KR100537744B1 - 고효율 적외선 방사코팅재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고효율 적외선 방사코팅재 조성물은 열이 발생하는 각종 산업설비나 제품의 표면에 박막으로 코팅하여 적외선 방사를 통해 냉각속도를 증대시키기 위해 사용되거나, 식품, 식약재, 섬유, 제지, 표면코팅재 등의 분야에 건조, 숙성, 경화, 용제휘발을 위한 가열용의 적외선 방사 코팅재로 사용되는 것으로서, AlN:0∼40중량%, SiC:1∼70중량%, BN:0∼20중량%, Mica:1∼70중량%, Ag:0∼10 중량%, 유무기 하이브리드 겔(hybrid gel):20∼60중량%의 조성으로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 열전도도가 매우 높으면서 적외선 방사특성이 우수한 세라믹인 AlN, SiC, BN, Mica를 기본 조성으로 하여 열전도성 향상을 위해 Ag가 첨가되어 있어, 열충격성이 매우 우수하여 고온 및 온도변화가 급격한 운전조건(박막이라 자체 열용량이 적고 방사특성이 우수하여 급냉되는 특징을 가짐)에서도 코팅도막의 크랙이나 박리가 일어나지 않으면서 적외선을 고효율로 방사할 수 있는 장점이 있다.

Description

고효율 적외선 방사코팅재 조성물{Coating compound for radiating infrared rays with high efficiency}

본 발명은 적외선 방사코팅재 조성물에 관한 것으로서, 특히 열전도율과 내열충격성이 우수하여 중고온(50∼550℃) 조건에서 고출력으로 적외선 방사가 가능한 고효율 적외선 방사코팅재 조성물에 관한 것이다.

종래에는 유체(냉각수, 오일, 공기)를 사용하여 열전도나 대류방식의 에너지 전달을 기본으로 하고 있으며 최근에는 히터 파이프를 활용하는 예도 증가하고 있다. 적외선 방사는 발열물의 주변의 고체재료의 공간적 상황에 따라 상당히 차이는 있지만 방사된 전자기파가 광속도로 소실되므로 냉각속도가 빠른 특징을 가지고 있으며, 냉각을 위해 부수적 장치가 요구되지 않아 경제적인 냉각 수단이다. 고체재료를 통한 열전달(전도) 특성을 높이기 위하여 열전도율이 높은 금속재료를 사용하며, 유체를 통한 열전달(대류)의 효율 향상을 위하여 표면적을 확대하거나 순환팬으로 유체흐름을 증대시킨다. 그러나, 이들 2가지 방법의 에너지 전달방식으로 단위시간 및 단위면적당 전달에너지의 플럭스(flux)를 높이는 데는 한계가 있다. 그와는 달리 전자기파의 형태인 적외선으로 방사할 시, 광속도로 전달되므로 방사효율만 높으면 냉각속도를 크게 향상시킬 수 있다.

그동안 난방 및 가열용으로 적외선 히터를 사용하고 있는데 주로 세라믹 분말이나 카본 종류들이 적외선 방사 코팅재로 활용되고 있다. 현재 고온 히터로는 할로겐 램프, 시즈 히터(금속재의 파이프 내부에 금속발열선 배치), 세라믹 소결관 등이 상업화 되어 있으나, 대량방사 시는 이들 모두 가열체의 표면온도가 700℃ 이상으로 대부분 근적외선이 방사되고 있어 피가열체의 흡수 효율이 나쁘고, 가열이 균일하게 이루어지지 않아 가열 품질이 좋지 않다. 그리고, 방사되는 적외선이 전방향으로 향하게 되므로 피가열물에 집중시키기 어려워 에너지 효율이나 가열속도 면에서 불리하다. 또한, 세라믹 복합처방 적외선 방사코팅재들의 열기계적 특성이 좋지 않아 대면적의 발열체나 방사체의 표면에 코팅하여 500℃ 전후에서 사용하는데 한계가 있다.

현재 상업화되어 있는 적외선 히터들의 표면온도가 500℃ 이상으로 운영되므로 실제로 방사되는 적외선은 근적외선과 유사하여 흡수 효율이 낮고 표면만 가열되는 단점이 있다. 기존의 히터는 파이프 형상이어서 방사파의 방향제어와 단열재 처리가 불가능한 구조로 되어 있다. 방사파의 파장조절과 필요한 방사 전력(power)을 실현시키기 위해서 대면적에 일정하게 에너지를 공급할 수 있어야 하는데 기존의 발열체 구조들은 이것이 불가능하다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 중고온(50~550℃)의 온도 조건에서 열이 발생하는 장치나 부품에 코팅하여 적외선 방사 손실로 냉각시키거나 대용량 고효율 적외선 방사체용으로 표면에 코팅함으로써 장기간 사용하여도 열기계적 특성이 우수하고 적외선 방사효율이 우수한 고효율 적외선 방사코팅재 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고효율 적외선 방사코팅재 조성물은,

AlN:0∼40중량%, SiC:1∼70중량%, BN:0∼20중량%, Mica:1∼70중량%, Ag:0∼10중량%, 유무기 하이브리드 겔(hybrid gel):20∼60중량%의 조성으로 이루어진 점에 그 특징이 있다.

이하 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 고효율 적외선 방사코팅재 조성물은, 열전도성이 우수한 적외선 방사 세라믹(AlN, SiC, BN, Mica), 열전도성 보강재(Ag) 및 바인더(유무기 하이브리드 겔)의 혼합물로 이루어지는데, 그 조성비는 다음과 같다.

AlN:0∼40중량%, SiC:1∼70중량%, BN:0∼20중량%, Mica:1∼70중량%, Ag:0∼10중량%, 유무기 하이브리드 겔(hybrid gel):20∼60중량%

여기서, 바람직하게는 상기 구성물질중 AlN, SiC, BN, Mica의 입도는 1∼20㎛로 하고, Ag의 입도는 0.01∼1㎛로 하며, 유무기 하이브리드 겔용 졸의 입도는 0.01∼0.1㎛로 한다.

이상과 같은 본 발명의 고효율 적외선 방사코팅재 조성물은 열이 발생하는 산업설비, 조명, 전기전자부품, 가전제품, 전자발생장치 등 고온에 노출시 성능, 수명, 운영효율상 문제가 되어 냉각해야 할 필요가 있는 제품의 표면에 박막으로 코팅(스프레이, 함침 또는 브러쉬 방법으로 금속재 표면에 코팅)하여 적외선 방사를 통해 냉각속도를 증대시키기 위해 사용되거나, 식품, 식약재, 섬유, 제지, 표면코팅재(도료, 점착) 등의 분야에 건조, 숙성, 경화, 용제휘발을 위한 적외선 방사 코팅재로 사용될 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 고효율 적외선 방사코팅재 조성물과 관련하여 적외선 방사코팅 도막의 방사손실량을 비교측정하기 위하여, 도 1에서와 같은 실험장치 및 도 2에서와 같은 히터를 제작하여 실험에 임하였다.

즉, 알루미늄판(9 ×9 ×1.2cm)에 방사재를 코팅하여 히터 위에 올려 놓고 동일한 지정온도를 유지하는데 소모되는 전력량을 측정하여 비교하였다. 이 과정에서 물론 전도나 대류에 의한 손실이 있겠지만 이중으로 단열하였고 대류손실이 최소가 되도록 주변환경을 충분히 고려하였다. 단지 방사손실을 유도하기 위하여 위쪽은 열어 둘 수밖에 없는데 여기를 통한 대류손실은 동일한 조건이라고 가정하고 처리하였다.

10 ×10cm의 히터원판을 300℃로 유지하는데 소모되는 전력 손실량은 도 3에 도시된 바와 같이, 평균 52W(watt)였는데 알루미늄판(9 ×9 ×1.2cm)을 올려 놓은 상태에서는 열차단 효과가 나타나 43W로 감소되었다. 그러나, 방사코팅재를 처리한 시험편은 63W로 크게 증가함을 알 수 있었다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 고효율 적외선 방사코팅재 조성물은 열전도도가 매우 높으면서 적외선 방사특성이 우수한 세라믹인 AlN, SiC, BN, Mica를 기본 조성으로 하여 열전도성 향상을 위해 Ag가 첨가되어 있어, 열충격성이 매우 우수하여 고온 및 온도변화가 급격한 운전조건(박막이라 자체 열용량이 적고 방사특성이 우수하여 급냉되는 특징을 가짐)에서도 코팅도막의 크랙이나 박리가 일어나지 않으면서 적외선을 고효율로 방사할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 고효율 적외선 방사코팅재 조성물의 방사냉각 특성실험을 위한 실험장치의 개략적인 구성도.

도 2는 도 1의 실험장치에서의 히터부의 부분 발췌 상세도.

도 3은 도 1의 실험장치를 이용한 히터원판, 알루미늄판 및 방사재가 코팅된 알루미늄판의 소정 온도에서의 소모전력량 측정 결과를 보여주는 도면.

Claims (2)

1. 열이 발생하는 각종 산업설비나 제품의 표면에 박막으로 코팅하여 적외선 방사를 통해 냉각속도를 증대시키기 위해 사용되거나, 식품, 식약재, 섬유, 제지, 표면코팅재 등의 분야에 건조, 숙성, 경화, 용제휘발을 위한 가열용의 적외선 방사 코팅재로 사용되는 것으로서,

   AlN:0∼40중량%, SiC:1∼70중량%, BN:0∼20중량%, Mica:1∼70중량%, Ag:0∼ 10중량%, 유무기 하이브리드 겔(hybrid gel):20∼60중량%의 조성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고효율 적외선 방사코팅재 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 AlN, SiC, BN, Mica의 입도는 1∼20㎛, Ag의 입도는 0.01∼1㎛, 유무기 하이브리드 겔용 졸의 입도는 0.01∼0.1㎛인 것을 특징으로 하는 고효율 적외선 방사코팅재 조성물.