[논문]플라스틱 필름/종이 복합 재질의 직교류 간접증발소자

김내현

doi:10.3795/ksme-b.2017.41.1.021

[국내논문] 플라스틱 필름/종이 복합 재질의 직교류 간접증발소자
Cross Flow Indirect Evaporative Cooler Made of a Plastic Film/Paper Composite 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.41 no.1 = no.376, 2017년, pp.21 - 28

초록
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물의 증발에 따른 냉각 효과를 이용하는 증발냉각방식은 기존 증기 압축식 방식에 비하여 냉방에 소요되는 에너지를 현저히 감소시킬 수 있고 CFC 냉매를 사용하지 않아 친환경적이다. 본 연구에서는 습채널의 물 퍼짐성이 개선된 플라스틱/종이 재질로 크기 $300mm{\times}300mm{\times}300mm$, 채널 핏치 $5mm{\times}5mm$, $5mm{\times}7mm$, $7mm{\times}7mm$의 직교류 간접증발소자를 제작하고 간접증발효율 및 압력 손실을 측정하였다. 간접증발효율은 채널 핏치가 가장 작은 $5mm{\times}5mm$ 소자의 가장 크게 나타났다. 이는 작은 $5mm{\times}5mm$ 소자의 전열 면적이 가장 크기 때문이다. 또한 간접증발소자 설치로 인해 절약되는 에너지도 $5mm{\times}5mm$ 소자에서 가장 크게 나타났다. 한편 습채널의 압력 손실은 건채널의 값보다 크게 나타났다. 이론 해석 모델은 간접증발효율과 압력손실을 과소 예측하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Indirect evaporative cooling, which utilizes a cooling effect obtained by the evaporation of water, is energy-effective compared to the conventional vapor compression method. It is also eco-friendly, due to the non-usage of CFC refrigerant. In this study, three indirect evaporative cooler samples of the cross flow type(size: $300mm{\times}300mm{\times}300mm$, channel pitch: $5mm{\times}5mm$, $5mm{\times}7mm$, $7mm{\times}7mm$) were made using plastic/paper composites. Tests were conducted to measure indirect evaporative efficiencies and pressure drops. Results showed that the efficiency was the highest for the $5mm{\times}5mm$ sample, owing to the largest surface area. The saved electrical energy was also the greatest for that sample. The pressure drop of the wet channel was larger than that of the dry channel as expected. A theoretical model was proposed, which underestimated both the indirect evaporation efficiency and the pressure drop.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

^(8,11) 습채널에 플라스틱 필름이 사용될 경우 적심성에 문제가 있다. 본 연구에서는 습채널의 물적심성을 개선하고자 습채널에는 종이 재질, 건채널에는 플라스틱 필름의 복합 재질로 구성된 채널핏치가 다른 세 종류의 간접증발소자를 제작하고 이에 대해 일련의 실험을 수행하였다. 또한 비교를 위하여 건채널과 습채널 모두 플라스틱 필름으로 제작된 간접증발소자에 대한 실험도 수행하였다.

가설 설정

은 송풍기의 효율이다. 여기서 공조기의 외기 냉각은 COP = 4.0인 냉동기에 의해서 수행되고 송풍기 효율은 0.6으로 가정하였다.⁽³²⁾ Fig.

제안 방법

본 연구에서는 습채널의 물적심성을 개선하고자 습채널에는 종이 재질, 건채널에는 플라스틱 필름의 복합 재질로 구성된 채널핏치가 다른 세 종류의 간접증발소자를 제작하고 이에 대해 일련의 실험을 수행하였다. 또한 비교를 위하여 건채널과 습채널 모두 플라스틱 필름으로 제작된 간접증발소자에 대한 실험도 수행하였다.
본 연구에서는 습채널의 물 퍼짐성이 개선된 플라스틱/종이 재질로 크기 300 mm x 300 mm x 300 mm, 채널 핏치 5 mm x 5 mm, 5 mm x 7 mm, 7 mm x 7 mm의 간접증발소자를 제작하고 간접증발효율 및 압력 손실을 측정하였다. 주된 결론은 다음과 같다.
1^oC)를 사용하였다. 실험은 건채널과 습채널입구 건습구 온도를 35/24^oC, 24/17^oC로 유지하고 전방 풍속을 2.0 m/s에서 4.0 m/s로 변화시키며 수행되었다. 이 온습도는 건물 공조시 하절기 설계조건⁽²⁴⁾이다.
풍동 내부에는 시험부 출구 공기의 건습구 온도를 측정하기 위한 샘플링 유닛과 풍량을 측정하기 위한 노즐, 그리고 송풍기가 설치되어 있다. 풍량은 송풍기 모터에 연결된 인버터로 조절되었고 시험부 입구측 공기 온습도는 별도의 샘플링 유닛을 시험부 입구에 설치하여 측정하였다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.

대상 데이터

또한 건채널과 습채널을 구분하는 멤브레인은 종이와 플라스틱 필름의 2중 구조로 되어 있는데 종이의 두께 180 μm , 플라스틱의 두께 40 μm , 합하여 220 μm 이다. 본 연구에서는 1종류의 플라스틱 간접증발소자와 3종류의 플라스틱/종이 간접증발소자를 시험하였다. 플라스틱 소자의 건채널과 습채널 핏치는 모두 5 mm이고(5 mm×5 mm), 플라스틱/종이 소자의 건채널과 습채널 핏치는 5 mm×5 mm, 5 mm×7 mm, 7 mm×7 mm의 세 종류이다.

이론/모형

은 습채널 습구 온도(K)이다. Klein과 McClintock⁽²⁷⁾의 제안에 따라 오차해석을 수행하였다. 건습구 온도측정 오차 ±0.
풍량은 송풍기 모터에 연결된 인버터로 조절되었고 시험부 입구측 공기 온습도는 별도의 샘플링 유닛을 시험부 입구에 설치하여 측정하였다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.2⁽²²⁾에 규정된 노즐차압을 이용하여 산정하였고 시험부의 입출구 온습도는 ASHRAE 41.1⁽²³⁾에 규정된 샘플링 방법에 의해 측정하였다. 온습도 측정에는 고정밀 Pt-100Ω 센서(정밀도±0.

성능/효과

(1) 세 소자 중 채널 핏치가 가장 작은 5 mm x 5 mm 소자의 간접증발효율이 가장 크게 나타났다. 이 소자의 효율은 7 mm x 7 mm 소자의 효율보다 71~73% 크고 5 mm x 7 mm 소자의 효율보다는 4~16% 크다.
(2) 간접증발소자 설치로 인해 절약되는 에너지도 5 mm x 5 mm에서 가장 크게 나타났다. 한편 절약되는 에너지는 5 mm x 7 mm 소자에서 가장 작게 나타났는데 이는 건채널에 유발되는 과다한 압력 손실 때문이다.
(3) 5 mm x 5mm, 7 mm x 7 mm 소자의 경우 습채널의 압력 손실이 건채널의 값보다 43~138% 크게 나타났다. 이는 습채널에 형성되는 액막에 의한 부가적인 압력 손실 때문으로 판단된다.
7에는 채널 핏치가 다른 세 종류의 플라스틱/종이 소자의 간접증발효율을 나타내었다. 5 mm x 5 mm 소자의 효율이 가장 우수하고 7 mm x 7 mm 소자의 효율이 가장 낮게 나타났다. 5 mm x 7 mm 소자의 효율은 7 mm x 7 mm 소자의 효율보다 57~67% 크고 5 mm x 5 mm 소자의 효율보다는 4~16% 작다.
4배이다. 따라서 동일 풍량(또는 동일 전방 풍속)에서 5 mm x 7 mm 소자의 채널 내 풍속이 5 mm x 5 mm 소자의 값보다 20% 크고 따라서 압력 손실이 크게 나타났다. 또한 7 mm x 7 mm 소자의 경우는 수력 직경이 5 mm x 5 mm 소자의 값보다 크므로 압력 손실이 작게 나타났다.
이 온습도는 건물 공조시 하절기 설계조건⁽²⁴⁾이다. 실험 중 분무수의 온도는 습채널의 습구 온도인 17^oC, 분무량은 0.02 kg/s로 유지하였다. 선행 연구 결과 소자가 충분히 적셔지는 한 분무수의 온도와 분무량이 간접증발소자의 성능에 미치는 효과는 무시할 만 하였다.
7에는 이론 해석의 예측값도 나타나 있는데 낮은 풍속에서는 데이터를 잘 예측하나 풍속이 높아질수록 최대 6~68% 과소 예측함을 보인다. 실험값과 예측값의 차이는 7 mm x 7 mm 소자에서 작고 5 mm x 5 mm, 5 mm x 7 mm 소자에서 상대적으로 크게 나타났다. 즉, 채널 핏치가 작아질수록 실험값과 예측값의 차이가 증가하는 것처럼 보이는데 현재로서는 데이터가 너무 제한적이기 때문에 결론을 내리기는 무리가 있다고 판단된다.

후속연구

7과 8로 부터 3절의 이론 모델은 상당한 개선이 필요한 것으로 판단된다. 개선 내용으로는 종이 재질 습표면 채널에서의 액막 형상 가시화, 채널 내 열 및 물질 전달 모델링을 비롯하여 실제 제품 형상(예를 들면 채널 내 반복 절곡 패턴)에 대한 고려 등이 포함될 것이다. 이에 대해서는 추후 연구를 수행할 예정이다.
개선 내용으로는 종이 재질 습표면 채널에서의 액막 형상 가시화, 채널 내 열 및 물질 전달 모델링을 비롯하여 실제 제품 형상(예를 들면 채널 내 반복 절곡 패턴)에 대한 고려 등이 포함될 것이다. 이에 대해서는 추후 연구를 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	직접냉각방식이란?	(1~5) 증발냉각방식은 직접냉각방식과 간접냉각방식으로 대별된다. 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 변화가 없다.
	간접증발효율이 채널 핏치가 가장 작은 5mm x 5mm 소자에서 가장 크게 나타난 이유는?	간접증발효율은 채널 핏치가 가장 작은 $5mm{\times}5mm$ 소자의 가장 크게 나타났다. 이는 작은 $5mm{\times}5mm$ 소자의 전열 면적이 가장 크기 때문이다. 또한 간접증발소자 설치로 인해 절약되는 에너지도 $5mm{\times}5mm$ 소자에서 가장 크게 나타났다.
	증발냉각방식의 장점은?	물의 증발에 따른 냉각 효과를 이용하는 증발냉각방식은 기존 증기 압축식 방식에 비하여 냉방에 소요되는 에너지를 현저히 감소시킬 수 있고 CFC 냉매를 사용하지 않아 친환경적이다. 본 연구에서는 습채널의 물 퍼짐성이 개선된 플라스틱/종이 재질로 크기 $300mm{\times}300mm{\times}300mm$, 채널 핏치 $5mm{\times}5mm$, $5mm{\times}7mm$, $7mm{\times}7mm$의 직교류 간접증발소자를 제작하고 간접증발효율 및 압력 손실을 측정하였다.

참고문헌 (32)

Duan, Z., Zhan, C., Zhang, X., Mustafa, M. Zhao, X., Alimohammadisgvand, B. and Hasan, A., 2012, "Indirect Evaporative Cooling: Past, Present and Future Potentials," Renew. Sustain. Energy Rev., Vol. 16, pp. 6823-6850.

상세보기
Jaber, S. and Ajib, S., 2011, "Evaporative Cooling as an Efficient System in Mediterranean Region," Appl. Therm. Eng., Vol. 31, pp. 2590-2596.

상세보기
Caliskan, H., Dincer, I. and Hepbasil, A., 2012, "Exergoeconomic Enviroecomomic and Sustainability Analyses of a Novel Air Cooler," Energy Build., Vol. 55, pp. 747-756.

상세보기
Costello, B. and Finn, D., 2007, "Thermal Effectiveness Characteristics of Low Approach Indirect Evaporative Cooling Systems in Buildings," Energy Build., Vol. 39, pp. 1235-1243.

상세보기
Maheshwari, G. P., Al-Ragom, F. and Suri, R. K., 2001, "Energy Saving Potential of an Indirect Evaporative Cooler," Appl. Energy, Vol. 69, pp. 69-76.

상세보기
Santamouris, M. and Kolokotsa, D., 2013, "Passive Cooling Dissipation Techniques for Buildings and Other Structures: the State of the Art," Energy Build., Vol. 57, pp. 74-94.

상세보기
Watt, J. D. and Brown, W. K., 1997, Evaporative Air Conditioning Handbook, 3rd ed., The Fairmont Press Inc.
Pescod, D., 1979, "A Heat Exchanger for Energy Saving in an Air Conditioning Plant," ASHRAE Trans., Vol. 85., Pt. 2, pp. 238-251.
Maclaine-Cross, I. L. and Banks, P. J., 1981, "A General Theory of Wet Surface Heat Exchangers and Its Application to Regenerative Cooling," J. Heat Transfer, Vol. 103, pp. 578-585.
Kettleborough, C. F. and Hsieh, C. S., 1983, "The Thermal Performance of the Wet Surface Plastic Plate Heat Exchanger Used in an Indirect Evaporative Cooler," J. Heat Transfer, Vol. 105, pp. 366-373.

상세보기
Tejero-Gonzalez, A., Andres-Chicote, M., Velasco - Gomez, E. and Rey-Martinez, F. J., 2013, "Influence of Constructive Parameters on the Performance of Two Indirect Evaporative Cooler Prototypes," Appl. Therm. Eng., Vol, 51, pp. 1017-1025.

상세보기
Parker, R. O. and Treybal, R. E., 1962, "The Heat Mass Transfer Characteristics of Evaporative Coolers," Chem. Eng. Prog. Symp. Ser. Vol 57, No. 32, pp. 138-149.
Hasan, A. and Siren, K., 2003, "Performance Investigation of Plain and Finned Tube Evaporatively Cooled Heat Exchangers," Appl. Therm. Eng., Vol. 23, No. 3, pp. 325-340.

상세보기
Zalewski, W. and Gryglaszewski, P. A., 1977, "Mathematical Model of Heat and Mass Transfer Processes in Evaporative Coolers," Chem. Eng. Process, Vol. 36, No. 4, pp. 271-280.
Ren, C. and Yang, H., 2006, "An Analytical Model for the Heat and Mass Transfer Processes in Indirect Evaporative Cooling with Parallel/Counter Flow Configurations," Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 49, pp. 617-627.

상세보기
Hasan, A., 2012, "Going Below the Wet-Bulb Temperature by Indirect Evaporative Cooling: Analysis Using a Modified $\varepsilon$ -NTU Method," Appl. Energy, Vol. 89, pp. 237-245.

상세보기
Cui, X., Chua, K. J., Islam, M. R. and Yang, W. M., 2014, "Fundamental Formulation of a Modified LMTD Method to Study Indirect Evaporative Heat Exchangers," Energy Conservation Management, Vol. 88, pp. 372-381.

상세보기
Chen, Y., Yang, H. and Luo, Y., 2016, "Indirect Evaporative Cooler Considering Condensation from Primary Air; Model Development and Parameter Analysis," Build. Env., Vol. 95, pp. 330-345.

상세보기
Riangvilaikul, B. and Kumar, S., 2010, "An Experimental Study of a Novel Dew Point Evaporative Cooling System," Energy Build., Vol. 42, pp. 637-644.

상세보기
Zhao, X., Liu, S. and Riffat, S. B., 2008, "Comparative Study of Heat and Mass Exchanging Materials for Indirect Evaporative Cooling Systems," Build. Environ., Vol. 43, No. 11, pp. 1902-1911.

상세보기
KS M 896, 2013, Paper and Plate - Measurement of Water Absorption Rate in Water.
ASHRAE Standard 41.1, 1986, Standard Method for Temperature Measurement, ASHRAE.
ASHRAE Standard 41.2, Standard Method for Laboratory Air-Flow Measurement, ASHRAE.
KS C 9306, 2010, Air Conditioner, Korean Standard Association.
Kim, N.-H., 2016, "Heat and Moisture Transfer in a Counter Flow Regenerative Evaporative Cooler Made of Plastic Film/Paper Composite," J. Mech Sci. Tech., Vo. 30, pp. 1449-1457.

상세보기
ASHRAE Standard 143, 2007, Method of Test for Rating Indirect Evaporative Coolers, ASHRAE.
Klein, S. J. and McClintock, F. A., 1953, "The Description of Uncertainties in a Single Sample Experiments," Mech. Eng. Vol. 75, pp. 3-9.
Mills, A. F., 1995, Basic Heat and Mass Transfer, Irwin Pub.
Shah, R. K. and London, A. L., 1978, Laminar Flow Forced Convection in a Duct, Academic Pub.
Johnson, J. E., 1997, Heat and Mass Transfer Between Two Fluid Streams Separated by a Thin, Permeable Barrier, Ph.D. Thesis, University of Minnesota, Department of Mechanical Eng.
Kays, W. M. and London, A. L., 1984, Compact Heat Exchangers, McGraw-Hill Pub..
Personal communication with Samhwa Ace Co., 2016.

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