[논문]콘덴싱 가스보일러 잠열교환기의 이너 그루브 튜브 열유동 해석

용경중; 임병철; 박상흡

doi:10.5762/kais.2014.15.7.4052

초록
AI-Helper

현재 가정용 콘덴싱 가스보일러의 사용을 의무화 하고 있는 추세이며, CO나 NOx와 같은 오염 물질의 배출이 적은 친환경 보일러 사용을 적극 추천하고 있다. 따라서 본 논문에서는 효율을 증가시키기 위하여 가정용 콘덴싱 가스보일러에 사용되는 2차열교환기인 잠열교환기의 튜브(관) 내부에 이너 그루브 형상을 추가 하여 열유동에 대한 해석을 실시하였다. 이너 그루브 형상이 추가됨에 따라서 전열면적은 약 20% 증가하였으며, 이에 따라 열전달량이 증가하는 것을 알 수 있었고, 이를 3차원 수치해석을 이용하여 확인하였다. 또한 이너 그루브 형상을 추가했을 경우 이너 그루브 형상이 없는 잠열교환기 보다 출구 온도가 약 $1^{\circ}C$ 증가하였고, 이는 가정용 콘덴싱 가스보일러의 효율증가에 상당한 도움이 될 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

These days, household condensing gas boilers are an obligatory trend. The use of environmentally-friendly boilers that emit less pollutant, such as CO and NOx, are strongly recommended. In this paper, heat flow analysis of the additional inner groove in the tube of the secondary latent heat exchange...

These days, household condensing gas boilers are an obligatory trend. The use of environmentally-friendly boilers that emit less pollutant, such as CO and NOx, are strongly recommended. In this paper, heat flow analysis of the additional inner groove in the tube of the secondary latent heat exchanger was studied to increase the efficiency. A 20% difference in the heat transfer area was obtained with the addition of an inner grove, which showed an increase in the amount of heat transferred. This was confirmed using three-dimensional numerical analysis. With the addition of an inner groove, the exit temperature increased by $1^{\circ}C$. This increase in exit temperature was considered to be a substantial increase in the efficiency of the condensing gas boiler.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

가설 설정

4(a) Al-Cu Fin Tube의 격자수는 약 13만개이고, Fig. 4(b) Inner Groove Tube의 격자수는 약 16만개이다.

제안 방법

본 연구에서는 Fig. 2(a)와 같은 산 모양으로 Inner Groove 형상을 추가하였고, 산수는 2산으로 하여 전열면적을 증가시켰다. 피치는 High-Fin의 피치 3.
이러한 경제적, 환경적 요인으로 인해 연소기/열교환기의 효율향상 및 배기가스 저감을 위한 연구가 지속적으로 수행되어 오고 있다[3-7]. 따라서 본 연구에서 콘덴싱 가스보일러의 효율을 높이기 위하여 잠열열교환기의 Al-Cu Fin Tube에 Inner Groove 형상을 추가하여 내부 표면적을 증가시켜 열전달을 극대화 시키고, 3차원 수치해석을 실행하기 위해 상용해석 소프트웨어인 ANSYS CFX v14.5를 사용하여 열유동 해석을 실시하였다.
또한, High-Fin 전체를 해석하기에는 막대한 계산비용과 시간이 소요되어 공학적으로 활용가치가 미미하다. 따라서 본 연구에서는 1개의 High-Fin만 사용했고, 반으로 절단 후 절단 부분에 Symmetric 조건을 적용하여 열전달 계수를 구했다.
본 연구에서는 3차원 수치해석을 실행하기 위해 상용 해석 소프트웨어인 ANSYS CFX v14.5를 사용하여, 가정용 콘덴싱 가스보일러에 쓰이는 잠열교환기의 Al-Cu Fin Tube에 Inner Groove 형상을 추가하여 열유동 및 온도 변화에 대하여 해석을 하였고, 아래와 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 3차원 수치해석을 위해 상용해석 소프트웨어인 ANSYS CFX v14.5를 사용하였으며, Al-Cu Fin Tube 내부에 Inner Groove 형상을 추가 후 열유동 및 온도 변화에 대하여 해석을 실시하였다. 해석을 하기 위해서는 경계조건이 필요하며 이는 매우 중요하다.
수치해석에서 격자는 매우 중요하며, 격자에 따라서 수치해석 결과의 오차가 발생한다. 본 연구에서는 격자의 생성을 위해 ANSYS Workbench Meshing을 사용하였으며, Inflation 옵션을 추가하여 Fig. 4와 같이 격자를 생성하였다. Fig.
62W/m²K을 주었고, 나머지 표면은 단열조건으로 하였다. 여기서 열전달계수는 High-Fin에 Table 3과 같은 LNG 가스의 경계조건을 주어, 유동해석을 통하여 구했다. High-Fin의 두께는 0.

대상 데이터

2(a)와 같은 산 모양으로 Inner Groove 형상을 추가하였고, 산수는 2산으로 하여 전열면적을 증가시켰다. 피치는 High-Fin의 피치 3.175mm와 두께 0.53mm를 고려하여 3.5mm로 선정하였다. 이때의 전열면적은 12167.

이론/모형

유동해석을 실행하기 위하여 3D 모델링 작업은 Solid Works 프로그램을 사용하였고, Fig. 3과 같이 모델링을 하였다. Fig.

성능/효과

(1) Inner Groove 형상이 추가되면서 전열면적은 기존보다 약 20% 상승하였으며, 이는 열전달율 증가에 큰 영향을 미쳤을 것으로 사료된다.
(2) Inner Groove 형상이 추가되면서 난류현상은 발생하지 않았지만, 유속이 13.9m/s로 Al-Cu Fin Tube보다 느리게 나타났다. 이로 인해 Inner Groove Tube에서 열전달이 더 활발하게 이루어졌고, 최고온도는 약 4℃ 높았다.
(3) 출구부 해석결과, Inner Groove 형상 여부에 따라 평균온도가 약 1℃ 차이 났고, 이는 가정용 보일러 효율을 상승시키는데 상당한 영향을 미칠 것으로 판단된다.
7(b)는 Fig. 7(a) 보다 최고온도가 0.74℃, 최저온도가 1.35℃, 평균온도가 1.06℃ 높았다. 이는 서론부에서 거론했듯이 가정용 보일러의 효율향상에 있어서 상당히 중요한 부분이고, 실제로 효율향상에 상당한 도움이 될 것으로 판단된다.

후속연구

(4) Inner Groove 형상은 전열면적을 증가시키는 효과적인 방법으로 가정용 보일러 말고도 여러 산업분야에서도 사용 가능하며, 산의 모양 및 산수 등을 고려한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 우리나라 보일러의 평균대기전력은 얼마인가?	또한, 지구 온난화 등 환경오염 문제에 대처하기 위한 공해 물질 저감에 대한 관심이 고조되고 있다. 현재 우리나라 보일러의 평균대기전력은 4.9W로 1W 감소시 에너지비용 절감액은 189억5,000만원에 CO2 저감량은 7만3,247T-C다. 가정용 가스보일러의 효율을 1% 올리면 에너지비용 절감액은 1,367억원에 CO2 저감량은 58만4,665T-C라는 분석자료가 있다[1].
	지구 온난화 등 환경오염 문제에 대처하기 위해 어떤 분야에 관심이 고조되고 있는가?	따라서 에너지의 효율적인 이용에 대한 요구는 증가하고 있고, 이에 따른 효율적인 에너지 소비라는 과제가 크게 부각되고 있다. 또한, 지구 온난화 등 환경오염 문제에 대처하기 위한 공해 물질 저감에 대한 관심이 고조되고 있다. 현재 우리나라 보일러의 평균대기전력은 4.
	최근 유가 상승에 따라 국내의 가정용 가스보일러 시장이 영향을 받고 있는데, 이에 대한 사회적 요구와 해결해야 하는 과제는 무엇인가?	현재 국내의 가정용 가스보일러 시장은 유가 상승에 따라 심각한 영향을 받고 있다. 따라서 에너지의 효율적인 이용에 대한 요구는 증가하고 있고, 이에 따른 효율적인 에너지 소비라는 과제가 크게 부각되고 있다. 또한, 지구 온난화 등 환경오염 문제에 대처하기 위한 공해 물질 저감에 대한 관심이 고조되고 있다.

참고문헌 (7)

"Standby Power 1W and Efficiency 1%", Todayenergy, May 12, (2006)
S. J. Kim et al.,, "Domestic Condensing Gas Boiler Technology with High Efficiency and Low Pollutant Exhaust Gas", Journal of KOSCO SYMPOSIUM, pp. 277-280, (2010)
W.Q. Tao, Y.P. Cheng, T.S. Lee, "3D numerical simulation on fluid flow and heat transfer characteristics in multistage heat exchanger with slit fins", Heat and Mass Transfer, Vol. 44, pp. 125-136, (2007) DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00231-006-0227-2

상세보기
Martin, F. J and Dederick, P. K., "NOx from Nitrogen in Two-Stage Combustion", 16th Symp. (Int.) on Combustion, The Combustion Institute, pp. 191-198, (1976)
H. S. Yoo, J. H. Choi and S. G. Oh, "Reduction of NO Emission by Two-Stage Combustion", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. B, No. 19(2), pp. 591-596, (1995)
Wunning, J. A. and Wunning, J. G., "FlamelessOxidation to Reduce Thermal NO-Formation",Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 23, pp. 81-94, (1997) DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0360-1285(97)00006-3

상세보기
C. E. Lee, S. M. Geum, Y. S. Jeong and G. Y. Lee, "A Study on the Development of Low NOx Condensing Gas Boiler", Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. B, No. 25(2), pp. 235-243, (2001)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

콘덴싱 가스보일러 잠열교환기의 이너 그루브 튜브 열유동 해석
Heat Flow Analysis of Inner Groove Tube for Latent Heat Exchanger in Condensing Gas Boiler 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

콘덴싱 가스보일러 잠열교환기의 이너 그루브 튜브 열유동 해석 Heat Flow Analysis of Inner Groove Tube for Latent Heat Exchanger in Condensing Gas Boiler 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

임병철 (11) 박상흡 (20)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

콘덴싱 가스보일러 잠열교환기의 이너 그루브 튜브 열유동 해석
Heat Flow Analysis of Inner Groove Tube for Latent Heat Exchanger in Condensing Gas Boiler 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper