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문제 정의
- 건조 모델은 건조효율을 이용하는 단순한 모델을 사용하였다. 본 연구에서는 건조 공기의 총 유량 및 열펌프 통과 유량, 그리고 송풍기 동력의 변화에 따른 건조 성능의 변화를 해석적으로 관찰하였다.
- 본 연구에서는 건조실에서 배출되는 습공기의유량과 열펌프를 거치는 유량이 건조 성능에 미치는 영향을 파악하기 위하여 열펌프 사이클은 Fig. 2에 나타낸 사이클로 고정하여 건조공기의상태를 해석하고 분석하였다.
- 본 연구에서는 열펌프 건조기 기본설계를 위하여 열펌프 사이클 해석, 건조 과정 해석을 수행하였다. 예로서 냉매 R134a를 사용한 열펌프 사이클을 구성하고.
- 현실적으로 열펌프의 용량은 사용하는 상용 압축기 용량에 따라 결정되기 때문에 본 연구에서는 열펌프 사이클을 고정시킨 상태에서 건조 공기의 유량 변화에 따른 건조 과정을 파악하여 열펌프 시스템에 적합한 건조 공기 조건을 구하는것으로 한정을 하였다. 열펌프의 열교환기를 통과하는 공기의 유량에 따라 열펌프 사이클의 변화가 예상되지만 이를 해석에 반영하기 위해서는응축기와 증발기의 설계 및 해석이 수반되어야하고, 열교환기의 설계는 건조 공기의 유로 단면적 둥 형상 치수가 필요하기 때문에 열펌프 건조기의 용량에 대한 기초 해석을 하는 본 연구의범위에서는 제외한 것이다.
가설 설정
- 건조 공정상 상자식 건조기의 경우에는 비정상 상태의 건조공정이 이루어지지만 편의상 정상 상태의 건조 공정을 가정하였다.
- 일반적으로 초기 함수율이 높은 피건조물의 건조에서는 항률건조기간에식(1)로 정의된 건조효율은 80% 이상으로 나타나고, 감률 건조 후기로 갈수록 건조 효율이 감소한다. 본 연구에서 사용한 90%의 건조효율은 고효율 건조기를 설계하기 위한 대표값으로 사용한 것으로 항률건조기간의 상태를 중심으로 건조기해석을 위하여 가정한 것이다.
- 본 연구에서는 해석의 편의상 항률 건조(eon- stant rate drying) 만을 고려하여 정상상태로 가정하였다. 항률건조 과정에서 건조공기는 습공기선도에서 일정 습구온도선을 따르는 것으로 알려져 있다.
- 은 송풍기 동력에 의한 건조공기 엔탈피 변화를 나타낸다. 송풍기 동력은 공기유량이 30~150m3/min으로 변할 때, 이 유량 범위에서 사용 가능한 응축기용 송풍기 및 바이패스 공기용 송풍기 사양을 고려하여 0.4~2.0 kW로설정하였다(Fig. 3(a) 참조).
- 열펌프 건조기에 사용되는 열펌프 사이클은 단단 사이클을 가정하였으며, 건조 공정은 기본 설계를 위하여 상세한 해석 대신 건조 효율을 도입하여 전체 시스템의 성능을 파악하는데 중점을 두었다. 건조 공정상 상자식 건조기의 경우에는 비정상 상태의 건조공정이 이루어지지만 편의상 정상 상태의 건조 공정을 가정하였다.
- 총 유량이 일정하므로 열펌프 통과 유량이 증가하면 바이패스 유량은 감소한다. 유량변화에 관계없이 송풍기 동력은 1.33kW로 일정한 것으로 가정하였다. 이 경우에는 유량의 증가에 따라 MER이 감소하는 것으로 나타났고, 건조기 소요 동력이 일정하므로 SMER도 따라서 감소한다.
- 필요에 따라 열펌프 사이클의 안정화를 위하여 외기가 도입되기도 하지만 본 연구에서는 건조 공기가 밀폐된 유로를 순환하는 것으로 가정하였다. 건조공기의 물성치들은 ASHRAE handbook의 습공기 관련식들을 이용하여 구하였다(8)
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