KR20070029311A - Porous material for latent heat and accumulated heat and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 가압함침법이 적용되는 오토클레이브를 나타내는 도면1 is a view showing an autoclave to which the pressure impregnation method of the present invention is applied
본 발명은 유동성이 있는 파라핀계 상 변화 물질(Phase Change Material: 이하 PCM)을 다공성 점토 또는 펄라이트(perlite) 등의 다공성 물질에 함침시켜서 열저장과 열공급 매체로 사용할 수 있게한 다공성 잠열 축열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous latent heat storage material which can be used as a heat storage and heat supply medium by impregnating a fluid paraffinic phase change material (PCM) into a porous material such as porous clay or perlite. It relates to a manufacturing method.
PCM이라고 하는 것은 물질이 고체상에서 액상으로 용융될 때 열이 흡수되어 물질이 액체상태로 존재하는 동안 잠열로서 저장되고 고화될 때, 즉 액상에서 고상으로 전환될 때 잠열을 방출하는 것으로서 냉난방분야, 전자제품의 방열판, 의복등의 생활산업분야, 식품산업분야 등에 사용되고 있다.PCM refers to the heat-absorption, heating, It is used in the life industry of heat sink, clothing, food industry, etc.
PCM 재료로서 가장 널리 사용되고 있는 물질은 염, 염수화물 또는 이들의 혼합물, 파라핀등의 유기화합물이 쓰이고 있다. 크게 유기물과 무기물로 나눠지며 유기물은 대체적으로 밀도가 낮고 잠열량은 작으나 무기물 PCM에 비해서 부식성이 작 고 부피팽창이 작다. 무기물은 반대로 밀도가 크고 잠열량도 크나 부식성이 크고 부피팽창이 커서 패키징이 어렵다는 단점이 있다.The most widely used materials for PCM are organic compounds such as salts, salts or mixtures thereof, and paraffin. It is largely divided into organic and inorganic materials. Organic materials are generally low in density and low in latent heat, but they are less corrosive and have smaller volume expansion than inorganic PCM. In contrast, inorganic materials have a disadvantage in that they are difficult to package due to their high density and high latent heat, but high corrosiveness and large volume expansion.
축방열 시스템을 위해서 가져야 할 PCM의 조건은 적합한 상변화 온도, 높은 잠열밀도와 열전달율, 상평형 용이, 낮은 기체압력, 작은 부피팽창률, 고밀도, 과냉각 현상이 없고 높은 결정성장률, 화학적 안정성, 적은 부식성, 물질구입이 쉽고 저렴해야한다.The conditions of PCM for axial heat dissipation system are suitable phase change temperature, high latent heat density and heat transfer rate, phase equilibrium, low gas pressure, small volume expansion rate, high density, no supercooling, high crystal growth rate, chemical stability, low corrosiveness, Material purchase should be easy and cheap.
상기 조건들을 만족하며 단가가 매우 낮은 파라핀계 PCM이 잠열 축열재로 많이 쓰이고 있으나 용융점 이상에서 파라핀이 유출하기 때문에 캡슐화 시켜서 사용하고 있다. 종래의 상 변화 물질의 캡슐화 기술은 멜라민이나 포름알데히드 수지로 마이크로 캡슐화 하는 방법인바, 이 방법은 공정이 복잡하여 제조원가를 상승시키기 때문에 실용화 되지 못하고 있는 실정이다.Paraffin-based PCM, which satisfies the above conditions and has a very low unit cost, is widely used as a latent heat storage material. Conventional encapsulation technology of a phase change material is a method of microencapsulating with melamine or formaldehyde resin, and this method has not been put to practical use because the process is complicated and increases the manufacturing cost.
따라서, 본 발명의 목적은 단가가 낮은 다공성 점토 또는 펄라이트등의 다공성 물질에 PCM을 함침시킴으로서 가격이 저렴한 잠열 축열재를 간단한 공정으로 제조할 수 있는 다공성 잠열 축열재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 기술적 과제를 두고 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a porous latent heat storage material and a method for manufacturing the same, which can be inexpensive latent heat storage material by a simple process by impregnating PCM in a porous material such as low price porous clay or perlite. I have a problem.
본 발명은 다공성 점토 또는 펄라이트 등의 다공성 물질에 PCM을 가압 함침시켜서 모세관 효과에 의해서 PCM의 유출이 억제되고 다공성 재료의 특성에 의하여 열응답성과 열전도성이 우수한 다공성 잠열 축열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous latent heat storage material and a method for producing the same, which are capable of suppressing the outflow of PCM by capillary effect by pressurizing and impregnating PCM in a porous material such as porous clay or pearlite, and having excellent thermal response and thermal conductivity. will be.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 아래와 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 파라핀계의 PCM(용융점 0℃ ~ 130℃ ) 과 다공성 점토 또는 펄라이트 등의 다공성 물질(기공율 : 30% ~ 80%)을 사용하여 파라핀계의 PCM을 다공성 물질(입경 : 1 ~ 10mm)의 미세기공(기공의 크기 : 10 ~ 100㎛)에 함침시켜서 제조한 잠열 축열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention uses a paraffinic PCM (melting point 0 ℃ ~ 130 ℃) and a porous material (porosity: 30% to 80%), such as porous clay or pearlite, paraffin-based PCM porous material (particle diameter: 1 ~ 10mm) It relates to a latent heat storage material prepared by impregnating into the micropores of (pore size: 10 ~ 100㎛) and its manufacturing method.
상기 파라핀계 PCM은 탄소수에 따라 융점이 달라지는데 0℃ ~ 130℃의 것을 사용할 수 있고 보다 바람직하게는 30℃ ~ 50℃의 융점을 가진 PCM을 선택하는 것이 바람직하다.The paraffinic PCM may have a melting point of 0 ° C. to 130 ° C. depending on the number of carbon atoms, and it is preferable to select a PCM having a melting point of 30 ° C. to 50 ° C.
상기 다공성 물질은 점토 또는 펄라이트를 선택하는 것이 바람직하고 다공성 물질의 기공율은 30% ~ 80% 범위가 적절하다. 기공율이 30% 미만이면 PCM 함침량이 적어 축열 효과가 낮고 기공율이 80%를 초과하면 PCM의 누액이 있을 수 있다.The porous material is preferably selected from clay or pearlite, and the porosity of the porous material is suitably in the range of 30% to 80%. If the porosity is less than 30%, the PCM impregnation amount is low, so the heat storage effect is low, and if the porosity exceeds 80%, there may be leakage of PCM.
상기 다공성 물질의 기공 크기는 10 ~ 100㎛ 범위가 적절하다. 기공의 크기가 10㎛ 미만이면 함침 시간이 길어지고 기공의 크기가 100㎛를 초과하면 누액의 우려가 있다.The pore size of the porous material is preferably in the range of 10 ~ 100㎛. If the pore size is less than 10 μm, the impregnation time is long, and if the pore size exceeds 100 μm, there is a risk of leakage.
상기 다공성 물질의 입자크기는 1 ~ 10mm 범위가 적절하다. 1 ~ 10mm의 입자크기의 다공성 물질은 단면적이 크게 커져서 PCM의 낮은 열 전도율을 보완 할 수 있다. The particle size of the porous material is preferably in the range of 1 ~ 10mm. Porous materials with a particle size of 1 to 10 mm have a large cross section, which can compensate for the low thermal conductivity of PCM.
도 1은 본 발명의 가압함침법을 적용하기 위한 오토클레이브를 나타낸 도면이다. 다공성 점토나 펄라이트 등의 다공성 물질(3)이 하부플라스크의 안쪽에 놓여지며, PCM (2)이 상부플라스크의 안쪽에 채워진다. 오토클레이브(1)는 열과 압력을 주어서 PCM(2)에 유동성을 부여하여 함침시키는 역할을 하게된다. 함침시간은 대략 30분정도 걸리며 80 kPa 정도의 압력을 준다. 온도가 파라핀계 PCM재료의 용융점 이상으로 올라가기 시작하면 PCM(2)이 용융되기 시작하며 PCM 용액이 오토클레이브의 압력을 받아서 다공성물질(3)쪽으로 들어가기 시작한다. 계속 압력을 받는 PCM 용액은 다공성 물질(3)의 미세기공 사이로 침투한다. 30분간 압력을 걸어준 후 다공성 물질을 세척하고 필요에 따라서 다공성 물질 겉면에 붙어있는 PCM을 제거하기위해서 온도를 PCM 용융점 이상 올려준 후 세척을 하게 된다.1 is a view showing an autoclave for applying the pressure impregnation method of the present invention.
이렇게 하면 다공성 점토 또는 펄라이트 등의 다공성 물질의 미세기공내에 파라핀계 PCM이 충전되어서 다공성 잠열 축열재가 완성된다.In this way, paraffin-based PCM is filled in the micropores of porous materials such as porous clay or pearlite to complete the porous latent heat storage material.
<실시예><Example>
기공율이 50%이고 입경이 8mm이며 미세기공의 크기가 80㎛인 점토 또는 펄라이트를 하부플라스크의 안쪽에 채워넣고 파라핀계 PCM을 그 위에 있는 상부플라스크에 넣어준다. PCM 재료의 유동성을 부여하기 위해서 용융점 이상의 열과 80 kPa 정도의 압력을 가하고 30분간 PCM을 함침시킨다. 그 후 다공성 물질을 세척하고 필요에 따라서 다공성 물질 겉면에 붙어있는 PCM을 제거하기 위해서 온도를 PCM 용융점 이상 올려준 후 세척을 하였다.Clay or pearlite having a porosity of 50%, a particle diameter of 8 mm and a micropore size of 80 μm is filled into the lower flask and paraffin-based PCM is placed in the upper flask. To impart fluidity of the PCM material, heat above the melting point and a pressure of about 80 kPa are applied and the PCM is impregnated for 30 minutes. Thereafter, the porous material was washed and, if necessary, the temperature was raised above the PCM melting point in order to remove the PCM attached to the surface of the porous material, and then washed.
<비교예>Comparative Example
가압을 하지 않고 상압에서 함침시킨 것을 제외하고는 <실시예>와 동일한 방법으로 실시하였다.The same process as in <Example> was carried out except that impregnation was carried out at normal pressure without pressure.
상기 실시예 및 비교예의 방법으로 다공성 점토 또는 펄라이트의 잠열 축열 재를 제조한 후 함침된 PCM의 함량을 조사하였다. 실시예는 다공성 점토의 경우에는 43%가 함침되었으며 다공성 펄라이트의 경우에는 51%가 함침되었다. 비교예에서는 다공성 점토의 경우에는 17%, 다공성 펄라이트는 38%가 함침되었다.After preparing the latent heat storage material of porous clay or pearlite by the method of Examples and Comparative Examples, the content of impregnated PCM was investigated. The examples were 43% impregnated for porous clay and 51% impregnated for porous pearlite. In the comparative example, 17% of porous clay and 38% of porous pearlite were impregnated.
(상기%는 다공성 물질의 총중량에 대한 PCM의 함침중량의 비율임.)(The above percentage is the ratio of the impregnated weight of PCM to the total weight of the porous material.)
<표 1>TABLE 1
아래의 그래프는 상기 방법으로 제조된 잠열 축열재의 흡열 및 발열 현상을 나타낸 것이다.The graph below shows the endothermic and exothermic phenomenon of the latent heat storage material produced by the above method.
<그래프 1><Graph 1>
<그래프 2><Graph 2>
<그래프 1>은 다공성 점토에 파라핀계 PCM이 함침된 잠열 축열재의 흡열, 발열 곡선이다. 위의 그래프에서 융점이 48.56℃, 잠열은 24.98 J/g이고 <그래프 2>는 다공성 펄라이트에 PCM이 함침된 잠열 축열재의 흡열, 발열 곡선인데 융점은 49.83℃, 잠열은 33.86 J/g으로 측정되었다.<Graph 1> is an endothermic and exothermic curve of latent heat storage material impregnated with paraffinic PCM in porous clay. In the graph above, melting point is 48.56 ℃, latent heat is 24.98 J / g, and <
다공성 펄라이트의 경우에는 재료의 미세기공이 점토에 비해서 더 많기 때문에 50% 가량의 PCM이 함침될 수 있으므로 점토에 비해서 더 큰 잠열을 보임을 확인할 수 있다.In the case of porous perlite, since the micropores of the material are more than that of clay, about 50% of the PCM may be impregnated, which shows that the latent heat is greater than that of the clay.
본 발명은 파라핀계 PCM을 가압 함침법을 통해 다공성 점토 또는 펄라이트에 함침시킴으로서 보온 및 난방용 잠열 축열재로서의 응용을 가능하게 하였다. 또 본 발명은 종래의 마이크로캡슐법과는 달리 공정이 간단하여 대량생산이 가능하며 다공성 구조에 의해서 열응답속도가 빠르고 열전도도가 높으며 마이크로캡슐법에 비해서 PCM의 함침량을 늘릴 수 있으므로 에너지 절약용 잠열 축열재로의 응용범위를 넓힐 수 있는 장점이 있다.The present invention enables the application as a latent heat storage material for thermal insulation and heating by impregnating paraffin-based PCM in porous clay or pearlite through a pressure impregnation method. In addition, the present invention, unlike the conventional microcapsule method, the process is simple, mass production is possible, and the thermal response speed is high and the thermal conductivity is high by the porous structure, and the impregnated amount of PCM can be increased compared to the microcapsule method, and thus the latent heat for energy saving. There is an advantage to widen the application range to the heat storage material.
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