KR20040038932A - 전열 피씨엠팩 - Google Patents

Abstract

본 발명 전열 피씨엠팩은 축열된 온도를 일정시간동안 지속하며 방열하는 피씨엠이 충진된 팩으로, 상기 피씨엠의 특성을 이용하여 보온 또는 가냉하기 위한 용도로 사용되는 피씨엠팩에 관한 것이다. 특히 본 발명은 상기 피씨엠팩에 열선을 부가하여 전류의 발열작용에 의하여 피씨엠이 축열되는 것을 특징으로 한다.

이에 따른 구성은 소정의 온도로 발열하는 열선, 상기 열선과 접속되어 열선의 온도를 감지 및 과대한 전류가 흐르면 전류를 차단하는 바이메탈 소자 및 상기 열선에 전원을 공급하기 위하여 외부전원단자와 접속하기 위한 전원공급수단을 포함한다. 또한, 상기 바이메탈소자 및 열선은 배선판에 고정되거나 또는 방수처리기능과 열전달율이 우수한 보호커버에 내장되어 피씨엠팩의 내부에 삽입되거나, 또는 상기 보호커버에 내장되어 피씨엠팩의 일측면의 바깥면 또는 안면에 융착되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 전자렌지 등과 같은 별도의 가열수단이 필요하지 않아 외부 전원단자에 접속만 되면 축열이 쉽게 이루어지고, 축열된 온도를 일정시간 동안 유지하며 방열하므로 소비전력을 감소하는 효과가 상당하다.

Description

전열 피씨엠팩{PCM PACK HEATED BY ELECTRICITY}

본 발명은 특정한 온도로 축열되어 일정시간동안 그 온도를 유지하며 발열하는 특성을 갖는 피씨엠이 충진된 피씨엠팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열선이 내장되어 전류의 발열작용에 의하여 피씨엠이 축열되는 전열 피씨엠팩에 관한 것이다.

상기 피씨엠은 Phase Change Material의 약자로 잠열, 축열 성능이 뛰어난 상변화물질을 지칭한다. 최근에는 CFC에 의한 오존층 파괴, CO₂배출에 따른 지구온난화, 기타 각종 환경 오염 물질 배출에 따른 자연 환경 파괴 등의 환경 문제가 범세계적 공동 대처 과제로 대두되면서, 각종 에너지원의 효율적, 합리적, 환경 친화적 이용이 국가 경제 전반에 매우 큰 영향력(무역규제, 탄소세 등)을 갖게 되었고, 이에 따라 선진국을 중심으로 열에너지의 저장, 변환, 이용 기술에 대한 적극적 활용 단계로 접어들고 있다. 이러한 동향에 따라 현재 일부 선진국을 중심으로 상기 PCM을 이용하여 산업. 상업분야로의 응용이 활발하게 진행되고 있다.

일반적으로 열을 매체의 내부에너지로서 저장하는 것을 축열이라고 한다. 상기 축열의 방법은 크게 현열축열과 잠열축열로 나눌 수 있는데 현열축열은 물질의 온도상승을 이용하는 방법으로서 물, 모래, 자갈 등에 축열하는 보편적인 축열방법이다. 그리고 잠열축열방법은 특정 온도범위에서 큰 축열밀도를 가지는 상변화물질의 전이 및 융해열, 즉 잠열을 이용하여 축열하는 방법으로 특정 온도범위에서의 축열량이 현열축열에 비하여 매우 크다.

최근 들어 상기 현열보다는 상변화물질의 잠열을 이용한 축열의 연구가 많이 수행되고 있다. 이러한 물질들은 단위부피 및 단위무게당 열에너지의 저장용량이 커서 현열장치보다 부피나 무게를 크게 줄일 수가 있다. 그리고 상변화물질의 용융열을 이용한 축열은 온도성층 현상이 심하지 않아 사용온도에 알맞는 범위에서 거의 일정한 온도로 축열 및 방열이 이루어질 수 있다.

특히, 이러한 잠열재로서의 피씨엠은 일정 온도에서 고체 -> 액체, 액체 -> 고체로 상이 바뀌면서 열을 흡수, 방출하는 물질로서 물에 비해 10배 정도의 잠열 능력이 있으며 이러한 잠열 축열재로서 무기수화물(Na₂SO₄H₂O, CH₃NaCOOH₃H₂0 등), 유기물(파라핀 등), 불화염, 고밀도폴리에틸렌(HDPE)등이 주로 이용된다.

그리고 상기 상변화물질이 상태변화를 거치게 되면 이 물질이 비교적 정온을 유지하는 동안 다량의 에너지가 저장되며 이러한 상태변화시 발생되는 열에너지가 잠열이고, 물질이 응고된 때 다시 한 번 방출된다. 이 때, 상변화물질은 모든 용액이 결정화 될 때까지는 온도가 내려가지 않는 특성이 있다. 따라서 고체상의 침전이 생기지 않으므로 잠열재로 사용될 경우 퇴화가 없는 장점이 있다.

현재 피씨엠이 응용되는 분야는 대표적으로 다음과 같다.

건물 또는 특수용도의 공간의 냉ㆍ난방 분야, 자동차ㆍ우주항공/첨단무기/전자ㆍ계측ㆍ통신기기(TEM)의 heat sink/행융합로 냉각ㆍ생물생화학물질의 보관ㆍ운반 및 물리치료의학기기 등의 첨단산업분야, heat pumpㆍheat pipeㆍheat recovery 시스템과 연계한 에너지이용효율 극대화분야, 심야전력을 이용한 축냉(저온 피씨엠 축냉식 냉장 및 냉동 등)및 각종 산업분야에서의 cooling process 등의 에너지이용 합리화분야, 레져용 선박ㆍ수산업ㆍ주방용품ㆍ특수 의복등의 생활산업분야, 농/수/축산물의 생산/저장/유통 등의 식품산업 분야 등이다.

위에 열거한 분야 외에 피씨엠이 응용되어야 할 필요성이 크게 대두되고 있는 분야가 바로 축열팩 산업분야이다. 지금까지 축열팩 산업에 있어서 주로 이용되는 축열물질은 소듐, 칼슘, 암모늄, 포타슘 클로라이드, 마그네슘, 소듐설페이트, 포타슘 또는 소듐 나이트레이트와 같은 수용성 무기염을 물에 첨가하여 형성한 유체이거나 또는 물과 가루가 섞이면서 반영구적으로 사용할 수 있는 젤타입의 액체로 이루어진 형태였다.

그러나 상기 기술한 종류의 유체는 일정시간동안 그 온도를 유지하지는 못하여 보온, 보냉의 기능 자체가 우수하지 못하다. 이에 따라 앞서 기술한 바와 같이 열에너지 기술의 발전동향에 발맞추어 축열 산업분야에 있어서도 상변화물질을 이용한 팩의 계발이 절실히 요구되는 실정이며 특히, 종래의 팩은 축열하기 위하여 끓는 물 또는 전자렌지를 구비해야 하는 불편함이 존재하므로 축열이 간편한 팩의 계발이 기대된다.

따라서, 본 발명은 일정시간동안 축열된 온도를 유지하며 방열하여 축열 및보온의 효과가 우수한 피씨엠이 충진되어 있으며, 상기 피씨엠을 열선에 의한 전류의 발열작용에 의하여 축열하는 피씨엠팩을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 이용되는 피씨엠의 특성을 보인 그래프.

도 2는 본 발명의 외관을 보인 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분해 사시도.

도 3a는 도 3이 결합된 상태에 있어 A-A'의 측면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분해 사시도.

도 4a는 도 4가 결합된 상태에 있어 A-A'의 측면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분해 사시도.

도 5a는 도 5가 결합된 상태에 있어 A-A'의 측면도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분해 사시도.

도 6a는 도 6이 결합된 상태에 있어 A-A'의 측면도.

*** 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 ***

100...피씨엠팩 101...피씨엠

102...일측면 104...타측면

106...플러그 108...열선

110...바이메탈소자 112...배선판

114...보호커버(열선) 114'...보호커버(전체)

상기 기술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 팩의 외관을 형성하는 일측면과 타측면의 테두리를 열융착하여 결합하고, 이로 인하여 형성된 내부 공간에 상변화한계시간이 이르기까지 축열된 상변화온도를 유지하며 방열하는 피씨엠이 충진된 피씨엠팩에 있어서, 지그재그형으로 절곡배선되고 외주면이 절연피복으로 둘러싸이며 전류의 발열작용에 의하여 소정의 온도로 발열하는 열선 및 상기 열선과 접속되어 열선의 온도를 감지하며 열선의 온도가 특정된 온도 이상으로 과열되면 자동적으로 전류를 차단하는 바이메탈소자가 배선판에 고정되어 상기 피씨엠팩의 내부 중앙에 삽입되며, 상기 열선과 접속되어 외부 전원으로부터 전원을 공급하기 위한 전원공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 배선판은 알루미늄판 또는 구리판 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 피씨엠팩의 일측면 및 타측면은 염화비닐, 폴리프로필렌, 우레탄, 패체섬유 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 피씨엠팩의 외관은 일정 구간을 융착하여 다수 개의 구간으로 나누어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 바이메탈소자 및 열선은 열전달율이 높고 방수처리기능이 우수한 재질로 이루어진 보호커버에 내장되어 피씨엠팩의 내부 중앙에 삽입되는 것을특징으로 한다.

그리고, 상기 바이메탈소자 및 열선이 내장된 보호커버는 피씨엠팩의 일측면의 바깥면에 융착되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 바이메탈소자 및 열선이 내장된 보호커버는 피씨엠팩의 일측면의 안면에 융착되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명에 이용되는 피씨엠의 특성을 보인 그래프로 도시된 바와 같이 축열된 온도 60°C를 유지하다가 일정시점이 되면 서서히 상온에 이르기까지 온도가 하강한다. 그리고 축적된 열에너지를 방출함으로 보온의 효과 뿐만 아니라 주변의 물체를 가열하고, 특히 축열된 온도를 일정시간동안 유지하기에 상기 보온 및 가열의 효과가 상당히 우수하다.

또한, 상기 피씨엠은 전류공급에 따른 열선의 발열작용에 의하여 일정시간이 경과하면 특정된 온도 즉 상변화온도로 상승하고, 전류의 공급이 중단된 이후에도 상변화한계시간동안 상승된 온도를 크게 하강됨 없이 유지한다. 그리고 상기 피씨엠은 다양한 상변화온도를 갖는 물질이 있어 용도에 따라 다양하게 이용할 수 있다. 예를 들면 30°C ~ 150°C 의 상변화온도를 갖는 피씨엠을 고온 피씨엠, 0°C ~ 30°C 의 상변화온도를 갖는 피씨엠을 중온 피씨엠, -60°C ~ 0°C 의 상변화온도를 갖는 피씨엠을 저온 피씨엠이라 하며 응용분야별 사용조건에 따라 적합한 것을 선택하여 이용할 수 있다.

그리고, 도 2는 본 발명의 외관을 도시한 사시도로 도시된 바와 같이 염화비닐(PVC, polyvinyl chloride), 폴리프로필렌(P.P, polypropylene), 패체섬유(PC, PC fiber), 우레탄 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 일측면(102)과 타측면(104)의 테두리를 결합하여 형성된 내부 공간에 상기 도 1에서 기술한 피씨엠을 충진하고 열융착시켜 밀폐한다. 또한, 상기 피씨엠팩(100)의 내부 공간에는 소정의 온도로 발열하는 열선(108), 상기 열선(108)의 온도를 감지하여 상기 온도가 특정된 온도이상으로 상승하면 자동적으로 전류를 차단하기 위한 바이메탈소자(110)가 내재하며, 상기 열선(108)은 전원공급수단과 연결되어 외부로부터 전원을 공급받는다. 그리고 상기 전원공급수단은 외부전원단자, 즉 콘센트와 접속하기 위한 플러그(106)가 형성된 전기코드의 형태를 갖는다.

또한, 상기 전원공급수단은 열선(108)과 접속되며 피씨엠팩의 일측 모퉁이 부분에 구비되는 전기 접속기, 상기 전기 접속기와 접속하기 위한 접속단자가 일단에 형성되고 타단에는 플러그가 형성되는 전기코드로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 전원부가시에는 전기 접속기와 접속하여 전원을 인가하고, 전원부가를 하지 않는 경우에는 전기코드와 피씨엠팩을 분리하여 이용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피씨엠팩(100)의 외관은 일정구간을 융착하여 다수개의 구간으로 나뉘어진 형태로서 내부에 내장된 피씨엠 및 열선(108)이 한쪽으로 치우치거나 하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 이하 도 3 내지 도 6은 상기 도 2의 실시예에 따른 분해 사시도를 도시한 것이다.

상기 도 3 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지그재그형으로 절곡배선되고 한쪽 끝에 바이메탈소자(110)가 접속 및 부착된 열선(108)이 배선판(112)에 고정되고, 상기 배선판(112)은 피씨엠팩(100)의 일측면(102) 및 타측면(104)의 사이에 내재한 상태에서 동시에 외곽을 열융착시켜 밀폐한다. 그리고 피씨엠(101)은 상기 피씨엠팩의 외곽 중 피씨엠(101) 주입을 위하여 일부 융착시키지 않은 부분을 통하여 피씨엠(101)을 주입하고 융착한다.

그리고 상기 바이메탈소자(110)는 열팽창계수가 다른 두가지 종류의 금속판을 압연법으로 붙여 온도의 변화에 따라 두 금속판이 팽창차이로 휘도록 한 것이다. 따라서 온도가 상승함에 따라 열팽창계수가 낮은 쪽으로 휘는 성질을 이용하여 온도변화를 검출하여 자동적으로 작동하는 스위치의 기능을 수행한다.

또한, 상기 도 4 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지그재그형으로 절곡되고 한쪽 끝에 바이메탈소자(110)를 접속 및 부착한 열선(108)은 열전달율, 내열성 및 방수처리기능이 우수한 비닐로 이루어진 보호커버(114)에 내장되고, 상기 보호커버(114)는 피씨엠팩의 일측면(102) 및 타측면(104) 사이에 내재한 상태에서 동시에 외곽을 열융착시켜 밀폐하고, 일부 융착되지 않은 부분을 통하여 피씨엠(101)을 주입한 후 완전 밀봉한다.

또한, 상기 도 5 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 도 4에서 기술한 바와 동일한 바이메탈소자(110)가 접속 및 부착된 열선(108)이 내장된 보호커버(114)가 피씨엠팩의 일측면(102)의 바깥면에 융착되고, 상기 보호커버(114)가 융착된 일측면과 부착되지 않은 타측면(104)의 외곽을 동시에 열융착시키고, 일부 융착되지 않은 부분을 통하여 피씨엠(101)을 주입하고 완전 밀봉한다. 그리고, 상기 피씨엠팩은 열선(108)이 내장된 보호커버(114)가 외부에 노출되지 않도록 피씨엠팩의 일측면, 타측면과 동일한 재질로 이루어진 보호커버(114')에 삽입한 후 외곽을 열융착시키는 것이 바람직하다. 또는 보호커버(114)가 부착된 일측면(102)의 바깥면을 상기 일측면(102)과 동일한 소재로 이루어진 면으로 덮은 후 외곽을 열융착하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 도 6 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 도 4 내지 도 5에서 기술한 바와 동일하게 바이메탈소자(110) 및 열선(108)이 내장된 보호커버(114)를 피씨엠팩의 일측면(102)의 안면에 융착한 후, 상기 보호커버(114)가 융착된 일측면(102)과 융착되지 않은 타측면(104)의 외곽을 동시에 열융착시키고 상기 열융착된 내부 공간에 피씨엠(101)을 충진하여 완전밀폐한다.

한편, 본 발명은 일반적으로 축열팩이 건강증진을 위하여 인체에 직접 닿는 찜질팩의 용도로 이용되는 것과 달리 주변의 물체를 보온 및 가열하기 위한 용도로 보온가방, 보온방석, 보온조끼등에 이용되는 것이 가능하다.

이상에서 살펴본 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이와 같이 본 발명은 피씨엠팩의 내부에 열선을 부가하여 열선의 전류발열작용에 의하여 축열이 되므로 끓는 물이나 전자렌지등과 같은 가열장치가 구비된 장소에 구애받지 않고 축열할 수 있어 축열이 간편하다.

또한, 상기 피씨엠은 상변화물질로서 축열된 온도를 유지하며 일정시간동안 방열하는 특성으로 인하여 축열 및 보온효과가 우수하다. 따라서 열선의 전류발열작용에 따른 축열 및 보온효과가 지속되는 시간이 길어 시간대비 소비전력에너지를 감소하는 효과가 크다. 이와 더불어 종래 축열물질에 비하여 상대적으로 적은 양으로도 유사한 축열효과를 내므로 효과대비 보다 적은 양의 축열물질을 축열함에 따라 소비전력에너지를 감소한다.

그리고, 종래 전기팩과 비교해 볼 때 축열효과가 우수한 피씨엠으로 인하여 계속적인 전원부가가 필요없어 전력낭비를 감소하는 효과가 탁월할 뿐만 아니라 종래 축열팩과 달리 외부의 가열수단이 필요없어 축열이 간편함으로 인한 이용상의 효과가 크다. 그리고 상기 피씨엠이 열을 축적하였다가 방열하는 특성을 이용하므로 계속적인 전원부가에 따른 전자파로 인하여 인체에 해를 미치는 등의 부정적인 영향을 극복하는 효과 또한 상당하다.

한편, 본 발명은 축열팩의 보온효과를 이용하는 보온가방, 보온방석, 보온조끼등 다양한 용도로 이용될 수 있다.

Claims (7)

1. 팩의 외관을 형성하는 일측면과 타측면의 테두리를 열융착하여 결합하고, 이로 인하여 형성된 내부 공간에 상변화한계시간이 이르기까지 축열된 상변화온도를 유지하며 방열하는 피씨엠이 충진된 피씨엠팩에 있어서,

   지그재그형으로 절곡배선되고 외주면이 절연피복으로 둘러싸이며 전류의 발열작용에 의하여 소정의 온도로 발열하는 열선; 및

   상기 열선과 접속되어 열선의 온도를 감지하며 열선의 온도가 특정된 온도 이상으로 과열되면 자동적으로 전류를 차단하는 바이메탈소자;가 배선판에 고정되어 상기 피씨엠팩의 내부 중앙에 삽입되며,

   상기 열선과 접속되어 외부 전원으로부터 전원을 공급하기 위한 전원공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열 피씨엠팩.
2. 제 1항에 있어서, 상기 배선판은

   알루미늄판 또는 구리판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전열 피씨엠팩.
3. 제 1항에 있어서, 상기 피씨엠팩의 일측면 및 타측면은

   염화비닐, 폴리프로필렌, 우레탄, 패체섬유 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전열 피씨엠팩.
4. 제 1항에 있어서, 상기 피씨엠팩의 외관은

   일정 구간을 융착하여 다수 개의 구간으로 나누어지는 것을 특징으로 하는 전열 피씨엠팩.
5. 제 1항에 있어서, 상기 바이메탈소자 및 열선은

   열전달율이 높고 방수처리기능이 우수한 재질로 이루어진 보호커버에 내장되어 피씨엠팩의 내부 중앙에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전열 피씨엠팩.
6. 제 5항에 있어서, 상기 바이메탈소자 및 열선이 내장된 보호커버는

   피씨엠팩의 일측면의 바깥면에 융착되는 것을 특징으로 하는 전열 피씨엠팩.
7. 제 5항에 있어서, 상기 바이메탈소자 및 열선이 내장된 보호커버는

   피씨엠팩의 일측면의 안면에 융착되는 것을 특징으로 하는 전열 피씨엠팩.