KR20180113127A - Ｐｃｍ 패드의 제조방법 및 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, PCM 패드의 제조방법 및 패드에 관한 것이다.
본 발명의 제1 실시 예는, 설정된 온도보다 높을 경우 서서히 액상으로 상 변환되고 설정된 온도 이하를 유지하거나 설정된 온도보다 낮을 경우 고체 상태를 유지하는 PCM을 설정된 크기와 다양한 형상으로 고형화한 것을 다수 준비하는 제1 단계; 자동화 기계 라인에 의해 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지되는 몰드 상에 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제1 기재를 배치하고 상기 제1 기재상에 상기 제1 단계의 PCM을 자동 또는 수동으로 정렬하는 제2 단계; 상기 제2 단계의 제1 기재 위에 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지된 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제2 기재가 덧씌워지는 제3 단계; 및 상기 제1,2 기재의 사이에 고형화된 상태로 배열된 다수의 PCM 주위를 융착 또는 초음파 용접에 의해 실링하여 고형화된 상태인 다수의 PCM이 독립된 포켓에 낱개씩 내장되는 제4 단계로 이루어진다.
본 발명의 제2 실시 예는, 설정된 온도보다 높을 경우 서서히 액상으로 상 변환되고 설정된 온도 이하를 유지하거나 설정된 온도보다 낮을 경우 고체 상태를 유지하는 액상의 PCM이 담긴 분배기를 준비하는 제1 단계; 자동화 기계 라인에 의해 설정된 폭과 길이를 갖고 상기 제1 단계의 분배기 하측으로 인출되거나 또는 인출 중 정지되며 다수의 요홈으로 형성된 성형 틀을 준비하는 제2 단계; 상기 제2 단계의 상기 성형 틀의 상측에 밀착 배열되며 상기 성형 틀에 형성된 다수의 요홈에 끼워지며 상기 요홈과 동일한 형상의 홈을 형성하는 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제1 기재를 준비하는 제3 단계; 자동화 기계 라인에 의해 자동으로 이송되는 상기 제3 단계의 상기 제1 기재에 형성된 홈에 상기 제1 단계의 분배기로부터 액상의 PCM을 분배하며 채워넣는 제4 단계; 및 상기 제4 단계의 제1 기재 위에 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지된 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제2 기재를 덧씌우며 액상의 PCM이 채워진 상기 홈의 주위를 융착 또는 초음파 용접에 의해 실링하여 다수의 PCM이 독립된 포켓에 채워지는 제5 단계로 이루어진다.

Description

ＰＣＭ 패드의 제조방법 및 패드{Manufacture method of PCM pad and pad}

본 발명은 PCM 패드의 제조방법 및 패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PCM을 원재료로 방열을 최소화 하는 축냉 또는 축온에 필요한 PCM 패드를 제조함으로써 축냉 또는 축온재가 필요한 각종 산업 분야 또는 일반 가정에서 패드를 구입한 후 축냉, 축온을 필요로 하는 제품에 적절히 사용할 수 있도록 한 PCM 패드의 제조방법 및 패드에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이 PCM(Phase Change Material)은 상변화시 잠열을 이용하여 냉, 온열을 저장할 수 있는 물질을 총칭하는 말이다.

현재 가장 널리 사용 중인 축열 물질 그리고 상 변화시 얻어지는 잠열을 가장 쉽게 이용할 수 있는 것이 물이다.

이와 같이 물은 원물에 대한 조달비용이 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며 독성 폭발성이 없는 잠열재로서 우수한 성질을 내포하고 있으나 온열을 저장하는 온수의 경우 온열에 의한 저장배관의 부식을 유발시킬 수 있으며, 냉열을 저장하는 얼음은 충진이나 수송시 유동이 어려우며 재사용을 하기 위하여 필요한 설비를 갖추기 위해서는 많은 비용이 투자되어야 하며 설비를 이동하면서 활용하기는 현실적으로 매우 어렵다.

또한, 빙점 이하에서 생성되기 때문에 생산비용상승과 생산시간 소요가 많이 필요하다.

물은 잠열 에너지가 큰 반면에 상 변화시 과 냉각현상이 크게 나타나고 부피의 변화가 심하다.

이러한 문제의 해결 방안으로 효율적인 냉, 온열 저장을 위한 새로운 축냉열 물질 개발뿐만 아니라 취급의 용이성을 위해 생산, 유통, 회수과정에서 편리함, 간편함, 경제성이 갖추어질 수 있는 연구가 필요하였다.

대표적인 잠열 방법은 아이스 슬러리, 에멀션, 액체 수화물 슬러리, 마이크로캡슐 등이며, 이 중 아이스 슬러리는 가장 대표적인 잠열형 열 유체기술로서 생성된 얼음을 ㎛~㎜ 단위의 미세조작으로 제조하여 물과 혼합한 형태이고 슬러리를 사용하는 기술이다.

그러나 아이스슬러리는 운전온도 범위에서 높은 점도를 가지고 있고 수송과정에서 막대한 에너지(동력)손실이 동반되며 재사용시 반복되는 상 변화를 통하여 응집 및 상 분리현상 등이 발생하거나 제조시 관 내벽에 고착되어 장치를 부식시키기 때문에 실용화에 많은 어려움이 있다.

현재 활용되고 있는 축열물질로는 황산나트륨(Na2SO4), 파라핀(paraffin)계 물질 등이 있으며, 축열물질을 소형, 경량, 대량생산 등을 실현하기 위해 노력하고 있다.

그 일환으로 계면활성제를 첨가한 유상액(emulsion) 형태의 축열물질(또는 상 변화 물질)(PCM, Phase Change Material) 등이 개발되었다.

그러나 지금까지 제안되고 있는 PCM은 축냉 또는 축온에 필요한 물품이나 완제품에 내장된 상태에서 제품으로 출하되므로 PCM에 의한 축냉 또는 축온이 필요한 각종 산업 분야 또는 일반 가정용 물품에서 기존의 축냉, 축온 제품을 적절히 대체하며 사용할 수 없는 어려운 문제점이 있었다.

그뿐만 아니라 PCM이라는 원료는 이미 개발되었지만 PCM 원료가 특정 산업분야를 제외하고는 극히 제한적으로 사용되므로 PCM 원료를 이용하여 다양한 분야의 제품에 다양한 모습으로 적용, 상품화하며 개발하기에는 여건이 허락되지 않았고 그에 따라 개발 의지를 위축시켰던 문제점도 있었다.

KR 20-2015-0000367 U

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제, 즉, 본 발명의 목적은, PCM을 원재료로 방열을 최소화 하는 축냉 또는 축온에 필요한 PCM 패드를 제조함으로써 축냉 또는 축온재가 필요한 각종 산업 분야 또는 일반 가정에서 패드를 구입한 후 축냉, 축온을 필요로 하는 제품에 적절히 사용할 수 있도록 한 PCM 패드의 제조방법 및 패드를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 이미 개발된 PCM 원료를 이용하여 다양한 분야의 제품에 다양한 모습으로 적용하며 축냉, 축온에 필요한 최적화의 상품으로 개발함으로써 손쉽게 구입 사용토록 하는, 즉, 사용 폭을 확대할 수 있는 PCM 패드의 제조방법 및 패드를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시 예는, 설정된 온도보다 높을 경우 서서히 액상으로 상 변환되고 설정된 온도 이하를 유지하거나 설정된 온도보다 낮을 경우 고체 상태를 유지하는 PCM을 설정된 크기와 다양한 형상으로 고형화한 것을 다수 준비하는 제1 단계; 자동화 기계 라인에 의해 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지되는 몰드 상에 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제1 기재를 배치하고 상기 제1 기재상에 상기 제1 단계의 PCM을 자동 또는 수동으로 정렬하는 제2 단계; 상기 제2 단계의 제1 기재 위에 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지된 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제2 기재가 덧씌워지는 제3 단계; 및 상기 제1,2 기재의 사이에 고형화된 상태로 배열된 다수의 PCM 주위를 융착 또는 초음파 용접에 의해 실링하여 고형화된 상태인 다수의 PCM이 독립된 포켓에 낱개씩 내장되는 제4 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCM 패드의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제2 실시 예는, 설정된 온도보다 높을 경우 서서히 액상으로 상 변환되고 설정된 온도 이하를 유지하거나 설정된 온도보다 낮을 경우 고체 상태를 유지하는 액상의 PCM이 담긴 분배기를 준비하는 제1 단계; 자동화 기계 라인에 의해 설정된 폭과 길이를 갖고 상기 제1 단계의 분배기 하측으로 인출되거나 또는 인출 중 정지되며 다수의 요홈으로 형성된 성형 틀을 준비하는 제2 단계; 상기 제2 단계의 상기 성형 틀의 상측에 밀착 배열되며 상기 성형 틀에 형성된 다수의 요홈에 끼워지며 상기 요홈과 동일한 형상의 홈을 형성하는 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제1 기재를 준비하는 제3 단계; 자동화 기계 라인에 의해 자동으로 이송되는 상기 제3 단계의 상기 제1 기재에 형성된 홈에 상기 제1 단계의 분배기로부터 액상의 PCM을 분배하며 채워넣는 제4 단계; 및 상기 제4 단계의 제1 기재 위에 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지된 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제2 기재를 덧씌우며 액상의 PCM이 채워진 상기 홈의 주위를 융착 또는 초음파 용접에 의해 실링하여 다수의 PCM이 독립된 포켓에 채워지는 제5 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCM 패드의 제조방법을 제공한다.

상기 제1,2 실시 예의 목적을 효과적으로 구현하기 위한 제1 변형 예는, 상기 제1,2 기재의 사이에 고체 상태의 PCM이 밀폐되며 상, 하 대칭 형상으로 형성된 것이 효과적이다.

상기 제1,2 실시 예의 목적을 효과적으로 구현하기 위한 제2 변형 예는, 상기 제1,2 기재의 사이에 액체 상태의 PCM이 채워진 후 상기 제1 기재는 엠보싱으로 형성되고 상기 제2 기재는 평탄면으로 형성된 것이 효과적이다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, PCM을 원재료로 축냉 또는 축온에 필요한 패드를 제조함으로써 축냉 또는 축온이 필요한 각종 산업 분야 또는 일반 가정에서 패드를 구입한 후 축냉, 축온용 제품에 적절히 대체하며 사용할 수 있도록 함으로써 사용범위, 응용범위를 확대하는 효과가 있다.

둘째, 이미 개발된 PCM 원료를 이용하여 패드를 제조함으로써 누구나 쉽게 구입한 후 다양한 분야의 제품에 다양한 모습으로 적용하며 상품화를 하도록 함으로써 PCM 원료를 이용한 제품을 대중화할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시 예의 제조 과정을 대략으로 보인 공정도
도 2는 본 발명에 따른 제2 실시 예의 제조 과정을 대략으로 보인 공정도
도 3은 도 1에 의해 완성된 패드의 일 예를 보인 사시도
도 4는 도 2에 의해 완성된 패드의 일 예를 보인 사시도

이하에서는 상기의 목적을 달성하는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 2에는 본 발명에 따른 PCM 패드의 제조방법 제1,2 실시 예를 대략적으로 보인 단계도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 PCM 패드의 제조방법은 크게 두 가지로 나뉜다.

첫 번째는, 고형화된 PCM으로 패드를 제조하는 것이고, 두 번째는 액상의 PCM으로 패드를 제조하는 것이다.

먼저, 고형화된 PCM으로 패드를 제조하는 방법을 도 1을 참조하여 단계별로 설명한다.

제1 단계

상 변화 물질인 PCM(Phase Change Material)은 설정된 기준 온도보다 높을 경우 주변의 잠열을 흡수하며 서서히 액상으로 상 변환되고 설정된 온도 이하를 유지하거나 설정된 온도보다 낮을 경우 고체 상태를 유지한다.

먼저, 고형화된 PCM을 설정된 크기와 다양한 형상으로 고형화한 것을 다수 준비한다.

상기 고형화된 PCM은 원형, 다각형, 구형 등 다양한 형상으로 제작된 몰드에 의해 다양하게 형상화될 수 있다.

물론, 상기 고형화된 PCM(P)은 적용될 제품의 융점(℃)과 융해열(Kcal／Kg)을 고려하여 제작된 후 자동화 기계 라인의 적소에 배치될 것이고, 작업실의 온도 조건은 상기 PCM(P)의 융점(℃) 이하의 조건을 유지해야 한다.

제2 단계

자동화 기계 라인에 의해 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 단계적으로 정지되는 몰드(M) 위에 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제1 기재(10)를 배치한다.

상기 제1 기재(10)가 성형에 의해 일정한 형상을 유지할 수 있을 정도의 경질의 합성수지 또는 박판의 금속(예를 들어 은박지)일 경우 별도의 몰드(M)는 불필요할 수도 있지만 후술하는 융착 공정을 고려한다면 제1 기재(10)를 안정적으로 지지할 수 있는 별도의 몰드(M) 위에 제1 기재(10)가 지지되는 것이 안정적이고 효과적이다.

참고적으로는 도면 1과 같이 몰드(M) 위에 제1 기재(10)를 배치한 후 몰드(M)의 형상에 따라 제1 기재(10)에 형성된 홈에 PCM을 자동 또는 수작업에 의해 공급한다.

제3 단계

상기 제2 단계의 제1 기재(10) 위에 제1 기재(10)와 동일하게 설정된 폭과 길이 그리고 동일한 재질(또는 다른 재질)을 갖고 인출되거나 또는 인출 중 단계적으로 정지되는 제2 기재(20)를 덧씌운다.

제4 단계

상기 제3 단계를 거친 후 상기 제1,2 기재(10)(20)의 사이에 고형화된 상태로 배열된 다수의 PCM 주위를 프레스에 의한 열 융착기 또는 다양한 기능을 갖고 제작된 초음파 융착기에 의해 일체로 융착 하며 실링한다.

상기와 같이 실링하면 도 3과 같이 고형화된 상태인 다수의 PCM이 독립된 포켓에 낱개씩 내장된 상태에서 포장된다.

한편, 본 발명의 제1 실시 예는 고형화된 PCM을 이용하여 패드를 제조하는 제조방법을 도시한 것인데, 반면, 도 2에는 액상화된 PCM을 이용하여 패드를 제조하는 것으로 단지 PCM이 고체, 액체의 차이일 뿐 제조 공정은 대동소이하므로 별도의 중복 설명은 생략한다.

다만, 도 2의 제2 실시 예에서는 PCM(P)이 액체라는 점에서 흐르는 것을 방지하기 위하여 액체가 담겨지는 용기 형상의 몰드(M)가 반드시 필요할 것이다.

상기와 같은 제조방법에 의해 이루어진 본 발명에 따른 PCM 패드는 대략 도 3 내지 도 4와 같은 형상을 유지한다.

즉, 상기 제1,2 실시 예에 의해 제작된 PCM 패드는 자동화 라인에 의해 롤 형상으로 제조된 후 판매되거나 설정된 길이로 절단 판매되고 사용자는 PCM 패드를 구입하여 원하는 크기로 절단하거나 원하는 형상으로 오려서 사용될 수 있다.

한편, 상기 제1,2 기재(10)(20)의 사이에 고체 상태의 PCM(P)이 밀폐되며 상, 하 대칭 형상으로 형성될 수 있지만, 별도의 몰드(M)를 구비하지 않고 제1 기재(10)를 평평하게 펼친 후 그 상측에 PCM(P)을 배열하고 상기 PCM(P)의 상측에 제2 기재(20)를 덧씌운 후 일체로 융착하면 도 4와 같이 어느 한 면은 PCM(P)에 의해 엠보싱면이 형성되고 다른 면은 평탄면으로 제작될 수도 있다.

그리고 상기 제2 실시 예와 같이, 상기 1,2 기재(10)(20)의 사이에 액체 상태의 PCM(P)이 채워졌을 경우에는 도 4와 같이 상기 제1 기재(10)는 엠보싱면으로 형성되고 상기 제2 기재(20)는 평탄면으로 형성된 후 상기 제2 실시 예에 의해 제작된 PCM 패드의 평탄면을 서로 접착한 후 도 3과 같이 상하 대칭형상을 이루며 사용할 수도 있다.

물론, PCM 패드의 평탄면을 접착하되 상, 하측에 배열되는 PCM이 서로 엇갈리게 배열되도록 사용할 수도 있다.

상기 PCM 패드는 사용처에 따라 다수 매를 포개어 멀티로 사용할 수도 있고, PCM이 상하 대칭형상으로 형성되지 않고 제각각 불규칙적으로 엇갈리게 형성되도록 하여 사용할 수도 있다.

상기와 같은 제조공정에 의해 제조된 PCM 패드는 설정된 온도, 즉, 셋팅된 적절한 온도를 유지하기 위한 곳에 다양한 형태로 적용 사용될 수 있지만, 용도에 따라 주변의 잠열을 흡수하여 열을 일시적으로 내리거나 올리는 경우에도 사용할 수 있다.

예를 들어 건축의 내, 외장재에 포함하여 사용할 수 있고, 신선도를 유지하며 유통하기 위한 육류, 어류, 야채류와 같은 식품 포장용 박스 내에 포장한 상태에서 사용할 수도 있으며, 일명 뽁뽁이라고 하는 포장용지처럼 제작한 후 창문에 붙혀 실외의 온도를 차단하며 실내외 온도를 유지하기 위한 기능으로 사용할 수도 있다.

또한, 상기한 PCM의 크기는 사용하는 제품의 특성과 용도에 따라 "mm" 단위부터 "m" 단위까지 다양하게 제작할 수도 있으며 그 형태 역시 다양하게 제작이 가능하다.

다만, "mm" 단위처럼 크기가 작을 경우 굳이 제1,2 기재에 의한 격리 수용은 필요없이 쎌 형태의 PCM을 제작한 후 개별적으로 코팅하여 캡슐화한 후 사용할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 ; 제1 기재 20 ; 제2 기재
M ; 몰드 P ; PCM

Claims (4)

1. 설정된 온도보다 높을 경우 서서히 액상으로 상 변환되고 설정된 온도 이하를 유지하거나 설정된 온도보다 낮을 경우 고체 상태를 유지하는 PCM을 설정된 크기와 다양한 형상으로 고형화한 것을 다수 준비하는 제1 단계;
   자동화 기계 라인에 의해 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지되는 몰드 상에 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제1 기재를 배치하고 상기 제1 기재상에 상기 제1 단계의 PCM을 자동 또는 수동으로 정렬하는 제2 단계;
   상기 제2 단계의 제1 기재 위에 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지된 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제2 기재가 덧씌워지는 제3 단계; 및
   상기 제1,2 기재의 사이에 고형화된 상태로 배열된 다수의 PCM 주위를 융착 또는 초음파 용접에 의해 실링하여 고형화된 상태인 다수의 PCM이 독립된 포켓에 낱개씩 내장되는 제4 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCM 패드의 제조방법.
   
2. 설정된 온도보다 높을 경우 서서히 액상으로 상 변환되고 설정된 온도 이하를 유지하거나 설정된 온도보다 낮을 경우 고체 상태를 유지하는 액상의 PCM이 담긴 분배기를 준비하는 제1 단계;
   자동화 기계 라인에 의해 설정된 폭과 길이를 갖고 상기 제1 단계의 분배기 하측으로 인출되거나 또는 인출 중 정지되며 다수의 요홈으로 형성된 성형 틀을 준비하는 제2 단계;
   상기 제2 단계의 상기 성형 틀의 상측에 밀착 배열되며 상기 성형 틀에 형성된 다수의 요홈에 끼워지며 상기 요홈과 동일한 형상의 홈을 형성하는 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제1 기재를 준비하는 제3 단계;
   자동화 기계 라인에 의해 자동으로 이송되는 상기 제3 단계의 상기 제1 기재에 형성된 홈에 상기 제1 단계의 분배기로부터 액상의 PCM을 분배하며 채워넣는 제4 단계; 및
   상기 제4 단계의 제1 기재 위에 설정된 폭과 길이를 갖고 인출되거나 또는 인출 중 정지된 합성수지 또는 박판의 금속으로 된 제2 기재를 덧씌우며 액상의 PCM이 채워진 상기 홈의 주위를 융착 또는 초음파 용접에 의해 실링하여 다수의 PCM이 독립된 포켓에 채워지는 제5 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCM 패드의 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 청구항 1의 제조방법에 의해 상기 제1,2 기재의 사이에 고체 상태의 PCM이 밀폐되며 상, 하 대칭 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 PCM 패드.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 청구항 2의 제조방법에 의해 상기 제1,2 기재의 사이에 액체 상태의 PCM이 채워진 후 상기 제1 기재는 엠보싱으로 형성되고 상기 제2 기재는 평탄면으로 형성된 것을 특징으로 하는 PCM 패드.
   
   

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