KR101962778B1 - 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물 - Google Patents
초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친환경적이면서 처리과정이 복잡하지 않아 처리효율이 우수하면서 저렴한 비용으로 처리할 수 있어 초발수 코팅처리에 따른 서리 착상을 억제함으로써 열교환기의 효율을 높이고, 제상 회수도 줄여 운전에 따른 소비전력도 절감하여 에너지 절약에 기여할 수 있도록 개선된 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친환경적이면서 처리과정이 복잡하지 않아 처리효율이 우수하면서 저렴한 비용으로 처리할 수 있어 초발수 코팅처리에 따른 서리 착상을 억제함으로써 열교환기의 효율을 높이고, 제상 회수도 줄여 운전에 따른 소비전력도 절감하여 에너지 절약에 기여할 수 있도록 개선된 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 초저온 열교환기는 영하 50℃부터 영하 200℃까지 사용하는 LNG(액화천연가스) 및 산업용가스(액화산소, 액화질소, 액화알곤, 액화탄산가스) 등의 액체상태의 초저온가스를 기화상태로 변화시키는 장치로 열교환 성능을 향상시키기 위하여 알루미늄 합금강의 튜브를 주로 사용하게 된다.
이는 주로 2.0MPa이하의 설계압력에 적용하고 있으나. 사용 또는 설계압력이 5.0MPa이상을 초과하게 되면 알루미늄합금강의 인장 및 항복강도 등의 한계로 인해 알루미늄튜브 내에 스테인레스강 또는 동합금강을 삽입한 이중관을 사용하게 된다.
이때, 열교환용 핀튜브(Fin Tube) 내로 고압용 튜브를 삽입하기 위하여는 일정한 간격(틈새)이 필요하며 열교환용 튜브를 삽입시에는 나무 또는 고무 등의 부드러운 재질의 망치 및 전용공구를 이용한다.
또한, 원활한 삽입에 필요한 간격(틈새)을 열교환용 고압튜브의 선팽창계수(Coefficient of expansion) 및 프와송비(Poisson's ratio)를 이용하며 최대팽창(확관) 가능량의 10% 이내로 제한한다.
한편, 초저온 열교환기는 내부로 흐르는 영하 100℃ 이하의 온도와 대기중의 습공기간의 상호 열교환으로 생성된 수분이 서리로 변하게 되며, 이는 열교환기의 열전도율을 현격히 저하시키는 요인이 된다.
이에 따라, 하기한 [선행기술문헌]에서와 같이 열교환기 표면에 서리성장을 지연시키거나 표면에 생성된 서리를 제거하는 제상(defrosting) 기술이 다수 개시된 바 있다.
하지만, 개시된 기술들은 처리과정이 복잡하고, 처리비용이 많이 들며, 경우에 따라서는 친환경적이지 못하고 인체 유해성분을 포함하고 있어 환경제약에 따른 제약을 받는 경우가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 친환경적이면서 처리과정이 복잡하지 않아 처리효율이 우수하면서 저렴한 비용으로 처리할 수 있어 초발수 코팅처리에 따른 서리 착상을 억제함으로써 열교환기의 효율을 높이고, 제상 회수도 줄여 운전에 따른 소비전력도 절감하여 에너지 절약에 기여할 수 있도록 개선된 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 열교환기 튜브의 표면에 잔류된 유기물을 분해하는 세척단계와; 유기물이 제거된 열교환기 튜브의 표면에 잔류된 이물질을 제거하는 에칭단계와; 이물질이 제거된 열교환기 튜브의 표면을 수산화나트륨으로 처리하는 알칼리 처리단계와; 알칼리 처리된 표면에 초소수성 박막을 입히는 소수성 코팅단계와, 코팅면을 건조시켜 초발수성 코팅층으로 성장시키는 건조단계;를 포함하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법에 있어서;
상기 소수성 코팅단계는 알카리 처리단계를 거친 열교환기 튜브를 자기조립단분자막(Self Assembled Monolayer) 형성법으로 열교환기 튜브의 표면에 코팅막을 형성하는 단계이며; 상기 건조단계는 상온에서 건조시켜 초발수성 코팅막이 생성되도록 마감하는 단계인 것을 특징으로 하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법을 제공한다.
이때, 상기 세척단계에서 사용되는 세제는 구연산 8중량%와, 탄산수소나트륨 8중량% 및 나머지 알콜과 물이 2:8의 부피비로 혼합된 혼합액으로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 에칭단계는 열교환기 튜브를 에칭액에 10분간 침지시키는 단계로서, 열교환기 튜브가 알루미늄으로 제조된 경우에는 염산(HCl) 수용액을 에칭액으로 하고, 상기 열교환기 튜브가 스테인레스강으로 제조된 경우에는 염화철(FeCl3)과 염산(HCl) 및 인산(H3PO4)을 혼합한 수용액을 에칭액으로 사용하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 에칭액은 염산 수용액의 경우 염산 14.5중량%와 나머지 물로 이루어진 염산 수용액을 사용하고, 염화철과 염산 및 인산의 혼합 수용액의 경우에는 각각 24중량%와, 6중량%와, 6중량% 및 나머지 물로 이루어진 혼합 수용액을 사용하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 알카리 처리단계는 에칭단계를 거친 열교환기 튜브를 상온에서 5% 수산화나트륨 수용액에 10초 동안 담근 후 60-80℃로 유지되는 증류수에서 10-12분 동안 담궈 열교환기 표면이 -OH 작용기를 갖도록 하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브도 제공한다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅용 코팅제 조성물로서, 상기 코팅제 조성물은 HDFS(Heptadeca-fluoro-1,1,2,2-tetra-hydrodecyltrichloro-silane)와 n-헥산이 1:100 비율로 섞인 용액에 용질로 메틸실세귀옥산(methyl silsequioxane)이 상기 용액 100중량부 기준으로 15중량부 첨가 형성된 용액인 것을 특징으로 하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물도 제공한다.
본 발명에 따르면, 친환경적이면서 처리과정이 복잡하지 않아 처리효율이 우수하면서 저렴한 비용으로 처리할 수 있어 초발수 코팅처리에 따른 서리 착상을 억제함으로써 열교환기의 효율을 높이고, 제상 회수도 줄여 운전에 따른 소비전력도 절감하여 에너지 절약에 기여할 수 있도록 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 의해 조성된 코팅제 조성물을 혼합하기 위한 코팅제 조성물 혼합장치를 보인 개략적 사시도
도 2는 그 정면도
도 2는 그 정면도
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 열교환기 튜브 표면에 수막(hydroplaning)이 형성되지 않도록 에칭(etching)으로 표면구조를 변형시킨 후 수분부착을 억제하는 초발수성 물질을 코팅하여 초저온의 유체와 공기와의 열교환중 공기의 수분노점(moisture dew point)으로 생성되는 수분부착을 최소화하고, 이를 통해 서리(Frost) 생성을 억제시킴으로써 열교환기의 열전도율을 높이고, 제상(Defrost) 시간을 현전히 단축시켜 에너지절감에 기여할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 종래 기술에서 필수적으로 많이 사용하는 초발수 물질인 PTFE(polytetrafluoroethylene)를 사용하지 않고도 초발수 특성을 유지할 수 있도록 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법은 열교환기 튜브의 표면에 잔류된 유기물을 분해하는 세척단계와; 유기물이 제거된 열교환기 튜브의 표면에 잔류된 이물질을 제거하는 에칭단계와; 이물질이 제거된 열교환기 튜브의 표면을 수산화나트륨으로 처리하는 알칼리 처리단계와; 알칼리 처리된 표면에 초소수성 박막을 입히는 소수성 코팅단계와, 코팅면을 건조시켜 초발수성 코팅층으로 성장시키는 건조단계;를 포함한다.
이때, 상기 세척단계는 열교환기 튜브를 알콜이 함유된 세제에 5분간 담구어 열교환기 튜브 표면에 남아 있는 기름 등의 유기질, 특히 연마제 성분을 제거하는 단계이다.
이 단계는 이들 유기질 및 연마제 성분에 의해 초발수 코팅성을 저해하는 문제를 해결하기 위한 전처리단계이다.
이 경우, 상기 세제는 구연산 8중량%와, 탄산수소나트륨 8중량% 및 나머지 알콜과 물이 2:8의 부피비로 혼합된 혼합액으로 이루어진다.
여기에서, 상기 구연산은 금속표면의 산화물을 제거하고 변색을 방지하며, 특히 생태게에서 쉽게 분해되기 때문에 환경오염도 방지하면서 인체 무해성이 우수한 물질이며, 항균성도 제공한다.
그리고, 상기 탄산수소나트륨은 친환경세제로서 특히 기름기 분해 제거에 탁월하며, 연마제 분해능도 뛰어나다. 이 탄산수소나트륨은 산과 반응하여 이산화탄소를 발생시킴으로써 유기물 분해능을 높일 수 있다.
다만, 양자 모두 8중량%를 초과하여 과량첨가되면 과반응에 의한 표백성이 나타날 수 있으므로 8중량%로 제한하여야 한다.
아울러, 알콜은 분해반응을 촉진시키기 위해 첨가된다. 때문에, 5분 이상 세척할 필요는 없다.
또한, 상기 에칭단계는 세척 후 열교환기 튜브의 표면에 잔류된 이물질을 완전히 분해 제거하기 위해 열교환기 튜브를 에칭액에 10분간 침지시키는 단계이다.
이때, 상기 에칭액은 열교환기 튜브의 재질에 따라 달라질 수 있다.
예컨대, 열교환기 튜브가 알루미늄으로 제조된 경우에는 염산(HCl) 수용액을 에칭액으로 하고, 상기 열교환기 튜브가 스테인레스강으로 제조된 경우에는 염화철(FeCl3)과 염산(HCl) 및 인산(H3PO4)을 혼합한 수용액을 에칭액으로 한다.
이때, 각 에칭액의 농도에 따라 처리시간이 달라질 수 있는데, 본 발명에서는 10분내에 처리할 수 있도록 염산 수용액의 경우 염산 14.5중량%와 나머지 물로 이루어진 염산 수용액을 사용하고, 염화철과 염산 및 인산의 혼합 수용액의 경우에는 각각 24중량%와, 6중량%와, 6중량% 및 나머지 물로 이루어진 혼합 수용액을 사용한다.
아울러, 상기 알칼리 처리단계는 열교환기 튜브의 표면에 에칭되어 이물이 제거된 상태에서 표면에 -OH 작용기를 갖도록 수산화나트륨으로 표면처리하는 단계이다.
상기 알카리 처리단계는 에칭단계를 거친 열교환기 튜브를 상온에서 5% 수산화나트륨 수용액에 10초 동안 담근 후 60-80℃로 유지되는 증류수에서 10-12분 동안 담그는 단계이다.
이렇게 처리하는 이유는 수산화나트륨이 염기성이 매우 강한 강염기일 뿐만 아니라, 조해성이 강해 처리된 표면에 잔류된 수산화나트륨이 수분을 흡수하면서 엉겨 붙기 때문에 이를 방지하면서 적절한 -OH만 남길 수 있도록 10초 침지 후 증류수로 세척하는 과정을 거치는 것이다.
그리고, 상기 소수성 코팅단계는 알카리 처리단계를 거친 열교환기 튜브를 자기조립단분자막(Self Assembled Monolayer:SAM) 형성법으로 열교환기 튜브의 표면에 코팅막(코팅층)을 형성하는 단계이다.
이때, 자기조립단분자막(SAM)은 고체 표면에 자발적으로 형성되는 유기 단분자막을 말하며, 이러한 자기조립단분자막(SAM)을 형성하는 분자는 보통 세 개의 부분으로 이루어져 있다. 먼저 기질과 결합하는 머리 부분의 반응기, 규칙적인 분자 막 형성을 가능하게 하는 몸통 부분의 긴 알칸 사슬, 그리고 분자 막의 기능을 좌우하는 꼬리 부분의 작용기가 그것이다. 이와 같은 자기조립단분자막(SAM)은 기질의 표면과 막을 이루게 되는 분자들 사이에 직접적인 화합결합을 형성하여 매우 튼튼한 분자막을 만들 수 있고 기질의 모양이나 크기에 영향을 받지 않아 복잡한 모양의 기질 위에서도 제조가 가능하며 대면적화에도 용이하다.
이와 같은 자기조립단분자막(SAM)을 형성하는 물질은 기질과 이온 결합을 이루는 알칸산(alknoic acid)으로 만들어진 자기조립단분자막 물질, 전하-이동 착체(charge-transfer complex)를 형성하는 유기황(organosulfur)으로 만들어진 자기조립단분자막 물질, 또는 순수한 공유결합을 이루는 유기규소(organosilicon)로 만들어진 자기조립단분자막 물질을 그 예로 들 수 있다.
상기 자기조립단분자막을 형성하는 과정은 일반적으로 자기조립단분자를 용매에 용해하여 자기조립단분자 용액을 제조하는 공정과, 자기조립단분자 용액에 피처리물 금속을 일정시간 동안 담그는 공정으로 이루어진다.
이때, 상기 자기조립단분자 용액이 본 발명에서 초발수 코팅용 코팅제 조성물이 된다.
즉, 본 발명에 따른 초발수 코팅용 코팅제는 HDFS(Heptadeca-fluoro-1,1,2,2-tetra-hydrodecyltrichloro-silane)와 n-헥산이 1:100 비율로 섞인 용액에 용질로 메틸실세퀴옥산(methyl silsequioxane)이 상기 용액 100중량부 기준으로 15중량부 첨가 형성된 용액이다.
여기에서, 상기 n-헥산은 용매이고, 상기 HDPS는 트리클로로실란(trichlorosilane) 계열로서 실란(silane) 그룹이 포함된 알킬기 혹은 불소가 치환된 알킬기 물질에 의해 소수성을 강화시키게 되며, 강고한 박막을 형성하게 된다.
특히, 본 발명에서는 30분 이내에 처리할 수 있도록 하기 위해 희석비율을 1:100으로 유지해야 한다. 즉, 열교환기 튜브를 상기 용액(코팅제)에 30분간 침지하여 초소수성막을 생성하게 된다.
이때, 상기 메틸실세퀴옥산은 실란기와의 반응에 의해 표면에서 나노 크기의 미세 다공을 유발시켜 표면 거칠기를 증대시킴으로써 접촉각을 크게 하고 이를 통해 초소수성, 다시 말해 초발수성을 강화시키도록 하기 위해 첨가된다.
덧붙여, 본 발명에서는 상기 용액 100중량부를 기준으로 테트라에틸오소실리케이트(tetraethyl orthosilicate) 10중량부와, 0.01㎛의 입도를 갖는 카본블랙을 초산부틸에 분산시킨 분산액 5.5중량부와, 다이클로로다이메틸실란 2.5중량부와, 터셔리부틸 히드로퀴논(Teat-Butyl HydroQuinone) 1.5중량부와, 이소퀴놀린 알칼로이드 2.5중량부 및 P-페닐아조아닐린 1.5중량부 더 첨가될 수 있다.
이때, 상기 테트라에틸오소실리케이트는 자기조립단분자막을 형성하는 과정에서 실리카 나노구조를 이루게 되어 접촉각을 현저히 증가시킴으로써 실리콘이 갖는 기본적인 발수특성에 더하여 초발수특성을 강화시키므로 이를 위해 첨가된다.
다만, 10중량부를 초과하게 되면 반응을 더디게 하여 30분내 처리를 어렵게 하므로 이를 방지하기 위해 10중량부 첨가해야 한다.
또한, 상기 카본블랙을 초산부틸에 분산시킨 분산액은 750-900rmp의 속도로 2시간 이상 교반하여 완전한 분산이 이루어지게 하고, 방열특성을 강화시켜 부착안정성을 증대시키기 위해 첨가된다.
그리고, 상기 다이클로로다이메틸실란은 전기음성도가 불소(F) 다음으로 큰 염소 원자 2개가 있어 매우 강한 소수성을 보이는 물질로서, 방습성이 우수하고 내오염성이 뛰어나다. 따라서, 소수성을 유지하면서 방오성을 강화시키는데 기여하게 된다.
아울러, 상기 터셔리부틸 히드로퀴논(Teat-Butyl HydroQuinone)은 표면 산화를 방지하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 상기 이소퀴놀린 알칼로이드는 암팔라야(Bitter Melon), 황련 뿌리, 매발톱나무 뿌리에서 추출되는 추출물로서 곰팡이는 물론 살모넬라균 등 널리 알려진 균류에 대한 천연정균성 항균제이다.
그리고, 상기 P-페닐아조아닐린은 표면 소수화를 강화시키도록 접촉각 증대에 기여하기 위해 첨가된다.
한편, 상기 건조단계는 코팅면을 건조시켜 초발수성 코팅층으로 성장시키는 단계이다.
이때, 상기 건조단계는 상온에서 충분히 건조시켜 초발수성 코팅막이 생성되도록 마감하는 단계이며, 코팅막, 즉 코팅층이 원하는 두께에 이르도록 박막을 목표두께에 도달할 때 까지 입힌 후에 충분히 건조시키도록 한다.
여기에서, 상기 건조단계 전에 나노크기의 분사공이 형성된 공압분사기로 코팅막이 1-2초간 랜덤하게 샷(투사)처리하여 거칠기를 강제로 증대시키는 거칠기 가공단계가 더 수행될 수 있다.
이것은 코팅막이 완전히 굳어지기 전에 일종의 나노크기의 딤플을 형성함으로써 접촉각을 증대시키고 이를 통해 초발수성을 더욱 강화시키기 위한 것이다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 열교환기 튜브의 초발수 특성을 확인하기 위해, 상술한 첨가물이 더 첨가된 상태로 초발수 코팅용 코팅제를 조성하여 사용하고, 건조단계 전에 거칠기 가공단계를 더 거친 열교환기 튜브 샘플에 대한 응축거동을 확인하고, 그때의 접촉각을 접촉각측정기(DSA100, Kruss, Germany)로 측정하였으며, 이때 응축거동은 표 1과 같이 사진으로 나타내었다.
| 구분 | 본 발명 | 기존품 |
| 튜브 일부 |
 |
 |
표 1의 사진에서와 같이, 본 발명에 따라 표면처리된 열교환 튜브 샘플에서는 개별 액적들이 합쳐지며 성장하는 물방울 응축거동을 보여 초발수 특성이 확인되었지만, 기존품의 경우에는 응축수가 표면을 얇게 덮고 성장하는 막응축 거동을 보여 발수 특성이 없는 것으로 확인되었다.
또한, 본 발명에 따른 접촉각은 139°로 확인되어 통상 130°이상을 초발수성으로 구분하고 있기 때문에 본 발명은 충분한 초발수성을 제공함을 확인할 수 있었다.
도 1은 본 발명에 의해 조성된 코팅제 조성물을 혼합하기 위한 코팅제 조성물 혼합장치를 보인 개략적 사시도 이고, 도 2는 그 정면도이다.
이러한 본 발명이 코팅제 조성물 혼합장치는, 하부받침(10)과, 하부받침(10)의 상부에 설치되고 하부받침(10)과 함께 이송되는 회전프레임(30)과, 하부가 하부받침(10) 상에 설치되고 상부에 회전프레임(30)이 설치되며 회전프레임(30)을 승강시키는 승하강부(20)와, 회전프레임(30) 및 승하강부(20)에 설치되어서 회전프레임(30)을 수평방향으로 회전시키는 수평회동부(40)와, 회전프레임(30)에 설치되어서 혼합용기(1) 내의 재료를 고속으로 교반하는 고속믹싱부(50)와, 회전프레임(30)에 설치되고 혼합용기(1) 내의 재료를 저속으로 교반하는 저속믹싱부(60)와, 혼합용기(1)가 안착되고 혼합용기(1)를 고속믹싱부(50) 및 저속믹싱부(60)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키는 혼합용기역회전부(70)와, 혼합용기역회전부(70)에 설치되어서 혼합용기역회전부(70)에 안착된 혼합용기(1)의 중량을 감지하고 혼합용기(1)에 투입되는 재료의 양을 계측하는 측량부(80)와, 승하강부(20), 수평회동부(40), 고속믹싱부(50), 저속믹싱부(60), 혼합용기역회전부(70), 측량부(80)에 연결되어서 이들을 제어하는 콘트롤부(90)로 이루어진다.
하부받침(10)은, 승하강부(20) 및 콘트롤부(90)가 안착되는 이동판(11)과, 이동판(11)의 바닥에 설치되어서 이동판(11)의 이동을 안내하는 바퀴(12)로 이루어진다.
승하강부(20)는, 하단이 하부받침(10)의 이동판(11)에 안착되고 로드(22)의 상단이 회전프레임(30)에 연결되는 승하강실린더(21)로 이루어진다.
회전프레임(30)은, 로드(22)의 상단에 수평방향으로 회전되도록 설치된다.
수평회동부(40)는, 승하강부(20)에 고정되는 수평회동모터(41)와, 수평회동모터(41)에 연결되어서 회전동력이 전달되는 구동기어(42)와, 회전프레임(30)에 고정되고 구동기어(42)에 치합되어서 구동기어(42)의 회전시 연동되면서 회전프레임(30)을 회전시키는 전동기어(43)로 이루어진다.
저속믹싱부(60)는, 회전프레임(30)에 설치된 저속회동모터(61)와, 상단이 저속회동모터(61)에 연결되는 저속축(62)과, 저속축(62)의 하단에 결합되어서 저속축(62)과 함께 회전되고 혼합용기(1) 내의 재료를 교반하는 저속날개부(63)로 이루어진다.
저속날개부(63)는, 저속축(62)의 하단에 결합되는 결합보스(64)와, 결합보스(64)의 둘레에 방사상으로 복수개 형성되어 있고, 회전시 혼합용기(1) 내의 재료를 교반 및 부양시키는 날개(65)와, 날개(65) 둘레에 결합되어서 날개(65)를 지지하고 날개(65)를 보호하는 날개보호링(67)과, 날개(65)에 결합되어서 혼합용기(1) 바닥의 재료를 상측으로 긁어서 올리는 긁개(66)와, 스크래퍼(66) 및 브레이드(65)에 체결되는 고정나사(68) 이루어진다.
고속믹싱부(50)는, 회전프레임(30)에 설치되는 고속회동모터(51)와, 고속회동모터(51)에 연결되어서 회전동력을 전달받는 고속축(55)과, 고속축(55)의 하단에 결합되어서 이와 함께 회전되며 혼합용기(1) 내의 재료를 고속으로 교반하는 고속날개부(56)와, 고속회동모터(51)에 연결되어서 이와 함께 회전되는 구동풀리(52)와, 고속축(55)에 연결되어서 이와 함께 회전되는 전동풀리(53)와, 구동풀리(52) 및 전동풀리(53)에 연결되어서 구동풀리(52)의 회전동력을 전동풀리(53)에 전달하는 전동벨트(54)로 이루어진다.
고속날개부(56)는, 고속축(55)의 하단에 결합되는 회동판(57)과, 회동판(57)의 상부면에 방사상으로 배열되어 있고 수평방향의 회동판(57)과 직각을 이루도록 세워져 있으며 고속 회전시 저속날개부(63)에 의해 부양된 고속날개부(56) 외측의 재료를 고속날개부(56) 내측으로 이송시키면서 교반하는 고속날개(58)와, 회동판(57)과 고속날개(58)에 연결되어서 고속날개(58)를 보강하는 보강편(59)으로 이루어진다.
혼합용기역회전부(70)는, 지중에 매설되는 케이스(76)와, 케이스(76)의 상부에 회전되도록 설치되고 지면에 노출되며 혼합용기(1)가 안착되는 회전판(79)과, 케이스(76)에 내장되고 회전판(79)에 연결되어서 회전판(79)을 회전시키는 회전판구동모터(71)와, 회전판구동모터(71)에 연결되어서 회전판구동모터(71)의 회전속도를 감속시키는 감속기(75)와, 회전판구동모터(71)에 연결된 회전판구동풀리(72)와, 감속기(75)에 연결된 회전판전동풀리(73)와, 회전판구동풀리(72) 및 회전판전동풀리(73)에 연결되어서 회전판구동풀리(72)의 회전동력을 회전판전동풀리(73)에 전달하는 회전판전동벨트(74)와, 회전판(79)의 하부에 고정되는 링기어(77)와, 감속기(75)에 연결되고 링기어(77)에 치합되어서 감속기(75)의 회전동력을 링기어(77)에 전달하는 회전판전동기어(78)로 이루어진다.
측량부(80)는 로드셀로 이루어진다.
저속믹싱부(60)의 저속날개부(63)와 고속믹싱부(50)의 고속날개부(56)는 동일한 방향으로 회전되고, 혼합용기역회전부(70)의 회전판(79)은 저속날개부(63) 및 고속날개부(56)의 회전방향과 반대방향으로 회전되도록 설치된다.
이와 같은 본 발명의 코팅제 조성물 혼합장치는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 본 발명은 이동 가능하게 구비된 하부받침(10)과, 하부받침(10)의 상부에 설치되고 하부받침(10)과 함께 이송되는 회전프레임(30)과, 하부가 하부받침(10) 상에 설치되고 상부에 회전프레임(30)이 설치되며 회전프레임(30)을 승강시키는 승하강부(20)와, 회전프레임(30) 및 승하강부(20)에 설치되어서 회전프레임(30)을 수평방향으로 회전시키는 수평회동부(40)와, 회전프레임(30)에 설치되어서 혼합용기(1) 내의 재료를 고속으로 교반하는 고속믹싱부(50)와, 회전프레임(30)에 설치되고 혼합용기(1) 내의 재료를 저속으로 교반하는 저속믹싱부(60)와, 혼합용기(1)가 안착되고 혼합용기(1)를 고속믹싱부(50) 및 저속믹싱부(60)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키는 혼합용기역회전부(70)로 이루어진다.
따라서, 본 발명의 혼합장치를 필요한 곳으로 간편하게 이동시킬 수 있고, 저속믹싱부(60) 및 고속믹싱부(50)를 수평회전 및 승강시키면서 혼합용기(1) 내부로 위치시킬 수 있으므로 혼합장치를 간편하게 사용할 수 있다.
둘째, 본 발명의 저속믹싱부(60)는 일방향으로 회전되면서 혼합용기(1) 내의 재료를 혼합시키면서 상측으로 부양시키고, 고속믹싱부(50)가 저속믹싱부(60)와 동일한 방향으로 회전되면서 상측으로 부양되는 재료를 2차로 혼합시키며, 혼합용기역회전부(70)는 저속믹싱부(60) 및 고속믹싱부(50)와 반대방향으로 회전되면서 혼합용기(1)를 회전시키므로 혼합용기(1) 내의 재료가 저속믹싱부(60) 및 고속믹싱부(50)에 의해 다시 혼합되도록 한다.
따라서, 저속믹싱부(60), 고속믹싱부(50) 및 이들과 반대로 회전되는 혼합용기역회전부(70)에 의해 혼합용기(1) 내의 재료가 확실하게 혼합되므로 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명의 혼합용기역회전부(70)에는 측량부(80)가 설치되어 있으며, 혼합용기역회전부(70)에 안착된 혼합용기(1)의 중량을 감지하고 혼합용기(1)에 투입되는 재료의 양을 계측한다.
따라서, 혼합용기(1)에 재료를 투입하면 측량부(80)의 로드셀이 투입된 양을 곧바로 계측하므로, 혼합재료의 계측이 매우 간편해지며, 이에 따라 작업성이 크게 개선된다.
넷째, 본 발명의 저속날개부(63)는, 저속축(62)의 하단에 결합되는 결합보스(64)와, 결합보스(64)의 둘레에 방사상으로 복수개 형성되어 있고, 회전시 혼합용기(1) 내의 재료를 교반 및 부양시키는 날개(65)와, 날개(65) 둘레에 결합되어서 날개(65)를 지지하고 날개(65)를 보호하는 날개보호링(67)과, 날개(65)에 결합되어서 혼합용기(1) 바닥의 재료를 상측으로 긁어서 올리는 긁개(66)로 이루어진다.
따라서, 저속날개부(63)가 회전되면 경사지게 배열된 날개(65)들에 의해 혼합용기(1) 내부의 재료들이 상측으로 부양되면서 혼합되고, 혼합용기(1)의 바닥에 깔린 재료들은 긁개(66)에 의해 긁어 올려지면서 혼합되며, 날개보호링(67)에 의해 저속날개부(63)가 혼합용기(1) 내에서 자유롭게 이동되면서 혼합용기(1)의 내주면에 부딪힌다 하더라도 그 충격이 최소화되어 혼합용기(1)가 손상되는 것을 방지시킨다.
다섯째, 본 발명의 고속날개부(56)는, 고속축(55)의 하단에 결합되는 회동판(57)과, 회동판(57)의 상부면에 방사상으로 배열되어 있고 수평방향의 회동판(57)과 직각을 이루도록 세워져 있으며 고속 회전시 저속날개부(63)에 의해 부양된 고속날개부(56) 외측의 재료를 고속날개부(56) 내측으로 이송시키면서 교반하는 고속날개(58)와, 회동판(57)과 고속날개(58)에 연결되어서 고속날개(58)를 보강하는 보강편(59)으로 이루어진다. 이러한 고속날개부(56)는 고속날개(58)의 둘레가 곡선으로 형성되므로 고속회전시 재료의 알갱이들이 고속날개(58)에 부딪혀도 파손되지 않는다.
따라서, 재료가 고속으로 회전되는 고속날개부(56)에 의해 혼합되어도 조성물의 알갱이들이 손상되지 않는다. 그리고, 고속날개(58)는 보강편(59)으로 지지되므로 장기간 고속회전되어도 고속날개(58)가 휘거나 손상되는 것이 방지된다.
한편, 고속날개(58)의 표면에는 금속표면의 부식현상을 방지하기 위하여 부식방지도포층이 도포될 수 있다. 이 부식방지도포층의 도포 재료는 메트캅토트리아졸 20중량%, 페트롤륨술포네이트 15중량%, 머캅토벤조티아졸 10중량%, 하프늄 15중량%, 유화몰리브덴(MoS2) 10중량%, 산화알루미늄 30중량%로 구성되며, 코팅두께는 8㎛로 형성할 수 있다.
메트캅토트리아졸, 페트롤륨술포네이트 및 머캅토벤조티아졸은 부식 방지 및 변색 방지 등의 역할을 한다.
하프늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로서 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 역할을 한다.
유화몰리브덴은 코팅피막의 표면에 습동성과 윤활성 등을 부여하는 역할을 한다.
산화알루미늄은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.
상기 구성 성분의 비율 및 코팅 두께를 상기와 같이 수치한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.
또한 고속축(55)의 외부면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 알킬레이트 폴리글루코사이드 및 아미노알킬 슬로베타인이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 알킬레이트 폴리글루코사이드와 아미노알킬 슬로베타인의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.
상기 알킬레이트 폴리글루코사이드 및 아미노알킬 슬로베타인는 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기재의 도포성이 저하되거나 도포후 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 알킬레이트 폴리글루코사이드 및 아미노알킬 슬로베타인는 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 고속축(55)의 외부면에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고속축(55)의 외부면의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000Å이다. 상기 도포막의 두께가 500Å 미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 알킬레이트 폴리글루코사이드 0.1 몰 및 아미노알킬 슬로베타인 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
그리고, 콘트롤부(90)의 둘레에는 기능성 오일이 혼합된 방향제 물질이 코팅될 수 있으며, 이에 따라 콘트롤부(90)를 살균 처리하고, 작업자의 스트레스를 완화하는 효과를 갖는다.
상기 방향제 물질에는 기능성 오일이 혼합될 수 있으며, 그 혼합 비율은 방향제 물질 95~97중량%에 기능성 오일 3~5중량%가 혼합되며, 기능성 오일은, 데알바타아카시아 오일(Acacia dealbata oil) 50중량%, 발레리아나 파우리아이 오일(Valeriana fauriei oil) 50중량%로 이루어진다.
여기서 기능성 오일은 방향제 물질에 대해 3~5중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 기능성 오일의 혼합 비율이 3중량% 미만이면, 그 효과가 미미하며, 기능성 오일의 혼합비율이 3~5중량%를 초과하면 그 기능이 크게 향상되지 않는 반면에 제조 단가는 크게 증가된다.
데알바타아카시아 오일(Acacia dealbata oil)의 주 화학성분은 palmic aldehyde, enanthic acid 등이며, 향이 좋으며 살균, 항울작용, 스트레스 완화작용 등에 좋은 효과가 있다.
발레리아나 파우리아이 오일(Valeriana fauriei oil)은 주 화학성분은 bornyl acetate, pinene 등이며, 혈압강하작용과 더불어 마음을 가라앉히고 진정시키는 작용을 하므로 불안, 긴장완화 등에 작용효과가 우수하다.
이러한 기능성 오일이 콘트롤부(90)에 코팅되므로 콘트롤부(90)를 살균처리할 수 있을 뿐 아니라, 작업자의 피로 회복에 도움을 준다.
1 : 혼합용기
10 : 하부받침 11 : 이동판
12 : 바퀴 20 : 승하강부
21 : 승하강실린더 22 : 로드
30 : 회전프레임 40 : 수평회동부
41 : 수평회동모터 42 : 구동기어
43 : 전동기어 50 : 고속믹싱부
51 : 고속회동모터 52 : 구동풀리
53 : 전동풀리 54 : 전동벨트
55 : 고속축 56 : 고속날개부
57 : 회동판 58 : 고속날개
59 : 보강편 60 : 저속믹싱부
61 : 저속회동모터 62 : 저속축
63 : 저속날개부
65 : 날개 66 : 긁개
67 : 날개보호링 70 : 혼합용기역회전부
71 : 회전판구동모터 72 : 회전판구동풀리
73 : 회전판전동풀리 74 : 회전판전동벨트
75 : 감속기 76 : 케이스
77 : 링기어 78 : 회전판전동기어
79 : 회전판 80 : 측량부
90 : 콘트롤부
10 : 하부받침 11 : 이동판
12 : 바퀴 20 : 승하강부
21 : 승하강실린더 22 : 로드
30 : 회전프레임 40 : 수평회동부
41 : 수평회동모터 42 : 구동기어
43 : 전동기어 50 : 고속믹싱부
51 : 고속회동모터 52 : 구동풀리
53 : 전동풀리 54 : 전동벨트
55 : 고속축 56 : 고속날개부
57 : 회동판 58 : 고속날개
59 : 보강편 60 : 저속믹싱부
61 : 저속회동모터 62 : 저속축
63 : 저속날개부
65 : 날개 66 : 긁개
67 : 날개보호링 70 : 혼합용기역회전부
71 : 회전판구동모터 72 : 회전판구동풀리
73 : 회전판전동풀리 74 : 회전판전동벨트
75 : 감속기 76 : 케이스
77 : 링기어 78 : 회전판전동기어
79 : 회전판 80 : 측량부
90 : 콘트롤부
Claims (7)
- 열교환기 튜브의 표면에 잔류된 유기물을 분해하는 세척단계와; 유기물이 제거된 열교환기 튜브의 표면에 잔류된 이물질을 제거하는 에칭단계와; 이물질이 제거된 열교환기 튜브의 표면을 수산화나트륨으로 처리하는 알칼리 처리단계와; 알칼리 처리된 표면에 초소수성 박막을 입히는 소수성 코팅단계와, 코팅면을 건조시켜 초발수성 코팅층으로 성장시키는 건조단계;를 포함하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법에 있어서;
상기 세척단계는 구연산 8중량%와, 탄산수소나트륨 8중량% 및 나머지 알콜과 물이 2:8의 부피비로 혼합된 혼합액을 사용하여 잔류된 유기물을 분해하는 단계이며,
상기 소수성 코팅단계는 알칼리 처리단계를 거친 열교환기 튜브를 HDFS(Heptadeca-fluoro-1,1,2,2-tetra-hydrodecyltrichloro-silane)와 n-헥산이 1:100 비율로 섞인 용액에 용질로 메틸실세귀옥산(methyl silsequioxane)이 상기 용액 100중량부 기준으로 15중량부 첨가 형성된 용액을 사용하여 자기조립단분자막(Self Assembled Monolayer) 형성법으로 열교환기 튜브의 표면에 코팅막을 형성하는 단계이며;
상기 건조단계는 상온에서 건조시켜 초발수성 코팅막이 생성되도록 마감하는 단계인 것을 특징으로 하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 에칭단계는 열교환기 튜브를 에칭액에 10분간 침지시키는 단계로서, 열교환기 튜브가 알루미늄으로 제조된 경우에는 염산(HCl) 수용액을 에칭액으로 하고, 상기 열교환기 튜브가 스테인레스강으로 제조된 경우에는 염화철(FeCl3)과 염산(HCl) 및 인산(H3PO4)을 혼합한 수용액을 에칭액으로 사용하는 것을 특징으로 하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법.
- 청구항 3에 있어서,
상기 에칭액은 염산 수용액의 경우 염산 14.5중량%와 나머지 물로 이루어진 염산 수용액을 사용하고, 염화철과 염산 및 인산의 혼합 수용액의 경우에는 각각 24중량%와, 6중량%와, 6중량% 및 나머지 물로 이루어진 혼합 수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 알칼리 처리단계는 에칭단계를 거친 열교환기 튜브를 상온에서 5% 수산화나트륨 수용액에 10초 동안 담근 후 60-80℃로 유지되는 증류수에서 10-12분 동안 담궈 열교환기 표면이 -OH 작용기를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법.
- 청구항 1 또는 청구항 3 내지 청구항 5중 어느 한 항에 기재된 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브.
- 삭제
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| KR1020180105955A KR101962778B1 (ko) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | 초저온 열교환기 튜브의 초발수 코팅방법과 그 방법에 의해 제조된 초저온 열교환기 튜브 및 이에 사용되는 초발수 코팅용 코팅제 조성물 |
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