KR101618352B1 - Heat resistant thermal storage materials using paraffin phase change materials and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파라핀계 상변화 물질을 이용한 열전도성이 우수한 내열성 축열재 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heat-resistant heat storage material having excellent thermal conductivity using a paraffinic phase-change material and a method for producing the same.
더욱 상세하게는 파라핀계 상변화 물질(phase change material: PCM)이 제올라이트(Zeolite),퍼라이트(Perlite) 또는 흑연(graphite)로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 다공성 입자의 세공경(pore)에 충진되고, 상기 상변화물질이 충진된 다공성 입자의 외부 표면이 실리카 고화재, 시멘트, 규사, 석고 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 코팅재로 코팅된 것을 특징으로 하는 내열성 축열재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a process for the preparation of a paraffinic phase change material (PCM), which comprises filling a pore of at least one porous particle selected from the group consisting of zeolite, perlite or graphite And the outer surface of the porous particle filled with the phase change material is coated with at least one coating material selected from the group consisting of silica, alumina, cement, silica, gypsum or loess, and a method for manufacturing the same .
또한, 상기 내열성 축열재와 목분, 코르크 분말 또는 목질계 섬유를 혼합하여 제조되는 방음 및 제습효과를 가지는 내열성 축열재 조성물에 대한 것이다.The present invention also relates to a heat-resistant heat storage material composition having a soundproofing and dehumidifying effect, which is produced by mixing the heat-resistant heat storage material with wood powder, cork powder or wood-based fibers.
또한, 상기 내열성 축열재와 아스팔트, 시멘트, 골재, 규사, 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 토목 또는 건축의 내외장재로 사용되는 포장재;를 포함하여 제조되는 축열성능을 가지는 결빙방지용 모르타르에 대한 것이다.Also, the present invention relates to a mortar for anti-freezing which has a heat storage performance and is manufactured by including the heat-resistant heat storage material and a casing used as an interior and exterior material of at least one civil engineering or construction selected from the group consisting of asphalt, cement, aggregate, silica sand or loess will be.
또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 또는 내열성 축열재와 파라핀계 상변화 물질의 혼합물을 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐 후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재에 관한 것이다.The present invention also relates to a temperature control material for heating and cooling a building, comprising a heat-resistant heat storage material or a mixture of a heat-resistant heat storage material and a paraffinic phase change material in a polyolefin-based resin pack and installed in an underground water storage tank or a ground- will be.
축열 시스템을 통한 열에너지의 효율적인 저장 및 활용 기술은 다양한 범위에 걸쳐 연구되어 왔다. 축열 시스템은 열에너지의 저장을 통하여 과잉 열원의 회수, 에너지의 공급과 수요의 시간적 불일치를 해소하기 위한 열원의 안정적 확보와 공급을 목적으로 하며, 다양한 방법으로 적용될 수 있고 관련 분야에서 상업적인 목적으로도 널리 응용된다.Techniques for efficient storage and utilization of heat energy through heat storage systems have been studied over a wide range. The heat storage system is aimed at securing and supplying the heat source in order to recover the excessive heat source through the storage of the heat energy, the supply of the energy and the temporal disparity of the demand, and it can be applied in various ways, Is applied.
잠열축열방식은 현열축열방식에 비해 월등히 많은 에너지를 저장할 수 있고 잠열 장치의 상변화물질(phase change material: PCM)은 단위부피, 단위무게당 열에너지의 저장용량이 커서 현열 장치보다 부피나 무게를 크게 줄일 수 있다는 장점이 있기 때문에 최근에는 현열보다는 상변화물질의 잠열을 이용해 고밀도 에너지 저장과 에너지 효율을 높이기 위한 신기술의 개발에 중점을 두고 있다.The latent heat storage method can store much more energy than the sensible heat storage method. The phase change material (PCM) of the latent heat storage device has a larger storage capacity of heat energy per unit volume and unit weight, It is focusing on the development of new technologies to increase the energy efficiency and storage of high-density energy by using the latent heat of the phase change material rather than the sensible heat.
상변화물질(PCM)의 재료로서 가장 널리 사용되고 있는 물질은 염, 염수화물 또는 이들의 혼합물, 파라핀등의 유기화합물이 쓰이고 있고, 크게 유기물과 무기물로 나눠지며 유기물은 대체적으로 밀도가 낮고 잠열량은 작으나 무기물 PCM에 비해서 부식성이 작고 부피팽창이 작다. 무기물은 반대로 밀도가 크고 잠열량도 크나 부식성이 크고 부피팽창이 커서 패키징이 어렵다는 단점이 있다.The most widely used materials for phase change materials (PCM) are salts, brine or mixtures thereof, and organic compounds such as paraffin. They are largely divided into organic and inorganic materials. Organic materials are generally low in density, Small, but less corrosive and less volumetric expansion than inorganic PCM. On the contrary, the inorganic material has a large density and a large amount of latent heat, but it has a disadvantage that it is difficult to be packed because of high corrosivity and large volume expansion.
축방열 시스템을 위해서 가져야 할 PCM의 조건은 적합한 상변화 온도, 높은 잠열밀도와 열전달율, 상평형 용이, 낮은 기체압력, 작은 부피팽창률, 고밀도, 과냉각 현상이 없고 높은 결정성장률, 화학적 안정성, 적은 부식성, 물질구입이 쉽고 저렴 해야한다.The conditions of the PCM to be provided for the axial heat dissipation system are as follows: suitable phase change temperature, high latent heat density and heat transfer rate, easy phase equilibrium, low gas pressure, small volume expansion rate, high density, no supercooling phenomenon, high crystal growth rate, Material purchases should be easy and affordable.
상기 조건들을 만족하며 단가가 매우 낮은 파라핀계 상변화물질이 현재 잠열 축열재로 많이 쓰이고 있으나 용융점 이상에서 파라핀이 유출하기 때문에 캡슐화 시켜서 사용하고 있다. 종래의 상 변화 물질의 캡슐화 기술은 멜라민이나 포름알데히드 수지로 마이크로 캡슐화 하는 방법인바, 이 방법은 공정이 복잡하여 제조원가를 상승시키기 때문에 실용화 되지 못하고 있고 고분자 수지의 캡술로 되어 있어 화재의 위험성에 노출되어 있고 내열성이 낮은 관계로 용도가 제한되어 있다 Paraffinic phase change materials which satisfy the above conditions and have a very low unit cost are currently used as latent heat storage materials but they are encapsulated because paraffin is spilled out at the melting point or higher. Conventional encapsulation technology of phase change materials is a method of microencapsulating with melamine or formaldehyde resin. However, this method is not practical because it is complicated due to its complicated process, and it is used as a capsule of polymer resin and exposed to the risk of fire And the application is limited due to low heat resistance
또한, 이러한 파라핀계 상변화물질은 마이크로캡슐과 겔 상태 제품이 있으며 마이크로캡슐 제품에도 건조된 제품과 수용액 제품이 있으나 보편적으로 열전도성이 낮아 외기의 온도변화에 대하여 충분한 축열성능을 발휘하지 못하고 있는 실정이다 These paraffinic phase change materials are microcapsules and gel-like products, and microcapsule products have dried products and aqueous solutions. However, since they have low thermal conductivity in general, they fail to exhibit sufficient heat storage performance against changes in ambient temperature. to be
이러한 파라핀계 상변화물질을 이용한 축열재에 대한 종래 기술인 한국 공개특허공보 KR2007-0029311A은 난방 및 보온에 이용할 수 있는 다공성 잠열 축열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 파라핀계의 상 변화 물질을 열저장과 열공급 매체로 사용할 수 있게 하기 위해서 다공성 점토 또는 펄라이트(Perlite)에 함침시켜서 제조하는 것으로 잠열 축열재는 유동성이 있는 파라핀을 다공성 점토 또는 펄라이트에 함침시킨 것이므로 파라핀의 유출을 방지할수 있고 열저장 매체로의 효율을 높일 수 있는 기술이라고 기재되어 있다. 그러나 상기 공개공보에 기재된 잠열 축열재는 실질적으로 파라핀 상변화물질의 유출을 방지할 수 있는 기술적 수단은 제시하지 못하고 있는 기술에 불과하다.Korean Patent Publication No. KR2007-0029311A discloses a porous latent heat storage material that can be used for heating and keeping warm, and a method for producing the same, and more particularly, to a method for producing a paraffinic phase change material, And is impregnated with porous clay or perlite in order to be used as a heat supply medium. Since the latent heat storage material is impregnated with porous clay or pearlite with fluidity, paraffin can be prevented from flowing out, Which is a technology capable of increasing the efficiency. However, the latent heat storage material disclosed in the above publication is merely a technique which can not substantially provide a technical means for preventing the outflow of the paraffin phase change material.
또한, 한국 등록특허공보 KR1090526B1은 상변화 물질을 포함하는 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 시멘트, 모래, 물 및 파라핀계 상변화 물질을 포함하고, 상기 상변화물질은 전체 모르타르 조성물 중 시멘트 중량 기준 3-35 중량%이고, 녹는점이 23-32 ℃인 것을 특징으로 하고, 이러한 상변화 물질을 포함하는 모르타르 조성물의 냉온 축열성능을 이용하여 건축물에 적용할 경우에 냉·난방기 효율적 작동에 따라 이산화탄소 저감 및 에너지 저감을 도모할 수 있다고 기재되어 있으나 , 상기 특허 역시 파라핀 상변화물질의 유출을 방지할 수 있는 기술적 수단은 제시하지 못하고 상변화물질을 모르타르에 적용하는 데 불과한 기술이 기재되어 있다.
Also, Korean Patent Publication No. KR1090526B1 relates to a mortar composition containing a phase change material, which comprises cement, sand, water and paraffinic phase change material, wherein the phase change material is present in an amount of 3-35 And a melting point of 23-32 ° C. When a mortar composition containing such a phase change material is applied to a building using the cold storage property of the mortar composition, it is possible to reduce carbon dioxide and reduce energy However, the above-mentioned patent also does not disclose a technical means for preventing the outflow of the paraffin phase change material, and describes only a technique for applying the phase change material to the mortar.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 파악하여 도출된 것이며, 목적은 열전도도가 우수하고 내열성을 가지는 축열재 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 방음 및 제습효과를 가지는 내열성 축열재 조성물과 축열성능을 가지는 결빙방지용 모르타르를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재로 적용하고자 한다.The object of the present invention is to provide a heat storage material having excellent thermal conductivity and heat resistance and a method of manufacturing the same. It is also intended to provide a heat-resistant heat storage material composition having a soundproofing and dehumidifying effect and a frostproofing mortar having a heat storage performance. Further, the present invention is applied to a temperature control material for heating and cooling a building by being housed in a heat-resistant heat storage material polyolefin resin pack according to the present invention and installed in an underground water storage tank or a ground water storage tank of a building after being sealed.
또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 또는 내열성 축열재와 파라핀계 상변화물질의 혼합물을 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐 후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재로 적용하고자 한다.Further, a mixture of the heat-resistant heat storage material or the heat-resistant heat storage material and the paraffinic phase change material according to the present invention is contained in a polyolefin-based resin pack and installed in an underground water storage tank or a ground water storage tank of a building after sealing to be applied as a temperature control material for heating / I want to.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 파라핀계 상변화 물질의 가장 큰 단점인 다공성 입자에 충진된 파라핀계 상변화물질의 유출을 방지하여 내열성을 향상시키고, 흑연을 이용한 열전도성이 향상된 축열재를 제공하는 것이다. 이러한 내열성 및 열전도성이 우수한 축열재는 농사용 보온재, 건축용 냉난방재, 도로 및 토목용 포장재로 활용성을 높이고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a paraffinic phase-change material which prevents leakage of a paraffinic phase-change material packed in porous particles, which is the greatest disadvantage of the paraffinic phase-change material and improves heat resistance, . The heat storage materials having excellent heat resistance and thermal conductivity are intended to improve the usability of thermal insulation materials for farming, air conditioning and heating materials for construction, roads and civil engineering packaging materials.
또한, 본 발명은 내열성이 향상된 축열재에 추가적인 방음과 제습효과를 부여하여 이를 건축용 내장재로의 활용성을 높이고자 한다.Further, the present invention is intended to provide additional soundproofing and dehumidifying effect to the heat storage material having improved heat resistance, thereby enhancing its applicability to architectural interior materials.
또한, 본 발명은 이러한 내열성이 향상된 축열재를 아스팔트를 포함한 도로포장용 모르타르에 적용하여 동절기 도로의 결빙을 방지하는데 적용하고자 한다.In addition, the present invention is applied to prevent freezing of roads during the winter season by applying the heat storage material having improved heat resistance to road mortar containing asphalt.
또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 또는 내열성 축열재와 파라핀계 상변화물질의 혼합물을 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재로 적용하고자 한다.Further, a mixture of the heat-resistant heat storage material or the heat-resistant heat storage material and the paraffinic phase change material according to the present invention is contained in a polyolefin-based resin pack and installed in an underground water storage tank or a ground water storage tank of a building after sealing to be applied as a temperature control material for heating / I want to.
본 발명은 파라핀 상변화 물질의 유출을 방지하여 내열성을 향상시키고 열전도성을 향상시키기 위하여 파라핀계 상변화물질(PCM)이 제올라이트(Zeolite),퍼라이트(Perlite) 또는 흑연(graphite)로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 다공성 입자의 세공경(pore)에 충진되고, 상기 상변화물질이 충진된 다공성 입자의 외부 표면이 실리카 고화재, 시멘트, 규사, 석고 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 코팅재로 코팅된 것을 특징으로 하는 내열성 축열재를 제공한다.The present invention relates to a paraffinic phase change material (PCM), which is made of zeolite, perlite or graphite, in order to prevent the paraffin phase change material from flowing out and to improve heat resistance and improve thermal conductivity Wherein at least one coating material selected from the group consisting of silica fires, cement, silica sand, gypsum or loess is filled in the pore of at least one porous particle selected and the outer surface of the porous particle filled with the phase- The heat-resistant heat storage material according to claim 1,
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 흑연은 천연흑연(natural graphite), 팽창흑연(expanded graphite), 또는 박리된 흑연(expoliated graphite)으로 구성되는 군에서 선택된 하나 이상의 혼합물일 수 있다.또한,상기 파라핀계 상변화물질(PCM)의 상전이 온도영역은 3 내지 33 ℃일 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the graphite may be at least one selected from the group consisting of natural graphite, expanded graphite, or exfoliated graphite. The phase transition temperature range of the paraffinic phase change material (PCM) may be from 3 to 33 캜.
본 발명에 사용되는 다공성 물질 중 하나로 사용되는 제올라이트는 알칼리토류 금속을 함유하는 함수 알루미늄 규산염 광물의 일종으로 사면체가 입체망상으로 결합하고 있는 구조로 중앙부에 큰 틈이 존재하는 것이 특징이다. The zeolite used as one of the porous materials used in the present invention is a kind of hydrated aluminum silicate mineral containing an alkaline earth metal and has a structure in which a tetrahedron is bonded in a cubic network, and a large gap exists at the center.
이러한 제올라이트를 다공성 제올라이트 파우더로 제조하는 방법으로는 산화물(예를 들어,CuO, Al2O3, ZnO, MoO3, TiO3 등)을 출발물질로 하여 제조되며 산화물의 산소를 환원시켜 산화물에서 산소가 차지하던 공간을 빈 공간으로 바꾸어 다공성으로 제조된다. 여기서, 수소는 산소를 환원시키는 동시에 산화물을 작은 입도(나노 입도)로 분쇄하도록 일정 압력으로 분사된다.
Examples of a method for preparing such a zeolite as a porous zeolite powder include a method in which an oxide (for example, CuO, Al2O3, ZnO, MoO3, TiO3 and the like) is prepared as a starting material and oxygen of the oxide is reduced, It is made porous by changing to empty space. Here, hydrogen is injected at a constant pressure so as to reduce oxygen and to crush the oxide to a small particle size (nano particle size).
다공성 제올라이트는 구조상 다음과 같은 몇 가지 특성이 있다.The porous zeolite has several characteristics in terms of structure.
1) Zeolite는 그 결정구조 내에 있는 양이온의 작용에 의해 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착하는 성질을 갖는다.1) Zeolite has a property of strongly adsorbing unsaturated hydrocarbons or polar substances by the action of cations in the crystal structure.
2) 분자체 효과를 갖는다. Zeolite는 일정한 크기의 세공경(細孔經)을 갖고 있기 때문에 이것보다 작은 분자를 선택적으로 통과시켜 파라핀 (paraffin)을 흡착한다. 2) It has a molecular sieve effect. Since zeolite has a certain size of pores, it passes selectively through smaller molecules and adsorbs paraffin.
3) 이온교환성을 갖는다. Zeolite는 결정구조 내에 교환가능한 양이온을 함유하고 있기 때문에 용이하게 다른 양이온과 자유롭게 교환된다. 3) It has ion exchangeability. Since zeolite contains exchangeable cations in the crystal structure, it is easily exchanged freely with other cations.
이 제올라이트의 성질을 이용하여 파라핀 상변화 물질의 충진이 가능하고, 충진 후 열전도성의 향상을 위하여 팽창흑연 등으로 피복이 가능하고, 다공성 제올라이트는 평균입경(average particle diameter)이 10nm~250μm의 크기로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다.
It is possible to fill the paraffin phase change material by using the property of the zeolite and to cover with the expansion graphite for improving the thermal conductivity after filling and the porous zeolite has an average particle diameter of 10 nm to 250 μm It is preferable to use it by pulverization.
본 발명에 사용되는 다공성 물질 중 하나로 사용되는 퍼라이트는 제올라이트 유사한 성분을 갖고 있으나 제올라이트 보다 수분흡수력이 강하고 단열 성능이 우수하다는 장점을 보유하고 있다. 특히 퍼라이트는 900 내지 1,100 ℃ 이상의 고온에서 급속가열 팽창시킨 무기소재로 그 결정구조 내에 있는 양이온의 작용에 의해 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착하는 성질을 갖는 특성과 일정한 크기의 세공경(細孔經)을 갖고 있기 때문에 이러한 특성을 이용하여 파라핀 상변화 물질이 세공경에 충진이 가능하다.
The perlite used as one of the porous materials used in the present invention has a similar component to zeolite, but has the advantage that it has stronger water absorption ability than zeolite and excellent heat insulation performance. In particular, perlite is an inorganic material that is rapidly heated and expanded at a high temperature of 900 to 1,100 ° C or higher, and has characteristics of selectively adsorbing unsaturated hydrocarbons or polar substances by the action of cations in its crystal structure, Pore structure). Therefore, the paraffin-phase change material can be filled into the pores using these characteristics.
흑연(Graphite)은 파라핀계 상변화 물질의 충진을 위하여는 입자크기를 줄이고 세공경 크게하는 것이 필요하다. 따라서 팽창흑연(expanded graphite)를 사용하는 것이 바람직하나, 천연흑연(natural graphite), 팽창흑연(expanded graphite), 또는 박리된 흑연(expoliated graphite)으로 구성되는 군에서 선택된 하나 이상의 혼합물의 사용 또한 가능하다.
In order to fill the paraffin-based phase change material, it is necessary to reduce the particle size and increase the pore size of the graphite. Thus, although it is preferred to use expanded graphite, it is also possible to use one or more mixtures selected from the group consisting of natural graphite, expanded graphite, or expoliated graphite .
팽창흑연(expanded graphite)은 결정질 흑연을 크롬산 및 묽은 황산 용액에 의해 산화되고, 빨리 가열하면 물이 흑연의 층 사이에 집적되어, 초기 부피의 100∼700%로 팽창하므로 팽창흑연(expanded graphite)이라고 한다. 한계 체적비는 7,500% 정도이다. Expanded graphite is oxidized by chromic acid and dilute sulfuric acid solution, and when heated rapidly, water is accumulated between the layers of graphite and expands to 100 to 700% of the initial volume, so expanded graphite is called expanded graphite. do. The limit volume ratio is about 7,500%.
흑연을 마이크로웨이브를 이용한 폭쇄처리 과정을 통해 높은 표면적비를 가진 나노판상형(Nanoplatelets)으로 제조한 제품과 폭쇄된 흑연(Graphite)을 햄머밀 (HammerMill Supersonication)등의 분쇄 과정으로 생산 박리된 흑연을 혼합하여 입자크기가 13nm 내지 120um 흑연에 파라핀을 충진시킨다 Graphite is produced by crushing process such as hammer mill supersonication and product manufactured by nanoplatelets with high surface area ratio and crushed graphite through crushing process using microwave. To fill paraffin with graphite having a particle size of 13 nm to 120 um
사용용도에 따라 천연흑연과 팽창흑연을 혼합하여 파라핀계 상변화 물질을 충진하여 사용이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 천연흑연은 평균입경(average particle diameter)이 60um 내지 250um의 흑연을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 다공성 입자로 흑연을 사용하는 경우의 축열재는 열전도성이 우수한 특성을 가진다.
Depending on the application, natural graphite and expanded graphite can be mixed and filled with paraffinic phase change material. The natural graphite used in one embodiment of the present invention preferably uses graphite having an average particle diameter of 60um to 250um. Particularly, when the graphite is used as the porous particles, the heat storage material has excellent thermal conductivity.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제올라이트 5 내지 35 중량부, 퍼라이트 5 내지 35 중량부 및 흑연 5 내지 30 중량부로 구성된 다공성 입자 100 중량부를 파라핀계 상변화 물질의 융점보다 10 내지 35℃ 높은 온도로 가열하여 혼합한 후 여기에 30-80℃로 가열된 파라핀계 상변화 물질 5 내지 80 중량부를 투입하여 1200 rpm의 회전속도의 혼합기에서 10분 내지 1시간 고속 혼합후, 1-10 kgf/cm3의 압력으로 가압함으로써 다공성 입자의 양이온의 작용 및 압력에 의하여 세공경에 파라핀계 상변화 물질의 충진이 가능하다.According to one embodiment of the present invention, 100 parts by weight of porous particles composed of 5 to 35 parts by weight of zeolite, 5 to 35 parts by weight of perlite and 5 to 30 parts by weight of graphite are mixed with 10 to 35 캜 higher than the melting point of the paraffinic phase- 5 to 80 parts by weight of a paraffinic phase-change material heated to 30-80 DEG C is added to the mixture, and the mixture is mixed at high speed for 10 minutes to 1 hour in a mixer at a rotation speed of 1200 rpm. By pressurizing with the pressure, it is possible to fill the pore size change material with the pore size by the action and the pressure of the cation of the porous particle.
이렇게 제조된 파라핀계 상변화 물질이 충진된 다공성 입자 100 중량부에 실리카고화재, 시멘트, 규사, 석고, 또는 황토등 사용용도에 맞는 코팅재를 중량부 5-40를 더 혼합하여 고속혼합기에서 다공성 입자의 외부 표면을 코팅함으로써 파라핀계 상변화 물질의 유출이 억제되어 내열성 및 열전도성이 우수한 축열재를 제조할 수 있다.A weight part 5-40 was added to 100 parts by weight of the porous particles filled with the paraffin-based phase change material thus prepared, and the coating material suitable for use such as silica, fire, cement, silica, gypsum, It is possible to manufacture a heat storage material having excellent heat resistance and thermal conductivity by inhibiting the outflow of the paraffinic phase change material.
여기서 실리카 고화재는 황토 성분인 알루미나 실리케이트와 칼슘옥사이드 등의 주요 성분으로 구성된 친환경 황토용 무기질 실리카고화재로서 화학성분은 SiO2 49.2%, Al2O3 18.1%, CaO 16.4%이 주성분이고 K2O, SO3, Fe2O3를 추가로 포함하고 있어 황토와 유사한 성분을 함유하고 있어, 항토와의 혼화성이 향상될 수 있어, 황토 포장, 황토 벽돌, 황토 내장재 등에 사용시 효과적이다.
In this study, silica-based fire-extinguishing is an eco-friendly inorganic silica fireproofing material composed of main components such as alumina silicate and calcium oxide, which are the loess components. The chemical constituents are 49.2% of SiO2, 18.1% of Al2O3 and 16.4% of CaO as main components and K2O, SO3, Fe2O3 And further contains a component similar to that of loess, which can improve the compatibility with the antistatic agent and is effective when used in the loess pavement, the loess brick, and the loess interior material.
본 발명의 내열성 축열재를 제조하는 방법은 다음의 단계를 통하여 제조될 수 있다.The method for producing the heat-resistant heat storage material of the present invention can be produced through the following steps.
제올라이트(Zeolite),퍼라이트(Perlite) 또는 흑연(graphite)로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 다공성 입자를 혼합기를 이용하여 파라핀계 상변화물질(PCM)의 융점보다 5 내지 35도 높은 온도로 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 가열된 다공성 입자를 파라핀계 상변화물질(PCM)에 투입하여 혼합기에서 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 혼합된 다공성 입자와 파라핀계 상변화물질(PCM)에 압력을 가하여 다공성 입자의 세공경에 파라핀계 상변화물질(PCM)을 충진하는 충진단계; 상기 충진단계를 거친 다공성 입자의 외부 표면을 실리카 고화재, 시멘트, 규사, 석고 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 코팅재로 코팅하는 단계;를 포함하여 내열성 축열재가 제조될 수 있다.At least one porous particle selected from the group consisting of zeolite, perlite or graphite is heated to a temperature of 5 to 35 degrees above the melting point of the paraffinic phase change material (PCM) using a mixer Heating step; Mixing the porous particles heated in the heating step into a paraffinic phase change material (PCM) and mixing the mixture in a mixer; A filling step of filling a pore size of the porous particles with a paraffinic phase change material (PCM) by applying pressure to the porous particles and the paraffinic phase change material (PCM) mixed in the mixing step; Coating the outer surface of the porous particles having undergone the filling step with at least one coating material selected from the group consisting of silica, alumina, cement, silica, gypsum or loess; and heat-resistant heat storage material.
본 발명의 제조방법에 사용되는 상기 파라핀계 상변화물질(PCM)의 상전이 온도영역은 3 내지 33 ℃일 수 있다. 또한, 상기 혼합단계는 혼합기의 분당 회전속도(rpm)가 1,000 내지 3,500일 수 있고, 상기 충진단계의 압력은 1 내지 10 kgf/cm3 일 수 있다.
The phase transition temperature range of the paraffinic phase change material (PCM) used in the production method of the present invention may be from 3 to 33 캜. Also, the mixing step may be performed such that the rotation speed per minute (rpm) of the mixer is 1,000 to 3,500, and the pressure of the filling step may be 1 to 10 kgf / cm < 3 >.
또한, 본 발명은 내열성이 향상된 축열재에 추가적인 방음과 제습효과를 부여하여 이를 건축용 내장재로의 활용성을 높이기 위하여, 파라핀계 상변화물질(PCM)이 제올라이트(Zeolite),퍼라이트(Perlite) 또는 흑연(graphite)로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 다공성 입자의 세공경(pore)에 충진되고, 상기 상변화물질이 충진된 다공성 입자의 외부 표면이 실리카 고화재, 시멘트, 규사, 석고 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 코팅재로 코팅된 내열성 축열재 100 중량부에 대하여, 목분, 코르크 분말 또는 목질계 섬유가 5 내지 40 중량부가 혼합될 수 있고 이러한 혼합조성물은 방음 및 제습효과를 가지게 된다.
The present invention also relates to a paraffin-based phase change material (PCM), which is a zeolite, a perlite or a graphite, in order to impart additional soundproofing and dehumidifying effect to a heat storage material having improved heat resistance, graphite, and the outer surface of the porous particle filled with the phase change material is composed of silica, alumina, cement, silica, gypsum or loamy soil. 5 to 40 parts by weight of wood powder, cork powder or lignocellulosic fiber may be mixed with 100 parts by weight of the heat-resistant heat storage material coated with at least one coating material selected from the group consisting of the above materials.
또한, 본 발명은 이러한 내열성이 향상된 축열재를 아스팔트를 포함한 도로포장용 모르타르에 적용하여 동절기 도로의 결빙을 방지하고자, 파라핀계 상변화물질(PCM)이 제올라이트(Zeolite),퍼라이트(Perlite) 또는 흑연(graphite)로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 다공성 입자의 세공경(pore)에 충진되고, 상기 상변화물질이 충진된 다공성 입자의 외부 표면이 실리카 고화재, 시멘트, 규사, 석고 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 코팅재로 코팅된 내열성 축열재;와 아스팔트, 시멘트, 골재, 규사, 또는 황토로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 토목 또는 건축의 내외장재로 사용되는 포장재;를 포함할 수 있다.The present invention also relates to a method for preventing the freezing of roads during winter season by applying the heat-resistant heat storage material to asphalt-containing pavement mortar, wherein the paraffinic phase change material (PCM) is zeolite, perlite or graphite graphite, and the outer surface of the porous particle filled with the phase-change material is composed of silica-alumina, cement, silica sand, gypsum or loess A heat-resistant storage material coated with at least one coating material selected from the group consisting of asphalt, cement, aggregate, silica sand, or loess; and a packaging material used as an interior and exterior material of at least one construction or building selected from the group consisting of ash.
본 발명의 결빙방지용 모르타르에 사용되는 상기 파라핀계 상변화물질(PCM)의 상전이 온도영역은 3 내지 33 ℃일 수 있다.
The phase transition temperature range of the paraffinic phase change material (PCM) used in the anti-freeze mortar of the present invention may be 3 to 33 캜.
또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 또는 내열성 축열재와 파라핀계 상변화 물질의 혼합물을 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재로 사용이 가능하다. Further, a mixture of the heat-resistant heat storage material or the heat-resistant heat storage material and the paraffinic phase change material according to the present invention is contained in a polyolefin-based resin pack and installed in an underground water storage tank or a ground water storage tank of a building after sealing to be used as a temperature control material for heating / This is possible.
본 발명의 건물의 난방용 온도조절재에 사용되는 상기 파라핀계 상변화물질(PCM)의 상전이 온도영역은 5 내지 30 ℃가 바람직하다. 보다 바람직하게 냉방용의 상전이 온도영역은 5-10℃이고, 난방형의 상전이 온도영역은 20-30℃이며, 폴리올리핀계 수지는 폴리에틸렌이 보다 바람직하다.The phase transition temperature range of the paraffinic phase change material (PCM) used in the temperature control material for heating of buildings of the present invention is preferably 5 to 30 ° C. More preferably, the phase transition temperature region for cooling is 5-10 占 폚, the heating transition phase temperature region is 20-30 占 폚, and the polyolin type resin is polyethylene.
건물 냉난방용 온도조절재는 퍼라이트에 파라핀이 충진된 축열재 단독으로 사용도 가능하고, 겔 또는 액체 상태의 파라핀계 상변화 물질과 혼합하여 사용할 수도 있다.The temperature control material for building heating and cooling can be used alone or in combination with a paraffinic phase change material in gel or liquid state.
본 발명에 따른 내열성 축열재는 파라핀계 상변화물질의 유출을 방지하여 내열성을 향상시키고, 흑연 포함하여 열전도성이 우수한 축열재이며, 이러한 내열성 및 열전도성이 우수한 축열재는 농사용 보온재, 건축용 냉난방재, 도로 및 토목용 포장재로 활용성을 높다The heat storage material according to the present invention is a heat storage material that prevents the paraffinic phase change material from flowing out and improves heat resistance and is excellent in thermal conductivity including graphite. The heat storage material having excellent heat resistance and thermal conductivity is widely used as agricultural thermal insulation material, And civil engineering packaging materials.
또한, 추가적으로 구성되는 목분, 코르크 분말 또는 목질계 섬유에 의하여 방음과 제습효과가 부여되어 건축용 내장재로의 활용성이 우수하여 냉난방기의 효과적 작동이 가능하여 이산화탄소 저감 및 에너지 저감을 기대할 수 있다.In addition, since soundproofing and dehumidifying effects are imparted by the additionally formed wood powder, cork powder or ligneous fiber, it is possible to effectively operate the air conditioner, thereby reducing carbon dioxide and reducing energy.
또한, 본 발명은 이러한 내열성이 향상된 축열재를 아스팔트를 포함한 도로포장용 모르타르에 적용한 경우에는 동절기 도로의 결빙을 방지하는데 우수한 효과가 있다.In addition, when the heat storage material having improved heat resistance is applied to mortar for road pavement containing asphalt, the present invention has an excellent effect of preventing icing on the road in the winter season.
또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재로 적용하여 냉난방 비용을 절감하는 우수한 효과가 있다.Further, the heat-resistant heat storage material according to the present invention is contained in a polyolefin-based resin pack, installed in an underground water storage tank or a ground water storage tank of a building after being hermetically sealed, and is applied as a temperature control material for heating and cooling a building.
또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 또는 내열성 축열재와 파라핀계 상변화 물질을 혼합하여 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐 후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재로 적용하여 냉난방 비용을 절감하는 우수한 효과가 있다.Further, the heat-resistant heat storage material or heat-resistant heat storage material according to the present invention is mixed with a paraffinic phase change material to be housed in a polyolefin-based resin pack and installed in an underground water storage tank or a ground water storage tank of a building after sealing to be applied as a temperature control material for heating / Thereby reducing the heating and cooling costs.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내열성 축열재를 제조하는 방법의 공정도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내열성 축열재와 파라핀계 상변화 물질의 혼합물을 폴리올레핀계 수지팩의 내부에 수용한 건물 냉난방용 온도조절 팩의 단면을 나타낸 것이다.1 is a process diagram of a method for manufacturing a heat-resistant heat storage material according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a temperature control pack for heating and cooling a building, in which a mixture of a heat-resistant heat storage material and a paraffinic phase change material according to an embodiment of the present invention is housed in a polyolefin-based resin pack.
이하, 본 발명을 실시예 등을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만 이러한 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and the like. However, these examples are intended to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
우선, 본 발명에 사용한 다공성 입자인 제올라이트에 파라핀계 상변화 물질을 충진하는 방법을 설명한다. 사용된 다공성 입자인 제올라이트는 비표면적이 300 내지 1,000 m2/g 이고, 평균 입경이 10 nm 내지 350 um인 다공성 제올라이트를 사용하는 것이 파라핀계 상변화 물질을 가열 가압하여 충진하는데 사용하였다. 더욱 바람직하게는 평균 입경이 50 nm 내지 150μm 인 것을 사용하여 파라핀을 충진하는 것이 효율성이 우수하다. First, a method of filling a zeolite, which is a porous particle used in the present invention, with a paraffinic phase change material will be described. The zeolite used as the porous particles used was a porous zeolite having a specific surface area of from 300 to 1,000 m < 2 > / g and an average particle diameter of from 10 nm to 350 [mu] m to heat and pressurize the paraffinic phase change material. More preferably, it is excellent in efficiency to fill paraffin with an average particle diameter of 50 nm to 150 μm.
충진에 사용하는 파라핀계 상변화 물질의 사용량은 제올라이트 입자 100 중량부에 대해서 바람직하게는 20 내지 100 중량부이고, 더욱 바람직하게는 30 내지 80 중량부이다.The amount of the paraffinic phase-change material used for filling is preferably 20 to 100 parts by weight, more preferably 30 to 80 parts by weight, based on 100 parts by weight of the zeolite particles.
파라핀계 상변화 물질의 사용량이 100 중량부 이상이면 제올라이트 입자의 세공경 및 표면에 축열재가 과하게 충진되어 뭉침이나 층분리가 발생하거나, 축열 과정에서 터짐 현상이 발생한다. 특히, 다공성 제올라이트 세공경의 체적비가 1,000% 미만에서는 상변화 물질인 파라핀의 융점이상에서 융해과정에서 체적팽창에 따라 파라핀 상변화 물질이 다공성 제올라이트와 분리가 될 수 있다 When the amount of the paraffinic phase-change material is 100 parts by weight or more, the pore size of the zeolite particles and the surface of the zeolite particles are excessively filled with the heat storage material, causing aggregation or layer separation, or bursting during heat storage. Particularly, when the volume ratio of the porous zeolite pore is less than 1,000%, the paraffin phase change material can be separated from the porous zeolite due to the volume expansion in the melting process at the melting point of the paraffin, which is the phase change material
특히, 상기 다공성 제올라이트는 고온에서 열처리를 하여 활성화(Activated) 상태의 제올라이트를 사용하는 것이 바람직한데, 다공성 제올라이트를 고온에서 열처리하면 잔류 수분이 감소하여 가열감량(Loss of Ignition)이 크게 감소하게 되고, 이러한 활성화 상태의 다공성 제올라이트를 사용하면 파라핀 상변화 물질을 흡수하는데 보다 유리하다. 이는 가열 상태에서는 다공성 제올라이트의 Na+, K+, Ca2+, Mg2+ 등의 양이온의 결합이 약하게 되므로 고속 혼합기 투입하기 전에 파라핀계 상변화 물질의 융점보다 높은 온도로 가열한 후 가열된 파라핀계 상변화 물질에 투입하여 가열온도 35 내지 120 ℃로 고속 혼합기에서 1,000 내지 3,500 rpm의 회전속도로 10분 내지 1시간 동안 혼합 하고, 1 내지 10 kgf/cm3의 압력을 가하여 충진을 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 가열온도 85 ℃에서 20분 동안 진행하는 것이 효율적이다.
Particularly, it is preferable that the porous zeolite is heat treated at a high temperature to use activated zeolite. When the porous zeolite is heat-treated at a high temperature, the residual moisture is reduced and the loss of ignition is greatly reduced, The use of such activated zeolites is more advantageous for absorbing paraffin phase change materials. This is because the binding of cations such as Na +, K +, Ca 2+ and Mg 2+ of the porous zeolite is weakened in the heated state. Therefore, it is heated to a temperature higher than the melting point of the paraffin type phase change material before the high- in the change material is mixed for 10 minutes to 1 hour at a rotation speed of 1,000 to 3,500 rpm in a high speed mixer at a heating temperature of 35 to 120 ℃, and applying a pressure of 1 to 10 kgf / cm 3 is preferred to the filling. More preferably, it is effective to proceed at a heating temperature of 85 DEG C for 20 minutes.
다음으로, 퍼라이트(pearlite)에 파라핀계 상변화 물질을 충진하는 방법을 설명한다. 가열온도, 압력 및 고속 혼합기의 회전력은 제올라이트의 충진방법과 유사하다.Next, a method of filling a pearlite with a paraffinic phase change material will be described. The heating temperature, the pressure, and the rotational force of the high-speed mixer are similar to those of zeolite.
퍼라이트는 진주암이나 송지암 흑요석 세립자를 871℃ 내지 1100℃ 온도로 가열해 급속가열 평창시킨 광물이다 비중이 입경이 5mm 이하에서는 0.08-0.60 정도이고 입경이 1mm 이하에서는 0.04-0.2 이하이다. 또한 전도율은 0.028-0.045w/mk 정도이다 한계 체적비는 8000% 정도의 값을 가진다.Perlite is a mineral which is rapidly heated and heated to a temperature of 871 ° C to 1100 ° C. It has a specific gravity of about 0.08-0.60 when the particle diameter is 5mm or less and 0.04-0.2 or less when the particle diameter is 1mm or less. The conductivity is about 0.028-0.045w / mk. The limit volume ratio is about 8000%.
퍼라이트는 팽창방법 및 조건에 의해 3가지로 나눌 수 있는데, 첫째는 일반적으로 많이 사용되는 열려진 기공(open pore)의 퍼라이트이고, 둘째는 일부 닫혀진 기공(closed pore)의 퍼라이트이며, 셋째는 비누의 거품방울과 같은 완전 밀폐기공을 가진 중공체(balloon)이다. 본 발명에 사용된 파라핀계 상변화 물질의 충진에 사용하는 퍼라이트는 일반적인 열려진 기공의 팽창 퍼라이트로, 평균입경(average particle diameter) 50 nm 내지 200μm 인 것을 사용하며, 팽창 퍼라이트는 비중이 0.04 ∼ 0.20 정도로 내부에 미세한 작은 기공과 균열된 면을 가지고 있다. Perlite can be divided into three types according to expansion method and conditions. Firstly, it is a commonly used open pore perlite, the second is a closed pore perlite, the third is a soap bubble It is a balloon with completely closed pores such as droplets. The perlite used for filling the paraffinic phase change material used in the present invention is a generally open pore expanded perlite having an average particle diameter of 50 nm to 200 μm and the expanded perlite has a specific gravity of about 0.04 to 0.20 It has fine pores and a cracked surface inside.
우선, 퍼라이트를 85℃로 가열하여 65 내지 75℃로 가열된 파라핀계 상변화 물질에 투입하면 비중이 큰 파라핀계 상변화 물질(비중 0.87 내지 0.91)이 혼합 가압기의 하부에 위치하나 가열하면서 20분간 1200 rpm으로 고속혼합을 하면 파라핀계 상변화 물질과 퍼라이트가 혼합되고 혼합 과정에서 5 kgf/cm3의 압력을 가하면 퍼라이트 세공경에 파라핀계 상변화 물질이 충진된다. First, a paraffin-based phase change material (specific gravity: 0.87 to 0.91) having a large specific gravity is placed at the bottom of the mixing presser by heating the pearlite to 85 DEG C and introducing it into the paraffinic phase change material heated to 65 to 75 DEG C, High speed mixing at 1200 rpm results in the mixing of paraffinic phase change material and perlite. When the pressure is applied at 5 kgf / cm 3 in the mixing process, paraffin phase change material is filled in the perlite pore.
퍼라이트 입자 5 내지 100 중량부에 대해서 파라핀계 상변화 물질은 20 내지 100 중량부를 사용하며, 보다 바람직하게는 80 중량부를 사용한다. 파라핀계 상변화 물질을 100 중량부 이상 사용하면 퍼라이트 입자의 세공경 및 표면에 축열재가 과하게 충진되어 뭉침이나 층분리가 일러난다. 또한 충진된 파라핀계 상변화 물질의 융점온도 이상에서 터짐이 발생한다.
The paraffinic phase change material is used in an amount of 20 to 100 parts by weight, more preferably 80 parts by weight, per 5 to 100 parts by weight of the perlite particles. When the paraffinic phase change material is used in an amount of 100 parts by weight or more, the pore size of the perlite particles and the surface thereof are excessively filled with the heat storage material, resulting in lumps and layer separation. Also, breakdown occurs above the melting point temperature of the filled paraffinic phase change material.
다음으로, 흑연소재를 이용한 파라핀계 상변화 물질의 충진에 대하여 설명한다. 제올라이트의 경우에는 양이온 교환에 의한 파라핀계 상변화 물질의 흡수성을 효과적인 충진에 이용할 수 있는 장점이 있고, 퍼라이트는 비중 대비 내열성 및 단열성을 가지는 점이 장점이나, 제올라이트와 퍼라이트는 열전도성이 매우 낮은 단점을 가지고 있어 축열재로 사용시 열전도성의 향상이 필수적으로 보완되어야 한다. 따라서 이를 보완하여 열전도성을 향상시킬 수 있는 소재를 흑연을 사용한다.Next, filling of the paraffinic phase change material using the graphite material will be described. In the case of zeolite, there is an advantage that the absorption of the paraffinic phase change material by the cation exchange can be utilized for effective filling, while the advantage of the pearlite is the heat resistance and the heat insulation against the specific gravity. However, the zeolite and the pearlite have a very low thermal conductivity It is essential to improve the thermal conductivity when used as a heat storage material. Therefore, graphite is used as a material that can improve the thermal conductivity by complementing it.
일반적인 천연흑연(Natural Graphite)의 입자는 평균 입경이 300 내지~500μm이고 세공경이 미세하기 때문에 파라핀계 상변화 물질을 효과적으로 충진하기 위해서는 크기를 줄이고 세공경을 크게하는 것이 필요하다. 이에 본 발명에서는 천연흑연을 질산과 황산 등을 이용하여 산처리를 거쳐 팽창 가능한 흑연(Expandable Graphite)을 만들고 마이크로웨이브를 이용한 폭쇄처리 과정을 통해 높은 표면적비를 가진 팽창흑연(expanded graphite)을 제조하여 사용하거나, 팽창흑연을 햄머밀(HammerMill Supersonication)등의 분쇄 과정을 이용하여 더욱 높은 표면적비를 가진 박리된 흑연(Exfoliated Graphite)으로 제조한 후 이들을 팽창흑연 70 중량부, 박리된 흑연 15 중량부, 천연흑연 15 중량부로 혼합하여 사용하였다.Since natural graphite particles have an average particle size of 300 to 500 μm and fine pore size, it is necessary to reduce the size and increase the pore size in order to effectively fill the paraffin-based phase change material. In the present invention, expandable graphite is formed by acid treatment of natural graphite with nitric acid and sulfuric acid, and expanded graphite having a high surface area ratio is produced through a crushing process using a microwave Or exfoliated graphite having a higher surface area ratio is pulverized by using a crushing process such as Hammer Mill Supersonication, and then they are mixed with 70 parts by weight of expanded graphite, 15 parts by weight of peeled graphite, And 15 parts by weight of natural graphite.
사용된 팽창흑연(Expanded Graphite)의 평균입경(average particle diameter)은 50nm 내지 250μm이고, 열전도율은 7.890w/mk으로 제올라이트나 퍼라이트보다는 월등히 높으나 순수흑연이나 박리돤 흑연보다는 낮은 편이다.The average particle diameter of the expanded graphite used is 50nm to 250μm and the thermal conductivity is 7.890w / mk, which is much higher than that of zeolite or perlite, but lower than that of pure graphite or exfoliated graphite.
흑연은 팽창흑연, 천연흑연 및 박리된 흑연을 중량부 70:15:15로 혼합한 흑연 100 중량부에 파라핀계 상변화 물질을 5 내지 80 중량부를 혼합하여 제조된 축열재의 열전도율은 6.26w/mk로, 파라핀계 상변화 물질의 자체의 열전도율(고체)인 0.35w/m.k 보다 매우 높은 열전도성을 나타냈다. 구체적인 충진조건은 제올라이트 입자를 사용한 파라핀계 상변화 물질의 충진과 동일하다.
Graphite is a mixture of 100 parts by weight of graphite obtained by mixing expanded graphite, natural graphite and exfoliated graphite in a ratio of 70:15:15 by weight, and 5 to 80 parts by weight of a paraffinic phase-change material is mixed to give a heat conductivity of 6.26 w / mk , The thermal conductivity of the paraffinic phase change material was much higher than 0.35 w / mk, which is its thermal conductivity (solid). The specific filling conditions are the same as the filling of the paraffinic phase change material using zeolite particles.
본 발명에 사용되는 파라핀계 상변화물질의 물성을 다음의 <표 1>에 기재하였다. 파라핀계 상변화물질은 분자식에 따라 융점, 융해열, 열전도율 등 물성의 범위가 다양하여 축열재의 사용부위, 용도 등 사용하는 목적에 따라 변경이 가능하다.The physical properties of the paraffinic phase-change material used in the present invention are shown in Table 1 below. Paraffinic phase change materials can be varied depending on the purpose of use, such as the use area of the heat storage material, the purpose of use, and the range of physical properties such as melting point, heat of fusion and thermal conductivity depending on the molecular formula.
(℃)Melting point
(° C)
(kJ/kg )Heat of fusion
(kJ / kg)
(w/mk)Thermal conductivity
(w / mk)
(x102kg/m3)density
(x10 2 kg / m 3)
(kJ/kg.k)specific heat
(kJ / kg.k)
(w/mk)Temperature conductivity
(w / mk)
이상에서는 각각의 다공성 입자의 세공경에 파라핀계 상변화 물질을 충진하는 방법에 대하여 설명하였다. 그러나, 내열성과 열전도성이 우수한 축열재의 제조에 있어서는 상변화 물질의 효과적인 충진이 가능한 제올라이트의 장점, 비중 대비 내열성 및 단열성을 가지는 퍼라이트 및 열전도성을 향상시킬 수 있는 흑연의 장점을 효과적으로 결합하여야 한다. 그러나 각각의 입자의 크기와 밀도가 다른 세가지 종류의 다공성 입자를 단순히 혼합하여 사용하게 되면 파라핀계 상변화 물질의 충진공정에 있어서는 뭉침과 층분리의 현상을 발생하게 되므로 이러한 문제점을 반드시 극복하여야만 내열성과 열전도성이 우수한 축열재를 제조할 수 있게 된다.In the foregoing, a method of filling the pores of each porous particle with a paraffinic phase change material has been described. However, in the production of a heat storage material having excellent heat resistance and thermal conductivity, it is necessary to effectively combine the advantages of zeolite capable of effectively filling phase change materials, the pearlite having heat resistance against specific gravity, and the graphite capable of improving thermal conductivity. However, when three kinds of porous particles having different particle sizes and densities are simply mixed and used, the phenomenon of aggregation and layer separation occurs in the process of filling the paraffinic phase change material. Therefore, A heat storage material having excellent thermal conductivity can be produced.
이러한 문제점을 극복하기 위해서 본 발명에서는 다공성 입자의 세공경에 상변화 물질의 한계 흡수량이 체적비로 1,000 내지 7,500%인 다공성 입자를 사용하는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 다공성 입자의 체적비는 7,000%의 이상이다.In order to overcome such a problem, the present invention is characterized in that porous particles having a volume ratio of 1,000 to 7,500% of the ultimate absorption amount of the phase change material to the pore size of the porous particles are used. More preferably, the volume ratio of the porous particles is more than 7,000%.
본 발명에 있어서는 서로 다른 입자끼리의 단순한 혼합이 아니다. 단순히 혼합하는 경우 앞서 표현한 것과 같이 뭉침이나 층분리 등의 문제가 있기 때문이다. 본 발명에서는 다공성 입자의 가열과 고속 혼합 후 압력에 의해 파라핀 상변화 물질을 충진함으로써 상기 문제점의 극복이 가능하였다. 또한, 다공성 입자의 100 중량부에 대하여 파라핀 상변화 물질의 사용량을 80 중량부 이하로 사용함으로써 뭉침이나 층분리 현상을 해결하였다.In the present invention, it is not a simple mixing of different particles. In the case of simple mixing, there is a problem such as lumps and layer separation as described above. In the present invention, it is possible to overcome the above problems by filling the paraffin phase change material with the pressure of the porous particles after heating and high-speed mixing. In addition, by using the paraffin phase change material in an amount of 80 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the porous particles, lumps and layer separation phenomena were solved.
한편, 제올라이트, 퍼라이트 또는 흑연의 다공성 입자는 가열로 인하여 체적 팽창 뿐만 아니라 세공경 또한 평창이 발생한다. 이러한 다공성 입자를 파라핀계 상변화 물질의 용융온도 보다 20 내지 30℃ 높게 가열하는 것은 다공성 입자의 세공경의 팽창을 통한 파라핀계 상변화 물질의 효과적인 충진을 도모하기 위함이고, 고속 혼합기에서 1200rpm으로 20분 이상 혼합하는 것은 파라핀계 상변화 물질의 고른 충진을 위함이며, 여기에 5kgf/cm3 의 압력을 가하면 충진 밀도가 25-40% 정도 높아지게 되는 것을 알 수 있었다.On the other hand, the porous particles of zeolite, perlite or graphite are not only expanded in volume due to heating, but also have pores and pores. The heating of the porous particles by 20 to 30 ° C higher than the melting temperature of the paraffinic phase-change material is intended to effectively fill the paraffinic phase-change material through the expansion of the pore size of the porous particles. Min for the even filling of the paraffinic phase change material, and the filling density is increased by 25-40% when the pressure of 5 kgf / cm 3 is applied thereto.
한편, 파라핀계 상변화 물질은 일반적으로 비중이 제올라이트나 퍼라이트 보다는 높고, 흑연 보다는 낮아 고른 혼합과 효과적인 충진이 어려우나, 다공성 입자의 체적비가 7,000% 이상인 소재를 사용하고, 다공성 입자의 가열 후 상변화 물질과 혼합을 하며 고속혼합과 압력을 이용하여 충진을 함으로써, 이러한 문제점을 해결하며 내열성과 열전도성이 우수한 축열재를 제조할 수 있었다.
On the other hand, paraffin-based phase change materials generally have a specific gravity higher than that of zeolite or perlite, lower than that of graphite, so that it is difficult to mix evenly and effectively fill. However, when a material having a volume ratio of porous particles of 7,000% or more is used, And filling the mixture using high speed mixing and pressure. Thus, a heat storage material having excellent heat resistance and thermal conductivity could be manufactured.
한편, 본 발명은 사용 용도에 따라, 다양한 기능성 축열재를 제공하는데 목적이 있다. 일 예로, 단열과 축열의 사용목적이 크다면 퍼라이트와 팽창된 흑연과 천연흑연의 다공성 입자를 사용하여 파라핀계 상변화 물질과 혼합하면 단열성 및 축열성능이 우수한 축열재를 제조할 수 있게 된다.It is another object of the present invention to provide a variety of functional storage materials according to the intended use. For example, if the purpose of using heat insulation and heat storage is large, it is possible to manufacture a heat storage material having excellent heat insulation and heat storage performance by mixing the paraffin type phase change material with porous particles of expanded graphite and natural graphite.
즉, 단열성이 향상된 축열재의 제조에는 퍼라이트 55 중량부, 팽창흑연과 박리된 흑연이 중량비 7:3으로 혼합된 흑연 45 중량부인 다공성 입자 100 중량부에 대해서 파라핀계 상변화 물질을 80 중량부 사용하면 된다. 퍼라이트와 팽창흑연과 순수흑연, 박리된 흑연을 혼합한 흑연을 고속 혼합기에 혼합한 후 파라핀계 상변화 물질의 융점 온도보다 20 내지 35℃ 높게 가열하여 융점이상으로 가열된 파라핀계 상변화 물질을 고속 혼합기 투입하여 1,000 내지 3,500 rpm의 회전속도로 10분 내지 1시간 혼합한 후 1 내지 10kgf/cm3의 압력을 가하여 충진한다. 여기에 사용되는 파라핀계 상변화 물질의 용점온도는 <표1>을 참조하였다.
That is, in the production of the heat storage material with improved heat insulation, 55 parts by weight of perlite, 80 parts by weight of paraffinic phase change material in 100 parts by weight of porous particles of 45 parts by weight of graphite mixed with expanded graphite and exfoliated graphite in a weight ratio of 7: do. The graphite obtained by mixing perlite, expanded graphite, pure graphite and exfoliated graphite in a high-speed mixer is heated at a temperature 20 to 35 ° C higher than the melting point of the paraffinic phase-change material, and the paraffinic phase- Mixer is charged, and the mixture is mixed at a rotation speed of 1,000 to 3,500 rpm for 10 minutes to 1 hour, and then the mixture is charged under a pressure of 1 to 10 kgf / cm 3 . The melting temperature of the paraffinic phase-change material used here is shown in Table 1.
본 발명의 축열재는 다양한 분야에 적용이 가능하다. 즉, 축열재 그 자체로 사용하여도 되고, 축열재를 포함하는 모르타르를 이용하여 보드, 벽돌 등을 제조하는 경우에는 축열 성능을 가지는 보드나 벽돌이 될 수 있다. The storage material of the present invention is applicable to various fields. That is, the heat storage material may be used as the heat storage material itself, or a board or a brick having heat storage performance when a board, a brick, or the like is manufactured using a mortar including a heat storage material.
보다 구체적으로는 축열재는 토목용이나 건축자재의 벽재, 천정재, 바닥재 등의 내장재, 지붕재, 빌딩의 옥상재 구조재의 보온재 및 불연재 등의 외장재로서 매우 적합하게 사용할 수 있다.More specifically, the heat storage material can be suitably used as a wall material for civil engineering and building materials, an interior material for ceiling materials, flooring materials, a roofing material, a roofing material for building roofing materials, and an exterior material such as fireproof materials.
또한, 도로나 구조물의 동결 방지제(antifreezing agent), 결빙 방지제, 건물의 공조시스템 및 바닥 난방 등의 재료로서도 적용이 가능하며 축열재는 앞서 언급한 바와 같이 적용 부위나 용도에 따라 <표 1>의 파라핀계 상변화 물질을 융점에 따라 적절히 선택이 가능하다.Also, it can be applied to materials such as antifreezing agents for roads and structures, anti-icing agents, air conditioning systems for buildings, and floor heating. As mentioned above, The phase change material can be selected appropriately according to the melting point.
예를 들어 건축물의 벽재나 천정재와 같은 내장재로 사용하는 경우에는 상변화 물질의 융점이 16 내지 25℃ 인 것을 사용하고, 바닥재 및 욕조, 욕실바닥, 좌변기 깔판 등에 사용하는 경우는 20 내지 32℃인 파라핀계 상변화물질을 사용하는 것이 바람직하다.For example, when used as an interior material such as a wall material or a ceiling material of a building, a phase change material having a melting point of 16 to 25 DEG C is used. When it is used in a flooring material, bathtub, bathroom floor, It is preferable to use a paraffinic phase change material.
이러한 융점의 범위를 가지는 파라핀계 상변화 물질이 다공성 입자의 세공경에 충진된 축열재의 사용은 실내의 적정 온도 범위인 22 내지 26℃ 에서 온도의 상승이나 하강을 방지하여 외부 온도의 변화에 대해서 실내를 최적의 온도로 유지할 수 있어 냉난방기의 효과적 작동이 가능하여 이산화탄소 저감 및 에너지 저감을 기대할 수 있다.The use of a paraffinic phase change material having a pore size range of this melting point filled in the pores of the porous particles prevents the temperature from rising or falling at an appropriate temperature range of 22 to 26 DEG C in the room, Can be maintained at an optimum temperature, so that an effective operation of the air conditioner can be performed, so that the reduction of carbon dioxide and the energy reduction can be expected.
또한, 본 발명에 따른 내열성 축열재 또는 내열성 축열재와 파라핀계 상변화 물질의 혼합물을 폴리올레핀계 수지 팩에 수용하여 밀폐후 건물의 지하 저수조나 지상 저수조에 설치하여 건물의 냉난방용 온도조절재로 사용이 가능하다. Further, a mixture of the heat-resistant heat storage material or the heat-resistant heat storage material and the paraffinic phase change material according to the present invention is contained in a polyolefin-based resin pack and installed in an underground water storage tank or a ground water storage tank of the building after being sealed to be used as a temperature control material for heating / This is possible.
본 발명의 건물의 난방용 온도조절재에 사용되는 상기 파라핀계 상변화물질(PCM)의 상전이 온도영역은 5 내지 30 ℃가 바람직하다. 보다 바람직하게 냉방용의 상전이 온도영역은 5-10℃이고, 난방형의 상전이 온도영역은 20-30℃이며, 폴리올리핀계 수지는 폴리에틸렌이 보다 바람직하다.The phase transition temperature range of the paraffinic phase change material (PCM) used in the temperature control material for heating of buildings of the present invention is preferably 5 to 30 ° C. More preferably, the phase transition temperature region for cooling is 5-10 占 폚, the heating transition phase temperature region is 20-30 占 폚, and the polyolin type resin is polyethylene.
건물 냉난방용 온도조절재는 퍼라이트에 파라핀이 충진된 축열재 단독으로 사용도 가능하고, 겔 또는 액체 상태의 파라핀계 상변화 물질과 혼합하여 사용할 수도 있다.
The temperature control material for building heating and cooling can be used alone or in combination with a paraffinic phase change material in gel or liquid state.
파라핀계 상변화물질의 다공성 입자 세공경 충진실험Porous particle pore filling experiments of paraffinic phase change materials
본 발명에서는 제올라이트, 퍼라이트, 흑연으로 구성되는 무기재 다공성 입자 중 어느 하나의 100 중량부를 85℃로 가열한 후 70℃의 온도로 가열된 파라핀계 상변화물질 80 중량부와 함께 고속 믹서기에서 1200 rpm으로 20분간 혼합한 후 5 kgf/cm3의 압력을 가하면 파라핀계 상변화물질이 무기재 다공성 입자의 세공경에 충진 가능함 확인 하였다.
In the present invention, 100 parts by weight of any one of inorganic porous particles composed of zeolite, perlite and graphite is heated to 85 캜 and then heated at a temperature of 70 캜 to 80 parts by weight of a paraffinic phase change material at 1200 rpm For 20 minutes and then the pressure of 5 kgf / cm 3 was applied to confirm that the paraffinic phase change material could fill the pores of the inorganic porous material.
상변화물질이 충진된 다공성 입자 축열재의 제조Preparation of porous particle storage material filled with phase change material
<실시예 1>≪ Example 1 >
평균 입경(average particle diameter) 150μm의 제올라이트(제일 세라믹) 1Kg을 85℃로 가열한 후 고속믹서기 안에서 70℃로 가열된 파라핀(일본석유 Ejucole, C18H38) 800 g과 1,500 rpm으로 30분간 혼합한 후 5 kgf/cm3의 압력을 가하여 불연성 및 내열성을 갖추고 제습성 있는 평균 입경 180 내지 350μm의 축열재를 제조하였다.
1 Kg of zeolite having an average particle diameter of 150 μm (First Ceramic) was heated to 85 ° C. and mixed with 800 g of paraffin (Nippon Petroleum Ejucole, C 18 H 38 ) heated to 70 ° C. in a high-speed mixer for 30 minutes at 1,500 rpm And a pressure of 5 kgf / cm 3 was applied thereto to produce a heat storage material having nonflammable and heat-resistant properties and having an average particle diameter of 180 to 350 μm.
<실시예 2>≪ Example 2 >
평균 입경 100μm의 퍼라이트(경동제품 High-performance Filler) 1Kg을 85℃로 가열한 후 고속믹서기 안에서 70℃로 가열된 파라핀(C18H38) 800 g과 1,500 rpm으로 30분간 혼합한 후 5 kgf/cm3의 압력을 가하여 불연성 및 내열성을 갖추고 단열성 있는 평균 입경 150 내지 300μm의 축열재를 제조하였다.
1 Kg of perritic (High-performance Filler) having an average particle diameter of 100 μm was heated to 85 ° C. and mixed with 800 g of paraffin (C 18 H 38 ) heated to 70 ° C. in a high-speed mixer for 30 minutes at 1,500 rpm. cm < 3 > to produce a heat storage material having an incombustible and heat-resistant property and having an average particle size of 150 to 300 mu m which is heat-insulating.
<실시예 3>≪ Example 3 >
팽창흑연(Expandable Graphite)과 박리된 흑연(Exfoliated Graphite: 삼정씨엔시)을 70/30의 중량비로 혼합한 평균 입경 15nm 내지 100μm의 흑연 1Kg을 90℃로 가열한 후 고속믹서기 안에서 70℃로 가열된 파라핀(C18H38) 800g과 1,500 rpm으로 30분간 혼합한 후 5 kgf/cm3의 압력을 가하여 불연성 및 내열성을 갖추고 열전도성이 7.65w/m.k 인 평균 입경 60nm 내지 360μm의 축열재를 제조하였다.
1 Kg of graphite having an average particle diameter of 15 nm to 100 탆 obtained by mixing Expandable Graphite and Exfoliated Graphite (Amorphous Cement) at a weight ratio of 70/30 was heated to 90 캜 and then heated to 70 캜 in a high-speed mixer Paraffin (C 18 H 38 ) was mixed with 1,500 rpm for 30 minutes, and a pressure of 5 kgf / cm 3 was applied to produce a heat storage material having an average particle diameter of 60 nm to 360 袖 m which is nonflammable and heat resistant and has a thermal conductivity of 7.65 w / .
<실시예 4><Example 4>
평균 입경이 10 내지 150μm의 제올라이트 0.3Kg, 평균 입경이 10 내지 150μm의 퍼라이트 0.3kg, 팽창흑연과 천연흑연을 7:3의 중량비로 혼합하여 평균 입경이 20 내지 150μm인 혼합한 흑연 0.4Kg을 혼합하여 90℃로 가열한 후 고속믹서기 안에서 70℃로 가열된 파라핀(C18H38) 800g과 1,500 rpm으로 30분간 혼합한 후 5 kgf/cm3의 압력을 가하여 불연성 및 내열성을 갖추고 열전도성 10.65w/m.k 인 평균 입경 60um 내지 390μm의 축열재를 제조하였다.
0.3 kg of zeolite having an average particle size of 10 to 150 탆, 0.3 kg of a perlite having an average particle size of 10 to 150 탆, 0.4 kg of mixed graphite having an average particle size of 20 to 150 탆 mixed with expanded graphite and natural graphite at a weight ratio of 7: (C 18 H 38 ) heated to 70 ° C. in a high-speed blender at a temperature of 90 ° C. and then mixed with 800 g of paraffin (C 18 H 38 ) heated at 70 ° C. for 30 minutes at 1,500 rpm and then subjected to a pressure of 5 kgf / cm 3 to produce a non-flammable and heat- / mk and an average particle diameter of 60 to 390 m.
이상의 다공성 입자의 세공경에 파라핀계 상변화물질이 충진된 축열재의 제조에 있어서, 일반적으로 다공성 입자 100 중량부에 사용되는 파라핀이 100 중량부 이상이면 다공성 입자의 세공경 및 표면에 축열재가 과하게 충진되어 뭉침이나 층분리가 발생하거나, 축열과정에서 터짐현상이 발생하였다.In the production of the heat storage material in which the pore size of the porous particles is filled with the paraffinic phase change material, if the paraffin used in 100 parts by weight of the porous particles is 100 parts by weight or more, the pore size and the surface of the porous particles are filled So that lumps or stratum separation occurred or bursting occurred during the heat accumulation process.
특히, 제올라이트, 퍼라이트 또는 박리된 흑연의 평균 입경이 10nm 이하인 무기재 다공성 입자를 사용하는 경우에는 다공성 입자 100 중량부에 사용되는 파라핀이 90 중량부 이상에서도 입자의 뭉침이나 층분리가 일어났다.Particularly, when inorganic porous particles having an average particle diameter of 10 nm or less of zeolite, perlite or exfoliated graphite are used, particle clustering or layer separation occurs even when the paraffin used in 100 parts by weight of the porous particles is 90 parts by weight or more.
또한, 사용되는 제올라이트, 퍼라이트, 박리된 흑연의 세공경의 체적비가 1,000% 미만에서는 상변화 물질인 파라핀의 융점 이상에서 융해과정에서 체적팽창에 따라 파라핀계 상변화 물질이 다공성 입자와 분리가 되는 현상이 발생하였고, 1300% 이하에서도 층분리 현상이 일부 있었기 때문에 사용하는 다공성 입자의 세공경의 체적비는 5,000% 이상이어야 함을 알 수 있었다.
When the volume ratio of the pore size of zeolite, perlite, and exfoliated graphite to be used is less than 1,000%, the paraffinic phase change material is separated from the porous particles due to the volume expansion in the melting process at a temperature higher than the melting point of the paraffin, And that the volume fraction of the pore size of the porous particles to be used should be 5,000% or more because there was a phenomenon of layer separation even under 1300%.
또한, 사용되는 제올라이트, 퍼라이트, 흑연 등 다공성 입자의 밀도는 0.002 내지 0.08g/㎠ 이내가 매우 바람직하였고, 제올라이트, 퍼라이트의 체적비가 8,000% 이상인 경우에는 파라핀 흡수율은 높으나 압축강도와 단열성이 떨어지고 흑연의 경우는 체적비가 8,000%를 넘으면은 열전도율이 현저히 낮아지는 것을 확인 할 수 있었으며, 축열재의 열전도율(thermal conductivity)은 사용된 흑연이 중량비 40% 이상일 때 6.23w/m,k 정도인 것을 확인 할수 있었다. The density of the porous particles such as zeolite, perlite and graphite is preferably 0.002 to 0.08 g / cm 2 or less. When the volume ratio of zeolite and perlite is 8,000% or more, the paraffin absorption rate is high but the compressive strength and heat insulating property are poor. The thermal conductivity of the heat storage material was 6.23w / m, k when the weight ratio of graphite was 40% or more.
또한, 고속믹서기를 이용한 혼합시 800 rpm이하의 회전속도로 20분 이내로 혼합하고 가압 압력이 3kgf/cm3 로 하였을 때에는 파라핀 상변화물질의 충진밀도는 현저히 낮았다.
Also, the mixing density of the paraffin phase change material was significantly lower when the mixing pressure was 3 kgf / cm 3 when the mixture was mixed using a high speed mixer at a rotational speed of 800 rpm or less within 20 minutes.
축열재의 표면 코팅을 통한 내열성 축열재의 제조Production of heat-resistant heat storage material by surface coating of heat storage material
<실시예 5>≪ Example 5 >
평균 입경이 10 내지 150μm의 제올라이트 0.3Kg, 평균 입경이 10 내지 150μm의 퍼라이트 0.3kg, 팽창흑연과 천연흑연이 7:3의 중량비로 구성되어 평균 입경이 20 내지 150μm인 흑연 0.4Kg을 혼합하여, 90℃로 가열한 후 고속믹서기 안에서 70℃로 가열된 파라핀(C18H38) 800g과 1,500 rpm으로 30분간 혼합한 후, 5 kgf/cm3의 압력을 가하여 불연성 및 내열성을 갖추고 열전도성 10.65w/m.k 인 평균 입경 60um 내지 390μm의 축열재를 제조하였다. 제조된 축열재에 실리카 고화재를 0.3 Kg을 더하여 30℃ 온도에서 1,500 rpm으로 회전하는 고속믹서기에서 30분간 혼합하여 축열재의 표면이 실리카 고화재로 코팅된 평균입경 350um 내지 500μm의 코팅재로 코팅된 내열성 축열재를 제조하였다.0.3 kg of zeolite having an average particle size of 10 to 150 탆, 0.3 kg of a perlite having an average particle size of 10 to 150 탆, 0.4 kg of graphite having an average particle size of 20 to 150 탆 in a weight ratio of expanded graphite and natural graphite of 7: 3, After heating to 90 ° C, 800 g of paraffin (C 18 H 38 ) heated to 70 ° C in a high-speed mixer was mixed with the mixture at 1,500 rpm for 30 minutes and then subjected to a pressure of 5 kgf / cm 3 to produce a non-flammable and heat- / mk and an average particle diameter of 60 to 390 m. 0.3 Kg of silica fire-retardant was added to the prepared storage material, and the mixture was mixed in a high-speed mixer rotating at a temperature of 30 ° C and at 1,500 rpm for 30 minutes to obtain a heat-resisting material coated with a coating material having an average particle size of 350 to 500 μm A heat storage material was produced.
상기 축열재의 표면 코팅에 사용된 실리카 고화재의 조성 성분은 다음의 표 2와 같다.The compositional components of the silica fire retardant used for the surface coating of the heat storage material are shown in Table 2 below.
특히, 축열재의 부가적인 용도 및 성능에 따른 축열재의 조성은 다음의 표 3과 같이 제올라이트, 퍼라이트 및 흑연의 조성을 달리하여 파라핀을 충진 후 실리카 고화재로 표면을 코팅함에 의하여 내열성, 제습성, 열전도성 및 단열성이 보다 향상된 축열재의 제조가 가능하였다.Particularly, the composition of the thermal storage material according to the additional use and performance of the thermal storage material can be determined by filling the paraffin with different compositions of zeolite, perlite and graphite as shown in Table 3 below, And a heat storage material with improved heat insulating properties.
한편, 축열재의 조성 중에서 제올라이트 및 퍼라이트 다공성 입자는 화학구조 상 실리콘 원소가 함유되어 있어 실리카 고화재와 직접적으로 화학반응이 일어날 수 있으므로 실리카 고화재를 혼합하여 보드의 형상으로 제조하면 압축강도가 210 kgf/cm2의 정도로 우수한 물성과 기존의 석보보드 보다 40%가량 무게가 가벼우면서 축열성능을 가지는 기능성 보드의 제조에 직접적으로 활용이 가능하였다. On the other hand, zeolite and perlite porous particles in the composition of the heat storage material contain a silicon element in a chemical structure, and a chemical reaction may directly occur with the silica solidification. Therefore, when the silica solidification is mixed to form a board, the compression strength is 210 kgf / cm 2 , and 40% of the weight of the conventional stover board.
또한, 축열재의 표면 코팅에는 상기 실리카 고화재 뿐만 아니라, 시멘트, 무수석고, 규사, 황토 등을 각각 또는 상호 혼합하여 사용할 수 있으며, 이러한 경우에도 실리카 고화재와 동일하게 내열성이 향상된 축열재의 제조가 가능하였다.In addition, the surface coating of the heat storage material can be used not only with the above-mentioned silica fireproofing but also with cement, anhydrous gypsum, silica sand and loess, respectively. In this case, it is also possible to manufacture a heat storage material having improved heat resistance Respectively.
이러한, 실리카 고화재, 시멘트, 무수석고, 규사 및 황토를 이용하여 축열재의 표면을 코팅하게 됨으로써 파라핀 상변화물질이 축열재의 외부 표면으로 노출되지 않기 때문에 기존의 고분자 파라핀 축열재와 같은 연소 가능성의 단점이 개선과 내열성이 향상되었다.
Since the paraffin phase change material is not exposed to the outer surface of the thermal storage material by coating the surface of the thermal storage material using such silica fume, cement, anhydrous gypsum, silica sand and loess, This improvement and heat resistance were improved.
방음 및 제습효과를 가지는 내열성 축열재 조성물의 제조Manufacture of heat-resistant heat storage material composition having soundproofing and dehumidifying effect
<실시예 6>≪ Example 6 >
평균 입경이 10 내지 150μm의 제올라이트 0.55Kg 및 팽창흑연과 천연흑연이 7:3의 중량비로 구성되어 평균 입경이 20 내지 150μm인 흑연 0.45Kg을 혼합하여 90℃로 가열한 후, 고속믹서기 안에서 70℃로 가열된 파라핀(C18H38) 800g과 1,500 rpm으로 30분간 혼합한 후, 5 kgf/cm3의 압력을 가하여 제습성을 가지는 평균 입경 60um 내지 390μm의 축열재를 제조하였다. 제조된 축열재에 실리카 고화재를 0.3 Kg을 더하여 30℃ 온도에서 1,500 rpm으로 회전하는 고속믹서기에서 30분간 혼합하여 축열재의 표면이 실리카 고화재로 코팅된 평균입경 350um 내지 500μm의 코팅재로 코팅된 제습성을 가지는 축열재를 제조하고, 제조된 축열재 100 중량부를 기준으로 흡습과 방음 기능을 가지는 코르크 분말을 10 중량부를 혼합하여, 방음 및 제습효과를 가지는 내열성 축열재 조성물을 제조하였다.0.55 Kg of zeolite having an average particle diameter of 10 to 150 탆 and 0.45 Kg of graphite having an average particle size of 20 to 150 탆 composed of expanded graphite and natural graphite in a weight ratio of 7: 3 were mixed and heated to 90 캜, (C 18 H 38 ) heated at 1,500 rpm for 30 minutes and then subjected to a pressure of 5 kgf / cm 3 to prepare a heat storage material having an average particle diameter of 60 to 390 μm. 0.3 Kg of silica fire retardant was added to the prepared storage material, and the mixture was mixed in a high-speed mixer rotating at a temperature of 30 ° C. and 1,500 rpm for 30 minutes to prepare a coating material coated with a coating material having an average particle size of 350 μm to 500 μm And 10 parts by weight of a cork powder having a moisture absorption and a soundproofing function were mixed based on 100 parts by weight of the heat storage material to produce a heat storage material composition having soundproofing and dehumidifying properties.
흡습과 방음 기능의 추가적인 부여를 위해서는 코르크 분말 뿐만 아니라 목분, 목질계 섬유를 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있었으며, 혼합되는 목분, 코르크 분말 또는 목질계 섬유는 5 내지 40중량부를 혼합한 조성물의 경우에는 다공성 축열재의 기본적인 축열 성능을 저해하지 않으면서 부가적인 흡습 및 방음 기능의 향상이 이루어 졌으나, 40중량부 이상의 혼합시에는 축열성능의 구현에 있어서는 바람직하지 아니하였다.
In order to additionally impart moisture absorption and soundproofing function, the same effect can be obtained by using wood powder or wood fiber as well as cork powder. In the case of a composition comprising 5 to 40 parts by weight of wood powder, cork powder or wood fiber, The additional moisture absorption and soundproofing function was improved without impairing the basic heat storage performance of the porous heat storage material, but it was not preferable for the heat storage performance in the mixing of 40 weight parts or more.
결빙 방지용 모르타르의 제조Manufacture of mortar to prevent frost
<실시예 7>≪ Example 7 >
상기 실시예 5에 기재된 방법과 동일한 방법으로 축열재의 표면이 실리카 고화재로 코팅된 평균입경 350um 내지 500μm의 코팅재로 코팅된 내열성 축열재를 제조하였다. 제조된 내열성 축열재 8중량부를 아스팔트 포장재 100 중량부와 아스팔트 교반기에서 혼합하여 축열성능을 가지는 결빙방지용 아스팔트 모르타르를 제조하였다. A heat-resistant heat storage material coated with a coating material having an average particle diameter of 350 to 500 탆, the surface of which was coated with a silica fire coat, was prepared in the same manner as in Example 5 above. Eight parts by weight of the heat-resistant heat storage material thus prepared was mixed with 100 parts by weight of an asphalt packing material in an asphalt stirrer to prepare an asphalt mortar for preventing ice formation.
<실시예 8>≪ Example 8 >
상기 실시예 5에 기재된 방법과 동일한 방법으로 축열재의 표면이 실리카 고화재로 코팅된 평균입경 350um 내지 500μm의 코팅재로 코팅된 내열성 축열재를 제조하였다. 제조된 내열성 축열재 8중량부를 황토 100 중량부와 교반기에서 혼합하여 축열성능을 가지는 결빙방지용 황토 모르타르를 제조하였다. A heat-resistant heat storage material coated with a coating material having an average particle diameter of 350 to 500 탆, the surface of which was coated with a silica fire coat, was prepared in the same manner as in Example 5 above. Eight parts by weight of the heat-resistant heat storage material thus prepared was mixed with 100 parts by weight of yellow loess in a stirrer to prepare yellow mortar for anti-freezing function having heat storage performance.
<실시예 9>≪ Example 9 >
상기 실시예 5에 기재된 방법과 동일한 방법으로 축열재의 표면이 실리카 고화재로 코팅된 평균입경 350um 내지 500μm의 코팅재로 코팅된 내열성 축열재를 제조하였다. 제조된 내열성 축열재 8중량부를 시멘트, 골재 및 규사가 혼합된 100 중량부의 시멘트 모르타르와 교반기에서 혼합하여 축열성능을 가지는 결빙방지용 시멘트 모르타르를 제조하였다.
A heat-resistant heat storage material coated with a coating material having an average particle diameter of 350 to 500 탆, the surface of which was coated with a silica fire coat, was prepared in the same manner as in Example 5 above. 8 parts by weight of the heat-resistant heat storage material thus prepared were mixed with 100 parts by weight of cement mortar mixed with cement, aggregate and silica sand in a stirrer to prepare an anti-freezing cement mortar having a storage capacity.
결빙 방지용 아스팔트 모르타르의 성능평가Performance evaluation of asphalt mortar for preventing ice
상기 실시예 7의 방법에 따라 제조된 결빙 방지용 아스팔트 모르타르의 축열성능에 의한 결빙방지 성능을 평가하기 위하여 포장면적 가로 X 세로 X 두께 = 3m X 3m X 20cm로 아스팔트를 시공하였다. 결빙 방지용 아스팔트 모르타르 및 기존 아스팔트 모르타르를 사용하여 3개의 서로 다른 지역에 시공하고 각각의 지역에서는 서로 다른 3 지점에서 시공된 아스팔트의 표면온도를 측정하였다. 결빙 방지 성능평가는 2013년 1월 10일에 수행하였고 해당일의 날씨 현황인 평균기온, 적설량 및 일사량은 표 4에 나타내었다.In order to evaluate the anti-freezing performance of the anti-freezing asphalt mortar produced according to the method of Example 7, asphalt was installed in a package area of width X length X thickness = 3m X 3m X 20cm. Asphalt mortar and conventional asphalt mortar were applied to three different areas and the surface temperature of asphalt was measured at three different locations in each area. The anti-icing performance evaluation was carried out on January 10, 2013, and the average weather temperature, snowfall, and solar radiation, which are the weather conditions of the day, are shown in Table 4.
3개의 서로 다른 지역 및 각각의 지역의 서로 다른 3 지점에서 시공된 아스팔트의 표면온도를 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다.The surface temperature of the asphalt was measured at three different locations and at three different points in each area, and the results are shown in Table 5.
기온
(℃)Average
Temperatures
(° C)
(결빙방지 아스팔트 모르타르 시공)Example Surface temperature (占 폚)
(Construction of anti-freeze asphalt mortar)
(기존 아스팔트 모르타르 시공)Comparative Example Surface temperature (占 폚)
(Existing asphalt mortar construction)
결빙방지 아스팔트 모르타르와 기존 아스팔트 모르타르를 시공한 3개 지역(지역 A, 지역 B, 지역 C)의 3개 지점(지점 1, 지점 2, 지점 3)에서 아스팔트의 표면 온도를 측정한 결과, 평균기온이 각각 -9.4, -16.5, -13.9 ℃이고, 적설량이 각각 18.3, 16.8, 15 cm인 경우 모두, 기존 아스팔트 모르타르를 시공한 아스팔트 포면의 온도는 평균기온과 거의 차이가 없는 영하의 온도인 반면에, 결빙방지 아스팔트 모르타르를 시공한 아스팔트의 표면은 축열재에 의한 일사량에 따른 열량과 지중열을 축열하여 모두 영상의 온도를 나타내었고, 그에 따라 아스팔트에 눈이 쌓이지 않았으며 결빙 또한 발생하지 아니하였다.Asphalt surface temperature was measured at three sites (area 1, area 2, area 3) in three areas (area A, area B, area C) where frost protection asphalt mortar and existing asphalt mortar were installed. As a result, The temperature of the asphalt surface where the conventional asphalt mortar was applied is a subzero temperature which is almost the same as the average temperature, , The surface of the asphalt mortar with the anti-freezing asphalt mortar showed the temperature of the image by storing the heat amount according to the irradiation amount by the heat accumulating material and the geothermal heat, so that the snow did not accumulate on the asphalt and no freezing occurred.
또한, 축열재를 사용한 결빙 방지용 아스팔트 모르타르를 시공한 경우에는 20일간의 실험을 한 결과, 야간 평균 14.3 cm의 적설량이 있는 경우에도 오전 10시 이후에는 눈이 녹았으며, 아스팔트 표면의 평균온도는 0.5 ~ 1.8 ℃로 결빙되지 않았다. 즉, 축열재를 사용한 아스팔트는 외기 온도가 영하라도 일사량에 따른 열량과 지중열을 축열하여 아스팔트의 결빙을 방지하는 효과가 있는 반면에 일반 아스팔트 모르타르를 사용한 경우에는 아스팔트 표면에 적설 및 결빙이 발생하였다.In addition, when the asphalt mortar for preventing frost formation using the heat accumulating material was applied, it was found that the snow melted after 10:00 am even when there was a snowfall of 14.3 cm at night, and the average temperature of the asphalt surface was 0.5 Lt; / RTI > to < RTI ID = That is, the asphalt using the heat storage material has the effect of preventing the asphalt from freezing by storing the heat and the heat according to the irradiation amount even when the ambient temperature is zero, whereas when using the ordinary asphalt mortar, snowing and icing occur on the asphalt surface .
한편, 결빙 방지용 아스팔트 모르타르를 시공한 경우에는 아스팔트, 기초다짐 및 지반의 압축강도는 일반 아스팔트를 이용한 시공의 경우와 동일하여 축열재 도입에 따른 강도의 저하는 없었다.
On the other hand, when the asphalt mortar for anti-freezing was applied, the compressive strength of asphalt, foundation compaction, and ground were the same as those of general asphalt construction.
건물 냉난방용 온도 조절재Temperature control material for building heating and cooling
건물 냉난방용 온도조절재에 사용되는 파라핀계 상변화물질(PCM)은 냉방형은 온도조절 영역이 5-10℃인 제품을, 난방형은 20-30℃ 제품을 사용하여 깊이 50cm 지름이 7.5 cm인 풀리올레핀계 수지 팩(101)에 퍼라이트에 충진된 내열성 축열재(100) 또는 겔 상태의 파라핀계 상변화물질(102) 또는 이들의 혼합물을 밀봉하여 하나의 잠열량이 720KJ/Kg인 파라핀 충진 팩을 제조하고 이를 플라스틱 고정모듈로 20개씩 고정시켜 지하의 저수조나 지상의 저수조에 투입하여 여름철에는 밤에 온도에 의하여 축열되며 낮에는 방열되는 시스템을 구축하였다. The paraffinic phase change material (PCM) used in the temperature control material for heating and cooling the building has a temperature control range of 5-10 ℃ and a heating type of 20-30 ℃. The heat-resistant
건물 냉난방용 온도조절재는 퍼라이트에 파라핀이 충진된 축열재 단독으로 사용도 가능하고, 겔 또는 액체 상태의 파라핀계 상변화 물질과 혼합하여 사용할 수도 있다. The temperature control material for building heating and cooling can be used alone or in combination with a paraffinic phase change material in gel or liquid state.
또한, 폴리올레핀계 수지 팩은 폴리에틸렌으로 구성되는 것이 보다 바람직하다.It is more preferable that the polyolefin-based resin pack is made of polyethylene.
특히, 난방형은 겨울철과 봄에 태양열 이용한 저수조를 파라핀계 상변화물질(PCM) 온도영역 20-30℃를 퍼라이트에 충진된 축열재 또는 액상 파라핀을 충진팩에 밀봉하여 제조하여 사용하였다.Especially, the heating type was constructed by sealing the solar water storage tank used in winter and spring with the paraffin-based phase change material (PCM) temperature region 20-30 ° C in a packing pack of heat storage material or liquid paraffin packed in perlite.
이러한 퍼라이트에 충진된 축열재 또는 액상 파라핀을 충진팩에 밀봉하여 제조되는 건물 냉난방용 온도조절재를 사용함으로써 기존의 설비를 변경하지 않고도 냉방 및 난방능력을 향상이 되었고 냉방 및 난방에 사용되는 전력량을 30%정도 감소시킬 수 있었다.By using the temperature control material for buildings' heating and cooling, which is manufactured by sealing the paraffin-filled storage material or the liquid paraffin in the filling pack, the cooling and heating ability is improved without changing the existing equipment, and the amount of electricity used for cooling and heating 30%.
100: 내열성 축열재
101: 폴리올레핀계 수지 팩
102: 파라핀계 상변화 물질100: Heat-resistant storage material
101: Polyolefin-based resin pack
102: paraffinic phase change material
Claims (11)
상기 파라핀계 상변화물질(PCM)의 상전이 온도영역은 3 내지 33 ℃인 것을 특징으로 하는 내열성 축열재.The method according to claim 1,
Wherein the phase transition temperature range of the paraffinic phase change material (PCM) is 3 to 33 占 폚.
상기 가열단계에서 가열된 다공성 입자를 파라핀계 상변화물질(PCM)에 투입하여 혼합기에서 혼합하는 혼합단계;
상기 혼합단계에서 혼합된 다공성 입자와 파라핀계 상변화물질(PCM)에 압력을 가하여 다공성 입자의 세공경에 파라핀계 상변화물질(PCM)을 충진하는 충진단계;
상기 충진단계를 거친 다공성 입자의 외부 표면을 실리카 고화재로 코팅하는 단계를 포함하여 평균입경이 350 내지 500 μm인 내열성 축열재를 제조하는 것을 특징으로 하는 내열성 축열재의 제조방법.A heating step of heating at least one porous particle selected from the group consisting of zeolite or perlite to a temperature of 5 to 35 DEG C higher than the melting point of the paraffinic phase change material (PCM) using a mixer;
Mixing the porous particles heated in the heating step into a paraffinic phase change material (PCM) and mixing the mixture in a mixer;
A filling step of filling a pore size of the porous particles with a paraffinic phase change material (PCM) by applying pressure to the porous particles and the paraffinic phase change material (PCM) mixed in the mixing step;
And coating the outer surface of the porous particles having undergone the filling step with a silica filler to form a heat-resistant heat storage material having an average particle size of 350 to 500 μm.
상기 파라핀계 상변화물질(PCM)의 상전이 온도영역은 3 내지 33 ℃인 것을 특징으로 하는 내열성 축열재의 제조방법.The method of claim 4,
Wherein the phase transition temperature range of the paraffinic phase change material (PCM) is from 3 to 33 占 폚.
상기 혼합단계는 혼합기의 분당 회전속도(rpm)가 1,000 내지 3,500인 것을 특징으로 하는 내열성 축열재의 제조방법.The method of claim 4,
Wherein the mixing step has a rotation speed (rpm) per minute of the mixer of 1,000 to 3,500.
상기 충진단계의 압력은 1 내지 10 kgf/cm3인 것을 특징으로 하는 내열성 축열재의 제조방법.The method of claim 4,
Wherein the pressure of the filling step is 1 to 10 kgf / cm < 3 >.
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