KR20240036832A - 제빙기용 트레이 - Google Patents
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Abstract
제빙기용 트레이가 개시된다. 본 발명의 제빙기용 트레이는, 제빙 공간이 마련되고, 적어도 일부분이 전도성 소재와 베이스 수지를 포함한 전도성 복합소재로 사출 성형되고, 외부로부터 전원 인가시 상기 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 전기저항에 의해 발열되어 제빙된 얼음의 분리가 가능한 트레이 본체; 및 상기 트레이 본체의 내측에 삽입되며 외부전원을 인가받아 상기 트레이 본체에 전원을 공급하는 전원단자를 포함하고, 상기 전도성 소재는, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 상기 전기적 네트워크를 형성하며, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재(graphite filler) 중 적어도 하나를 포함하는 탄소 부재들; 및 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 더불어 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의해 발생하는 전기저항 열을 상기 트레이 본체의 표면으로 전달하는 금속 파우더를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재를 포함하도록 전도성 소재의 탄소 부재들을 구성함으로써, 베이스 수지와 전도성 소재(탄소 부재들)이 잘 섞여 베이스 수지 내에 탄소 부재들이 효율적으로 분산된 상태를 갖도록 하여 트레이 본체의 방열 성능을 극대화하고 사출성도 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 외부로부터 전원 인가시 자체적으로 발열되어 얼음 분리가 용이한 형태로 이루어지는 제빙기용 트레이에 관한 것이다.
일반적으로 제빙기(Ice maker)는, 가정이나 업소 등에서 인위적으로 다량의 얼음을 만들기 위한 장치이다.
종래의 제빙기는, 얼음이 생성되는 트레이가 플라스틱 소재 또는 알루미늄 재질로 형성되며, 상기 트레이의 재질에 따라 얼음을 분리하는 방식이 다르다.
상기 트레이가 플라스틱 재질로 형성된 경우, 상기 트레이에 뒤틀림을 주는 방식으로 상기 트레이로부터 얼음을 분리하는 방식을 사용한다. 다만, 내구성이 약한 단점이 있으며, 얼음의 대량 생산에 한계가 있다.
상기 트레이가 알루미늄 재질로 형성된 경우, 상기 트레이의 하부에 별도로 히터를 설치하고, 상기 히터로부터 가해지는 열에 의해 얼음을 살짝 녹여서 얼음을 분리하는 방식을 사용한다. 다만, 상기 트레이를 알루미늄 재질로 제조시, 표면 부식을 방지하기 위하여 애노다이징 기법을 사용하여 표면에 부식 방지용 피막을 형성해야 하므로 상기 트레이의 제조 공정이 복잡하고 별도의 발열체를 구비해야 하므로 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 출원인은 등록특허공보 10-2302921호에 개시된 바와 같이 제작이 용이하고 제작 비용이 절감될 수 있는 전도성 복합소재를 이용한 제빙기를 개발하였다.
그러나, 상기 등록특허공보에 개시된 기술은 베이스 수지(비전도성 수지) 내에 전도성 소재가 균일하게 분산된 상태를 이루기가 용이하지 않은 부분이 있어 트레이의 방열 성능을 극대화하는데 있어 보완할 부분을 갖고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 베이스 수지와 전도성 소재(탄소 부재들)이 잘 섞여 베이스 수지 내에 탄소 부재들이 효율적으로 분산된 상태를 갖도록 하고, 베이스 수지를 나일론 계열의 수지로 적용함으로써 트레이의 방열 성능과 강성을 극대화할 수 있는 제빙기용 트레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제빙 공간이 마련되고, 적어도 일부분이 전도성 소재와 베이스 수지를 포함한 전도성 복합소재로 사출 성형되고, 외부로부터 전원 인가시 상기 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 전기저항에 의해 발열되어 제빙된 얼음의 분리가 가능한 트레이 본체; 및 상기 트레이 본체의 내측에 삽입되며 외부전원을 인가받아 상기 트레이 본체에 전원을 공급하는 전원단자를 포함하고, 상기 전도성 소재는, 상기 베이스 수지 내에 분산되어 상기 전기적 네트워크를 형성하며, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재(graphite filler) 중 적어도 하나를 포함하는 탄소 부재들; 및 상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 더불어 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의해 발생하는 전기저항 열을 상기 트레이 본체의 표면으로 전달하는 금속 파우더를 포함하는 제빙기용 트레이가 제공된다.
상기 탄소 부재들은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재(graphite filler)를 모두 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 전도성 복합소재에서, 상기 탄소나노튜브의 함량은 10 내지 17w%이고, 상기 그래핀의 함량은 1 내지 1.7w%이고, 상기 탄소섬유의 함량은 2 내지 5w%이고, 상기 흑연 충전재의 함량은 10 내지 50w%이며, 상기 금속 파우더의 함량은 12 내지 22w%일 수 있다.
상기 베이스 수지는 PA6 또는 PA66이고, 상기 전도성 복합소재에서, 상기 PA6 또는 PA66의 함량은 20 내지 60w%이며, 상기 베이스 수지는 PA6 또는 PA66인 비전도성 수지에 PPy(Polypyrrole)를 포함하는 전도성 수지가 더 포함되어 이루어지고, 상기 베이스 수지에서 상기 전도성 수지의 함량은 0 내지 10w%이하일 수 있다.
상기 트레이 본체는 상기 전원단자의 일단이 외부에 노출되는 상태가 되도록 상기 전원단자와 일체로 인서트 사출을 통해 성형될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 제빙기용 트레이에 의하면, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재를 포함하도록 전도성 소재의 탄소 부재들을 구성함으로써, 베이스 수지와 전도성 소재(탄소 부재들)이 잘 섞여 베이스 수지 내에 탄소 부재들이 효율적으로 분산된 상태를 갖도록 하여 트레이 본체의 방열 성능을 극대화하고 사출성도 향상시킬 수 있다.
또한, 베이스 수지를 PA6 또는 PA66로 적용함으로써, 트레이 본체의 방열 성능과 강성을 한층 증대시킬 수 있다.
또한, 트레이 본체의 좌우방향 기준 일측 단부면에서 타측 단부면을 향해 +, - 극성이 교대로 변경되도록 트레이 본체에 복수의 전원단자를 삽입함으로써, 복수의 제빙칸으로 신속하게 열을 전달함과 더불어 골고루 열이 전달되도록 함으로써 다수의 얼음이 손쉽게 트레이 본체로부터 분리되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제빙기용 트레이를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제빙기용 트레이의 다양한 변형예를 나타내는 정단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제빙기용 트레이의 작동모습을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제빙기용 트레이의 다양한 변형예를 나타내는 정단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제빙기용 트레이의 작동모습을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제빙기용 트레이는 전도성 소재를 포함한 전도성 복합소재로 사출 성형되고 이러한 사출 성형시 전원단자가 인서트되어 일체로 성형되며, 외부전원으로부터 전원단자에 전원 인가시 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 발열하도록 이루어짐으로써, 트레이에 별도 히터를 설치할 필요가 없으므로 구조가 간단하고 제작이 용이하며 비용이 절감될 수 있고 얼음을 용이하게 분리할 수 있는 것이다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제빙기용 트레이(10, 이하 '트레이'라 함)는 급수된 물이 수용된 후 냉각장치(미도시)에 의해 냉각되어 얼음을 생성하는 제빙 공간을 형성하는 것으로서, 좌우(또는 전후)방향으로 길이가 길게 형성되고 복수개의 얼음들이 생성되도록 오목하게 형성된 복수의 제빙칸(110)이 구획되어 형성된 것을 예를 들어 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 트레이(10)는 트레이 본체(100)와 전원단자(200)를 포함한다. 이하에서는 트레이 본체(100)를 구성하는 물질에 대한 설명을 먼저 개시하고, 트레이 본체(100)의 구체적인 형상 및 구조, 얼음을 트레이로부터 분리하기 위한 발열 등에 의한 설명은 후술하기로 한다.
트레이 본체(100)는 제빙 공간이 마련되고, 적어도 일부분이 전도성 소재와 베이스 수지를 포함한 전도성 복합소재로 사출 성형되고, 외부로부터 전원 인가시 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 전기저항에 의해 발열되어 제빙된 얼음의 분리가 가능하도록 이루어진다. 덧붙이자면, 트레이 본체(100)에는 트레이 본체(100)를 회전시켜 트레이 본체(100)의 발열(방열)에 의해 일정이상 녹은 얼음을 하방으로 낙하하여 분리하도록 회전 배출장치(미도시)가 연결된다.
또한, 전원단자(200)는 트레이 본체(100)의 내측에 삽입되며 외부전원을 인가받아 트레이 본체(100)에 전원을 공급하는 것으로서, 길이가 긴 형상으로 트레이 본체(100)에 서로 이격되게 2개 내지 4개로 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 트레이 본체(100)는 전원단자(200)의 일단이 외부에 노출되는 상태가 되도록 전원단자(200)와 일체로 인서트 사출을 통해 성형된다. 이와 같이 일체로 사출 성형됨에 따라 전원단자(200)를 트레이 본체(100)에 고정하기 위한 별도의 고정 조립작업이 필요없게 되는바, 생산성을 향상시킬 수 있다. 외부로 노출된 전원단자(200)의 단부는 전원공급장치(미도시)와 통전 가능하도록 연결된다. 또한, 전원단자(200)는 일단부 외에 중앙부도 부분적으로 외부에 노출되도록 사출 성형될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 트레이 본체(100)를 구성하는 전도성 복합소재는 전도성 소재, 베이스 수지, 안정제(Stabilizer), 점착제(Other additives, 왁스 등)를 포함한다.
여기서, 전도성 소재는 탄소 부재들과 금속 파우더를 포함한다.
탄소 부재들은 베이스 수지 내에 분산되어 전기적 네트워크를 형성하는 것으로서, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene), 탄소섬유(Carbon fiber), 흑연 충전재(graphite filler) 중 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게, 탄소 부재들은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재를 모두 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며, 이하 설명도 탄소 부재들이 상기 구성요소들을 모두 포함하는 경우를 기준으로 설명한다.
특히, 흑연 충전재의 경우 후술하는 베이스 수지와 탄소 부재들이 잘 섞여 베이스 수지 내에 탄소 부재들이 효율적으로 분산된 상태를 갖도록 할 수 있으며, 이에 따라 트레이 본체(100)의 발열(방열) 성능을 한층 극대화할 수 있다.
또한, 흑연 충전재는 산화방지의 특성을 가짐과 더불어 트레이 본체(100)의 실링성을 보강하도록 작용한다.
본 발명의 실시예에서, 전도성 복합소재에서 탄소 부재들의 길이는 1 내지 100μm 이고, 탄소 부재들의 함량은 안정적이면서 효율적인 전기적 네트워크를 형성시키기 위해 아래와 같이 적절한 비율로 이루어진다.
구체적으로, 전도성 복합소재에서, 탄소나노튜브의 함량은 10 내지 17w%이고, 그래핀의 함량은 1 내지 1.7w%이고, 탄소섬유의 함량은 2 내지 5w%이고, 흑연 충전재의 함량은 10 내지 50w% 인 것이 바람직하다.
여기서, 탄소나노튜브 함량이 10w%미만인 경우 전도성 복합소재의 전기전도성이 작게 나타나 트레이 본체(100)의 발열량이 감소함에 따라 얼음을 신속하게 분리하기 어려운 바 제품의 기능적 실용성이 없는 문제가 생길수 있고, 17w%를 초과하는 경우 전기전도성은 높아지나 얼음을 분리하기 위해 요구되는 발열량보다 불필요하게 발열량이 증가할 뿐만 아니라 사출성형성이 안 좋아지는 단점이 있다.
또한, 그래핀의 함량이 1w%미만인 경우 불균일한 분산으로 인해 전도성 복합소재의 전기전도성이 떨어지는 단점이 있고, 1.7w%를 초과하는 경우 전기전도성은 좋아지나 제품 가격이 증가하여 가성비가 떨어지는 단점이 있다.
또한, 탄소섬유의 함량이 2w%미만인 경우 전기전도 네트워크가 약해질 뿐만 아니라 불균일한 전도성이 나타날 수 있는 단점이 있고, 5w%를 초과하는 경우 사출성형성이 안 좋아지는 단점이 있다.
또한, 흑연 충전재의 함량이 10w%미만인 경우 탄소 부재들이 베이스 수지 내에 잘 섞여 효율적으로 분산된 상태를 갖도록 함에 있어 최적화된 상태를 구현하기 힘들어 결국 트레이 본체의 발열(방열) 성능을 극대화하는 데 있어 문제가 있고, 50w%를 초과하는 경우 트레이 본체(100)의 사출 성형성이 낮아지는 문제가 발생한다.
다음, 금속 파우더는 탄소 부재들 사이에 개재되어 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 더불어 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 탄소 부재들에 의해 발생하는 전기저항 열을 트레이 본체(100)의 표면으로 전달한다.
덧붙이자면, 금속 파우더가 포함되지 않을 경우 전도성 복합소재의 열전도도가 베이스 수지(비전도성 수지)의 열전도도와 유사한 수준까지 낮아지게 되므로, 탄소 부재들에 의해 발생된 전기저항 열은 열전도도가 매우 낮은 베이스 수지(비전도성 수지)로 인해 트레이 본체(100)의 표면으로 효율적으로 전달되지 못하게 되어 얼음을 트레이 본체로부터 효율적으로 분리하기 힘든 상황이 발생한다.
전도성 복합소재에서, 금속 파우더의 직경은 10nm 내지 100nm이고, 금속 파우더의 함량은 탄소 부재들 사이의 전기적 네트워크를 증가시키고 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시키기 위해 12w% 이상이고, 전도성 복합소재의 비중을 감소시키기 위해 22w%이하로 적용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서, 금속 파우더는 알루미늄 파우더를 적용하는 것을 기준으로 설명한다.
다음, 베이스 수지는 트레이 본체(100)를 주로 구성하는 모재로서, 비전도성 수지인 PA6 또는 PA66의 나일론으로 적용된다. 물론, 베이스 수지는 PA6 또는 PA66 외에 추가적으로 PP, PE, ABS 등을 포함할 수 있으나 트레이 본체(100)의 열전도도(즉, 방열 특성)과 강성 증대를 위해서는 PA6 또는 PA66 로만 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 나일론 수지는 PP, PE, ABS에 비해 상대적으로 저가이므로 제품의 경제성 향상에 도움이 될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 베이스 수지는 비전도성 수지인 PA6 또는 PA66의 나일론을 사용하는 것을 기준으로 설명한다.
덧붙이자면, 베이스 수지를 PA6 또는 PA66로 적용되는 경우, 베이스 수지가 PP, PE, ABS로 적용되는 경우에 비해 사출성은 악화될 수 있으나 트레이 본체(100)의 방열 특성과 강성을 더욱 증대시켜 얼음을 생성하고 생성된 얼음을 분리하는 트레이 본체(100)의 본연의 기능을 한층 효율적이면서 안정적으로 수행하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 전도성 복합소재에서, 베이스 수지, 즉 PA6 또는 PA66의 함량은 20 내지 60w%인 것이 바람직하다.
여기서, PA6 또는 PA66의 함량이 20w% 미만인 경우 트레이 본체(100)를 구성하는 물질에서 상대적으로 탄소계열 물질(탄소 부재들)이 비율이 증가하는바 사출성이 악화하는 문제가 있고, 60w% 초과인 경우 트레이 본체의 발열성능이 떨어지고 특히 PA66의 경우 고가로 인해 제품 가격이 증가할 수 밖에 없는 단점이 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 베이스 수지는 PA6 또는 PA66인 비전도성 수지에 PPy(Polypyrrole)를 포함하는 전도성 수지가 더 포함되어 이루어질 수 있으며, 베이스 수지에서 상기 전도성 수지의 함량은 0 내지 10w%이하로 적용된다. 이와 같이 베이스 수지가 PA6 또는 PA66의 비전도성 수지와 PPy의 전도성 수지를 모두 포함하여 이루어지는 경우, 전도성 복합소재의 전기적 특성(전기 전도도, 열 전도도)이 더욱 향상될 수 있다.
다음, 전도성 복합소재에서 안정제의 함량은 0.1 내지 0.6w%로 적용되고, 전도성 복합소재에서 점착제 및 왁스의 함량은 0.4 내지 2.1w%로 적용된다.
다음, 도 1에 도시한 바와 같이, 전원단자(200)는 트레이 본체(100)의 내측에 삽입되며 외부전원을 인가받아 트레이 본체(100), 특히 트레이 본체를 구성하는 전도성 소재에 전원을 공급하는 것으로서, 트레이 본체(100)에 복수로 마련된다.
구체적으로, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 트레이 본체(100)에 2열의 제빙칸(110)이 마련되는 경우를 기준으로 전원단자(200)는 2개 내지 4개로 삽입될 수 있다. 이러한 전원단자(200)는 별도로 트레이 본체에 결합되는 것이 아니라 트레이 본체의 사출 성형시 인서트되어 일체로 사출성형된다.
관련 도면에는, 제빙칸(110)이 2열로 이루어지고 2열의 제빙칸들 사이에 + 전원단자(210)가 삽입되고, 이와 이격되게 좌우 양측에 - 전원단자(220)가 삽입된 모습이 도시되어 있으며, 이하 이를 기준으로 설명한다.
본 실시예에서, 복수의 전원단자(200)는 도선으로서, 트레이 본체(100)의 길이방향을 따라 길게 삽입된 상태로 배치되는데 이에 한정되지 않으며 + 전원단자(210)와 - 전원단자(220)의 길이나 삽입 위치는 다양하게 적용 가능하다. 다만, + 전원단자(210)와 - 전원단자(220)의 일단부는 트레이 본체(100)의 외부에 노출되도록 삽입되어 전원공급장치(미도시)와 용이하게 통전 가능하도록 이루어진다.
+ 전원단자(210)와 - 전원단자(220)는 일정이상의 전기 전도성을 갖는 알루미늄선, 구리합금선, 구리선, 전도성 복합소재 와이어 중 적어도 하나를 사용하고, 전도성 복합소재 와이어는 탄소 와이어를 포함할 수 있다.
얼음을 생성하고자 할 경우, 사용자는 트레이 본체(100)에 물을 수용하고 제빙기의 냉각장치(미도시)는 냉각하여 얼음을 생성한다. 생성된 얼음을 트레이 본체(100)로부터 분리시키고자 할 경우, 전원공급장치(미도시)로부터 전원단자(200)에 전원이 공급된다. 이때, + 전원단자(210)와 - 전원단자(220)에 각각 전원이 공급되어 전위치가 발생하면 트레이 본체(100) 내부에서 전기 저항에 의해 열이 발생한다.
이와 같이 트레이 본체(100)가 발열, 구체적으로 얼음과 접촉하는 트레이 본체(100)의 표면이 발열하면 얼음이 살짝 녹으면서 트레이 본체(100)로부터 얼음의 분리가 용이해진다. 이와 같은 상태에서, 도 3에 도시한 바와 같이 트레이 본체를 회전시켜 얼음을 하방으로 낙하하여 분리시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 트레이(10)의 제조방법을 설명한다.
먼저, 탄소 부재들(탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재), 금속 파우더(알루미늄 파우더), PA6(또는 PA66), 안정제 및 점착제를 전술한 함량의 미리 설정된 비율로 혼합한다.
탄소나노튜브의 함량은 전도성 복합소재의 총 함량에 대하여 10 내지 17w% 범위 이내로 설정되고, 그래핀의 함량은 전도성 복합소재의 총 함량에 대하여 1 내지 1.7w% 범위 이내로 설정되고, 탄소섬유의 함량은 전도성 복합소재의 총 함량에 대하여 2 내지 5w% 범위 이내로 설정되고, 흑연 충전재의 함량은 전도성 복합소재의 총 함량에 대하여 10 내지 50w% 범위 이내로 설정된다.
여기서, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재의 함량은 전도성 복합소재의 전기전도도, 즉 비저항에 영향을 주는 파라미터이다. 즉, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재의 각각의 함량이 전술한 각 수치범위 미만인 경우 탄소 부재들의 전기적 네트워크가 잘 이루어지지 않게 되어 트레이 본체(100)의 전기전도도가 저하된다.
이와 같이 트레이 본체(100)의 전기 전도도가 너무 낮게 형성되는 경우, 전원단자(200)로 인가된 전류가 탄소 부재들 측으로 원활하게 유도되지 못하여 결국 트레이 본체(100)에 전기가 통하지 않게 되므로 전기저항 열이 발생되지 않게 된다.
또한, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재의 각각의 함량이 전술한 각 수치범위를 초과하는 경우, 상기 전기전도도가 더 이상 증가되지 않기 때문에 경제적인 측면을 고려하였을 때 전술한 적정 수치범위를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
특히, 흑연 충전재의 경우, 흑연 충전재의 함량이 10w%미만인 경우 탄소 부재들이 베이스 수지 내에 잘 섞여 효율적으로 분산된 상태를 갖도록 함에 있어 최적화된 상태를 구현하기 힘들어 결국 트레이 본체의 발열 성능을 극대화하는 데 있어 문제가 있고, 50w%를 초과하는 경우 트레이 본체(100)의 사출 성형성이 낮아지는 문제가 발생하는 추가적인 단점이 있다.
즉, 본 발명에서 전도성 복합소재가 적절한 범위의 전기 전도도를 갖도록 하기 위해, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재의 함량은 전술한 적정 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 금속 파우더(알루미늄 파우더)의 함량은 전도성 복합소재의 총 함량에 대하여 12 내지 22w% 범위로 설정된다. 금속 파우더의 함량은 전도성 복합소재의 전기전도도와 열전도도에 영향을 주는 파라미터이다. 금속 파우더의 함량이 12w% 미만이면 금속 파우더가 탄소 부재들 사이에서 전기적 네트워크 역할을 제대로 하지 못할 뿐만 아니라, 탄소 부재들에 의해 발생된 전기저항 열을 트레이 본체(100)의 표면으로 전달하는 열전도 역할 또한 충분히 하지 못해 얼음을 녹일 수 있는 정도로 트레이 본체(100)의 발열이 이루어지지 않게 된다.
한편, 금속 파우더의 함량이 22w%를 초과하면, 전도성 복합소재의 비중이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에서, 탄소 부재들(탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재) 외에 금속 파우더(알루미늄 파우더)를 추가함으로써, 탄소 부재들만 사용하는 경우에 비해 트레이 본체(100) 제조비용을 절감시킬 수 있고, 트레이 본체(100)의 전기 전도도와 열전도도는 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, PA6 또는 PA66의 함량은 20 내지 60w%, 안정제의 함량은 0.1 내지 0.6w%, 점착제의 함량은 0.4 내지 2.1w%로 혼합된다.
이와 같이 최적의 비율로 혼합된 전도성 복합소재를 트레이 본체(100)를 성형하기 위한 사출금형의 캐비티를 향해 고온/고압으로 주입하여 트레이 본체(100)를 사출 성형하게 된다. 이때, 일 예로 상기 사출금형의 하(下)금형상 설정된 위치에 복수의 전원단자(200)를 미리 배치한 후 전술한 전도성 복합소재를 주입하여 인서트 사출성형한다. 사출금형 내에서 전도성 복합소재의 경화가 완료되면 사출금형으로부터 전원단자(200)가 일체로 삽입된 트레이 본체(100)를 분리 배출한다.
즉, 본 발명은 한번의 사출성형 공정을 통해 전원단자(200)가 일체로 결합된 트레이 본체(100)를 성형할 수 있는바 제조 공수 및 비용 절감을 가져올 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조된 전도성 복합소재를 시험한 결과는 다음과 같다.
전도성 소재(탄소 부재들과 금속 파우더) 및 베이스 수지(PA6 또는 PA66)를 포함하는 전도성 복합소재의 비중(ASTM D792에 따른 시험결과)은 1.0 내지 1.7 이다. 또한, 전도성 복합소재의 비저항은 1 내지 10Ωmm2//m이다. 탄소 부재들과 금속 파우더의 함량을 최적의 비율로 혼합하여 제조함으로써, 전도성 복합소재가 최적의 비저항을 갖게 되어 전도성 복합소재를 사출 성형하여 제조한 트레이 본체(100)가 적절한 전기 전도도와 열전도도를 가질 수 있다.
또한, 전도성 복합소재의 열전도도(Thermal conductivity)는 20 내지 120W/mK이다. 이러한 열전도도는 금속 파우더의 함량에 따라 변동 가능한바, 본 실시예에서는 금속 파우더의 함량을 12 내지 22w% 범위로 설정함으로써 전도성 복합소재가 전술한 범위의 열전도도를 갖도록 할 수 있다.
본 발명은 탄소 부재들에 금속 파우더를 혼합시킴으로써 전도성 복합소재의 열전도도를 더욱 증가시킬 수 있고, 탄소 부재들에 의해 발생된 전기저항 열을 트레이 본체(100)의 표면으로 효과적으로 전달할 수 있으므로 얼음을 트레이 본체(100)로부터 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 전도성 복합소재의 인장강도(Tensile Strength)(ASTM D638에 따른 시험결과)는 180 내지 200kgf/cm2 이고, 인장연신율(Tensile Elongation)(ASTM D638에 따른 시험결과)은 22 내지 27w%이고, 굽힘 탄성율(Flexural Modulus)(ASTM D790에 따른 시험결과)은 1,200 내지 1,300kgf/cm2이고, 굽힘 강도(Flexural Strength)(ASTM D790에 따른 시험결과)은 200 내지 220kgf/cm2이다. 이러한 시험결과를 통해, 상기 전도성 복합소재를 이용하여 사출 성형된 본 발명의 실시예에 따른 트레이는 충분한 인장강도와 굽힘 강도 등을 가짐을 확인할 수 있다.
이하, 트레이 본체(100)와 전원단자(200)에 대해 좀 더 부연 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 일 예로 트레이 본체(100)에는 2열의 제빙칸(110)이 마련되어 있다. 각각의 제빙칸(110)은 6각 또는 8각 기둥형태의 얼음을 생성할 수 있도록 대응하는 형상으로 이루어지고 있다.
따라서, 제빙칸(110)을 형성하는 내측면과 바닥면은 모두 평면형태로 이루어진다. 또한, 외부에 노출되는 제빙칸(110)의 외측면, 즉 트레이 본체(100)의 양측 측면 또한 모두 평면 형태로 이루어진다.
본 발명의 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 트레이 본체(100)에는 그 좌우방향을 기준으로 복수의 제빙칸(110)이 적어도 2열 마련되고, 그 전후방향을 따라 복수의 제빙칸(110)이 서로 이격되게 마련된다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 트레이 본체(100)의 좌우방향 기준 일측 단부면 근방, 적어도 2열의 제빙칸(110)들 사이, 상기 좌우방향 기준 트레이 본체(100)의 타측 단부면 근방에 각각 전원단자가 삽입된다.
여기서, 복수의 전원단자(200)는, 트레이 본체(100)의 좌우방향 기준 일측 단부면에서 타측 단부면을 향해 +, - 극성이 교대로 변경되도록 이루어진다. 따라서, 복수의 제빙칸(110) 측으로 신속하게 열을 전달함과 더불어 골고루 열이 전달되도록 함으로써 다수의 얼음이 손쉽게 트레이 본체(100)로부터 분리되도록 할 수 있다.
일 예로, 도 2(a)에는 복수의 제빙칸(110)이 2열로 이루어지고 2열의 제빙칸들 사이에 + 전원단자(210)가 삽입되고, 이와 이격되게 좌우 양측에 - 전원단자(220)가 삽입된 상태가 도시되어 있으나, 전술한 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니며 제빙칸은 1열, 3열, 4열 및 그 이상으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 전원단자(200)는 도선으로서, 트레이 본체(100)의 길이방향을 따라 길게 삽입된 상태로 배치되는데 이에 한정되지 않으며 + 전원단자(210)와 - 전원단자(220)의 길이나 삽입 위치는 다양하게 적용 가능하다. 다만, + 전원단자(210)와 - 전원단자(220)의 일단부는 트레이 본체(100)의 외부에 노출되도록 삽입되어 전원공급장치(미도시)와 용이하게 통전 가능하도록 이루어진다.
이에 한정되지 않으며, 전원단자(200)는 복수의 제빙칸(110)의 배치열수와 트레이 본체(100)의 형상 등에 따라 그 삽입 갯수가 변동 가능하며, 예를 들어 2개 내지 4개 등 다양하게 선택될 수 있다. 이와 같이 전원단자(200)의 삽입 갯수를 선정하기 위한 기준은 얼음 분리를 위한 히팅 시간 단축을 위해 트레이 본체(100) 전체표면으로의 균일한 열전도성(발열성)에 기인한다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10: 트레이
100: 트레이 본체
110: 제빙칸 200: 전원단자
210: + 전원단자 220: - 전원단자
110: 제빙칸 200: 전원단자
210: + 전원단자 220: - 전원단자
Claims (5)
- 제빙 공간이 마련되고, 적어도 일부분이 전도성 소재와 베이스 수지를 포함한 전도성 복합소재로 사출 성형되고, 외부로부터 전원 인가시 상기 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 전기저항에 의해 발열되어 제빙된 얼음의 분리가 가능한 트레이 본체; 및
상기 트레이 본체의 내측에 삽입되며 외부전원을 인가받아 상기 트레이 본체에 전원을 공급하는 전원단자를 포함하고,
상기 전도성 소재는,
상기 베이스 수지 내에 분산되어 상기 전기적 네트워크를 형성하며, 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재(graphite filler) 중 적어도 하나를 포함하는 탄소 부재들; 및
상기 탄소 부재들 사이에 개재되어 상기 탄소 부재들에 의한 전기적 네트워크를 증가시킴과 더불어 상기 전도성 복합소재의 열전도도를 증가시켜 상기 탄소 부재들에 의해 발생하는 전기저항 열을 상기 트레이 본체의 표면으로 전달하는 금속 파우더를 포함하는 제빙기용 트레이. - 제1항에 있어서,
상기 탄소 부재들은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재(graphite filler)를 모두 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제빙기용 트레이. - 제2항에 있어서,
상기 전도성 복합소재에서, 상기 탄소나노튜브의 함량은 10 내지 17w%이고, 상기 그래핀의 함량은 1 내지 1.7w%이고, 상기 탄소섬유의 함량은 2 내지 5w%이고, 상기 흑연 충전재의 함량은 10 내지 50w%이며, 상기 금속 파우더의 함량은 12 내지 22w%인 것을 특징으로 하는 제빙기용 트레이. - 제1항에 있어서,
상기 베이스 수지는 PA6 또는 PA66이고,
상기 전도성 복합소재에서, 상기 PA6 또는 PA66의 함량은 20 내지 60w%이며,
상기 베이스 수지는 PA6 또는 PA66인 비전도성 수지에 PPy(Polypyrrole)를 포함하는 전도성 수지가 더 포함되어 이루어지고,
상기 베이스 수지에서 상기 전도성 수지의 함량은 0 내지 10w%이하인 것을 특징으로 하는 제빙기용 트레이. - 제1항에 있어서,
상기 트레이 본체는 상기 전원단자의 일단이 외부에 노출되는 상태가 되도록 상기 전원단자와 일체로 인서트 사출을 통해 성형되는 것을 특징으로 하는 제빙기용 트레이.
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| KR102302921B1 (ko) | 2021-01-18 | 2021-09-16 | 주식회사 에스플러스컴텍 | 전도성 복합소재를 이용한 제빙기 |
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