WO2024058506A1 - 제빙기용 트레이 - Google Patents

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WO2024058506A1
WO2024058506A1 PCT/KR2023/013547 KR2023013547W WO2024058506A1 WO 2024058506 A1 WO2024058506 A1 WO 2024058506A1 KR 2023013547 W KR2023013547 W KR 2023013547W WO 2024058506 A1 WO2024058506 A1 WO 2024058506A1
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WO
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tray
ice
tray body
content
conductive
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/013547
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English (en)
French (fr)
Inventor
신동수
김상호
Original Assignee
주식회사 에스플러스컴텍
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/18—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles incorporating preformed parts or layers, e.g. compression moulding around inserts or for coating articles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00—Producing ice
    • F25C1/22—Construction of moulds; Filling devices for moulds
    • F25C1/24—Construction of moulds; Filling devices for moulds for refrigerators, e.g. freezing trays
    • F25C1/243—Moulds made of plastics e.g. silicone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C1/00—Producing ice
    • F25C1/22—Construction of moulds; Filling devices for moulds
    • F25C1/24—Construction of moulds; Filling devices for moulds for refrigerators, e.g. freezing trays
    • F25C1/246—Moulds with separate grid structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C5/00—Working or handling ice
    • F25C5/02—Apparatus for disintegrating, removing or harvesting ice
    • F25C5/04—Apparatus for disintegrating, removing or harvesting ice without the use of saws
    • F25C5/08—Apparatus for disintegrating, removing or harvesting ice without the use of saws by heating bodies in contact with the ice
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic

Definitions

  • the present invention relates to a tray for an ice maker that generates heat on its own when power is applied from the outside, making it easy to separate ice.
  • an ice maker is a device for artificially making large amounts of ice at homes or businesses.
  • the tray on which ice is produced is made of plastic or aluminum, and the method of separating ice is different depending on the material of the tray.
  • the tray When the tray is made of a plastic material, ice is separated from the tray by twisting the tray. However, it has the disadvantage of being less durable and has limitations in mass production of ice.
  • the present invention was developed to solve the above-described conventional problems.
  • the base resin and the conductive material (carbon members) are well mixed so that the carbon members are efficiently dispersed within the base resin, and the base resin is made of a nylon-based material.
  • the purpose is to provide a tray for an ice maker that can maximize the heat dissipation performance and rigidity of the tray by applying resin.
  • an ice-making space at least a portion of which is injection-molded with a conductive composite material including a conductive material and a base resin, and when power is applied from the outside, the conductive material forms an electrical network and is generated by electrical resistance.
  • An ice maker tray is provided in which the plurality of power terminals alternately have + and - polarities from one end surface to the other end surface based on the left and right direction of the tray body.
  • the conductive material includes carbon members dispersed in the base resin to form the electrical network and including at least one of carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, and graphite filler; and is interposed between the carbon members to increase the electrical network by the carbon members and increase the thermal conductivity of the conductive composite material to transfer electrical resistance heat generated by the carbon members to the surface of the tray body. It may contain metal powder to be delivered.
  • the carbon members may include carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, and graphite filler.
  • the carbon nanotube content is 10 to 17w%
  • the graphene content is 1 to 1.7w%
  • the carbon fiber content is 2 to 5w%
  • the graphite filler content is It is 10 to 50w%
  • the content of the metal powder may be 12 to 22w%.
  • the base resin is PA6 or PA66, and in the conductive composite material, the content of PA6 or PA66 is 20 to 60 w%, and the base resin is a non-conductive resin of PA6 or PA66 and a conductive resin containing PPy (polypyrrole). It is further included, and the content of the conductive resin in the base resin may be 0 to 10 w% or less.
  • the tray body may be molded through insert injection molding integrally with the power terminal so that one end of the power terminal is exposed to the outside.
  • the carbon members of the conductive material are configured to include carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, and graphite filler, so that the base resin and the conductive material (carbon members) are well mixed to form the base.
  • the heat dissipation performance and rigidity of the tray body can be further increased.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a tray for an ice maker according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a front cross-sectional view showing various modifications of an ice maker tray according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a diagram showing the operation of an ice maker tray according to an embodiment of the present invention.
  • the tray for an ice maker is injection molded from a conductive composite material including a conductive material.
  • a power terminal is inserted and molded integrally.
  • the conductive material is electrically
  • the ice maker tray 10 (hereinafter referred to as 'tray') according to an embodiment of the present invention is an ice maker in which supplied water is accommodated and then cooled by a cooling device (not shown) to produce ice.
  • a cooling device not shown
  • a plurality of ice-making compartments 110 are formed to be long in the left-right (or front-to-back) direction and are concave to create a plurality of ice.
  • the tray 10 includes a tray body 100 and a power terminal 200.
  • a description of the materials constituting the tray body 100 will be first described, and a description of the specific shape and structure of the tray body 100, heat generation for separating ice from the tray, etc. will be described later.
  • the tray body 100 has an ice-making space, and at least a portion is injection-molded from a conductive composite material containing a conductive material and a base resin.
  • the conductive material forms an electrical network and generates heat by electrical resistance to make ice. This is done to enable separation of the ice.
  • a rotating discharge device (not shown) is connected to the tray main body 100 to rotate the tray main body 100 to separate ice that has melted above a certain level by heat generation (heat dissipation) of the tray main body 100 by falling downward. .
  • the power terminal 200 is inserted inside the tray body 100 and receives external power to supply power to the tray body 100. It has a long shape and is spaced apart from each other in the tray body 100. One to four may be inserted.
  • the tray body 100 is molded through insert injection molding integrally with the power terminal 200 so that one end of the power terminal 200 is exposed to the outside.
  • the end of the power terminal 200 exposed to the outside is connected to a power supply device (not shown) to enable electricity to pass through it.
  • the power terminal 200 may be injection molded so that in addition to one end, the central portion is also partially exposed to the outside.
  • the conductive composite material constituting the tray body 100 includes a conductive material, a base resin, a stabilizer, and adhesives (other additives, wax, etc.).
  • the conductive material includes carbon members and metal powder.
  • the carbon members are dispersed in the base resin to form an electrical network and include at least one of carbon nanotubes (CNTs), graphene, carbon fiber, and graphite filler.
  • CNTs carbon nanotubes
  • graphene graphene
  • carbon fiber carbon fiber
  • graphite filler graphite filler
  • the carbon members include all of carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, and graphite fillers, and the following description will also be made based on the case where the carbon members include all of the above components.
  • the base resin and carbon members which will be described later, can be well mixed to ensure that the carbon members are efficiently dispersed within the base resin, thereby further maximizing the heat generation (heat dissipation) performance of the tray main body 100. You can.
  • the graphite filler has anti-oxidation properties and acts to reinforce the sealing properties of the tray main body 100.
  • the length of the carbon members in the conductive composite material is 1 to 100 ⁇ m, and the content of the carbon members is in an appropriate ratio as follows to form a stable and efficient electrical network.
  • the content of carbon nanotubes is 10 to 17w%
  • the content of graphene is 1 to 1.7w%
  • the content of carbon fiber is 2 to 5w%
  • the content of graphite filler is 10 to 1.7w%. It is desirable to have 50w%.
  • the carbon nanotube content is less than 10w%, the electrical conductivity of the conductive composite material appears to be low, and as the heat generation amount of the tray body 100 decreases, it may be difficult to quickly separate ice, which may result in the functional practicality of the bar product. If it exceeds 17w%, electrical conductivity increases, but it has the disadvantage of unnecessarily increasing the amount of heat generated compared to that required to separate ice, as well as deteriorating injection moldability.
  • the electrical conductivity of the conductive composite material is poor due to uneven dispersion, and if it exceeds 1.7w%, the electrical conductivity improves, but the product price increases, resulting in poor cost-effectiveness. there is.
  • the electrical conduction network is weakened and uneven conductivity may appear, and if it exceeds 5w%, injection moldability is poor.
  • the content of the graphite filler is less than 10w%, it is difficult to achieve an optimized state in ensuring that the carbon members are well mixed and efficiently dispersed within the base resin, resulting in problems in maximizing the heat generation (heat dissipation) performance of the tray body.
  • the injection moldability of the tray body 100 is lowered when it exceeds 50w%.
  • the metal powder is interposed between the carbon members to increase the electrical network by the carbon members and to increase the thermal conductivity of the conductive composite material, thereby dissipating the electrical resistance heat generated by the carbon members into the tray body 100. delivered to the surface.
  • the thermal conductivity of the conductive composite material is lowered to a level similar to the thermal conductivity of the base resin (non-conductive resin), so the electrical resistance heat generated by the carbon members has a very low thermal conductivity. Due to the base resin (non-conductive resin), ice cannot be efficiently transferred to the surface of the tray main body 100, making it difficult to effectively separate ice from the tray main body.
  • the diameter of the metal powder is 10 nm to 100 nm
  • the content of the metal powder is more than 12w% to increase the electrical network between the carbon members and increase the thermal conductivity of the conductive composite material
  • the specific gravity of the conductive composite material is In order to reduce it, it is desirable to apply it at 22w% or less.
  • the metal powder is explained based on applying aluminum powder.
  • the base resin is a base material that mainly constitutes the tray body 100, and is applied as nylon of PA6 or PA66, which is a non-conductive resin.
  • the base resin may additionally include PP, PE, ABS, etc. in addition to PA6 or PA66, but in order to increase the thermal conductivity (i.e., heat dissipation characteristics) and rigidity of the tray body 100, it is preferably made of only PA6 or PA66.
  • nylon resin is relatively inexpensive compared to PP, PE, and ABS, so it can help improve the economic feasibility of products.
  • the base resin will be described based on the use of PA6 or PA66 nylon, which is a non-conductive resin.
  • the injection performance may deteriorate compared to when the base resin is applied as PP, PE, or ABS, but the heat dissipation characteristics and rigidity of the tray body 100 are further increased to prevent ice.
  • the original function of the tray body 100 which creates and separates the generated ice, can be performed more efficiently and stably.
  • the content of the base resin is preferably 20 to 60 w%.
  • the base resin may be a non-conductive resin of PA6 or PA66 and further include a conductive resin containing PPy (polypyrrole), and the content of the conductive resin in the base resin is 0 to 10 w% or less. It is applied as.
  • the base resin includes both the non-conductive resin of PA6 or PA66 and the conductive resin of PPy, the electrical properties (electrical conductivity, thermal conductivity) of the conductive composite material can be further improved.
  • the content of the stabilizer in the conductive composite material is applied at 0.1 to 0.6 w%, and the content of the adhesive and wax in the conductive composite material is applied at 0.4 to 2.1 w%.
  • the power terminal 200 is inserted into the inside of the tray body 100 and receives external power to supply power to the tray body 100, especially the conductive material constituting the tray body. As such, a plurality of trays are provided on the tray main body 100.
  • FIG. 2(a) based on the case where two rows of ice making compartments 110 are provided in the tray main body 100, two to four power terminals 200 may be inserted.
  • This power terminal 200 is not separately coupled to the tray body, but is inserted and integrally injection molded during injection molding of the tray body.
  • the ice-making compartment 110 is made up of two rows, and the + power terminal 210 is inserted between the two rows of ice-making compartments, and the - power terminal 220 is inserted on both left and right sides to be spaced apart from this.
  • the + power terminal 210 is inserted between the two rows of ice-making compartments, and the - power terminal 220 is inserted on both left and right sides to be spaced apart from this.
  • the plurality of power terminals 200 are conductors, which are arranged to be inserted long along the longitudinal direction of the tray body 100, but are not limited to this and include the + power terminal 210 and the - power terminal 220.
  • the length or insertion position can be applied in various ways. However, one end of the + power terminal 210 and the - power terminal 220 is inserted to be exposed to the outside of the tray body 100 so that it can be easily connected to a power supply device (not shown).
  • the + power terminal 210 and - power terminal 220 use at least one of aluminum wire, copper alloy wire, copper wire, and conductive composite wire having a certain level of electrical conductivity, and the conductive composite wire may include a carbon wire. You can.
  • the user When wanting to create ice, the user stores water in the tray body 100 and the ice maker's cooling device (not shown) cools it to create ice.
  • the generated ice When the generated ice is to be separated from the tray main body 100, power is supplied to the power terminal 200 from a power supply device (not shown). At this time, when power is supplied to the + power terminal 210 and the - power terminal 220, respectively, and an electric potential is generated, heat is generated inside the tray main body 100 due to electrical resistance.
  • the tray body 100 when the tray body 100 generates heat, specifically, when the surface of the tray body 100 in contact with the ice generates heat, the ice melts slightly, making it easy to separate the ice from the tray body 100. In this state, as shown in FIG. 3, the tray body can be rotated to cause the ice to fall downward and be separated.
  • carbon members carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, graphite filler
  • metal powder aluminum powder
  • PA6 or PA66
  • stabilizer and adhesive are mixed at a preset ratio of the above-mentioned content.
  • the content of carbon nanotubes is set within the range of 10 to 17w% based on the total content of the conductive composite material
  • the content of graphene is set within the range of 1 to 1.7w% based on the total content of the conductive composite material
  • the content of carbon fiber is set within the range of 2 to 5w% with respect to the total content of the conductive composite material
  • the content of the graphite filler is set within the range of 10 to 50w% with respect to the total content of the conductive composite material.
  • the content of carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, and graphite fillers is a parameter that affects the electrical conductivity, or specific resistance, of the conductive composite material. That is, when the respective contents of carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, and graphite filler are less than the above-mentioned numerical ranges, the electrical network of the carbon members is not established properly, and the electrical conductivity of the tray main body 100 is reduced.
  • the conductive composite material in the present invention has an appropriate range of electrical conductivity, it is desirable to maintain the content of carbon nanotubes, graphene, carbon fiber, and graphite filler within the above-described appropriate range.
  • the content of metal powder (aluminum powder) is set in the range of 12 to 22 w% based on the total content of the conductive composite material.
  • the content of metal powder is a parameter that affects the electrical conductivity and thermal conductivity of conductive composite materials. If the content of the metal powder is less than 12w%, the metal powder not only does not function properly as an electrical network between the carbon members, but also acts as a heat conduction to transfer the electrical resistance heat generated by the carbon members to the surface of the tray body 100. Additionally, if this is not done sufficiently, the tray body 100 does not generate enough heat to melt the ice.
  • the tray body 100 costs less than the case of using only carbon members. can be reduced, and the electrical conductivity and thermal conductivity of the tray body 100 can be further improved.
  • the content of PA6 or PA66 is mixed at 20 to 60w%, the content of stabilizer is 0.1 to 0.6w%, and the content of adhesive is mixed at 0.4 to 2.1w%.
  • the conductive composite material mixed in this optimal ratio is injected at high temperature/high pressure into the cavity of the injection mold for molding the tray body 100, thereby injection molding the tray body 100.
  • a plurality of power terminals 200 are placed in advance at a set position on the lower mold of the injection mold, and then the above-described conductive composite material is injected to perform insert injection molding.
  • the tray body 100, into which the power terminal 200 is integrally inserted is separated and discharged from the injection mold.
  • the present invention can mold the tray body 100 in which the power terminal 200 is integrally combined through a single injection molding process, thereby reducing manufacturing man-hours and costs.
  • the specific gravity (test results according to ASTM D792) of the conductive composite material including conductive materials (carbon members and metal powder) and base resin (PA6 or PA66) is 1.0 to 1.7. Additionally, the specific resistance of the conductive composite material is 1 to 10 ⁇ mm 2 //m. By mixing the contents of carbon members and metal powder in an optimal ratio, the conductive composite material has optimal resistivity, so that the tray body 100 manufactured by injection molding the conductive composite material has appropriate electrical and thermal conductivity. You can have it.
  • the thermal conductivity of the conductive composite material is 20 to 120 W/mK. This thermal conductivity can vary depending on the content of the metal powder, and in this embodiment, the content of the metal powder is set in the range of 12 to 22 w% so that the conductive composite material has thermal conductivity in the above-mentioned range.
  • the present invention can further increase the thermal conductivity of the conductive composite material by mixing metal powder with the carbon members, and can effectively transfer the electrical resistance heat generated by the carbon members to the surface of the tray body 100, thereby preventing ice. It can be easily separated from the tray main body 100.
  • the tensile strength (test results according to ASTM D638) of the conductive composite material is 180 to 200 kgf/cm 2
  • the tensile elongation (test results according to ASTM D638) is 22 to 27w%
  • Flexural Modulus (test results according to ASTM D790) is 1,200 to 1,300 kgf/cm 2
  • Flexural Strength (test results according to ASTM D790) is 200 to 220 kgf/cm 2 .
  • tray body 100 and the power terminal 200 will be described in more detail.
  • each ice making compartment 110 has a corresponding shape to produce ice in the form of a hexagonal or octagonal column.
  • both the inner surface and the bottom surface forming the ice making compartment 110 have a flat shape.
  • the outer surface of the ice making compartment 110 exposed to the outside, that is, both sides of the tray main body 100, are also formed in a flat shape.
  • a plurality of ice making compartments 110 are provided in at least two rows in the tray main body 100 based on the left and right directions, and a plurality of ice making compartments 110 are provided in the front and rear directions.
  • the ice making compartments 110 are provided to be spaced apart from each other.
  • the plurality of power terminals 200 are configured so that their + and - polarities alternately change from one end surface of the tray body 100 in the left and right direction to the other end surface. Accordingly, heat is quickly transferred to the plurality of ice-making compartments 110 and the heat is transferred evenly, so that a large number of ice can be easily separated from the tray main body 100.
  • a plurality of ice-making compartments 110 are arranged in two rows, and a + power terminal 210 is inserted between the two rows of ice-making compartments, and - power terminals 220 are placed on both left and right sides to be spaced apart from this.
  • the inserted state is shown, but as described above, it is not limited to this, and the ice making compartment can be formed in 1 row, 3 rows, 4 rows, and more.
  • the plurality of power terminals 200 are conductors, which are arranged to be inserted long along the longitudinal direction of the tray body 100, but are not limited to this and include the + power terminal 210 and the - power terminal 220.
  • the length or insertion position can be applied in various ways. However, one end of the + power terminal 210 and the - power terminal 220 is inserted to be exposed to the outside of the tray body 100 so that it can be easily connected to a power supply device (not shown).
  • the number of power terminals 200 may vary depending on the number of rows of the plurality of ice making compartments 110 and the shape of the tray body 100, for example, 2 to 4, etc. can be selected.
  • the standard for selecting the number of insertion power terminals 200 is based on uniform thermal conductivity (heat generation) on the entire surface of the tray body 100 in order to shorten the heating time for ice separation.
  • the present invention mixes the base resin and the conductive material (carbon members) well so that the carbon members are efficiently dispersed within the base resin, and maximizes the heat dissipation performance and rigidity of the tray by applying the base resin as a nylon-based resin.
  • the base resin is industrial applicability in terms of availability.

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Abstract

제빙기용 트레이가 개시된다. 본 발명의 제빙기용 트레이는, 전도성 소재와 베이스 수지를 포함한 전도성 복합소재로 성형되고, 전도성 소재가 전기적 네트워크를 형성하며 전기저항에 의해 발열되어 제빙된 얼음의 분리가 가능한 트레이 본체; 및 외부전원을 인가받아 상기 트레이 본체에 전원을 공급하는 전원단자를 포함하고, 상기 트레이 본체에는 복수의 제빙칸이 적어도 2열 마련되고, 복수의 전원단자는, 상기 트레이 본체의 좌우방향 기준 일측 단부면에서 타측 단부면을 향해 +, - 극성이 교대로 변경되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 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

제빙기용 트레이
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 트레이 본체에는 그 좌우방향을 기준으로 복수의 제빙칸이 적어도 2열 마련되고, 그 전후방향을 따라 복수의 제빙칸이 서로 이격되게 마련되며, 상기 트레이 본체의 좌우방향 기준 일측 단부면, 적어도 2열의 제빙칸들 사이, 상기 좌우방향 기준 타측 단부면에 각각 전원단자가 삽입되되, 상기 복수의 전원단자는, 상기 트레이 본체의 좌우방향 기준 일측 단부면에서 타측 단부면을 향해 +, - 극성이 교대로 변경되도록 이루어지는 제빙기용 트레이가 제공된다.
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 포함할 수 있다.
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.
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.
본 발명은 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 측면에서 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (6)

  1. 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 트레이 본체에는 그 좌우방향을 기준으로 복수의 제빙칸이 적어도 2열 마련되고, 그 전후방향을 따라 복수의 제빙칸이 서로 이격되게 마련되며,
    상기 트레이 본체의 좌우방향 기준 일측 단부면, 적어도 2열의 제빙칸들 사이, 상기 좌우방향 기준 타측 단부면에 각각 전원단자가 삽입되되,
    상기 복수의 전원단자는, 상기 트레이 본체의 좌우방향 기준 일측 단부면에서 타측 단부면을 향해 +, - 극성이 교대로 변경되도록 이루어지는 제빙기용 트레이.
  2. 제1항에 있어서,
    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.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄소 부재들은 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소섬유, 흑연 충전재(graphite filler)를 모두 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제빙기용 트레이.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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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