[논문]유도공기 및 에어커튼을 이용한 주방 레인지후드 성능 개선에 관한 수치모사

손덕영; 임지홍; 최윤호; 박재훈

유도공기 및 에어커튼을 이용한 주방 레인지후드 성능 개선에 관한 수치모사
A Numerical Study on the Performance Improvement of Kitchen Range Hood by Air Induction and Air Curtain 원문보기

In an apartment house that is generally air-tight and well insulated, the combustion gas from cooking devices is the major source of air pollution in the kitchen. It spreads throughout the house affecting the overall Indoor all quality. In this study, the performance of the kitchen range hood which employs air induction and air curtain was investigated by numerical simulation. The results are compared with that of two other kitchen range hoods which are in general use. The two general types of range hoods considered in the present calculations are box and plate type range hoods. The former has a large capture space between the filter and suction duct, while the latter has little. It was found that the capture efficiency of the kitchen range hood with air induction and air curtain Is higher than that of the general types of range hoods by 20% approximately The reason may be because the air induction and the air curtain block the air stream escaping from the front and the side part of range hoods effectively and because an additional fan for air induction and air curtain increases suction flow rates.

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문제 정의

현재 보급되고 있는 주방용 레인지후드의 포집 효율은 약 50%에 불과하므로, 본 연구에서는 이를 개선하고자 후드 형상을 변경하고 유동을 유도할 수 있는 노즐 및 에어 커 튼을 사용하여 포집 효율을 높이는 방법을 연구하였다.

가설 설정

가스레인지는 가정용 4구 가스레인지로 4구 모두 가동하여 열량 발생 및 수증기, 오염공기 발생량이 가장 높은 상태의 조건을 주었다. 본 계산에서는 이러한 조건을 모사하기 위해 일반적인 도시가스의 불꽃 온도를 고려하여 레인지 버너에서 1, 500°C의 공기가 상방 7.9°(수직선에 대한 각도)로 원형 분사된다고 가정하였으며, 가스레인지 한 구당 1, 814 W의 열량⑶을 방출할 수 있도록 공기의 분사 속도를 3.63m/s로 설정하였다. 또한, 레인지 위의 포트에서는 수증기가 0.

제안 방법

① 이로 인해 레인지후드에 대한 성능 면에서 약 70%의 사용자가 불신하고 있으며, 50% 이상이 그 개선을 요구하고 있는 실정이다.⑵ 이에 본 연구에서는 레인지후드 주변에 에어커튼 및 배기 유도노즐을 일체형으로 장착하여, 별도 위치의 급기구 없이 단일 후드만으로 포집 효율을 크게 향상시킬 수 있는 고성능 레인지후드를 고안하고, 수치해석적 방법을 통해 성능 및 열유동 현상을 예측한 후, 이를 기존의 주방 레인지후드의 경우와 비교하였다.
레인지 후드의 배출 공기 유량은 '강', '중', '약'의 운전조건으로 선정하였으며, 각각의 운전조건에 대해, 출구 경계조건 압력을 각각 一30, -10, OPa로 적용하였다. 또한, 레인지후드에서 2.5m 떨어진 주방 천장 부분에 표준 대기상태의 급기구를 두어서 실외의 신선한 공기가 급기되도록 하였다. 가스레인지는 가정용 4구 가스레인지로 4구 모두 가동하여 열량 발생 및 수증기, 오염공기 발생량이 가장 높은 상태의 조건을 주었다.
격자는 계산에서 중요한 부분인 가스레인지와 레인지후드 주위로 매우 조밀하게 밀집되어 있다. 레인지 후드의 배출 공기 유량은 '강', '중', '약'의 운전조건으로 선정하였으며, 각각의 운전조건에 대해, 출구 경계조건 압력을 각각 一30, -10, OPa로 적용하였다. 또한, 레인지후드에서 2.
가스레인지와 같은 연소 기구에서 발생하는 CO나 CO₂ 와 같은 연소가스를 사용하기도 하고, 특정한 추적 가스나 습기 등을 이용하기도 한다. 본 연구에서 는 발생한 습기인 H20(증기)를 이용하여 포집 효율을 계산하였으며, 사용된 식은 다음과 같다.
신형 레인지후드는 유도공기와 에어커튼을 적용함과 동시에 필터 부분에 경사를 주어 포집 공간을 확장하였다. 신형 레인지후드의 경우도 기존 레인지후드와 동일하게 각각의 운전조건에서의 포집 효율을 산출하여 Fig.

대상 데이터

해석공간으로는 Fig. 1 에서 보여지는 바닥면적 2.645m2의 주방을 선정하였다. 계산영역의 크기는 대칭조건의 사용으로 실제영역의 1/2인 2.

성능/효과

(1) 박스 형태의 기존 레인지후드 #1은 후드 전면을 통한 수증기의 유출로 인해 운전조건에 따라 55~81%의 포집효율을 나타내었다.
(2) 평판 형태의 기존 레인지후드 #2는 후드 전면뿐만 아니라 측면에서도 수증기가 유출되는 것이 관찰되었다. 이로 인하여 포집효율은 48 - 80% 로 기존 레인지후드 #1보다 조금 낮은 결과를 나타내었다.
(3) 신형 레인지후드는 후드의 포집공간을 늘림과 동시에 후드 전면에서 유출되어 실내로 유입되는 오염공기를 줄이기 위하여 후드 전면부에 배기 유도노즐을 설치하고, 후드 양쪽 측면에 에어커튼을 만들어 측면으로 빠져나가는 오염 공기의 양을 줄인 결과 기존 레인지후드에 비해 최대 20%까지 향상된 포집효율을 얻어낼 수 있었다.
두번째의 기존 레인지후드는 평평한 형상의 후드로 이러한 형상을 가진 후드의 단점은 충분한 포집 공간을 확보할 수 없다는 것이다. Fig.
이는 신형 레인지후드의 유도 공기, 에어커튼 및 포집공간의 확충이 기존 레인지후드에 비해 크게 향상된 성능을 가지도록 한다는 것을 보여주고 있다. 또한 Fig. 10에 나타난 후드 주변의 수증기 유동을 확인해 보아도 후드 전면부 및 측면부를 통해 빠져나가는 수증기의 양이 기존 후드와 비교해 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있다.
기존의 레인지후드 #1과 신형 레인지후드의 포집효율을 비교해 보면, 레인지후드의 운전상태가 '중'으로 운전되었을 경우 신형 레인지후드가 약 15% 정도 향상된 포집효율을 나타내고 있다. 또한, 운전상태가 '강'으로 다가갈수록 신형 레인지후드의 포집효율은 거의 99%를나타내어 기존 레인지후드에 비해 그 효과가 20 % 가까이 향상되는 것을 알 수 있다.
포집효율은 레인지후드 가동 후 10초가 지나 질량 유량이 어느 정도 안정화된 상태에서 계산되었다.

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