요약
본 발명은 온실가스 절감을 목표로 한 혁신적인 에너지 절감 기술로, 화장실 및 다양한 건축 공간에서 동파를 방지하고 에너지 효율을 극대화하는 Sol-Gel 코팅 및 PCM(Phase Change Material) 기반 세라믹 타일을 제안합니다. 이 타일은 파라핀 계열의 PCM을 활용하여, 열을 축적하고 방출함으로써 내부 온도를 일정하게 유지합니다. 또한 Sol-Gel 코팅을 통해 열전도성과 내구성을 향상시켜, 기존 타일 대비 효율성을 크게 늘렸습니다. 이 기술은 제로 에너지 빌딩 및 친환경 건축물에 적용되어 비용 절감과 친환경적인 삶을 제공할 수 있습니다.
기본 정보
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특허명: Sol-Gel 코팅 세라믹 타일 모듈 및 제조 방법
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2021-0109167
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등록번호: 10-2512249
상세 정보
발명의 배경과 필요성
기술의 배경과 문제점
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전 세계적으로 온실가스 배출로 인한 지구 온난화 문제가 심각해지고 있음. 이에 따라 화석연료 사용을 줄이고 신재생 에너지로 전환하는 움직임이 활발함. 건축물 분야는 에너지 소비가 많은 분야 중 하나로, 에너지 소비 절감이 중요한 과제임.
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제로 에너지 빌딩은 에너지 자립 건축물로, 건물의 단열 성능을 극대화하고 신재생 에너지를 활용하여 자체적으로 필요한 에너지를 공급할 수 있음.
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기존에는 고성능 단열재와 고기밀성 창호 등을 사용하는 패시브 기술과 고효율 기기와 신재생 에너지를 적용하는 액티브 기술로 나뉘었음. 그러나 국내 제로 에너지 빌딩은 패시브 공법 없이 액티브 요소만을 통해 에너지를 절감하려다 보니 어려움이 있었음.
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추운 겨울철에는 특히 화장실 등의 타일로 이루어진 실내에서 온도가 낮아지는 문제가 있음. 동파 현상으로 인해 누수와 수도 사용 불가 등의 큰 문제를 초래할 수 있음.
기술의 필요성
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화장실 등의 동파를 방지하고 비용을 절감할 수 있는 솔루션이 필요함. 이를 통해 사용자의 불편함을 최소화하고, 에너지 사용량을 줄여야 함.
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본 발명은 PCM(Phase Change Material)과 Sol-Gel 코팅 기술을 활용하여 이런 문제를 해결함. PCM은 상변화 물질로, 열을 축적하고 방출하는 특성을 가짐. 겨울철에 열을 축적하여 새벽에 방출함으로써 내부 온도를 유지하고 동파를 방지할 수 있음.
구현방법
기술의 원리
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본 발명의 Sol-Gel 코팅 세라믹 타일은 도기질 타일에 상변화 물질을 함침시키고, Sol-Gel 코팅을 통해 열전도성을 높임.
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PCM은 파라핀 계열인 테트라데케인으로, 60도에서 80도 사이의 온도에서 도기질 타일을 함침시켜 에너지를 저장하고 방출할 수 있게 함.
구체적인 구현 방법
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도기질 타일 제작: 화장실 바닥 또는 벽면을 이루는 도기질 타일을 제작함.
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PCM 함침 단계: 타일을 파라핀 계열의 테트라데케인 화합물에 2시간 이상 침수시켜 전체 함량의 5~6%로 함침시킴.
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Sol-Gel 코팅 단계: 규산염과 에탄올의 혼합 용액을 40도에서 60도 항온 수조에서 교반하여 졸 용액을 만듦. 실란 커플링제와 염산을 첨가하여 pH 3~4로 조절한 후 도기질 타일에 실리카 겔로 코팅함.
기술의 장점
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Sol-Gel 코팅 세라믹 타일은 열전도성과 내구성을 개선할 수 있음. PCM을 활용해 겨울철 열을 축적하고 필요할 때 방출해 동파를 방지함.
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별도의 설비 투자 없이 기존 타일에 적용 가능하여 비용 효율성이 높음.
발명의 활용 방안
활용 방안
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Sol-Gel 코팅 세라믹 타일은 화장실 뿐만 아니라 외부 화장실, 주방 등 다양한 공간에 적용 가능함. 특히 냉난방이 어려운 건물의 내부 온도를 유지하는데 효과적일 것임.
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제로 에너지 빌딩이나 친환경 건축물에 활용되어 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있음.
기대효과
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건축물 내 에너지 사용량을 줄여 비용 절감과 온실가스 감축에 기여할 수 있음. 친환경적인 건축물로, 사용자의 쾌적성을 높이며 유지 보수 비용을 줄일 수 있음.
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기존 기술 대비 에너지 효율이 높아 경제적 이점이 크며, 장기적으로 건축물의 가치 상승에도 도움이 될 것임.
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