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층상구조를 가진 증발식 열교환기 습채널의 표면 젖음도 해석
Analysis on Wetting Behavior of A Lamellar Type Wet Channels in An Evaporative Heat Exchanger 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.28 no.7, 2016년, pp.283 - 287  

오동욱 (조선대학교 기계공학과) ,  박재범 (한국기계연구원 열공정극한기술연구실) ,  송찬호 (한국기계연구원 열공정극한기술연구실)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

One of the most important factors for determining the thermal performance of an evaporative cooling system is the wettability of the evaporative heat exchanger surface. Evaporation of a widely spread water film on the heat exchanger surface promotes heat transfer between the "dry" air and "wet" air ...

주제어

#증발식 열교환기   #친수성 표면   #표면 젖음도   #층상 구조  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 열교환기에 별도의 표면 처리를 하거나, 소재를 바꾸지 않으면서, 열교환기의 표면 구조 및 형상 제어를 통하여 Fig. 1과 같은 수직 대항류 구조의 증발식 열교환기 표면 친수성을 증가시키는 방안을 연구하였다. 표면 친수성 증가를 위하여 모세관 현상이 일어나는 작은 수직 층상구조(lamellar structure)가 열교환기 습채널 표면에 배열되어 있으며, 각 개방 채널 내부 표면 장력에 의한 물기둥 상승을 이론적으로 분석하였다.
  • 본 연구에서는 수직형 증발식 열교환기의 수직방향 패턴 구조를 통해 표면에 친수 코팅과 같은 추가적인 가공없이 젖음도를 향상시킬 수 있는 형상에 대한 분석을 수행하였다. 다양한 개방 채널 형상에서 물기둥의 높이를 예측하기 위한 이론적인 모델링을 통하여 간단한 에너지 평형식을 도출하였다.

가설 설정

  • 대칭 구조의 습채널 array 중에서 점선 부분 패턴을 해석 영역으로 설정하였다. 단일 채널 옆면은 대칭 경계 조건으로 가정하고 분석하였다.
  • 2의 (c)에 나타내어진 바와 같이, 미소 부피 상승 시(δl) 표면 에너지의 감소값(dEs)과 중력 포텐셜 에너지의 증가값(dEg)의 합이 0이 되는 지점의 높이를 찾으면 된다. 물기둥의 단면 형상은 사각형으로 가정하였다. 개방 채널의 폭과 깊이가 물기둥의 높이와 비교하여 매우 작을 경우, 물기둥 형상을 사각 기둥으로 가정할 수 있다.
  • 증발식 열교환기는 습채널 표면의 수막이 증발하면서 건채널을 통과하는 공기의 현열(sensible heat)을 뺏어오는 구조를 가진다. 습채널 표면에 얇고 균일하게 수막이 덮여있는 상태에서 열교환 성능이 극대화된다. 지나치게 두꺼운 물층에서는 얇은 경우 대비 증발을 위한 온도 상승이 제한되며, 젖지 않은 습채널 표면에서는 잠열 열전달 효과가 일어나지 않기 때문이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
증발식 열교환기에서 습채널 표면의 친수성을 높이기 위하여 사용되는 친수 코팅 방법의 한계는 무엇인가? 습채널 표면의 친수성을 높이기 위하여 실리카액 등을 사용하는 친수 코팅 방법이 일반적으로 사용된다. 하지만 코팅막은 장시간 시스템 작동 시 표면 침식(erosion)과 벗겨지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 친수 코팅의 벗겨짐 등으로 인한 습채널 표면의 젖음도(wettability) 저하는 제습냉방 시스템의 COP를 감소시키며 그 상관성은 매우 크다고 알려져 있다.(2)
제습냉방 시스템은 무엇인가? 제습냉방 시스템은 여름철 습도가 높은 실내외 공기를 제습로터에 통과시켜 제습한 후, 증발식 열교환기를 통하여 냉각시켜 실내로 토출하는 시스템이다. 제습냉방 시스템의 핵심이 되는 증발식 열교환기는 제습로터를 통과한 건조 공기가 통과하는 건채널과, 별도로 분사된 물이 증발되면서 냉각된 습공기가 흐르는 습채널로 이루어져있다.
제습냉방 시스템의 핵심이 되는 증발식 열교환기는 무엇으로 구성되어 있는가? 제습냉방 시스템은 여름철 습도가 높은 실내외 공기를 제습로터에 통과시켜 제습한 후, 증발식 열교환기를 통하여 냉각시켜 실내로 토출하는 시스템이다. 제습냉방 시스템의 핵심이 되는 증발식 열교환기는 제습로터를 통과한 건조 공기가 통과하는 건채널과, 별도로 분사된 물이 증발되면서 냉각된 습공기가 흐르는 습채널로 이루어져있다.(1)
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참고문헌 (8)

  1. Lee, J. W., Lee, D.-Y., and Kang, B. H., 2004, Cycle simulation of a desiccant cooling system with a regenerative evaporative cooler, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 16, No. 6, pp. 566-573. 

  2. Guo, X. C. and Zhao, T. S., 1998, A Parametric Study of an Indirect Evaporative Air Cooler, Int. Comm. Heat Mass Transfer, Vol. 25, No. 2, pp. 217-226. 

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  3. Hoffman, A. S., 1996, Surface modification of polymers : Physical, chemical, mechanical and biological methods, Macromolecular Symposia, Vol. 101, No. 1, pp. 445-448. 

  4. Kuo, C.-C., Tseng, Y.-H., and Li, Y.-Y., 2006, Wettability and superhydrophilic $TiO_2$ film formed by chemical vapor deposition, Chemistry letters, Vol. 35, No. 4, pp. 356-357. 

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  5. Scovazzo, P., Hoehn, A., and Todd, P., 2000, Membrane porosity and hydrophilic membrane-based dehumidification performance, Journal of Membrane Science, Vol. 167, No. 2, pp. 217-225. 

    상세보기 crossref

  6. Brakke, K., 1998, Surface Evolver Manual, Susquehanna University : Selinsgrove, PA. 

  7. Bernardin, J., Mudawar, I., Walsh, C. B., and Franses, E., 1997, Contact angle temperature dependence for water droplets on practical aluminum surfaces, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 40, No. 5, pp. 1017-1033. 

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  8. de Gennes, P.-G., Brochard-Wyart, F., and Quere, D., 2004, Capillary and Wetting Phenomena : Drops, Bubbles, Pearls, Waves, Springer-Verlag, New York, pp. 43-48. 

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