[논문]공기조화기용 열교환기의 공기측 파울링 입자 분석 연구

안영철; 신희수; 황유진; 이창건; 이재근; 이현욱; 안승표; 윤덕현; 하삼철

문제 정의

그러므로 본 연구에서는 실공간에서 사용 되어지고 있는 공기조화기용 열교환기의 공기측 파울링 현상분석을 통하여 침적되는 입자의 물리적, 화학적 특성을 분석하고, 입자의 부착특성 및 발생원을 분석하여 파울링 저감을 위한 기초자료로 사용하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 공기조화기용 열교환기에 형성되는 파울링 물질에 대해 물리적, 화학적인 분석을 통해 파울링 형성과정 및 오염물의 발생원에 대한 분석을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
먼지 제거용 전처리필터는 약 30mesh2] 망으로 구성되어있으며, 열교환기는 핀-관(finned-tube) 형식으로 1 inch당 15~18개의 핀을 가지고 있다. 수거된 공기조화기는 3~15년간 사용된 벽걸이형과 창문형으로, 벽걸이형은 사무실, 식당 등에서 수거되었으며 창문형은 해안가 여관에서 사용된 것을 수거하였다.
파울링 입자는 공기조화기의 사용연수 및 적용공간에 따라 채취하여 분석하였으며, 입자의 형상분석을 .위해 광학현미경 (Nikon, Eclipse ME 600), 전자현미경 (Hitachi, S-4200)을, 성분분석을 위해 에너지 스펙트럼 분석 (energy dispersive X-ray analysis)을 사용하였다. 파울링 입자의 크기분포 측정은 입도 분석 장치(API, Aerosizer)를 사용하였다.
구성성분을 분석하였다. 파울링 입자는 공기조화기의 사용연수 및 적용공간에 따라 채취하여 분석하였으며, 입자의 형상분석을 .위해 광학현미경 (Nikon, Eclipse ME 600), 전자현미경 (Hitachi, S-4200)을, 성분분석을 위해 에너지 스펙트럼 분석 (energy dispersive X-ray analysis)을 사용하였다.
파울링 입자는 물리적, 화학적 특성에 따라 분석할 수 있는데, 물리적 특성은 입자의 크기와 형상에 대해 분석하였으며 화학적 특성으로 입자의 구성성분을 분석하였다. 파울링 입자는 공기조화기의 사용연수 및 적용공간에 따라 채취하여 분석하였으며, 입자의 형상분석을 .

대상 데이터

본 연구에서 사용된 공기조화기는 먼지를 함유한 공기가 전처리필터(prefilter)를 거쳐 바로 증발기용 열교환기로 유입되는 구조이며 부가적 인공기 청정장치는 부착되지 않은 것들이다. 먼지 제거용 전처리필터는 약 30mesh2] 망으로 구성되어있으며, 열교환기는 핀-관(finned-tube) 형식으로 1 inch당 15~18개의 핀을 가지고 있다.
본 연구에서 사용된 공기조화기는 열교환기 전단에 약 30mesh의 기공을 가지는 전처리필터만 설치되어 있는 것들을 대상으로 하였으며, 열교환기 전단에 부가적인 공기청정장치는 부착되어있지 않았다.

이론/모형

위해 광학현미경 (Nikon, Eclipse ME 600), 전자현미경 (Hitachi, S-4200)을, 성분분석을 위해 에너지 스펙트럼 분석 (energy dispersive X-ray analysis)을 사용하였다. 파울링 입자의 크기분포 측정은 입도 분석 장치(API, Aerosizer)를 사용하였다.

성능/효과

(1) 에어컨 열교환기에 부착된 파울링 입자의 특성 분석 결과 실내기용 열교환기에는 섬유상 물질과 입자상 물질이 혼합되어 있으며 실외기용 열교환기에는 입자상 물질이 주로 부착되어 있다. 특히 해안가 실외기에는 Na, Cl의 염류가 검출되어 부식환경에 상당히 노출되어 있음을 확인할 수 있었다.
(2) 사용공간에 따른 파울링 입자의 크기는 6.6 ~20.9㎛(질량 중위경)로서 여관에서 사용된 열교환기의 파울링 입자가 20.9㎛이로 가장 크게 나타났는데, 이는 여관이 다른 공간에 비해 가동 시간이 길고 분진 입자들의 재비산 등에 의해 큰 입자에 노출되는 시간이 많았기 때문이다,
(3) 실내기용 열교환기에서의 파울링은 기류가 유입되는 전면부에만 집중적으로 나타나며 열교환기 깊이 방향으로도 5mm 이내에 주로 형성된다. 그래서 열교환기의 후면은 비교적 깨끗한 상태가 그대로 유지돤다.
실내에서 사용되는 증발기용 열교환기에서는 사진에서 볼 수 있듯이 실내에서 많이 발생하는 섬유질(의류, 침구류, 종이, 목재 등)의 물질과 거주자에 의해 발생되는 머리카락, 담배연기 등의 분진 입자들이 응집되어 고리 형상을 띠고 있음을 확인할 수 있다. 반면, 해안가 실외기용으로 사용된 응축기용 열교환기는 실내기의 파울링 입자의 형상과는 다르게 섬유상 입자는 거의 찾아볼 수 없으며, 대기분진의 영향을 직접 받아 입자상 물질이 주로 나타남을 알 수 있고 그 외에 나뭇잎의 부스러기, 조류의 깃털 혹은 분비물 등이 부착되어 있는 경우도 확인할 수 있었다.
3은 사무실, 식 당, 여 관에서 사용된 공기 조화기용 열교환기에 부착된 파울링 입자의 크기를 측정하여 나타낸 것이다. 사무실, 식당, 여관 시료의 파울링 입자의 크기는 각각 6.6, 9.8, 20.9 로 측정되었으며, 여관의 열교환기 파울링 입자의 크기가 20.9 ㎛로 가장 큰 것으로 나타났다. 본 연구에 사용된 여관용 공기조화기는 창문형이고 그 외의 사무실, 식당 등은 모두 벽걸이형으로서, 창문형 공기조화기는 일반적으로 1.
4에는 공기조화기용 열교환기 파울링 입자의 성분분석 결과와 전자현미경 사진을 나타내었다. 실내에서 사용되는 증발기용 열교환기에서는 사진에서 볼 수 있듯이 실내에서 많이 발생하는 섬유질(의류, 침구류, 종이, 목재 등)의 물질과 거주자에 의해 발생되는 머리카락, 담배연기 등의 분진 입자들이 응집되어 고리 형상을 띠고 있음을 확인할 수 있다. 반면, 해안가 실외기용으로 사용된 응축기용 열교환기는 실내기의 파울링 입자의 형상과는 다르게 섬유상 입자는 거의 찾아볼 수 없으며, 대기분진의 영향을 직접 받아 입자상 물질이 주로 나타남을 알 수 있고 그 외에 나뭇잎의 부스러기, 조류의 깃털 혹은 분비물 등이 부착되어 있는 경우도 확인할 수 있었다.
특히 해안가 실외기에는 Na, Cl의 염류가 검출되어 부식환경에 상당히 노출되어 있음을 확인할 수 있었다.

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