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문제 정의
- 본 연구에서는 이에 열교환 소자의 기계적 특성을 파악함으로서 향후 국내 페열회수 환기시스템의 해외 수입 의존도에서 탈피함과 더불어 환기시스템의 핵심 부품인 열교환 소자 제품의 국산화에 일조할 수 있도록 대용량 폐열회수 PDC청정 환기시스템에 사용되는 플레이트 및 로터 타입의 열교환 소자에 대한 기계적 성질 및 성분분석을 통하여 그 특성을 평가하였다.
- 대용량 폐열회수 PDC청정 환기시스템에 사용되는 플레이트 및 로터 타입의 열교환 소자에 대한 재료 특성을 파악하고자 기계적 성질을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 열교환 소자의 성분분석 결과를 나타낸다. 성분분석에는 X-선 형광분석기 (X-Ray Fluorescence Spectrometer, XRF; Shimadzu, XRF-1700)를 이용하였다. 성분분석의 결과 플레이트 타입과 로터 타입의 A1 박판소재는 유사한 성분 및 양을 함유하고 있었다.
- 대용량 폐열회수 PDC청정 환기시스템의 열교환 소자용 플레이트 타입 및 로터 타입의 A1 박판에 대하여 조직관찰과 경도 및 인장시험을 실시하였다. 이때 사용된 플레이트 타입 A1 열교환 소자의 두께는 0.
- 규격에 따라 제작하였다. 또한, 규격에 따른 시험편의 채취가 곤란한 경우에는 플레이트 타입 및 로터 타입 열교환 소자의 실물 형상으로부터 시험편을 제작하였다. 인장시험에는 49 kN의 만능재료시험 기 (Instron, 4204) 및 0.
- 5 mm/min으로 실시하였다. 이하 모든 인장시험에 있어서는 시험편의 두께가 상당히 박판이라 지그에 장착하기 어려워 시험편 머리 부분에 Tap처리를 하여 하중 부하 시에 지그로부터 시험편이 미끄러져 탈락되는 현상을 방지하였다. 또한, 열교환 소자의 표면 경도를 알아보기 위하여 마이크로 비커스 경도기(MicroVickers Hardness Tester, Mitutoyo Co.
- 이하 모든 인장시험에 있어서는 시험편의 두께가 상당히 박판이라 지그에 장착하기 어려워 시험편 머리 부분에 Tap처리를 하여 하중 부하 시에 지그로부터 시험편이 미끄러져 탈락되는 현상을 방지하였다. 또한, 열교환 소자의 표면 경도를 알아보기 위하여 마이크로 비커스 경도기(MicroVickers Hardness Tester, Mitutoyo Co., HM-124)를 사용하여 표면경도를 측정하였다.
- 또한, 플레이트 타입 A1 열교환 소자와 로터 타입 A1 열교환 소자의 마이크로 비커스 경도를 조사하였다. 자동하중제어 방식으로 비커스 압입하중은 10g으로 하고, 지속시간은 lOsec로 하였다.
- 자동하중제어 방식으로 비커스 압입하중은 10g으로 하고, 지속시간은 lOsec로 하였다. 각 타입에 대하여 각각 20회씩 측정하였다.
- 열교환 소자의 인장강도를 구하기 위하여 플레이트 및 로터 타입으로부터 총 7가지 형태의 시험편을 만들어 각각 시험하였다.
- 만든 시험편이다. 실물의 형상으로부터 절취하여 시험편을 제작하였다.
대상 데이터
- 소재의 특성 평가에는 시판 중인 A1 박판 열교환 소자를 이용하였다.
- 기계적 특성치를 구하기 위한 인장시험편은 수입되는 A1 열교환 소자로부터 채취하여 ASTM E 8M-97 규격에 따라 제작하였다. 또한, 규격에 따른 시험편의 채취가 곤란한 경우에는 플레이트 타입 및 로터 타입 열교환 소자의 실물 형상으로부터 시험편을 제작하였다.
- 3은 Type-A 인장시험편의 형상 및 치수를 나타낸다. Type-A 시험편은 플레이트 타입 열교환 소자의 실물 형상으로부터 요철형상이 없는 부분에서 채취하였다. 위에서도 나타내었듯이 시험편의 두께가 상당히 박판이라 지그에 장착하기 어려워 시험편 머리 부분에 Tap처리를 하여 하중 부하 시에 지그로부터 시험편이 미끄러져 탈락되는 현상을 방지하였다.
- 7에는 부하하중과 변위의 관계를 나타내었다. 총 15개의 시험편을 인장시험 하였다. 인장하중은 22.
- Type-D 시험편은 Type-B 및 Type-C 시험편과달리 전면부와 후면부가 접착제로 접합되어져 있는 상태의 것을 그대로 이용하였다. Fig.
- 실물의 형상으로부터 절취하여 시험편을 제작하였다. 타원형의 요철 부형 상이 시험편 내에 3×3의 형태로 들어가도록 임의로 구성하여 제작하였다. Fig.
- 단, 시험편은 실물 제품으로부터 제작하였기 때문에 요철부가 들어간 부분의 정확한 단면적을 구할 수 없어서 그림 19에는 부하 하중과 변위의 관계를 나타내었다. 총 10개씩의 시험편을 인장시험 하였다.
- 단, 시험편은 실물 제품으로부터 제작하였기 때문에 요철부가 들어간 부분의 정확한 단면적을 구할 수 없어서 그림 19에는 부하 하중과 변위의 관계를 나타내었다. 총 10개씩의 시험편을 인장시험 하였다.
- 절단한 것이다. 실물 제품으로부터 200x200 mm의 시험편을 제작하였다. 2종류의 Type-F 시험편의 형상을 Fig.
성능/효과
- 성분분석에는 X-선 형광분석기 (X-Ray Fluorescence Spectrometer, XRF; Shimadzu, XRF-1700)를 이용하였다. 성분분석의 결과 플레이트 타입과 로터 타입의 A1 박판소재는 유사한 성분 및 양을 함유하고 있었다. 두 타입 모두에는 Ni이 함유되어 내 열성이 보완된 것으로 판단된다.
- 특히 로터 타입은 플레이트 타입에 비해 Cu를 함유하고 있었다. 따라서 플레이트 타입의 A1 박판소재보다 로터 타입의 A1 박판 소재가 석출경화에 의해 다소 경화되어짐으로서 강도 및 경도에 있어 다소 향상될 것으로 사료된다.
- 6을 나타내었다. 로터 타입의 A1 열교환 소자의 경도가 플레이트 타입보다 평균 약 Hv 14.7 정도가 더 높았다. 이는 상기에도 언급하였듯이 Cu의 첨가로 인한 석출경화의 영향으로 판단된다.
- 나타내었다. 인장시험의 결과로부터 인장응력은 10.11-14.32 kgf/mm2, 연신율은 8.0-16.2%정도를 나타내었다.
- 1) 두께 0.15 mm의 플레이트 타입의 경도는 평균 30.9 Hv를 나타내었고, 두께 0.08 mm의 로터 타입의 경도는 평균 45.6 Hv를 나타내었다.
- 2) 플레이트 타입 열교환 소자의 인장강도는10.11-14.32 kgf/mm2 , 연신율은 8.0-16.2 % 정도로 나타났다.
- 3) 엠보싱 요철부를 갖는 플레이트 타입 열교환 소자용 A1 박판의 강도를 조사한 결과 하중부하 방향에 대한 각인된 엠보싱 요철 형상이 놓여 진 위치에는 관계없이 비슷한 강도를 유지하고 있었고 최대 인장하중 후 급격한 하중의 저하가 발생하였지만 바로 완전 파단에는 이르지 않고 어느 정도의 소성변형 능력을갖추고 있는 것으로 나타났다. 로터 타입의 경우도 플레이트 타입과 유사한 파괴 거동을 나타내었다.
- 4) 실물 시험에서 시험편에서의 균열의 발생 위치가 대부분 전면부와 후면부를 연결하기 위하여 접합시킨 부분에서 발생하였고, 이는 사용된 접착제가 고형화되면서 굳어진 부분이 다소 취성화되어 졌기 때문으로 판단된다. 그러므로 이 부분이 경년열화가 된다면 균열 등 파괴의 기점으로 되기 쉬울 것으로 판단된다.
후속연구
- 폐열회수 환기시스템용 열교환 소자의 소재에 대해 이상과 같은 기계적 특성치를 이용함으로서 전량수입에 의존하고 있는 열교환 소자의 국산화에 일조할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나, 금후 상기의 소재를 폐열회수 환기시스템용 열교환 소자의 소재로서 이용할 경우 열, 습기, 온도차 등의 환경적인 요인도 고려한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 수 있을 것으로 판단된다. 그러나, 금후 상기의 소재를 폐열회수 환기시스템용 열교환 소자의 소재로서 이용할 경우 열, 습기, 온도차 등의 환경적인 요인도 고려한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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