KR100975431B1 - 전열교환기용 허니컴 구조체 제조 방법 및 이에 의해제조된 허니컴 구조체 - Google Patents

전열교환기용 허니컴 구조체 제조 방법 및 이에 의해제조된 허니컴 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법은, (S1) PVA를 함유하는 액상의 흡습제를 제조하는 단계; (S2) 제1 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시키고, 상기 건조된 제1 현열교환 매체를 절곡하여 편파형시트를 형성하는 단계; (S3) 제2 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시켜 평판시트를 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 편파형시트 및 평판시트를 접착시켜 허니컴 구조체를 제조하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 흡습제를 현열교환 매체의 표면 전체에 걸쳐 고르게 도포하고 흡습제의 표면적을 넓힐 수 있어 흡습 성능을 증가시켜 허니컴 구조체의 교환 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러 공정을 단순화하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
전열교환기, 허니컴 구조체, 흡습제, 전기방사법, 편파형시트, 평판시트

Description

전열교환기용 허니컴 구조체 제조 방법 및 이에 의해 제조된 허니컴 구조체{METHOD FOR MANUFACTURING HONEYCOMB STRUCTURE OF AIR-TO-AIR HEAT EXCHANGER AND HONEYCOMB STRUCTURE MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 전열교환기용 허니컴 구조체 제조 방법 및 이에 의해 제조된 허니컴 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 허니컴 구조체의 흡습 성능을 증가시켜 교환 효율을 향상시키고 공정이 간단한 전열교환기용 허니컴 구조체 제조 방법 및 이에 의해 제조된 허니컴 구조체에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전열교환기는 실내외 공기의 유입 및 유출에 의해 발생하는 열수지를 제어하고, 실내공기정화에도 효과적이며, 에어컨 등을 대신할 수 있는 고효율 에너지절약형 장치이다.
특히, 전열교환기는 냉, 난방 환기시 배기공기의 열을 급기되는 공기에 치환함으로써 별도의 가열원이나 냉각원 없이 강제 급ㆍ배기 열회수 환기장치로 이용되고, 이러한 전열교환기는 1)환기시 배출되는 공기중의 에너지를 도입외기에 전달하여 실내온도 및 습도를 유지시킬 수 있고, 2) 황사 등 미세먼지를 제거하여 각종 질병을 예방할 수 있으며, 3) 천정 취부형으로 밀폐되므로 소음 발생을 최소화하여 조용하게 실내를 유지할 수 있고, 4) 배기구와 흡기구가 구분되어 있는 양방향 강제환기방식으로 환기효과가 탁월하며, 5) 실내공기의 재순환이 아닌 말끔히 여과된 외부의 신선한 공기를 공급하므로 건강하고 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있는 장점이 있다.
이러한 전열교환기의 전열교환매체에는 원통형의 허니컴 구조체가 이용되고 있으며, 이러한 허니컴 구조체는 수분의 흡탈착성능을 조절할 수 있는 흡습제가 함침 또는 코팅되어 있다.
현재 허니컴 구조체의 성능 향상을 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나, 고효율화 및 고기능화를 위해 흡습 성능을 향상시킬 수 있는 흡습제 및 코팅 공정 기술 개발과 허니컴 구조 등의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 흡습 성능을 증가시켜 허니컴 구조체의 교환 효율을 향상시키고 공정이 간단한 전열교환기용 허니컴 구조체 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 상기 제조방법을 통해 제조된 허니컴 구조체 및 이를 포함하는 전열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 전열교환기용 허니컴 구조체에 사용되는 나노섬유 웹의 제조방법을 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명은, (S1) PVA를 함유하는 액상의 흡습제를 제조하는 단계; (S2) 제1 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시키고, 상기 건조된 제1 현열교환 매체를 절곡하여 편파형시트를 형성하는 단계; (S3) 제2 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시켜 평판시트를 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 편파형시트 및 평판시트를 접착시켜 허니컴 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 본 발명에 따른 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법에 의해 제조된 전열교환기용 허니컴 구조체를 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열교환기용 허니컴 구조체의 제조방법을 도시한 공정도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열교환기용 허니컴 구조체의 제조장치를 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 허니컴 구조체의 제조방법은, (S1) PVA를 함유하는 액상의 흡습제를 제조하는 단계; (S2) 제1 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시키고, 상기 건조된 제1 현 열교환 매체를 절곡하여 편파형시트(11)를 형성하는 단계; (S3) 제2 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시켜 평판시트(12)를 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 편파형시트(11) 및 평판시트(12)를 접착시켜 허니컴 구조체를 제조하는 단계로 이루어진다.
먼저, PVA를 함유하는 액상의 흡습제를 제조한다(S1). 본 단계는 이후 편파형시트 및 평판시트 제조를 위하여 제1 현열교환 매체 및 제2 현열교환 매체에 도포될 액상의 흡습제를 제조하는 단계이다.
본 단계에서 액상의 흡습제는 용매에 PVA를 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 이때, 액상의 흡습제 중량 기준으로 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. PVA의 함량이 50 를 초과하는 경우 점도가 너무 높아 전기방사 공정이 어려운 문제가 있고, 0.5 에 미달하는 경우 나노섬유가 제조되지 않는 문제가 있다.
또한, 본 단계는, 용매에 PVA를 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계; 용매에 폴리스티렌설폰산(Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리 스티렌 설폰산/말레산 공중합체(Poly(styrenesulfonic acid-co-maleic acid)) 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyetylene Oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 수지를 용해시켜 제2 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하여 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 용액 중량 기준으로 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. PVA의 함량이 50를 초과하는 경우 점도가 너무 높아 전기방사 공정이 어 려운 문제가 있고, 0.5에 미달하는 경우 나노섬유가 제조되지 않는 문제가 있다.
또한, 제2 용액 중량 기준으로 고분자 수지의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. 고분자 수지의 함량이 50를 초과하는 경우 점도가 너무 높아 전기방사 공정이 어려운 문제가 있고, 0.5에 미달하는 경우 나노섬유가 제조되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 액상의 흡습제에서 PVA와 고분자 수지의 함량비는 특별히 제한되지 않으며, 요구되는 물성에 따라 적절히 조절하여 사용할 수 있다.
한편, 본 단계는, 용매에 PVA를 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계; 용매에 폴리스티렌설폰산(Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리 스티렌 설폰산/말레산 공중합체(Poly(styrenesulfonic acid-co-maleic acid)) 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyetylene Oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 수지를 용해시켜 제2 용액을 제조하는 단계; 및 상기 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하고, 상기 혼합 용액에 제올라이트를 첨가하여 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 용액 중량 기준으로 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. PVA의 함량이 50를 초과하는 경우 점도가 너무 높아 전기방사 공정이 어려운 문제가 있고, 0.5에 미달하는 경우 나노섬유가 제조되지 않는 문제가 있다.
상기 제2 용액 중량 기준으로 상기 고분자 수지의 함량은 0.5 내지 50 중량% 인 것이 바람직하다. 고분자 수지의 함량이 50를 초과하는 경우 점도가 너무 높아 전기방사 공정이 어려운 문제가 있고, 0.5에 미달하는 경우 나노섬유가 제조되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 액상의 흡습제에서 PVA와 고분자 수지의 함량비는 특별히 제한되지 않으며, 요구되는 물성에 따라 적절히 조절하여 사용할 수 있다.
상기 액상의 흡습제에서 제올라이트의 함량은 PVA 중량 기준으로 50 중량% 이하인 것이 바람직하다. 제올라이트의 함량이 50을 초과하는 경우 분산이 잘 안되어 뭉쳐지는 문제가 있다.
본 단계에서 PVA 및 고분자 수지를 용해시키기 위해 사용될 수 있는 용매로는 예를 들어 물, 알코올, DMF, NMP, DMAc 등이 있다.
본 발명에서는 흡습제를 도포하기 위해 전기방사법이 사용되는데, 전기방사법은 용매를 이용하여 흡습제를 점도가 높은 유체로 만든 후에 전기장이 인가된 상태에서 주사기 또는 모세관 등을 이용하여 방사함으로써 섬유상의 흡습층을 제1 현열교환 매체(11a) 및 제2 현열교환 매체(12a)의 양면에 균일하게 부착시킬 수 있다. 그리고, 전기방사 시에 고압의 전기장을 걸어줌으로써 섬유상 조직을 보다 효과적으로 형성할 수 있고, 그 점도 등을 조절함으로써 섬유상 조직의 직경 등과 같은 크기를 제어할 수 있으며, 제조되는 섬유상의 직경은 수십 나노미터에서 수십 마이크로미터 등과 같은 넓은 범위를 가지도록 조절될 수 있고, 이에 의해 본 발명의 허니컴 구조체(10)는 그 접촉 표면적이 매우 커질 수 있다.
다음으로, 제1 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시키켜 나노섬유 웹을 제조하고, 나노섬유 웹을 절곡하여 편파형시트(11)를 형성한다(S2).
알루미늄, 스테인레스강 및 황동 박판, 크라프트 종이, 전도성 고분자 필름 등과 같은 제1 현열교환 매체(11a)의 양면에 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 표면가열하여 건조시킴으로써 제1 현열교환 매체(11a)의 양면에 흡습제를 코팅하고, 그런 다음 제1 현열교환 매체(11a)를 원호, 삼각, 사각 또는 그외의 다각형 등과 같은 소정의 파형으로 절곡하여 편파형 시트(11)를 형성한다.
다음으로, 제2 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시켜 나노섬유 웹을 제조하고 이를 평판시트(12) 평판시트로 사용한다(S3).
이와 더불어, 알루미늄, 스테인레스강 및 황동 박판, 크라프트 종이, 전도성 고분자 필름 등과 같은 제2 현열교환 매체(12a)의 양면에 액상의 흡습제를 도포한 후에 표면가열하여 건조시킴으로써 그 양면에 흡습층이 형성된 평판 시트(12)를 형성한다.
이와 같은 (S2), (S3) 단계에 대해 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 제1 현열교환 매체 롤(21a)로부터 제1 현열교환 매체(11a)가 복수의 이송롤러(21b, 21c, 21d)에 의해 이송되고, 복수의 이송롤러(21b, 21c, 21d) 사이에 배치 된 한 쌍의 전기방사기(23a, 24a)에 의해 제1 현열교환 매체(11a)의 양면에 순차적으로 또는 동시에 흡습제를 전기방사시킨 후에 촉매연소기 등과 같은 한 쌍의 표면건조기(23b, 24b)에 의해 순차적으로 또는 동시에 건조시킴으로써 흡습층을 제1 현열교환 매체(11a)의 양면에 형성한다.
그런 다음, 제1 현열교환 매체(11a)는 회전하는 절곡용 롤러(22)에 감겨져 원호형, 삼각형, 사각형 또는 그외 다각형 등과 같은 소정의 파형으로 절곡될 수 있다. 여기서, 절곡용 롤러(22)는 도 2에 예시된 바와 같이 그 외주면이 다각형구조로 이루어지거나 또는 그 외주면에 원호형, 삼각형, 사각형 또는 그외 다각형 구조의 치형를 가질 수 있고, 이 절곡용 롤러(22)에 의해 제1 현열교환 매체(11a)는 원호형, 삼각형, 사각형 또는 그외 다각형 구조의 파형이 일정 피치로 형성된 편파형 시트(11)로 형성된다.
제1 현열교환 매체(11a)가 편파형 시트(11)로 가공됨과 동시에 또는 순차적으로, 제2 현열교환 매체(12a)가 평판 시트(12)로 가공된다. 제2 현열교환 매체(12a)도 제1 현열교환 매체(11a)와 동일하게, 현열교환 매체 롤(31a)로부터 제2 현열교환 매체(12a)가 복수의 이송롤러(31b, 31c, 31d)에 의해 이송되고, 복수의 이송롤러(31b, 31c, 31d) 사이에 배치된 한 쌍의 전기방사기(33a, 34a)에 의해 제2 현열교환 매체(12a)의 양면에 순차적으로 또는 동시에 흡습제를 전기방사시킨 후에 촉매연소기 등과 같은 한 쌍의 표면건조기(33b, 34b)에 의해 순차적으로 또는 동시에 건조시킴으로써 평판 시트(12)를 가공한다.
다음으로, 상기 편파형시트(11) 및 평판시트(12)를 접착시켜 허니컴 구조체를 제조한다(S4).
예를 들어, 접착제도포기(41)를 이용하여 평판시트(12)의 일면에 접착제를 도포한 후에, 이렇게 접착제가 도포된 평판시트(12)와 편파형시트(11)를 성형롤러(42)에 동시에 권취시킴으로써 평판 시트(12)와 편파형 시트(11)를 접착하고, 이러한 접착에 의해 허니컴 구조체(10)가 형성되며, 이 허니컴 구조체(10)를 권취롤(45)에 권취함으로써 허니컴 구조체(10)의 성형을 완료한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명 전열교환기용 허니컴구조체의 제조 방법에 따르면, 흡습제를 현열교환 매체의 표면 전체에 걸쳐 고르게 도포하고 흡습제의 표면적을 넓힐 수 있어 흡습 성능을 증가시켜 허니컴 구조체의 교환 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러 공정을 단순화하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
<실시예>
실시예 1
증류수 100ml에 Poly(vinyl alcohol) (PVA, 87-89% hydrolyzed, MW=58,000-124,000, Sigma-Aldrich) 10wt%를 첨가하여 60oC에서 교반하면서 완전히 용해시켜, 전기방사용 PVA 용액을 제조하였다.
제조된 용액을 전기방사장치 (NT-PS-35K, NTSEE Co., Korea)를 사용하여 알루미늄 호일에 방사하여 전열교환기용 고분자 나노섬유 웹을 제조하였다. 전기방사에 사용된 전압은 10kV였으며, 양전하가 걸린 주사바늘과 음전하가 걸린 집속장치와의 거리(Tip-to-Collector Distance, TCD)는 15cm이였다. 방사 용액을 담은 주사기로는 유리로 제조된 10ml 주사기를 사용하였으며 주사 바늘의 직경은 0.5 mm이었다. 제조된 용액이 담긴 주사기를 실린지 펌프에 장착한 후 1 ml/hr의 속도로 공급하였으며 알루미늄 호일이 장치된 집속장치의 회전속도는 300rpm이였다. 방사시간에 따라 나노섬유 웹의 두께를 약 10 내지 50㎛로 조절할 수 있으며, 본 실시예에서 제조된 나노섬유 웹의 두께는 30㎛이었다.
실시예 2-4
증류수 100ml에 PVA 10wt%를 첨가하여 60oC에서 교반하여 용해시키고, 별도로 증류수 100ml에 Poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid)(PSSA-MA, MW=20,000, Sigma-Aldrich) 10wt%를 첨가하여 상온에서 용해시킨다. 제조된 10wt% PVA 수용액과 10 wt% PSSA-MA 수용액을 각각 PVA:PSSA-MA 비율이 9:1(실시예 2), 8:2(실시예 3), 7:3(실시예 4)이 되도록 혼합하고 60oC에서 6시간이상 교반하여 PVA/PSSA-MA 용액을 제조하였다.
제조된 용액을 전기방사장치 (NT-PS-35K, NTSEE Co., Korea)를 사용하여 알루미늄 호일에 방사하여 전열교환기용 고분자 나노섬유 웹을 제조하였다. 전기방사에 사용된 전압은 10kV였으며, 양전하가 걸린 주사바늘과 음전하가 걸린 집속장치와의 거리(Tip-to-Collector Distance, TCD)는 15cm이였다. 방사 용액을 담은 주사기로는 유리로 제조된 10ml 주사기를 사용하였으며 주사 바늘의 직경은 0.5 mm이었다. 제조된 용액이 담긴 주사기를 실린지 펌프에 장착한 후 1 ml/hr의 속도로 공급하였으며 알루미늄 호일이 장치된 집속장치의 회전속도는 300rpm이였다. 방사시간에 의해 전열교환기용 고분자 나노섬유 웹의 두께를 조절하였다.
실시예 5-7
증류수 100ml에 PVA 10wt%를 첨가하여 60oC에서 용해시킨다. 제조된 10wt% PVA 수용액에 Sulfosuccinic acid (SSA, 70wt% solution in water, Sigma-Aldrich) PVA양 대비 20wt%를 첨가하여 1시간 이상 교반한다. 별도로 증류수 100ml에 PSSA-MA 10wt%를 첨가하여 상온에서 용해시킨다. 제조된 10wt% PVA/SSA 수용액과 10wt% PSSA-MA 수용액을 각각 PVA:PSSA-MA 비율이 9:1(실시예 5), 8:2(실시예 6), 7:3(실시예 7)이 되도록 혼합하고 교반하여 PVA/SSA/PSSA-MA 용액을 제조하였다.
제조된 용액을 전기방사장치 (NT-PS-35K, NTSEE Co., Korea)를 사용하여 알 루미늄 호일에 방사하여 전열교환기용 고분자 나노섬유 웹을 제조하였다. 전기방사에 사용된 전압은 10kV였으며, 양전하가 걸린 주사바늘과 음전하가 걸린 집속장치와의 거리(Tip-to-Collector Distance, TCD)는 15cm이였다. 방사 용액을 담은 주사기로는 유리로 제조된 10ml 주사기를 사용하였으며 주사 바늘의 직경은 0.5 mm이었다. 제조된 용액이 담긴 주사기를 실린지 펌프에 장착한 후 1ml/hr의 속도로 공급하였으며 알루미늄 호일이 장치된 집속장치의 회전속도는 300rpm이였다. 방사시간에 의해 전열교환기용 고분자 나노섬유 웹의 두께를 조절하였다.
실시예 8-10
증류수 100ml에 PVA 10wt%를 첨가하여 60oC에서 용해시킨다. 제조된 10wt% PVA 수용액에 Sulfosuccinic acid (SSA, 70wt% solution in water, Sigma-Aldrich) PVA양 대비 20wt%를 첨가하여 1시간 이상 교반한다. 별도로 증류수 100ml에 PSSA-MA 10wt%를 첨가하여 상온에서 용해시킨다. 제조된 10wt% PVA/SSA 수용액과10wt% PSSA-MA 수용액을 각각 PVA:PSSA-MA 비율이 9:1(실시예 8), 8:2(실시예 9), 7:3(실시예 10)이 되도록 혼합하고 교반한다. 혼합된 용액에 PVA 양 대비 30wt%의 zeolite를 첨가하고 10시간 이상 교반하여 완전히 분산시켜 Zeolite가 첨가된 PVA/SSA/PSSA-MA 용액을 제조하였다.
제조된 용액을 전기방사장치 (NT-PS-35K, NTSEE Co., Korea)를 사용하여 알루미늄 호일에 방사하여 전열교환기용 고분자 나노섬유 웹을 제조하였다. 전기방사 에 사용된 전압은 10kV였으며, 양전하가 걸린 주사바늘과 음전하가 걸린 집속장치와의 거리(Tip-to-Collector Distance, TCD)는 15cm이였다. 방사 용액을 담은 주사기로는 유리로 제조된 10ml 주사기를 사용하였으며 주사 바늘의 직경은 0.5 mm이었다. 제조된 용액이 담긴 주사기를 실린지 펌프에 장착한 후 1ml/hr의 속도로 공급하였으며 알루미늄 호일이 장치된 집속장치의 회전속도는 300rpm이였다. 방사시간에 의해 전열교환기용 고분자 나노섬유 웹의 두께를 조절하였다.
비교예 1
Aldrich 사의 폴리비닐알코올(PVA) 분말제품의 수분 흡착 특성을 측정하였다. 분말은 지름 10㎛ 정도이며 구형의 형상이다.
성능 평가
주사전자현미경(SEM, Hitachi S-4700)을 이용하여 앞서 제조된 전열교환기의 나노섬유 웹의 형태를 관찰하였다. 도 3a은 실시예 1의 PVA 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진이고, 도 4a은 실시예 2의 PVA 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진이고, 도 5a은 실시예 8의 PVA 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진이다. 이들 도면을 통해 실시예 1, 2 및 8의 나노섬유 웹 모두 양호한 형태로 형성되었음을 확인할 수 있다.
다음으로, 나노섬유 웹의 수분 흡착 특성을 측정하기 위하여 온도와 습도의 조절이 용이한 항온항습 챔버를 자체 제작하여 사용하였다. 수분과 온도가 조절된 챔버 내에서 나노섬유 의 수분 흡탈착 특성을 고찰하였으며, 전자저울을 챔버 내에 넣고 컴퓨터와 연결하여 실시간으로 흡탈착량, 즉 무게의 변화를 측정하였다. 실험조건은 실외 공기조건과 실내 공기조건에서 흡착 실험을 행하였으며, 열교환 효율을 측정하는 KS규격 실험조건을 기준으로 하였다. 습도는 가습기를 사용하여 외부에서 수증기를 공급하여 조절하였으며 자동센서를 사용하여 습도와 온도를 조절하였다.
나노섬유 웹의 수분 흡착속도를 계산하기 위하여 Fick's 확산계수를 계산하였다. Fick's 법칙의 농도에 대한 편미분 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008045099931-pat00001
(1)
여기서, C는 시간 t에서의 농도를 나타내며 D는 확산계수를 나타낸다. 이 식으로부터 일정 확산계수를 가진 구형의 확산매질로 가정하고 초기시간에 대해 풀면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008045099931-pat00002
(2)
여기서, Mt는 시간 t에서의 흡착된 수분의 양이며, M∞는 평형 흡착량, 그리고 L은 고분자 나노 웹의 두께이다. 확산계수(diffusion coefficient) 또는 흡착계수를 구하기 위해 초기 흡착량과 시간과의 관계를 그래프로 나타내었으며 초기 흡착은 일차 선형적으로 증가한다. 기울기로부터 흡착계수, D를 구할 수 있다.
도 3b는 실시예 1의 PVA 나노섬유 웹과 비교예 1의 전기방사하지 않은 PVA_ 파우더의 시간에 따른 흡습량 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3c는 실시예 1의 PVA 나노섬유 웹과 비교예 1의 전기방사하지 않은 PVA 파우더의 시간에 따른 Mt/Mo(표준화된 수분흡착 질량) 변화를 나타낸 그래프이다. 이 결과로부터 실시예 1의 나노섬유 웹과 비교예 1의 PVA 파우더의 흡착계수 D를 구하였으며, 그 값은 각각 5.40x10-8, 5.54x10-12으로 실시예 1의 나노섬유 웹이 훨씬 우수한 흡착 성능을 가짐을 알 수 있다.
도 4b는 실시예 2의 나노섬유 웹과 실시예 5의 나노섬유 웹의 시간에 따른 흡습량 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4c는 실시예 2의 나노섬유 웹과 실시예 5의 나노섬유 의 시간에 따른 Mt/Mo(표준화된 수분흡착 질량) 변화를 나타낸 그래프이다. 이 결과로부터 실시예 2 및 실시예 5의 나노섬유 웹의 흡착계수 D를 구하였으며, 그 값은 각각 2.59x10-9, 1.79x10-8이었다. 실시예 5의 나노섬유 웹이 실시예 2의 나노섬유 웹에 비해 우수한 흡착 성능을 나타내는데, 이는 SSA가 고분자들 사이를 가교시켜 웹의 흡착 성능을 향상시키기 때문이다.
도 5b는 실시예 8의 나노섬유 웹의 시간에 따른 흡습량 변화를 나타낸 그래프이고, 도 5c는 실시예 8의 나노섬유 웹의 시간에 따른 Mt/Mo(표준화된 수분흡착 질량) 변화를 나타낸 그래프이다. 이 결과로부터 실시예 8의 나노섬유 웹의 흡착계수 D를 구하였으며, 그 값은 8.10x10-9으로 제올라이트 자체의 흡착계수 D보다 3000배 이상 큰 값이다. 이로부터 PVA를 이용한 전기방사 공정을 통해 제올라이트 고분자 복합체의 흡착 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열교환기용 허니컴 구조체의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전열교환기용 허니컴 구조체의 제조장치를 도시한 구성도이다.
도 3a은 실시예 1의 PVA 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진이고, 도 3b는 실시예 1의 PVA 나노섬유 웹과 비교예 1의 전기방사하지 않은 PVA_파우더의 시간에 따른 흡습량 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3c는 실시예 1의 PVA 나노섬유 웹과 비교예 1의 전기방사하지 않은 PVA_파우더의 시간에 따른 Mt/Mo(표준화된 수분흡착 질량) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4a은 실시예 2의 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진이고, 도 4b는 실시예 2의 나노섬유 웹과 실시예 5의 나노섬유 웹의 시간에 따른 흡습량 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4c는 실시예 2의 나노섬유 웹과 실시예 5의 나노섬유 의 시간에 따른 Mt/Mo(표준화된 수분흡착 질량) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5a은 실시예 8의 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진이고, 도 5b는 실시예 8의 나노섬유 웹의 시간에 따른 흡습량 변화를 나타낸 그래프이고, 도 5c는 실시예 8의 나노섬유 웹의 시간에 따른 Mt/Mo(표준화된 수분흡착 질량) 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (25)

  1. (S1) PVA를 함유하는 액상의 흡습제를 제조하는 단계;
    (S2) 제1 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시키고, 상기 건조된 제1 현열교환 매체를 절곡하여 편파형시트를 형성하는 단계;
    (S3) 제2 현열교환 매체의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시켜 평판시트를 형성하는 단계; 및
    (S4) 상기 편파형시트 및 평판시트를 접착시켜 허니컴 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계는 용매에 PVA를 용해시켜 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액상의 흡습제 중량 기준으로 상기 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계는
    용매에 PVA를 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계;
    용매에 폴리스티렌설폰산(Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리 스티렌 설폰산/말레산 공중합체(Poly(styrenesulfonic acid-co-maleic acid)) 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyetylene Oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 수지를 용해시켜 제2 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하여 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 용액 중량 기준으로 상기 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 용액 중량 기준으로 상기 고분자 수지의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 용매는 물, 알코올, DMF, NMP 및 DMAc로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (S1) 단계는
    용매에 PVA를 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계;
    용매에 폴리스티렌설폰산(Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리 스티렌 설폰산/말레산 공중합체(Poly(styrenesulfonic acid-co-maleic acid)), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyetylene Oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 수지를 용해시켜 제2 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하고, 상기 혼합 용액에 제올라이트를 첨가하여 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 용액 중량 기준으로 상기 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 용액 중량 기준으로 상기 고분자 수지의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 액상의 흡습제에서 제올라이트의 함량은 PVA 중량 기준으로 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 용매는 물, 알코올, DMF, NMP 및 DMAc로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전열교환기용 허니컴 구조체 제조방법에 의해 제조된 전열교환기용 허니컴 구조체.
  14. (a1) PVA를 함유하는 액상의 흡습제를 제조하는 단계;
    (a2) 도전성 시트의 양면에 상기 액상의 흡습제를 전기방사법에 의해 도포한 후에 건조시키는 단계를 포함하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (a1) 단계는 용매에 PVA를 용해시켜 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 액상의 흡습제 중량 기준으로 상기 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 (a1) 단계는
    용매에 PVA를 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계;
    용매에 폴리스티렌설폰산(Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리 스티렌 설폰산/말레산 공중합체(Poly(styrenesulfonic acid-co-maleic acid)) 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyetylene Oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 수지를 용해시켜 제2 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하여 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 용액 중량 기준으로 상기 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2 용액 중량 기준으로 상기 고분자 수지의 함량은 0.5 내지 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 용매는 물, 알코올, DMF, NMP 및 DMAc로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 (a1) 단계는
    용매에 PVA를 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계;
    용매에 폴리스티렌설폰산(Poly(styrenesulfonic acid)), 폴리 스티렌 설폰산/말레산 공중합체(Poly(styrenesulfonic acid-co-maleic acid)), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyetylene Oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 수지를 용해시켜 제2 용액을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 용액 및 제2 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하고, 상기 혼합 용액에 제올라이트를 첨가하여 상기 액상의 흡습제를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 용액 중량 기준으로 상기 PVA의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제2 용액 중량 기준으로 상기 고분자 수지의 함량은 0.5 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 액상의 흡습제에서 제올라이트의 함량은 PVA 중량 기준으로 50중량% 이하인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 용매는 물, 알코올, DMF, NMP 및 DMAc로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 나노섬유 웹의 제조방법.
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