[논문]셀룰로오스와 PET 복합체로 만들어진 가정용 가습소자

김내현

doi:10.5762/kais.2016.17.4.13

초록
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실내의 습도제어를 위하여 가습기가 필요하다. 이 중 기화식 가습기는 구조가 간단하고 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 하지만 가습기의 핵심 부품인 소자는 일본 제품이 사용되고 있다. 본 연구에서는 일본 제품을 대체할 셀룰로오스와 PET 복합체로 만들어진 가습소자를 개발하고 일본 제품의 성능과 비교하였다. 시험은 소자를 항온항습실 내에 설치된 흡입식 풍동 입구에 설치하고 가습량과 압력손실을 측정하였다. 개발품의 가습 효율이 일본 제품에 비하여 2%~4% 우수하고 압력 손실도 일본 제품에 비하여 23%~32% 적게 나타났다. 또한 동일 압력손실에서 가습 성능을 의미하는 $j_m/f$의 값도 개발품에서 5%에서 28% 크게 나타났다. 한편 개발품의 물 흡수도는 일본 제품에 비하여 작게 나타났는데 향후 이 부분에 대한 보완이 필요할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Humidifiers are used to control indoor humidity. Element-type humidifiers have the advantages of simple structure and low energy consumption, and Japanese products have been widely used for the humidifying elements. In this study, a new humidifying element made of cellulose and PET was developed, an...

Humidifiers are used to control indoor humidity. Element-type humidifiers have the advantages of simple structure and low energy consumption, and Japanese products have been widely used for the humidifying elements. In this study, a new humidifying element made of cellulose and PET was developed, and the performance was compared with that of a Japanese element. The mass transfer rates and pressure drops were measured for an element installed at the entrance of a suction-type wind tunnel. The humidification efficiency of the new element was 2 to 4% greater and the pressure drop was 23 to 32% smaller compared to the Japanese element. The mass transfer effectiveness ($j_m/f$) of the new element is also 5 to 28% higher. However, the water absorption capacity was smaller than that of the Japanese element, meaning further development is needed.

주제어

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문제 정의

가습소자로 공급된 공기는 부직포 사이를 통과하며 가습된다. 본 연구에 서는 일본 제품의 성능을 능가할 수 있는 새로운 가습소 자를 개발하였다. 이 가습소자의 재질은 셀룰로오스와 PET가 50%씩 배합된 복합 소재이다.
본 연구에서는 셀룰로오스와 PET 복합체로 만들어진 가정용 가습소자 개발품의 성능을 측정하고 합성 섬유 재질의 일본 제품 성능과 비교하였다.

가설 설정

산업의 발달과 산업구조의 변화로 현대인들은 대부분의 시간을 실내 거주 공간 및 사무실에서 보내고 있음을 고려할 때 쾌적한 실내공기환경을 제공하는 것은 매우 중요하다. 실내공기 환경을 결정하는 가정 주된 인자는 온도와 습도이다. 그중 온도제어에 대해서는 많은 연구가 이루어졌고 설비 또한 다양하게 개발되어 있는 반면 습도의 제어는 상대적으로 취약한 편이다.

제안 방법

이 가습소자의 재질은 셀룰로오스와 PET가 50%씩 배합된 복합 소재이다. 개발된 소재를 사용하여 기존의 형상과는 달리 삼각 채널 형상의 가습소 자를 만들고 기존 제품과 가습성능을 비교하였다. 실험은 전방풍속을 변화시키며 수행되었다.
공기측 풍량은 흡입식 풍동 후방에 장착된 노즐을 사용하여 측정하였고 (ASHRAE 규격 41.2)[11] 시료의 압력손실은 정밀도 ± 0.5 Pa의 차압 트랜스듀서로 측정하였다.
물의 온도는 정밀도 ±0.1°C의 정밀 RTD(P t-100Ω 센서)로써 측정하였다.
시험 중 챔버의 온습도와 순환수의 공급 온도는 Table 1에 나타나 있다 [12]. 실험은 시료 전방풍속을 1.0 m/s에서 2.0 m/s 사이에서 변화시키며 수행하였다. ASHRAE 규격 41.
개발된 소재를 사용하여 기존의 형상과는 달리 삼각 채널 형상의 가습소 자를 만들고 기존 제품과 가습성능을 비교하였다. 실험은 전방풍속을 변화시키며 수행되었다. 삼각 채널은 가습, 제습, 냉각, 가열 등 열 및 수분 교환에 널리 사용되는 형상이다 [7-9].
그 이유로 원단의 가습특성과 소자 형상의 차이를 생각할 수 있다. 우선 원단의 가습 특성을 살펴보기 위하여 컵에 붉은 염색물을 5 mm 높이로 채우고 개발품과 일본 제품의 원단 시료를 담가 물을 흡수하는 정도를 시간에 따라 측정하였다 (Fig. 8 참조). 일본 원단의 경우 꼭대기 까지 물을 흡수하는데 240 초가 걸린 반면 개발품 원단의 경우는 300 초로 일본 원단의 흡수력이 우수함을 알 수 있다.

대상 데이터

2에 나타난 시료의 외각크기는 일본 제품과 개발품 모두 폭 220 mm, 높이 120 mm, 깊이 26 mm이다. 일본 제품은 두께 0.5 mm의 원단을 3.1 mm 핏치로 절곡하여 제조되었고 개발품은 두께 0.18 mm 원단을 높이 2.2 mm, 핏치 5.0 mm의 삼각 채널 형상으로 성형, 적층하여 제작하였다.

이론/모형

0 m/s 사이에서 변화시키며 수행하였다. ASHRAE 규격 41.5 [13]에 따라 실험 오차 해석을 수행하였고 그 결과가 Table 2에 나타나있다. 마찰계수의 오차는 주로 차압계(±0.
시료 후방에는 배플이 설치되어 배출공기를 혼합시켜준다. 시료의 입출구 온습도는 ASHRAE 규격 41.1에 따라 측정하였다[10]. 소자 하부에는 물 받침대가 있어 이로부터 소자에 물을 공급한다.

성능/효과

(1) 개발품의 가습 효율이 일본 제품에 비하여 2%∼ 4% 우수하였다.
(2) 가습량과 압력손실을 jm과 f 인자로 나타내었을 때 일본 제품의 jm인자와 f 인자가 각각 33%∼41%, 44%∼70% 크게 나타났다.
(3) 동일 압력손실에서 가습 성능을 의미하는 j_m/f의값은 개발품에서 5%에서 28% 크게 나타났다.
1°C)에 기인하였다. 실험오차는 전방풍속이 증가할수록 감소하였다.

후속연구

(4) 개발품의 물 흡수도는 일본 제품에 비하여 작게 나타났는데 향후 이 부분에 대한 보완이 필요할 것으로 판단된다.
현저히 다른 두 형상에서 형상의 차이가 가습 성능에 미치는 영향을 파악하려면 확대 모형 실험, 수치해석 등을 통해 유동 패턴, 국소 물질전달계수의 분포 등을 검토할 필요가 있다. 이 부분에 대해서는 향후 연구를 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가정용 가습기의 종류는?	가정용 가습기는 초음파식, 가열식, 기화식, 복합식으로 구별된다. 그간 초음파식 가습 방법이 이 널리 사용되었지만 초음파식은 물 속의 세균까지 공기 중으로 비산 시키는 문제가 있어 소비자들로 외면받게 되었다 [1].
	가습소자로 검토된 재질에는 어떠한 것들이 있는가?	따라서 가습소자는 흡수성이 매우 중요하다. 그간 가습소자로 검토된 재질로는 크게 유리섬유, 세라믹, 합성섬유와 같은 무기질 재료와 크라프트 섬유, 아스펜 섬유, 코코넛 섬유와 같은 유기질 셀룰로오스 재료가 있다 [3-6]. 이 중 가정용 가습소자의 재료로는 합성섬유로 만든 부직포가 널리 사용 되고 있다.
	기화식 가습기가 갖고 있는 문제점은 무엇인가?	기화식은 구조가 간단하고 에너지 소모가 적어 가정용 가습기에 널리 사용되고 있다. 하지만 다른 가습 방법에 비해 가습량이 적고 홴 소음이 큰 단점이 있다 [2].

참고문헌 (16)

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T. W. Kim, M. Kim, G. T. Kim, D. Y. Kim, B. Youn, D. K. Kim and Y. W. Han, "A theoretical study on the performance of humidification element," Proc. Summer Annual Conf., SAREK, pp. 163-166, 2015.
M. Barsegar, M. Layeghi, G. Ebrahimi, Y. Hamseh and M. Khorasani, "Experimental evaluction of the perfomence of cellulosic pas made of Kraft and NSCC corrugated papers as evaporative media", Energy Convestion ovel Maragement, Vol.54, pp.24-29, 2012.
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Kim, N.-H., Performance Comparison between indirect evaporative cooler and regenerative evaporative cooler made of plastic/paper, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 17, No. 1, pp. 88-98, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.1.88

원문보기 상세보기
ASHRAE Standard 41.1, Standard method for temperature measurement, ASHRAE, 1986.
ASHRAE Standard 41.2, Standard method for laboratory air-flow measurement, ASHRAE, 1986.
KARSE B 0050:2010, Indoor Humidifier.
ASHRAE Standard 41.5, Standard measurement guide, engineering analysis of experimental data, ASHRAE, 1986.
J. J, Lee, An Experimental Study on the Dehumidification Effectiveness for Operating Conditions of a Desiccant Rotor, Master's Thesis, Kookmin University, Republic of Korea.
A. F. Mills, Basic Heat and Mass Transfer, Irwin Pub., 1995.
R. K. Shah and A. L. London, Laminar Flow Forced Convection in Ducts, Academic Press, 1978.

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