KR101284448B1 - 전열교환소자용 기능성 페이퍼와 이를 이용한 전열교환소자 - Google Patents

전열교환소자용 기능성 페이퍼와 이를 이용한 전열교환소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전열교환소자의 스페이서에 사용되며 난연성, 내구성 및 전열교환성능이 우수한 전열교환소자용 기능성 페이퍼에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼는 무기소재 섬유, 고분자 섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상으로 이루어진 직포 또는 부직포를 포함하되, 상기 직포 또는 부직포 내에는 기능성 무기 입자가 포함된 것을 특징으로 한다.

Description

전열교환소자용 기능성 페이퍼와 이를 이용한 전열교환소자 {FUNCTIONAL PAPER FOR HEAT EXCHANGE ELEMENT AND HEAT EXCHANGE ELEMENT USING THE SAME}
본 발명은 전열교환소자에 사용되는 기능성 페이퍼 및 이를 이용한 전열교환소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기능성 무기 입자가 함침된 무기 섬유등을 포함하여 난연성 등 다양한 기능성을 가지며 전열교환 효과가 우수한 전열교환소자용 기능성 페이퍼 및 이를 이용한 전열교환소자에 관한 것이다.
최근 다양한 냉난방 기계장치들의 개발로 인한 거주 공간의 실내 환경 개선을 통해 주거 환경의 질적 향상이 이루어지고 있다. 다만, 이러한 냉난방 시설이 보급됨으로써 주거 공간의 환기가 어려워지고, 실내 공간에서 환기가 제대로 되지 않음으로써 주거자의 건강을 위협하는 등의 문제점이 제기 되고 있다.
건축물의 환기 설비를 설치하는 것이 건축 기준법에 의하여 의무화 되고 있으며, 가정용 냉난방 장치에도 환기 기능을 부가하는 등 건축물의 실내 공기 개선이 중요한 문제로 부각되고 있다.
하지만, 건축물의 환기가 활발해 지면, 냉난방을 하여도 열 손실이 많아져 에너지 소비가 지나치게 커지게 된다. 따라서, 환기를 하면서도 열 또는 냉열의 방출을 최소화하여 에너지 소비를 억제하는 전열교환기가 주목받고 있다.
전열교환기는 일정 공간을 사이에 두고 상하 방향으로 적층되는 라이너와 각각의 라이너 사이에 스페이서가 배치되는 구조를 갖는다. 상기 라이너는 그 상부와 하부를 흐르는 공기 사이의 열교환 매체로서 기능하고, 스페이서는 주름판 형상을 가짐으로써 공기의 흐름을 위한 공기유로를 형성한다. 상기 공기유로는 서로 교차되는 구조를 취하는데, 이 중 하나의 유로는 실내 공기가 외부로 통과하는 유로가 되고, 다른 하나는 실외 공기가 내부로 유입되는 유로가 된다. 따라서 환기 시 실내 공기와 실외 공기는 라이너를 사이에 두고 각각의 공기유로를 통과하면서 서로 열교환을 하게 되며, 배출되는 실내 공기의 잠열 또는 현열이 흡입되는 실외 공기로 흡수되게 된다.
종래의 스페이서는 일반적으로 종이 소재를 사용하는데, 습기에 약하고 내구성이 부족한 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 플라스틱 소재의 스페이서를 사용하기도 한다. 다만, 플라스틱을 소재로 하여 스페이서를 제작하는 경우 종이소재에 비하여 강도가 우수하고 변형이 최소화 되나 전열교환효율이 좋지 못하고 다른 기능성을 갖는 못하는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 다양한 기능성을 가지는 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 제공하는 것이다
본 발명의 다른 목적은 온도 및 습도 교환이 우수한 라이너와 다양한 기능성을 갖는 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 이용한 스페이서를 포함하는 전열교환소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼는 무기소재 섬유, 고분자 섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상으로 이루어진 직포 또는 부직포를 포함하되, 상기 직포 또는 부직포 내에는 기능성 무기 입자가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일실시예에 따른 전열교환소자는 판 상의 라이너 및 상기 라이너 상에 부착되며 주름 형상의 스페이서를 포함하는 전열교환소자에 있어서, 상기 스페이서는 본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼는 무기소재 섬유 등으로 이루어진 직포 또는 부직포를 포함하고 기능성 무기 입자를 함유하여 강도 및 난연성이 우수하고 변형률이 최소화 되는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전열교환소자는 전열교환소자용 기능성페이퍼를 이용하여 전열교환성능, 내구성 및 난연성 등이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환소자를 나타내는 사시도이다.
도 2는 전열교환소자를 나타내는 제품 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 전열교환소자의 실시예와 비교예의 난연성 시험 결과를 나타낸 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼 및 이를 이용한 전열교환소자에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼는 무기소재 섬유, 고분자 섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상으로 이루어진 직포 또는 부직포를 포함한다. 상기 직포 또는 부직포 내에는 기능성 무기 입자가 포함되어 있다.
본 발명에서 전열교환소자용 기능성 페이퍼란, 다양한 기능성 무기 입자가 포함된 직포 또는 부직포로 형성되는 전열교환소자용 페이퍼를 의미한다.
상기 직포 또는 부직포는 무기소재 섬유, 고분자 섬유 및 천연 섬유 중 1종 이상으로 이루어지며, 상기 직포 또는 부직포에는 기능성 무기 입자가 포함되어 있다. 상기 기능성 무기 입자는 직포 또는 부직포 형상의 섬유에 접착되어 있거나, 상기 섬유의 미세기공 내에 함침되어 있을 수 있다.
본 발명의 기능성 무기 입자는 난연성을 갖는 무기 입자를 포함하고 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 전열교환소자용 기능성 페이퍼의 난연성이나 내구성 등 기능성을 보완할 수 있는 기능성 무기 입자라면 제한 없이 이용될 수 있다.
상기 기능성 무기 입자는 할로겐계 난연제, 무기계 난연제, 인계 난연제, 멜라민계 난연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 난연제는 연소를 방해하거나 연소시의 연쇄반응을 지연시키는 역할을 함으로써, 본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼가 난연성을 갖도록 할 수 있다.
상기 무기계 난연제는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 및 산화 안티몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 수산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘은 부식성이 적고 전기 절연성도 우수하며 경제적인 측면에서도 유리하기 때문에 본 발명에 사용되는 난연제로서 바람직하다. 그리고 산화 안티몬은 타 난연제와 동시에 사용하는 경우 난연 상승효과가 크다.
본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼는 상기 직포 또는 부직포에 포함된 기능성 무기 입자를 무기 섬유 등에 견고히 접착시키는 바인더를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 사용되는 바인더는 유기 및 무기 바인더를 사용할 수 있으며, 당 업계에서 통상적으로 사용되는 바인더라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 바인더는 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 폴리 아클릴레이트 및 폴리 아크릴아미드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼에 포함되는 무기소재 섬유, 고분자 섬유 및 천연 섬유는 미세기공을 포함할 수 있다. 상기 각 섬유가 갖는 미세기공에 상기 기능성 무기 입자가 함침될 수 있다.
상기 미세기공은 평균기공크기가 20 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 미세기공이 20 ㎛ 미만이 되는 경우, 기능성 무기 입자가 상기 미세기공에 함침되는 것이 용이하지 않을 수 있다. 다만, 상기 미세기공의 평균기공크기는 80 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 미세기공이 80 ㎛를 초과하는 경우 기능성 무기입자가 함침되지 않을 수 있으며 또한, 함침력이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
전열교환소자용 기능성 페이퍼에 포함되는 무기소재 섬유는 유리 섬유 및 세라믹 섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 세라믹 섬유는 전열교환소자에 사용되는 내구성, 난연성 및 전열교환성능 등이 우수한 공지의 세라믹 섬유라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 세라믹 섬유로는 알루미나, 알루미노 실리게이트, 알루미노 보로 실리게이트 및 뮬라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 고분자 섬유는 전열교환소자에 사용되는 내구성, 난연성 및 전열교환성능 등이 우수한 공지의 고분자 섬유라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 고분자 섬유로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 및 나일론으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 천연 섬유는 전열교환소자에 사용되는 내구성, 난연성 및 전열교환성능 등이 우수한 공지의 천연 섬유라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 천연 섬유로는 목재섬유를 비롯하여 면, 황마(jute), 아마(flax), 대마(hemp), 양마(kenaf), 저마(ramie), 모시, 사이잘(sisal), 헤네킨(hemequen), 파인애플잎 섬유, 목화섬유, 실크, 코이어(coir), 코코넛 섬유, 대나무, 바나나섬유, 볏짚, 밀짚 그리고 해조류로부터 얻어지는 홍조섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 천연섬유 등은 섬유 표면을 덮고 있는 왁스 성분 및 리그닌 물질 등을 제거하기 위해서 물이나 알코올 등으로 세척하여 사용하거나, 알칼리 처리 등을 하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼는 최종 제품 제조 후의 건조 평량이 70 g/m2 이상이 됨이 바람직하다. 상기 최종 건조 평량이 70 g/m2 미만이 되는 경우에는 전열교환소자용 기능성 페이퍼에 필요한 난연성 및 내구성을 확보하기 어려운 문제점이 있을 수 있다. 다만, 상기 전열교환소자용 기능성 페이퍼의 최종 건조 평량은 150 g/m2을 초과하지 않는 것이 바람직하다. 상기 최종 건조 평량이 150 g/m2을 초과하면 제품의 생산 비용 측면에서 비경제적일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환소자를 나타내는 사시도이고, 도 2는 전열교환소자를 나타내는 제품 사진이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 도시된 본 발명에 따른 전열교환소자는 판 상의 라이너(1) 및 상기 라이너(1) 상에 부착되며 주름 형상의 스페이서(2)를 포함하는 전열교환소자에 있어서, 상기 스페이서(2)는 제1항의 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 라이너(1)는 종이 재질을 포함할 수 있고, 가스베리어성 물질과 흡습제를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 스페이서(2)는 본 발명의 일실시예에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 이용한다. 상기 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 이용하여 지그 장치 등을 이용해 주름을 형성하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 전열교환소자는 종래의 전열교환소자와 달리 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 이용한 스페이서(2)를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 전열교환소자는 종래의 전열교환소자에 비하여 내구성, 난연성 및 전열교환성능이 우수하다.
[실험예]
<실시예>
라이너는 목재펄프로 만든 평량 40 g/m2 인 원지에 가스베리어성 물질 및 흡습제(염화칼슘)를 함침시켜 제조하였다. 스페이서를 제조하기 위해 평량이 32 g/m2 이고 평균기공크기가 45 ㎛ 인 유리 섬유지를 부직포 형태로 마련하였다. 상기 유리 섬유지를 수산화 알루미늄과 폴리비닐알콜, 아크릴바인더를 포함하는 슬러리에 침지하여 상기 유리 섬유지에 수산화 알루미늄을 함침시켰다. 이 후에 이를 건조하여 최종 건조 평량은 100 g/m2 가 되도록 스페이서를 제조하였다.
상기 라이너 및 스페이서를 이용하여 전열교환소자를 제작하였다.
<비교예>
라이너는 실시예와 동일하게 제조하고, 스페이서는 일반용지(평량 80 g/m2 의 백상지)로 대체하여 전열교환소자를 제작하였다.
[냉난방시 열교환 효율 비교]
상기의 실시예와 비교예를 통해 제조한 열교환소자를 이용하여 실내 냉난방 시에 열교환 효율을 측정하였고, 난연성 테스트를 수행하였다.
열교환 효율은 상기의 실험예 및 비교예에 의하여 제작한 열교환소자를 이용하여 산출하였다. 열교환 효율의 산출 방법은, 실내에 축적된 공기를 같은 시간 동안 환기한 경우에 있어서 환기 전의 온도와 환기 후의 온도를 비교하여 내부공기와 외부공기의 열교환이 어느정도 이루어진 것인지 여부로 산출하였다. 이에 대한 결과값은 하기 표 1에 정리하였다.
[표 1]
Figure 112010060958777-pat00001

본 발명에 따른 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 이용하여 전열교환소자를 제작한 실시예의 경우, 일반 용지를 이용하여 제작한 비교예에 비하여 냉난방시 모두 우수한 열교환 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다.
[난연성 테스트]
상기의 실시예와 비교예에는 동일한 열을 가하였다. 발화가 시작된 후 연소가 끝날 때까지 연소상황을 비교하여 난연성 테스트를 실시하였다.
도 3은 실시예와 비교예의 난연성 테스트 결과에 대한 사진이다.
도 3을 참조하면, 좌측의 모서리가 대부분 타버린 형태의 전열교환소자는 비교예이고, 우측의 전열교환소자는 실시예이다. 실시예는 비교예와 달리 거의 연소가 되지 않았다. 실시예는 난연성이 우수한 무기 섬유 등과 기능성 무기 입자를 함유하고 있어 비교예에 비하여 우수한 난연성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
1 : 라이너
2 : 스페이서

Claims (14)

  1. 무기소재 섬유, 고분자 섬유 및 천연 섬유 중 어느 하나 이상으로 이루어진 직포 또는 부직포를 포함하되,
    상기 직포 또는 부직포 내에는 기능성 무기 입자가 포함되고,
    상기 기능성 무기 입자는 할로겐계 난연제, 무기계 난연제, 인계 난연제 및 멜라민계 난연제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하며,
    상기 무기소재 섬유, 고분자 섬유 및 천연 섬유는 다수의 미세기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기계 난연제는
    수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 및 산화안티몬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페이퍼는
    상기 기능성 무기 입자를 접착시키는 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바인더는
    폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 폴리 아크릴레이트 및 폴리 아크릴아미드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미세기공에는 기능성 무기 입자가 함침된 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미세기공은
    평균기공크기가 20 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무기소재 섬유는
    유리 섬유 및 세라믹 섬유 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 세라믹 섬유는
    알루미나, 알루미노 실리게이트, 알루미노 보로 실리게이트 및 뮬라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 섬유는
    폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 및 나일론으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 천연 섬유는
    목재섬유, 면, 황마(jute), 아마(flax), 대마(hemp), 양마(kenaf), 저마(ramie), 모시, 사이잘(sisal), 헤네킨(hemequen), 파인애플잎 섬유, 목화섬유, 실크, 코이어(coir), 코코넛 섬유, 대나무, 바나나섬유, 볏짚, 밀짚 및 해조류로부터 얻어지는 홍조섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 페이퍼는
    최종 건조 평량이 70 g/m2 이상인 것을 특징으로 하는 전열교환소자용 기능성 페이퍼.
  14. 판 상의 라이너; 및
    상기 라이너 상에 부착되며 주름 형상의 스페이서;를 포함하는 전열교환소자에 있어서,
    상기 스페이서는 제1항의 전열교환소자용 기능성 페이퍼를 포함하는 전열교환소자.
KR1020100091976A 2010-09-17 2010-09-17 전열교환소자용 기능성 페이퍼와 이를 이용한 전열교환소자 KR101284448B1 (ko)

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KR20080092637A (ko) * 2007-04-13 2008-10-16 (주)아이씨티이엔지 전열 교환이 우수한 열교환지

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