[논문]운전조건에 따른 제습로터의 제습특성과 유용도에 관한 실험적 연구

강병하; 이진주; 김석현

doi:10.6110/kjacr.2012.24.1.029

운전조건에 따른 제습로터의 제습특성과 유용도에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Dehumidification Characteristics and the Effectiveness for Operating Conditions of a Desiccant Rotor 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.24 no.1, 2012년, pp.29 - 36

강병하 (국민대학교 기계시스템공학부) , 이진주 (국민대학교 대학원) , 김석현 (국민대학교 기계시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

An experimental study has been carried out to investigate the dehumidification characteristics for several operating conditions of a compact desiccant rotor. This problem is of particular interest in the design of a desiccant type of dehumidifier. Room temperature, room humidity, regeneration temperature, revolution speed and frontal air velocity of desiccant rotor are varied as operating conditions. The results obtained indicate that dehumidification rate is increased with an increase in the room humidity while dehumidification effectiveness is not changed much. It is also found that the optimal rotor speed and optimal regeneration temperature exist for maximum dehumidification rate and dehumidification effectiveness.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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가설 설정

실제로 단열제습이 진행된다 하더라도 ②의 상태 값을 얻으려면 무한히 긴 통로를 가진 로터여야 하며, 통로 길이가 유한하다면 단열이 되더라도 그 결과는 ②의 상태에 도달할 수는 없다. 따라서 이상적인 단열제습과정선상에 있는 ⑦의 상태를 실험으로 얻을 수 있는 결과라 가정한 후 이론적으로 가능한 최대의 성능지표를 구한다.

제안 방법

각 실험에 대하여 표준상태를 실내 온도 27℃, 상대습도 70% RH, 로터의 회전속도 1 rpm, 재생공기의 온도 100℃로 설정하였다. 제습로터에 관한 공인 시험 규격이 없어 실용 범위내의 온도와 풍속으로 정하였으며 특히 풍속은 유지비용과 관련된 송풍동력의 합리화와 유용도 제고를 위하여 층류범위에 정하는 것으로 하였다.
실내습도변화에 대한 실험에서는 각 상태를 고정시킨 후 실내 습도를 50～80% RH로 변화시켜가며 제습량을 측정하였다. 로터의 회전속도 변화에 대한 실험에서는 각 상태를 고정시킨 후 로터 회전속도를 0.4 rpm에서 3 rpm까지 0.3 rpm 간격으로 변화시켜가며 제습량을 측정하였고, 재생공기의 온도변화에 대한 실험에서는 재생공기의 온도를 40℃에서 150℃까지 10℃ 간격으로 변화시켜가며 제습량을 측정하였다. 재생부의 전면 유속은 0.
본 연구에서는 제습로터의 성능에 영향을 미치는 인자 중 제습풍량, 제습 및 재생측 공기 온도 및 상대 습도, 그리고 로터의 회전속도 등의 운전조건을 변화시키면서 제습특성을 측정, 분석하여 제시하였다.
실내습도변화에 대한 실험에서는 각 상태를 고정시킨 후 실내 습도를 50～80% RH로 변화시켜가며 제습량을 측정하였다. 로터의 회전속도 변화에 대한 실험에서는 각 상태를 고정시킨 후 로터 회전속도를 0.
온도와 상대습도는 고정밀 측정기(Testo 645)를 사용하여 제시된 위치에서 측정하였으며, 이에 따른 측정오차는 각각 ±0.1% 이내로 나타났다.
3 rpm 간격으로 변화시켜가며 제습량을 측정하였고, 재생공기의 온도변화에 대한 실험에서는 재생공기의 온도를 40℃에서 150℃까지 10℃ 간격으로 변화시켜가며 제습량을 측정하였다. 재생부의 전면 유속은 0.3 m/s로 일정하였으며 로터 제습부의 전면속도는 1.0 m/s로부터 2.5 m/s까지 변화시키며 로터 통과유속의 영향을 검토 하였다.
실험범위의 Reynolds 수는 230～810로서 층류 유동 영역에 있다. 전면 풍속에 따른 로터 유동통로에서의 전달 특성을 판단하기 위하여 유체역학적 입구 길이 L_ef와 물질전달 입구길이 L_em을 다음과 같이 추산하였다.
제습능력을 산출하기 위한 제습량은 제습공기의 절대습도 변화에 질량 풍량을 곱하여 산정하였다.
각 실험에 대하여 표준상태를 실내 온도 27℃, 상대습도 70% RH, 로터의 회전속도 1 rpm, 재생공기의 온도 100℃로 설정하였다. 제습로터에 관한 공인 시험 규격이 없어 실용 범위내의 온도와 풍속으로 정하였으며 특히 풍속은 유지비용과 관련된 송풍동력의 합리화와 유용도 제고를 위하여 층류범위에 정하는 것으로 하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 제습로터는 DRI사(India)의 제품으로서 무기섬유 기질에 메탈실리케이트(metal silicate)를 함침시킨 것이다. 로터의 직경 및 높이는 각각 300 mm, 20 mm이며 벌집모양의 공기통로는 1.
1은 실험장치의 개략도를 나타낸 그림이다. 실험장치는 제습부와 재생부로 분할된 제습로터를 중심으로 제습부 공기의 공급회로, 재생 공기를 공급하는 건조-가열장치, 단열된 덕트-송풍 시스템, 그리고 계측장치 등으로 구성하였으며 항온항습실 내에 설치하여 제습부의 공급공기 상태를 조건에 맞도록 일정하게 유지하였다.

성능/효과

(2) 제습측의 온도가 높을 때 재생측 공기와의 엔탈피 차이 즉 열적 편차가 감소하므로 제습량과 제습유용도가 다소 증가하였다. 또한 상대습도의 증가에 따라 제습량은 일정치에 점근하는 단순증가를 보이나 유용도는 오차범위에서 0.
(3) 재생온도가 낮을 때는 재생불량으로 유용도가 크게 감소하며 재생 온도가 높아질 때 재생은 유리해 지나 제습-재생 과정의 열적인 편차가 급격히 증대하여 제습측의 유용도가 0까지 감소하는 결과를 초래한다. 따라서 시스템에 대한 최적 재생온도가 존재하며 본 연구의 100℃ 전후가 되었다.
(4) 제습 로터의 최적 회전수가 존재하며 일정치를 초과하면 제습-재생의 주기가 지나치게 단축되어 불완전 재생 등으로 유용도가 최대치의 1/4수준으로 급격히 감소하게 된다.
(5) 전면풍속이 증가함에 따라 유용도가 다소 감소하는 것과 풍량증가로 인한 제습량의 증가 특성은 통상의 열교환기의 특성과 유사하다.
계산 결과 실험범위의 Re 수 230～810에 대하여 Sh 수의 범위는 4.5～6.0이며 제습과정 측의 단열효과의 이행정도를 나타내는 지표인 ε_h의 값은 0.25전후로서 재생과 제습과정 사이의 엔탈피 이동이 제습 로터 성능을 크게 감소시키는 악영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

후속연구

(1) 제습-재생 사이클 간의 엔탈피 이동으로 제습 및 재생 유용도가 공히 감소하여 그 크기 ε_h가 75%에 이르는 것을 확인하였으며 실제 로터의 설계상 이를 줄이는 다양한 방안이 추구되어야 한다.
(6) 제습기내 물질전달현상의 적정한 파악을 위하여 로터 길이 및 전면 풍속에 따라 정해지는 유동 및 물질전달현상의 확립 여부를 확인할 필요가 있으며 본 연구에 적용된 것과 유사한 소형 제습기의 경우 전달현상이 입구영역 범위에 걸쳐 있음을 유의하여야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	제습제의 특성은 무엇에 의해 좌우되는가?	실용상의 제습제로는 실리카겔, 활성알루미나, 제올라이트 등의 고체 흡착제나 염화리튬 수용액 또는 트리에틸렌글리콜 등의 액체 흡수제가 적용되고 있다. 제습제의 특성은 비열, 밀도, 기타 열물성은 물론, 액체 흡수제 계면의 포화특성이나 고체흡착제의 경우 기공율, 수증기 흡착 및 재생특성 등에 의해 좌우되며 제습제 자체의 제습능력은 주로 제습공기의 상대습도에 따라 결정되는 것이지만 교환기 형태로 제작된 제습로터의 성능은 제습제의 특성과 그 재생상태는 물론 로터의 직경, 길이, 공기 통로의 형상, 다공도 등 형상에 관련된 인자와 공기 유량과 온습도, 로터 회전속도 등의 운전조건에 관련된 것 등에 따라 결정된다. 특히 재생과정의 특성이 제습 과정의 성능에 직결되어 있으므로 재생부의 인자들이 복합적으로 제습로터의 성능에 영향을 미치게 되며 이러한 수많은 인자들의 상관관계도 매우 복잡하여 난해한 현상을 이루고 있다.
	실용상의 제습제로 쓰이는 액체 흡수제는 어떤 것들이 있는가?	실용상의 제습제로는 실리카겔, 활성알루미나, 제올라이트 등의 고체 흡착제나 염화리튬 수용액 또는 트리에틸렌글리콜 등의 액체 흡수제가 적용되고 있다. 제습제의 특성은 비열, 밀도, 기타 열물성은 물론, 액체 흡수제 계면의 포화특성이나 고체흡착제의 경우 기공율, 수증기 흡착 및 재생특성 등에 의해 좌우되며 제습제 자체의 제습능력은 주로 제습공기의 상대습도에 따라 결정되는 것이지만 교환기 형태로 제작된 제습로터의 성능은 제습제의 특성과 그 재생상태는 물론 로터의 직경, 길이, 공기 통로의 형상, 다공도 등 형상에 관련된 인자와 공기 유량과 온습도, 로터 회전속도 등의 운전조건에 관련된 것 등에 따라 결정된다.
	제습기의 제반 운전조건에 따른 제습 로터 특성에 관하여 실험의 결론은 무엇인가?	(1) 제습-재생 사이클 간의 엔탈피 이동으로 제습 및 재생 유용도가 공히 감소하여 그 크기 εh가 75%에 이르는 것을 확인하였으며 실제 로터의 설계상 이를 줄이는 다양한 방안이 추구되어야 한다. (2) 제습측의 온도가 높을 때 재생측 공기와의 엔탈피 차이 즉 열적 편차가 감소하므로 제습량과 제습유용도가 다소 증가하였다. 또한 상대습도의 증가에 따라 제습량은 일정치에 점근하는 단순증가를 보이나 유용도는 오차범위에서 0.2부근의 값을 가진다. (3) 재생온도가 낮을 때는 재생불량으로 유용도가 크게 감소하며 재생 온도가 높아질 때 재생은 유리해 지나 제습-재생 과정의 열적인 편차가 급격히 증대하여 제습측의 유용도가 0까지 감소하는 결과를 초래한다. 따라서 시스템에 대한 최적 재생온도가 존재하며 본 연구의 100℃ 전후가 되었다. (4) 제습 로터의 최적 회전수가 존재하며 일정치를 초과하면 제습-재생의 주기가 지나치게 단축되어 불완전 재생 등으로 유용도가 최대치의 1/4수준으로 급격히 감소하게 된다. (5) 전면풍속이 증가함에 따라 유용도가 다소 감소하는 것과 풍량증가로 인한 제습량의 증가 특성은 통상의 열교환기의 특성과 유사하다. (6) 제습기내 물질전달현상의 적정한 파악을 위하여 로터 길이 및 전면 풍속에 따라 정해지는 유동 및 물질전달현상의 확립 여부를 확인할 필요가 있으며 본 연구에 적용된 것과 유사한 소형 제습기의 경우 전달현상이 입구영역 범위에 걸쳐 있음을 유의하여야 한다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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Cho, S. J., Moon, I. H., Jung, M. J., and Hwang, Y. K., 2000, An experimental study on Characteristics of performance of rotary dehumidifier, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, pp. 374-379.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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