KR20180040330A - 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기 - Google Patents

마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기 Download PDF

Info

Publication number
KR20180040330A
KR20180040330A KR1020160132060A KR20160132060A KR20180040330A KR 20180040330 A KR20180040330 A KR 20180040330A KR 1020160132060 A KR1020160132060 A KR 1020160132060A KR 20160132060 A KR20160132060 A KR 20160132060A KR 20180040330 A KR20180040330 A KR 20180040330A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating layer
heat exchanger
irregularities
solution
header
Prior art date
Application number
KR1020160132060A
Other languages
English (en)
Inventor
황운봉
이정원
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020160132060A priority Critical patent/KR20180040330A/ko
Priority to PCT/KR2017/010411 priority patent/WO2018070685A1/ko
Publication of KR20180040330A publication Critical patent/KR20180040330A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/20—Acidic compositions for etching aluminium or alloys thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
    • C23G1/14—Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with alkaline solutions
    • C23G1/22—Light metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/04—Coatings; Surface treatments hydrophobic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2260/00—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
    • F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법과, 이 방법으로 제조된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기를 제공한다. 표면 처리 방법은, 실리콘 함유 알루미늄으로 이루어진 코팅층의 표면에 물리적 또는 화학적 처리를 하여 마이크로미터 스케일의 제1 요철을 형성하는 제1 단계와, 코팅층의 표면을 질산 용액으로 처리하여 제1 요철 상의 실리콘 잔여물을 제거하는 제2 단계와, 코팅층의 표면을 염기 세척한 다음 끓는 물을 이용하여 제1 요철의 표면에 나노미터 스케일의 제2 요철을 형성하는 제3 단계와, 코팅층의 표면에 소수성 고분자를 코팅하여 제1 요철 및 제2 요철과 동일한 요철 구조를 가지는 소수성 고분자층을 형성하는 제4 단계를 포함한다.

Description

마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기 {SURFACE TREATMENT METHOD FOR MICRO CHANNEL HEAT EXCHANGER AND THE MICRO CHANNEL HEAT EXCHANGER WITH SUPERHYDROPHOBIC SURFACE FORMED BY THE METHOD}
본 발명은 마이크로 채널 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극소수성 표면을 가지기 위한 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법에 관한 것이다.
격벽식 알루미늄 열교환기는 내부를 흐르는 액체와 외부 공기의 열교환에 의해 외부 공기를 냉각시키거나 데우는 작용을 한다. 원활한 열교환을 위해 팬이 함께 운용되는데, 팬은 외부 공기를 빨아들여 열교환을 하고 다시 외부로 내보내는 기능을 한다. 마이크로 채널 열교환기는 격벽식 알루미늄 열교환기의 일종으로서 용접 방식으로 제작되며, 노내 용접을 위해 표면 전체가 실리콘 고함유 알루미늄으로 덮인다.
마이크로 채널 열교환기가 외부로부터 빨아들인 공기에는 수분과 여러 먼지 및 각종 이물질이 함유되어 있다. 이러한 물질들이 열교환기를 통과하면서 표면에 점착되고 축적되면, 곰팡이나 세균이 자라기 좋은 환경이 된다. 따라서 열교환기 가동 시 공기의 흐름을 따라 곰팡이나 세균이 배출될 수 있으며, 이는 사람들에게 천식 또는 기관지염 등의 질병을 유발할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 열교환기 표면을 소수성 처리하여 세균과 먼지 등이 붙지 않도록 하는 시도가 이루어지고 있지만, 가격이 비싸거나 일부 재료만 적용 가능하다. 특히 실리콘 고함유 알루미늄 표면은 실리콘으로 인해 극소수성 표면 처리가 적용된 사례가 보고된 바 없다.
본 발명은 실리콘 고함유 알루미늄 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기에 있어서, 극소수성 표면을 가지기 위한 표면 처리 방법과, 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법은, 실리콘 함유 알루미늄으로 이루어진 코팅층의 표면에 물리적 또는 화학적 처리를 하여 마이크로미터 스케일의 제1 요철을 형성하는 제1 단계와, 코팅층의 표면을 질산 용액으로 처리하여 제1 요철 상의 실리콘 잔여물을 제거하는 제2 단계와, 코팅층의 표면을 염기 세척한 다음 끓는 물을 이용하여 제1 요철의 표면에 나노미터 스케일의 제2 요철을 형성하는 제3 단계와, 코팅층의 표면에 소수성 고분자를 코팅하여 제1 요철 및 제2 요철과 동일한 요철 구조를 가지는 소수성 고분자층을 형성하는 제4 단계를 포함한다.
제1 단계에서, 제1 요철은 샌드 블라스트, 플라즈마 에칭, 산 에칭 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있고, 산 에칭은 염산 희석액, 불산 희석액, 인산 희석액 중 적어도 하나를 포함하는 산 용액을 이용할 수 있다.
제1 단계 이전에 코팅층의 염기 세척이 이루어질 수 있다. 염기 세척은 수산화나트륨 수용액, 수산화바륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화칼슘 수용액, 수산화구리 수용액, 수산화철 수용액, 및 암모니아 수용액 중 적어도 하나를 포함하는 세척액에 코팅층을 담그는 것으로 이루어질 수 있다.
제2 단계에서, 질산 용액은 불산을 포함할 수 있으며, 실리콘 잔여물 제거는 코팅층을 질산 용액에 담그는 것으로 이루어질 수 있다.
제3 단계에서, 염기 세척은 수산화나트륨 수용액, 수산화바륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화칼슘 수용액, 수산화구리 수용액, 수산화철 수용액, 및 암모니아 수용액 중 적어도 하나를 포함하는 세척액에 코팅층을 담그는 것으로 이루어질 수 있다. 코팅층의 알루미늄 표면은 알루민산염 하이드로겔로 변할 수 있다.
제3 단계에서, 코팅층 표면의 겔화된 알루민산 염은 끓는 물에 의해 깁사이트(gibbsige)로 결정화될 수 있고, 제2 요철은 플레이크 형상의 나노미터 사이즈 결정으로 이루어질 수 있다.
제4 단계에서, 소수성 고분자는 불소 소지, 불소계 실란 커플링제, 불소계 이소시안산염 화합물, 알칸티올, 유기실란 화합물, 지방산, 방향족 아지드 화합물, 이들의 혼합물, 및 이들의 중합체로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제4 단계에서, 소수성 고분자층은 코팅층의 표면과 공유 결합을 하여 단분자층 또는 다분자층의 형태를 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기는 제1 헤더, 제2 헤더, 복수의 마이크로 채널 튜브, 복수의 핀, 그리고 코팅층을 포함한다. 제1 헤더와 제2 헤더는 서로 마주한다. 복수의 마이크로 채널 튜브는 양단이 제1 헤더 및 제2 헤더에 결합되고, 내부에 복수의 채널을 가지며, 서로간 거리를 두고 배열된다. 복수의 핀은 복수의 마이크로 채널 튜브 사이에 위치하며, 지그재그로 절곡된 금속판으로 이루어진다. 코팅층은 실리콘 함유 알루미늄을 포함하고, 제1 헤더와 제2 헤더의 표면, 복수의 마이크로 채널 튜브의 표면, 복수의 핀의 표면에 위치한다. 코팅층은 전술한 방법으로 제조된 극소수성 표면을 가진다.
본 실시예에 따르면, 실리콘 함유 알루미늄으로 이루어진 코팅층에 극소수성 표면을 용이하게 구현할 수 있다. 본 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기는 표면 전체가 극소수성 표면으로 이루어지므로, 수분에 젖지 않으며, 세균과 먼지 쉽게 붙지 않아 세균과 곰팡이의 증식을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 마이크로 채널 튜브의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 마이크로 채널 열교환기의 결합 상태 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 5a 내지 도 5e는 도 4에 도시한 제1 단계 내지 제4 단계의 코팅층을 나타낸 단면도이다.
도 6은 제1 단계 실시 후 실리콘 잔여물이 남은 코팅층의 표면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 질산 용액 처리가 이루어진 코팅층의 표면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c는 도 4에 도시한 표면 처리 방법에 의해 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기의 확대 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기의 부분 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 마이크로 채널 튜브의 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 마이크로 채널 열교환기의 결합 상태 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예의 마이크로 채널 열교환기(100)는 서로 마주하는 제1 헤더(10) 및 제2 헤더(20)와, 양단이 제1 헤더(10) 및 제2 헤더(20)에 결합된 복수의 마이크로 채널 튜브(30)와, 복수의 마이크로 채널 튜브(30) 사이에 배치된 복수의 핀(40)을 포함한다.
제1 헤더(10)와 제2 헤더(20)는 양단이 막혀 있으면서 속이 빈 원통형으로 이루어진다. 제1 헤더(10)와 제2 헤더(20) 중 어느 하나는 도시하지 않은 유체 공급구와 유체 배출구를 가진다. 제1 헤더(10)와 제2 헤더(20)에는 길이 방향을 따라 복수의 슬릿(11, 21)이 형성된다.
복수의 마이크로 채널 튜브(30) 각각은 얇은 직사각 모양의 판형으로 이루어지며, 내부에 복수의 채널(중공)(35)이 형성된다. 마이크로 채널 튜브(30)의 일단은 제1 헤더(10)의 슬릿(11)을 관통하여 제1 헤더(10)에 결합되고, 반대측 일단은 제2 헤더(20)의 슬릿(21)을 관통하여 제2 헤더(20)에 결합된다.
제1 헤더(10)의 내부는 복수의 채널(35)을 통해 제2 헤더(20)의 내부와 연통한다. 이때 제1 헤더(10)의 내부에는 복수의 제1 배플(15)이 위치하고, 제2 헤더(20)의 내부에는 복수의 제2 배플(25)이 위치한다. 복수의 제1 배플(15)과 복수의 제2 배플(25)은 서로 마주하지 않으며, 일정 거리를 두고 서로 어긋나게 위치한다.
복수의 핀(40) 각각은 얇은 금속판으로 이루어지고, 여러 번 지그재그로 절곡되어 복수의 마이크로 채널 튜브(30) 사이에 설치된다.
도 3을 기준으로, 제2 헤더(20)로 유입된 유체는 제2 배플(25)에 의해 막히고, 제2 배플(25)의 전방에 위치한 복수의 마이크로 채널 튜브(30)에 형성된 복수의 채널(35)을 통해 제1 헤더(10)로 이동한다. 제1 헤더(10)에 유입된 유체는 제1 배플(15)에 의해 막히고, 제1 배플(15)의 전방에 위치한 복수의 마이크로 채널 튜브(30)에 형성된 복수의 채널(35)을 통해 제2 헤더(20)로 이동한다.
열교환을 위한 유체는 이러한 방식으로 제1 헤더(10)와 복수의 채널(35) 및 제2 헤더(20)를 번갈아 이동하며, 외부 공기는 팬(도시하지 않음)에 의해 흡입되어 복수의 마이크로 채널 튜브(30) 사이에 위치한 복수의 핀(40)을 통과하면서 유체와 열교환이 이루어진다.
본 실시예의 마이크로 채널 열교환기(100)는 노내 용접을 위해 전체 표면이 실리콘 고함유 알루미늄으로 덮인다. 즉, 마이크로 채널 열교환기의 표면에는 실리콘이 함유된 알루미늄으로 이루어진 코팅층(200)이 형성된다. 예를 들어, 코팅층(200)은 8% 내지 12%의 실리콘과 88% 내지 92%의 알루미늄을 포함할 수 있다.
본 실시예의 마이크로 채널 열교환기(100)는 다음의 방법으로 제작되는 극소수성 표면을 가진다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 5a 내지 도 5e는 도 4에 도시한 제1 단계 내지 제4 단계의 코팅층을 나타낸 단면도이다.
도 4를 참고하면, 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법은 코팅층의 표면에 마이크로미터 스케일의 제1 요철을 형성하는 제1 단계(S10)와, 제1 요철 위에 남아 있는 실리콘 잔여물을 제거하는 제2 단계(S20)와, 제1 요철의 표면에 나노미터 스케일의 제2 요철을 형성하는 제3 단계(S30)와, 코팅층의 표면에 소수성 고분자층을 형성하는 제4 단계(S40)를 포함한다.
도 5a와 도 5b 및 도 5c를 참고하면, 제1 단계(S10)에서 코팅층(200)은 실리콘을 대략 8% 내지 12% 함유한 알루미늄층으로서, 코팅층(200)의 표면에 물리적 또는 화학적 처리를 하여 마이크로미터 스케일의 제1 요철(201)을 형성한다. 여기서, 마이크로미터 스케일은 1㎛ 이상 1,000㎛ 미만의 범위에 속하는 크기를 의미한다.
제1 요철(201)은 물리적 방법인 샌드 블라스트, 또는 화학적 방법인 플라즈마 에칭 또는 산 에칭의 방법으로 형성될 수 있다.
샌드 블라스트는 미세한 모래 입자를 압축 공기로 분사시켜 코팅층(200)의 표면에 물리적인 충돌을 가함으로써 요철을 형성하는 방법이다. 플라즈마 에칭은 기체 플라즈마를 이용하는 건식 에칭법이고, 산 에칭은 산 용액을 에칭액으로 사용하는 습식 에칭법이다.
산 용액은 염산 희석액, 불산 희석액, 및 인산 희석액 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 코팅층(200)의 표면에 플라즈마 에칭 또는 산 에칭을 실시하면 코팅층(200)의 표면이 부식되면서 마이크로미터 스케일의 제1 요철(201)이 형성된다.
제1 단계(S10) 이전에, 코팅층(200)의 염기 세척이 진행될 수 있다. 염기 세척은 코팅층(200)의 표면에 존재하는 자연 산화막을 제거함으로써 제1 단계(S10)의 물리적 또는 화학적 처리가 보다 잘 이루어지도록 하는 역할을 한다.
세척액은 수산화나트륨 수용액, 수산화바륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화칼슘 수용액, 수산화구리 수용액, 수산화철 수용액, 및 암모니아 수용액 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 코팅층(200) 전체가 세척액에 잠길 수 있다. 수산화나트륨 수용액의 경우, 산화알루미늄과의 반응에 의해 알루민산 나트륨으로 이온화되어 용액 속에 녹아 나오며, 자연 산화막이 벗겨진다. 이 과정에서 알루미늄도 반응하여 수소와 알루민산 나트륨을 생성한다.
수산화나트륨 수용액을 이용한 코팅층(200)의 염기 세척의 반응식은 아래와 같다.
2Al(s) + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2(g)
Al2O3(s) + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
제1 단계(S10)에서, 제1 요철(S201)이 형성된 코팅층(200)의 표면에는 실리콘 잔여물이 존재한다. 실리콘 잔여물을 제거하지 않으면 극소수성 표면을 제대로 만들기 어렵고, 극소수성 표면이 가지는 효과를 구현할 수 없다. 도 6은 제1 단계(S10) 실시 후 실리콘 잔여물이 남은 코팅층의 표면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
이후, 제2 단계(S20)에서 제1 요철(201)이 형성된 코팅층(200)의 표면을 질산 용액으로 처리하여 제1 요철(201) 위에 남아 있는 실리콘 잔여물을 제거한다.
질산 용액은 알루미늄과 반응하지 않고 실리콘과 반응하는 물질이다. 질산 용액은 실리콘과 반응하여 규산염을 만들며, 규산염은 용액에 응결된다. 이때 질산 용액은 불산을 더 포함할 수 있다. 이 경우 용액과 실리콘 잔여물의 반응성을 높여 제2 단계(S20)에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
제2 단계(S20)에서 코팅층(200) 전체는 질산 용액에 잠길 수 있으며, 제1 요철(201) 위에 남아 있는 실리콘 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있다. 도 7은 질산 용액 처리가 이루어진 코팅층의 표면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 7을 참고하면, 코팅층 표면의 실리콘 잔여물이 깨끗하게 제거된 것을 확인할 수 있다.
도 5d를 참고하면, 제3 단계(S30)에서, 코팅층(200)은 염기 세척이 이루어진 다음 끓는 물에 의해 처리된다. 염기 세척은 제1 단계(S10) 이전에 수행되는 염기 세척과 동일한 과정으로 이루어진다. 이때 전술한 화학 반응 이외에 알루미늄 표면이 알루민산염 하이드로겔로 약간의 겔화가 이루어진다.
겔화된 알루민산 염은 온도가 높은 물과 만나 깁사이트(gibbsite)로 결정화되고, 이 과정에서 플레이크(flake) 형상의 나노 사이즈 결정이 생성된다. 알루민산염 하이드로겔의 반응식은 아래와 같다.
Al(OH)4-·nH2O (알루민산염 하이드로겔) → γ-Al(OH)3 (깁사이트)
전술한 깁사이트 결정화는 온도가 낮은 물에서도 이루어지지만, 물의 온도가 높을수록 반응성이 높아진다. 제3 단계(S30)에서 염기 세척이 이루어진 코팅층(200)은 끓는 물에 3분 이상 잠길 수 있으며, 제1 요철(201)의 표면에 나노미터 스케일의 제2 요철(202)이 형성된다. 여기서, 나노미터 스케일은 1nm 이상 1,000nm 미만의 범위에 속하는 크기를 의미한다.
코팅층(200)은 전술한 제1 단계 내지 제3 단계(S10, S20, S30)를 거쳐 마이크로미터 스케일과 나노미터 스케일의 요철이 조합된 듀얼 스케일의 요철 표면을 가진다. 이때 제1 요철(201)은 코팅층(200)의 친수성을 강화시키고, 제2 요철(202)은 코팅층(200)의 친수성을 더욱 높여 극친수성 표면을 구현한다.
도 5e를 참고하면, 제4 단계(S40)에서 코팅층(200)의 표면에 소수성 고분자를 도포하여 소수성 고분자층(203)을 형성한다. 소수성 고분자는 불소 수지, 불소계 실란 커플링제, 불소계 이소시안산염 화합물, 알칸티올, 유기실란 화합물, 지방산, 방향족 아지드 화합물, 이들의 혼합물, 및 이들의 중합체로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
소수성 고분자는 침지법 또는 저압 스프레이법 등으로 코팅층(200) 표면에 도포되며, 핵산과 증류수를 이용하여 세척 후 고온의 오븐에서 건조될 수 있다. 소수성 고분자층(203)은 코팅층(200)의 알루미늄과 화학적 결합을 이룰 수 있다. 구체적으로, 소수성 고분자층(203)은 코팅층(200)의 표면과 공유 결합에 의해 단분자층 또는 다분자층의 형태를 이룰 수 있다.
소수성 고분자층(203)은 재료 자체로 소수성을 나타내며, 코팅층(200) 위에 극히 얇은 두께로 형성됨에 따라 코팅층(200)과 동일한 패턴을 나타낸다. 즉 소수성 고분자층(203)은 코팅층(200)의 제1 요철(201) 및 제2 요철(202)에 대응하는 듀얼 스케일의 요철 구조를 형성한다. 소수성 고분자층(203)은 단분자층으로서 대략 1nm 내지 5nm의 범위에 속하는 두께를 가질 수 있다.
제1 요철(201)에 대응하여 소수성 고분자층(203)에 형성된 요철 구조는 봉우리에 해당하는 높은 부분과 골짜기에 해당하는 낮은 부분을 가지며, 봉우리에 해당하는 높은 부분이 소수성 구현을 위한 마이크로 돌기로 기능한다. 그리고 플레이크 형태의 제2 요철(202)에 대응하여 소수성 고분자층(203)에 형성된 돌기 구조는 극소수성 구현을 위한 나노 돌기로 기능한다.
이러한 소수성 고분자층(203)은 마이크로 돌기들 사이 및 나노 돌기들 사이로 공기를 함유하여 물과의 접촉 면적을 최소화함으로써 접촉각이 160˚ 보다 큰 극소수성을 발휘한다.
도 8a, 도 8b, 도 8c는 도 4에 도시한 표면 처리 방법에 의해 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기의 확대 사진으로서, 물방울 접촉각 실험 결과를 나타내고 있다. 도 8a, 도 8b, 도 8c의 실험에 사용된 코팅층은 다음과 같은 방법으로 표면 가공되었다.
실리콘 함유 알루미늄으로 이루어진 코팅층을 수산화나트륨 수용액(1M, 20℃)에 담가 염기 세척을 진행하고, 이후 염산 희석액(1M, 60℃)에 담가 산 에칭에 의해 제1 요철을 형성하였다. 이후, 코팅층을 질산 용액(1M, 60℃)에 담가 규산염 생성물을 제거하고, 염기 세척을 진행하였다.
이후, 코팅층을 끓는 물에 담가 플레이크 형태의 제2 요철을 형성하고, 코팅층 표면에 헵타데카플루오르-1,1,2,2,-테트라하이드로데실트리클로로실레인(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrodecyltricholorosilane, HDFS)을 코팅하여 소수성 고분자층을 형성하였다.
전술한 표면 처리 방법에 따르면, 제2 단계(S20)에서 제1 요철(201) 위에 남아 있는 실리콘 잔여물을 제거함으로써 실리콘 함유 알루미늄으로 이루어진 코팅층(200)에 극소수성 표면을 구현할 수 있다. 도 8a, 도 8b, 도 8c에 나타낸 마이크로 채널 열교환기 표면의 접촉각은 160˚ 이상이며, 극소수성 표면을 구현하고 있다.
본 실시예에 따른 마이크로 채널 열교환기(100)는 표면 전체가 극소수성 표면으로 이루어지므로, 수분에 젖지 않으며, 세균과 먼지 쉽게 붙지 않아 세균과 곰팡이의 증식을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 마이크로 채널 열교환기
10: 제1 헤더 20: 제2 헤더
11, 21: 슬릿 15: 제1 배플
25: 제2 배플 30: 마이크로 채널 튜브
40: 핀 200: 코팅층
201: 제1 요철 202: 제2 요철
203: 소수성 고분자층

Claims (9)

  1. 실리콘 함유 알루미늄으로 이루어진 코팅층의 표면에 물리적 또는 화학적 처리를 하여 마이크로미터 스케일의 제1 요철을 형성하는 제1 단계;
    상기 코팅층의 표면을 질산 용액으로 처리하여 상기 제1 요철 상의 실리콘 잔여물을 제거하는 제2 단계;
    상기 코팅층의 표면을 염기 세척한 다음 끓는 물을 이용하여 상기 제1 요철의 표면에 나노미터 스케일의 제2 요철을 형성하는 제3 단계; 및
    상기 코팅층의 표면에 소수성 고분자를 코팅하여 상기 제1 요철 및 상기 제2 요철과 동일한 요철 구조를 가지는 소수성 단분자층을 형성하는 제4 단계
    를 포함하는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계에서, 상기 제1 요철은 샌드 블라스트, 플라즈마 에칭, 산 에칭 중 어느 하나의 방법으로 형성되며,
    상기 산 에칭은 염산 희석액, 불산 희석액, 인산 희석액 중 적어도 하나를 포함하는 산 용액을 이용하는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단계 이전에 상기 코팅층의 염기 세척이 이루어지며,
    상기 염기 세척은 수산화나트륨 수용액, 수산화바륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화칼슘 수용액, 수산화구리 수용액, 수산화철 수용액, 및 암모니아 수용액 중 적어도 하나를 포함하는 세척액에 상기 코팅층을 담그는 것으로 이루어지는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계에서, 질산 용액은 불산을 더 포함하며, 실리콘 잔여물 제거는 상기 코팅층을 질산 용액에 담그는 것으로 이루어지는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단계에서, 상기 염기 세척은 수산화나트륨 수용액, 수산화바륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화칼슘 수용액, 수산화구리 수용액, 수산화철 수용액, 및 암모니아 수용액 중 적어도 하나를 포함하는 세척액에 상기 코팅층을 담그는 것으로 이루어지며,
    상기 코팅층의 알루미늄 표면은 알루민산염 하이드로겔로 변하는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 단계에서, 상기 코팅층 표면의 겔화된 알루민산 염은 끓는 물에 의해 깁사이트(gibbsige)로 결정화되고,
    상기 제2 요철은 플레이크 형상의 나노미터 사이즈 결정으로 이루어지는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 소수성 고분자는 불소 소지, 불소계 실란 커플링제, 불소계 이소시안산염 화합물, 알칸티올, 유기실란 화합물, 지방산, 방향족 아지드 화합물, 이들의 혼합물, 및 이들의 중합체로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 소수성 고분자층은 상기 코팅층의 표면과 공유 결합을 하여 단분자층 또는 다분자층의 형태를 이루는 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법.
  9. 서로 마주하는 제1 헤더 및 제2 헤더;
    양단이 상기 제1 헤더 및 상기 제2 헤더에 결합되고, 내부에 복수의 채널을 가지며, 서로간 거리를 두고 배열되는 복수의 마이크로 채널 튜브;
    상기 복수의 마이크로 채널 튜브 사이에 위치하며, 지그재그로 절곡된 금속판으로 이루어진 복수의 핀; 및
    실리콘 함유 알루미늄을 포함하고, 상기 제1 헤더와 상기 제2 헤더의 표면, 상기 복수의 마이크로 채널 튜브의 표면, 상기 복수의 핀의 표면에 위치하는 코팅층을 포함하며,
    상기 코팅층은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기.
KR1020160132060A 2016-10-12 2016-10-12 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기 KR20180040330A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160132060A KR20180040330A (ko) 2016-10-12 2016-10-12 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기
PCT/KR2017/010411 WO2018070685A1 (ko) 2016-10-12 2017-09-21 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160132060A KR20180040330A (ko) 2016-10-12 2016-10-12 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180040330A true KR20180040330A (ko) 2018-04-20

Family

ID=61906336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160132060A KR20180040330A (ko) 2016-10-12 2016-10-12 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20180040330A (ko)
WO (1) WO2018070685A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD894141S1 (en) * 2018-08-29 2020-08-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Television receiver
JP2021037226A (ja) * 2019-09-05 2021-03-11 株式会社サーフテクノロジー 機能性部材

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114752234A (zh) * 2021-01-08 2022-07-15 杭州三花研究院有限公司 复合材料及其制备方法、换热器及热管理系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160005156A (ko) * 2014-07-03 2016-01-14 한온시스템 주식회사 증발기

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009229040A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器および熱交換器の製造方法
KR101510304B1 (ko) * 2012-02-29 2015-04-10 한국기계연구원 친수성 및 소수성 특성을 구비한 하이브리드 전열핀 및 이의 제조방법
KR102094529B1 (ko) * 2013-07-23 2020-03-30 엘지전자 주식회사 열교환기, 그 제조방법 및 그 제조장치
KR20150077689A (ko) * 2013-12-30 2015-07-08 포항공과대학교 산학협력단 친수성 및 소수성 표면으로 처리한 히트파이프

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160005156A (ko) * 2014-07-03 2016-01-14 한온시스템 주식회사 증발기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD894141S1 (en) * 2018-08-29 2020-08-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Television receiver
JP2021037226A (ja) * 2019-09-05 2021-03-11 株式会社サーフテクノロジー 機能性部材

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018070685A1 (ko) 2018-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180040330A (ko) 마이크로 채널 열교환기의 표면 처리 방법 및 이 방법으로 제작된 극소수성 표면을 가지는 마이크로 채널 열교환기
KR101404127B1 (ko) 금속 기재의 표면 가공 방법 및 이 방법에 의해 가공된 표면을 가지는 금속 기재
US11912890B2 (en) Liquid-repellent coatings
JP6611734B2 (ja) 親水性表面を有する流体制御フィルム、その作製方法、及び構造化表面を洗浄する方法
JP5482192B2 (ja) シリコンウェハ用洗浄剤
US20090260702A1 (en) Method for fabricating solid body having superhydrophobic surface structure and superhydrophobic tube using the same method
JP2014524984A (ja) 極疎水性表面加工方法及び極疎水性表面を有する蒸発器
KR101844956B1 (ko) 친수성이 향상된 알루미늄 표면의 제조방법 및 친수성 알루미늄 표면체
JP5677144B2 (ja) 撥水性部材及びその製造方法、並びに空調機室外機
JP6288383B2 (ja) 被断熱体の製造方法
JP2006196879A5 (ko)
JP2010192879A (ja) シリコンウェハ用洗浄剤
JP2013092289A (ja) 超撥水撥油性熱交換部材とその製造方法並びにそれらを用いた熱交換器
KR101404128B1 (ko) 금속 기재의 표면 가공 방법 및 이 방법에 의해 가공된 표면을 가지는 금속 기재
JP4990413B2 (ja) 熱交換器の製造方法
JP2009088253A (ja) 微細構造体の製造方法および微細構造体の製造システム
KR20150077689A (ko) 친수성 및 소수성 표면으로 처리한 히트파이프
KR20090012567A (ko) 계층적 기공구조물 및 계층적 기공구조물을 이용한초소수성 및 초친수성 표면 제조방법
US10870256B2 (en) Hydrophilic aluminum surface body having hybrid nanostructure and manufacturing method thereof
KR20120093470A (ko) 나노 딤플 패턴의 형성방법 및 나노 구조물
KR20180038609A (ko) 강화 글라스의 제조 방법, 이를 통해 제조된 강화 글라스 및 강화 글라스를 포함하는 전자 기기
WO2024166341A1 (ja) 抗ウイルス性コーティング膜、抗ウイルス性コーティング膜の製造方法及びコーティング物品
KR102053915B1 (ko) 표면 처리 방법 및 이에 의한 표면 구조층
JP4958280B2 (ja) 有機被膜形成用ガラス表面微細構造の作成方法
JP2008105887A (ja) 超撥水ガラス基板及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment