KR102245429B1 - 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 및 이를 이용한 관 제작 방법 - Google Patents

열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 및 이를 이용한 관 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열 및 물질 전달을 위한 초경량의 다공성층을 관(10) 외벽에 용액 공정으로 형성하는 제작 장치 및 이를 이용한 관 제작 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치는, 벨로우즈(bellows) 구조로 마련되어 내부 부피가 가변되는 챔버(40); 상기 챔버(40)의 상단에 마련되며, 상기 챔버(40) 내부에 끼움 결합되는 관(10)과 주형(20)이 삽입되고, 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 주입되는 분산액을 삽입하는 주입구(71); 상기 분산액을 수열 반응을 통해 다공성층(30)으로 합성 시 상기 주입구(71)를 밀폐하는 밀폐부(70); 상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 분산액의 주입 시 질량변화를 측정하거나 질량변화값을 입력하도록 마련된 질량측정부; 상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 질량측정부에 의해 측정되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 부피산출부; 상기 부피산출부에 의해 산출된 부피변화값에 따라 상기 챔버(40)의 부피 증감을 유도하는 선형구동기(60); 상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 온도를 증감시키는 히터(51); 상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 적정 온도를 유지하는 단열재(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 및 이를 이용한 관 제작 방법{MANUFACTURING DEVICE FOR TUBE WITH POROUS LAYER FOR HEAT AND MASS TRANSFER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 열전도도 및 비표면적이 우수한 초경량의 다공성층을 용액 공정으로 관 외벽에 형성하는 제작 장치 및 이를 이용한 관 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휜 관(fin-tube) 열교환기는 냉매가 흐르는 2열 이상의 관과 상기 관에 수직으로 교차하도록 배열되는 다수의 휜으로 구성되어 관 내부를 흐르는 냉매와 복수의 휜 사이를 통과하는 외부 공기간의 열교환 작용을 통해 열을 방열하거나 흡열한다.
종래 열교환기에서 널리 사용되는 휜 관은 제작 상 어려움과 비용 문제로 인해 시중에서 구할 수 있는 관 직경 등의 규격이 매우 제한적이고 이로 인해 운전 조건 및 시스템 요구 사항에 맞춰 휜 관의 형상을 자유롭게 조정하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 물질 전달을 위해서는 휜 표면에 물질 전달 소재를 코팅하거나 휜 사이 공간에 물질 전달 소재를 채워 넣게 되는데, 전자의 경우 물질 전달이 휜 표면에 국한되어 용량이 크게 제한되고 후자는 용량이 우수하나 물질 전달 소재가 휜 주위의 열유동에 영향을 주어 휜이 당초 설계된 성능을 내지 못하고 물질 전달 소재와 휜 간의 열전달이 원활하지 않아 열에 의해 물질 전달을 제어하는데 어려움이 있었다.
따라서 상기 문제를 해결하고자 열전도도 및 비표면적이 우수한 초경량의 다공성층을 용액 공정으로 관 외벽에 형성하여 기존 휜 관을 대체하고자 한다.
한국공개특허 제10-2011-0078520호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 초경량의 다공성층을 용액 공정으로 관 외벽에 형성하여 열전도도 및 비표면적이 우수한 관을 용이하게 제조하는 것이다.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치는,
벨로우즈(bellows) 구조로 마련되어 내부 부피가 가변되는 챔버(40);
상기 챔버(40)의 상단에 마련되며, 상기 챔버(40) 내부에 끼움 결합되는 관(10)과 주형(20)이 삽입되고, 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 주입되는 분산액을 삽입하는 주입구(71);
상기 분산액을 수열 반응을 통해 다공성층(30)으로 합성 시 상기 주입구(71)를 밀폐하는 밀폐부(70);
상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 분산액의 주입 시 질량변화를 측정하거나 질량변화값을 입력하도록 마련된 질량측정부;
상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 질량측정부에 의해 측정되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 부피산출부;
상기 부피산출부에 의해 산출된 부피변화값에 따라 상기 챔버(40)의 부피 증감을 유도하는 선형구동기(60);
상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 온도를 증감시키는 히터(51);
상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 적정 온도를 유지하는 단열재(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법은,
관(10)과 주형(20)을 결합한 후, 챔버(40) 내에 마련된 관삽입부(11)에 상기 주형(20)에 결합된 관(10)을 결합하는 제1단계;
상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 분산액을 주입 후, 밀폐부(70)를 상기 챔버(40)와 결합하여 상기 챔버(40)를 밀폐하는 제2단계;
상기 챔버(40) 일측에 마련된 질량측정부가 상기 주입된 분산액의 질량변화를 감지하거나 사용자에 의해 상기 주입된 분산액의 질량변화값을 입력하는 제3단계;
상기 제3단계에서 감지되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 챔버(40) 일측에 마련된 부피산출부가 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 제4단계;
상기 부피산출부에 의해 산출된 상기 챔버(40)의 부피변화값을 이용하여 부피조절부가 선형구동기(60)의 크기를 조절하면, 상기 선형구동기(60)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈구조가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피를 조절하는 제5단계;
상기 챔버(40) 외부에 마련된 히터(51) 및 단열재(50)를 이용하여 상기 분산액을 수열반응하여 다공성층(30)을 합성하는 제6단계;
상기 밀폐부(70)를 제거한 뒤 상기 주형(20)을 제거하여 상기 다공성층(30)을 세척하는 제7단계;
탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30) 표면에 함침시키는 제8단계; 및
상기 함침된 다공성층(30)을 건조하여 상기 다공성층(30)에 상기 흡착제를 결합시키는 제9단계;에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 높은 열전도도를 통해 다공성층 표면과 관 내 유체간의 열전달을 원활하게 하고, 큰 비표면적을 통해 물질 전달 또한 극대화 할 수 있는 초경량 다공성층을 용액 공정으로 용이하게 관 벽에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 열교환기 및 반응기에 있어 핵심적인 열전달이 가능하여 초경량 및 유연한 설계 등이 요구되는 분야에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 내 필요한 챔버 부피 변화를 산출할 수 있는 부피산출부가 마련되어 특정 온도 조건에서 용이하게 챔버의 부피를 조절할 수 있다.
또한, 다공성층이 구비되는 관 제조를 위해서는 주입하는 분산액을 다공성층으로 합성할 때 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명은 수열합성 시 챔버를 밀폐하는 밀폐부가 마련되고 질량측정부 및 부피산출부가 마련되어 분산액의 포화 증기-액 상태에서 효과적으로 공정이 진행되고 안정적인 온도 및 압력을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치를 나타내는 구조도이다.
도 2는 본 발명의 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 2의 순서도에서 분산액이 제조되는 과정을 추가하여 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 2의 순서도에서 흡착제가 함침되는 과정 및 흡착제가 함침된 다공성층(30)을 건조하는 과정을 추가하여 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 방법에서 관(10)에 주형(20)을 제거하여 다공성층(30)이 결합되는 형태를 단계별로 나타낸 그림이다.
도 6은 [비교예 1]의 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 [비교예 2]의 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 8은 [실시예]의 실험 결과를 나타낸 사진이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치는 챔버(40), 주입구(71), 밀폐부(70), 질량측정부, 부피산출부, 선형구동기(60), 히터(51) 및 단열재(50)로 구성된다.
먼저, 상기 챔버(40)는 벨로우즈(bellows) 구조로 마련되어 내부 부피가 가변되도록 마련된다.
본 발명에서 분산액을 다공성층(30)으로 합성하기 위해서는 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명은 온도 및 압력을 안정적으로 유지하기 위해 상기 분산액에 포함된 용매의 포화 증기-액 상태에서 공정이 진행되도록 마련된다. 종래는 압력을 안정적으로 유지하기 위해 사용자가 투입하는 용액의 양을 직접 조절하고 있으나, 본 발명에서는 사용자의 입력이나 감지된 질량변화값에 의해 상기 챔버(40)의 적정 부피를 계산하고 그에 맞게 상기 챔버(40)의 내부 부피가 용이하게 조절될 수 있도록, 도 1에 나타난 바와 같이, 벨로우즈(bellows) 구조로 마련된다.
한편, 상기 챔버(40) 내부 일측에는 상기 챔버(40)에 삽입되는 관(10)을 고정하는 관삽입부(11)가 더 마련될 수 있다. 즉, 상기 관(10)은 상기 주형(20)에 마련된 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합하고 상기 홀은 오링(o-ring) 처리가 되어 있어 실링 및 결합이 용이하다. 보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 관(10) 외주면과 주형(20) 사이의 공간이 유지될 수 있도록 결합되므로, 상기 관(10)이 상기 주형(20) 중앙 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합한 후 오링(o-ring)으로 결합한 후 상기 주형(20)결합된 관(10)을 상기 관삽입부(11)에 끼워 결합한다. 상기 관삽입부(11)는 상기 관(10)의 직경에 맞게 중심에서 대칭되어 제1관삽입부(11a) 및 제2관삽입부(11b)로 마련되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 주입구(71)는 상기 챔버(40)의 상단에 마련되며, 상기 챔버(40) 내부에 끼움 결합되는 관(10)과 주형(20)이 삽입되고, 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 주입되는 분산액을 삽입한다. 상기 주입구(71)는 상기 밀폐부(70)와 결합되면 상기 챔버(40)를 밀폐하게 된다.
한편, 상기 분산액은 PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합하여 제조된다. 다만, 상기 GNP(Graphene nanoplate) 및 GO(Graphene oxide) 대신 탄소나노튜브나 질화붕소나노튜브 및 질화붕소나노시트를 포함하는 다른 열전도성 나노소재는 변경 또는 추가하여 사용할 수 있다.
상기 PVP(Polyvinyl pyrrolidone)는 환원제로 많이 사용된다.
상기 GNP(Graphene nanoplatelet)는 흑연으로부터 박리된 2차원 탄소 나노소재이다.
상기 탈이온수(Deionized water)는 초순수 증류수 혹은 3차 증류수 양이온 또는 염기성 이온교환수지를 통해 이온을 최대한 제거해준 순수한 물을 말한다.
상기 수산화칼륨(KOH)는 탄소 물질 내 다공성 구조를 만드는데 도움을 준다.
상기 GO(Graphene oxide) 용액은 그라핀(Graphene) 표면에 산소를 포함하는 기능기들이 붙어 있어 이로 인해 수계 분산성이 우수하다.
상기 GNP혼합액에 상기 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합하여 상기 분산액을 제조한다. 이때, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10중량부 미만으로 혼합하는 경우에만 수열합성에 의해 구조물이 만들어지므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 밀폐부(70)는 상기 분산액을 수열 반응을 통해 다공성층(30)으로 합성하기 위해 상기 주입구(71)를 밀폐한다.
상기 분산액을 다공성층(30)으로 합성하기 위해서는 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명에서 온도 및 압력을 안정적으로 유지하기 위해 상기 분산액에 포함된 용매의 포화 증기-액 상태에서 공정이 진행되도록 하고 있고, 핵심은 수열합성이 이뤄지는 상기 챔버(40)를 밀폐하여 상기 챔버(40)에 들어가는 용매의 질량과 상기 챔버(40) 내 부피가 적정 범위에 들어가도록 조절하는 것이다.
다음으로, 상기 질량측정부는 상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 분산액의 주입 시 질량변화를 측정하거나 질량변화값을 입력하도록 마련된다.
종래의 경우 상기 분산액의 주입에 따른 질량변화 조절을 사용자에 의해 조절하므로 상기 챔버(40)의 부피가 적정 범위 내에 포함되어 다공성층(30)을 용이하게 제조하기 힘든 구조였다.
따라서 본 발명은 사용자가 설정하는 공정 온도와 투입되는 분산액에 대해, 상기 질량측정부에 의해 질량변화를 측정하거나 사용자의 입력에 의해 계산될 수 있도록 마련된다.
다음으로, 상기 부피산출부는 상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 질량측정부에 의해 측정되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출한다.
상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출한다.
Figure 112020058574432-pat00001
(여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).
상기 수열합성에 필요한 압력을 안정적으로 유지할 수 있는 상기 챔버(40)의 필요한 부피(Vc)는 투입되는 상기 분산액의 질량(m)과 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)간 곱 이하가 되어야 한다.
상기 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)은 투입되는 용매의 종류에 따라 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치의 데이터베이스에 저장되어 있거나, 상기 데이터베이스가 내장된 시스템과 결합하여 연동될 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다.
상기 [수학식 1]에 의해 계산된 챔버(40)의 부피변화값(Vc)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈(bellows)가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피가 변화된다.
한편, 상기 챔버(40)에 주입되는 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비는 상기 탈이온수(Deionized water) 160℃를 기준으로 1:307(분산액:챔버(40)) 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 1:307(분산액:챔버(40))의 조건은 본 발명과 같이 상기 챔버(40)의 온도만 제어하는 경우에 유효하다. 다시 말해, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 조건에서는 내부 압력을 고압까지 조절할 수 있는 챔버(40)에 비해 온도만 제어하는 챔버(40)를 이용하여 보다 저렴한 비용으로도 용이하게 수열합성을 진행할 수 있도록 제안된 조건이다. 상기 부피비 범위에서는 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 포화 증기-액 혼합물 상태가 되면서 압력이 상기 용매(탈이온수)의 포화 압력까지 증가하고 유지되어 안정적인 반응이 이뤄지도록 한다.
반면, 상기 조건의 부피비보다 더 적게 상기 분산액을 넣게 되면 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 과열 증기 상태가 되어 필요한 만큼의 고압에 도달하지 못하게 된다.
다음으로. 상기 선형구동기(60)은 상기 부피산출부에 의해 산출된 부피변화값에 따라 상기 챔버(40)의 부피 증감을 유도한다.
보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 챔버(40)의 부피 조절을 위해 벨로우즈(bellows) 구조를 상기 챔버(40)에 적용하고 상단에 상기 주입구(71) 및 밀폐부(70)가 마련되고, 상기 밀폐부(70)에 연결되어 선형적으로 이동하며 상기 챔버(40) 부피를 조절하도록 선형구동기(60)이 마련된다. 또한, 상기 선형구동기(60)은 선형 모터 장치와 연결되어 있어 상기 선형구동기(60)에 동력을 제공한다.
다음으로, 상기 히터(51)는 상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 온도를 증감한다.
다음으로, 상기 단열재(50)는 상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 적정 온도를 유지한다.
본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법은, 도 2에 나타난 바와 같이, 아래 단계에 의해 실시된다.
먼저, 제1단계(S10)는 관(10)과 주형(20)을 결합한 후, 챔버(40) 내에 마련된 관삽입부(11)에 상기 주형(20)에 결합된 관(10)을 결합한다. 즉, 상기 관(10)은 상기 주형(20)에 마련된 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합하고 상기 홀은 오링(o-ring) 처리가 되어 있어 실링 및 결합이 용이하다. 보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 관(10) 외주면과 주형(20) 사이의 공간이 유지될 수 있도록 결합되므로, 상기 관(10)이 상기 주형(20) 중앙 홀에 상기 관(10)을 끼워 결합한 후 오링(o-ring)으로 결합한 후 상기 주형(20)결합된 관(10)을 상기 관삽입부(11)에 끼워 결합한다. 상기 관삽입부(11)는 상기 관(10)의 직경에 맞게 중심에서 대칭되어 제1관삽입부(11a) 및 제2관삽입부(11b)로 마련되는 것이 바람직하다.
다음으로, 제2단계(S20)는 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 분산액을 주입 후, 밀폐부(70)를 상기 챔버(40)와 결합하여 상기 챔버(40)를 밀폐한다.
상기 분산액은 PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합한다. 다만, 상기 GNP(Graphene nanoplate) 및 GO(Graphene oxide) 대신 탄소나노튜브나 질화붕소나노튜브 및 질화붕소나노시트를 포함하는 다른 열전도성 나노소재는 변경 또는 추가하여 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 분산액은 아래 단계에 의해 제조된다.
먼저, 제2-1단계(S21)는 PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합하여 초음파 처리기(ultra sonication)로 분산하여 GNP혼합액을 제조한다.
상기 PVP(Polyvinyl pyrrolidone)는 환원제로 많이 사용된다.
상기 GNP(Graphene nanoplatelet)는 흑연으로부터 박리된 2차원 탄소 나노소재이다.
상기 탈이온수(Deionized water)는 초순수 증류수 혹은 3차 증류주소 양이온 또는 염기성 이온교환수지를 통해 이온을 최대한 제거해준 순수한 물을 말한다.
다음으로, 제2-2단계(S22)는 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 분산하여 제조된 GNP혼합액과 혼합한 후 균질기(homogenizer)로 분산시켜 분산액을 제조한다.
상기 수산화칼륨(KOH)는 탄소 물질 내 다공성 구조를 만드는데 도움을 준다.
상기 GO(Graphene oxide) 용액은 그라핀(Graphene) 표면에 산소를 포함하는 기능기들이 붙어 있어 이로 인해 수계 분산성이 우수하다.
앞서 기술된 바와 같이, 상기 분산액은 상기 GO(Graphene oxide)용액 1중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10중량부 미만으로 혼합하는 경우에만 수열합성에 의해 구조물이 만들어지므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
제조된 상기 분산액을 다공성층(30)으로 합성하기 위해서는 고온 및 고압의 수열합성을 진행해야 하는데, 본 발명에서 온도 및 압력을 안정적으로 유지하기 위해 상기 분산액에 포함된 용매의 포화 증기-액 상태에서 공정이 진행되도록 하고 있고, 핵심은 수열합성이 이뤄지는 상기 챔버(40)를 밀폐하여 상기 챔버(40)에 들어가는 용매의 질량과 상기 챔버(40) 내 부피가 적정 범위에 들어가도록 조절한다.
다음으로, 제3단계(S30)는 상기 챔버(40) 일측에 마련된 질량측정부가 상기 주입된 분산액의 질량변화를 감지하거나 사용자에 의해 상기 주입된 분산액의 질량변화값을 입력한다.
종래의 경우 상기 분산액의 주입에 따른 질량변화 조절을 사용자에 의해 조절하므로 상기 챔버의 부피가 적정 범위에 내에 포함되어 다공성층(30)을 용이하게 제조하기 힘든 구조였다.
따라서 본 발명은 사용자가 설정하는 공정 온도와 투입되는 분산액에 대해, 상기 질량측정부에 의해 질량변화를 측정하거나 사용자의 입력에 의해 계산될 수 있도록 마련된다.
다음으로, 제4단계(S40)는 상기 제3단계(S30)에서 감지되거나 입력된 질량변화값을 이용하여, 상기 챔버(40) 일측에 마련된 부피산출부가 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출한다.
상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 적정부피값을 산출한다.
[수학식 1]
Figure 112020058574432-pat00002
(여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).
상기 수열합성에 필요한 압력을 안정적으로 유지할 수 있는 상기 챔버(40)의 필요한 부피(Vc)는 투입되는 상기 분산액의 질량(m)과 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)간 곱 이하가 되어야 한다.
상기 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기의 비체적(vg)은 투입되는 용매의 종류에 따라 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치의 데이터베이스에 저장되어 있거나, 상기 데이터베이스가 내장된 시스템과 결합하여 연동될 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다.
상기 [수학식 1]에 의해 계산된 챔버(40)의 부피변화값(Vc)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈(bellows)가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피가 변화된다.
한편, 상기 챔버(40)에 주입되는 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비는 상기 탈이온수(Deionized water) 160℃를 기준으로 1:307(분산액:챔버(40)) 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 1:307(분산액:챔버(40))의 조건은 본 발명과 같이 상기 챔버(40)의 온도만 제어하는 경우에 유효하다. 다시 말해, 상기 분산액과 상기 챔버(40)의 부피비 조건에서는 내부 압력을 고압까지 조절할 수 있는 챔버(40)에 비해 온도만 제어하는 챔버(40)를 이용하여 보다 저렴한 비용으로도 용이하게 수열합성을 진행할 수 있도록 제안된 조건이다. 상기 부피비 범위에서는 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 포화 증기-액 혼합물 상태가 되면서 압력이 상기 용매(탈이온수)의 포화 압력까지 증가하고 유지되어 안정적인 반응이 이뤄지도록 한다.
반면, 상기 조건의 부피비보다 더 적게 상기 분산액을 넣게 되면 주어진 온도 조건에서 상기 분산액 내 용매(탈이온수)가 과열 증기 상태가 되어 필요한 만큼의 고압에 도달하지 못하게 된다.
다음으로, 제5단계(S50)는 상기 부피산출부에 의해 산출된 상기 챔버(40)의 부피변화값을 이용하여 부피조절부가 선형구동기(60)의 크기를 조절하면, 상기 선형구동기(60)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈구조가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피를 조절한다.
보다 구체적으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 챔버(40)의 부피 조절을 위해 벨로우즈(bellows) 구조를 상기 챔버(40)에 적용하고 상단에 상기 주입구(71) 및 밀폐부(70)가 마련되고, 상기 밀폐부(70)에 연결되어 선형적으로 이동하며 상기 챔버(40) 부피를 조절하도록 선형구동기(60)가 마련된다. 또한, 상기 선형구동기(60)는 선형 모터 장치와 연결되어 있어 상기 선형구동기(60)에 동력을 제공한다.
다음으로, 제6단계(S60)는 상기 챔버(40) 외부에 마련된 히터(51) 및 단열재(50)를 이용하여 상기 분산액을 수열반응하여 다공성층(30)을 합성한다.
다음으로, 제7단계(S70)는 상기 밀폐부(70)를 제거한 뒤 상기 주형(20)을 제거하여 상기 다공성층(30)을 세척한다.
도 5는 상기 챔버(40) 내에 결합된 상기 관(10)과 주형(20)을 보다 구체적으로 나타내었다. 도 5(a)와 (b)에서 상기 관(10)과 주형(20)을 각각 준비하고, 도 5(c)에서 상기 챔버(40) 내에 상기 주형(20)과 결합한 관(10)을 상기 관삽입부(11)에 결합한다. 도 5(d)에서 상기 관(10)과 주형(20) 사이의 이격된 공간에 상기 분산액을 주입한다. 도 5(e)는 상기 제7단계(S70)에서 상기 주형(20)을 제거하여 상기 관(10)에 결합된 상기 다공성층(30)을 나타내었다.
상기 다공성층(30)의 세척은 탈이온수(Deionized water)에 넣어 상기 수산화칼륨(KOH)를 제거한다.
다음으로, 제8단계(S80)는 상기 제7단계(S70)에서 상기 다공성층(30)의 세척 후 탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30) 표면에 함침시킨다.
보다 구체적으로, 상기 제7단계(S70)에서 상기 다공성층(30)의 세척 후 상기 탈이온수(Deionized water)에 염화암모늄과 같은 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30)에 함침한다.
다음으로, 제9단계(S90)는 상기 함침된 다공성층(30)을 건조하여 상기 다공성층(30)에 상기 흡착제를 결합한다.
보다 구체적으로, 상기 제9단계(S90)는 세척 및 함침이 끝난 상기 다공성층(30)을 동결건조하여 상기 관(10)을 중심으로 표면에 상기 흡착제가 결합된 상기 다공성층(30)을 획득한다. 또한, 상기 동결건조 대신 오븐건조를 실시하는 경우 동결건조와 비교할 때 부피가 약 50% 수축되므로 사용자에 의해 선택적으로 실시될 수 있다.
아래는 본 발명인 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법의 실시예를 나타내었다.
1. 에어로겔(aerogel) 30mL을 기준으로 합성을 진행할 때, PVP(polyvinyl pyrrolidone) 0.1g + GNP(Graphene nanoplate) 2.5g + Di water 50 mL를 100mL 비커에 넣고 초음파 처리기(ultra sonication)로 30분 동안 분산하여 GNP혼합액을 제조한다.
2. 수산화칼륨(KOH) 0.7407g + GO(Graphene oxide) 용액(10g/L) 50mL를 100mL 비커에 넣은 후 1번에서 분산시킨 GNP용액과 혼합시켜 GO/GNP 혼합 용액을 제조한다. 상기 GO/GNP 혼합 용액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 1시간 동안 4,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조한다. 이때 합성에 있어서 가장 중요한 부분으로 상기 GO/GNP의 질량비가 1/10 보다 낮아야 합성이 가능하다.
3. 주형(20) 구조를 주형(20) 바닥 틈에 맞춰 관(10)과 결합 후 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 주형(20) 구조와 관(10) 외벽 사이에 넣고 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간동안 합성한다. 이때 안정적인 압력 조건에서 수열 합성을 진행하기 위해 용액과 챔버(40)의 부피 비는 약 1/307 이상이 되어야 한다.
4. 3시간 동안 합성한 후 주형(20) 구조를 제거하면 관(10) 주변에 하이드로겔(hydrogel)이 합성된다. 이렇게 형성된 하이드로겔(hydrogel)을 3일 동안 탈이온수(Deionized water)에 넣어 수산화칼륨(KOH)을 제거한다. 세척이 끝난 후 탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 하이드로겔(hydrogel) 표면에 함침 시킨다.
5. 세척 및 함침이 끝난 하이드로겔(hydrogel)은 동결 건조를 -80℃로 3일 동안 건조하면 표면에 흡착 소재가 붙은 에어로겔(aerogel)이 관(10) 외부를 감싸는 구조를 획득한다.
6. 오븐 건조의 경우 120℃ , 12시간 동안 진행하여 동결건조와 비교해보면 부피가 약 50% 수축하게 된다.
아래는 상기 분산액에서 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액의 혼합조건에 따른 실시예를 나타내었다.
[비교예 1]
상기 GNP혼합액을 초음파 처리기(ultra sonication)로 최대 파워의 50%로 처리하고, 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 30분 동안 8,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조하되, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부를 혼합하여 제조한다.
이후, 상기 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간 동안 수열 반응 후 건조한다.
[비교예 2]
상기 GNP혼합액을 초음파 처리기(ultra sonication)로 최대 파워의 70%로 처리하고, 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 30분 동안 8,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조하되, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부를 혼합하여 제조한다.
이후, 상기 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간 동안 수열 반응 후 건조한다.
[실시예]
상기 GNP혼합액을 초음파 처리기(ultra sonication)로 처리하고, 상기 GO(Graphene oxide)용액과 상기 분산된 GNP혼합액을 균질기(homogenizer)를 이용하여 1시간 동안 4,000rpm으로 분산시켜 분산액을 제조하되, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 5 중량부를 혼합하여 제조한다.
이후, 상기 GO(Graphene oxide) 용액과 GNP가 분산된 용액을 온도 160℃ 압력 618.23kPa에 3시간동안 수열 반응 후 건조한다.
앞서 [비교예] 및 [실시예]에서 실험한 결과는 [도 6] 내지 [도 8]에 나타내었다.
[비교예 1] 및 [비교예 2]는 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부를 혼합하되, 상기 초음파 처리기(ultra sonication)를 달리하여 실험하였다. [도 6] 및 [도 7]에 나타난 바와 같이, 건조 후 합성된 다공성층이 파우더 형태로 생성된 것을 확인할 수 있다.
[실시예]는 [비교예 1]과 달리, 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 5 중량부를 혼합하였다. [비교예]의 조건인 상기 GO(Graphene oxide)용액 1 중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10 중량부일 때와는 달리 [실시예]에 의한 다공성층은 에어로겔 형태가 유지되어 있는 것으로 확인되었다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 높은 열전도도를 통해 다공성층(30) 표면과 관(10) 내 유체간의 열전달을 원활하게 하고, 큰 비표면적을 통해 물질 전달 또한 극대화 할 수 있는 초경량 다공성층(30)을 용액 공정으로 용이하게 관(10) 벽에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 열교환기 및 반응기에 있어 핵심적인 열전달이 가능하여 초경량 및 유연한 설계 등이 요구되는 분야에 사용할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10. 관
11. 관삽입부
20. 주형
30. 다공성층
40. 챔버
50. 단열재
51. 히터
60. 선형구동기
70. 밀폐부
71. 주입구
S10. 관(10)과 주형(20)을 결합
S20. 분산액 주입 후 챔버(40) 밀폐
S21. GNP 혼합액 제조
S22. 분산액 제조
S30. 분산액의 질량변화값 감지
S40. 챔버(40) 부피변화값 산출
S50. 챔버(40) 부피 조절
S60. 다공성층(30) 합성
S70. 다공성층(30) 세척
S80. 흡착제 함침
S90. 다공성층(30) 건조

Claims (13)

  1. 벨로우즈(bellows) 구조로 마련되어 내부 부피가 가변되는 챔버(40);
    상기 챔버(40)의 상단에 마련되며, 상기 챔버(40) 내부에 끼움 결합되는 관(10)과 주형(20)이 삽입되고, 상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 주입되는 분산액을 삽입하는 주입구(71);
    상기 분산액을 수열 반응을 통해 다공성층(30)으로 합성 시 상기 주입구(71)를 밀폐하는 밀폐부(70);
    상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 분산액의 주입 시 질량변화를 측정하거나 질량변화값을 입력하도록 마련된 질량측정부;
    상기 챔버(40) 일측에 마련되며, 상기 질량측정부에 의해 측정되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 부피산출부;
    상기 부피산출부에 의해 산출된 부피변화값에 따라 상기 챔버(40)의 부피 증감을 유도하는 선형구동기(60);
    상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 온도를 증감시키는 히터(51);
    상기 챔버(40) 외부를 감싸도록 마련되어 상기 수열 반응에 필요한 적정 온도를 유지하는 단열재(50);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버(40) 내부 일측에 마련되어 상기 챔버(40)에 삽입되는 관(10)을 고정하는 관삽입부(11);가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치 :
    [수학식 1]
    Figure 112020058574432-pat00003

    (여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분산액은,
    PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합한 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 GO용액 1중량부에 대하여 상기 GNP혼합액 10중량부 미만으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분산액은,
    탄소 나노튜브, 질화붕소 나노튜브 및 질화붕소 나노시트 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층이 구비되는 관 제작 장치.
  7. 관(10)과 주형(20)을 결합한 후, 챔버(40) 내에 마련된 관삽입부(11)에 상기 주형(20)에 결합된 관(10)을 결합하는 제1단계;
    상기 관(10)과 주형(20) 사이 공간에 분산액을 주입 후, 밀폐부(70)를 상기 챔버(40)와 결합하여 상기 챔버(40)를 밀폐하는 제2단계;
    상기 챔버(40) 일측에 마련된 질량측정부가 상기 주입된 분산액의 질량변화를 감지하거나 사용자에 의해 상기 주입된 분산액의 질량변화값을 입력하는 제3단계;
    상기 제3단계에서 감지되거나 입력된 질량변화값을 이용하여 상기 챔버(40) 일측에 마련된 부피산출부가 상기 분산액의 수열 반응시 필요한 상기 챔버(40)의 부피변화값을 산출하는 제4단계;
    상기 부피산출부에 의해 산출된 상기 챔버(40)의 부피변화값을 이용하여 부피조절부가 선형구동기(60)의 크기를 조절하면, 상기 선형구동기(60)에 의해 상기 챔버(40)의 벨로우즈구조가 변형되어 상기 챔버(40)의 부피를 조절하는 제5단계;
    상기 챔버(40) 외부에 마련된 히터(51) 및 단열재(50)를 이용하여 상기 분산액을 수열반응하여 다공성층(30)을 합성하는 제6단계;
    상기 밀폐부(70)를 제거한 뒤 상기 주형(20)을 제거하여 상기 다공성층(30)을 세척하는 제7단계;
    에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 부피산출부는 [수학식 1]에 의해 상기 챔버(40)의 적정부피값을 산출하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법 :
    [수학식 1]
    Figure 112020058574432-pat00004

    (여기서, Vc는 챔버(40)의 부피값, m는 주입되는 분산액의 질량, vg는 설정된 공정 온도에 해당하는 포화 증기 비체적).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 분산액은,
    GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합한 GNP혼합액에, 수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 GNP혼합액과 혼합하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 분산액은,
    PVP(Polyvinyl pyrrolidone), GNP(Graphene nanoplate) 및 탈이온수(Deionized water)를 혼합하여 초음파 처리기(ultra sonication)로 분산하여 GNP혼합액을 제조하는 제2-1단계;
    수산화칼륨(KOH)과 GO(Graphene oxide)용액을 혼합한 후 상기 분산하여 제조된 GNP혼합액과 혼합한 후 균질기(homogenizer)로 분산시켜 분산액을 제조하는 제2-2단계;
    에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제7단계에서 상기 다공성층(30)의 세척 후,
    탈이온수(Deionized water)에 흡착제를 녹여 상기 다공성층(30) 표면에 함침시키는 제8단계; 및
    상기 함침된 다공성층(30)을 건조하여 상기 다공성층(30)에 상기 흡착제를 결합시키는 제9단계;에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2단계에서 상기 분산액은,
    상기 GO(Graphene oxide)용액 1중량부에 대하여 상기 분산된 GNP혼합액 10중량부 미만인 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 분산액은,
    탄소 나노튜브, 질화붕소 나노튜브 및 질화붕소 나노시트 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 및 물질 전달을 위한 다공성층 제작 장치를 이용한 관 제작 방법.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100361789B1 (ko) * 1992-11-13 2003-03-26 닛본 에이. 에스. 엠 가부시끼가이샤 수직형열처리장치용로드록챔버
JP2003257959A (ja) * 2002-03-07 2003-09-12 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置
KR20110078520A (ko) 2009-12-31 2011-07-07 연세대학교 산학협력단 분리된 열에 서로 다른 휜의 개수와 다른 휜의 형상을 갖는 휜-관 열교환기
KR20180014997A (ko) * 2016-08-02 2018-02-12 최진호 나노 박막 코팅의 제조방법
JP2018024021A (ja) * 2016-08-05 2018-02-15 株式会社昭和螺旋管製作所 液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形方法、及び、その成形装置
KR20190006657A (ko) * 2017-07-11 2019-01-21 한국기계연구원 열교환 파이프 제조방법, 열교환 파이프 및 이를 이용한 열회수 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100361789B1 (ko) * 1992-11-13 2003-03-26 닛본 에이. 에스. 엠 가부시끼가이샤 수직형열처리장치용로드록챔버
JP2003257959A (ja) * 2002-03-07 2003-09-12 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置
KR20110078520A (ko) 2009-12-31 2011-07-07 연세대학교 산학협력단 분리된 열에 서로 다른 휜의 개수와 다른 휜의 형상을 갖는 휜-관 열교환기
KR20180014997A (ko) * 2016-08-02 2018-02-12 최진호 나노 박막 코팅의 제조방법
JP2018024021A (ja) * 2016-08-05 2018-02-15 株式会社昭和螺旋管製作所 液量調整機構を備えた金属ベローズ管成形方法、及び、その成形装置
KR20190006657A (ko) * 2017-07-11 2019-01-21 한국기계연구원 열교환 파이프 제조방법, 열교환 파이프 및 이를 이용한 열회수 시스템

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