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문제 정의
- 이에 따라 본 연구에서는 H2O/LiBr계 공냉형 흡수식 장치의 흡수기를 모사한 수직형 흡수기의 직경과 길이가 열 및 물질전달에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- 흡수기는 상부 헤더, 흡수관 및 하부 헤더로 구성되었고, 교체형으로 제작되었다. 흡수기는 관경의 영향을 조사하기 위해 직경이 17.2, 23.4, 31.1mm인 세개의 매끄러운 스텐레스 강관(SUS316)(두께 1.0mm, 길이 1, 150mm)과, 직경이 31.1 mm인 경우 흡수기의 관길이 영향을 조사하기 위해 길이 771, 1, 529 mm를 갖는 두 개의 스테인레스 강관을 추가로 제작하였다. 공냉식 장치는 흡수열이 수직관 주위를 직교류로 유동하는 공기에 의해 냉각 되나, 본 실험에서는 흡수기 내 발생열량에 대한 정밀한 냉각 열량조절을 위해 수직관 외부에 투명 아크릴 관을 이용해 설치한 환상공간에 일정 온도의 냉각수를 수용액에 대해 대향류로 순환시켰다.
- 1 mm인 경우 흡수기의 관길이 영향을 조사하기 위해 길이 771, 1, 529 mm를 갖는 두 개의 스테인레스 강관을 추가로 제작하였다. 공냉식 장치는 흡수열이 수직관 주위를 직교류로 유동하는 공기에 의해 냉각 되나, 본 실험에서는 흡수기 내 발생열량에 대한 정밀한 냉각 열량조절을 위해 수직관 외부에 투명 아크릴 관을 이용해 설치한 환상공간에 일정 온도의 냉각수를 수용액에 대해 대향류로 순환시켰다. 재생기 내수용액은 마그네틱 용액펌프에 의해 흡수기 입 구로 유입되었고, 유량은 로터미터에 의해 O.
- lL/min 이내로 측정되었다. 하부 헤더 하부에 샘플링 트랩을 설치하여 흡수과정 후 수용액을 채취하였고, 상부 및 하부 헤더에는 흡수관 입출구의 압력을 측정할 수 있도록 진공압 력계(260mmHg 범위, 정밀도 ±0.1%BLS)* 설치하였다. 재생과정시 재생기 내부압력은 브루돈 관 압력계(0〜760mmHg, 정밀도 ±5%)를 사용하여 측정되었다.
- 1%BLS)* 설치하였다. 재생과정시 재생기 내부압력은 브루돈 관 압력계(0〜760mmHg, 정밀도 ±5%)를 사용하여 측정되었다. 증발기는 내부체적 4L, SUS304 재질의 원통형 용기로 제작되었고, 12L 항온조를 이용하여 증발기 내부에 일정 온도의 냉수를 순환시킴으로써 증기생성을 위한 열량을 공급하였다.
- 증발기는 내부체적 4L, SUS304 재질의 원통형 용기로 제작되었고, 12L 항온조를 이용하여 증발기 내부에 일정 온도의 냉수를 순환시킴으로써 증기생성을 위한 열량을 공급하였다. 표준백금 저항온도계를 사용하여 실험온도범위를 포함하는 20~50t: 온도범위 내에서 ±0.10 °C 내로 보정한 T형 열전대를 흡수기 상부와 하 부 헤더에 각각 3개씩 설치하여 흡수기 입출구의 수용액 온도를 측정하였다. 냉각수 온도는 입출 구에 각각 2개씩 설치된 열전대에 의해 계측되었 다.
- 흡수과정시 가열기에 대한 공급전력을 조절함으로써 유입되는 수용액의 온도를 일정하게 제어 했고, 12L 항온조의 공급냉수온도를 유지하여 증발기의 증기생성량을 일정하게 조절하였다. 흡수기의 압력은 일정하게 유지시켰으며, 재생기와 흡 수기 출구에 부착된 샘플링 트랩에서 채취한 용액에 대해, 비중병(용량 : 25mL)을 이용하여 수용액의 비중과 온도를 측정한 후 LiBr 수용액의 비중량-온도-농도 선도로부터 농도를 조사했다.
- 흡수과정시 가열기에 대한 공급전력을 조절함으로써 유입되는 수용액의 온도를 일정하게 제어 했고, 12L 항온조의 공급냉수온도를 유지하여 증발기의 증기생성량을 일정하게 조절하였다. 흡수기의 압력은 일정하게 유지시켰으며, 재생기와 흡 수기 출구에 부착된 샘플링 트랩에서 채취한 용액에 대해, 비중병(용량 : 25mL)을 이용하여 수용액의 비중과 온도를 측정한 후 LiBr 수용액의 비중량-온도-농도 선도로부터 농도를 조사했다. 온도 차이로 인한 비중의 측정오차를 줄이기 위해 측정온도로 설정된 항온조 내에 비중병을 위치시켜 정확한 비중병 체적을 측정하였고 용액이 담긴 비중병의 무게는 전자저울(범위 200g, 최소 단위 0.
- 흡수기의 압력은 일정하게 유지시켰으며, 재생기와 흡 수기 출구에 부착된 샘플링 트랩에서 채취한 용액에 대해, 비중병(용량 : 25mL)을 이용하여 수용액의 비중과 온도를 측정한 후 LiBr 수용액의 비중량-온도-농도 선도로부터 농도를 조사했다. 온도 차이로 인한 비중의 측정오차를 줄이기 위해 측정온도로 설정된 항온조 내에 비중병을 위치시켜 정확한 비중병 체적을 측정하였고 용액이 담긴 비중병의 무게는 전자저울(범위 200g, 최소 단위 0.1 mg)로 측정하였다.
대상 데이터
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2. 실험장치 및 실험절차
실험장치는 일중효용 흡수식 장치를 모사하여 Fig. 1과 같이 제작되었으며, 흡수기, LiBr수용액 재생기, 희용액 탱크, 증발기, 응축기, 항온조, 용액 샘플링 장치 등으로 구성되어 있다. 흡수기는 상부 헤더, 흡수관 및 하부 헤더로 구성되었고, 교체형으로 제작되었다.
- 재생과정시 재생기 내부압력은 브루돈 관 압력계(0〜760mmHg, 정밀도 ±5%)를 사용하여 측정되었다. 증발기는 내부체적 4L, SUS304 재질의 원통형 용기로 제작되었고, 12L 항온조를 이용하여 증발기 내부에 일정 온도의 냉수를 순환시킴으로써 증기생성을 위한 열량을 공급하였다. 표준백금 저항온도계를 사용하여 실험온도범위를 포함하는 20~50t: 온도범위 내에서 ±0.
성능/효과
- 2(b)는 흡수질량유속이 최대인 막레이놀드수 90에서 직경 변화에 따른 흡수 질량유속의 변화를 나타낸다. 흡수기 직경이 증가할수록 흡수질량유속은 증가했으며 일정한 값으로 수렴했다. 막레이놀즈수 90이하에서 흡수질 량유속이 낮게 나타난 것은 소량의 액막유량에 의한 흡수기 내 비젖음성과 흡수면적 감소에 의한 것으로 판단되며, 90 이후에서 다소 감소하는 것은 액막유량의 증가에 의한 열저항 증가와 냉각수의 냉각성능 감소로 인해 수용액의 포화증기압이 상승했기 때문으로 판단된다.
- 3(b)는 셔우드수가 최대인 막레이놀드수 90에서 흡수기 직경에 따른 셔우드수 변화를 나타낸다. 흡수기 직경이 증가할수록 셔우드수는 증가했으며 일정한 수렴치로 점근함을 보였다. 상기한 흡수질량유속과 셔우드수에 대한 결과는 물질전달 측면에서 볼 때, 증발기에서 증발하는 냉매증기가 흡수기의 전열관으로 흡수될 때, 17.
- 흡수기 직경이 증가할수록 셔우드수는 증가했으며 일정한 수렴치로 점근함을 보였다. 상기한 흡수질량유속과 셔우드수에 대한 결과는 물질전달 측면에서 볼 때, 증발기에서 증발하는 냉매증기가 흡수기의 전열관으로 흡수될 때, 17.2 mm와 같은 직경이 작은 전열관에서는 흡수저항을 받게 되어 흡수가 작으나 23.4 mm 이상의 크기를 갖는 전열관에서는 흡수저항이 감소되어 흡수가 안정적으로 이루어짐을 나타낸다.
- 4(b)는 열유속이 급격히 증가한 막레이놀드수 90에서 직경 변화에 따른 열유속 변화를 나타낸다. 흡수기 직경이 증가함에 따라 열유속은 증가했으나 열유속의 증가율은 둔화되는 경향을 나타냈다. 흡수기 직경이 증가함에 따라 열유속이 증가한 것은 흡수기 내 접촉면적이 증가하고 냉매증기의 흡수가 향상되면 흡수기로 냉매증기가 유입되면서 흡수기 내에서 받게 되는 압력손실이 작아져 안정적인 흡수가 이루어지고, 수용액과 냉각수 간의 열전달 면적이 증가하면서 열유속의 향상을 가져오기 때문으로 판단된다.
- 5(b)은 열유속이 급격히 증가한 막레이놀드수 90에서 흡수기 직경 변화에 따른 열전달계수의 변화를 나타낸다. 흡수기 직경이 증가함에 따라 열전달계수는 증가했으나 증가율은 직경의 증가율보다 작았다. 이는 막레이놀드수 90 이후에 물질전달이 급격히 증가하고, 직 경증가에 의한 열전달 면적의 증가로 냉매증기의 흡수가 향상되면서 흡수열이 열유속에 영향을 미치기 때문으로 판단된다.
- 6은 흡수기 길이 변화에 대한 흡수질량유속의 변화를 나타낸다. 4.1 절에서와 같이 흡수질량 유속은 막레이놀드수 90까지 증가했고, 90에서 최대치를 나타낸 후 약간 감소했다. 이는 모든 흡수기 길이에서 유사하게 나타났으며 흡수기 길이 변화에 따른 흡수질량유속의 변화는 막레이놀드수가 90 이하인 경우보다 90 이후인 경우에 더 컸다.
- 7은 흡수질량유속이 최대인 막레이놀드수 90에서 흡수기의 길이에 따른 흡수질량유속과 전체 흡수율의 변화를 나타내고 있다. 흡수기의 길이가 771, 1, 150, 1, 529 mm로 증가할 때, 흡수질량 유속은 각각 8% 및 16% 정도 감소했고, 전체 흡수율은 각각 37% 및 12% 증가했다.
- 8(b)에 나타나 있다. 직경변화에 따른 열전달계수 변화에서와 유사하게 흡수기 길이가 증가할수록 열전 달계수는 증가했으나 길이 증가율보다는 작았다.
- (1) 모든 흡수기 직경과 길이에 대해 열전달과 물질전달은 막레이놀드수가 90일 때 최대치를 나타냈다.
- (2) 흡수기 직경이 증가할수록 흡수질량유속, 셔우드수, 열유속, 열전달계수는 증가하였고, 모두 일정한 값으로 수렴했다.
- (3) 흡수기 직경 변화에 따라 흡수질량유속과 셔우드수는 각각 최대 10%와 13% 정도 증가였으며, 길이 변화에 따라 전체 흡수율과 열전달계 수는 각각 최대 37%와 35% 정도 증가했다.
- (4) 흡수기 길이가 증가할수록 전체 흡수율과 열전달계수는 증가했으나 흡수질량유속은 감소했으며, 이들은 모두 일정한 값으로 수렴했다.
- (5) 전체 흡수율에 대한 수렴치를 나타낸 흡수기 길이는 1,670mm, 열전달계수의 수렴치는 길이 1,680mm, 흡수질량유속의 수렴치는 길이 1,665 mm 였다.
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