KR100535666B1 - 열교환기 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열교환기 및 그 제조방법은 열교환체의 표면에 구리를 도금한 후, 구리가 도금된 열교환체를 100℃ 이내의 산화용액에 수분 동안 담그면, 상기 열교환체의 표면에 구리가 산화되어 마이크로 미터 내지 나노 미터 크기의 미세 와이어가 형성되어, 상기 미세 와이어를 통해서도 전열유체와 피 전열유체가 열전도될 수 있기 때문에 상기 열교환체의 체적 및 전열유체 및 피 전열유체의 유동 저항의 큰 변화없이 열교환 면적을 넓힐 수 있다.

Description

열교환기 및 그 제조방법{Heat Exchanger and Manufacture Method for the Same}

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 특히 열교환체에 마이크로 미터 내지 나노 미터 크기의 미세 와이어를 형성하는 열교환기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 열전도 효율이 좋은 열교환체를 통해 온도가 높은 유체로부터 온도가 낮은 유체에 열을 전달하는 장치로서, 에어컨이나 히터, 냉장고 등의 제품에서 주로 사용된다.

종래 기술의 일 실시 예에 따른 열교환기는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개가 열(列) 방향으로 배치되어 열을 주거나 열을 빼앗는 전열(傳熱)유체(화살표 A)가 흐르는 열교환 관(2)과, 상기 열교환 관(2) 사이에서 전열유체(화살표 A)의 유동이 가능토록 서로 이웃한 열교환 관(2)을 연결시키는 리턴 밴드(4)와, 열교환 면적이 넓어지도록 상기 복수개의 열교환 관(2)에 직교되게 끼워짐과 아울러 행(行)방향으로 복수개가 배치된 열교환 핀(6)을 포함하여 구성되어, 상기 열교환 관(2) 및 리턴 밴드(4), 열교환 핀(6)을 통해 전열유체(화살표 A)와 열교환기 주위의 피 전열유체(화살표 B)가 서로 열전도됨으로써 열교환이 이루어진다.

상기 전열유체(화살표 A)는 피 전열유체(화살표 B)에 열을 전달하여 피 전열유체(화살표 B)의 온도를 상승시키는 열매(熱媒)라 하고, 피 전열유체(화살표 B)로부터 열을 빼앗아 피 전열유체(화살표 B)의 온도를 하강시키는 냉매(冷媒)라 하며, 산업용으로 물, 수증기, 공기, 연도가스, 석유, 나트륨 등이 사용된다.

그러나, 종래 기술은 열교환기의 열 교환면적을 넓히기 위해 상기 열교환 관(2) 또는 열교환 핀(6)을 촘촘하게 배치하거나 상기 열교환 핀(6)을 크게 만드는 방안 등이 사용되고 있는데, 열교환기의 크기가 설치 공간에 의해 한정되고, 상기 열교환 관(2) 또는 열교환 핀(6)의 배치 밀도가 과도하면 상기 열교환 관(2)을 따라 흐르는 전열유체(화살표 A) 또는 열교환기를 통과하는 피 전열유체(화살표 B)의 유동저항이 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동일한 체적에서 표면적만을 넓힘으로써 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 열교환기 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 전열유체가 저장된 열교환체를 포함하여 구성되어, 상기 전열유체와 상기 열교환체 주위의 피 전열유체 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 열교환체의 표면에 금속이 산화되어 성장된 미세 와이어가 다수 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기 제조방법은 전열유체가 저장되는 열교환체의 표면을 금속으로 코팅하는 제1단계와; 상기 금속으로 코팅된 열교환체를 일정 온도의 산화용액에 담가 상기 금속을 산화시킴으로써 미세 와이어를 성장시키는 제2단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기는 도 2에 도시된 바와 같이, 열을 주거나 열을 빼앗는 전열유체(화살표 A)를 안내하는 열교환 관(52) 또는 상기 열교환 관(52)에 직교되게 끼워져 열교환 면적을 넓히는 열교환 핀(54) 등으로 이루어진 열교환체(50)를 포함하여 구성되며, 상기 열교환체(50)는 전체 표면에 전열유체(화살표 A)와 피 전열유체(화살표 B)가 열전도될 수 있는 미세 와이어(60)가 다수 형성된다.

상기 미세 와이어(60)는 열전도 효율이 좋은 금속으로 형성되는데, 금속이 상기 열교환체(50)의 표면에 도금된 후 산화되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 미터(Micro meter) 내지 나노 미터(Nano meter)의 크기로 미세하게 털처럼 부슬부슬 일어남으로써 형성된다. 즉, 금속이 상기 열교환체(50)에서 산화되면, 그 길이가 상기 열교환체(50)의 표면으로부터 수㎛미만이고, 단면적의 폭이 10nm 내지 100nm인 상기 미세 와이어(60)가 형성된다.

그리고, 상기 미세 와이어(60)는 금속이 산화될 때의 성장조건, 즉 금속의 산화온도 및 산화용액 등에 따라 크기 및 밀도, 성장속도 등이 영향을 받는데, 성장조건이 산업현장에서 구현이 가능토록 산화온도는 100℃ 이내이고, 생산성도 부합될 수 있도록 성장시간이 수분 이내로 짧아야 하고, 산화용액이 주위에서 쉽게 구할 수 있어야 한다.

그러므로, 상기 미세 와이어(60)의 재질은 상기 열교환체(50)에 용이하게 도금할 수 있을 뿐만 아니라, 통상적으로 사용되는 산화용액에 의해 100℃이내의 산화온도에서 수분 이내에 상기와 같은 조건으로 성장할 수 있는 구리가 적합하다.

그러면, 상기 미세 와이어(60)가 상기 열교환체(50)를 통과하는 피 전열유체(화살표 B)의 유동에 영향을 미치지 않도록 미세하게 형성됨과 아울러 상기 열교환체(50)의 전 표면에 고르게 분포되기 때문에, 상기 열교환체(50)는 외형적으로 체적의 변화 없이 피 전열유체(화살표 B)와 접촉되는 표면적만 넓어짐으로써 전열유체(화살표 A) 및 피 전열유체(화살표 B)의 유동에 영향을 미치지 않고 체적 대비 열교환 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이 때, 상기 미세 와이어(60)는 상기 열교환체(50)의 표면에 단지 붙어 있기만 하는데, 상기에서 기재한 바와 같이 그 길이가 수 ㎛미만이고, 단면적의 폭이 10nm 내지 100nm로서 열교환체(50)의 표면과 접촉되는 면적이 매우 작기 때문에 피 전열유체(화살표 B)에 의한 저항도 크게 작용하지 않아 상기 열교환체(50)의 표면으로부터 쉽게 떨어지지 않는다.

아울러, 종래에는 전열유체(화살표 A)와 피 전열유체(화살표 B)의 열교환시 전열유체(화살표 A)와 피 전열유체(화살표 B) 간 온도 차이로 인해 피 전열유체(화살표 B)가 상기 열교환체(50)의 표면에 맺혀 빙결되는 현상이 종종 발생되는데, 상기 열교환체(50)의 표면에 상기 미세 와이어(60)가 촘촘하게 분포됨으로써 상기 열교환체(50)의 빙결 현상도 방지할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 열교환체의 제조방법을 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 열교환체(50)의 표면을 금속으로 균일하게 도금한다(도 4의 a,b).

즉, 열교환체(50)의 표면을 깨끗하게 세척한 후, 세척한 상기 열교환체(50)를 금속이온이 함유된 전해액에 넣고 통전하면, 도 4의 (b)에 확대되어 도시된 바와 같이, 상기 열교환체(50)의 표면에 금속이온이 전착됨으로써 상기 열교환체(50)의 표면에 얇은 금속막(P)이 형성된다.

다음, 금속으로 도금된 열교환체(50)를 산화용액(O)에 수분 동안 담가 미세 와이어(60)를 성장시킨다(도 4의 c,d).

즉, 소정의 산화용액(O)을 일정 온도를 유지할 수 있는 히터 기능을 갖는 챔버(62)에 담은 후 산화용액(O)에 상기 금속막(P)이 형성된 열교환체(50)를 담그면(도 4의 c), 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열교환체(50)의 표면에 형성된 금속막(P)이 산화됨으로써 털처럼 부슬부슬 일어나 마이크로 미터 내지 나노 미터 크기의 미세 와이어(60)가 형성된다(도 4의 d).

이 때, 상기 미세 와이어(60)는 산화용액(O)의 온도가 높을수록 성장속도가 빠르지만 산화용액(O)의 온도는 산업현장에 적합하도록 100℃이내이고, 성장시간은 1분에서 10분 사이 정도가 적합하며, 상기 미세 와이어(60)로 성장되는 금속은 상기와 같은 성장조건에서 산화되기 쉬운 구리이다.

이후, 상기 미세 와이어(60)가 성장한 열교환체(50)를 산화용액(O)으로부터 꺼낸 후, 건조시키면 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열교환기 및 그 제조방법은 열교환체의 표면에 구리를 도금한 후, 구리가 도금된 열교환체를 100℃ 이내의 산화용액에 수분 동안 담그면, 상기 열교환체의 표면에 구리가 산화되어 마이크로 미터 내지 나노 미터 크기의 미세 와이어가 형성되어, 상기 미세 와이어를 통해서도 전열유체와 피 전열유체가 열전도될 수 있기 때문에 상기 열교환체의 체적 및 전열유체 및 피 전열유체의 유동 저항의 큰 변화없이 열교환 면적을 넓힐 수 있을 뿐만 아니라, 상기 미세 와이어로 인해 상기 열교환체의 표면에 피 전열유체가 빙결되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 열교환기의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 미세 와이어를 실제 촬영한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 열교환기 제조방법 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 열교환체 52 : 열교환 관

54 : 열교환 핀 60 : 미세 와이어

Claims (7)

1. 전열유체가 저장된 열교환체를 포함하여 구성되어, 상기 전열유체와 상기 열교환체 주위의 피 전열유체 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기에 있어서,

   상기 열교환체의 표면에는 금속이 산화되어 성장된 미세 와이어가 다수 구비된 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 산화되어 미세 와이어로 성장되는 금속은 구리인 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 미세 와이어는 길이가 상기 열교환체의 표면으로부터 수 ㎛미만인 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 미세 와이어는 단면적의 폭이 10nm 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 전열유체가 저장되는 열교환체의 표면을 금속으로 코팅하는 제1단계와;

   상기 금속으로 코팅된 열교환체를 일정 온도의 산화용액에 담가 상기 금속을 산화시킴으로써 미세 와이어를 성장시키는 제2단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 금속은 구리인 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 금속으로 코팅된 열교환체는 산화용액에 100℃이내의 온도에서 1분 내지 10분 동안 담가지는 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.