아연말 코팅은 친환경성 및 고성능으로 인하여 널리 사용되고 있다. 일반적으로 코팅온도가 코팅층 두께 및 코팅품질을 결정하는 주요한 요소이므로 아연말 코팅의 경우에도 최적의 코팅온도가 요구되고 있다. 본 연구에서는 아연말 스프레이 코팅 룸의 온도분포를 해석하기 위해 룸 내부의 공기유동을 포함하는 열 유동 전산 시뮬레이션을 수행하였다. 3차원 CAD 프로그램인 SolidWorks를 이용하여 스프레이 코팅 룸 전체와 예열실과 건조실을 모두 고려한 모델링을 수행하였으며 Flow Simulation 프로그램을 이용하여 열 유동 해석을 수행하였다. 해석된 결과는 열화상카메라를 이용한 실험으로 검증하였다. 해석결과 제1스프레이실과 제2스프레이실의 온도분포 특성을 파악할 수 있었으며, 현재의 상태로는 목표 온도 값인 $25^{\circ}C$에 미달하고 있었음을 알 수 있었다. 단순히 히터를 추가하는 방법 대신, 현재 조건에서 스프레이실의 온도를 높이는 방안으로 배기팬을 사용하지 않는 경우에 대해 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과 제1스프레이실의 온도가 $6.2^{\circ}C$, 제2스프레이실의 온도가 $5.8^{\circ}C$ 상승하였다. 본 연구 내용은 향후 스프레이 코팅 룸의 성능향상을 위한 설계에 이용될 수 있다.
아연말 코팅은 친환경성 및 고성능으로 인하여 널리 사용되고 있다. 일반적으로 코팅온도가 코팅층 두께 및 코팅품질을 결정하는 주요한 요소이므로 아연말 코팅의 경우에도 최적의 코팅온도가 요구되고 있다. 본 연구에서는 아연말 스프레이 코팅 룸의 온도분포를 해석하기 위해 룸 내부의 공기유동을 포함하는 열 유동 전산 시뮬레이션을 수행하였다. 3차원 CAD 프로그램인 SolidWorks를 이용하여 스프레이 코팅 룸 전체와 예열실과 건조실을 모두 고려한 모델링을 수행하였으며 Flow Simulation 프로그램을 이용하여 열 유동 해석을 수행하였다. 해석된 결과는 열화상카메라를 이용한 실험으로 검증하였다. 해석결과 제1스프레이실과 제2스프레이실의 온도분포 특성을 파악할 수 있었으며, 현재의 상태로는 목표 온도 값인 $25^{\circ}C$에 미달하고 있었음을 알 수 있었다. 단순히 히터를 추가하는 방법 대신, 현재 조건에서 스프레이실의 온도를 높이는 방안으로 배기팬을 사용하지 않는 경우에 대해 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과 제1스프레이실의 온도가 $6.2^{\circ}C$, 제2스프레이실의 온도가 $5.8^{\circ}C$ 상승하였다. 본 연구 내용은 향후 스프레이 코팅 룸의 성능향상을 위한 설계에 이용될 수 있다.
Recently, Zinc coating is often used with environment friendly features and high performance. Generally The coating temperature is one of main factors for determining coating thickness and coating ability, so the optimal coating temperature is strongly required. In this paper, the thermo-flow simula...
Recently, Zinc coating is often used with environment friendly features and high performance. Generally The coating temperature is one of main factors for determining coating thickness and coating ability, so the optimal coating temperature is strongly required. In this paper, the thermo-flow simulation considering the air flow inside the coating rooms for analyzing the temperature distributions of Zinc spray coating room was performed. Two spray coating rooms, preheating room and drying room were all modeled by SolidWorks program and the temperature distributions were analyzed by Flow simulation program. The analysis results were verified with the measured data by thermal image camera. The characteristics of temperature distributions of the first spray room and the second spray room were understood and the results showed that the temperatures of two spray coating room were low compared with the target temperature $25^{\circ}C$. To the exclusion of heater addition, the simulation with all the same conditions exclusive the exhaust fan was performed, which showed that the temperatures of the first and the second spray rooms increased by $6.2^{\circ}C$ and $5.8^{\circ}C$. This analysis can be applicable for designing a new spray coating room for improving performance.
Recently, Zinc coating is often used with environment friendly features and high performance. Generally The coating temperature is one of main factors for determining coating thickness and coating ability, so the optimal coating temperature is strongly required. In this paper, the thermo-flow simulation considering the air flow inside the coating rooms for analyzing the temperature distributions of Zinc spray coating room was performed. Two spray coating rooms, preheating room and drying room were all modeled by SolidWorks program and the temperature distributions were analyzed by Flow simulation program. The analysis results were verified with the measured data by thermal image camera. The characteristics of temperature distributions of the first spray room and the second spray room were understood and the results showed that the temperatures of two spray coating room were low compared with the target temperature $25^{\circ}C$. To the exclusion of heater addition, the simulation with all the same conditions exclusive the exhaust fan was performed, which showed that the temperatures of the first and the second spray rooms increased by $6.2^{\circ}C$ and $5.8^{\circ}C$. This analysis can be applicable for designing a new spray coating room for improving performance.
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문제 정의
본 연구는 아연말 코팅 업체의 의뢰를 받아 스프레이 코팅 룸의 온도분포를 해석하였고, 균일한 온도분포를 얻기 위한 개선 방안을 연구하였다. 스프레이 코팅 룸은 부분적으로 개방되어 있는 구조를 가지고 있으며, 배기관의 팬에 의한 공기 유동을 고려해야 하므로 스프레이 코팅 룸 전후로 존재하는 예열실과 건조실을 모두 고려한 모델링을 실시하였고, 열 유동 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 겨울철 아연말 스프레이 코팅 룸의 예열구간부터 건조실까지 전체적인 온도분포를 해석하였다. 연구결과 다음의 결론을 얻을 수 있다.
가설 설정
예열실의 히터부분에는 측정값인 190 °C의 온도 경계 조건을 설정하였고, 각각 룸의 개방된 부분과 배기관에는 대기압의 압력경계조건을 부여하였다. 스프레이 코팅이 종종 문제가 되는 겨울철에서의 공정을 가정하였기 때문에 외부 공기의 온도를 0 ℃로 설정하였다.
제안 방법
2. 현재의 조건으로 스프레이실 온도를 높일 수 있는 방안으로 배기팬을 사용하지 않는 경우에 대해 해석을 수행하였다. 그 결과 제1 스프레이실의 온도는 6.
집진기는 여러 시설물에 관여하고 코팅 룸과 매우 멀리 위치하고 있다. 따라서 배기에 영향력이 작다고 판단하여 유동 해석에서 제외하고, 시로코 팬에 의한 유동 경계 조건을 설정하기 위해 풍속계를 사용하여 유동 속도를 실제 측정하였다.
스프레이 코팅 룸 내부의 온도 및 유동해석을 위하여 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 예열실, 제 1 스프레이 실, 제2 스프레이 실, 건조 실 모두를 고려하여 모델링 하였다. 모델링에 사용된 프로그램은 SolidWorks 이다.
본 연구는 아연말 코팅 업체의 의뢰를 받아 스프레이 코팅 룸의 온도분포를 해석하였고, 균일한 온도분포를 얻기 위한 개선 방안을 연구하였다. 스프레이 코팅 룸은 부분적으로 개방되어 있는 구조를 가지고 있으며, 배기관의 팬에 의한 공기 유동을 고려해야 하므로 스프레이 코팅 룸 전후로 존재하는 예열실과 건조실을 모두 고려한 모델링을 실시하였고, 열 유동 해석을 수행하였다.
해석결과를 검증하기 위해 열화상 카메라를 사용하여 제 1 스프레이실과 제 2 스프레이실의 온도를 측정하였다. 사용된 열화상 적외선 카메라는 FLIR ThermaCAM E45 모델이며 온도 분해능 <0.
대상 데이터
4에 나타낸 바와 같이 예열실, 제 1 스프레이 실, 제2 스프레이 실, 건조 실 모두를 고려하여 모델링 하였다. 모델링에 사용된 프로그램은 SolidWorks 이다. 코팅 룸의 배기는 공장 전체 배기에 관여하는 50 HP의 집진기와 룸 상부에 설치되어있는 시로코 팬에 의해 처리된다.
사용된 열화상 적외선 카메라는 FLIR ThermaCAM E45 모델이며 온도 분해능 <0.07 ℃ , 정확도 ±2 °C, 대상 물체의 온도 범위 –20 ℃ ～ +120 ℃/0 ℃ ～ +650 ℃이다.
이론/모형
아연말 스프레이 코팅 룸 내의 열유동 특성을 알아보기 위해 SolidWorks의 열 유동해석 모듈인 Flow Simulation을 이용하였다.
성능/효과
1. 스프레이 코팅 시스템을 3차원 모델링하고 열 유동 분포에 대한 수치해석 결과, 예열실에서 히터에 의해 급격한 온도상승이 이루어지며, 외부 찬 공기 및 배기관의 영향으로 상/하부 방향으로 비교적 큰 온도구배를 보이고 있다. 공기는 예열실을 통과한 후 급격히 온도가 감소하며 두 스프레이실 모두 중단에서 가장 온도가 높으며, 상단, 하단의 순으로 온도가 감소한다.
또한 배기관의 영향으로 하부에 비해 상부 쪽으로 온도구배의 범위가 넓은 것을 알 수 있다. 예열실을 통과한후, 제 1 스프레이실에서는 공기 유동 방향으로 큰 온도구배를 보이고 있으며, 제 2 스프레이실의 온도는 거의 일정한 값을 보이고 있다.
온도 값의 오차를 살펴보면, 평균 온도 값에서 측정결과와 해석결과는 제1 스프레이실과 제2 스프레이실 각각 1.0 °C ～ 1.5 ℃의 미소한 온도 오차를 보이고 있다.
스프레이 코팅의 경우 코팅 액의 온도가 25 ℃이며,피도물의 온도가 코팅 액의 온도와 일치할 경우 코팅이 가장 잘 이루어진다. 해석 및 측정결과를 살펴보면, 현재 조건으로는 목표 온도인 25 ℃에 크게 미달하고 있음을 알 수 있다. 따라서 스프레이실의 온도 평균값을 25 ℃로 맞추는 것이 매우 중요하며, 또한 각 스프레이실의 온도편차를 줄이는 일이 중요하다.
5 m/s, 코팅 룸 장비의 온도 초기 값을 0 ℃로 가정하였을 때의 온도분포 해석 결과이다. 해석결과를 살펴보면, 예열실에서 히터에 의해 급격히 온도가 상승하지만, 외부 찬 공기의 영향으로 상부 및 하부방향으로 비교적 큰 온도구배를 보이고 있다. 또한 배기관의 영향으로 하부에 비해 상부 쪽으로 온도구배의 범위가 넓은 것을 알 수 있다.
후속연구
3. 본 연구내용은 다양한 조건변화에 따른 스프레이 코팅 룸의 온도분포를 예측할 수 있으므로 스프레이 코팅의 성능향상 및 새로운 스프레이 코팅 룸의 설계에 이용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아연말 코팅이 널리 사용되는 이유는?
아연말 코팅은 친환경성 및 고성능으로 인하여 널리 사용되고 있다. 일반적으로 코팅온도가 코팅층 두께 및 코팅품질을 결정하는 주요한 요소이므로 아연말 코팅의 경우에도 최적의 코팅온도가 요구되고 있다.
코팅층 두께 및 코팅품질을 결정하는 주요한 요인은 무엇인가?
아연말 코팅은 친환경성 및 고성능으로 인하여 널리 사용되고 있다. 일반적으로 코팅온도가 코팅층 두께 및 코팅품질을 결정하는 주요한 요소이므로 아연말 코팅의 경우에도 최적의 코팅온도가 요구되고 있다. 본 연구에서는 아연말 스프레이 코팅 룸의 온도분포를 해석하기 위해 룸 내부의 공기유동을 포함하는 열 유동 전산 시뮬레이션을 수행하였다.
Cr-free 코팅 법에 대한 연구가 활발히 진행된 이유는?
고강도 볼트, 너트 등에는 크로메이트 코팅이 널리 사용되었으나 환경규제 물질인 6가 크롬(Cr+6)이 포함되어 있어, 유럽에서는 2007년부터 전면 사용금지 되었다. 이에 따라 Cr-free 코팅 법에 대한 연구가 활발히 진행되 었다[1-2].
참고문헌 (6)
J.K.Lee, H.K.Cho, M.J.Kang, D.J.Woo, S.H.Kim, S.J.Kim, "The Corrosion Comparision of the Bolt of Zinc Frake Coating in Line Test", Proceedings of the KISE Spring Conference, pp.147-148, 2011.
S.S.Kim, A Study of Non-Chrome Flake Coating, Ph.D. Dissertation, Pukyong National University, 2010.
J.R.Davis, Corrosion: Understanding the Basics -, ASM International, 2000
K.Y.Lee, K.W.Kim, "A Study on Numerical Analysis and Performance Improvement of Ventilation System in Coating Room," Journal of the Korea Academia- Industrial cooperation Society, Vol.14, No.5, pp.2086- 2091, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.5.2086
J.W.Ha, H.Y.Park, "The Effect of Practical Size of Coating Powder and Coating Temperature on the Thickness of Coating Layer Formed on Metal Surface", Journal of the Korean Industrial and Engineering Chemistry, Vol.10, No.7, pp.1061-1065, 1999.
K.H.,Seok, J.W.Ha, S.B.Lee, I.J.Park, H.J.Kim, Surface Characterization of Poly(vinylidene fluoride) and Poly(methyl methacrylate) Blend Coatings Prepared by Dispersion Coating", Polymer, Vol.37, No.2, pp.177-183, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.7317/pk.2013.37.2.177
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