KR101510304B1 - 친수성 및 소수성 특성을 구비한 하이브리드 전열핀 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

열교환기에 사용되는 전열핀에 있어서, 기판, 기판상에 소수성 물질로 코팅된 소수성 코팅층, 및 소수성 코팅층에 위치된 복수의 친수 응결코어를 포함하는 하이브리드 전열핀이 개시된다. 이로써, 전열핀에 물방울이 효과적으로 빨리 맺히게 할 수 있고, 맺힌 물방울을 보다 효과적으로 제거시킬 수 있게 된다.

Description

친수성 및 소수성 특성을 구비한 하이브리드 전열핀 및 이의 제조방법{Hybrid heat conductable pin with hydrophilic and hydrophobic characteristics and method thereof}

본 발명은 친수성 및 소수성 특성을 구비한 하이브리드 전열핀 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전열핀에 물방울이 효과적으로 빨리 맺히게 할 수 있고, 맺힌 물방울을 보다 효과적으로 제거시킬 수 있는 친수성 및 소수성 특성을 구비한 하이브리드 전열핀 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

자동차용 또는 가정용으로 주로 사용되는 냉방기, 냉동공조기, 제습기는 개략적으로 압축기, 응축기 및 증발기로 이루어져 있으며, 압축기, 응축기 및 증발기를 냉매가 순환함으로써 열교환이 이루어지게 된다. 즉, 압축기에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 응축기로 공급되어 고압 액상의 상태로 응축되고, 응축기에서 응축된 냉매는 저온 저압의 상태로 증발기로 보내어져 증발되면서 주위의 공기를 냉각시킨 뒤에 다시 압축기에서 압축되는 과정을 반복하며 순환하게 된다.

한편, 위의 구성 요소들 중에, 증발기에서는 저온의 냉매와 냉매보다 온도가 높은 공기가 서로 열교환을 수행하게 됨에 따라 증발기 표면에 응축 현상으로 인한 물방울이 맺히게 된다. 그런데, 냉방기나 제습기의 소형화 및 고성능화에 따라 증발기의 전열핀이 조밀한 간격으로 배열되고 고풍량이 요구되는 실정에서, 전열핀의 표면 성질에 따라 응축현상이 달라지므로 전열핀의 표면 젖음성을 조절하여 열교환기의 효율을 높이려는 시도들이 계속 이루어지고 있다. 친수성의 전열핀은 응결이 매우 빠른 막상응축이 일어나지만, 응축현상이 진행될수록 물막은 정체되기 쉬어 부식이 일어나고, 두께가 평판밑으로 내려갈수록 증가되면서 이러한 막이 열저항으로 작용하기에 냉각표면으로부터의 열전달을 방해한다. 소수성의 전열핀은 물을 싫어하는 성질 때문에 응결의 속도가 느리고 소수의 성질을 장시간 유지하는 데 어려움이 있지만 적상응축이 일어나므로 냉각표면으로부터의 열전달이 높은 장점이 있다.

따라서, 이러한 친수성과 소수성의 전열핀이 가지고 있는 단점을 극복하기 위하여 새로운 개념의 표면처리가 요구된다.

[문헌1] 10-2004-0005108(2004년01월16일 공개): '젖음성 향상을 위한 습표면 열교환기의 표면처리방법' [문헌2] 10-2010-0025069(2010년03월09일공개): '친수성 열교환기의 제조방법'

본 발명의 일 측면에 따르면, 친수성 및 소수성 특성을 모두 구비한 하이브리드형 전열핀을 제공함으로써 전열핀에 물방울이 효과적으로 빨리 맺히게 할 수 있고, 맺힌 물방울을 보다 효과적으로 제거시킬 수 있는 하이브리드 전열핀과 이러한 전열핀을 사용한 열교환기가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 친수성 및 소수성 특성을 모두 구비한 하이브리드 전열핀을 제조하는 전열핀 제공방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열교환기에 사용되는 전열핀에 있어서, 기판; 기판상에 코팅된 소수성 물질의 소수성 코팅층; 및 상기 소수성 코팅층에 위치된 복수의 친수 응결코어;를 포함하는 하이브리드 전열핀이 제공될 수 있다.

상기 소수성 코팅층은 소수성의 성질을 극대화하기 위하여 화학적인 코팅은 물론 표면거칠기를 도입하여 구성된 것일 수 있다.

상기 친수 응결코어는 열전도계수가 높은 친수성 금속입자로 구성된 것일 수 있다.

상기 친수 응결코어는 친수성 성질을 갖는 화학적 물질을 패터닝함으로써 구성된 것일 수 있다.

상기 전열핀 표면에 맺힌 물방울들이 잘 구르게 하기 위하여 전열핀의 하부영역쪽으로 내려갈수록 친수응결 코어의 밀도가 감소하도록 구성된 것일 수 있다.

상기 전열핀 표면에 맺힌 물방울들이 잘 구르게 하기 위하여 전열핀의 가장 하부영역은 흐름각이 우수한 소수성 표면만을 가지도록 구성된 것일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 열교환기에 사용되는 전열핀 제조방법에 있어서, 기판상에 소수성 물질로 소수성 코팅층을 형성시키는 단계; 및 소수성 코팅층 상에, 친수 응결코어를 형성시키는 단계;를 포함하는 하이브리드 전열핀 제조방법이 제공될 수 있다.

상기 친수 응결코어를 형성시키는 단계는, 상기 소수성 코팅층이 형성된 기판을 친수금속입자를 담지 시키거나 또는 상기 소수성 코팅층이 형성된 기판에 친수물질을 패터닝하는 단계일 수 있다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 친수성 및 소수성 특성을 모두 구비한 하이브리드형 전열핀을 제공함으로써 전열핀에 물방울이 효과적으로 빨리 맺히게 할 수 있으며 또한 맺히는 물방울을 보다 효과적으로 제거시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도이고,
도 2a와 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전열핀을 구현하기 위하여 소수성을 높이기 위해 표면 거칠기가 증가된 알루미늄 표면의 전자현미경 사진들이고,
도 3a와 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전열핀을 설명하기 위한 도면이고,
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전열핀을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전열핀을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전열핀의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 게재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 열교환기는 홀더부재(1), 복수 개의 전열관(2) 및 복수 개의 하이브리드 전열핀(3)을 포함한다.

홀더부재(1)는 U자 형태로 열교환기의 양측에 기립 배치될 수 있다.

복수 개의 전열관(2)은 한 쌍의 홀더부재(1)에 의해 결합 및 지지되고, 열교환기의 상하 방향을 따라 지그재그 형상으로 형성되어 냉매의 유로를 형성한다.

전열관(2)은 동일한 직경으로 이루어져 공기유동방향을 기준으로 유입측 배열의 간격과 유출측 배열의 간격이 서로 동일하게 유지되도록 배열될 수 있다.

복수 개의 하이브리드 전열핀(3)들은 전열관(2)에 소정의 각도(pitch)를 갖도록 공기의 유동방향에 대해 수평으로 나란하게 결합된다. 즉, 복수 개의 전열핀(3)은 공기유동방향을 기준으로 전열관(2)의 유입측에서 유출측까지 일괄 결합되도록 종방향으로 길게 형성된다.

복수 개의 하이브리드 전열핀(3)들은 도 2 내지 도 6를 참조하여 설명한 형태를 가질 수 있다. 다만, 복수 개의 하이브리드 전열핀(3)들은 복수 개의 전열관(2)들에 결합되기 위한 홀을 더 포함한다.

도 2a와 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전열핀을 구현하기 위하여 소수성을 높이기 위해 표면 거칠기가 증가된 알루미늄 표면의 전자현미경 사진들이다. 즉, 소수성 코팅층은 소수성질을 높이고 물이 잘 흐르도록 하기 위하여 미세구조를 가지도록 구성될 수 있다.

소수성 코팅층은 화학적인 에칭을 이용하거나 프레스 성형을 이용하여 미세 구조를 가지도록 구성될 수 있다.

도 2a의 알루미늄 표면은 알루미늄을 염산과 이소프로필알코올의 혼합용액에 담구어 표면의 거칠기를 구현한 예로서 이러한 표면에 표면에너지가 낮은 불소화합물을 코팅하면 물 접촉각은 150°가 넘으며 흐름각은 5° 미만의 값을 보인다. 도 2b의 알루미늄 표면은 알루미늄을 10um의 봉우리 패턴을 가는 금형을 이용하여 프레스 성형하여 표면의 거칠기를 구현한 예로서 이러한 표면에 표면에너지가 낮은 불소화합물을 코팅하면 물 접촉각은 110°이며 흐름각은 15° 미만의 값을 보인다.

도 3a와 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전열핀을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a와 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전열핀(110)은, 전열핀(110) 위에 위치된 소수성 물질로 구성된 코팅층(이하, '소수성 코팅층')(114), 및 소수성 코팅층(114) 위에 위치된 응결코어(111)를 포함할 수 있다. 도 3b를 참조하면, 전열핀(110) 상에는 소수성 코팅층(114)이 형성되어 있고, 소수성 코팅층(114) 위에 응결코어(111)가 위치된다.

여기서, 소수성 코팅층(114)은 전술한 도 2a 또는 도 2b와 같은 미세 구조를 가지도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전열핀(110)은, 소수성 코팅층(114)이 형성된 전열핀에 친수금속입자를 담지 시키거나 친수물질을 패터닝함으로써 제조될 수 있다.

응결코어(111)로 사용될 수 있는 입자는 예를 들면, 열전도계수가 높은 금속이면서도 친수성이 높은 친수금속입자인 Al이나 Cu의 입자를 사용할 수 있다.

친수금속입자의 담지는 스프레이법을 이용할 있으며 특히, ESD(Electro spray deposition)을 이용하면 균일한 담지와 패턴을 형성할 수 있다.

응결코어(111)로 사용될 수 있는 친수물질의 패터닝은 마스크를 이용하여 증착이나 스프레이법으로 사용할 수 있으며 특히, ESD(Electro spray deposition)을 이용하면 마스크없이 패턴을 형성할 수 있다.

응결코어(111)는 증착 또는 스프레이법으로 소수성 물질의 코팅상에 위치되게 된다. 이러한 응결코어(111)는 물방울이 잘 맺히도록 하는 기능을 지원하며, 이로인하여 물방울이 맺히는 속도가 빨라지게 된다.

도 3a에 도시된 응결코어(111)들은 상기 전열핀 표면에 맺힌 물방울들이 잘 구르게 하기 위하여 전열핀의 하부영역쪽으로 내려갈수록 친수 응결코어의 밀도가 감소하도록 구성된 것일 수 있다.

도 3a에 도시된 응결코어(111)들의 크기, 모양, 및 갯수는 이해의 편의를 위해서 개략적으로 도시한 것으로서, 실제로는 그 크기와 갯수는 훨씬 많을 수 있다.

응결코어(111)의 모양은 사각형으로 도시되어 있지만, 이는 예시적인 것으로서 사각형이 아닌 다른 임의의 형상으로 구성될 수 있음을 당업자는 이해하여야 한다.

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전열핀을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 전열핀(210)은 응결코어(211)들이 증착 또는 스프레이법으로 형성된 것을 나타낸 것이다. 도 4의 전열핀(210) 역시, 전도성 좋은 재질의 기판, 기판 상에 형성된 소수성 물질의 코팅층, 및 복수의 응결코어(211)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 4의 전열핀(210)의 단면 구조를 도시하지는 않았지만, 도 3b의 것과 거의 유사하며, 응결코어 형태에서만 차이가 있다.

여기서, 소수성 코팅층은 전술한 도 2a 또는 도 2b와 같은 미세 구조를 가지도록 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전열핀을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 전열핀(310)은 상부 영역(312) 및 하부 영역(313)을 포함한다.

상부 영역(312)은 상술한 하이브리드 전열핀의 구성을 가지나 하부영역(313)은 전열핀 표면에 맺힌 물방울들이 잘 구르게 하기 위하여 흐름각이 우수한 소수성 표면만을 가지도록 구성된 것일 수 있다. 즉, 상부 영역(312)은, 도 2a 또는 도 2b와 같은 미세 구조를 가진 소수성 코팅층에 응결코어(311)가 형성된 구조이고, 하부영역(313)은 소수성 코팅층으로만 구성된 구조일 수 있다.

도 5를 참조하면, 상부 영역(313)에 형성된 응결코어(311)는, 도 4에서 설명한 방식과 같이 형성될 수 있다. 즉, 전열핀(310)은 응결코어(311)들이 패턴닝 방식으로 형성된 것을 나타낸 것으로서, 전도성 좋은 재질의 기판(310), 기판 상에 형성된 소수성 물질의 코팅층, 및 복수의 응결코어(311)를 포함하도록 구성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열핀의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 전열핀 제조방법에 따르면, 알루미늄과 같이 전도성이 좋은 기판을 준비하고, 전도성 기판상에 소수성 코팅층을 형성시킨다(S201). 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소수성 코팅층은 소수성질을 높이고 물이 잘 흐르도록 하기 위하여 미세구조를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 소수성 코팅층은 화학적인 식각을 하거나 프레스 성형을 이용하여 구조물을 만들어서 미세 구조를 가지도록 구성될 수 있다.

다음, 다양한 방식으로 예를 들면 증착 또는 스프레이법으로, 소수성 코팅 상에 응결코어를 형성시킨다(S203). 도 6에서 예시적으로 설명한 전열핀의 제조방법은 도 2 내지 도 5에서 설명하였던 전열핀의 제조시에 사용될 수 있을 것이다.

예를 들면, 응결코어로 사용될 수 있는 입자는 예를 들면, 열전도계수가 높은 금속이면서도 친수성이 높은 친수금속입자일 수 있다. 친수금속입자의 담지는 스프레이법을 이용할 수 있으며 특히, ESD(Electro spray deposition)을 이용하면 균일한 담지와 패턴을 형성할 수 있다. 친수물질의 패터닝은 마스크를 이용하여 증착이나 스프레이법으로 사용할 수 있으며, ESD(Electro spray deposition)을 이용하면 마스크없이 패턴을 형성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 홀더부재
2: 전열관
3, 110, 210, 310, 410: 하이브리드 전열핀

Claims (9)

1. 열교환기에 사용되는 전열핀에 있어서,
   열 전도성 재질로 구성되고, 상부영역 및 상부영역보다 하부에 위치한 하부영역을 포함하는 전도성 기판;
   상기 상부영역과 상기 하부영역 상에 코팅되어 형성된 소수성 물질의 소수성 코팅층; 및
   상기 상부영역에 형성된 소수성 코팅층 상에 위치된 복수의 친수 응결코어;를 포함하며,
   상기 친수 응결코어는 증착 또는 스프레이법으로 상기 소수성 코팅층 상에 형성되며,
   상기 소수성 코팅층은, 소수성질을 높이기 위해서, 미세구조를 포함하며,
   상기 전열핀 표면에 맺힌 물방울들이 잘 구르게 하기 위하여 상기 상부영역에서 하부로 내려갈수록 상기 친수응결 코어의 밀도가 감소하도록 구성되어 있고,
   상기 친수 응결코어는 친수성 금속입자로 구성되어 있고, 상기 하부영역은 소수성 코팅층으로만 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전열핀.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 친수 응결코어는 열전도계수가 높은 친수성 금속입자인 Al이나 Cu로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전열핀.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 소수성 코팅층은 화학적인 식각 또는 프레스 성형에 의해 형성된 미세 구조를 가진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전열핀.
6. 삭제
7. 삭제
8. 열교환기에 사용되는 전열핀 제조방법에 있어서,
   열 전도성 재질로 구성된 기판상에 소수성 물질로 소수성 코팅층을 형성시키는 단계; 및
   소수성 코팅층 상에, 친수 응결코어를 증착 또는 스프레이법으로 형성시키는 단계;를 포함하며,
   상기 기판은, 상부영역 및 상부영역보다 하부에 위치한 하부영역을 포함하며,
   상기 상부영역과 상기 하부영역 상에 상기 소수성 코팅층이 형성되고, 상기 친수 응결코어는 상기 상부영역에만 형성되어 있고,
   상기 소수성 코팅층은, 소수성질을 높이기 위해서, 미세구조를 포함하며,
   상기 전열핀 표면에 맺힌 물방울들이 잘 구르게 하기 위하여 상기 상부영역에서 하부로 내려갈수록 상기 친수응결 코어의 밀도가 감소하도록 구성되어 있고,
   상기 친수 응결코어는 친수성 금속입자로 구성되어 있고, 상기 하부영역은 소수성 코팅층으로만 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전열핀 제조방법.
9. 삭제

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