KR20200001891A - Heat transfer tube having improved heat-transfer performance and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전열성능이 향상된 전열관 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전열관 표면에 발수 코팅을 생성하여 응축수의 제거가 용이하고 열전달 성능이 향상된 전열관 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat transfer tube with improved heat transfer performance and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a heat transfer tube having a heat-repellent coating formed on the surface of the heat transfer tube to facilitate the removal of condensate and an improved heat transfer performance.
원자력 발전소나 화력발전소에서는 우라늄, 석유, 석탄 등을 연료로 하여 열을 발생하여, 이 열로 시스템을 순환하는 물을 가열하여 증기를 형성한다. 형성된 증기는, 터빈을 돌려 전기를 생산하고, 터빈을 통과한 증기는 응축기에서 냉각되어 다시 물로 변한다. 특히, 증기 순환 발전방식에서 응축 과정을 물로 냉각하는 수랭식은 많은 양의 냉각수를 필요로 하므로, 응축기에 사용하는 냉각수로 해수를 사용한다. 따라서 냉각수로 사용되는 해수를 원활하게 공급 및 배출하기 위하여, 해안 가까이 설치되는 것이 일반적이다.Nuclear power plants and thermal power plants generate heat using uranium, petroleum, and coal as fuel, and heat the water circulating in the system to form steam. The steam formed turns the turbine to produce electricity, and the steam passed through the turbine is cooled in a condenser and turned back into water. In particular, the water-cooling method of cooling the condensation process with water in the steam circulation generation method requires a large amount of cooling water, and thus uses seawater as the cooling water used in the condenser. Therefore, in order to smoothly supply and discharge seawater used as cooling water, it is generally installed near the shore.
응축기는 다른 표현으로 복수기라고 표현되며, 복수기(復水器)라는 한자를 풀이하면 증기를 물로 다시 되돌려주는 그릇으로, 해수를 응축기 전열관에 지속적으로 흐르게 하여, 응축기 내벽의 온도를 지속적으로 내려준다. 그러면 밸브를 통해서 나와 터빈을 돌린 수증기가 바로 응축기 내벽에 부딪히고 그 순간 수증기는 식혀져서 물로 되돌아가는 복수(復水)가 되고, 복수를 다시 보일러 파이프로 돌려보내 500도 내외의 물을 만들어 밸브를 통하여 터빈을 통과시킨다. The condenser is expressed as a condenser in other words, and the condenser (復 水 器) is a bowl that returns steam back to the water. The condenser keeps the temperature of the condenser's inner wall flowing continuously through the condenser heat pipe. The steam that came out of the valve and turned the turbine immediately hits the inner wall of the condenser. At that moment, the steam cools down and becomes a plurality of water that is returned to the water.The water is returned to the boiler pipe to make water around 500 degrees. Pass the turbine through.
보일러에서는 지속적으로 뜨거운 물이 과포화 증기가 되어 밸브를 통하여 터빈으로 뿜어져 나오고 복수기 안에서는 증기가 급냉(急冷)이 되어 물로 되돌아 가는 과정이 지속적으로 반복된다.In the boiler, hot water continuously becomes supersaturated steam and is pumped through the valve to the turbine. In the condenser, the steam is quenched and returned to the water continuously.
터빈을 돌린 수증기는 응축기 내벽에 접촉함으로 인해, 식어서 물로 되돌아가며, 이때, 응축기 내벽에 접촉하는 양을 늘리기 위해, 다수의 전열관으로 구성되어 접촉 면적을 늘린다. Water vapor that turns the turbine cools and returns to water due to contact with the inner wall of the condenser, where it is composed of a plurality of heat pipes to increase the contact area to increase the amount of contact with the inner wall of the condenser.
전열관은 응축과 증발현상을 반복하면서 관의 내외를 흐르는 유체 사이에 열교환을 한다. 즉, 전열관은 증발기와 응축기에 구비되어 냉매가 순환되도록 구성되는데, 증발기에서 냉매가 증발하면서 냉수와 열교환이 이루어지면서 그 표면에는 비등(boiling) 열전달 현상이 일어난다. 이렇게 증발기에서 증발한 냉매는 응축기에서 냉각수와 열교환하여 응축이 되며, 이때 응축 열전달 현상이 발생된다. The heat transfer tube exchanges heat between the fluid flowing in and out of the tube while repeating condensation and evaporation. That is, the heat transfer tube is provided in the evaporator and the condenser so that the refrigerant is circulated. As the refrigerant evaporates in the evaporator, heat exchange with cold water occurs, and a boiling heat transfer phenomenon occurs on the surface thereof. The refrigerant evaporated in the evaporator is condensed by exchanging heat with the cooling water in the condenser, and condensation heat transfer occurs.
전열면에서 발생하는 증기의 표면 응축은 액적형 응축(dropwise condensation)과 액막형 응축(filmwise condensation)으로 나뉠 수 있으며, 액적형 응축의 경우가 액막형에 비해 훨씬 큰 전열성능을 보이는데, 이는 액막형 응축이 나타나면 전열관 표면은 응축수로 덮이게 되고 열저항으로 작용하여 열전달 성능을 감소시키기 때문이다.The surface condensation of steam from the heat transfer surface can be divided into dropwise condensation and filmwise condensation, and the droplet condensation shows much higher heat transfer performance than the liquid film type. If condensation occurs, the surface of the heat pipe is covered with condensate and acts as a thermal resistance, reducing heat transfer performance.
응축기는 관 외부에서 응축에 의한 부식, 응축된 유체의 표면 잔류에 의해 발생하는 부식 등이 일어나는 문제가 있다. 마찬가지로, 발전소에서 사용되는 열 교환기(heat exchanger)의 경우에도, 전열판을 교차하여 통과하는 유로 간에 열 교환시 관 외부에서 응축에 의한 부식, 응축된 유체의 표면 잔류에 의해 발생하는 부식 등이 일어나는 문제가 발생할 수 있다.The condenser has a problem of corrosion caused by condensation outside the tube, corrosion caused by surface residual of the condensed fluid, and the like. Similarly, in the case of heat exchangers used in power plants, problems such as corrosion caused by condensation on the outside of the pipe and corrosion caused by surface residual of the condensed fluid occur during heat exchange between flow paths passing through the heat transfer plate. May occur.
따라서, 응축되는 증기를 액적형으로 하여 전열성능을 증가시킬 수 있는 코팅액의 개발이 시급한 실정이다. Therefore, it is urgent to develop a coating liquid capable of increasing the heat transfer performance by using the condensed vapor as a droplet form.
한편, 테프론은 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 거의 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 내마모성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성들을 가지고 있다. On the other hand, Teflon forms a very stable compound due to the strong chemical bonding of fluorine and carbon, and has almost perfect chemical inertness and heat resistance, wear resistance, non-tackiness, excellent insulation stability, and low coefficient of friction.
이러한 테프론을 이용한 코팅은 많은 산업분야에서 응용되고 있는데, 그 사용범위는 일반 주방용기에서부터 기계·자동차·반도체·우주 항공산업 부품에 이르기까지 매우 다양하다.These Teflon-based coatings are applied in many industrial fields, and their range of use ranges from general kitchen containers to machinery, automobiles, semiconductors, and aerospace components.
그러나, 테프론을 기존 방법으로 전열관에 코팅할 경우 코팅의 두께가 두꺼워 열저항으로 작용하며, 얇게 코팅할 경우 코팅층의 균열이 발생하여 적용이 불가능한 문제점이 있었다.However, when Teflon is coated on a heat pipe by the conventional method, the thickness of the coating acts as a heat resistance, and when the thin coating is applied, there is a problem in that the coating layer is cracked.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 응축기 전열관 표면에 발수 코팅을 생성하여 응축수의 제거가 용이하고 열전달 성능이 향상된 전열관의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a heat transfer tube is easy to remove the condensate by improving the heat transfer performance by generating a water-repellent coating on the surface of the heat transfer condenser.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조된 전열성능이 향상된 전열관을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a heat transfer tube having improved heat transfer performance.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명 및 청구 범위에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and claims.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 불소계 수지 0.1 내지 1 중량부 및 용매 100중량부를 혼합한 코팅액을 제조하는 단계; 및 전열관의 표면에 상기 코팅액을 이용하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법을 제공한다.The present invention for achieving the above technical problem, the step of preparing a coating solution in which 0.1 to 1 parts by weight of fluorine-based resin and 100 parts by weight of a solvent are mixed; And forming a coating layer on the surface of the heat transfer pipe by using the coating solution.
또한, 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 전열성능이 향상된 전열관을 제공한다.In addition, the present invention provides a heat transfer tube with improved heat transfer performance produced by the manufacturing method.
본 발명의 일 구체예에 따르면 상기 불소계 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리트리클로로플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐(PVF), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETRE), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTRE), 및 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.According to one embodiment of the invention the fluorine-based resin is polytetrafluoroethylene (PTFE), polytetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polytrichloro Fluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETRE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTRE), and tetrafluoroethylene- Perfluoroalkyl vinyl ether copolymers (PFA).
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 용매는 퍼플루오로카본일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the solvent may be perfluorocarbon.
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 퍼플루오로카본은 FC-40, FC-43, FC-77 및 이의 혼합물에서 선택될 수 있다.According to another embodiment of the invention the perfluorocarbon may be selected from FC-40, FC-43, FC-77 and mixtures thereof.
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 코팅액을 제조하는 단계는 불소계 수지 0.1 내지 1 중량부 및 용매 100중량부를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 60 내지 100℃에서 12 내지 48시간 동안 100 내지 500rpm의 속도로 교반하여 1차 반응액을 제조하는 단계; 상기 1차 반응액에 접착 프로모터 0.5 내지 5 중량부를 첨가하여 2차 반응액을 제조하는 단계; 및 상기 2차 반응액을 300 내지 700rpm의 속도로 30 내지 90분 동안 교반하는 단계;를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the preparing of the coating solution may include mixing 0.1 to 1 parts by weight of the fluorine resin and 100 parts by weight of the solvent; Preparing a primary reaction solution by stirring the mixture at a speed of 100 to 500 rpm for 12 to 48 hours at 60 to 100 ° C .; Preparing a secondary reaction solution by adding 0.5 to 5 parts by weight of an adhesion promoter to the first reaction solution; And stirring the secondary reaction solution for 30 to 90 minutes at a speed of 300 to 700 rpm.
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 접착 프로모터는 퍼플루오로알킬모노실란(Perfluoroalkyl monosilane), 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 또는 2-하이드록시에틸 메트아크릴레이트(HEMA)일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the adhesion promoter may be perfluoroalkyl monosilane, 2-hydroxyethyl acrylate (HEA) or 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA).
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅액을 전열관의 표면에 도포한 후 50 내지 300℃에서 열처리하는 것일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the forming of the coating layer may be performed by applying the coating solution to the surface of the heat transfer tube and then performing heat treatment at 50 to 300 ° C.
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 전열관은 동관, 알루미늄, 티타늄 또는 스테인레스 강관일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the heat pipe may be a copper pipe, aluminum, titanium or stainless steel pipe.
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 코팅층은 전열관의 내면, 외면 또는 내외면에 형성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the coating layer may be formed on the inner surface, the outer surface, or the inner and outer surfaces of the heat transfer tube.
본 발명의 다른 구체예에 따르면 상기 코팅층의 두께는 0.01 내지 10㎛일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the thickness of the coating layer may be 0.01 to 10 μm.
본 발명은 표면에 발수 코팅이 형성된 전열관 및 이의 제조 방법으로, 전열관의 표면은 응축수의 거동이 액적형으로 변화되어 응축수의 제거가 용이하게 일어나 전열성능이 향상된다.The present invention is a heat transfer tube formed with a water-repellent coating on the surface and a method of manufacturing the same, the surface of the heat transfer tube is changed to the droplet form of the condensate is easy to remove the condensate water is improved heat transfer performance.
또한, 본 발명은 전열관의 표면에 1㎛ 미만의 두께로 테프론 코팅을 할 수 있어 코팅이 열저항으로 작용하지 않고 코팅의 내구성도 향상된다.In addition, the present invention can be applied to the surface of the heat transfer tube with a thickness of less than 1 ㎛ Teflon coating so that the coating does not act as a heat resistance and the durability of the coating is also improved.
도 1은 본 발명의 비교예 2에 따라 제조된 전열관의 열적 안정성 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전열관의 열적 안정성 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 전열관의 열적 안정성 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예 2에 따라 제조된 전열관의 액정 충돌 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전열관의 액정 충돌 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 전열관의 액정 충돌 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 비교예 2에 따라 제조된 전열관의 마찰 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전열관의 마찰 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 전열관의 마찰 실험에서 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전열관의 열 유속을 측정한 결과 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전열관의 열전달계수를 측정한 결과 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전열관의 열전달계수를 측정한 실험장치이다.
도 13은 본 발명의 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전열관의 응축 거동을 1.2의 응축 레벨(s)에서 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예 및 비교예 1에 따라 제조된 전열관의 응축 거동을 1.6의 응축 레벨(s)에서 촬영한 사진이다.1 is a graph showing a result of measuring a contact angle in a thermal stability test of a heat pipe manufactured according to Comparative Example 2 of the present invention.
Figure 2 is a graph of the result of measuring the contact angle in the thermal stability test of the heat pipe manufactured according to Example 1 of the present invention.
Figure 3 is a graph of the result of measuring the contact angle in the thermal stability test of the heat pipe manufactured according to Example 2 of the present invention.
Figure 4 is a graph of the result of measuring the contact angle in the liquid crystal collision experiment of the heat pipe manufactured according to Comparative Example 2 of the present invention.
5 is a graph showing a result of measuring contact angles in a liquid crystal collision test of a heat pipe manufactured according to Example 1 of the present invention.
6 is a graph showing a result of measuring contact angles in a liquid crystal collision test of a heat pipe manufactured according to Example 2 of the present invention.
7 is a graph showing a result of measuring contact angles in a friction experiment of a heat pipe manufactured according to Comparative Example 2 of the present invention.
8 is a graph showing a result of measuring a contact angle in a friction experiment of a heat pipe manufactured according to Example 1 of the present invention.
9 is a graph showing a result of measuring a contact angle in a friction experiment of a heat pipe manufactured according to Example 2 of the present invention.
10 is a graph showing the results of measuring the heat flux of the heat exchanger tubes manufactured according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
11 is a graph showing the results of measuring the heat transfer coefficient of the heat exchanger tubes manufactured according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
12 is an experimental apparatus for measuring the heat transfer coefficient of the heat transfer tube manufactured according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
13 is a photograph taken at the condensation level (s) of 1.2 of the condensation behavior of the heat exchanger tube manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
14 is a photograph taken at the condensation level (s) of 1.6 of the condensation behavior of the heat transfer tubes manufactured according to Examples and Comparative Example 1 of the present invention.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to an Example. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the inventive concept to those skilled in the art.
또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 가정된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In addition, the thickness or size of each layer in the drawings is assumed for convenience and clarity of description, the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" may include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. Also, as used herein, "comprise" and / or "comprising" specifies the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or groups of these. It is not intended to exclude the presence or the addition of one or more other shapes, numbers, acts, members, elements and / or groups.
본 발명은 불소계 수지 0.1 내지 1 중량부 및 용매 100중량부를 혼합한 코팅액을 제조하는 단계; 및 전열관의 표면에 상기 코팅액을 이용하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of preparing a coating solution of 0.1 to 1 parts by weight of a fluorine resin and 100 parts by weight of a solvent; And forming a coating layer on the surface of the heat transfer pipe by using the coating solution.
본 발명에 사용되는 불소계 수지는 탄소-불소 결합을 갖는 수지이며, 상기 불소계 수지의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리트리클로로플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐(PVF), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETRE), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTRE), 및 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)를 들 수 있으며, 이들 화합물 중, PTFE가 가공시의 내열성의 관점에서 바람직하다.The fluorine resin used in the present invention is a resin having a carbon-fluorine bond, and examples of the fluorine resin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polytetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and polychloro Trifluoroethylene (PCTFE), polytrichlorofluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETRE), ethylene-chlorotrifluoroethylene aerial The copolymer (ECTRE) and the tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) are mentioned, Among these compounds, PTFE is preferable from a heat resistant viewpoint at the time of processing.
상기 불소계 수지는 용매 100중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 코팅액에 포함될 수 있는데 0.1 중량부 미만으로 포함되면 코팅층이 발수 표면을 형성하지 않아 전열성능 향상 효과가 없고 1 중량부를 초과하여 포함되어도 발수성(접촉각 값)은 증가하지 않는 반면 코팅막의 두께가 두꺼워져 열저항으로 작용하며 전열성능이 감소된다.The fluorine-based resin may be included in the coating solution in an amount of 0.1 to 1 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solvent. If it is included in an amount of less than 0.1 parts by weight, the coating layer does not form a water repellent surface, and thus does not have an effect of improving heat transfer performance. While the contact angle value does not increase, the thickness of the coating film becomes thick, which acts as a thermal resistance, and the heat transfer performance is decreased.
본 발명의 용매는 불소계 수지를 분산시키고 코팅액의 점도를 조절하기 위한 용도로 사용된다. 예를 들어, 아세톤, 메틸에틸케톤, 헥산, 헵탄, 옥탄, 2-헵탄온, 시클로헵탄온, 시클로헥산온, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 에틸시클로헥산, 메틸-n-펜틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸이소펜틸케톤, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노아세테이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노아세테이트, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜모노아세테이트, 디프로필렌글리콜모노아세테이트, 프로필렌글리콜디아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 테트라히드로퍼푸릴아크릴레이트, 4-비닐피리딘, 2-에틸헥실아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 오 펜틸글리콜디아크릴레이트, 헥산디올디아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 스티렌, 퍼플루오로카본, 하이드로플루오로에테르, 하이드로클로로플루오로카본, 하이드로플루오로카본, 퍼플루오로폴리에테르, 디메틸이미다졸린, 테트라히드로푸란, 피리딘, 포름아미드, 아세트아닐리드, 디옥솔란, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 페놀 및 각종 실리콘 오일로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기용매를 단독으로 사용하거나 또는 이들 중에서 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. The solvent of the present invention is used for dispersing the fluorine resin and for controlling the viscosity of the coating liquid. For example, acetone, methyl ethyl ketone, hexane, heptane, octane, 2-heptanone, cycloheptanone, cyclohexanone, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, methyl-n-pentyl ketone, methyl isobutyl Ketone, methyl isopentyl ketone, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monoacetate, diethylene glycol di Ethyl ether, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol monoacetate, propylene glycol diacetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, 2-hydroxyethyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, 4-vinyl Pyridine, 2-ethylhexyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacryl Yate, hydroxypropyl methacrylate, glycidyl methacrylate, pentyl glycol diacrylate, hexanediol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, methacrylate, methyl methacrylate, styrene, perfluoro Carbon, hydrofluoroether, hydrochlorofluorocarbon, hydrofluorocarbon, perfluoropolyether, dimethylimidazoline, tetrahydrofuran, pyridine, formamide, acetanilide, dioxolane, o-cresol, m- Organic solvents selected from the group consisting of cresols, p-cresols, phenols and various silicone oils may be used alone or a mixture of two or more thereof may be used.
본 발명의 일 구체예에서 상기 용매는 퍼플루오로카본일 수 있으며, 바람직하게는 3M사의 FC40, FC43, FC77 또는 이들 중 2이상의 혼합물이다.In one embodiment of the invention the solvent may be perfluorocarbon, preferably 3M FC40, FC43, FC77 or a mixture of two or more thereof.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 코팅액을 제조하는 단계는 불소계 수지 0.1 내지 1 중량부 및 용매 100중량부를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 60 내지 100℃에서 12 내지 48시간 동안 100 내지 500rpm의 속도로 교반하여 1차 반응액을 제조하는 단계; 상기 1차 반응액에 접착 프로모터 0.5 내지 5 중량부를 첨가하여 2차 반응액을 제조하는 단계; 및 상기 2차 반응액을 300 내지 700rpm의 속도로 30 내지 90분 동안 교반하는 단계;를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the preparing of the coating solution may include mixing 0.1 to 1 parts by weight of the fluorine resin and 100 parts by weight of the solvent; Preparing a primary reaction solution by stirring the mixture at a speed of 100 to 500 rpm for 12 to 48 hours at 60 to 100 ° C .; Preparing a secondary reaction solution by adding 0.5 to 5 parts by weight of an adhesion promoter to the first reaction solution; And stirring the secondary reaction solution for 30 to 90 minutes at a speed of 300 to 700 rpm.
본 발명에서 상기 접착 프로모터는 코팅액과 전열관의 결합을 증강시키기 위해 사용되며, 예를 들어 퍼플루오로알킬모노실란(Perfluoroalkyl monosilane), 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 또는 2-하이드록시에틸 메트아크릴레이트(HEMA)일 수 있다.In the present invention, the adhesion promoter is used to enhance the bond between the coating liquid and the heat pipe, for example, perfluoroalkyl monosilane, 2-hydroxyethyl acrylate (HEA) or 2-hydroxyethyl meth. Acrylate (HEMA).
상기 접착 프로모터는 0.5 내지 5 중량부로 코팅액에 첨가될 수 있는데 0.5 중량부 미만으로 포함되면 접착력의 감소로 코팅층의 밀착력이 저하되어 균일한 코팅층의 형성이 어렵고 5 중량부를 초과하여 포함되면 공기중의 습기에 영향을 받아 표면이 쉽게 오염될 수 있다.The adhesion promoter may be added to the coating liquid at 0.5 to 5 parts by weight. If it is included in less than 0.5 parts by weight, the adhesion of the coating layer is reduced due to the decrease in the adhesion strength, making it difficult to form a uniform coating layer. The surface can easily be contaminated by the
이렇게 제조된 코팅액을 전열관의 표면에 도포하여 코팅층을 형성한다. 이때 도포 방식은 당업계에서 알려진 도포 방법, 예를 들면 롤 코팅, 그라비어 코팅, 침지 코팅, 스핀 코팅, 회전 코팅, 스프레이 코팅, 메니스커스 코팅, 스핑 코팅, 브러시 코팅, 에어나이프 코팅 등을 적절히 선정하여 적용할 수 있다. The coating solution thus prepared is applied to the surface of the heat transfer tube to form a coating layer. At this time, the coating method is appropriately selected coating methods known in the art, for example, roll coating, gravure coating, immersion coating, spin coating, rotary coating, spray coating, meniscus coating, sping coating, brush coating, air knife coating, etc. Can be applied.
따라서, 전열면에 발수 코팅층이 형성됨으로써, 전열성능을 향상시킬 수 있다. 열교환기의 전열면에서는 액적형 응축(dropwise condensation) 또는 액막형 응축(filmwise condensation) 현상이 일어나게 되는데, 본 발명에서는 액적형 응축이 발생하게 된다. 이러한 액적형 응축은 액막형 응축에 비해, 응축수에 의한 열저항을 최소화하기 때문에 전열성능을 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, by forming the water repellent coating layer on the heat transfer surface, it is possible to improve the heat transfer performance. Dropwise condensation or filmwise condensation occurs on the heat transfer surface of the heat exchanger. In the present invention, droplet condensation occurs. Compared to liquid film condensation, such droplet condensation minimizes heat resistance due to condensed water, thereby significantly improving heat transfer performance.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅액을 전열관의 표면에 도포한 후 50 내지 300℃에서 열처리하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the forming of the coating layer may include heat treatment at 50 to 300 ° C. after applying the coating solution to the surface of the heat transfer tube.
상기 열처리는 전열관의 표면에 형성된 코팅층의 전체적인 균일도 향상과 두께 균일도 유지를 위한 단계이다. 상기 열처리를 통해서 전열면에 도포된 코팅액 중 용매는 휘발하고 불소계 수지는 경화되어 견고한 코팅층을 형성할 수 있다. 열처리 시간은 내구성 향상을 위하여 1 시간 이상 하는 것이 바람직하다.The heat treatment is a step for maintaining the overall uniformity and thickness uniformity of the coating layer formed on the surface of the heat transfer tube. The solvent in the coating liquid applied to the heat transfer surface through the heat treatment may be volatilized and the fluorine resin may be cured to form a solid coating layer. The heat treatment time is preferably 1 hour or more in order to improve durability.
본 발명의 전열관은 금속 소재로 제작된 전열관이라면 어느 것이나 가능하며, 상기 금속 소재는, 알루미늄, 스테인리스 강, 구리 및 티타늄 등을 포함하다. The heat transfer tube of the present invention can be any heat transfer tube made of a metal material, and the metal material includes aluminum, stainless steel, copper, titanium, and the like.
따라서, 본 발명에 의하면 두께가 0.01 내지 10㎛인 테프론 코팅층을 전열관의 내면, 외면 또는 내외면에 형성할 수 있기 때문에 전열성능이 향상된 전열관을 제조할 수 있다.Therefore, according to the present invention, since a Teflon coating layer having a thickness of 0.01 to 10 μm can be formed on the inner surface, the outer surface, or the inner and outer surfaces of the heat transfer tube, the heat transfer tube having improved heat transfer performance can be manufactured.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 실시적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention more practically, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. will be.
실시예 1: 표면에 0.25 중량% 테프론 코팅층이 형성된 전열관Example 1 Heat Transfer Tube with 0.25 wt% Teflon Coating on Surface
테프론 수지(듀퐁 사) 0.25g과 FC-40(3M사) 100g을 혼합한 후, 혼합된 용액을 300rpm, 80℃의 조건에서 24시간 동안 교반하였다. 상기 용액에 퍼플루오로알킬모노실란(Perfluoroalkyl monosilane) 1g을 첨가하고 500rpm의 조건에서 1시간 동안 교반하여 코팅액을 제조하였다.After mixing 0.25 g of Teflon resin (Dupont) and 100 g of FC-40 (3M), the mixed solution was stirred at 300 rpm and 80 ° C for 24 hours. 1 g of perfluoroalkyl monosilane was added to the solution, and stirred at 500 rpm for 1 hour to prepare a coating solution.
코팅액을 티타늄 재질의 전열관에 도포한 후 100℃오븐에서 3시간 동안 어닐링(annealing)하여 발수 코팅층이 형성된 전열관을 제조하였다.The coating solution was applied to a titanium heat transfer tube, and then annealed at 100 ° C. for 3 hours to prepare a heat transfer tube having a water repellent coating layer.
실시예 2: 표면에 0.75 중량% 테프론 코팅층이 형성된 전열관Example 2: Heat transfer tube with a 0.75% by weight Teflon coating layer formed on the surface
테프론 수지(듀퐁 사) 0.75g과 FC-40(3M사) 100g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 제조하였다.Except that 0.75 g of Teflon resin (Dupont) and 100 g of FC-40 (3M) were prepared under the same conditions as in Example 1.
비교예 1: 코팅층이 형성되지 않은 전열관Comparative Example 1: Heat Transfer Tube Without Coating Layer
실시예 1에 사용된 전열관을 표면 개질하지 않고 비교예 1로 사용하였다.The heat exchanger tube used in Example 1 was used as Comparative Example 1 without surface modification.
비교예 2: HDFS 코팅층이 형성된 전열관Comparative Example 2: Heat Transfer Tube with HDFS Coating Layer
HDFS (Heptadeca-fluoro-1,1,2,2,2 tetrahydrodecyl trichlorosilane) 및 n-헥산을 1:1000의 비율로 혼합하여 제조한 코팅액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 제조하였다.It was prepared under the same conditions as in Example 1 except for using a coating solution prepared by mixing HDFS (Heptadeca-fluoro-1,1,2,2,2 tetrahydrodecyl trichlorosilane) and n-hexane in a ratio of 1: 1000.
실험예 1: 코팅층의 열적 안정성Experimental Example 1: Thermal Stability of Coating Layer
실시예 1, 2 및 비교예 2에 따라 제조된 전열관 코팅층의 열적 안정성을 확인하기 위해, 접촉각 측정기(Smartdrop, FEMTOFAB)를 이용하여 접촉각을 측정하였고, 그 결과를 도 1 내지 도 3에 나타내었다.In order to confirm the thermal stability of the heat pipe coating layer prepared according to Examples 1, 2 and Comparative Example 2, the contact angle was measured by using a contact angle measuring device (Smartdrop, FEMTOFAB), the results are shown in Figs.
열적 안정성 실험은 전열관 표면을 100℃스팀에 지속 노출시켜 표면 온도를 40℃로 한 후 14의 응축 레벨(Supersaturation level, s)에서 접촉각을 측정해본 결과이다.The thermal stability test is a result of measuring the contact angle at a supersaturation level (s) of 14 after exposing the surface of the heat pipe to 100 ° C steam continuously to bring the surface temperature to 40 ° C.
s(응축 레벨) = Pv(증기압) / Ps(포화압)s (condensation level) = P v (vapor pressure) / P s (saturation pressure)
접촉각은 물방울 적하 30초 후의 접촉각을 정지 접촉각(Static CA), 물방울의 물의 추가에 따라 액적의 계면이 전진할 때의 접촉각을 전진 접촉각(Advancing CA), 물의 감소에 따라 액적의 계면이 후진할 때의 접촉각을 후진 접촉각(Receding CA)으로 정의하고, 각각 측정했다.The contact angle is the static contact angle (Static CA) after 30 seconds of dropping the droplet, the contact angle when the interface of the droplet moves forward with the addition of water in the droplet, the advancing contact angle (Advancing CA), and when the interface of the droplet reverses due to the decrease of water. The contact angle of was defined as the receding contact angle (Receding CA), and each was measured.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 HDFS 코팅의 후진 접촉각은 24시간만에 급격히 감소 후 144시간이 지난 후 10°까지 감소한 것에 반해 실시예 1, 2의 테프론 코팅은 288시간이 지난 후에야 20°까지 감소한 것을 확인할 수 있었고 테프론 함량에 따른 차이는 크지 않았다. 따라서 열적 안정성 실험 결과 테프론 코팅이 HDFS 코팅 대비 우수함을 확인할 수 있었다.1 to 3, the reverse contact angle of the HDFS coating of Comparative Example 2 decreased to 10 ° after 144 hours after a sharp decrease in 24 hours, whereas the Teflon coating of Examples 1 and 2 was 288 hours. Only after the last 20 ° can be confirmed that the difference between the Teflon content was not large. Therefore, the thermal stability test results showed that the Teflon coating is superior to the HDFS coating.
실험예 2: 코팅층의 물리적 안정성 (액적 충돌 실험)Experimental Example 2: Physical Stability of Coating Layer (Drop Collision Experiment)
실시예 1, 2 및 비교예 2에 따라 제조된 전열관 코팅층의 물리적 안정성을 확인하기 위해, 접촉각 측정기(Smartdrop, FEMTOFAB)를 이용하여 접촉각을 측정하였고, 그 결과를 도 4 내지 도 6에 나타내었다.In order to confirm the physical stability of the heat pipe coating layer prepared according to Examples 1, 2 and Comparative Example 2, the contact angle was measured using a contact angle measuring device (Smartdrop, FEMTOFAB), and the results are shown in FIGS. 4 to 6.
액적 충돌 실험은 복수기 내에서 응축수가 전열관 표면에 물리적 손상을 가하는 현상을 묘사한 실험으로서, 0.03g(d:3.85㎜)의 액적을 30㎝의 높이에서 전열관 표면에 지속 충돌한 후 접촉각을 측정해본 결과이다.Drop collision test describes the physical damage of condensate on the surface of condenser in the condenser.The contact angle was measured after continuous impact of 0.03g (d: 3.85㎜) droplet on the surface of the tube at 30cm. The result is.
도 4 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 HDFS 코팅의 후진 접촉각은 급격히 감소한 것에 반해 실시예 1, 2의 테프론 코팅은 비교예 2의 HDFS 코팅보다 높은 물리적 안정성을 보였으며 테프론 함량이 증가할수록 더 높은 안정성을 나타내었다. 따라서 액적 충돌 실험 결과 테프론 코팅이 HDFS 코팅 대비 우수함을 확인할 수 있었다.4 to 6, while the backward contact angle of the HDFS coating of Comparative Example 2 decreased sharply, the Teflon coatings of Examples 1 and 2 showed higher physical stability and increased Teflon content than the HDFS coating of Comparative Example 2. The higher the stability was shown. Therefore, the droplet collision test results showed that the Teflon coating is superior to the HDFS coating.
실험예 3: 코팅층의 물리적 안정성 (마찰 실험)Experimental Example 3: Physical Stability of Coating Layer (Frictional Experiment)
실시예 1, 2 및 비교예 2에 따라 제조된 전열관 코팅층의 물리적 안정성을 확인하기 위해, 접촉각 측정기(Smartdrop, FEMTOFAB)를 이용하여 접촉각을 측정하였고, 그 결과를 도 7 내지 도 9에 나타내었다.In order to confirm the physical stability of the heat pipe coating layer prepared according to Examples 1, 2 and Comparative Example 2, the contact angle was measured by using a contact angle measuring device (Smartdrop, FEMTOFAB), and the results are shown in FIGS.
마찰 실험은 복수기 제작 및 수리 시 작업자에 의해 코팅층 표면이 손상되는 현상을 묘사한 실험으로서, 500g의 무게 및 30rpm의 속도로 폴리싱용 연마천을 전열관 표면에 지속적으로 마찰시킨 후 접촉각을 측정해본 결과이다.Friction test is a test to describe the phenomenon that the surface of coating layer is damaged by the operator during the manufacturing and repair of the condenser. The contact angle is measured after continuously polishing the polishing cloth on the surface of the heat transfer pipe at the weight of 500g and the speed of 30rpm.
도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 비교예 2의 HDFS 코팅의 후진 접촉각은 급격히 감소한 것에 반해 실시예 1, 2의 테프론 코팅은 비교예 2의 HDFS 코팅보다 높은 물리적 안정성을 보였으며 테프론 함량이 증가할수록 더 높은 안정성을 나타내었다. 따라서 마찰 실험 결과 테프론 코팅이 HDFS 코팅 대비 우수함을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 7 to 9, the backward contact angle of the HDFS coating of Comparative Example 2 was sharply reduced, whereas the Teflon coatings of Examples 1 and 2 showed higher physical stability than the HDFS coating of Comparative Example 2 and the Teflon content was increased. The higher the stability was shown. Therefore, the friction test results show that the Teflon coating is superior to the HDFS coating.
실험예 4: 전열관의 응축 열전달Experimental Example 4: Condensation Heat Transfer of Heat Transfer Tube
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 전열관의 전열 성능을 확인하기 위해, 열 유속(heat flux, q”및 열전달계수(hc)를 측정하였으며, 그 결과를 도 10 및 도11에 나타내었다.In order to confirm the heat transfer performance of the heat transfer tubes manufactured according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, heat flux (q ”and heat transfer coefficient (h c ) were measured, and the results are shown in FIGS. 10 and FIG. 11 is shown.
대수평균온도차(LMTD)는 고온 유체와 저온 유체가 서로 반대 방향에서 주입되고 반대쪽에서 배출되는 열교환 방식인 대향류의 경우, 저온 유체가 열교환기를 통과하기 전의 온도를 tc1, 저온 유체가 열교환기를 통과한 후의 온도를 tc2, 고온 유체가 열교환기를 통과하기 전의 온도를 th1, 고온 유체가 열교환기를 통과한 후의 온도를 th2라고 하고, d1= th2-tc1, d2=th1-tc2라고 하였을 때, (d2-d1)/ln(d2/d1)으로 표현되는 값이다.Logical mean temperature difference (LMTD) is a heat exchange method in which the hot fluid and the low temperature fluid are injected in opposite directions and discharged from the opposite direction, and the temperature before the low temperature fluid passes through the heat exchanger is tc1 and the low temperature fluid passes through the heat exchanger. When the subsequent temperature is tc2, the temperature before the high temperature fluid passes through the heat exchanger, and the temperature after the high temperature fluid passes through the heat exchanger is called th2, and d1 = th2-tc1 and d2 = th1-tc2, (d2-d1 ) / ln (d2 / d1).
즉, 대수평균온도차는 냉매로 사용되는 저온 유체와, 냉매와 열교환되어 냉각되는 고온 유체의 간격으로 나타내어지는데, 동일한 대수평균온도차에서 단위 면적 당 열교환량인 열 유속이 크면, 해당 전열관은 열교환 성능이 우수하다는 것을 의미한다.That is, the logarithmic mean temperature difference is represented by the interval between the low temperature fluid used as the refrigerant and the high temperature fluid that is cooled by heat exchange with the refrigerant. It means excellent.
도 10은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 전열관의 대수평균온도차에 따른 열 유속을 측정해본 결과이다. 동일한 대수평균온도차에서 본 발명의 발수 코팅 된 전열관이 더 높은 열 유속 결과를 보였으며, 이는 동일 환경에서 열교환량이 더 활발함을 의미한다. 10 is a result of measuring the heat flux according to the logarithmic average temperature difference of the heat transfer tubes manufactured according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. At the same log mean temperature difference, the water-repellent coating tube of the present invention showed higher heat flux results, which means that the heat exchange amount is more active in the same environment.
열전달계수는 도12와 같은 응축 열전달 실험 장비를 이용해 측정하였다. 스테인리스 재질의 사각 진공 챔버가 있고, 내부에 전열관이 연결된다. 정밀한 응축 열전달 계수를 측정하기 위해서는, 반드시 응축을 방해하는 불응축 가스 (Non-condensable gas)를 제거해야 하기 때문에 진공 펌프를 이용해 챔버 내부를 0.5 Pa 이하로 만든다. 해당 진공도는 진공 챔버 왼쪽에 연결된 진공 압력계 (Pressure sensor)를 통해 확인한다. 진공 챔버 오른쪽에 연결된 별도 스테인리스 원형 통을 이용해 0.5 Pa 이하의 진공도 환경이 만들어진 진공 챔버 내부로 뜨거운 스팀을 공급한다. 해당 스테인리스 원형 통에는 깨끗한 물을 넣고 히터를 이용해 물을 100도로 끓여서 위와 같은 스팀을 공급하였다. 이후에 진공 챔버 내부가 뜨거운 스팀 환경이 만들어지면, 진공 챔버 오른쪽에 연결된 항온수조 (Thermal bath)를 이용해 설정된 차가운 물 (25도)을 진공 챔버 내부에 연결되어 있는 전열관에 공급하였다. 해당 전열관은 전열관 연결 부위에 불필요한 응축을 막기 위해 단열재로 감싸있으며, 전열관의 입/출구 부분에 온도 측정 센서 (Thermocouple probe)를 연결해 항온수조로부터 공급된 물이 전열관을 통과할 때의 온도 변화를 측정하였다. 진공 챔버 왼쪽에 위치한 카메라 (CCD camera)를 이용해 전열관 외벽의 응축 거동을 관찰하고, 온도 센서로부터 측정된 온도값을 컴퓨터를 이용해 받아서 응축 열전달 계수를 최종 측정하였다.Heat transfer coefficient was measured using a condensation heat transfer experiment equipment as shown in FIG. There is a rectangular vacuum chamber made of stainless steel, the heat pipe is connected inside. In order to accurately measure the condensation heat transfer coefficient, a vacuum pump is used to make the chamber interior less than 0.5 Pa, because non-condensable gases must be removed to prevent condensation. The degree of vacuum is checked by means of a vacuum pressure sensor connected to the left side of the vacuum chamber. A separate stainless steel tub connected to the right side of the vacuum chamber is used to supply hot steam into the vacuum chamber to create a vacuum environment of less than 0.5 Pa. The stainless steel round barrel was filled with clean water and boiled at 100 degrees using a heater to supply steam as described above. Then, when a hot steam environment was created inside the vacuum chamber, cold water (25 degrees), which was set using a thermal bath connected to the right side of the vacuum chamber, was supplied to a heat pipe connected to the inside of the vacuum chamber. The heat pipes are wrapped with insulation to prevent unnecessary condensation on the heat pipe connections.Thermocouple probes are connected to the inlet and outlet of the heat pipes to measure the temperature change when water from the water bath passes through the heat pipes. It was. The condensation behavior of the outer wall of the heat pipe was observed using a camera located on the left side of the vacuum chamber, and the condensation heat transfer coefficient was finally measured by using a computer measured temperature value from the temperature sensor.
응축 열전달 계수는 다음과 같이 계산된다. 먼저 온도 측정 센서를 이용해 전열관 입/출구의 온도를 측정하고 이 값을 이용해 전열관으로 공급된 전체 에너지량을 계산한다. The condensation heat transfer coefficient is calculated as follows. First, the temperature sensor is used to measure the temperature at the inlet and outlet of the heat pipe, and the value is used to calculate the total amount of energy supplied to the heat pipe.
여기서, 
계산한 전체 열전달량을 이용해 전체 열전달 계수값 (Overall heat transfer coefficient) 값을 계산한다. The calculated total heat transfer coefficient is used to calculate the overall heat transfer coefficient value.
여기서, 
전열관의 열 유속 (heat flux) 값은 다음과 같다.The heat flux value of the heat pipe is as follows.
계산한 전체 열전달 계수는 응축 열전달 계수 (Condensation heat transfer coefficient)와는 다르다. 전체 열전달 계수는 전열관 내부를 흐르는 물과 외부 스팀 사이의 열전달 계수값이다. 이 값에 전열관 내부를 흐르는 물에 의한 강제 대류 열전달 계수값과 전열관 두께에 의한 온도강하 영향을 빼줬을 때, 응축 열전달 계수를 얻을 수 있다. 따라서, 응축 열전달 계수는 다음과 같이 계산된다.The calculated total heat transfer coefficient is different from the condensation heat transfer coefficient. The total heat transfer coefficient is a value of the heat transfer coefficient between the water flowing inside the heat pipe and the external steam. Condensation heat transfer coefficient can be obtained when the value of the forced convection heat transfer coefficient by water flowing inside the heat pipe and the temperature drop influence due to the heat pipe thickness are subtracted from this value. Therefore, the condensation heat transfer coefficient is calculated as follows.
여기서, 
여기서 
도 11은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 따라 제조된 전열관의 다양한 응축 레벨에서 응축 열전달 성능을 의미하는 열전달 계수(Supersaturation level, S)를 측정해본 결과이다. 11 is a result of measuring the heat transfer coefficient (Supersaturation level, S) which means the condensation heat transfer performance at various condensation levels of the heat pipes manufactured according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
표 1은 도 11의 응축 열전달 계수값의 평균을 정리한 것으로, 본 발명의 발수 코팅 된 전열관이 표면 개질을 하지 않은 비교예 1의 전열관보다 약 3.8배 가량 응축 열전달 계수가 큰 것을 확인하였다.Table 1 summarizes the average value of the condensation heat transfer coefficients of FIG. 11, and confirms that the water-repellent coated heat transfer tube of the present invention is about 3.8 times larger than the heat transfer tube of Comparative Example 1 without surface modification.
이는 본 발명의 발수 코팅이 구현된 전열관의 응축 열전달 성능이 표면 개질하지 않은 비교예 1의 전열관에 비해 훨씬 뛰어난 것을 의미한다고 할 것이다.This means that the condensation heat transfer performance of the heat transfer tube in which the water-repellent coating of the present invention is implemented is much superior to that of the heat transfer tube of Comparative Example 1, which is not surface modified.
도 13 및 도 14에서 나타낸 바와 같이, 표면 개질을 하지 않은 비교예 1의 전열관 표면에서는 액막 형태의 응축이 진행되지만, 본 발명의 실시예 1 및 2의 경우, 물방울 응축이 나타나며 액적이 쉽게 표면에서 제거되었다. 액막 형태의 응축은 두꺼운 액막에 의한 높은 전도 열저항으로 인해 열전달 성능이 낮게 나오는 반면, 물방울 형태의 응축은 중력에 의한 활발한 제거 효과로 인해 상대적으로 전도 열저항 효과가 줄어 더 높은 열전달 성능이 확보될 수 있다.As shown in FIGS. 13 and 14, the surface of the heat transfer tube of Comparative Example 1 without surface modification proceeds with the liquid film form condensation. However, in Examples 1 and 2 of the present invention, water droplet condensation occurs and the droplets are easily removed from the surface. Removed. Liquid film-type condensation has a low heat transfer performance due to high conduction heat resistance due to a thick liquid film, whereas water droplet-type condensation has a relatively low conduction heat resistance effect due to active removal by gravity, thereby achieving higher heat transfer performance. Can be.
Claims (11)
전열관의 표면에 상기 코팅액을 이용하여 코팅층을 형성하는 단계;
를 포함하는 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법.Preparing a coating solution in which 0.1 to 1 part by weight of the fluorine resin and 100 parts by weight of the solvent are mixed; And
Forming a coating layer on the surface of the heat transfer tube by using the coating solution;
Method for producing a heat transfer tube with improved heat transfer performance comprising a.
상기 불소계 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리트리클로로플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐(PVF), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETRE), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTRE), 및 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법.The method of claim 1,
The fluororesin is polytetrafluoroethylene (PTFE), polytetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polytrichlorofluoroethylene, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETRE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTRE), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Method for producing a heat transfer pipe with improved heat transfer performance selected from the group consisting of (PFA).
상기 용매는 퍼플루오로카본인 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법.The method of claim 1,
The solvent is a perfluorocarbon method for producing a heat transfer tube with improved heat transfer performance.
상기 퍼플루오로카본은 FC-40, FC-43, FC-77 및 이의 혼합물에서 선택되는 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법.The method of claim 3,
The perfluorocarbon is FC-40, FC-43, FC-77 and a method for producing a heat transfer tube with improved heat transfer performance selected from the mixture thereof.
불소계 수지 0.1 내지 1 중량부 및 용매 100중량부를 혼합하는 단계;
상기 혼합물을 60 내지 100℃에서 12 내지 48시간 동안 100 내지 500rpm의 속도로 교반하여 1차 반응액을 제조하는 단계;
상기 1차 반응액에 접착 프로모터 0.5 내지 5 중량부를 첨가하여 2차 반응액을 제조하는 단계; 및
상기 2차 반응액을 300 내지 700rpm의 속도로 30 내지 90분 동안 교반하는 단계;
를 포함하는 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법.The method of claim 1, wherein preparing the coating liquid
Mixing 0.1 to 1 parts by weight of the fluorine resin and 100 parts by weight of the solvent;
Preparing a primary reaction solution by stirring the mixture at a speed of 100 to 500 rpm for 12 to 48 hours at 60 to 100 ° C .;
Preparing a secondary reaction solution by adding 0.5 to 5 parts by weight of an adhesion promoter to the first reaction solution; And
Stirring the secondary reaction solution at a speed of 300 to 700 rpm for 30 to 90 minutes;
Method for producing a heat transfer tube with improved heat transfer performance comprising a.
상기 접착 프로모터는 퍼플루오로알킬모노실란(Perfluoroalkyl monosilane), 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 또는 2-하이드록시에틸 메트아크릴레이트(HEMA)인 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법.The method of claim 5,
Wherein the adhesion promoter is a perfluoroalkyl monosilane (Perfluoroalkyl monosilane), 2-hydroxyethyl acrylate (HEA) or 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) method of producing a heat transfer pipe with improved heat transfer performance.
상기 코팅층을 형성하는 단계는 상기 코팅액을 전열관의 표면에 도포한 후 50 내지 300℃에서 열처리하는 것인 전열성능이 향상된 전열관의 제조방법.The method of claim 1,
Forming the coating layer is a method of manufacturing a heat transfer tube is improved heat transfer performance of the heat treatment at 50 to 300 ℃ after applying the coating solution on the surface of the heat transfer tube.
상기 전열관은 동관, 알루미늄, 티타늄 또는 스테인레스 강관인 전열성능이 향상된 전열관.The method of claim 8,
The heat transfer tube is a copper tube, aluminum, titanium or stainless steel pipe, heat transfer performance is improved heat transfer tube.
The heat exchanger tube of claim 8, wherein the coating layer has a thickness of 0.01 to 10 μm.
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