KR101403528B1 - Heating tube coated with carbon nano material and evaporator comprising the same - Google Patents

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Abstract

전열관 코팅 방법으로, 탄소나노튜브 및 제 1 금속 분말로 이루어진 복합 분말을 상기 전열관 표면에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 복합 분말층을 소결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열관 코팅방법을 제공한다. Coating a composite powder composed of a carbon nanotube and a first metal powder on the surface of the heat transfer pipe by a heat transfer pipe coating method; And a sintering step of sintering the coated composite powder layer.

Description

탄소나노소재 코팅 전열관 및 이를 포함하는 증발기{Heating tube coated with carbon nano material and evaporator comprising the same}[0001] The present invention relates to a carbon nanomaterial-coated heat transfer tube and an evaporator including the same,

본 발명은 탄소나노소재 코팅 전열관 코팅방법 및 이를 포함하는 증발기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 열 전달 효율을 갖는 탄소나노튜브를 이용하여, 개선된 열 효율을 갖는 탄소나노소재 코팅 전열관 코팅방법 및 이를 포함하는 증발기에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanomaterial-coated heat transfer pipe coating method and a vaporizer including the same, and more particularly, to a carbon nanomaterial-coated heat transfer pipe coating method using carbon nanotubes having excellent heat transfer efficiency, And an evaporator including the same.

냉동기와 같은 기기에서는 에너지 효율이 매우 중요하며, 에너지 효율에서 무엇보다도 증발기와 응축기에서 냉매의 비등 및 응축 열전달을 촉진시켜야 한다. 따라서, 이와 같은 새로운 소재를 통하여 증발기의 전열관 열 효율을 향상시켜, 열 전달 특성이 개선된 증발기를 제공하는 것이 필요하다.
(특허문헌 1) KR10-2012-0037110 A
Energy efficiency is very important in appliances such as chillers, and energy efficiency, among other things, must promote boiling of the refrigerant and condensation heat transfer in the evaporator and condenser. Accordingly, there is a need to provide an evaporator in which the heat transfer efficiency of the evaporator is improved through the new material and the heat transfer characteristic is improved.
(Patent Document 1) KR10-2012-0037110 A

이에 본 발명은, 탄소나노튜브와 같은 탄소소재를 증발기 등에 응용하는 기술을 제공하고자 한다Accordingly, the present invention provides a technique for applying a carbon material such as carbon nanotubes to an evaporator or the like

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전열관 코팅 방법으로, 탄소나노튜브 및 제 1 금속 분말로 이루어진 복합 분말을 상기 전열관 표면에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 복합 분말층을 소결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전열관 코팅방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of coating a heat transfer pipe, comprising the steps of: coating a surface of the heat transfer pipe with a composite powder of carbon nanotubes and a first metal powder; And a sintering step of sintering the coated composite powder layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전열관 코팅 방법은, 상기 복합 분말을 상기 전열관 표면에 코팅하는 단계 이전, 상기 전열관 표면에 바인더 용액을 도포하는 단계를 더 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the method further includes coating the binder solution on the surface of the heat transfer pipe before coating the composite powder on the surface of the heat transfer pipe.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소결시키는 단계는 상기 바인더 용액을 제 1 온도로 산화시키는 단계; 및 상기 산화시키는 단계 후 상기 복합 분말을 제 2 온도로 환원시키는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the sintering step comprises: oxidizing the binder solution to a first temperature; And reducing the composite powder to a second temperature after the oxidizing step.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전열관 표면에 상기 복합 분말을 코팅하는 단계는, 상기 용액에 분산된 복합분말을 분체 정전 도장 방식으로 코팅하는 방식으로 진행된다. According to an embodiment of the present invention, the step of coating the composite powder on the surface of the heat transfer pipe proceeds by coating the composite powder dispersed in the solution by a powder electrostatic coating method.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합 분말을 상기 전열관 표면에 코팅하는 단계는, 상기 전열관 표면에 제 2 금속 분말을 제 1 코팅하는 단계; 상기 코팅된 제 2 금속 분말층 상에 상기 복합 분말을 제 2 코팅하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the step of coating the composite powder on the surface of the heat transfer pipe includes: a first coating of the second metal powder on the surface of the heat transfer pipe; And a second coating of the composite powder on the coated second metal powder layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 금속과 제 2 금속은 동일한 종류이며, 상기 복합 분말은 상기 탄소나노뉴브와 금속을 혼합한 후, 밀링하는 방식으로 제조된다. According to an embodiment of the present invention, the first metal and the second metal are of the same kind, and the composite powder is prepared by mixing the carbon nanovube and the metal, followed by milling.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합 분말 중 탄소나노튜브는 0.5 내지 30vol%이다. According to an embodiment of the present invention, the carbon nanotube in the composite powder is 0.5 to 30 vol%.

본 발명은 더 나아가 상술한 방법에 의하여 코팅된 전열관을 제공한다. The present invention further provides a coated heat pipe by the above-described method.

본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 탄소나노튜브를 이용한 전열관으로서, 상기 전열관의 표면은 금속분말 및 탄소나노튜브로 이루어진 복합금속코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 전열관을 제공한다. In order to solve the above-described problems, the present invention provides a heat transfer tube using carbon nanotubes, wherein a surface of the heat transfer tube is formed with a composite metal coating layer composed of metal powder and carbon nanotubes.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합금속코팅층은 스프레이 코팅된 후, 소결된다. According to one embodiment of the present invention, the composite metal coating layer is spray coated and then sintered.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전열관은, 상기 복합금속코팅층과 전열관 표면 사이에 형성된 제 1 금속층을 더 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the heat transfer tube further includes a first metal layer formed between the composite metal coating layer and the surface of the heat transfer tube.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 금속층의 금속과 상기 복합금속코팅층의 금속은 동일한 종류이다. According to an embodiment of the present invention, the metal of the first metal layer and the metal of the composite metal coating layer are of the same kind.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 금속층과 복합금속코팅층은 분체 정전 도장 방식으로 형성된다. According to an embodiment of the present invention, the first metal layer and the composite metal coating layer are formed by powder electrostatic painting.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합금소코팅층은 둘 이상의 코팅층을 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the composite gold coating layer includes two or more coating layers.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 전열관을 포함하는 증발기를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an evaporator including the heat transfer tube described above.

본 발명은 전열관의 열 효율을 향상시키기 위하여, 우수한 열 전달 효율을 갖는 탄소나노튜브를 사용한다. 따라서, 증발기 등에서 사용되는 전열관의 열 효율이 향상되어, 우수한 특성의 증발기가 제조될 수 있다. 더 나아가, 볼밀 방식으로 동시에 금속분말과 탄소나노튜브를 기계적으로 분쇄, 혼합시킴으로써 개선된 열전도 특성과 기공 특성의 전열관용 코팅층을 형성할 수 있으며, 더 나아가, 둘 이상의 다층 구조를 통하여 전열과 코팅의 기계적, 열적 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention uses carbon nanotubes having excellent heat transfer efficiency in order to improve thermal efficiency of a heat transfer tube. Accordingly, the heat efficiency of the heat transfer pipe used in the evaporator or the like is improved, and an evaporator having excellent characteristics can be manufactured. Further, by mechanically pulverizing and mixing the metal powder and the carbon nanotubes simultaneously with the ball mill method, it is possible to form a coating layer for a heat transfer tube having improved heat conduction characteristics and pore characteristics, and further, through two or more multi- Mechanical and thermal properties can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브/금속 복합층을 전열관 표면에 코팅시키는 방법의 단계도이다.
도 2는 복합소재를 제조할 때 사용하는 구리 분말과 탄소나노튜브의 SEM사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열관 코팅방법의 모식도이다.
도 4는 전열관 외측에 본 발명에 따른 복합 분말을 코팅하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5 내지 8은 전열관 내측에 복합분말을 코팅하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 소결 공정에 따라 탄소나노튜브 복합소재가 코팅된 전열관의 사진이다.
도 10 및 11은 각각 볼 밀링 전, 후의 탄소나노튜브의 TEM 사진이다.
도 12는 본 실험에서 사용하고 있는 구리 분말과 20vol% 탄소나노튜브 혼합하여 4시간 동안 볼밀로 제조된 복합분말의 Raman 성분분석 결과이다.
도 13은 코팅방식에 따른 소결코팅 후에 각 sample의 단면과 표면 SEM 사진이다
도 14는 이층소결 코팅된 표면에서 복합분말표면의 고배율 FE-SEM 사진이다.
도 15과 도 16은 코팅 표면의 풀 비등 결과로서, 코팅 구조와 방법을 달리한 비등 결과이다.
도 17은 탄소나노튜브를 5%∼30%vol%로 첨가하여 제조된 탄소나노튜브/구리복합분말로 소결 코팅된 표면의 SEM 사진이다.
도 18은 탄소나노튜브 5%∼30%vol%첨가하여 제조된 탄소나노튜브/구리복합분말로 소결된 코팅 확대된 분말표면의 SEM 사진이다.
도 19와 20은 탄소나노튜브/구리 복합분말을 가공할 때 탄소나노튜브 첨가비율이 비등열전달에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 21은 600℃-800℃에서10% 탄소나노튜브/구리분말로 소결 코팅된 표면과 확대된 분말표면의 SEM 사진이다,
도 22 및 23은 소결온도가 비등열전달에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 24는 증발기용 전열관 종류에 따른 총괄 열전달 계수변화 그래프이다.
FIG. 1 is a step diagram of a method of coating a carbon nanotube / metal composite layer on a surface of a heat transfer pipe according to an embodiment of the present invention.
2 is a SEM photograph of copper powder and carbon nanotubes used in the manufacture of composite materials.
3 is a schematic view of a method of coating a heat transfer pipe according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of coating the composite powder according to the present invention on the outside of the heat transfer tube.
5 to 8 are views for explaining a method of coating a composite powder on the inside of a heat transfer pipe.
9 is a photograph of a heat transfer tube coated with a carbon nanotube composite material according to the sintering process according to the present invention.
10 and 11 are TEM photographs of carbon nanotubes before and after ball milling, respectively.
12 is a graph showing the Raman component analysis results of the composite powder prepared by mixing the copper powder and 20 vol% carbon nanotube used in the present experiment with the ball mill for 4 hours.
13 is a cross-sectional and SEM image of each sample after sintering according to the coating method
14 is a high magnification FE-SEM photograph of the surface of the composite powder on the two-layer sintered coated surface.
Figures 15 and 16 are the boiling results of the coating structure and method as a result of the pool boiling of the coating surface.
17 is a SEM photograph of a surface of a carbon nanotube / copper composite powder prepared by adding carbon nanotubes at 5% to 30% vol% by sintering.
18 is a SEM photograph of the surface of the powder-expanded powder sintered with the carbon nanotube / copper composite powder prepared by adding 5% to 30% vol% of carbon nanotubes.
19 and 20 are graphs showing the influence of the carbon nanotube addition ratio on the boiling heat transfer when the carbon nanotube / copper composite powder is processed.
21 is a SEM photograph of the surface of the sintered coating with 10% carbon nanotubes / copper powder and the enlarged powder surface at 600 ° C to 800 ° C,
22 and 23 are graphs showing the effect of sintering temperature on boiling heat transfer.
24 is a graph showing the overall heat transfer coefficient variation according to the type of the heat transfer tube for the evaporator.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 탄소나노소재 코팅 전열관 및 이를 포함하는 증발기에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a carbon nanomaterial-coated heat transfer tube and an evaporator including the same according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다. The following examples are intended to illustrate the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, equivalent inventions performing the same functions as the present invention are also within the scope of the present invention.

또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, it is to be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

본 발명은 전열관의 열 효율을 향상시키기 위하여, 우수한 열 전달 효율을 갖는 탄소나노튜브를 사용한다. 본 발명에서 전열관 코팅성분인 탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나며, 특히 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같다. 따라서, 본 발명은 열전도율이 뛰어난 특성을 이용하였으며, 본 발명에 따른 탄소나노튜브/금속 복합 소재의 탄소나노튜브는, 다중벽 탄소나노튜브(Multi Wall Carbon Nano Tube: MWCNT) 혹은 단일벽 탄소나노튜브(Single Wall Carbon Nano Tube: SWCNT)인을 지칭하며, 금속은 구리(Cu), 철(Fe), 스테인레스, 티타늄(TI), 알루미늄(Al) 등의 금속 분말을 모두 포함한다. The present invention uses carbon nanotubes having excellent heat transfer efficiency in order to improve thermal efficiency of a heat transfer tube. In the present invention, the carbon nanotube as a coating material for a heat transfer tube has an electric conductivity similar to that of copper, a strength 100 times higher than that of steel, and particularly, a thermal conductivity is the same as that of natural diamond. The carbon nanotubes of the present invention have excellent thermal conductivity and the carbon nanotubes of the present invention can be used as a multi wall carbon nanotube (MWCNT) or a single wall carbon nanotube (SWCNT) phosphor, and the metal includes all metal powders such as copper (Cu), iron (Fe), stainless steel, titanium (Ti), aluminum (Al)

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브/금속 복합층을 전열관 표면에 코팅시키는 방법의 단계도이다.FIG. 1 is a step diagram of a method of coating a carbon nanotube / metal composite layer on a surface of a heat transfer pipe according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저, 탄소나노튜브 및 금속 분말(제 1 금속)로 이루어진 복합 분말을 상기 전열관 표면에 코팅한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 복합분말은 볼 밀링 방식으로 제조된 것으로, 상기 코팅은 정전기적인 힘을 이용한 분체 정전 도장 방식으로 진행된다. 하지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 다양한 코팅 방법이 사용될 수 있다. Referring to FIG. 1, a composite powder composed of a carbon nanotube and a metal powder (first metal) is coated on the surface of the heat transfer pipe. The composite powder according to an embodiment of the present invention is manufactured by a ball milling method, and the coating proceeds by a powder electrostatic painting method using an electrostatic force. However, the scope of the present invention is not limited thereto, and various coating methods can be used.

이후, 전열관 표면 상에 상기 코팅된 복합 분말층을 소결시키는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결은 제 1 온도 및 제 2 온도로 진행되는 단계별 열처리로 진행된다. Thereafter, the coated composite powder layer is sintered on the surface of the heat transfer tube, and the sintering according to an embodiment of the present invention proceeds with the stepwise heat treatment proceeding to the first temperature and the second temperature.

실시예Example

실시예Example 1-1 1-1

복합분말 제조Composite powder manufacturing

탄소나노튜브/metal 복합 소재 분말은, 직경 5∼20 nm, 길이 ~10 μm의 다중벽탄소나노튜브와 구리를 혼합한 후, Attrition Milling으로 900RPM에서 4시간 동안 볼밀링하여 제조하였다. 이때 탄소나노튜브 혼합비는 5∼30 vol %로 다양하게 하였다. The carbon nanotube / metal composite powder was prepared by mixing copper with multi-walled carbon nanotubes having a diameter of 5 to 20 nm and a length of 10 μm, followed by ball milling at 900 RPM for 4 hours by Attrition Milling. At this time, the mixing ratio of carbon nanotubes was varied from 5 to 30 vol%.

도 2는 본 발명에 따라 사용된 구리 분말과 탄소나노튜브의 SEM사진이다. 2 is a SEM photograph of copper powder and carbon nanotube used in accordance with the present invention.

도 2를 참조하면, 구리 분말은 평균적으로 45um의 입자크기를 이루고 있으며, 다중벽탄소나노튜브가 서로 얽히어 있는 것을 보일 수 있다. Referring to FIG. 2, copper powder has an average particle size of 45 .mu.m, and multi-wall carbon nanotubes are intertwined with each other.

실시예Example 1-2 1-2

복합분말 코팅Composite powder coating

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열관 코팅방법의 모식도이다.3 is a schematic view of a method of coating a heat transfer pipe according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상 측의 경우, 2 wt% 농도의 바인더 용액을 스프레이 방식으로 구리 시편(전열관) 위에 코팅한 후 분체 정전 도장기를 이용하여 탄소나노튜브/구리 복합 분말을 코팅 하는 단층코팅(single layer coating) 방법의 모식도이고, 하 측은 전열관 상부에 또 다른 금속층(제 2 금속의 분말로 이루어진 금속층)을 형성한 후, 상기 또 다른 금속층 상에 복합분말을 이층 이상으로 코팅하는 다층코팅 방법의 모식도이다. 본 발명에서 상기 바인더 용액은 점착제 역할을 하는 액상 물질로서, 본 발명의 일 실시예에서 PVA(polyvinyl alcohol)용액을 바인더 용액으로 사용하였으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.Referring to FIG. 3, in the case of the upper side, a single layer coating (coating method) of coating a carbon nanotube / copper composite powder using a powder electrostatic coater after coating a copper sample (heat transfer tube) with a binder solution having a concentration of 2 wt% layer coating method in which another metal layer (a metal layer made of the powder of the second metal) is formed on the upper side of the heat transfer tube and the composite powder is coated on the other metal layer in two or more layers. It is a schematic diagram. In the present invention, the binder solution is a liquid material serving as a pressure-sensitive adhesive. In one embodiment of the present invention, a polyvinyl alcohol (PVA) solution is used as a binder solution, but the scope of the present invention is not limited thereto.

다층코팅, 즉, 이층 이상으로 코팅층을 형성하는 경우, 본 발명의 일 실시예에서 상기 복합분말의 금속(제 1 금속)과 상기 또 다른 금속층의 제 2 금속은 동일한 종류로서, 이로써 상이한 금속 종류 간의 계면 결함이 최소화된다. 본 발명에 따른 상기 복합분말은 전열관의 외측, 내측에 모두 코팅될 수 있는데, 이하 이를 상세히 설명한다. 다층 코팅의 경우 상기 복합분말코팅층은 하나 이상 또는 둘 이상의 코팅층을 포함할 수 있다.
When forming a multilayer coating, that is, a coating layer of two or more layers, in one embodiment of the present invention, the metal (first metal) of the composite powder and the second metal of another metal layer are of the same kind, Interface defects are minimized. The composite powder according to the present invention can be coated on the outer side and the inner side of the heat transfer tube, which will be described in detail below. In the case of a multilayer coating, the composite powder coating layer may include one or more coating layers.

전열관Heat transfer pipe 외측에Outside 코팅하는 경우  When coating

도 4는 전열관 외측에 본 발명에 따른 복합 분말을 코팅하는 방법을 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining a method of coating the composite powder according to the present invention on the outside of the heat transfer tube.

도 4를 참조하면, 전열관 외부에 사포나 샌딩머신에 의한 거칠기 형성한다. 이후, 도 4에 도시된 바와 같은 스프레이부스 안에 전열관 회전 코팅 장치 설치한다.4, roughness is formed by sandpaper or sanding machine on the outside of the heat transfer pipe. Thereafter, a heat transfer tube rotary coating apparatus is installed in a spray booth as shown in FIG.

이후, 전열관 회전(저속)시키면서, PVA 수용액을 일반 공기 구동 스프레이 장치로 분무시켜 1차 코팅한다. 이후, 순수 구리파우더(제 1 금속의 금속분말층)를 분체 정전 도장기로 코팅한다. 이후, PVA 수용액을 일반 공기 구동 스프레이 장치로 분무시켜 2차 코팅하고, 본 발명에 따른 최적 조건의 탄소나노튜브/구리 복합소재를 분체 정전 도장기로 코팅하고, 이를 탈착시킨다.
Thereafter, the PVA aqueous solution is first sprayed with a general air-driven spray device while rotating the heat transfer tube (low speed). Then, the pure copper powder (metal powder layer of the first metal) is coated with a powder electrostatic coater. Thereafter, the PVA aqueous solution is sprayed with a general air-driven spraying device, followed by secondary coating, and the carbon nanotube / copper composite material according to the present invention is coated with a powder electrostatic coater and is desorbed therefrom.

전열관Heat transfer pipe 내측에 코팅하는 경우  When coating inside

도 5 내지 8은 전열관 내측에 복합분말을 코팅하는 방법을 설명하는 도면이다.5 to 8 are views for explaining a method of coating a composite powder on the inside of a heat transfer pipe.

도 5를 참조하면, 전열과 내측을 사포등을 이용하여 표면에 거칠기를 낸다. 이후, 전열관 내측에 PVA 수용액 코팅하는데, 이는 도 6과 같이 전열관 한쪽을 플러그 등으로 막고 PVA 수용액 넣고, 전열관 양측을 후 막은 후 회전하여 내측에 PVA수용액을 균일하게 코팅하고, 다시 프러그를 열어 잔여 PVA용액을 제거한다. Referring to FIG. 5, the surface is roughened by using heat transfer and inner side with sandpaper or the like. Thereafter, the PVA aqueous solution was coated on the inner side of the heat transfer tube, which was covered with a plug or the like as shown in Fig. 6, the PVA aqueous solution was put in the tube, the PVA aqueous solution was uniformly coated on the inner side by rotating the both sides of the heat transfer tube, Remove the solution.

또한 이와 달리 도 7과 같이 전열관을 PVA 수용액에 침지시킨 후 꺼내고, 전열관을 기울여 내측에 잔여 PVA용액을 제거할 수 있다. Alternatively, as shown in FIG. 7, the PVA solution may be removed by immersing the heat transfer tube in an aqueous solution of PVA and then tilting the heat transfer tube.

이후 도 8과 같이 순수 금속 파우더를 분체 정전 도장기로 코팅하는데, 이를 상세히 살피면, 도 8의 열관 내측 코팅 장치를 제작, PVA가 묻은 전열관을 거치대에 장착한다. 송풍기로 공기를 흡입하면서 정전 도장장치를 통하여 구리 파우더를 분사시키면 구리 분말이 전열관 끝까지 내부에 고루 코팅하게 된다. 이렇게 전열관 내측에 순수 구리 파우더를 코팅한다.As shown in FIG. 8, pure metal powder is coated with a powder electrostatic coater. In detail, a heat pipe inner coating device shown in FIG. 8 is manufactured, and a heat transfer pipe with PVA is mounted on a cradle. When the copper powder is sprayed through the electrostatic coating device while sucking air through the blower, the copper powder is uniformly coated on the inside of the heat transfer pipe. In this way, pure copper powder is coated on the inner side of the heat pipe.

이후 도 6, 7의 방식에 따라 바인더인 PVA 용액을 한번 더 코팅한 후, 도 8과 동일하게 전열관 내측 코팅 장치에 전열관을 장착하여 최적 탄소나노튜브/금속 복합소재를 분체 정전 도장기로 코팅한다.
Then, the PVA solution as a binder is coated once more according to the method of FIGS. 6 and 7, and then a heat transfer tube is attached to the heat transfer pipe inner coating device in the same manner as in FIG. 8 to coat the optimum carbon nanotube / metal composite material with the powder electrostatic coater.

실시예Example 1-3 1-3

소결Sintering

이후, 상기 PVA와 같은 바인더 용액 또는 또 다른 금속층 상에 코팅된 탄소나노튜브-금속 복합금속층은 열처리 공정으로 소결된다. Thereafter, the binder solution such as PVA or the carbon nanotube-metal composite metal layer coated on another metal layer is sintered in a heat treatment process.

먼저, 전기로에 코팅 전열관 투입한다. 본 발명의 일 실시예에서 열처리 공정을 위한 전기로는 저항로(간접식) 방식이었으나, 그 외에도 유도로, 방전 프라즈마로, 아크로 등도 고려될 수 있으며, 특히 에너지와 가공 시간이 단축될 수 있는 임의의 모든 방식의 가열로가 본 발명에 따른 열처리 공정에 사용될 수 있다. First, a coating heat transfer pipe is charged into an electric furnace. In the embodiment of the present invention, the electric furnace for the heat treatment process is a resistance furnace (indirect furnace) system. However, the induction furnace, the discharge plasma, and the arc furnace can be considered. Any type of furnace can be used in the heat treatment process according to the present invention.

이후, 공기를 공급하여 공기분위기에서 20℃/min의 속도로 가열하여 350℃에서 10분 정도 유지하여 바인더(PVA)를 산화시킨다(제 1 온도 열처리). 다시, 전기로에 잔여 공기를 진공 펌프를 이용하여 배출 시키거나 질소가스를 전기로내에 공급하여 잔여공기를 퍼지(purge)시키고, 포밍가스 (수소10%, 질소90%)를 공급하여, 환원(수소) 분위기에서 고온에서 1시간 동안 환원 소결한다(제 2 온도 열처리). 고온의 소결 온도는 탄소나노튜브/구리 복합소재일 경우 600℃∼800℃, 탄소나노튜브/스틸 복합소재일 경우 700 ℃ ~ 1000℃이다. 이와 같은 열처리 온도는 탄소나노튜브-금속 복합금속층의 물질 종류에 따라 달라지며, 본 발명의 범위는 본 실시예에서의 온도 조건에 제한되지 않는다. Thereafter, air is supplied and heated at a rate of 20 ° C / min in an air atmosphere and maintained at 350 ° C for about 10 minutes to oxidize the binder (PVA) (first temperature heat treatment). The remaining air in the electric furnace is discharged by using a vacuum pump or nitrogen gas is supplied into the electric furnace to purge the residual air and supply the forming gas (hydrogen 10%, nitrogen 90%) to the reduction (hydrogen) Followed by reduction sintering at a high temperature for 1 hour (second temperature heat treatment). The high temperature sintering temperature is 600 ℃ ~ 800 ℃ for carbon nanotube / copper composite material and 700 ℃ ~ 1000 ℃ for carbon nanotube / steel composite material. Such a heat treatment temperature depends on the kind of the carbon nanotube-metal composite metal layer, and the scope of the present invention is not limited to the temperature condition in this embodiment.

도 9는 본 발명에 따른 소결 공정에 따라 탄소나노튜브 복합소재가 코팅된 전열관의 사진이다.
9 is a photograph of a heat transfer tube coated with a carbon nanotube composite material according to the sintering process according to the present invention.

실험예Experimental Example

복합분말 특성 Composite powder characteristics

도 10 및 11은 각각 볼 밀링 전, 후의 탄소나노튜브의 TEM 사진이다. 10 and 11 are TEM photographs of carbon nanotubes before and after ball milling, respectively.

도 10을 참조하면, 긴 형상의 다중벽탄소나노튜브가 나타나고 있으나, 도 11의 경우, 원래 서로 얽혀 있는 긴 탄소나노튜브가 볼 밀링 후에는 짧게 끓어져 구리분말에 박혀 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, long multi-walled carbon nanotubes are shown. In FIG. 11, however, long carbon nanotubes entangled with each other are briefly boiled after ball milling and embedded in copper powder.

도 12는 본 실험에서 사용하고 있는 구리 분말과 20vol% 탄소나노튜브 혼합하여 4시간 동안 볼밀로 제조된 복합분말의 Raman 성분분석 결과이다. 12 is a graph showing the Raman component analysis results of the composite powder prepared by mixing the copper powder and 20 vol% carbon nanotube used in the present experiment with the ball mill for 4 hours.

도 12를 참조하면, 1350cm-1 근처 D band 와 1580cm-1 근처 G band가 나타난다. 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 Raman 피크는 주로 1580cm-1에서 나타나는 전형적으로 결정화된 흑연 피크 (G Peak)와, 1350cm-1의 부근에서 비정질 탄소와 합성 시 촉매 등의 탄소질 불순물 형태를 나타내는 피크 D Peak 가 나타난다. 따라서, 그림에서 보듯이 복합분말의 입자의 사이즈가 탄소나노튜브보다 크기 때문에 원상태 탄소나노튜브보다 20vol% 탄소나노튜브s/구리 복합분말의 band의 강도 많이 강해진 것을 알 수 있다. 그리고 20vol% 탄소나노튜브/구리 복합분말의 D band와 G band 비가 원래 탄소나노튜브의 것과 다르게 관찰된다. 12, when the D band near 1350cm -1 and 1580cm -1 near the G band. The Raman peak of the carbon nanotube according to the present invention is characterized by a typical crystallized graphite peak (G Peak) mainly at 1580 cm -1 and a peak indicating a carbonaceous impurity form such as amorphous carbon and catalyst at the vicinity of 1350 cm -1 D Peak appears. Therefore, as shown in the figure, the particle size of the composite powder is larger than that of the carbon nanotube, so that the intensity of the band of 20 vol% carbon nanotube s / copper composite powder is much stronger than that of the original carbon nanotube. The D band and G band ratio of the 20vol% carbon nanotube / copper composite powder are different from those of the original carbon nanotube.

또한 하기 표 1에서 보듯이 원상태 탄소나노튜브보다 20vol% 탄소나노튜브/구리 복합분말의 IG /ID 값이 더 낮게 나타난다. 이는 볼밀 과정중 볼과 구리와 탄소나노튜브가 서로 충돌 및 마찰 때문에 탄소나노튜브의 길이 짧아지고 구조가 부분 손상되어 있기 때문이라고 판단된다.Also, as shown in Table 1 below, the IG / ID value of 20 vol% carbon nanotube / copper composite powder is lower than that of the original carbon nanotube. This is because the length of the carbon nanotubes is shortened and the structure is partially damaged due to collision and friction between the ball and the copper and the carbon nanotube during the ball mill process.

[표 1][Table 1]

Figure 112012045159315-pat00001
Figure 112012045159315-pat00001

코팅방식에 따른 조직 및 열전달 특성Tissue and Heat Transfer Characteristics by Coating Method

도 13은 코팅방식에 따른 소결코팅 후에 각 sample의 단면과 표면 SEM 사진이다13 is a cross-sectional and SEM image of each sample after sintering according to the coating method

도 13에서 순수한 구리 파우더로만 단층 소결 코팅한 경우(a,b), 탄소나노튜브/구리 복합파우더로 단층 소결 코팅한 경우(c,d), 순수한 구리 파우더위에 탄소나노튜브s/구리 복합파우더를 소결 코팅한 이층 코팅한 경우(e,f)이다. (A, b), single-layer sintered coating (c, d) with carbon nanotube / copper composite powder, pure carbon nanotube s / copper composite powder on pure copper powder (E, f) in the case of a two-layer coating with a sinter coating.

도 13에서 보듯이 단층 코팅 보다는 이층코팅이 단면과 표면사진에서 풀 비등 열전달에 유리한 높은 기공도를 가지고 있는 것이 관찰할 수 있다. 그리고 복합분말로 코팅된 표면이 순수한 구리분말만 소결 코팅된 표면보다 기공도가 증가 되어 있는 것을 관찰할 수 있다. It can be seen from Fig. 13 that the two-layer coating rather than the monolayer coating has a high porosity which is favorable for pool boiling heat transfer in cross-section and surface photographs. It can be seen that the porosity of the surface coated with the composite powder is higher than that of the pure copper powder coated sintered surface.

하기 표 2는 PSA(Pore Size Analyzer)분석 결과이다.Table 2 below shows the PSA (Pore Size Analyzer) analysis results.

[표 2][Table 2]

Figure 112012045159315-pat00002
Figure 112012045159315-pat00002

표 2를 통하여각 샘플의 기공사이즈와 기공도 및 기공밀도를 알 수 있는데, 도 13의 (a)(b)는 소결 과정을 통하여 코팅된 구리는 구리입자가 서로 응집하면서 사이즈가 큰 구리입자가 형성되며, 그 결과 가장 큰 평균기공직경이 나타나고 기공도는 제일 낮은 것을 알 수 있다. 하지만 도 13의 (c)(d)는 탄소나노튜브/구리 복합분말을 단층 소결 코팅한 경우, 볼밀과정 중 분말사이즈가 작아지고, 또한 탄소나노튜브와 구리입자 사이의 계면으로 인하여 기공 사이즈가 작아져 기공도는 높아지고 기공밀도가 높아지는 것을 알 수 있다. 도 13의 (e)(f)는 이층구조로서 가장 작은 기공 사이즈와 제일 큰 기공도 그리고 가장 높은 기공밀도를 나타낸다.13 (a) and (b) show the pore size, porosity, and pore density of each sample through Table 2, wherein the copper coated through the sintering process is composed of copper particles As a result, the largest average pore diameter is shown and the porosity is the lowest. 13 (c) and (d), however, show that when the carbon nanotube / copper composite powder is sintered in a single layer, the size of powder in the ball mill process becomes small and the pore size is small due to the interface between the carbon nanotubes and the copper particles It can be seen that the porosity is increased and the porosity density is increased. 13 (e) and (f) show the smallest pore size, the largest pore size, and the highest pore density as a two-layer structure.

도 14는 이층소결 코팅된 표면에서 복합분말표면의 고배율 FE-SEM 사진이다. 14 is a high magnification FE-SEM photograph of the surface of the composite powder on the two-layer sintered coated surface.

도 14를 참조하면, 그림에서 구리분말표면에 탄소나노튜브 박혀 있고 비등 열전달에 유리한 미세한 기공이 있는 것을 관찰 할 수 있다.Referring to FIG. 14, it can be seen that the carbon nanotube is embedded in the surface of the copper powder and there are fine pores favorable to boiling heat transfer.

도 15과 도 16은 코팅 표면의 풀 비등 결과로서, 코팅 구조와 방법을 달리한 비등 결과이다. Figures 15 and 16 are the boiling results of the coating structure and method as a result of the pool boiling of the coating surface.

도 15 및 16에서 보듯이 매끈한 구리표면보다 단층 혹은 이층 코팅 탄소나노튜브/구리 코팅표면에서 비등열전달이 먼저 일어나는 것을 알 수 있다. 즉, 초기 비등 열전달 발생 시점이 단순 구리분말 코팅일 경우 과열도는 약 2℃인 반면에 단층 탄소나노튜브/구리 코팅표면은 0.65℃, 이층 코팅 표면은 0.45℃으로서 탄소나노튜브/구리 코팅이 단순구리 분말코팅보다 낮은 과열도에서 비등이 시작되는 것을 볼 수 있다.As can be seen in Figures 15 and 16, boiling heat transfer occurs first on a single or double coated carbon nanotube / copper coated surface rather than on a smooth copper surface. That is, when the initial boiling heat transfer occurs at the time of simple copper powder coating, the superheat degree is about 2 ° C, while the surface of single-wall carbon nanotube / copper coating is 0.65 ° C and the surface of double coating is 0.45 ° C. It can be seen that the boiling starts at a lower superheat than the copper powder coating.

한편, 도 16에서 보듯이 열전달 비등이 시작될 때의 비등 열전달 계수도 단순 구리분말 코팅일 경우는 약 2,000 W/m2℃인 반면에 단층 탄소나노튜브/구리 코팅표면은 약10,000 W/m2℃, 이층 코팅 표면은 약 14,000 W/m2℃으로서 탄소나노튜브/구리 코팅이 단순구리 분말코팅보다 매우 높은 비등 열전달 계수를 가지는 것을 알 수 있다. 이는 단층 탄소나노튜브/구리 코팅일 경우 초기 기포 발생할 때 과열도가 단순구리코팅보다 약 68 %정도 감소하고 열전달계수는 약 5 배정도 증가하며 이층 코팅 표면은 과열도가 약 78 %정도 감소하고 열전달계수를 약 7 배정도 증가에 해당된다. 이것은 코팅표면에 탄소나노튜브/구리 복합 파우더의 미세한 기공이 증가하여 핵비등 발생할 때 필요한 많은 기포 생성처를 공급함과 동시에 탄소나노튜브의 우수한 열전달특성 때문에 비등과정 중 기포발생이 잘 발생시키고 비등열전달을 촉진되어 발생된 결과라고 생각되며, 특히, 이층코팅 표면은 기포 발생할 때 필요한 기공밀도가 크게 증가하여 기포 발생속도를 증가시키며 이에 따라 표면 과열도가 감소하여 비등열전달이 크게 향상된 것으로 판단된다. On the other hand, in the case As shown in 16, the boiling heat transfer coefficient when a heat transfer boiling starts also be simple copper powder coatings are single-walled carbon nanotubes on the other hand it is about 2,000 W / m 2 ℃ tube / copper coated surface is about 10,000 W / m 2 ℃ , The two-layer coated surface is about 14,000 W / m 2 ° C, indicating that the carbon nanotube / copper coating has a much higher boiling heat transfer coefficient than a simple copper powder coating. In the case of single-walled carbon nanotube / copper coating, the superheat is reduced by about 68% and the heat transfer coefficient is increased about 5 times when the initial bubbles are generated, and the superheating degree of the double coating surface is reduced by about 78% To about 7 times the increase. This increases the fine pores of the carbon nanotube / copper composite powder on the surface of the coating, thereby providing a large number of bubble generating sites required for the nucleate boiling. Also, due to the excellent heat transfer characteristics of the carbon nanotubes, bubbling occurs well during the boiling process and boiling heat transfer Especially, it is considered that the surface of the two - layer coating greatly increases the pore density required for bubble generation, thereby increasing the rate of bubble formation, and accordingly, the superheating degree of the surface is decreased, and the boiling heat transfer is greatly improved.

도 16에서 보듯이 낮은 과열도에서 이층 코팅표면이 초기에 제일 높은 열전달계수가 유지되나 과열도가 증가함에 따라 막 비등 형성되어 열전달계수 점차 감소되는 것을 볼 수 있다. 그리고 매끈한 구리표면과 단순구리분말 코팅 표면은 과열도가 증가함에 따라 열전달계수가 서서히 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 매끈한 구리표면보다 탄소나노튜브/구리 복합체의 소결코팅이 낮은 과열도에서 매우 우수한 비등 열전달 특성을 나타낸다. 이로써 낮은 과열도의 비등열전달에서는 탄소나노튜브/구리복합소재 파우더로 코팅된 마이크로 구조가 평판이나 단순 구리분말 코팅된 경우 보다 매우 유리하다는 것을 알 수 있다.
As shown in FIG. 16, the heat transfer coefficient of the two-layer coating surface is maintained at the initial high at a low superheating degree, but the film boiling is formed as the superheating degree is increased, and the heat transfer coefficient is gradually decreased. It can be seen that the smooth copper surface and the simple copper powder coated surface gradually increase the heat transfer coefficient as the superheat degree increases. That is, the sintered coating of the carbon nanotube / copper composite exhibits a boiling heat transfer characteristic that is very good at low superheat than a smooth copper surface. Thus, it can be seen that the microstructure coated with carbon nanotube / copper composite powder is more advantageous than the case of plate or simple copper powder coating in boiling heat transfer with low superheat.

탄소나노튜브 첨가비율에 따른 조직 및 열전달 특성Tissue and Heat Transfer Characteristics by Carbon Nanotube Addition Rate

도 17은 탄소나노튜브를 5%∼30%vol%로 첨가하여 제조된 탄소나노튜브/구리 복합분말로 소결 코팅된 표면의 SEM 사진이다((a) 5vol%;(b) 10vol%; (c) 20vol%); (d) 30vol%).17 is a SEM photograph of a surface of a carbon nanotube / copper composite powder prepared by adding carbon nanotubes in an amount of 5% to 30% vol% ((a) 5 vol%; (b) 10 vol%; ) 20 vol%); (d) 30 vol%).

도 17을 참조하면, 탄소나노튜브 첨가비율의 증가함에 따라 구리상대함유량의 감소하기 때문에 볼밀 과정 중 탄소나노튜브/구리복합입자는 더 작은 사이즈로 감소된다. 그리고 탄소나노튜브 5∼20% 소결코팅표면에서도 탄소나노튜브첨가비율의 증가함에 따라 기공의 사이즈가 작아지고 30%이상인 경우에 소결한 후 기공이 사이즈가 갑자기 커지고 큰 균열이 나타낸 것을 관찰할 수 있다. Referring to FIG. 17, the carbon nanotube / copper composite particles in the ball mill process are reduced to a smaller size because the relative content of copper decreases as the carbon nanotube addition ratio increases. In addition, the size of the pores decreases as the carbon nanotube addition ratio increases from 5 to 20% on the sintered coating surface of the carbon nanotubes, and when the sintering temperature is more than 30%, the size of the pores increases suddenly and large cracks are observed .

하기 표 3은 탄소나노튜브 첨가비율의 증가에 따라 코팅의 평균 기공 사이즈와 기공도 및 기공밀도를 나타낸다. Table 3 shows the average pore size, porosity and pore density of the coating with increasing carbon nanotube addition ratio.

[표 3][Table 3]

Figure 112012045159315-pat00003
Figure 112012045159315-pat00003

하기 표 3과 도 17를 참조하면, 탄소나노튜브비율이 5%와 10%일 때 평균기공사이즈와 기공도는 유사하게 나타난 것을 알 수 있다. 탄소나노튜브 20%일 때에는 복합입자의 사이즈가 작아지면서 소결할 때 기공도는 10% 탄소나노튜브 함유의 경우보다 약 5% 떨어지며, 기공의 사이즈가 약 2배 정도 작아짐에 따라 기공밀도는 약 6배정도 증가한 것을 알 수 있다. 이에 따라 복합분말 중 탄소나노튜브의 함량이 5 내지 30vol%인 경우, 더 많은 비등 열전달에 필요한 기포 발생처를 제공한 것을 알 수 있다. 탄소나노튜브 30%일 때 구리입자의 함량이 가장 적어서, 소결 과정 중 입자간 응집이 불량하게 되어 표면에 크랙이 발생한다. 즉, 탄소나노튜브 함량이 30%를 초과하는 경우, 20%함유할 때보다 기공사이즈 4배 정도 증가하나 기공도는 약 3.6 %떨어져 기공밀도는 약100배 이상 감소한 것을 알 수 있다.Referring to Table 3 and FIG. 17, when the carbon nanotube ratio is 5% and 10%, the average pore size and porosity are similar to each other. When the carbon nanotubes are 20% in size, the size of the composite particles becomes smaller, and the porosity at the time of sintering is about 5% lower than that of the carbon nanotubes containing 10%. When the size of the pores is reduced to about 2 times, It can be seen that the doubling degree is increased. As a result, it can be seen that when the content of carbon nanotubes in the composite powder is 5 to 30 vol%, it is possible to provide a source of bubbles required for further boiling heat transfer. At 30% of carbon nanotubes, the content of copper particles is the lowest, resulting in poor intergranular agglomeration during sintering and cracking on the surface. That is, when the carbon nanotube content exceeds 30%, the pore size is increased by about 4 times as compared with 20%, but the porosity is reduced by about 3.6%, and the pore density is decreased by about 100 times or more.

도 18은 탄소나노튜브 함량이 5∼30vol%인 탄소나노튜브/구리 복합분말로 소결된 코팅 확대된 분말표면의 SEM 사진이다. 18 is a SEM photograph of the surface of the powder-coated powder sintered with the carbon nanotube / copper composite powder having a carbon nanotube content of 5 to 30 vol%.

도 18을 참조하면, 탄소나노튜브 함유량이 증가할수록 보다 확연해지는 탄소나노튜브의 모폴로지를 확인할 수 있다. 특히 탄소나노튜브 함량이 30vol%인 경우, 소결시 입자간 조밀함이 없어지고 탄소나노튜브가 서로 응집함에 따라 구리입자와의 계면이 커지는 것을 알 수 있다. 그 결과 전체적으로 고른 결합이 어려워진 것을 관찰 할 수 있다.Referring to FIG. 18, as the content of carbon nanotubes increases, the morphology of carbon nanotubes becomes more apparent. Especially, when the content of carbon nanotubes is 30 vol%, the interfacial densities disappear during sintering, and as the carbon nanotubes cohere with each other, the interface with copper particles becomes larger. As a result, it can be observed that uniform bonding is difficult on the whole.

도 19와 20은 탄소나노튜브/구리 복합분말을 가공할 때 탄소나노튜브 첨가비율이 비등열전달에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.19 and 20 are graphs showing the influence of the carbon nanotube addition ratio on the boiling heat transfer when the carbon nanotube / copper composite powder is processed.

도 19와 20에서 알 수 있듯이, 탄소나노튜브 함량이 5%∼20%경우에는, 비등 열전달촉진이 탄소나노튜브 첨가비율의 증가에 따라 향상되는 것을 알 수 있다. 20% 탄소나노튜브 첨가된 코팅표면이 다른 코팅표면보다 더 낮은 과열도와 높은 열전달 계수를 나타낸다. 이것은 표 3에서 보듯이 탄소나노튜브 함량이 20vol%일 경우에 제일 많은 기공을 가지고 있고 탄소나노튜브도 균일하게 분산되었기 때문에 비등열전달이 촉진되기 때문이며, 30% 탄소나노튜브 첨가된 경우는 오히려 열전달계수가 낮아지는 것이 관찰된다. 이것은 도 16과 표3에서 보듯이 다량의 탄소나노튜브입자의 영향으로 소결과정 중 입자간 응집이 불량하게 되어, 크랙 발생에 따른 비등 열전달 필요한 미세 기공과 기공밀도가 감소하여 비등열전달 촉진 현상이 감소하는 것이라 판단된다.
As can be seen from FIGS. 19 and 20, when the content of the carbon nanotubes is 5% to 20%, it can be seen that boiling heat transfer enhancement increases with an increase in the carbon nanotube addition ratio. 20% Carbon Nanotubes Coated surfaces exhibit lower superheat and higher heat transfer coefficients than other coated surfaces. This is because, as shown in Table 3, when the carbon nanotube content is 20 vol%, it has the largest number of pores and the carbon nanotubes are uniformly dispersed, thereby promoting boiling heat transfer. In the case of adding 30% carbon nanotubes, Is lowered. This is because as shown in FIG. 16 and Table 3, due to the influence of a large amount of carbon nanotube particles, agglomeration between particles during sintering becomes poor, and boiling heat transfer due to cracking is reduced, and the boiling heat transfer promotion phenomenon is reduced .

소결온도 분석Sintering temperature analysis

도 21은 600℃-800℃에서10% 탄소나노튜브/구리분말로 소결 코팅된 표면과 확대된 분말표면의 SEM 사진이다((a)(b) 600℃; (c)(d) 700℃; (e)(f) 800℃). FIG. 21 is a SEM photograph of a surface of a sintered coating with a 10% carbon nanotube / copper powder at 600 ° C. to 800 ° C. and an enlarged powder surface (a) (b) 600 ° C. (c) (d) 700 ° C.; (e) (f) 800 < 0 > C).

도 21을 참조하면, 소결온도에 증가함에 따라 분말사이의 공극이 작아지면서 전체적이 기공도가 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 분말에 표면에서는 소결온도에 증가함에 따라 구리입자 사이의 계면이 작아지고 기공도이 감소한다.Referring to FIG. 21, it can be seen that as the sintering temperature is increased, the porosity between the powders becomes smaller and the overall porosity decreases. That is, as the surface of the powder increases in sintering temperature, the interface between the copper particles becomes smaller and the porosity decreases.

도 22 및 23은 소결온도가 비등열전달에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 22 and 23 are graphs showing the effect of sintering temperature on boiling heat transfer.

도 22 및 23을 참조하면, 탄소나노튜브/구리 복합분말이 소결 코팅된 표면이 매끈한 구리표면보다 비등열전달 특성 더 우수한 것을 알 수 있다. 22 and 23, it can be seen that the carbon nanotube / copper composite powder has a boiling heat transfer characteristic superior to that of a smooth copper surface.

도 22에서, 동일 열 유속 일 경우에 코팅시 소결온도가 감소함에 따라 비등표면의 과열도가 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 소결온도 600℃경우에 제일 낮은 초기 기포 발생 과열도를 나타내고 높은 열유속 경우에는 그 차이 크지 않는 것을 볼 수 있다. In FIG. 22, it can be seen that the superheat degree of the boiling surface decreases as the sintering temperature decreases at the same heat flux. That is, when the sintering temperature is 600 ° C., the lowest initial bubble generation superheat is exhibited, and the difference is not large when the heat flux is high.

도 23의 경우, 과열도 7℃이하 일 때 같은 과열도에서 코팅 시 소결온도가 감소함에 따라 열전달계수가 증가하나 과열도 7℃이상 일 때 큰 차이 없는 것을 알 수 있다. 이는 낮은 온도에서 소결된 코팅표면은 비등열전달 촉진에 필요한 기공도를 충분히 가지고 있으나 코팅 시 소결온도가 증가함에 따라 구리입자간의 계면에서 원자들이 확산하여 용융도가 커지며 부분 기공들이 감소하여 이에 따라 비등열전달 특성이 저조하게 되기 때문이라고 판단된다.
23, the heat transfer coefficient increases with decreasing sintering temperature at the same superheating degree when the superheating degree is 7 ° C or less, but the superheating degree is not significantly different when the superheating degree is 7 ° C or more. This is because the sintered coating surface at low temperature has sufficient porosity to promote boiling heat transfer. However, as the sintering temperature increases during coating, the atoms diffuse at the interface between the copper particles to increase the melting degree and decrease the partial pores, It is considered that the characteristics are poor.

전열관 열Heat pipe heat 효율 비교 Comparison of efficiency

도 24는 증발기용 전열관 종류에 따른 총괄 열전달 계수변화 그래프로서, 냉매 R134a에서 냉수 입구 온도가 10℃, 12℃, 14℃인 경우 냉수 유속 및 외부 코팅의 종류에 따른 외부 전조 가공의 기존 전열관(Thermo excel E tube, 관 내측 동일한 스파이럴 가공) 및 소결 코팅관(관내측 스파이럴 가공), 평활관(관내측 나관)으로 된 증발기 전열관의 총괄열전달 계수를 나타내고 있다. FIG. 24 is a graph showing the overall heat transfer coefficient change according to the type of the heat transfer tube for the evaporator. In the case where the cold water inlet temperature is 10 ° C., 12 ° C., and 14 ° C. in the refrigerant R134a, excel E tube, the same spiral processing inside the tube), sintered coating tube (spiral processing inside the tube), and smooth tube (tube side tube).

도 24를 참조하면, 탄소나노튜브+구리를 소결 코팅(2 layer coating)하였을 경우 (본 발명), 기존 전열관(점선) 보다 평균 약 40% 우수한 전열 성능을 나타낸다.Referring to FIG. 24, when the carbon nanotube + copper is sintered (2 layers coating) (present invention), the heat transfer performance is about 40% higher than that of the existing heat transfer tube (dotted line).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (16)

증발 전열관 코팅 방법으로서,
상기 전열관 표면에 제 2 금속 분말을 제 1 코팅하는 단계;
상기 코팅된 제 2 금속 분말층 상에 탄소나노튜브 및 제 1 금속 분말로 이루어진 복합 분말을 제 2 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 복합 분말층을 소결시키는 단계를 포함하며,
상기 제 1 금속과 제 2 금속은 동일한 종류인 구리(Cu)이며,
다층 구조 방식으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 증발 전열관 코팅방법.
A method for coating an evaporation tube,
A first coating of a second metal powder on the surface of the heat transfer pipe;
A second coating of a composite powder of carbon nanotubes and a first metal powder on the coated second metal powder layer; And
Sintering the coated composite powder layer,
Wherein the first metal and the second metal are copper (Cu) of the same kind,
Wherein the coating layer is coated in a multi-layer structure.
제 1항에 있어서, 상기 증발 전열관 코팅 방법은,
상기 복합 분말을 상기 전열관 표면에 코팅하는 단계 이전, 상기 제 2 금속 분말 코팅층에 바인더 용액을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발 전열관 코팅방법.
The evaporation transport tube coating method according to claim 1,
Further comprising the step of applying a binder solution to the second metal powder coating layer before coating the composite powder on the surface of the heat transfer tube.
제 2항에 있어서,
상기 소결시키는 단계는 상기 바인더 용액을 제 1 온도로 산화시키는 단계; 및
상기 산화시키는 단계 후 상기 복합 분말을 제 2 온도로 환원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발 전열관 코팅방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the sintering step comprises: oxidizing the binder solution to a first temperature; And
And reducing the composite powder to a second temperature after the oxidizing step.
제 2항에 있어서, 상기 전열관 표면에 상기 복합 분말을 코팅하는 단계는,
상기 용액에 분산된 복합분말을 분체 정전 도장 방식으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 증발 전열관 코팅 방법.
3. The method of claim 2, wherein coating the composite powder on the surface of the heat transfer pipe comprises:
Wherein the composite powder dispersed in the solution is coated by a powder electrostatic coating method.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 복합 분말은 상기 탄소나노튜브와 금속을 혼합한 후, 밀링하는 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는 증발 전열관 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the composite powder is prepared by mixing the carbon nanotubes with a metal and then milling the mixture.
제 1항에 있어서,
상기 복합 분말 중 탄소나노튜브는 20vol%인 것을 특징으로 하는 증발 전열관 코팅 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotube in the composite powder is 20 vol%.
삭제delete 증발 전열관으로서,
상기 전열관의 표면 상에 제 1 코팅되는 제 2 금속분말층;
제 1 금속분말 및 탄소나노튜브로 이루어진 상태에서, 상기 제 2 금속분말층 상에 제 2 코팅되는 복합금속코팅층이 형성되며,
상기 제 1 금속과 상기 제 2 금속은 동일한 종류인 구리(Cu)이며, 다층 구조 방식으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 증발 전열관.
As an evaporation heat transfer tube,
A second metal powder layer that is first coated on the surface of the heat transfer tube;
A composite metal coating layer is formed on the second metal powder layer in the state of the first metal powder and the carbon nanotube,
Wherein the first metal and the second metal are copper (Cu) of the same kind and are coated in a multilayered manner.
제 10항에 있어서,
상기 복합금속코팅층은 스프레이 코팅된 후, 소결된 것을 특징으로 하는 증발 전열관.
11. The method of claim 10,
Wherein the composite metal coating layer is spray coated and then sintered.
삭제delete 삭제delete 제 11항에 있어서,
상기 제 2 금속분말층과 복합금속코팅층은 분체 정전 도장 방식으로 형성된 것을 특징으로 하는 증발 전열관.
12. The method of claim 11,
Wherein the second metal powder layer and the composite metal coating layer are formed by a powder electrostatic coating method.
삭제delete 제 10항, 제 11항 및 제 14항 중 어느 한 항에 따른 증발 전열관을 포함하는 증발기.
An evaporator comprising an evaporation heat transfer tube according to any one of claims 10, 11 and 14.
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