KR20230123736A - 제주 화산석을 이용한 냉매제의 제조 방법 및 제조된 냉매제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제주 화산석 (현무암 및 화산송이석)을 이용한 냉매제의 제조 방법 및 제조된 냉매제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제주화산석 가공 과정 중 버려지는 무기 오니 슬러지를 활용하여, 친환경이며, 제조 공정이 간단하고, 제조 비용이 저렴한 냉매제의 제조 방법 및 제조된 냉매제에 관한 것이다.
본 발명의 냉매제는 하기의 단계로 제조된다.
제주 화산석 가공시 폐기되는 오니 슬러지 분말과 물을 혼합하는 단계; 및
상기한 혼합물을 냉각시키는 단계.

Description

제주 화산석을 이용한 냉매제의 제조 방법 및 제조된 냉매제{Manufacturing method of refrigerant using Jeju volcanic stone and manufactured refrigerant}

본 발명은 제주 화산석 (현무암 및 화산송이석)을 이용한 냉매제의 제조 방법 및 제조된 냉매제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제주 화산석 가공 과정 중 버려지는 무기 오니 슬러지를 활용하여, 친환경이며, 제조 공정이 간단하고, 제조 비용이 저렴한 냉매제의 제조 방법 및 제조된 냉매제에 관한 것이다.

코로나가 지속되면서, 비대면 언택트 쇼핑형태는 가속되고 있는 실정이다.

이러한 비대면 쇼핑에 맞물려, 배송 운송업계는 비대해 지고 있으며, 이에 최근 운송업이 발달하면서 식품의 배송 또한 급격히 늘고 있고, 이에 따라. 음식물을 신선하게 배송하는 것이 큰 문제점으로 대두 되었디

음식물은 상온에 노출되면 미생물에 의해 빠르게 부패되기 때문에 배송받을때까지 저온에 보관하여 신선도를 유지시켜줘야 하므로, 음식물을 운송시에는 운송수단에 냉동 및 냉장 보관이 가능한 수단이 별도로 필요하나, 냉동식품이나, 소량의 식품을 운송 시는개별적인 냉동 냉장 조건을 구비해야 한다.

종래에 이를 위하여, 식품을 일정 시간 동안 저온으로 유지시키기 위해 가장 많이 사용되던 냉매는 드라이아이스이었다. 그러나, 이러한 드라이 아이스는 별도의 제작 공정이 필요하기 때문에 쉽게 구할 수 없으며, 온도가 영하 78℃로 맨손으로 만질 경우 동상을 입을 수 있어 취급 및 보관에 유의해야 한다. 또한, 영하 78℃ 이하에 보관하지 않는다면 승화(昇華)되어 사라지는 일회성 냉각제이기 때문에 효율성이 떨어지고, 승화시 발생하는 탄소 가스를 배출하여 공기의 질을 떨어뜨리는 등의 문제점이 있었다.

그외 가장 많이 쓰이는 보냉제 조성물의 주 성분으로는 고흡수성 고분자(Super Absorbent Polymer, SAP)가 사용되고 있다.

이 고흡수성 고분자는 부피를 팽창시킴으로써 수지 자체 중량의 40 내지 1,000배에 이르는 물의 흡수가 가능하여, 어는 경우 오랜 시간동안 냉기를 제공할 수 있어 보냉제 조성물의 주요 성분으로 사용되어 왔다.

그러나, 최근 보냉제 조성물에 대한 환경 규제가 엄격해지고 있으며, 젤 형태를 이루고, 마이크로 플라스틱으로 분류되는 고흡수성 고분자의 방류가 제한되고 있어 환경문제를 야기하고 있을 뿐만 아니라. 실제로도 사용자가 하수관에 흘려보내는 방법으로 폐기시는 하수관이 막히는 부작용이 함께 발생하므로 이의 폐기 및 소각에 어려움을 겪고 있다.

따라서, 요즘 들어서는 재활용이 힘든 젤 형태의 보냉제 대신 얼린 생수병을 이용하는 경우도 있다.

실제로, 쿠팡도 최근 신선식품 보냉을 위해 사용하는 PET 아이스팩을 종이 아이스팩으로 전면 교체하였고, 지난 6월에는 특수 냉매를 사용한 젤 아이스팩 사용을 완전히 중단하고 100% 물을 얼린 아이스팩을 적용했다.

실제로 얼린 생수병을 사용시

포장 후 24시간이 지났을 때 젤 아이스팩 보냉재를 사용한 택배 박스 내부 온도는 21.0도로 상승했다. 반면 얼린 생수병을 사용한 택배 박스는 19.4도로 오히려 아이스팩보다 낮은 온도를 기록했다. 48시간이 지났을 때도 상황은 크게 달라지지 않았다. 젤 아이스팩 박스는 22.1도로 온도가 상승했으며， 얼린 생수병도 22.0도가 되어. 냉동된 택배 내용물이 통상 48시간 내 소비자에게 신선하게 전달한다는 목표를 달성한 셈이다.

그러나, 실제로 냉동 생수병을 보냉재로 사용한 결과 젤 아이스팩에 비해 무거을 뿐만 아니라, 공간을 많이 차지한다는 단점이 있다.

따라서, 코로나로 인한 온라인 구매, 배달음식이 급증하면서 동시에 늘어난 생활쓰레기를 줄이기 위한 노력으로, 친환경적이고, 재활용 가능한 보냉제에 대한 요구가 계속적으로 있어 왔다.

이에 내부에 별도의 물질이 들어있고, 사용자가

필요시 인력에 의해 물질과 냉매를 혼합할 수 있는 구조를 가진 아이스팩에 관한 것으로는 등록실용신안공보 제 20-0391355호에 '순간 냉각 젤 팩'을 기재하고 있다.

상기 선행기술은 합성수지의 필름으로 구성된 외피, 상기 외피 내에 밀봉되어 있으며 물이 내장되어 있는 분리팩 및 상기 외피 내에 밀봉되어 있는 흡열성 분말과 천연 수용성 고분자 분말의 혼합물로 구성됨을 특징으로 하며, 사용시 원터치로 팩 내의 흡열성 분말과 물을 혼합함으로서 냉동실 등의 설비를 사용하지 않고 즉석에서 원터치로 급속한 냉각효과를 나타내는 젤 형태를 유지하는 순간 냉각 젤 팩을 제공한다.

그러나 선행기술에는 상술된 아이스팩 폐기시 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 수단에 대한 기재가 없으며, 외피 내에 밀봉되어 있는 분리팩은 단순히 원터치 방식으로 파열시켜 사용하기 때문에 사용자가 의도하지 않았음에도 불구하고 외력으로 인해 분리팩이 파열될 가능성이 매우 높다.

또한 특허 출원 제 1020180055672 (2018.05.15)호 재활용이 용이한 친환경 보냉제 및 이를 포함하는 포장용 박스에 의하면,

재활용이 용이한 친환경 보냉제 및 이를 포함하는 포장용 박스에 관한 것으로, 더 구체적으로는 양면

이 코팅된 종이케이스를 이용하여 내부에는 종이등을 재활용하여 분쇄된 셀룰로오스 물질을 포함하도록 밀봉하여 사용하는 재활용이 용이한 친환경 보냉제 및 이를 포함하는 포장용 박스에 관한 것이다.

이 경우는 제조 공정이 간단하지 않고, 보냉 효과 또한 크지 않는 단점이 있다

따라서, 친환경 소재로 재활용 될 뿐만 아니라, 높은 보냉 기능을 발휘하고, 제조 공정 또한 간단하고, 제조 비용이 저렴한 냉매제에 대한 요구는 지속적으로 이어 지고 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 고안 된 것으로서,

제주 화산석 (현무암 및 화산송이석)가공후 폐기되는 무기성 오니 슬러지를 이용한 냉매제의 제조방법 및 제조된 냉매제를 제공한다.

기존의 생수를 이용한 냉매제에 비하여, 냉매제로서의 기능이 향상된 냉매제의 제조방법 및 제조된 냉매제를 제공한다.

또한, 제주 화산석 (현무암 및 화산송이석)을 냉매제로 활용 후 무기성 오니 슬러지를 순환자원으로 활용하여 슬러치 치환율을 향상 시킬 수 있는 냉매제의 제조방법 및 냉매제를 제공한다.

본 발명은 이러한 폐자원의 재활용으로 인한 자원의 절약 및

폐현무암을 가공할 때 발생하는 슬러지와 폐석을 순환자원으로 활용함으로써 슬러지 치환율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

제주 화산석(현무암,화산송이석)인 현무암과 화산송이석은 마그마가 굳어 생성된 암석으로 그 성분 자체에는 큰 차이가 없으나, 화산송이석의 경우 화산폭발과 함께 마그마가 비상하면서 공기 중 산소에 의해 2차로 산화되어 생성되는 반면, 현무암은 마그마가 지표에 흐르면서 굳어져 생성된 것이므로, 비중과 색깔에서 차이를 나타낸다. 화산송이석은 현무암에 비하여 기공도가 높은 특징이 있다.

제주 화산석(현무암,화산송이석)은 이를 제품화 하기 위해 절단하는데 이 작업시 무기성 오니 절단 슬러지(입도검사 상태 참조)가 다량 발생한다. 슬러지를 처리하는 방법은 고압으로 이를 처리하여 폐기하여야 하므로 처리 비용이 많이 들고 있었으므로, 본 발명은 폐기되는 이 슬러지를 이용해서 슬러지와 물을 혼합한 후 냉각하여 이를 냉매제로 사용하려고 하는 발명이다.

일반적으로, 화산석은 기공이 많아 기공속에 물이 들어가서 얼게 되면, 일반 물의 냉동 시보다 녹는 시간이 지연 되어 오랜시간 낮은 온도를 유지 하기에 이를 냉매제로 사용하기 적합한 것이다.

따라서, 화산석을 분말화 한 후 이를 물과 혼합하여 냉동 시키는 경우, 냉매제로서의 기능을 수행하게 되는 것이다.

본 발명은 제주 화산석 (현무암 및 화산송이석)가공후 발생하여 폐기하는 슬러지를 활용하여 냉매제를 제조하므로, 폐자원을 활용하는 효과가 있다.

본 발명의 냉매제는 제주 화산석 (현무암 및 화산송이석)에 믈을 혼합 후 냉각하여 사용하는 것이므로, 기공에 물이 냉각되어 해동시 시간이 많이 지체되어, 냉매제로서의 기능성이 생수에 비하여 향상된다.

본 발명의 냉매제는 사용후 재 사용하거나, 화산석의 규산염 성분으로 규산염제 비료로 재활용이 가능하여 집안의 화분등에 사용 할수가 있고, 현재 환경법에서는 석재 슬러지와 흙을 50% 혼합하면 복토제로 사용이 가능 하여 재활용이 가능한 냉매제이다.

본 발명의 현무암 및 화산산송이 가공시 발생하는 석분 슬러지는 대기 또는 수질을 오염시킬 수 있는 폐기물이지만 이를 냉매제로 활용함으로서, 고부가가치의 자원순환(up-cycling) 제품으로 재탄생 하게 된 것이다.

또한, 냉매제는 생분해 필름으로 코팅된 종이팩으로 포장하여, 냉매제로 사용한 후 바로 폐기시 자원으로 재활용이 가능하다.

도 1은 BECKMAN COULTER사의 LS PARTICAL SIZE ANALYZER 로 분석한 현무암 입자의 크기 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 BECKMAN COULTER사의 LS PARTICAL SIZE ANALYZER로 분석한 화산송이석 입자의 크기 분포를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 제주 화산석(현무암,화산송이석)을 제품화 하기 위해 절단시 발생하는, 무기성 슬러지를 이용한 냉매제의 제조방 방법 및 그 제조된 제주 화산석 냉매제에 관한 것이다.

제주 화산석 슬러지 중 현무암 및 화산송이석의 입자의 크기를 BECKMAN COULTER사의 LS PARTICAL SIZE ANALYZER 로 측정한 결과는 도 1 및 도 2와 같다.

도 1 및 도 2에 따르면,

현무암 입자의 평균크기는 51.39 ㎛

화산송이 입자의 평균 크기는 38.3 ㎛ 임을 확인했다.

물분자의 일반적인 크기는 0.00014 ㎛ 이므로, 기공을 갖는 현무암 또는 화산송이 분말을 물과 혼합시 화산석의 기공에 물분자가 침투하고, 이를 냉동 시키면, 물분자가 그 기공에 남아 있게 되어 냉매제로 사용할 수 있는 것이다.

또한, 일반적으로 돌의 경우, 물보다 비열이 높은 것이 일반적이므로, 현무암이나 화산 송이석을 물과 혼합하여 냉동하여 사용하면, 현무암이나, 화산송이석의 기공속에 냉동된 물은 화산석의 흡열작용으로 인하여, 물만 냉동하는 경우에 비하여, 해동시 에너지가 더 필요하게 되므로, 해동 시 시간이 더 지연되게 된다.

따라서, 물만 얼리는 경우에 비하여 주변을 저온으로 유지시키는 기능이 향상되어, 제주 화산석을 이용한 냉매제는 냉매제로서 기능성을 인정해야 할 것이다.

본 발명은 가공 공정중 배출되는 무기성 오니 슬러지인 송이석 및/또는 현무암 슬러지와 물을 혼합후 냉동하여 이를 냉매제로 사용하는 것을 발명의 요지로 하므로, 본 발명의 냉매제의 제조방법은 하기의 공정을 포함한다.

제주 화산석 (현무암, 제주화산송이) 가공시 폐기되는 슬러지 분말과 물을 혼합하는 단계; 및

상기한 혼합물을 냉각시키는 단계로 구성된다.

상기에서 물과 제주 화산석 슬러지 분말의 부피비는 냉매제로서의 기능을 하기 위한 기술적 요소로 작용하지는 않으나, 냉매제로서 기능성을 더욱 높이기 위해서 부피비는 1~2 : 1 이 바람직하다.

상기 제조 공정 중 현무암 및 화산송이석 분말을 혼합하여 사용할 수 있는데,

현무암과 화산송이 분말을 혼합하여 사용하는 경우, 양 화산석 분말의 부피비는 냉매제로서 기능을 함에 있어서 중요한 요소는 아니나, 제주 화산송이 분말에 기공이 더 많이 분포되어 있으므로, 기공내 물의 함량을 높혀서 냉매 기능을 더욱 향상시킬 수 있으므로, 식품등의 배송기간이 긴 경우는 화산송이 분말의 비중을 늘릴 수 있다.

또한, 현무암과 화산송이석 슬러지는 물에 침지시킨 후 물에 뜨는 것만 수거하여 이를 분말화 하여 물과 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.

물에 뜨는 현무암 또는 화산 송이 슬러지는 기공이 많아 비중이 물보다 낮은 것으므로, 본 발명의 냉매제로서 기능시 물을 더욱 함유할 수 있게되어, 해동 시 시간이 더욱 길어지며, 무게가 적게 나가므로, 냉매제로서 더욱 적합하기 때문이다.

현무암 분말은 하기의 공정을 거칠 수 있다.

현무암슬러지를 물에 침전시키고 광유와 같은 이물질을 제거하는 침전단계와,

탈수 단계 및 가열하여 미생물을 제거하는 살균단계의 공정.

화산송이석 분말은 하기의 공정을 거칠 수 있다.

가열하여 미생물 등을 살균하는 공정을 거질 수 있다.

보통 시중의 얼음은 영하 18도 아래에서 급속히 얼려 사용하는 것이 일반적이나, 이러한 경우는 얼음을 이렇게 급속히 얼리게 되면 분자 구조가 불안정해지고 표면에 미세한 틈이 많아져 밀도가 낮아지므로, 빨리 녹게 된다.

통상, 냉장고에서 얼음을 얼리면 얼음이 하얗게 보이는 현상은 이러한 물 속의 공기 때문이다. 물에는 공기가 녹아 있는데, 얼음이 얼면 빠져나가지 못한 공기로 인해 하얗게 보이는 것으로, 이 공기 때문에 얼음의 분자 구조가 불안정해져 투명한 얼음보다 불투명한 얼음이 더 빨리 녹게 된다.

즉, 공기층 없이 밀도를 높혀 빈틈없이 잘 얼린 얼음이 그렇지 않은 얼음에 비하여더 천천히 녹는다.

따라서, 본 발명의 제주 화산석 분말과 물의 혼합물을 냉동하여 냉매제로 사용하기 위해서는 얼음이 빨리 녹는 것을 방지하여야 하는 것이므로, 이를 위해서는 급냉하는 것은 바람직하지 않다.

영하 18도가 아닌 영하 8 도 내지 영하 12도, 더욱 바람직하게는 영하 10도 에서 천천히 얼리는 것이 얼음의 밀도를 높이기 위하여 바람직하다.

통상 2-3일 동안 천천히 얼리는 것이 바람직하고, 이러한 경우, 물속의 공기가 빠져나가게 되어 이렇게 공기가 빠져나간 얼음은 분자 구조가 안정해질 뿐만 아니라 표면에 틈도 없이 매끈해져 천천히 녹게 된다.

뿐만 아니라, 제주 화산석 슬러지와 물의 혼합물을 냉각시 사용되는 물은 일단 끓인 후 식혀서 혼합하는 것이 바람직하다. 물이 끓으면서 물 내에 내포하고 있던 기포가 날라가게 되어 그 물을 혼합시 그 밀도는 더욱 높아지게 되기 때문이다.

하기 표 1은 얼린 물과 본 발명의 냉매제의 냉매 효과를 비교한 표이다.

같은 조건에서 물 500ml 생수와 500ml 생수 및 본 발명의 현무암 화산석 분말을 부피비로 2: 1로 혼합한 혼합물을 각각 영하 10 ℃에서 2일 냉각한 후 생수 및 본발명의 혼합물을 평방 30 cm의 스치로폴 박스에 각각 담아 20 ℃ 실온에 방치하였다. 표 1은 12시간 및 24시간 방치 후 각각 스치로폴 내부의 온도를 측정한 결과이다.

	12시간 경과 후 스치로폴 박스 내부 온도(℃)	24시간 경과후 스치로폴 박스 내부 온도(℃)
물	12	18
현무암 화산석 분말과 500ml의 물의 혼합물	7	10

상기한 표 1에서 알 수 있듯이,

물만 얼리는 경우보다, 화산석의 기공에 물을 얼리는 경우가 그 녹는 속도를 늦추게 되어 냉매제로서의 기능에 적합한 것을 알 수 있다.

하기 표 2는 현무암 및 화산송이석을 혼합한 본 발명의 냉매제와 얼린 물의 냉매 효과를 비교한 표이다.

같은 조건에서 물 500ml와 물 500ml 생수 및 본 발명의 현무암 화산석 분말과 화산 송이석 분말을 부피비로 3 : 1: 1.5 로 혼합한 혼합물을 각각 영하 10에서 48시간 냉각한 후 생수 및 혼합물을 평방 30 cm의 스치로폴 박스에 각각 담아 20℃ 실온에 방치하였다.

표 1은 12시간 및 24시간 방치 후 각각 스치로폴 내부의 온도를 측정한 결과이다.

	12시간 경과 후 스치로폴 박스 내부 온도(℃)	24시간 경과후 스치로폴 박스 내부 온도(℃)
물	12	18
현무암 화산석 분, 화산 송이석 분 말과 500ml의 물의 혼합물	5	9

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이,

현무암에 비하여, 송이 화산석은 기공이 더 많이 존재하므로, 두가지 화산석을 혼합하여 사용 시 물은 기공에 더 많이 존치하여 냉동하게 되므로, 녹는 속도는 더욱 늦춰지게 되어 냉매제로서 더욱 기능성이 향샹됨을 확인할 수 있다.

화산석 가공시 폐기되는 현무암과 화산 송이석 슬러지를 회수하였다.

이중 현무암은 현무암 슬러지를 물에 침전시킨 후 물에 뜨는 부분을 회수한 후 광유와 같은 이물질을 제거한 후, 미생물 등을 제거하는 살균 공정을 거친 후 건조하여 분말화하였다.

화상 송이석 또한 물에 침지시킨 후 물에 뜨는 부분을 수거하여 살균처리를 한 후 건조하여 분말화 하였다.

제주 삼다수 500ml를 끓인 후 식혀서 준비해 놓았다.

현무암 분말, 화산송이석 분말과 물을 부피비 1 : 1.5 :3 으로 혼합한후 생분해 필름으로 코팅된 종이팩에 넣은 후 영하 10 ℃에서 2 일간 냉각시켜서 냉매제를 제조하였다.

이후, 냉동만두 포장시 이 냉매제를 두개 넣어 포장하여 배송하였다.

냉동 만두는 10시간 후 배송지에 도착하였으며, 만두의 냉동 상태는 조금 살짝 녹은 상태였다.

Claims (7)

1. 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매제의 제조 방법. :
   제주 화산석 가공시 폐기되는 슬러지 분말과 물을 혼합하는 단계 ;및
   상기한 혼합물을 냉각시키는 단계.
   
2. 제 1항에 있어서, 제주 화산석은 현무암, 화산 송이석에서 선택된 하나 또는 둘의 화산석 혼합물이고,
   제주 화산석 가공시 폐기되는 슬러지 분말과 물의 부피비는 1 : 1~2 인 것을 특징으로 하는 냉매제의 제조 방법.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 물은 100℃로 끓인 후 식힌 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 냉매제의 제조 방법.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   제주 화산석 가공시 폐기되는 슬러지 분말과 물의 혼합물은 영하 8℃도 내지 영하 12℃에서 2-3일 동안 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉매제의 제조 방법.
   
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   제주 화산석 가공시 폐기되는 슬러지 분말은 물에 침전시킨 후 물에 뜨는 분말만 사용하는 것을 특징으로 하는 냉매제의 제조 방법.
   
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 냉각된 냉매제를 생분해 필름으로 코팅된 종이팩으로 포장하는 단계를 더욱 포함하는 것으로 특징으로 하는 냉매제의 제조 방법.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 냉매제.