사진이다.
도 4a는 실험예 2에 따라 제조한 성형체를 보여주는 도면이고, 도 4b는 실험예 2에 따라 제조한 성형체를 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트를 보여주는 사진이다.
도 5a는 실험예 3에 따라 제조한 성형체를 보여주는 도면이고, 도 5b는 실험예 3에 따라 제조한 성형체를 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트를 보여주는 사진이다.
도 6a는 실험예 1에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이고, 도 6b는 실험예 2에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 6c는 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7a는 실험예 4에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 7b는 실험예 5에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 7c는 실험예 6에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 8a는 실험예 1에 따라 제조한 성형체(점토만으로 이루어진 점토 성형체)의 X-선회절(XRD) 패턴을 보여주는 도면이고, 도 8b는 실험예 1에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트와 실험예 4에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 X-선회절(XRD) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 9a는 실험예 1에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 기공분포와 기공특성을 보여주는 그래프이고, 도 9b는 실험예 2에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 기공분포와 기공특성을 보여주는 그래프이며, 도 9c는 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 기공분포와 기공특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 흡수력을 측정한 후의 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무전원 공기냉각장치는, 전원이 필요없는 무전원 공기냉각장치로서, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스와, 상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부와, 상기 공기 인입부와 이격되게 구비되고 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부와, 상기 밀폐 박스 내에 수용되어 상기 공기 인입부와 상기 공기 배출부 사이에 구비되고 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 배열된 복수의 다공성 옹기 플레이트와, 상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 저장된 물(H2O)을 포함하며, 상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되어 있고, 상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용한다.
상기 공기 인입부에 팬(fan)이 연결되어 있을 수 있고, 상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속할 수도 있다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열되어 있는 것이 바람직하다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 옹기 점토와 숯 분말이 혼합되어 플레이트 형태로 성형된 성형체가 소결되어 형성된 옹기로 이루어질 수 있다.
상기 숫 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 숫 분말은 대나무 숫 분말을 포함할 수 있다.
상기 숫 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무전원 공기냉각방법은, 다공성 옹기 플레이트를 준비하는 단계와, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스를 준비하는 단계와, 상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부와 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부 사이에 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 상기 다공성 옹기 플레이트를 복수개 배열하는 단계와, 상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 물(H2O)을 저장하는 단계를 포함하며, 배열된 복수의 상기 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되고, 상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용하여 냉각한다.
상기 다공성 옹기 플레이트를 준비하는 단계는, 옹기 점토와 숯 분말을 혼합하는 단계와, 상기 옹기 점토와 상기 숫 분말의 혼합물을 플레이트 형태로 성형하여 성형체를 형성하는 단계 및 상기 성형체를 소결하여 상기 다공성 옹기 플레이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 숫 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 숫 분말은 대나무 숫 분말을 포함할 수 있다.
상기 숫 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 공기 인입부에 팬(fan)을 연결할 수 있고, 상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속할 수도 있다.
상기 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열하는 것이 바람직하다.
상기 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무전원 공기냉각장치를 더욱 구체적으로 설명한다.
여름기간 동안 도서 지역의 국지열은 사람들의 생활환경을 힘들게 하는 글로벌 이슈가 되었다.
남아시아 등의 저개발국가에서는 전력이 부족하고, 따라서 전기를 사용하지 않고 값싼 소재를 이용한 친환경적인 냉각 시스템이 필요하다. 이러한 기술을 개발하는데 중요한 것은 저개발국가에서 구할 수 있는 지역의 저가 원료를 사용하는 것이다.
옹기는 오래전부터 미세기공에 의해 음식물의 보관에 적용되어 왔다. 발효 음식의 저장 그릇으로 사용되어 온 것도 이러한 특성에 기인한 것이다.
옹기 그릇이란 '질그릇'과 '오지 그릇'을 가리키는 말로 우리 민족 고유의 생활 그릇이다. 질그릇은 진흙으로 그릇을 만든 후 잿물을 바르지 않은 채 600∼700℃에서 구워낸 것이며, 오지 그릇은 흔히 김장독과 장독으로 사용하는 것으로 질그릇에 오지 잿물을 발라 약 1200℃의 고온에서 구워낸 그릇이다.
옹기는 값이 싸고 튼튼하여 실생활에서 많이 이용되었고, 서울시 도봉구 쌍문동에 위치한 '옹기민속박물관'에 소장된 옹기를 살펴보면 얼마나 다양하게 옹기를 활용했는지를 알 수 있다. 간장, 된장, 김치, 물 등을 담는 커다란 독이나 시루는 물론 굴뚝, 촛병, 등잔, 기와, 소줏고리, 주전자 등의 옹기가 생활용품으로 쓰여져 왔다. 이와 같은 옹기의 또 다른 장점은 금이 가거나 깨지면 바로 흙으로 돌아가는 '자연에 가까운 그릇'이라는 친환경 제품이라는 것이다.
옹기 기술의 보존은 우리의 독특한 음식 문화와 깊은 관련이 있다. 발효 식품 위주의 우리 음식 문화에서 옹기는 '저장고'로서 절대적인 역할을 담당했고, 옹기의 특징은 바로 그 '저장력'에 있다. '곰삭은 맛'으로 표현되는 우리나라 음식은 대부분이 발효 식품이며, 그 음식을 저장하는 그릇은 음식의 발효를 도와주는 것이어야 했다. 소지(흙) 안에 들어 있는 수많은 알갱이가 그릇에 미세한 기공을 만들어 낸 것이다.
옹기의 미세기공 특징에 의해 옹기의 안과 밖으로 공기를 통하게 해서 음식물을 잘 익게 하고 오랫동안 보존해 줄 수 있다. 된장, 간장, 김치, 젓갈 같은 발효 음식의 저장 그릇으로 옹기가 많이 사용되어 온 것도 이러한 옹기의 특성 때문이다.
쌀이나 보리, 씨앗 등도 옹기에 넣어 두면 다음 해까지 신선하게 보관할 수 있다. 이는 옹기를 가마 안에 넣고 구울 때, 나무가 타면서 생기는 숯 성분이 옹기의 안과 밖을 휘감으면서 방부성 물질을 형성하기 때문인 것으로 판단된다.
옹기의 투과 특성으로 인해 숨을 쉰다고 하여 자연 발효식품 및 저장 식품의 보관 용기로 최상의 조건을 갖추고 있다. 옹기 소지는 다른 도자 소지들과 다르게 옹기 점토(황토)가 포함된다. 옹기 점토(황토)는 높은 비표면적과 넓은 입도 분포를 가지기 때문에 나노 크기와 마이크로 크기의 기공을 만들어 뛰어난 단열성과 조습 능력을 제공하는 친환경적인 소재이다.
본 발명에서는 상술한 특징들을 갖는 옹기를 다공성 플레이트(porous plat e)로 제작하여 사용한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무전원 공기냉각장치를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기냉각장치는 전원이 필요없는 무전원 공기냉각장치이다. 상기 무전원 공기냉각장치는 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기(Inlet air)를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스(Closed box)를 포함한다.
상기 밀폐 박스의 제1 측면에는 공기 인입부가 구비되어 있다. 상기 공기 인입부를 통해 인입공기(Inlet air)가 상기 밀폐 박스 내로 인입(유입)되게 된다.
상기 공기 인입부에 팬(fan)이 연결되어 있을 수 있다. 상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속할 수 있다. 상기 팬 역시 전원이 필요없이 수동으로 동작되는 팬인 것이 바람직하다.
상기 공기 인입부와 이격되게 공기 배출부가 구비되어 있다. 상기 공기 배출부는 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된다. 상기 공기 배출부를 통해 냉각된 공기가 상기 밀폐 박스의 외부로 배출되게 된다.
상기 밀폐 박스 내에 복수의 다공성 옹기 플레이트(porous onggi plate)가 수용된다. 상기 복수의 다공성 플레이트는 상기 공기 인입부와 상기 공기 배출부 사이에 구비되고 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 배열된다. 상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열되는 것이 바람직하다. 상기 다공성 옹기 플레이트는 적어도 6개 이상, 예컨대 6∼30개를 서로 평행하게 배열하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 옹기 점토와 숯 분말이 혼합되어 플레이트 형태로 성형된 성형체가 소결되어 형성된 옹기로 이루어질 수 있다. 상기 숫 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 숫 분말은 대나무 숫 분말을 포함할 수 있다. 상기 숫 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내는 것이 바람직하다.
상기 밀폐 박스 내부의 바닥에는 물(H2O)이 저장된다.
상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되어 있다.
상기 무전원 공기냉각장치는 상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무전원 공기냉각방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
다공성 옹기 플레이트를 준비한다. 도자기를 만드는 저가의 점토가 흡수한 물을 증발시켜 냉각시키는 다공성 세라믹 플레이트(plate)를 만드는데 유용하다.
상기 다공성 옹기 플레이트를 준비하기 위하여 먼저, 옹기 점토와 숯 분말을 혼합한다. 상기 숫 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 숫 분말은 대나무 숫 분말, 참나무 숫 분말 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것이 아니다. 상기 숫 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 혼합은 볼밀(ball mill), 유성밀(planetary mill), 어트리션밀(attrition mill) 등과 같은 다양한 방법을 사용할 수 있다.
이하, 볼밀법에 의한 혼합 공정을 구체적으로 설명한다. 상기 옹기 점토와 숯 분말을 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 상기 옹기 점토와 숯 분말을 균일하게 혼합한다. 볼 밀에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하여 혼합한다. 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 100∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀은 10분∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
상기 옹기 점토와 상기 숫 분말의 혼합물을 플레이트 형태로 성형하여 성형체를 형성한다. 상기 성형은 일반적으로 알려져 있는 가압 성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. 상기 플레이트 형태는 납작한 판형의 형태 등일 수 있다.
상기 성형체를 소결하여 상기 다공성 옹기 플레이트를 형성한다. 성형체를 전기로와 같은 로(furnace)에 장입하고 소결 공정을 수행한다. 소결하는 동안에 로(furnace) 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 600∼1250℃ 정도의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 소결 온도가 600℃ 미만인 경우에는 불완전한 소성으로 인해 다공성 옹기 플레이트의 기계적 특성 등이 좋지 않을 수 있고, 1250℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적이고 기공부피, 평균 기공크기 및 기공율 등이 감소하여 수분 흡수 능력이 떨어질 수 있고 이에 따라 공기 냉각 효율이 좋지 않을 수 있다. 상기 소결은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다.
상기 다공성 옹기 플레이트의 원료인 옹기 점토와 숫 분말은 어디에서나 쉽게 구할 수 있는 재료이므로 다공성 옹기 플레이트의 수명이 다하거나 수분 흡수 능력이 현저히 감소된 것으로 판단되는 경우에는 다공성 옹기 플레이트를 용이하게 다시 제작할 수 있는 장점이 있다.
물의 흡수와 증발에 의한 잠열의 제거는 원료의 입자 크기, 첨가제, 소결조건 등을 이용하여 조절할 수 있다. 기공 크기, 기공율과 같은 다공성 세라믹 소재의 특성은 위의 변수들을 이용하여 조절될 수 있다.
상기 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내는 것이 바람직하다.
물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스를 준비한다.
상기 밀폐 박스의 제1 측면에는 공기 인입부가 구비되어 있다. 상기 공기 인입부를 통해 인입공기(Inlet air)가 상기 밀폐 박스 내로 인입(유입)되게 된다.
상기 공기 인입부에 팬(fan)이 연결되어 있을 수 있다. 상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속할 수 있다. 상기 팬 역시 전원이 필요없이 수동으로 동작되는 팬인 것이 바람직하다.
상기 공기 인입부와 이격되게 공기 배출부가 구비되어 있다. 상기 공기 배출부는 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된다. 상기 공기 배출부를 통해 냉각된 공기가 상기 밀폐 박스의 외부로 배출되게 된다.
상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부와 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부 사이에 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 상기 다공성 옹기 플레이트를 복수개 배열한다. 상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열하는 것이 바람직하다. 상기 다공성 옹기 플레이트는 적어도 6개 이상, 예컨대 6∼30개를 서로 평행하게 배열하는 것이 바람직하다.
상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 물(H2O)을 저장한다.
배열된 복수의 상기 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치된다.
상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용하여 냉각한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
다공성 옹기 플레이트(plate)를 제조하기 위하여 옹기 그릇 제작에 사용되는 옹기 점토를 사용하였다. 상기 옹기 점토의 함수율은 22% 였다.
상기 옹기 점토를 65×11×8 cm, 11×11×1 cm 크기의 석고 몰드에 각각 넣고, 0.15MPa로 가압성형하여 성형체를 형성하였다.
상기 성형체(가압성형된 결과물)를 75℃에서 12시간 동안 건조한 후, 1100℃에서 1시간 동안 소결하여 다공성 옹기 플레이트를 수득하였다.
<실험예 2>
다공성 옹기 플레이트(plate)를 제조하기 위하여 옹기 점토를 사용하였다. 소결 후 기공이 형성되게 하기 위하여 대나무 숯 분말(A)를 상기 옹기 점토와 혼합하였다. 상기 대나무 숯 분말(A)의 평균 입도는 67㎛ 였다. 상기 대나무 숯 분말(A) 10중량%와 상기 옹기 점토 90중량%를 혼합하였다. 상기 옹기 점토의 함수율은 22% 였다.
상기 대나무 숯 분말(A)과 상기 옹기 점토의 혼합물을 65×11×8 cm, 11×11×1 cm 크기의 석고 몰드에 각각 넣고, 0.15MPa로 가압성형하여 성형체를 형성하였다.
상기 성형체(가압성형된 결과물)를 75℃에서 12시간 동안 건조한 후, 1100℃에서 1시간 동안 소결하여 다공성 옹기 플레이트를 수득하였다.
<실험예 3>
다공성 옹기 플레이트(plate)를 제조하기 위하여 옹기 점토를 사용하였다. 소결 후 기공이 형성되게 하기 위하여 대나무 숯 분말(B)를 상기 옹기 점토와 혼합하였다. 상기 대나무 숯 분말(B)의 평균 입도는 140㎛ 였다. 상기 대나무 숯 분말(B) 10중량%와 상기 옹기 점토 90중량%를 혼합하였다. 상기 옹기 점토의 함수율은 22% 였다.
상기 대나무 숯 분말(B)과 상기 옹기 점토의 혼합물을 65×11×8 cm, 11×11×1 cm 크기의 석고 몰드에 각각 넣고, 0.15MPa로 가압성형하여 성형체를 형성하였다.
상기 성형체(가압성형된 결과물)를 75℃에서 12시간 동안 건조한 후, 1100℃에서 1시간 동안 소결하여 다공성 옹기 플레이트를 수득하였다.
<실험예 4>
다공성 옹기 플레이트(plate)를 제조하기 위하여 도자기에 사용되는 옹기 점토를 사용하였다. 상기 옹기 점토의 함수율은 22% 였다.
상기 옹기 점토를 65×11×8 cm, 11×11×1 cm 크기의 석고 몰드에 각각 넣고, 0.15MPa로 가압성형하여 성형체를 형성하였다.
상기 성형체(가압성형된 결과물)를 75℃에서 12시간 동안 건조한 후, 1200℃에서 1시간 동안 소결하여 다공성 옹기 플레이트를 수득하였다.
<실험예 5>
다공성 옹기 플레이트(plate)를 제조하기 위하여 옹기 점토를 사용하였다. 소결 후 기공이 형성되게 하기 위하여 대나무 숯 분말(A)를 상기 옹기 점토와 혼합하였다. 상기 대나무 숯 분말(A)의 평균 입도는 67㎛ 였다. 상기 대나무 숯 분말(A) 10중량%와 상기 옹기 점토 90중량%를 혼합하였다. 상기 옹기 점토의 함수율은 22% 였다.
상기 대나무 숯 분말(A)과 상기 옹기 점토의 혼합물을 65×11×8 cm, 11×11×1 cm 크기의 석고 몰드에 각각 넣고, 0.15MPa로 가압성형하여 성형체를 형성하였다.
상기 성형체(가압성형된 결과물)를 75℃에서 12시간 동안 건조한 후, 1200℃에서 1시간 동안 소결하여 다공성 옹기 플레이트를 수득하였다.
<실험예 6>
다공성 옹기 플레이트(plate)를 제조하기 위하여 옹기 점토를 사용하였다. 소결 후 기공이 형성되게 하기 위하여 대나무 숯 분말(B)를 상기 옹기 점토와 혼합하였다. 상기 대나무 숯 분말(B)의 평균 입도는 140㎛ 였다. 상기 대나무 숯 분말(B) 10중량%와 상기 옹기 점토 90중량%를 혼합하였다. 상기 옹기 점토의 함수율은 22% 였다.
상기 대나무 숯 분말(B)과 상기 옹기 점토의 혼합물을 65×11×8 cm, 11×11×1 cm 크기의 석고 몰드에 각각 넣고, 0.15MPa로 가압성형하여 성형체를 형성하였다.
상기 성형체(가압성형된 결과물)를 75℃에서 12시간 동안 건조한 후, 1200℃에서 1시간 동안 소결하여 다공성 옹기 플레이트를 수득하였다.
기공특성은 Hg-Porosimeter(model; Auto Pore IV, Micrometrics Instrument Co., USA)를 이용하여 분석하였고, 비표면적은 비표면적 분석기(model; TriStar II, Micromeritics Instrument Co., USA)를 이용하여 BET 방식으로 측정하였다.
소결 전 옹기 점토와 소결 후 다공성 옹기 플레이트의 광물상은 X-선회절(XRD; X-ray diffraction)(model: D/Max, 250, Rigaku Co., Japan)을 이용하여 분석하였다.
화학성분은 X-선형광분석(XRF; X-ray fluorescence analysis)(model; S1, TITAN, Bruker Co., USA)을 이용하여 분석하였다.
다공성 옹기 플레이트의 미세구조는 FE-SEM(Field Emission-Scanning Electron Microscope)(model; JSM-6390, JEOL Co., Japan)을 이용하여 분석하였다.
실험예 1 내지 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 수분 흡수 능력을 온도 27℃, 상대습도 68%(R.H.)에서 다공성 옹기 플레이트의 바닥(bottom)부터 상부면(top) 까지 물의 이동 속도를 측정하였다. 수분 흡수 능력 실험 전에 다공성 옹기 플레이트는 75℃에서 24시간 동안 건조하였다.
흡수한 물의 증발에 의한 다공성 옹기 플레이트의 냉각효과를 분석하기 위하여 1100℃에서 소결한 다공성 옹기 플레이트(porous onggi plate)들을 (9.5 × 9.5 × 0.6 cm) 단열계를 모사한 밀폐 박스(Closed box)(크기 25 × 18 × 12 cm)에 공기의 흐름(공기 인입부로부터 공기 배출부로 향하는 방향으로의 공기 흐름)과 평행하게(다공성 옹기 플레이트의 장변이 공기의 흐름과 평행하게 위치되게) 설치하였다(도 1 및 도 2 참조). 작은 팬(Fan)을 이용해 분당 800cc의 공기를 상기 밀폐 박스(Closed box) 안으로 불어 넣었다. 상기 밀폐 박스 안으로 들어가는 공기(Inlet air)와 나가는 공기(Outlet air)의 온도를 측정하였다. 상기 밀폐 박스의 바닥에 200cc의 물을 넣은 플라스틱 용기(vessel)를 설치하고 다공성 옹기 플레이트의 바닥이 1 cm 정도 닿도록 하였다. 자기 냉각 실험은 인입공기(Inlet air)의 온도 25∼30 ℃, 상대습도 60∼77 % 범위에서 진행되었다.
실험예 1 내지 실험예 6에서 사용한 옹기 점토의 화학성분을 분석한 결과, SiO2 56.05 중량%, Al2O3 24.8 중량%, Fe2O3 4.29 중량%, TiO2 0.57 중량%, CaO 0.39 중량%, MgO 2.67 중량%, Na2O 1.54중량%, K2O 1.69 중량%, 강열감량(loss of ignition) 8.0 중량% 였다. 수비 과정을 통해 옹기 점토에서 0.5∼2.0 mm의 굵은 α-석영(α-quartz) 입자를 확인하였다.
도 3a는 실험예 1에 따라 제조한 성형체를 보여주는 도면이고, 도 3b는 실험예 1에 따라 제조한 성형체를 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트를 보여주는 사진이며, 도 4a는 실험예 2에 따라 제조한 성형체를 보여주는 도면이고, 도 4b는 실험예 2에 따라 제조한 성형체를 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트를 보여주는 사진이며, 도 5a는 실험예 3에 따라 제조한 성형체를 보여주는 도면이고, 도 5b는 실험예 3에 따라 제조한 성형체를 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트를 보여주는 사진이다.
도 6a는 실험예 1에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이고, 도 6b는 실험예 2에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 6c는 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 7a는 실험예 4에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 7b는 실험예 5에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 7c는 실험예 6에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 미세구조를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3a 내지 도 7c를 참조하면, 대나무 숯 분말 없이 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 4에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)의 경우, 액상이 형성되고 블로우팅(bloating)에 의해 원형의 기공들이 형성된 것을 관찰할 수 있었다.
도 8a는 실험예 1에 따라 제조한 성형체(옹기 점토만으로 이루어진 옹기 점토 성형체)의 X-선회절(XRD) 패턴을 보여주는 도면이고, 도 8b는 실험예 1에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(도 8b에서 (a) 참조)와 실험예 4에 따라 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트((도 8b에서 (b) 참조)의 X-선회절(XRD) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 소결 전의 옹기 점토 성형체(도 8a 참조)는 α-석영(α-quartz), 카올리나이트(kaolinite), K-장석(K-feldspar), 질석(vermiculite)을 포함하고 있다. 상기 옹기 점토 성형체를 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(도 8b에서 (a) 참조)에는 카올리나이트(kaolinite)가 열분해되어 형성되는 뮬라이트(mullite)와 장석(feldspar) 일부가 확인되었다. 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(도 8b에서 (b) 참조)에서는 뮬라이트(mullite)와 석영(quartz)이 확인되었다.
도 9a는 실험예 1에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 기공분포와 기공특성을 보여주는 그래프이고, 도 9b는 실험예 2에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 기공분포와 기공특성을 보여주는 그래프이며, 도 9c는 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 기공분포와 기공특성을 보여주는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 숯 분말을 첨가하지 않고 단순히 옹기 점토를 사용하여 성형체를 만들고 이를 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 1에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 20.9%의 기공율과 1㎛ 크기의 매크로 기공을 보여주었다. 실험예 2에 따라 대나무 숫 분말(A)과 옹기 점토를 사용하여 성형체를 만들고 이를 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 2에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)와 실험예 3에 따라 대나무 숫 분말(B)과 옹기 점토를 사용하여 성형체를 만들고 이를 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 이중 기공 구조를 나타냈다.
아래의 표 1은 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트의 특성을 보여주고 있다.
소결온도
 Samples Total pore volume
(cc/g)		 Porosity
(%)		 Average pore diameter
(㎛)		 Bulk density
(㎤/g)
1100℃ 실험예 1
실험예 2
실험예 3		 0.11
0.140
0.243		 20.9
22.7
38.2		 0.81
1.27
2.56		 2.03
1.63
1.57
1200℃ 실험예 4
실험예 5
실험예 6		 0.049
0.136
0.182		 10.8
20.1
30.9		 0.33
1.17
2.03		 2.21
1.78
1.70
실험예 2 내지 실험예 6에 따라 대나무 숯 분말을 첨가함으로써 예상대로 1100와 1200℃에서 소결 후 기공구조가 변화하였다. 기공부피(pore volume), 기공율(porosity), 부피밀도(bulk density)는 소결온도가 증가함에 따라 감소하였다.
대나무 숯 분말을 첨가하지 않고 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 1에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 0.11cc/g의 기공부피, 0.81㎛의 평균 기공크기, 20.9%의 기공율을 나타내었고, 대나무 숯 분말을 첨가하지 않고 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 4에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 0.049cc/g의 기공부피, 0.33㎛의 평균 기공크기, 10.8%의 기공율을 나타내었다. 평균 입경이 67㎛인 대나무 숯 분말(A) 10중량%를 첨가하여 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 2에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 1.27㎛의 기공크기, 22.7%의 기공율, 0.14cc/g의 기공부피를 나타내었고, 평균 입경이 140㎛인 대나무 숯 분말(B) 10중량%를 첨가하여 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 2.56㎛의 기공크기, 38.2%의 기공율, 0.243cc/g의 기공부피를 나타내었다. 대나무 숯 분말을 첨가하지 않고 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 1에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 0.15㎡/g의 비표면적을 나타내었고, 평균 입경이 67㎛인 대나무 숯 분말(A) 10중량%를 첨가하여 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 2에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 0.45㎡/g의 비표면적을 나타내었으며, 평균 입경이 140㎛인 대나무 숯 분말(B) 10중량%를 첨가하여 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 0.54㎡/g의 비표면적을 나타내었다.
평균 입경이 67㎛인 대나무 숯 분말(A) 10중량%를 첨가하여 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 5에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 1.17㎛의 기공크기, 20.1%의 기공율, 0.136cc/g의 기공부피를 나타내었고, 평균 입경이 140㎛인 대나무 숯 분말(B) 10중량%를 첨가하여 1200℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트(실험예 6에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 2.03㎛의 기공크기, 30.9%의 기공율, 0.182cc/g의 기공부피를 나타내었다.
기공 크기는 첨가하는 숯 분말의 입도와 소결온도에 의해 영향을 받을 것이라 예상되었지만, 실제로는 숯 분말의 입도에 의해 영향을 받지 않았다. 이유는 첨가한 숯 분말이 혼합과정에서 작은 입자들로 분리되어 숯 분말의 입도에 따른 영향이 감소하는 것이다.
도 10은 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결하여 형성한 다공성 옹기 플레이트의 흡수력을 측정한 후의 사진이다. 인입공기 온도 27℃, 상대습도 68% 조건에서 박스 안의 플라스틱 용기에 물을 부어 넣고 8분 후에 찍은 사진이다. 플레이트의 꼭대기까지 물이 포화되기 까지는 40분(실험예 3에 따라 평균 입경이 140㎛인 대나무 숯 분말(B)을 첨가하여 제조된 다공성 옹기 플레이트), 100분(실험예 2에 따라 평균 입경이 67㎛인 대나무 숯 분말(A)을 첨가하여 제조된 다공성 옹기 플레이트), 180분(실험예 1에 따라 대나무 숫 분말을 첨가하지 않고 제조된 다공성 옹기 플레이트)이 소요되었다. 대나무 숯 분말을 첨가하지 않았을 때 물이 움직이는 평균속도는 0.53 ㎜/min 이었고, 평균 입경이 67㎛인 대나무 숯 분말(A)과 평균 입경이 140㎛인 대나무 숯 분말(B)을 첨가하였을 때 각각 0.95, 2.4 ㎜/min 이었다. 평균 입경이 140㎛인 대나무 숯 분말(B)을 첨가하였을 때 평균 이동속도가 대나무 숫 분말을 첨가하지 않았을 때와 비교하여 2∼5배 정도 빨랐다. 꼭대기까지 다다랐을 때 다공성 옹기 플레이트가 흡수한 물 양은 각각 13.1 g(실험예 1에 따라 대나무 숫 분말을 첨가하지 않고 제조된 다공성 옹기 플레이트), 13.5 g(실험예 2에 따라 평균 입경이 67㎛인 대나무 숯 분말(A)을 첨가하여 제조된 다공성 옹기 플레이트), 15.2 g(실험예 3에 따라 평균 입경이 140㎛인 대나무 숯 분말(B)을 첨가하여 제조된 다공성 옹기 플레이트) 이었다
다공성 옹기 플레이트 표면에서 공기의 냉각실험을 단열계의 닫힌 박스에서 실시하였다. 다공성 옹기 플레이트의 기공구조가 공기의 냉각에 미치는 효과를 조사하였다. 다공성 옹기 플레이트를 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 인입공기(Inlet air)와 평행하게 배열하였다. 표 2는 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 1100℃에서 소결한 다공성 옹기 플레이트의 상대습도별 수분 증발에 따른 냉각효과를 보여준다.

Samples		 Relative humidity of inlet air (%) Temperature (℃)
Inlet air (T1) Outlet air
(T2)		 Cooling effect
ΔΥ=T1T2
실험예 1 77 28 27.2 0.8
실험예 2 77 28 26.9 1.1
실험예 3 77 28 26.7 1.3
실험예 1 72 30 28.6 1.4
실험예 2 72 30 27.8 2.2
실험예 3 72 30 27.9 2.1
실험예 1 60 26 23.7 2.3
실험예 2 60 26 22.5 3.5
실험예 3 60 26 22.4 3.6
도 2에 나타낸 바와 같이, 12개의 다공성 옹기 플레이트(porous onggi plate)를 3㎜ 간격으로 배열하였다. 각각의 다공성 옹기 플레이트가 물속에 담겨진 후 인입공기(Inlet air)를 주입하였다. 온도 26℃ 상대습도 60%와, 온도 28℃ 상대습도 77%와, 온도 30℃ 상대습도 72% 조건의 인입공기(Inlet air)를 밀폐 박스(Closed box) 안에 주입하였다. 냉각된 공기의 온도는 밀폐 박스의 출구에서 측정하였다. 인입공기를 주입하고 10분 후에 들어가고 나가는 공기(Outlet air)의 온도를 측정하였다. 평균온도는 표 2에서와 같이 계산하여 정리하였다. 냉각효과는 28℃에서 0.8∼1.3℃(77% R.H.), 30℃에서 1.4∼2.2℃(72% R.H.), 26℃에서 2.3∼3.6℃(60% R.H.) 였다. 냉각효과는 상대습도와 기공 특성에 의해 영향을 받았다. 냉각공기(ΔT=3.5∼3.6 C)는 표 2에서 보이는 바와 같이 대나무 숫 분말(A)을 이용하여 제조한 다공성 옹기 플레이트(실험예 2에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)를 사용한 경우와, 대나부 숫 분말(B)을 이용한 다공성 옹기 플레이트(실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)를 사용한 경우에 26℃ 상대습도 60% 조건에서 얻을 수 있었다.
숯 분말 없이 제작한 다공성 옹기 플레이트(실험예 1에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 대나무 숯 분말을 첨가해 만든 다공성 옹기 플레이트(실험예 2 및 실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)보다 낮은 냉각효과를 보였다. 대나무 숫 분말(B)을 이용하여 1100℃에서 소결하여 만든 다공성 옹기 플레이트(실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)는 기공부피, 기공크기, 기공율이 대나무 숫 분말(A)을 이용하여 1100℃에서 소결하여 만든 다공성 옹기 플레이트(실험예 2에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)보다 높았다. 대나무 숯 분말 없이 제작한 다공성 옹기 플레이트(실험예 1에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)의 표면에서 일어나는 물의 평균 증발속도는 3시간 동안 25℃ 상대습도 60%에서 7.9 g/min 이었다. 대나무 숫 분말(A)을 이용하여 1100℃에서 소결하여 만든 다공성 옹기 플레이트(실험예 2에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)의 표면에서 일어나는 물의 평균 증발속도는 13.3 g/min 였고, 대나무 숫 분말(B)을 이용하여 1100℃에서 소결하여 만든 다공성 옹기 플레이트(실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)의 표면에서 일어나는 물의 평균 증발속도는 14.1 g/min 이었다. 이 결과로부터 표면에서 일어나는 물의 증발속도는 공기를 냉각시키는 중요한 역할을 하고 있음을 확인하였다.
표 3은 대나무 숫 분말(B)을 이용하여 1100℃에서 소결하여 만든 다공성 옹기 플레이트(실험예 3에 따라 제조된 다공성 옹기 플레이트)를 배열하는 방법이 냉각에 미치는 영향을 보여주고 있다.
Relative humidity of inlet air (%) Stacked porous onggi plates Temperature of air (℃)
Stack number Plates distance (mm) Inlet (T1) Outlet
(T2)		 Cooling effect
ΔΥ=T1T2
64 12 < 1 25.2 23.4 1.8
64 12 3 25.1 22.2 2.9
64 6 3 25.0 23.2 1.8
64 6 10 25.2 22.8 2.4
70 12 < 1 27.1 26.6 1.5
70 12 3 27.2 24.6 2.6
70 6 3 27.1 25.7 1.4
70 6 10 27.0 25.0 2.0
1㎜ 이하로 좁게 배열한 다공성 옹기 플레이트가 낮은 냉각효과를 나타냈다(ΔT=1.5℃ at 27℃ with 70% R.H. / ΔT=1.8℃ at 25℃ with 64% R.H.). 배열하는 거리를 늘림에 따라 인입공기가 표면과 더 접촉하게 되고 이를 통해 냉각효과가 더 증진되었다. 그리고 배열하는 다공성 옹기 플레이트 수를 늘림에 따라 냉각효과도 증진되었다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 옹기 점토와 대나무 숯 분말을 이용하여 성형체를 만들고 각각 1100, 1200℃에서 소결하여 다공성 세라믹 플레이트를 제작하였다. 그리고 기공특성, 흡수율, 수분증발에 의한 냉각효과를 분석하여 친환경적이고 간단한 냉각장치를 제작하고자 하였다. 기공특성은 소결온도와 첨가하는 대나무 숯 분말에 의존하였다. 밀페된 박스 안의 흐르는 공기 조건에서 흡수한 물에 의한 자기 냉각 효과를 분석하였다. 냉각 특성은 플레이트의 기공특성과 인입공기의 상대습도에 의해 영향을 받았다. 22.7∼38.2% 기공율과 1.27∼2.56㎛ 기공크기를 가지는 다공성 세라믹 플레이트는 26℃ 상대습도 60% 인입공기 조건에서 3.5∼3.6℃의 냉각효과를 구현할 수 있다. 자기 냉각 효과는 세라믹 플레이트 수를 늘리거나 플레이트 간의 간격을 늘림으로써 증진시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (16)

  1. 전원이 필요없는 무전원 공기냉각장치로서,
    물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스;
    상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부;
    상기 공기 인입부와 이격되게 구비되고 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부;
    상기 밀폐 박스 내에 수용되어 상기 공기 인입부와 상기 공기 배출부 사이에 구비되고 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 배열된 복수의 다공성 옹기 플레이트; 및
    상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 저장된 물(H2O)을 포함하며,
    상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 옹기 점토와 숯 분말이 혼합되어 플레이트 형태로 성형된 성형체가 소결되어 형성된 옹기로 이루어지고,
    상기 숯 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합되고,
    상기 숯 분말은 대나무 숯 분말을 포함하고,
    상기 대나무 숯 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 가지며,
    상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내며,
    상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되어 있고,
    상기 공기 인입부에 팬(fan)이 연결되어 있고,
    상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속하며,
    상기 팬은 전원이 필요없이 수동으로 동작되는 팬이고,
    상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용하는 것을 특징으로 하는 무전원 공기냉각장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열되어 있는 것을 특징으로 특징으로 하는 무전원 공기냉각장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 다공성 옹기 플레이트를 준비하는 단계;
    물을 저장할 수 있는 공간을 제공하고 인입된 공기를 냉각하여 냉각된 공기를 외부로 배출하는 공간을 제공하는 밀폐 박스를 준비하는 단계;
    상기 밀폐 박스의 제1 측면에 구비된 공기 인입부와 상기 밀폐 박스의 제1 측면과 반대되는 제2 측면에 구비된 공기 배출부 사이에 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기의 흐름에 평행하게 상기 다공성 옹기 플레이트를 복수개 배열하는 단계; 및
    상기 밀폐 박스 내부의 바닥에 물(H2O)을 저장하는 단계를 포함하며,
    상기 다공성 옹기 플레이트를 준비하는 단계는,
    옹기 점토와 숯 분말을 혼합하는 단계;
    상기 옹기 점토와 상기 숯 분말의 혼합물을 플레이트 형태로 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및
    상기 성형체를 소결하여 상기 다공성 옹기 플레이트를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 숯 분말은 상기 옹기 점토 100중량부에 대하여 1∼25중량부의 함량으로 혼합하며,
    상기 숯 분말은 대나무 숯 분말을 포함하고,
    상기 대나무 숯 분말은 30∼200㎛의 평균 입경을 가지며,
    상기 다공성 옹기 플레이트는 0.12∼2.8cc/g의 기공부피, 1.0∼3.0㎛의 평균 기공크기 및 20∼45%의 기공율을 나타내고,
    배열된 복수의 상기 다공성 옹기 플레이트는 상기 물(H2O)에 일부가 잠기게 배치되고,
    상기 공기 인입부에 팬(fan)을 연결하고,
    상기 팬의 동작에 의해 상기 공기 인입부로의 공기 인입을 가속하며,
    상기 팬은 전원이 필요없이 수동으로 동작되는 팬이고,
    상기 다공성 옹기 플레이트에 흡수된 물의 증발에 의해 상기 공기 인입부로부터 상기 공기 배출부로 흐르는 공기가 냉각되는 원리를 이용하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 무전원 공기냉각방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서, 상기 다공성 옹기 플레이트는 0.5∼15㎜의 간격으로 서로 이격되게 배열하는 것을 특징으로 특징으로 하는 무전원 공기냉각방법.
  16. 삭제
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