KR20120025108A - 재생온도 낮춤 효과 및 고습도 영역에서의 제습 효과가 우수한 알루미나 제습 로터 및 그 제조 방법 - Google Patents

재생온도 낮춤 효과 및 고습도 영역에서의 제습 효과가 우수한 알루미나 제습 로터 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

알루미나 제습 로터 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 알루미나 제습 로터 제조 방법은 (a) 무기질 페이퍼에 수산화알루미늄을 코팅하는 단계; (b) 상기 수산화알루미늄이 코팅된 무기질 페이퍼를 편파 성형 및 권취하여 허니컴 구조체를 제작하는 단계; (c) 상기 허니컴 구조체를 바인더로 코팅하는 단계; 및 (d) 열처리를 통하여 상기 수산화알루미늄으로부터 알루미나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

재생온도 낮춤 효과 및 고습도 영역에서의 제습 효과가 우수한 알루미나 제습 로터 및 그 제조 방법{ALUMINA DESICCANT ROTOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE ALUMINA DESICCANT ROTOR}
본 발명은 실내 습도 조절용 제습 로터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수산화알루미늄을 이용하여 저비용으로 알루미나 제습 로터를 제조할 수 있는 기술에 관한 것이다.
실내의 적절한 온도 및 습도 유지는 쾌적한 실내 환경 조성을 위하여 가장 기본적인 요구 사항이다. 이러한 실내의 적절한 온도 및 습도 유지는 현대인들의 높아진 삶의 질을 추구하고자 하는 욕구에 따라 그 중요성이 더욱 커지고 있다.
습도가 높은 여름철의 실내 습도 유지, 디지털기기 또는 의류 보관시 낮은 습도를 얻기 위해 제습기를 이용하고 있다.
제습기에는 응축식 제습기와 흡착기 제습기가 있다.
이 중 응축식 제습기는 부피가 크고 소음이 있는 단점이 있다. 그러나, 흡착식 제습기는 부피를 작게 할 수 있고 소음이 적어 가정용 제습기로 유용하다고 할 수 있다.
이러한 흡착식 제습기는 제습제를 함침한 제습 로터가 수분을 흡착, 탈착하는 과정을 반복하는 방식으로 구동된다.
제습제로 많이 사용되는 제올라이트(zeolite)는 흡착 속도가 빠르고 저습도 영역에서 제습 효율이 높은 장점이 있다.
그러나, 제올라이트를 제습제로 사용하는 제올라이트 제습 로터의 경우, 고습도 영역에서의 제습량에 한계가 있다.
또한 제올라이트 제습 로터의 경우, 수분 탈착을 위한 재생 온도가 150℃ 이상으로 고온이어야 하므로 에너지 소모가 많으며, 또한 재생 온도가 150℃ 이상으로 고온이므로, 제습 로터 통과 후 배출되는 공기의 온도가 높은 단점이 있다.
본 발명의 목적은 알루미나 제습 로터를 쉽게 제작할 수 있는 알루미나 제습 로터 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수분 탈착을 위한 재생 온도를 100℃ 이하로 낮출 수 있고, 고습도 영역에서 우수한 제습 효율을 나타낼 수 있는 알루미나 제습 로터를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 알루미나 제습 로터 제조 방법은 (a) 무기질 페이퍼에 수산화알루미늄을 코팅하는 단계; (b) 상기 수산화알루미늄이 코팅된 무기질 페이퍼를 편파 성형 및 권취하여 허니컴 구조체를 제작하는 단계; (c) 상기 허니컴 구조체를 바인더로 코팅하는 단계; 및 (d) 열처리를 통하여 상기 수산화알루미늄으로부터 알루미나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미나 제습 로터 제조 방법은 (a) 무기질 페이퍼에 수산화알루미늄 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 코팅액을 도포한 후 건조하는 단계; (b) 상기 무기질 페이퍼를 바인더로 코팅하는 단계; (c) 상기 무기질 페이퍼를 편파 성형 및 권취하여 허니컴 구조체를 제작하는 단계; 및 (d) 열처리를 통하여 상기 수산화알루미늄 분말로부터 다공성 알루미나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 알루미나 제습 로터는 상기 제시된 방법으로 제조되어, 재생 온도가 100℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 알루미나 제습 로터 제조 방법은 1㎛ 수준의 저가의 수산화알루미늄 미세 분말을 이용하여 열처리를 통하여 다공성 알루미나를 형성할 수 있으므로, 제습 로터 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 알루미나 제습 로터는 모세관력에 의해 기공 내로 수분을 흡수할 수 있어, 재생 온도를 100℃ 이하로 낮출 수 있으며, 고습도 영역에서 우수한 제습 성능을 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미나 제습 로터 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 고효율 무기질 제습 로터 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이때, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미나 제습 로터 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 알루미나 제습 로터 제조 방법은 수산화알루미늄 코팅 단계(S110), 허니컴 구조체 제작 단계(S120), 바인더 코팅 단계 (S130) 및 열처리 단계(S140)를 포함한다.
우선, 수산화알루미늄 코팅 단계(S110)에서는 무기질 페이퍼에 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 코팅한다.
수산화알루미늄의 코팅은 수산화알루미늄 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 코팅액을 무기질섬유 페이퍼에 도포한 후, 건조하는 과정을 통하여 실시될 수 있다. 코팅액에는 점도조절을 위하여, 점도 조절제가 추가될 수 있다.
수산화알루미늄 분말은 다공성 알루미나 형성에 용이하도록, 평균 입경이 0.5 ~ 1.5㎛ 인 1㎛급을 이용할 수 있다.
상기 수산화알루미늄 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 코팅액은 점도가 10 ~ 50 cPs인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20 cPs를 제시할 수 있다. 점도가 10 cPs 미만일 경우 낮은 점도로 인하여 코팅액이 무기질 페이퍼에서 흘러내릴 수 있으며, 막의 밀도가 지나치게 낮아 제습 성능을 저하시킬 수 있다. 반대로, 점도가 50 cPs를 초과할 경우 코팅액 내 수산화알루미늄 분말 및 바인더가 균일하게 분산되기 어렵다.
건조 온도는 용매의 종류에 따라 약간 상이할 수 있으며, 130℃ 전후에 해당하는 120 ~ 140℃를 제시할 수 있다.
무기질 페이퍼는 편파 성형, 권취 등을 통하여 허니컴 구조체가 되는 기재(base material)에 해당된다. 이러한 무기질 페이퍼는 공극이 큰 글래스 섬유, 세라믹 섬유 등의 무기질 섬유를 주요 성분으로 하는 것을 이용할 수 있으며, 글래스 섬유, 세라믹 섬유 중 어느 하나를 단독으로 이용할 수 있으며, 이들을 혼합하여 이용할 수도 있다.
한편, 무기질 페이퍼는 50 ~ 700 ㎛의 두께를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 ~ 200 ㎛를 제시할 수 있다. 무기질 페이퍼의 두께가 50 ㎛ 미만일 경우에는 페이퍼의 습인장강도가 약해 딥 코팅 등에서 지절 방생이 발생할 수 있어, 수산화알루미늄이 코팅된 무기질 페이퍼의 연속공정에 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 무기질 페이퍼의 두께가 700 ㎛를 초과할 경우 무기질 페이퍼의 편파 성형 공정에서 정확한 파형 무늬를 형성하는 문제점이 있으며, 제습 로터 제조 후에도 알루미나와 공기가 접촉할 수 있는 확률이 저하되어 실질적인 제습 효율이 떨어질 수 있다.
다음으로, 허니컴 구조체 제작 단계(S120)에서는 수산화알루미늄이 코팅된 무기질 페이퍼를 편파 성형 및 권취하여 허니컴 구조체를 제작한다.
편파 성형 과정은 일반적인 골판지 제조 공정을 이용할 수 있으며, 무기질 페이퍼의 인장강도, 유연성, 성형성, 표면 물성 등에 따라 골판지 형성조건이 결정된다.
권취 과정은 허니컴 구조체 제작을 위하여, 파형 성형으로 제작된 편면 골판지를 필요한 규격에 맞추어 원형으로 권취한다.
다음으로, 바인더 코팅 단계 (S130)에서는 제작된 허니컴 구조체를 유기 혹은 무기 바인더로 코팅한다.
바인더는 실리카계 바인더를 이용할 수 있다. 그 예로, 허니컴 구조체를 실리카 졸(Sol)에 딥 코팅한 후, 대략 120 ~ 140℃의 온도 범위에서 건조하는 것을 제시할 수 있다. 실리카 졸의 경우 열처리에 의하여 실리카 겔로 변환되고, 실리카 겔은 대략 상대습도 60% 이상의 고습도 영역에서 제습 성능을 발휘할 수 있어, 본 발명에 따른 알루미나 제습 로터의 고습도 영역에서의 제습 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1에서는 바인더 코팅을 허니컴 구조체 제작 후 실시하는 것을 나타내었으나, 바인더 코팅은 허니컴 구조체 제작 전에 실시할 수 있다. 이 경우 수산화알루미늄이 코팅된 무기질 페이퍼에 바인더 코팅이 이루어진다.
다음으로, 열처리 단계(S140)에서는 열처리를 통하여 수산화알루미늄으로부터 알루미나를 형성한다. 본 단계에서 열처리에 의하여 수산화물 형태의 수산화알루미늄(Al(OH)3)에서 H2O가 빠져나가면서 산화물 형태의 알루미나(Al2O3)가 형성된다. 바인더로 유기 바인더를 이용한 경우, 이러한 유기 바인더는 열처리 과정에서 제거된다.
열처리는 450 ~ 600℃의 온도 범위에서 대략 1시간 이상 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 450℃ 미만일 경우, 수산화알루미늄으로부터 알루미나 형성이 불충분 할 수 있으며, 열처리 온도가 600℃를 초과하면, 형성되는 알루미나의 기공도를 낮추어 제습 효율을 저하시킬 수 있으며, 또한 제습 로터의 제조 비용 상승을 초래할 수 있다.
열처리 이후에는 알루미나의 부착력을 향상시키기 위하여, 허니컴 구조체에 무기 바인더를 코팅한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미나 제습 로터 제조 방법은 저가의 수산화알루미늄을 이용하여 열처리를 통하여 다공성 알루미나 제습 로터를 제조할 수 있어, 제습 로터 제조 비용을 절감할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 알루미나 제습 로터는 대략 상대습도 60% 이상의 고습도 영역에서 우수한 제습 성능을 나타낼 수 있다. 또한 알루미나 제습 로터는 재생 온도가 100℃ 이하이므로, 에너지 절감을 추구할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 제습 로터 제조
실시예 1
(1) 평균 입경이 1㎛인 수산화알루미늄 분말 420g과 유기바인더 80g을 물 500g에 분산하여 고형분 함량이 50 중량%인 슬러리를 제조한 후, 점도조절제를 이용하여 점도를 20 cPs로 조절한 후, 30분 동안 교반하여 코팅액을 제조하였다.
(2) 제조된 코팅액에 32g/m2의 글래스 페이퍼를 딥 코팅한 후, 130℃에서 건조하였다.
(3) 건조가 끝난 글래스 페이퍼를 편파 성형 및 와인딩하여 허니컴 구조체를 제작하였다.
(4) 제작된 허니컴 구조체를 실리카 졸에 딥 코팅한 후, 130℃에서 완전 건조하였다.
(5) 실리카 졸이 코팅된 허니컴 구조체를 500℃에서 1시간 동안 열처리를 실시하였다.
(6) 열처리된 허니컴 구조체에 무기 바인더를 코팅한 후 건조하여, 알루미나 제습 로터를 제조하였다.
비교예 1
수산화알루미늄 대신 제올라이트를 이용하고, 열처리 과정을 생략한것 이외에는 실시예 1과 동일한 과정으로 제올라이트 제습 로터를 제조하였다.
2. 물성 측정 방법
물성 측정방법은 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 제습 로터의 제습능력을 평가하기 위하여 130도에서 건조된 제습로터를 각각 25℃, 상대습도 50%와 25℃, 상대습도 90%를 유지하는 항온항습기에 30분 방치하여 제습 로터의 중량 변화를 통해 흡습한 양의 무게를 측정하였다.
3. 물성 평가
실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 제습 로터의 중량변화(제습량)은 표 1과 같다.
[표 1]
Figure pat00001
표 1을 참조하면, 상대 습도 50%에서는 비교예 1의 제올라이트 제습 로터의 경우의 제습량이 실시예 1의 알루미나 제습 로터에 비하여 약간 높았다. 그러나, 고습도 영역에 해당하는 상대 습도 90%에서는 실시예 1에 해당하는 알루미나 제습 로터의 제습량이 비교예 1의 제올라이트 제습 로터에 비하여 높은 것을 볼 수 있다.
특히, 실시예 1의 알루미나 제습 로터의 경우, 재생 온도가 100℃ 미만으로, 비교예 1의 제올라이트 제습 로터에 비하여 훨씬 낮은 것을 볼 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
S110 : 수산화알루미늄 코팅 단계
S120 : 허니컴 구조체 제작 단계
S130 : 바인더 코팅 단계
S140 : 열처리 단계

Claims (16)

  1. (a) 무기질 페이퍼에 수산화알루미늄을 코팅하는 단계;
    (b) 상기 수산화알루미늄이 코팅된 무기질 페이퍼를 편파 성형 및 권취하여 허니컴 구조체를 제작하는 단계;
    (c) 상기 허니컴 구조체를 바인더로 코팅하는 단계; 및
    (d) 열처리를 통하여 상기 수산화알루미늄으로부터 알루미나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 이후, 상기 허니컴 구조체에 무기 바인더를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    수산화알루미늄 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 코팅액을 상기 무기질섬유 페이퍼에 도포한 후, 건조하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수산화알루미늄 분말은
    평균 입경이 0.5 ~ 1.5㎛ 인 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 코팅액은
    점도가 10 ~ 50 cPs인 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 건조는
    120 ~ 140℃의 온도 범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 바인더는
    실리카계 바인더인 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    상기 허니컴 구조체를 실리카 졸(Sol)에 딥 코팅한 후, 건조하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 건조는
    120 ~ 140℃의 온도 범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열처리는
    450 ~ 600℃의 온도 범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무기질 페이퍼는
    글래스 섬유 및 세라믹 섬유 중 적어도 하나의 무기질 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  12. (a) 무기질 페이퍼에 수산화알루미늄 분말, 바인더 및 용매를 포함하는 코팅액을 도포한 후 건조하는 단계;
    (b) 상기 무기질 페이퍼를 바인더로 코팅하는 단계;
    (c) 상기 무기질 페이퍼를 편파 성형 및 권취하여 허니컴 구조체를 제작하는 단계; 및
    (d) 열처리를 통하여 상기 수산화알루미늄 분말로부터 다공성 알루미나를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수산화알루미늄 분말은
    평균 입경이 0.5 ~ 1.5㎛ 인 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 열처리는
    450 ~ 600℃의 온도 범위에서 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 열처리 이후, 상기 허니컴 구조체에 무기 바인더를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 기재된 제조 방법으로 제조되어, 재생 온도가 100℃ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미나 제습 로터.
KR1020100087286A 2010-09-07 2010-09-07 재생온도 낮춤 효과 및 고습도 영역에서의 제습 효과가 우수한 알루미나 제습 로터 및 그 제조 방법 KR101322536B1 (ko)

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