본 연구는 냉동공조용 열교환기 내 스케일 형성으로 열전달 과정에서 열저항으로 작용하여 냉동공조시스템의 냉각성능이 떨어져 이를 해결하기 위해 전기분해 원리를 이용하여 배관 내 스케일을 자동 제거하는 시스템을 개발하여 그 성능을 실험을 통해 확인하고자 한다. 이전까지는 배관 내 스케일을 2~3년에 한번씩 브러시나 분사 노즐에 의해 기계적으로 배관 내를 청소를 하거나 화학약품을 이용하여 세관하였다. 이러한 세관은 시간이 경과하면 또 관이 오염되어 전열성능이 떨어지고 냉각장치의 운전을 정지하여 반복해야 하는 여러 가지 문제점을 안고 있었다. 따라서 시스템의 정지없이 전기분해 원리를 이용하여 만들어진 처리수를 순환시킴으로서 스케일의 원인물질은 Ca, Mg, $SiO_2$를 고형물 형태로 석출시켜 배관계 외부로 배출시킴으로서 배관내 스케일 발생을 차단하고 기 형성된 스케일을 제거하여 배관의 전열 성능을 유지하고자 하는 것이다. 실험한 결과, 새 배관의 열전달율을 100으로 기준할 경우, 스케일이 형성된 배관의 열전달율은 86.66%이었으며, 스케일이 형성된 배관을 1개월 동안 처리수를 가동했을 경우 열전달율은 90.5%의 수준까지 회복되었으며, 2개월간 운전한 경우 97.86%의 수준까지, 3개월 운전했을 경우 98.72%까지 열전달율이 회복되었다. 비교적 짧은 실험기간이지만 배관내 형성된 스케일의 제거효과를 파악하였으며, 전열성능에도 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
본 연구는 냉동공조용 열교환기 내 스케일 형성으로 열전달 과정에서 열저항으로 작용하여 냉동공조시스템의 냉각성능이 떨어져 이를 해결하기 위해 전기분해 원리를 이용하여 배관 내 스케일을 자동 제거하는 시스템을 개발하여 그 성능을 실험을 통해 확인하고자 한다. 이전까지는 배관 내 스케일을 2~3년에 한번씩 브러시나 분사 노즐에 의해 기계적으로 배관 내를 청소를 하거나 화학약품을 이용하여 세관하였다. 이러한 세관은 시간이 경과하면 또 관이 오염되어 전열성능이 떨어지고 냉각장치의 운전을 정지하여 반복해야 하는 여러 가지 문제점을 안고 있었다. 따라서 시스템의 정지없이 전기분해 원리를 이용하여 만들어진 처리수를 순환시킴으로서 스케일의 원인물질은 Ca, Mg, $SiO_2$를 고형물 형태로 석출시켜 배관계 외부로 배출시킴으로서 배관내 스케일 발생을 차단하고 기 형성된 스케일을 제거하여 배관의 전열 성능을 유지하고자 하는 것이다. 실험한 결과, 새 배관의 열전달율을 100으로 기준할 경우, 스케일이 형성된 배관의 열전달율은 86.66%이었으며, 스케일이 형성된 배관을 1개월 동안 처리수를 가동했을 경우 열전달율은 90.5%의 수준까지 회복되었으며, 2개월간 운전한 경우 97.86%의 수준까지, 3개월 운전했을 경우 98.72%까지 열전달율이 회복되었다. 비교적 짧은 실험기간이지만 배관내 형성된 스케일의 제거효과를 파악하였으며, 전열성능에도 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
In this study, we developed a system that automatically removes the scale in the piping by using electrolysis principle in order to solve the cooling performance of the refrigeration and air conditioning system by acting as heat resistance in the heat transfer process by forming the scale in the hea...
In this study, we developed a system that automatically removes the scale in the piping by using electrolysis principle in order to solve the cooling performance of the refrigeration and air conditioning system by acting as heat resistance in the heat transfer process by forming the scale in the heat exchanger for refrigeration air conditioning. We want to check the performance through experiments. Therefore, by circulating the treated water using the principle of electrolysis without stopping the system, Ca, Mg and $SiO_2$ are precipitated in the form of solids and discharged to the outside of the pipe system, thereby preventing scale formation in the pipe and removing the scale. Thereby maintaining the heat transfer performance of the pipe. As a result of the experiment, the heat transfer rate of the scaled pipe was 86.66% when the heat transfer rate of the new pipe was 100, and the heat transfer rate was recovered to 90.5% when the scaled pipe was operated for 1 month. The heat transfer rate recovered to 97.86% when driving for two months and to 98.72% for three months. It was confirmed that the scaling effect of the scale formed in the piping was understood in a relatively short experiment period, and the heat transfer performance was also influenced.
In this study, we developed a system that automatically removes the scale in the piping by using electrolysis principle in order to solve the cooling performance of the refrigeration and air conditioning system by acting as heat resistance in the heat transfer process by forming the scale in the heat exchanger for refrigeration air conditioning. We want to check the performance through experiments. Therefore, by circulating the treated water using the principle of electrolysis without stopping the system, Ca, Mg and $SiO_2$ are precipitated in the form of solids and discharged to the outside of the pipe system, thereby preventing scale formation in the pipe and removing the scale. Thereby maintaining the heat transfer performance of the pipe. As a result of the experiment, the heat transfer rate of the scaled pipe was 86.66% when the heat transfer rate of the new pipe was 100, and the heat transfer rate was recovered to 90.5% when the scaled pipe was operated for 1 month. The heat transfer rate recovered to 97.86% when driving for two months and to 98.72% for three months. It was confirmed that the scaling effect of the scale formed in the piping was understood in a relatively short experiment period, and the heat transfer performance was also influenced.
열교환기의 전열성능을 유지하기 위해서는 파울링의 발생을 방지하거나 저감시켜야 하나, 아직까지 이에 대한 완벽한 해결방법을 발견하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 배관내 스케일 자동제거장치에 의해 만들어진 처리수를 일정 시간동안 스케일이 형성된 배관에 순환시킨 후 스케일 제거율을 파악하기 위해 배관에 입열된 양과 배관 내 및 배관 표면에서 측정된 값을 열전달율 계산식으로 계산하여 성능을 파악하고자 한다.
제안 방법
스케일이 전혀 발생하지 않은 배관과 일정시간 사용하여 스케일이 발생한 배관의 열전달율 비교 실험을 위하여 배관의 입출구 온도와 유량을 측정하고, 배관에 투입되는 열량을 파악하기 위해 열전대를 4개 지점에 설치, 온도를 측정한다. 일정한 유량과 수온을 유지하여 배관의 입구에 투입하고, 히터를 이용하여 실험용 파이프에 입열한다.
실험을 통해 새 배관의 열전달율을 100%로 기준하고, 스케일이 발생한 배관(Case 2)의 열전달율과 처리수가 순환된 배관(Case 3∼5)의 열전달율을 비교하여 스케일의 제거율을 추정하고자 한다.
대상 데이터
본 연구에서는 스케일 제거장치를 통해 만들어진 처리수에 의해 일정시간 순환되어 스케일이 제거된 배관의 전열성능시험을 통해 스케일 자동제거시스템의 성능을 파악하고자 한다. 먼저 제조회사에서 생산된 배관(Case 1)의 전열성능시험과 10년간 필드에 장착되어 운전된 스케일이 끼어 있는 배관(Case 2), Case 2의 배관을 현장에서 스케일 자동제거 장치에서 생산된 처리수를 1개월 순환시킨 배관(Case 3), 2개월 순환시킨 배관(Case 4), 3개월 순환시킨 배관(Case 5)으로 각각 배관의 열전달율 실험을 하여 스케일이 얼마나 제거되었는가를 확인하고자 한다.
성능/효과
새 배관의 열전달율을 100으로 기준할 경우, 스케일이 형성된 배관의 열전달율은 86.66%이었으며, 스케일이 형성된 배관을 1개월 동안 처리 수를 가동했을 경우 열전달율은 90.5%의 수준까지 회복되었으며, 2개월간 운전한 경우 97.86%의 수준까지, 3개월 운전했을 경우 98.72%까지 열전달율이 회복되었다.
즉 스케일 제거장치에 의해 생성된 처리수를 순환할 경우 배관내에 기 형성된 스케일의 제거 효과가 있다는 것을 알 수 있었다. 다만, 본 실험에 사용한 배관은 SS400(Sche 10)으로, 주로 구조용 강재로 고강도를 얻으면서 인성의 감소를 억제시키는 특징이 있는 배관이다.
후속연구
앞으로 열전달을 목적으로 하는 동관과 같은 종류의 배관을 대상으로 스케일의 제거 효과를 검증할 필요가 있다고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
침전 파울링이 형성되는 원리는 무엇인가?
열교환기로 유입되는 유체는 온도가 변화되고, 온도변화에 따라 유체의 용해도는 변화한다. 이때 유체의 온도가 상승하면 포화용해도는 내려가게 되므로 과포화 상태만큼 석출하게 되어 전열면에 침전 파울링이 형성된다. 산업체의 열교환기에서 침전 파울링을 유발하는 유채 내의 성분은 탄산칼슘(CaCO3), 황산바륨(BaSO4), 황산칼슘(CaSO4), 규산염(Silica), 철(Fe) 등이다.
열교환기는 어디서 사용되는가?
열교환기는 여러 가지 형태로 제작되어 화학공업, 산업플랜트 등의 중대형 산업분야에서부터 보일러, 냉동기, 공기조화기 등의 가정용 분야에 이르기까지 고온열원 및 저온열원의 열교환을 위해 사용되고 있다. 이와 같은 열원설비의 효율을 좌우하는 요소중에서 열교환기의 비중은 일정 부분 비율을 차지하고 있으며, 전열효율을 향상시키기 위한 다양한 형상 및 재질 등을 적용한 고효율의 열교환기를 개발하기 위해 활발한 연구를 진행하고 있다.
침전 파울링을 유발하는 유채 내의 성분의 대표적인 것은 무엇이며, 그 특징은 무엇인가?
산업체의 열교환기에서 침전 파울링을 유발하는 유채 내의 성분은 탄산칼슘(CaCO3), 황산바륨(BaSO4), 황산칼슘(CaSO4), 규산염(Silica), 철(Fe) 등이다. 이중 대표적인 것이 탄산칼슘이며, 우리나라의 하천수는 칼슘이온을 포함하고 있으므로 열교환기의 냉각수로 사용할 때 열전달 표면에 탄산칼슘 침전에 의한 파울링이 발생하게 된다[9-13]. 열교환기의 전열성능을 유지하기 위해서는 파울링의 발생을 방지하거나 저감시켜야 하나, 아직까지 이에 대한 완벽한 해결방법을 발견하지 못하고 있는 실정이다.
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