[논문]종이와 플라스틱 필름의 이종 재질로 구성된 직교류형 간접증발소자의 성능에 대한 실험적 연구

권미혜; 고민건; 김내현

doi:10.6110/kjacr.2015.27.9.475

[국내논문] 종이와 플라스틱 필름의 이종 재질로 구성된 직교류형 간접증발소자의 성능에 대한 실험적 연구
An Experimental Study on the Performance of a Cross-Flow-Type, Indirect Evaporative Cooler Made of Paper/Plastic Film 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.27 no.9, 2015년, pp.475 - 483

권미혜 (인천대학교 기계시스템공학부) , 고민건 (인천대학교 기계시스템공학부) , 김내현 (인천대학교 기계시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In Korea, a typically hot and humid summer means that air-conditioners consume a large quantity of electricity; accordingly, the simultaneous usage of an indirect evaporative cooler may reduce the sensible-heat level and save the amount of electricity that is consumed. In this study, the heat-transfer and pressure-drop characteristics of an indirect evaporative cooler made of paper/plastic film were investigated under both dry and wet conditions; for the purpose of comparison, an indirect evaporative cooler made of plastic film was also tested. Our results show that the indirect evaporative efficiencies under a wet condition are greater than those under a dry condition, and the efficiencies of the paper/plastic sample (109% to 138%) are greater than those (67% to 89%) of the plastic sample; in addition, the wet-surface, indirect evaporative efficiencies of the paper/plastic sample are 32% to 36% greater than those of the plastic sample. Further, the wet-surface pressure drops of the paper/plastic sample are 13% to 23% larger than those of the plastic sample, and this might have been caused by the surface roughness of the samples. A rigorous heat-transfer analysis revealed that, for the plastic sample, 30% to 37% of the wet channels remained dry, whereas all of the channels were wet for the paper/plastic sample.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 견고한 플라스틱 재질과 물 퍼짐성이 좋은 종이 재질로 각각 건채널과 습채널이 구성된 이종재질 간접증발소자에 대해 일련의 실험을 수행하였다. 우선 건표면 열전달 실험을 통하여 건채널 열전달계수를 도출한 후 물을 분무하며 습표면 열전달 실험을 수행하여 습채널 열전달계수를 도출하였다.
본 연구에서는 견고한 플라스틱 필름과 물 퍼짐성이 좋은 종이 재질로 각각 건채널과 습채널이 구성된 직교류형 이종 재질 간접증발소자에 대해 일련의 실험을 수행하였다. 우선 건표면 열전달 실험을 통하여 건채널 열전달계수를 도출한 후 물을 분무하며 습표면 열전달 실험을 수행하여 습채널 열전달계수를 도출하였다.

가설 설정

9에 식(24)와 식(25)로부터 구해진 습채널의 열전달계수(h_pp,w와 h_pr,w)를 나타내었다. 이 때 습채널의 전체 면적이 물로 젖어 있다고(A_w/A = 1.0) 가정하였다. 종이 습채널의 열전달계수는 종이 건채널의 열전달계수보다 7%에서 25% 크게 나타났다.

제안 방법

Pescod⁽⁸⁾의 소자에 대한 해석 결과 예측치가 실험치보다 현저히 높게 나타났는데 이는 실험 시 습채널이 골고루 적셔지지 않았기 때문이라고 설명하였다. Kettleborough and Hsieh⁽¹⁰⁾ 적심 인자(wettability factor)를 정의하여 습채널의 불완전한 적심을 정량화하였다. 그들은 또한 습채널의 유동 방향으로 공급수의 온도 변화를 고려하여 해석 정밀도를 향상시켰다.
분무 노즐로부터 분사되는 물은 원추형으로 퍼져나가고 시료의 형상은 직육면체이므로 분무 노즐의 높이가 너무 낮으면 적셔지지 않는 부분이 존재하고 너무 높으면 시료 외곽에 필요 없는 물이 공급된다. 따라서 Fig. 8에 나타나 있듯이 분무수가 시료를 내접하는 경우와 외접하는 경우에 대하여 실험을 수행하고 결과를 비교하였다. 이 때 전방풍속은 3.
5%로 오차범위 내에 있었다. 따라서 향후 모든 실험은 분무수가 시료를 내접하도록 노즐을 위치시키고 수행하였다. 또한 분무수의 공급온도는 입구 공기의 습구온도(17o C)로, 공급유량은 0.
우선 건표면 열전달 실험을 통하여 건채널 열전달계수를 도출한 후 물을 분무하며 습표면 열전달 실험을 수행하여 습채널 열전달계수를 도출하였다. 비교를 위하여 건채널과 습채널이 모두 플라스틱 재질로 구성된 간접증발소자에 대한 실험도 수행하였다. 주된 결론은 다음과 같다.
우선 건표면 열전달 실험을 통하여 건채널 열전달계수를 도출한 후 물을 분무하며 습표면 열전달 실험을 수행하여 습채널 열전달계수를 도출하였다. 비교를 위하여 건채널과 습채널이 모두 플라스틱 필름으로 구성된 간접증발소자에 대한 실험도 수행하였다.
실험은 건채널과 습채널 입구 건습구 온도를 35℃/24℃, 24℃/17℃로 유지하고 전방 풍속을 2.0 m/s에서 4.0 m/s로 변화시키며 수행되었다. 이 온습도는 건물 공조시 하절기 설계조건⁽²¹⁾이다.
본 연구에서는 견고한 플라스틱 필름과 물 퍼짐성이 좋은 종이 재질로 각각 건채널과 습채널이 구성된 직교류형 이종 재질 간접증발소자에 대해 일련의 실험을 수행하였다. 우선 건표면 열전달 실험을 통하여 건채널 열전달계수를 도출한 후 물을 분무하며 습표면 열전달 실험을 수행하여 습채널 열전달계수를 도출하였다. 비교를 위하여 건채널과 습채널이 모두 플라스틱 필름으로 구성된 간접증발소자에 대한 실험도 수행하였다.
이 온습도는 건물 공조시 하절기 설계조건⁽²¹⁾이다. 우선 물을 공급하지 않고 건표면 실험을 수행하여 플라스틱 건채널의 열전달 계수 h_pp,d를 구하였다. 그 절차는 다음과 같다.
풍동 내부에는 시험부 출구 공기의 건습구 온도를 측정하기 위한 샘플링 유닛과 풍량을 측정하기 위한 노즐, 그리고 송풍기가 설치되어 있다. 풍량은 송풍기 모터에 연결된 인버터로 조절하였고 시험부 입구측 공기 온습도는 별도의 샘플링 유닛을 시험부 입구에 설치하여 측정하였다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.

대상 데이터

5℃에서 구하였다. 본 연구에 사용된 간접증발 소자의 채널 형상은 Fig. 3에 나타나 있듯이 꼭지 각이 85^o인 이등변 삼각형이다. 유동이 완전히 발달한층류유동에서 꼭지각 85^o인 이등변 삼각형의 Nusselt 수는 등온조건인 경우 2.
습채널 실험의 경우 습채널에 물이 균일하게 공급되는 것이 중요하다. 본 연구에서는 실제 상황을 모사하기 위하여 시험부 상부에 분무 노즐을 설치하였다. 분무 노즐로부터 분사되는 물은 원추형으로 퍼져나가고 시료의 형상은 직육면체이므로 분무 노즐의 높이가 너무 낮으면 적셔지지 않는 부분이 존재하고 너무 높으면 시료 외곽에 필요 없는 물이 공급된다.
0 mm, 크기는 300 mm×300 mm×300 mm이다. 시료의 채널 핏치와 절곡 핏치는 소자의 전열성능과 압력손실 그리고 절곡 금형의 형상을 고려하여 선정되었다. 채널 핏치가 전열성능 및 압력손실에 미치는 영향은 본 논문의 후반부에 기술되어 있다.
플라스틱 필름의 두께는 40 μm이고 종이의 두께는 180 μm이다.

이론/모형

Klein and McClintock⁽²⁵⁾의 제안에 따라 오차해석을 수행하였다. 건습구 온도 측정 오차 ±0.
건채널과 마찬가지로 비혼합-비혼합 직교류의 ε -NTU 관계식을 사용하여 UA를 구한다.
풍량은 송풍기 모터에 연결된 인버터로 조절하였고 시험부 입구측 공기 온습도는 별도의 샘플링 유닛을 시험부 입구에 설치하여 측정하였다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.2⁽¹⁹⁾에 된 노즐차압을 이용하여 산정하였고 시험부의 입출구 온습도는 ASHRAE 41.1⁽²⁰⁾에 규정된 샘플링 방법에 의해 측정하였다. 온습도 측정에는 고정밀 Pt100 Ω 센서(정밀도 ±0.

성능/효과

(1) 종이 건채널의 열전달계수가 플라스틱 건채널보다 21%에서 48% 크다. 또한 종이 건채널의 압력손실은 플라스틱 채널의 압력손실보다 34%에서 50% 크다.
(2) 종이 습채널의 열전달계수는 종이 건채널의 열전달 계수보다 7%에서 25% 크게 나타났다. 플라스틱 시료에 대한 습표면 해석 결과 습채널의 건표면의 면적비는 30%에서 37%로 나타났다.
(3) 플라스틱 시료의 습채널 간접증발 효율은 건채널 효율보다 67%에서 89% 크다. 이종 재질 시료의 경우 이 값은 109%에서 138%로 증가한다.
(4) 습채널 압력손실은 건채널보다 크게 나타났다. 그 차이는 플라스틱 재질에서는 현저한 반면(27%~34%) 종이 재질의 경우는 3%에서 10%로 미미하였다.
이 그림은 종이 건채널의 열전달계수가 21%에서 48% 큼을 보여준다. 두 채널의 유동 단면적이 거의 같고(종이의 두께가 다소 두꺼우므로 종이 채널의 유동단면적이 3% 작다) 두 재질의 열전도도가 거의 같음(종이의 열전도도 0.13 W/mK와 플라스틱의 열전도도 0.14 W/mK)을 고려하면 열전달 계수의 차이는 표면 거칠기의 차이에 따른 것으로 판단된다. 이는 추후에 논의될 압력손실 자료로부터도 확인할 수 있다.
이 그림은 속도가 증가할수록 효율이 감소함을 보인다. 또한 건채널에서 이종 재질 시료의 효율은 플라스틱 시료의 효율보다 다소(5%～8%) 높음을 보여준다. 이는 종이 채널의 열전달계수가 플라스틱 채널의 열전달보다 크기 때문이다(Fig.
한편 플라스틱 시료의 습채널 효율은 건채널 효율보다 67%에서 89% 크고 이종 재질 시료의 경우는 109%에서 138% 크게 나타났다. 또한 이종 재질 시료의 습채널 효율은 플라스틱 시료의 습채널 효율보다 32%에서 36% 크게 나타났다. 이종재질 시료의 습채널 효율이 플라스틱 시료의 습채널 효율보다 큰 이유는 종이의 흡습성이 플라스틱보다 월등 하기 때문이다.
(1) 종이 건채널의 열전달계수가 플라스틱 건채널보다 21%에서 48% 크다. 또한 종이 건채널의 압력손실은 플라스틱 채널의 압력손실보다 34%에서 50% 크다. 이는 종이의 표면 거칠기가 플라스틱보다 현저히 크기 때문이다.
이 경우도 전체 전열량(Q)은 건채널측(Qd)과 습채널측(Qw)의 평균 전열량이다. 실험 시 건채널측과 습채널측 전열량은 5% 내에서 일치하였다.
02 kg/s이었다. 실험결과 간접증발효율이 각각 31.1%, 30.5%로 오차범위 내에 있었다. 따라서 향후 모든 실험은 분무수가 시료를 내접하도록 노즐을 위치시키고 수행하였다.
0) 가정하였다. 종이 습채널의 열전달계수는 종이 건채널의 열전달계수보다 7%에서 25% 크게 나타났다. 하지만 플라스틱 습채널의 열전달계수는 플라스틱 건채널의 열전달계수보다 69%에서 71% 낮게 나타났다.
(2) 종이 습채널의 열전달계수는 종이 건채널의 열전달 계수보다 7%에서 25% 크게 나타났다. 플라스틱 시료에 대한 습표면 해석 결과 습채널의 건표면의 면적비는 30%에서 37%로 나타났다.
종이 습채널의 열전달계수는 종이 건채널의 열전달계수보다 7%에서 25% 크게 나타났다. 하지만 플라스틱 습채널의 열전달계수는 플라스틱 건채널의 열전달계수보다 69%에서 71% 낮게 나타났다. 일반적으로 습채널 열전달계수는 건채널 열전달계수보다 크게 나타난다.
6 참조). 한편 플라스틱 시료의 습채널 효율은 건채널 효율보다 67%에서 89% 크고 이종 재질 시료의 경우는 109%에서 138% 크게 나타났다. 또한 이종 재질 시료의 습채널 효율은 플라스틱 시료의 습채널 효율보다 32%에서 36% 크게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	증발냉각방식은 어떤 효과를 이용하는가?	물의 증발에 따른 냉각 효과를 이용하는 증발냉각방식은 기존 증기 압축식 에어컨에 비하여 냉방에 소요되는 에너지를 현저히 감소시킬 수 있고, 여름철 첨두부하를 경감시키며 CFC 냉매를 사용하지 않아 친환경적이다.(1-5) 증발냉각방식은 직접냉각방식과 간접냉각방식으로 대별된다.
	직접냉각방식과 간접냉각방식을 비교하라	Fig. 1에 나타나 있듯이 직접냉각방식은 물과 직접 접촉을 통하여 공기를 냉각시키는 방법으로 냉각 시 공기 중의 수분량도 증가한다. 간접냉각방식은 냉각 채널(건채널)과 물이 증발하는 채널(습채널)을 구분하여 냉각 시 수분량의 변화는 없다.(6, 7) 직접냉각방식은 고온이고 건조한 기후에 적합한 냉각 방식이고 우리나라와 같이 여름철이 고온 다습한 경우는 간접냉각방식이 적합하다.
	증발냉각방식이 찬환경적인 이유는?	물의 증발에 따른 냉각 효과를 이용하는 증발냉각방식은 기존 증기 압축식 에어컨에 비하여 냉방에 소요되는 에너지를 현저히 감소시킬 수 있고, 여름철 첨두부하를 경감시키며 CFC 냉매를 사용하지 않아 친환경적이다.(1-5) 증발냉각방식은 직접냉각방식과 간접냉각방식으로 대별된다.

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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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