KR102068061B1 - 잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법 - Google Patents

잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공조분야에 사용되는 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법에 관한 것으로, 특히 현열과 잠열을 교환하는 전열교환기로써, 박판 라이너와, 라이너들 사이에 유로를 형성하는 스페이서가 적층 구조로 이루어진 전열교환소자에 있어서, 라이너를 관통하여 상하 양단이 상하부의 유로에 노출되도록 결합되어 유로 사이의 잠열 교환이 이루어지도록 하는 윅을 포함하되, 상기 윅은 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하여 사출 성형한 후 용제로 사출물에서 상기 바인더를 제거하여, 습기 교환을 위한 다수개의 기공이 형성된 다공성 윅으로 구성되어, 유체의 온도차에 따른 현열 교환과 습기 교환에 따른 잠열 교환이 모두 이루어져 열교환 효율이 우수하도록 하는 잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법에 관한 것이다.

Description

잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법{TOTAL ENTHALPY EXCHANGE ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD POROUS WICK}
본 발명은 공조분야에 사용되는 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법에 관한 것으로, 특히 현열과 잠열을 교환하는 전열교환기로써, 박판 라이너와, 라이너들 사이에 유로를 형성하는 스페이서가 적층 구조로 이루어진 전열교환소자에 있어서, 라이너를 관통하여 상하 양단이 상하부의 유로에 노출되도록 결합되어 유로 사이의 잠열 교환이 이루어지도록 하는 윅을 포함하되, 상기 윅은 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하여 사출 성형한 후 용제로 사출물에서 상기 바인더를 제거하여, 습기 교환을 위한 다수개의 기공이 형성된 다공성 윅으로 구성되어, 유체의 온도차에 따른 현열 교환과 습기 교환에 따른 잠열 교환이 모두 이루어져 열교환 효율이 우수하도록 하는 잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 공조(空調) 분야의 전열교환기(또는 전열교환장치)는 온도와 습도가 각각 다른 두 유체 사이에서 열을 교환하는 장치로써, 열교환소자를 적층 구조로 구비한 것이 있다.
대표적인 종래기술로써 공개특허 제10-2005-0036705호가 있는데, 상기 공개특허는 도 1a에 도시된 바와 같이, 공조 분야에 사용되는 적층 구조의 전열교환기는, 물결 모양의 간격유지부재(3)가 칸막이부재(2)와 함께 각 층마다 열교환소자가 서로 엇갈리게 적층되어 유로를 형성하고 있다.
상기 공개특허는 온도와 습도가 다른 두 유체를 엇갈리게 통과시켜서 온도차에 의한 현열 교환과 습기의 교환에 의한 잠열 교환을 행하는 구조로, 간격유지부재는 각 층의 구조를 지탱하면서 유로를 형성하고, 칸막이부재는 층과 층 사이의 상하부 유로를 분리하여 층간의 현열 또는 잠열 교환이 이루어지게 한다.
이러한 공조용으로 사용되는 열교환소자는 온도와 습도가 다른 두 가지 유체가 온도차에 의한 열교환 또는 습기 교환 중 어느 하나만 수행해야 하고, 이산화탄소나 기타 오염물질을 투과하지 않도록 낮은 누기성(air-bleeding)을 지녀야 한다. 아울러 화재 등에 대한 높은 난연성이 요구된다.
이때 칸막이부재로써 금속 시트를 사용하는 현열 교환소자의 경우, 금속이 갖는 높은 열전도성에 의한 현열 교환 효율은 뛰어나지만 금속 시트의 비(非) 투습성으로 인해 습기의 교환이 이루어지지 않아 잠열에 의한 열교환이 이루어지지 못하는 단점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 칸막이부재로써, 금속에 비해 열전도성은 낮으나 투습성이 높은 섬유질(셀룰로스(cellulose))을 포함하는 종이 시트 또는 펄프 등을 원료로 하는 섬유질 재료를 기재로 하는 기술이 있는데,
이러한 칸막이부재는 섬유에 투습성과 난연성을 높이기 위한 흡습제, 난연제를 첨가 또는 적층하는 바, 섬유 재질 자체의 열전도도가 낮기 때문에 온도 차이에 의한 현열 교환 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
또한 섬유 소재의 칸막이부재를 사용하게 되면 칸막이부재의 두께가 클수록 열교환되는 현열은 작아지게 되므로, 칸막이부재를 얇은 막 형태로 생산해야 하는데, 제조 가능한 두께에 한계가 있을 뿐만 아니라 강도의 문제로 쉽게 파손될 수 있어 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 섬유질에 난연제를 첨가하더라도 소재 자체의 특성으로 인해 완전한 난연성을 부여할 수 없고, 첨가된 난연제가 투습성을 저하시키는 결과를 초래하여 열교환 효율이 떨어지며, 유체에 포함된 먼지 등의 이물질이 칸막이부재의 표리면에 쉽게 쌓여 열교환면의 열저항을 증가시켜 열교환 효율이 떨어뜨리는 등의 문제점이 있다.
이와 관련된 다른 종래기술로써 등록특허 제10-1174120호가 있는데, 상기 등록특허는 도 1b에 도시된 바와 같이, 알루미늄박막 또는 금속박막의 기공들에 흡습제를 코팅 또는 함침함으로써, 통기성을 억제하고 투습성을 증가시킨 열교환용 금속박막의 제조방법에 관한 것이다.
그러나 상기 등록특허는 박막의 양면에서 흡습제가 박막과 동일 평면을 갖도록 코팅 또는 함침되는 구성으로써, 흡습제가 박막의 상하부 유로에 노출되는 표면적이 작기 때문에 흡습제를 이용한 습기의 잠열 교환 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 상기 등록특허는 기공 형성을 위한 양극산화 공정을 거쳐, 시링 공정을 통해 흡습제를 코팅 또는 함침시킨 후, 흡습제의 표면 제거를 위한 후처리 공정 등이 필요하여, 세분화된 전체 공정이 복잡하므로 제작이 어려워 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
열전도도가 높은 금속 박판을 이용한 현열 교환 및 투습성이 높은 다공성 금속 또는 세라믹 소재나 친수성기를 갖는 셀룰로스를 포함한 윅을 통해 잠열 교환이 동시에 이루어져, 상하부의 각 유로를 통과하는 유체들 사이에서 발생하는 열교환 효율을 향상시키며 난연성 및 내구성이 뛰어남은 물론, 금속 또는 세라믹 사출물에 잠열 교환을 위한 미세 기공을 보다 높은 밀도로 다수개 형성하여 다공성 윅의 제작을 용이하게 할 수 있는 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전열교환소자는,
박판 라이너와, 라이너들 사이에 유로를 형성하는 스페이서의 적층 구조로 이루어진 전열교환소자에 있어서,
상기 라이너는 열전도성 금속 박판으로 구성되어, 상하부의 유로를 서로 분리시키며, 상기 유로 중의 어느 한 유로를 통과하는 고온 유체의 열에너지가 저온 유체가 흐르는 인접한 다른 유로로 전달되어 현열 교환이 이루어지도록 하고,
상하 양단이 각각 상기 라이너의 양면에서 돌출되어 상하부의 유로에 위치하도록 상기 라이너를 관통하여 결합되는 윅을 구비함으로써, 상기 유로 중의 어느 한 유로를 통과하는 고온다습의 유체가 상기 윅에 충돌되도록 하여 상기 윅의 표면에 응축시키고, 상기 윅의 표면에 응축된 습기가 상기 윅을 통하여 인접한 유로로 이동됨에 의해 인접한 유로 사이의 잠열 교환이 이루어지도록 하되,
상기 윅은 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하여 사출 성형한 후 용제로 사출물에서 상기 바인더를 제거하여, 습기 교환을 위한 다수개의 기공이 형성된 다공성 윅인 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 다공성 윅의 제조방법에 있어서,
a) 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하는 원재료 준비 단계;
b) 상기 원재료를 이용해 윅으로 사용될 사출물을 성형하는 사출 성형 단계;
c) 상기 사출물을 용제에 침지시켜 사출물에서 바인더를 용해하여 제거하는 바인더 제거 단계;
d) 바인더가 제거된 사출물을 건조시켜 잔존 용제를 제거하는 건조 및 예비 소결 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 다공성 윅의 제조방법에서,
상기 금속분말은 스테인리스(SUS), 철(FE), 텅스텐(W), 텅스텐-구리 합금(WC), 티타늄 합금(TiC) 중, 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명에 따른 다공성 윅의 제조방법에서,
상기 세라믹분말은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 알루미나 강화 지르코니아(ATZ, Alumina Toughned Zirconia), 지르코니아 강화 알루미나(ZTA, Zirconia Touchned Alumina), 실리카(SiO2), 스테다이트(Steatite, MgSiO3) 중, 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 잠열교환소자 및 다공성 윅의 제조방법은,
상하 양단이 각각 상하부의 유로에 노출되도록 라이너를 관통하여 결합되어 유로 사이의 잠열 교환이 이루어지도록 하는 윅을 구비하여, 각 유로를 통과하는 유체들 사이에서 금속 박판을 이용한 현열 교환 및 윅을 이용한 잠열 교환이 동시에 이루어지는 것에서 더 나아가, 모세관 현상이 발생하는 다공성 윅을 구비하여, 상하부 유로들 사이의 투습성을 향상시켜 잠열 교환 효율이 뛰어남은 물론, 열전도도가 높은 금속 소재의 윅으로 현열 교환 효율까지 향상시키며,
금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하여 사출 성형한 후 용제로 사출물에서 상기 바인더를 제거하여 습기 교환을 위한 다수개의 기공을 윅에 형성함으로써, 열교환 효율 및 난연성과 내구성이 뛰어난 다공성 윅을 보다 쉽고 빠르게 제작하여 박판 라이너에 쉽게 결합할 수 있어, 제조 용이성 확보 및 생산성 향상 효과를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 열교환소자를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전열교환소자의 사시도.
도 3은 도 1의 요부 확대 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 다공성 윅의 제조방법의 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 이탈방지수단을 개략적으로 도시한 단면도들.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법을 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 2를 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.
이하에서는 본 발명에 따른 잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자 및 전열교환소자용 다공성 윅의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 사시도인 도 2 및 본 발명의 요부 확대 단면도인 도 3에 도시된 바와 같이,
먼저 본 발명에 따른 전열교환소자는 박판 라이너(10)와, 라이너(10)들 사이에 유로(21)를 형성하는 스페이서(20)의 적층 구조로 이루어지며, 라이너(10)의 양면을 관통하여 결합된 윅(30)을 포함한다.
상기 라이너(10)는 투습성을 갖는 셀룰로스를 포함한 종이 시트로 구성되어도 무방하나,
본 발명은 후술하는 바와 같이 윅(30)을 이용한 습기 교환에 따른 잠열 교환이 이루어지므로, 현열 교환 효율을 향상시킬 수 있도록 금속 박판으로 라이너(10)를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 상세하게는 투습성이 없는 금속 박판으로 이루어질 수 있다.
이러한 라이너(10)는, 스페이서(20)에 의해 형성된 상하부의 유로(21)를 서로 분리시키며, 금속 박판 소재를 이용해 각 유로(21)를 통과하는 유체들의 온도차에 따른 현열 교환이 이루어진다.
즉, 금속 박판의 높은 열전도도를 이용해 고온의 유체가 흐르는 제1 유로(21a)의 열에너지가 저온의 유체가 흐르는 제2 유로(21b)로 전달되어 현열이 서로 교환된다.
상기 스페이서(20)는 상하부의 라이너(10)들 사이에 구비되어 적층 구조를 유지하면서 유체가 통과되는 유로(21)를 형성하는 것으로,
상기 스페이서(20)로 형성되는 유로(21)의 모양은 다양하게 이루어질 수 있으나,
라이너(10)에 대한 유체의 접촉 면적 증대 및 열전달이 가능하도록 파형(물결 모양)의 금속 박판이 사용되는 것이 보다 바람직하다.
그리고 전열교환소자의 두께 감소 및 유로(21)의 체적을 충분하게 확보할 수 있도록, 본 명세서의 도면에는,
라이너(10)에 접촉되는 접면부(22a)와, 상기 접면부(22a)의 양 끝단에서 소정 각도로 경사지게 절곡된 경사면부(22b)가 수평방향으로 복수개 배열되어, 사다리꼴 형상의 유로(21)가 형성된 것을 확인할 수 있는데, 유로(21)의 개별적인 모양이나 개수는 달라질 수 있다.
이러한 스페이서(20)는 라이너(10)를 사이에 두고, 상하부의 스페이서(20)가 서로 엇갈리게 적층되어, 급기되는 제1 유로(21a)와 배기되는 제2 유로(21b)가 서로 교차되는 형태로 라이너(10)에 면접하게 된다.
아울러 본 발명은, 상하 양단이 각각 상하부의 유로(21)에 노출되도록 상기 라이너(10)에 관통 결합되어 유로(21) 사이의 잠열 또는 습기 교환이 이루어지도록 하는 윅(30)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 윅(30)은 제1 유로(21a)의 습기에 포함한 열(잠열 및 현열 포함)을 제2 유로로 전달하는 일종의 심재로써,
상기 윅(30)은 다공성 금속 소재로 이루어지며, 친수성기를 갖는 셀룰로스를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 다공성 금속 소재로 이루어진 윅(30)은, 다수개의 미세 기공을 갖는 일종의 소결체(pellet) 또는 허니컴 구조로 이루어진 것으로,
제1 유로(21a)를 통과하는 고온다습의 유체가 윅(30)에 충돌하면서 윅(30)의 표면에 습기가 응축된다.
이렇게 응축된 물방울(습기)은 윅(30)의 모세관 현상으로 인해 제2 유로(21b)로 전달되며, 전달된 습기가 제2 유로(21b)를 통과하는 저온저습의 유체로 스며들어 제1, 제2 유로(21a)(21b) 사이의 잠열 교환이 이루어진다.
이때 금속 소재의 높은 열전도도로 인해 윅(30) 자체에서 현열 교환이 함께 이루어질 수 있다.
이 경우, 금속 윅(30)의 다공성 구조는 도면과 같이 수평방향으로 형성된 다수의 기공뿐만 아니라 수직방향으로 형성된 다수의 기공도 가능하고, 나아가 각 기공들의 방향이 비정형적으로 형성될 수도 있다.
그리고 친수성기를 갖는 셀룰로스를 포함한 윅(30)은, OH■ 등을 갖는 식물성 섬유질을 포함하는 셀룰로스 종이 성분을 포함하는 것으로, 투습성이 없는 라이너의 상하부 유로 사이에 투습성을 부여한다.
이러한 셀룰로스를 포함한 투습성을 갖는 윅(30)은 다수개의 미세 기공에 응축된 습기와 별개로, 윅(30) 자체에 포함된 친수성기의 셀룰로스가 제1 유로(21a)를 통과하는 고온다습의 유체로부터 습기를 흡수한 후, 제2 유로(21b)를 통과하는 저온저습의 유체로 습기를 전달하여, 제1, 제2 유로(21a)(21b) 사이의 잠열 교환이 이루어진다.
나아가 상기 다공성 윅(30)은 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하여 사출 성형한 후 용제로 사출물에서 상기 바인더를 제거하여, 습기 교환을 위한 다수개의 기공이 형성되는 것을 특징으로 하며, 이와 관련된 상세한 설명은 다공성 윅의 제조방법과 함께 후술한다.
이러한 구성의 본 발명에 따른 전열교환소자의 작동 원리를 설명하면,
예를 들어 하절기에는, 실외의 고온다습한 공기가 제1 유로(21a)로 급기되어 실내로 공급되고, 실내의 저온저습한 공기가 제2 유로(21b)로 배기되어 실외로 배출되는데,
이때 라이너(10)가 제1 유로(21a)를 통과하는 고온다습의 공기에서 고온의 열을 흡수하여 제2 유로(21b)를 통과하는 저온저습의 공기로 방출(현열 교환)함과 동시에,
다공성 윅(30)이 제1 유로(21a)를 통과하는 고온다습의 공기에서 습기를 흡수하여 제2 유로(21b)를 통과하는 저온저습의 공기로 방출(잠열 교환)함으로써,
실내로 급기되는 공기를 저온저습으로 만들어, 실내의 공조가 이루어진다.
따라서 본 발명은, 라이너(10)를 통한 현열 교환 및 윅(30)을 이용한 잠열 교환(열전도도가 높은 금속 소재의 윅(30)은 현열 교환이 함께 이루어짐.)이 동시에 이루어지게 되므로,
종래의 금속 라이너(현열 교환만 이루어짐. 잠열 교환 불가.) 또는 셀룰로스 라이너(잠열 교환만 이루어짐. 현열 교환 효율은 미약)를 구비한 열교환소자에 비해 열교환 효율이 향상됨은 물론,
금속 박판의 라이너(10)를 통해 난연성 및 내구성을 확보함과 동시에, 금속 박판의 라이너(10)로 인해 떨어지는 투습성을 윅(30)으로 보완하여, 현열 및 잠열 교환 효율이 모두 뛰어난 효과가 있다.
즉, 공조에 사용되는 종래의 열교환소자는 현열 및 잠열 교환이 라이너(10) 자체의 소재 특성에 의존하는 반면에, 본 발명은 금속 박판의 라이너(10)를 이용한 현열 교환에 더해 윅(30)을 이용한 잠열 교환을 보강함으로써, 전열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가 잠열(및 현열) 교환에 사용되는 다공성 윅(30)은 금속분말 또는 세라믹분말을 윅의 모양으로 사출 성형한 후 바인더 제거를 통해 미세 기공을 높은 밀도로 쉽게 형성할 수 있으며, 윅을 라이너에 끼우는 것만으로 전열교환소자의 제작이 가능하여, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히 미세 기공들이 윅(30)의 표면(및 내부)에 비정형으로 밀집되는 형태로 구비되므로, 습기의 응축을 통한 잠열 교환 효율이 더욱 향상된다.
이어서 상기한 전열교환소자에 사용되는 다공성 윅의 제조방법은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 크게 a) 원재료 준비단계, b) 사출 성형 단계, c) 바인더 제거 단계, d) 탈지 및 소결 단계를 포함한다.
상기 a) 단계는 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하여 원재료를 준비하는 단계이다.
즉, 특정 용제에 대해 녹을 수 있는 바인더분말을 금속분말 또는 세라믹분말에 일정 비율로 혼합하여 준비한다.
이때 상기 a) 단계에 사용되는 금속분말은 스테인리스(SUS), 철(FE), 텅스텐(W), 텅스텐-구리 합금(WC), 티타늄 합금(TiC) 중, 선택된 하나 이상을 포함한다.
또한 상기 a) 단계에 사용되는 세라믹분발은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 알루미나 강화 지르코니아(ATZ, Alumina Toughned Zirconia), 지르코니아 강화 알루미나(ZTA, Zirconia Touchned Alumina), 실리카(SiO2), 스테다이트(Steatite, MgSiO3) 중, 선택된 하나 이상을 포함한다.
그리고 상기 금속분말 또는 세라믹분말에 혼합되는 바인더는 왁스를 주재료(Wax-base)로 하는 바인더(Organic Binder)가 사용된다.
이러한 a) 단계는 원재료 혼합 후, 혼합된 원재료를 사출 성형에 적합한 크기의 조각(Pelletizing)이 되도록 펠렛타이저 이용해 압착 후 분쇄하여 만드는 공정을 포함한다.
상기 b) 단계는 상기 원재료를 이용해 상기 윅(30)으로 사용되는 사출물을 사출 성형하는 단계이다.
이러한 b) 단계는 원재료의 주원료가 금속분말일 경우에 금속사출성형기술(Metalic Injection Molding)로 실시되고, 원재료의 주원료가 세라믹분말일 경우에 세라믹사출성형기술(Ceramic Injection Molding)로 실시된다.
이때 b) 단계에서 성형된 사출물의 모양은 윅(30)으로 사용될 수 있는 원기둥 형태가 되도록 하는 것이 바람직하며, 이러한 사출물은 표면(및 내부)에 미세 바인더 가루가 소정의 밀도로 박혀있게 된다.
상기 c) 단계는 상기 사출물을 용제에 침지시켜 사출물에서 바인더를 용해하여 제거하는 단계이다.
즉, 바인더의 주재료인 왁스를 녹일 수 있는 용제에, 상기 사출물을 소정 시간동안 침지시키면, 용제에 의해 바인더가 녹아서 혼합됨에 따라, 사출물에서 바인더가 제거되고, 이렇게 바인더가 제거된 사출물의 표면(및 내부)에는 바인더가 차지하고 있던 공간이 비게 되어, 사출물에 습기 응축을 통한 잠열 교환이 이루어지게 하는 다수개의 미세 기공이 비정형으로 형성된다.
상기 d) 단계는 바인더가 제거된 사출물을 건조시켜 잔존 용제를 제거하는 탈지 및 소결 단계이다.
이러한 d) 단계는 사출물을 소정 온도의 건조기(oven)에 일정 시간 넣어서 바인더가 녹아서 남은 용제를 사출물에서 제거(탈지)한다.
또한 d) 단계는 용제 제거 작업(Thermal Devinding) 후, 사전 소결 작업(Pre-sintering) 및 본 소결 작업(Sintering)을 차례로 실시하여 완성된 윅(30)이 소정의 강도를 갖도록 하며, 이때 윅(30)이 필요한 규격(치수)에 맞지 않을 경우 후가공(Machining)을 통해 윅(30)들을 동일한 규격으로 가공할 수 있다.
이렇게 다공성 윅(30)이 완성되면, 윅의 외경에 대응하는 크기의 끼움공을 라이너(10)에 천공 한 후, 다공성 윅을 끼움공에 끼워서 쉽게 조립할 수 있다.
한편 상기 d) 단계에서 완성된 윅(30)은 소재의 특성으로 인해 일정 이상의 강도를 갖게 되므로, 라이너(10)의 끼움공에 윅(30)이 억지 끼움방식으로 조립되어 고정되는데, 이때 별도의 이탈방지수단이 없어 사용 중 윅(30)이 라이너(10)에서 탈락될 수 있다.
이에 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 윅(30)을 라이너(10)의 끼움공(11)에 고정시키는 이탈방지수단을 포함한다.
상기 이탈방지수단은,
상기 끼움공(11)의 내주면에 오목 형성되되, 둘레 방향으로 소정 간격으로 이격하여 구비된 복수개의 삽입홈(11a)과,
상기 윅(30)의 외주면에서 둘레 방향으로 상기 삽입홈(11a)들과 동일 간격으로 이격하도록 돌출되어, 상기 삽입홈(11a)에 끼워지는 복수개의 걸림편(31)을 포함하되,
각 걸림편(31)은 각 삽입홈(11a)의 폭보다 작으면서, 걸림편(31)의 중앙부에 삽입홈(11a)보다 미세하게 큰 두께(너비)를 갖는 끼움단(31A)이 구비되고, 걸림편(31)과 끼움단(31A) 사이에 홈 형상으로 일부 절개되어 형성된 파단부(31a)가 구비되어,
윅(30)을 상기 끼움공(11)에 끼우면 상기 끼움단(31A)이 상기 삽입홈(11a)에 억지 끼움되어 고정된 후, 윅(30)을 일방향으로 회전시키면 상기 파단부(31a)에 의해 걸림편(31)과 끼움단(31A) 사이가 절단되면서 각 걸림편(31)의 내측단부가 라이너(10)의 양 측면에 걸려서, 윅(30)이 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 걸림편(31) 및 끼움단(31A)은 윅(30)의 길이방향으로 연결되되, 걸림편(31)이 끼움단(31A)보다 작은 두께를 갖도록 형성되면서, 끼움단(31A)의 양측 끝단부가 외측으로 갈수록 폭이 작아지도록 걸림편(31)에 연결되며, 끼움단(31A)의 양측 끝단부 외측에 파단부(31a)가 각각 구비된다.
이러한 걸림편(31), 끼움단(31A) 및 파단부(31a)는 상기 b) 단계에서 사출 성형 시 윅(30)과 일체로 성형될 수도 있고, 또는 상기 d) 단계에서 후가공을 통해 형성될 수도 있다.
또한 각 삽입홈(11a)과 이에 대응하는 끼움단(31A)은, 각각의 두께(너비) 및 배치 간격이 서로 다르게 형성된다(도 5에서는 이해의 편의를 위해 동일 두께 및 간격을 갖도록 도시하였음.).
따라서 각 삽입홈(11a)에 이에 대응하는 끼움단(31A)이 맞춰지도록 윅(30)을 라이너(10)의 끼움공(11)에 끼우면, 폭이 작은 일측의 걸림편(31)이 삽입홈(11a)을 통과하여 끼워지며, 이때 끼움단(31A)이 삽입홈(11a)에 진입하면 윅(30)을 강한 압력으로 압입하여, 미세하게 두꺼운 끼움단(31A)을 이에 상응하는 두께의 삽입홈(11a)에 억지 끼움시켜 윅(30)이 1차 고정된다.
이 상태에서 윅(30)을 일방향으로 회전시키면, 파단부(31a)가 끊어져 양측 걸림편(31)과 끼움단(31A)이 서로 분리되며, 이렇게 분리된 걸림편(31)은 내측단부가 라이너(10)의 양면에 걸려서 윅(30)의 2차 고정이 완료되어, 윅(30)이 라이너(10)의 끼움공(11)에서 분리, 이탈되는 것을 방지한다.
이때 상기 끼움단(31A)이 윅(30)의 외주면에 일체화 되어 연결되어 있으나, 바인더 제거를 통한 미세 기공들로 인해 윅(30)과 끼움단(31A)의 연결부 강도가 약화됨에 따라, 끼워진 윅(30)을 강한 압력으로 회전시키면 끼움단(31A)만이 윅(30)의 외주면에서 절단되어 삽입홈(11a)에 남게 된다.
특히 각 삽입홈(11a)의 두께(너비)와 삽입홈(11a)들 사이의 간격이 서로 다르게 형성되어 있어, 조립 완료된 윅(30)이 끼움공(11) 상에서 회전하더라도 절단된 각 걸림편(31)이 최초 삽입된 삽입홈(11a)과 일대일 대응하는 위치로 재배열되는 것이 실질적으로 불가능하고, 만약 동일한 사이즈의 걸림편(31)과 삽입홈(11a)이 동일선 상에 재배열되더라도 삽입홈(11a)에 억지 끼움된 끼움단(31A)으로 인해 걸림편(31)이 삽입홈(11a)으로 빠지지 않게 되어, 결국 조립 완료된 윅(30)은 끼움공(11) 상에 반영구적으로 고정된다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 잠열 또는 습기 교환 기능의 윅을 구비한 전열교환소자를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 라이너
20 : 스페이서 21, 21a, 21b : 유로
22a : 접면부 22b : 경사면부
30 : 윅

Claims (4)

  1. 박판 라이너(10)와, 라이너(10)들 사이에 유로(21)를 형성하는 스페이서(20)의 적층 구조로 이루어진 전열교환소자에 있어서,
    상기 라이너(10)는 열전도성 금속 박판으로 구성되어, 상하부의 유로(21)를 서로 분리시키며, 상기 유로(21) 중의 어느 한 유로(21)를 통과하는 고온 유체의 열에너지가 저온 유체가 흐르는 인접한 다른 유로(21)로 전달되어 현열 교환이 이루어지도록 하고,
    상하 양단이 각각 상기 라이너(10)의 양면에서 돌출되어 상하부의 유로(21)에 위치하도록 상기 라이너(10)를 관통하여 결합되는 윅(30)을 구비함으로써, 상기 유로(21) 중의 어느 한 유로(21)를 통과하는 고온다습의 유체가 상기 윅(30)에 충돌되도록 하여 상기 윅(30)의 표면에 응축시키고, 상기 윅(30)의 표면에 응축된 습기가 상기 윅(30)을 통하여 인접한 유로(21)로 이동됨에 의해 인접한 유로(21) 사이의 잠열 교환이 이루어지도록 하되,
    상기 윅(30)은 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하여 사출 성형한 후 용제로 사출물에서 상기 바인더를 제거하여, 습기 교환을 위한 다수개의 기공이 형성된 다공성 윅(30)인 것을 특징으로 하고,
    상기 윅(30)을 라이너(10)의 끼움공(11)에 고정시키는 이탈방지수단을 포함하며,
    상기 이탈방지수단은,
    상기 끼움공(11)의 내주면에 오목 형성되되, 둘레 방향으로 소정 간격으로 이격하여 구비된 복수개의 삽입홈(11a)과,
    상기 윅(30)의 외주면에서 둘레 방향으로 상기 삽입홈(11a)들과 동일 간격으로 이격하도록 돌출되어, 상기 삽입홈(11a)에 끼워지는 복수개의 걸림편(31)을 포함하되,
    각 걸림편(31)은 각 삽입홈(11a)의 폭보다 작으면서, 걸림편(31)의 중앙부에 삽입홈(11a)보다 큰 두께를 갖는 끼움단(31A)이 구비되고, 걸림편(31)과 끼움단(31A) 사이에 홈 형상으로 일부 절개되어 형성된 파단부(31a)가 구비되어,
    윅(30)을 상기 끼움공(11)에 끼우면 상기 끼움단(31A)이 상기 삽입홈(11a)에 억지 끼움되어 고정된 후, 윅(30)을 일방향으로 회전시키면 상기 파단부(31a)에 의해 걸림편(31)과 끼움단(31A) 사이가 절단되면서 각 걸림편(31)의 내측단부가 라이너(10)의 양 측면에 걸려서, 윅(30)이 고정되는 것을 특징으로 하는 전열교환소자.
  2. 습기 교환을 위한 다수개의 기공이 형성된 전열교환소자용 다공성 윅(30)의 제조방법에 있어서,
    a) 금속분말 또는 세라믹분말에 용성(溶性)을 갖는 바인더를 혼합하는 원재료 준비 단계;
    b) 상기 원재료를 이용해 윅(30)으로 사용될 사출물을 성형하는 사출 성형 단계;
    c) 상기 사출물을 용제에 침지시켜 사출물에서 바인더를 용해하여 제거하는 바인더 제거 단계;
    d) 바인더가 제거된 사출물을 건조시켜 잔존 용제를 제거하는 탈지 및 소결 단계;를 포함하되,
    상기 d)단계에서 완성된 윅(30)을 상기 라이너(10)의 끼움공(11)에 억지 끼움 방식으로 조립하여 고정하되, 상기 윅(30)을 라이너(10)의 끼움공(11)에 고정시키는 이탈방지수단을 포함하며,
    상기 이탈방지수단은,
    상기 끼움공(11)의 내주면에 오목 형성되되, 둘레 방향으로 소정 간격으로 이격하여 구비된 복수개의 삽입홈(11a)과,
    상기 윅(30)의 외주면에서 둘레 방향으로 상기 삽입홈(11a)들과 동일 간격으로 이격하도록 돌출되어, 상기 삽입홈(11a)에 끼워지는 복수개의 걸림편(31)을 포함하되,
    각 걸림편(31)은 각 삽입홈(11a)의 폭보다 작으면서, 걸림편(31)의 중앙부에 삽입홈(11a)보다 미세하게 큰 두께(너비)를 갖는 끼움단(31A)이 구비되고, 걸림편(31)과 끼움단(31A) 사이에 홈 형상으로 일부 절개되어 형성된 파단부(31a)가 구비되어,
    윅(30)을 상기 끼움공(11)에 끼우면 상기 끼움단(31A)이 상기 삽입홈(11a)에 억지 끼움되어 고정된 후, 윅(30)을 일방향으로 회전시키면 상기 파단부(31a)에 의해 걸림편(31)과 끼움단(31A) 사이가 절단되면서 각 걸림편(31)의 내측단부가 라이너(10)의 양 측면에 걸려서, 윅(30)이 고정되는 것을 특징으로 하는 전열교환소자의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속분말은 스테인리스(SUS), 철(FE), 텅스텐(W), 텅스텐-구리 합금(WC), 티타늄 합금(TiC) 중, 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 세라믹분말은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 알루미나 강화 지르코니아(ATZ, Alumina Toughned Zirconia), 지르코니아 강화 알루미나(ZTA, Zirconia Touchned Alumina), 실리카(SiO2), 스테다이트(Steatite, MgSiO3) 중, 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전열교환소자의 제조방법.
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