KR101765300B1 - 상변화물질의 필름 충진 방법 및 그 방법으로 제조된 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 필름 충진 방법에 있어서,일정한 두께의 평면 필름을 준비하는 단계;상기 평면 필름을 가공하여 복수의 산과 골로 특징되는 요철구조를 만드는 단계; 상기 요철구조 산내부에 충진재를 충진하는 단계; 상기 충진재를 충진후 골하부에 기재층을 합착하는 단계; 상기 요철구조의 골내부에 상변화물질을 충진하는 단계; 상기 상변화물질이 충진된 요철구조의 필름을 냉각장치를 이용해 상변화물질을 고체화시키는 단계 및 상기 상변화물질이 고체화된 상태에서 산 상부에 보호층을 합착하는 단계로 구성될 수 있는 상변화물질의 필름 충진 방법에 관한 발명이다.
Description
본 발명은 필름 충진 방법 및 그 방법으로 제조된 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상변화물질을 필름에 간편하게 충진하는 방법 및 그 방법으로 제조된 필름에 관한 것이다.
근래에 오존층 파괴, CO2 배출에 따른 지구온난화, 기타 각종 환경오염 물질 배출에 따른 자연환경 파괴 등의 환경문제가 범세계적인 공동대처 과제로 대두 되고 있다. 이에 따라, CO2 등 온실가스의 배출 규제로 인한 환경규제, 무역장벽 강화 등에 대응한 범국가적인 기술 및 정책 개발이 추진되고 있다.
이러한 개발의 일환으로 에너지의 효율적인 이용을 위한 열에너지의 저장, 변환, 전달 및 이용기술의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 기술 중에는 화학물질로서 에너지를 저장하는 화학적 저장방법 및 열에너지를 에너지의 형태변화 없이 현열 및 잠열을 이용하여 저장하는 방법 등이 있다.
에너지 효율을 극대화하기 위해서 높은 열용량을 갖는 새로운 열전달 매체를 사용하는 연구가 진행되어 왔으며, 특히, 상변화물질을 이용한 잠열 축열법에 관한 연구가 진행되어 왔다.
한편, 상변화물질(Phase Change Material)은 특정한 온도에서 온도변화 없이 고체에서 액체, 또는 액체에서 기체로 또는 그 반대방향으로 상이 변하면서 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 물질을 의미한다. 이러한 상변화물질을 건물 벽체, 천장, 바닥 등에 적용함으로써 상변화물질의 잠열에 의해 외부의 열적변화를 흡수하는 축열기능에 의해 건축물의 단열 및 에너지 절감을 동시에 달성할 수 있다. 이러한 잠열을 이용한 열에너지 저장방법인 잠열 축열법은 단위 부피당 혹은 단위 무게당 많은 양의 열을 저장할 수 있다.
그러나, 잠열을 이용한 축열방법에서 상변화물질은 대개 -10℃ 내지 80℃의 용융온도를 가지고 있으며, 온도변화에 따른 액상화로 인한 상변화물질의 유출로 인하여 성형가공하여 실생활에 적용하기 어려운 문제가 있다.
그러므로, 상변화물질을 건축물에 적용할 경우에는 형태안정을 시켜주어야 한다. 상변화물질의 상변화로 인한 액체 상태에서의 누출과 형태변형이 발생할 우려가 있기 때문이다. 상변화물질의 누출을 막기 위한 형태안정의 방법으로는 석고보드(gypsum board) 등의 재료에 상변화물질을 함침, 혼합 또는 캡슐화를 하거나 HDPE(high density poly ethylene)와 같은 물질과 혼합함으로서 형태 안정성 상변화물질을 만드는 방법이 있다
이러한 문제를 해결하기 위해 현재 일반적으로 상변화물질은 캡슐화하여 사용된다. 예를 들면, 한국 특허출원 제2003-88712호 및 한국 특허출원 2005-133799에는 캡슐화된 상변화물질에 관한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상변화물질을 캡슐화하기 위해서는 이를 위한 별도의 공법을 필요로 한다. 따라서, 상변화물질의 캡슐화로 인하여 비용이 증가하며 사용이 제한된다. 뿐만 아니라, 적용 온도 및 물리적인 충격으로 사용 도중에 캡슐이 파손되는 경우에는 액상의 상변화물질이 유출되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 상변화물질을 필름에 충진하는 간편한 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 충진과정에서 상변화물질을 냉각장치를 이용하여 고체로 변환시켜 상변화물질의 유출을 방지하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상변화물질이 충진된 필름의 형태안정성을 유지시키기 위한 충진재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상변화물질의 외부 오염을 방지하고 열전도성을 위해 보호층을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 필름 충진 방법에 있어서, 일정한 두께의 평면 필름을 준비하는 단계; 상기 평면 필름을 가공하여 복수의 산과 골로 특징되는 요철구조를 만드는 단계; 상기 요철구조 산 내부에 충진재를 충진하는 단계; 상기 충진재를 충진 후 골 하부에 기재층을 합착하는 단계; 상기 요철구조의 골 내부에 상변화물질을 충진하는 단계; 상기 상변화물질이 충진된 요철구조의 필름을 냉각장치를 이용해 상변화물질을 고체화시키는 단계 및 상기 상변화물질이 고체화된 상태에서 산 상부에 보호층을 합착하는 단계로 구성될 수 있는 상변화물질의 필름 충진 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 충진재는 상기 요철구조 필름의 형태유지와 내열, 방염 및 탄성의 특징이 있는 물질인 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 기재층은 상기 요철구조의 필름의 구조적인 지지대역할을 할 수 있는 합성수지필름류, 금속류, 금속합금류, 석재류 또는 목재류 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법 을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 상변화물질은 유기화합물 계열, 무기화합물 계열 또는 공융화합물 계열 중 어느 하나로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 필름층은 PE계열, PU계열, PP계열 및 PS계열의 필름 중 적어도 하나가 사용되거나 또는 그 중 적어도 하나 이상의 필름과 나일론필름이 2겹이상 합지되어 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 보호층은 복수의 층으로 구성되며, 상기 상변화물질이 외부 이탈 방지 기능의 보호필름층 및 열전도가 뛰어난 금속물질로 구성되는 전도층이 적층된 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 보호필름층은 PE계열, PU계열, PP계열 및 PS계열의 필름 중 적어도 하나가 사용되거나 또는 그 중 하나 이상의 필름과 나일론필름이 2겹이상 합지되고, 상기 필름층에 고주파 또는 열융착 공정을 이용하여 접착시키는 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조될 수 있는 상변화물질이 충진된 필름을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 상변화물질이 충진된 필름은 건축용 자재, 냉장고용 판넬, 냉동탑차 단열충진재, 난방용 판넬, 항온 용기, 쿨링 제품(Cooling goods) 또는 기능성 섬유제품등 잠열을 이용한 모든 제품을 만드는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 필름을 제공한다.
본 발명은 상변화물질 충진과정에서 평면필름을 요철구조로 성형을 한 후, 상면 골부분에 상변화물질을 충진하고 냉각장치를 이용하여 액체상태의 상변화물질을 신속하고 저렴하게 고체상태로 변환과정을 통해 상변화물질이 공정 중 유출 방지와 고주파 또는 열융착 작업을 원활하게 하는 간편한 충진기술을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 충진필름의 요철구조에 따른 구조적 취약성을 골부분에 충진재를 채워 예방하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 충진필름 산 부분에 필름보호층 및 전도층이 적층된 보호층을 합착하여 충진된 상변화물질의 외부환경에 노출을 방지 및 외부열전도가 상변화물질로 이동이 용이한 특징을 갖는다.
도 1은 상변화물질을 필름에 충진하는 방법에 관한 순서도를 나타낸다.
도 2a, 2b는 필름을 가공하여 다양한 형태의 요철구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 필름 도 1의 충진 방법으로 완성된 상변화물질이 충진된 필름의 단면도를 나타낸다.
도 2a, 2b는 필름을 가공하여 다양한 형태의 요철구조를 나타내는 사시도이다.
도 3은 필름 도 1의 충진 방법으로 완성된 상변화물질이 충진된 필름의 단면도를 나타낸다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 상변화물질을 필름에 충진하는 방법에 관한 것으로, 도1을 보면 일정한 두께의 평면 필름을 준비하는 단계(S1); 상기 평면 필름을 가공하여 복수의 산과 골로 특징되는 요철구조를 만드는 단계(S2); 상기 요철구조 산 내부에 충진재를 충진하는 단계(S3); 상기 충진재를 충진후 골 하부에 기재층을 합착하는 단계(S4); 상기 요철구조의 골 내부 상변화물질을 충진하는 단계(S5); 상기 상변화물질이 충진된 요철구조의 필름을 냉각장치를 이용해 상변화물질을 고체화시키는 단계(S6) 및 상기 상변화물질이 고체화된 상태에서 산 상부에 보호층을 합착하는 단계(S7)로 구성될 수 있는 상변화물질의 필름 충진 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
첫째, 평면필름을 만드는 단계(S1)에서 필름의 종류는 고주파나 열을 가해서 융착이 가능한 열가소성 수지소재로 상기 필름층은 PE계열, PU계열, PP계열 및 PS계열의 필름 중 적어도 어느 하나 이상이 사용되거나 또는 그 중 적어도 어느 하나 이상의 필름과 나일론필름이 2겹이상 합지되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
PE계열수지의 특징은 성형이 쉽고 강도와 내약품성, 내침투성, 전기절연 등이 우수하고 다른 수지에 비해 값이 저렴한 특징이 있다.
일반적으로 밀도와 분자구조에 따라 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등으로 구별할 수 있다.
상기 PE계열수지로만 구성된 필름은 인장강도, 내열성, 충격강도에 약할 수 있으므로 이를 보완할 수 있는 나이론(Nylon)수지를 여러 겹 합지해서 사용할 수 있다.
둘째, 상기 평면 필름(110)을 가공하여 복수의 산과 골로 특징되는 요철구조를 만든다(S2). 상기 평면필름을 요철구조로 만드는 방법은 복수의 엠보싱형상을 갖는 성형틀을 이용하여 상기 필름(110) 상부면과 하부면에 압력과 열을 가하여 성형하는 방법이 있다. PE계열수지로 구성된 평면필름은 일반적으로 성형이 용이하게 이루어진다.
도 2a,2b는 가공된 필름의 예를 보여주는 사시도이다. 요철형상이 도2a는 원형에 가깝고 도2b는 사각기둥모양에 가까운 사시도이다. 요철모양은 어떤 형태도 가능하며 그 제한은 없다. 충진재(150)와 상변화물질(120)이 요철부위의 산내부(111a)와 골내부(112a)위에 함유될 수 있는 공간만 확보되면 된다.
상기 요철구조의 골 깊이(d)는 3~30mm인 것을 특징으로 한다. 골 깊이(d)는 골 내부에 상변화물질(120) 충진하는 양에 따라 다양하다.
셋째, 상기 요철구조의 골 내부(112a)의 빈공간에는 충진재(150)를 이용하여 충진한다(S3). 요철구조로 가공된 필름의 경우 산 내부(111a)를 빈공간 상태로 유지하면 상변화물질(120)을 충진한 필름(110)을 보관하거나 사용할 때 외부의 압력이나 충격에 취약한 구조가 될 수 있다. 특히 골 내부(112a)에 충진된 상변화물질이 액체상태로 존재할 경우 외부충격에 의해 필름층이 파손될 수 있기 때문에 충격을 완화하기 위해 충진재(150)를 산 내부(111a)에 충진할 필요가 있다.
상기 충진재(150)로써 특성은 요철구조 필름의 형태유지를 위한 내충격성이 있어야하고 사용용도에 따라 내열성, 방염성 등의 특징이 있는 물질을 사용할 수 있다.
상기 충진재(150)로 합성수지는 발포 폴리스티렌이나 천연물질인 코르크재질을 사용할 수 있다. 다만, 발포 폴리프로필렌자체는 열에 약하므로 방염처리가 필요하다. 대신에 코르크재질은 나무겉껍질과 속껍질 사이의 두꺼운 껍질층을 말하며 가볍고 탄성력이 있으며 열에 쉽게 연소되지 않은 특징이 있어 충진재로 많이 사용한다.
넷째, 상기 요철부위 산 내부(111a)에 기재층(140)을 합착한다(S4). 기재층은 상기 충진재(150)가 외부로 이탈을 방지하기 위한 목적이며, 뿐만 아니라 충진재(150)와 함께 요철구조 필름의 구조적인 지지대역할을 한다. 합성수지필름, 금속판류, 금속합금판류, 석재류 또는 목재류 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
다섯째, 상기 요철부위의 골내부(112a)에 상변화물질을 충진한다(S5).
본 발명에서 상변화물질의 제한은 없다. 따라서, 유기화합물 계열, 무기화합물 계열 또는 공융화합물 계열 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 다만, 상변화물질(120) 특성을 갖추어야 한다.
즉, 열역학적으로 ① 요구되는 운전 온도 범위에서의 녹는점, ② 높은 단위체적당 융해잠열 (즉, 주어진 양의 에너지 저장 요구체적 감량), ③ 고상 및 액상에서의 높은 열전도도, ④ 축열 시스템에서의 에너지 흡수 및 방출, ⑤ 상 변화시 작은 체적변화 및 운전 온도에서의 작은 증기압이 요구된다. 또한, 화학적으로 ① 가역적인 응결 및 융해 싸이클, ② 수차례의 응결 및 융해 싸이클 후의 일정한 품질 유지, ③ 건축 자재에 대한 비부식성 및 ④ 비독성, 비인화성 및 비폭발성 물질이면 제한을 두지 않는다.
여섯째, 상기 골 내부(112a)로 충진된 상변화물질(120)을 냉각장치를 사용해서 고체화시킨다(S5). 요철구조의 골내부에 액체상태의 상변화물질을 충진시키고 상변화물질이 필름 골(112) 부분에서 외부로 유출되는 것을 막기 위해 요철구조 필름의 산(111) 상부를 덮을 수 있게 보호층을 접착시키는 공정을 거친다. 이때 액체특성상 공정 중에 진동이나 충격으로 상변화물질(120)이 외부로 유출될 수 있기 때문이다.
용도에 따라 다양한 상변화물질(120)을 사용할 수 있어 유출된 상변화물질(120)이 환경오염이나 인체에 해가 될 수 있으며 이를 방지하기 위해서는 공정상 비용, 시간 등에서 어려움이 생길 수 있다.
따라서 본 발명은 액상으로 상변화물질(120)을 요철구조의 골(112) 부분에 충진한 후 바로 냉동장치를 이용하여 상기 상변화물질(120)을 응고시키면 고체화된 물질의 특성상 유동성이 줄어들어 외부 유출의 가능성이 현저하게 줄어든다.
마직막으로, 상기 상변화물질(120)이 고체화된 상태에서 산(111) 상부에 보호층(130)을 합착한다(S7). 본 발명의 보호층(130)은 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 상변화물질(120)이 외부 이탈 방지 기능의 보호필름(131)층 및 열전도가 뛰어난 금속물질로 구성되는 전도층(133)이 적층된 것을 특징으로 한다.
요철구조를 이루는 필름(110) 및 상기 보호필름층(131)은 같은 물질을 사용하거나 동일한 물질을 사용하는 것이 유리하다. 즉, PE계열, PU계열, PP계열 및 PS계열의 필름 중 적어도 하나가 사용되거나 또는 그 중 하나 이상의 필름과 나일론필름이 2겹이상 합지하여 사용할 수 있다.
상기 보호필름층(131)은 상기 요철구조 필름(110)층 산(111) 상부에 고주파 또는 열융착 공정을 이용하여 접착시킨다. 필름의 성분이 열가소성 성분이므로 고체상태에서 열을 가하여 용융된 상태에서 압력을 가하면 두 개의 필름층이 쉽게 합착이 되며 상온에서 고체로 굳히면 별도의 접착제를 사용할 필요없이 단단하게 결합이 된다.
고주파를 이용하는 경우는 음파의 진동을 이용하여 프라스틱을 접착하는 방법으로 50/60Hz의 전원을 발진기(GEMERATOR)를 통하여 15KHz~20KHz(1sec)의 전기적인 에너지를 콘버터와 부스터를 통해 기계적인 진동에너지로 변환된 후 공구혼을 통하여 가공물에 전달되면 순간적으로 강력한 진동에 의한 마찰열을 발생시켜 가공물의 접합면이 용해 접착되어 분자적결합이 이루어진다
상기 접착된 보호필름층(131) 다른 면에는 외부의 열이 상변화물질(120)로 전도가 용이하게 하도록 전도층(133)으로 구성될 수 있다. 전도층(133)에 사용될 수 있는 금속물질은 알루미늄 합금 또는 구리합금 중 어느 하나로 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다. 금속의 열전도율(W/m.℃X102)은 은(Ag) 4.12, 구리(Cu) 3.17, 알루미늄(Al) 1.95, 크롬(Cr) 0.96, 니켈(Ni) 0.84, 철(Fe) 0.79 정도 된다.
따라서 비용과 전도성을 고려할 때 구리와 알루미늄을 주원료로 다른 금속을 합금으로 사용하는 것이 타당하다. 상변화물질(120)의 사용용도에 따라 전도층(133)을 사용할 수도 있고 보호필름층(131)만 사용할 수도 있다. 예를 들면, 건축용자재, 냉장고용 판넬, 냉동탑차 등에 사용될 경우 함께 사용하는 자재를 고려할 때 외부 충격 보호를 위해서 어느 정도 강도가 있는 상기 전도성이 좋은 고분자 필름을 사용할 수 있고 쿨링(Cooling goods)에 사용할 경우는 상변화물질이 충진된 상태의 필름만 사용할 수 있다.
도3은 상기 방법으로 완성된 상변화물질이 충진된 필름(100)의 단면도를 나타낸다. 필름은 요철구조로 가공이 되며 골내부(112a)에는 상변화물질(120)이 충진되고 충진된 상변화물질(120)을 환경오염이나 인체의 유해를 차단하기 위한 보호층(130)으로 산(111) 부분과 접착을 한다. 필름(110)의 성분과 유사한 보호필름(131)과 고주파 또는 열융착방법으로 접착을 하고 사용처에 따라 보호필름 외부면에 전도가 용이한 전도층(133)을 사용할 수도 있다.
뿐만 아니라, 요철필름(110)의 산 내부(111a)에는 충진재(150)을 함입하여 상변화물질(120)이 충진된 필름의 외부영향에 의한 구조적 취약성을 완화시킨다. 또한, 상기 충진재(150)이 산 내부(111a)에 밀착되어 이탈하지 않도록 기재층을 골(112)부분에 접착시킨다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100: 상변화물질이 충진된 필름 110: 필름 111: 산 111a: 산 내부 112: 골 112a: 골 내부 120: 상변화물질 130: 보호층 131: 보호필름층 133: 전도층 140: 기재층 150: 충진재 d: 골 깊이
Claims (9)
- 필름 충진 방법에 있어서,
일정한 두께의 폴리에틸렌수지 필름 또는 폴리프로필렌 필름 중 어느 하나에 나일론수지 필름이 합지된 평면 필름을 준비하는 단계;
상기 평면 필름을 가공하여 복수의 산과 골로 특징되는 요철구조를 만드는 단계;
상기 요철구조 산 내부에 코르크로 구성된 충진재를 충진하는 단계;
상기 충진재를 충진 후 골 하부에 금속판류, 금속합금판류, 석재류 또는 목재류 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있는 기재층을 합착하는 단계;
상기 요철구조의 골 내부에 상변화물질을 충진하는 단계;
상기 상변화물질이 충진된 요철구조의 필름을 냉각장치를 이용해 상변화물질을 고체화시키는 단계 및
상기 상변화물질이 고체화된 상태에서 산 상부에 보호층을 합착하는 단계로 구성될 수 있되,
상기 보호층은 복수의 층으로 구성되며, 상기 상변화물질이 외부 이탈 방지 기능의 보호필름층 및 열전도가 뛰어난 알루미늄 합금 또는 구리합금 중 어느 하나의 금속물질로 구성되는 전도층이 적층되고
상기 보호필름층은 폴리에틸렌수지 필름 또는 폴리프로필렌 필름 중 어느 하나에 나일론수지 필름이 합지된 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 상변화물질은 유기화합물 계열, 무기화합물 계열 또는 공융화합물 계열 중 어느 하나로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 상변화물질의 필름 충진 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 의해 제조될 수 있는 상변화물질이 충진된 필름.
- 제8항에 있어서,
상기 상변화물질이 충진된 필름은 건축용 자재, 냉장고용 판넬, 냉동탑차 단열충진재, 난방용 판넬, 항온 용기, 쿨링 제품(Cooling goods) 및 기능성 섬유제품에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 상변화물질이 충진된 필름.
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