[논문]가정용 로터식 가습 소자의 가습 성능 최적화

김내현

doi:10.5762/kais.2017.18.3.7

가정용 로터식 가습 소자의 가습 성능 최적화
Optimization for the Humidification Performance of a Residential Rotor-Type Humidifying Element 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.3, 2017년, pp.7 - 13

초록
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산업의 발달과 산업구조의 변화로 현대인들이 대부분의 시간을 실내 거주 공간 및 사무실에서 보내고 있음을 고려할 때 쾌적한 실내 공기 환경을 제공하는 것은 매우 중요하다. 실내의 습도제어를 위하여 가습기가 사용된다. 이 중 기화식 가습기는 구조가 간단하고 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 가정용 기화식 가습에는 고정식과 로터식의 두 방식이 있다. 본 연구에서는 로터식 가습 소자에 대하여 회전수, 침수 깊이 등의 최적화를 수행하였다. 실험 범위는 유동 면적비 57 ~ 90%, 회전수 0.2 ~ 2.0 rpm, 전방 풍속 0.5 ~ 2.5 m/s이다. 가습량이 최대가 되는 유동 면적비는 70%로 나타났다. 한편 로터의 회전수가 가습량에 미치는 영향은 무시할 만하였다. 하지만 압력손실은 회전수에 따라 증가하였다. 또한 풍속이 증가할수록 가습량과 압력손실은 증가하였다. 본 소자의 경우 시간당 가습량은 0.08 ~ 0.31 kg/hr이다. 또한 실험 결과를 이론 모델의 예측치와 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A comfortable indoor environment is important considering that many hours are spent in residential or office space. A humidifier is used to control the indoor humidity. In particular, an element type humidifier has the advantage of a simple structure and low energy consumption. Two types of humidifiers - stationary or rotor - are commonly used for residential purposes. In this study, performance optimization was conducted for a rotor-type humidifying element used in a residential humidifier. The optimization included the rotation speed, water submersion depth, etc. The test range consisted of an open area to the air from 57 to 90%, rotation speed from 0.2 to 2.0 rpm, frontal air velocity from 0.5 to 2.5 m/s. The results showed that the optimal open area to air was 70%. On the other hand, the effects of the rotation speed on the moisture transfer rate was negligible. On the other hand, the pressure drop increased with increasing rotation speed. As the frontal air velocity increased, both the moisture transfer rate and pressure drop increased. The humidification capacity of the present element was 0.08 ~ 0.31 kg/hr. A comparison of the data with the theoretical results was made.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 가정용 가습기에 사용되는 로터식 가습 소자에 대하여 회전수, 침수 깊이 등의 최적화를 수행하였다. 실험 범위는 유동면적비 57 ~ 90%, 회전수 0.
전술한 바와 같이 본 연구의 목적은 로터식 가습소자의 최적 운전 조건을 찾는 것이다. 최적 운전 조건으로는 최적 침수 깊이 (또는 유동 면적)와 최적 회전수가 있다.

제안 방법

반면 유사한 분야인 제습 로터에 대해서는 로터의 회전수, 풍속, 실내 온도 등이 제습 성능에 미치는 영향에 대하여 다수의 연구가 존재한다.[4-6] 본 연구에서는 국내 S사의 가습기에 사용되는 로터식 가습 소자를 사용하여 회전수, 침수 깊이 등의 최적화를 수행하였다. 또한 실험 데이터를 이론적 해석 결과와도 비교하였다.
[7] 물의 온도는 정밀도 ±0.1℃의 정밀 RTD(Pt-100Ω 센서)로써 측정하였다.
Table 1에 챔버의 온습도와 순환수의 시험 조건이 나타나 있다.[9] 실험은 시료 전방풍속, 로터 회전수, 소자의 침수 깊이를 변화시키며 수행하였다. ASHRAE 규격 41.
공기측 풍량은 흡입식 풍동 후방에 장착된 노즐을 사용하여 측정하였고 [8] 시료의 압력손실은 정밀도 ±0.5 Pa의 차압 트랜스듀 서로 측정하였다.
9℃) 보충수를 공급하여 수위를 일정하게 유지하였다. 또한 침수 깊이가 소자의 가습 성능에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 물통의 높이를 변화시킬 수 있도록 구성하였다. 한편 로터는 시험부 내에서 회전하므로 시험부와 로터 사이에서 누설이 발생할 수 있다.
한편 로터는 시험부 내에서 회전하므로 시험부와 로터 사이에서 누설이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 회전부와 고정부 사이에 외풍차단용 폼을 삽입하고 단단히 조여 누설을 최소화하였다.
열적 입구 영역의 길이는 유체역학적 입구 영역의 길이에 Prandtl 수를 곱하여 구한다. 채널 전체의 Nusselt 수는 입구영역의 값(Nu_ent)과 완전 발달 영역의 값(Nu_fd)을 평균하여 구한다.[11]
풍동 내부에는 시험부 출구 공기의 건습구 온도를 측정하기 위한 샘플링 유닛과 풍량을 측정하기 위한 노즐, 그리고 홴이 설치되어 있다. 풍량은 홴 모터에 연결된 인버터로 조절하였고 시험부 입구측 공기 온습도는 별도의 샘플링 유닛을 시험부 입구에 설치하여 측정하였다.[7] 물의 온도는 정밀도 ±0.

대상 데이터

이 가습소자는 일본 제품으로 레이온 90% 와 폴리에스터 10% 의 합성 섬유 부직포로부터 제조되었다. 소자의 직경은 224 mm이고 폭은 21mm이다. Fig.
2(a)에 본 연구에서 사용된 가습 소자의 사진을 나타내었다. 이 가습소자는 일본 제품으로 레이온 90% 와 폴리에스터 10% 의 합성 섬유 부직포로부터 제조되었다. 소자의 직경은 224 mm이고 폭은 21mm이다.
2(b)에는 소자의 채널 형상이 나타나 있다. 채널의 형상은 확대 사진으로부터 구하였는데 높이 2.6 mm, 핏치 5.2 mm, 수력직경 2.1 mm의 삼각형이다. Fig.

데이터처리

[4-6] 본 연구에서는 국내 S사의 가습기에 사용되는 로터식 가습 소자를 사용하여 회전수, 침수 깊이 등의 최적화를 수행하였다. 또한 실험 데이터를 이론적 해석 결과와도 비교하였다.

이론/모형

[9] 실험은 시료 전방풍속, 로터 회전수, 소자의 침수 깊이를 변화시키며 수행하였다. ASHRAE 규격 41.5 [10]에 따라 실험오차 해석을 수행 하였고 그 결과가 Table 2에 나타나있다. 마찰계수의 오차는 주로 차압계(±0.

성능/효과

(1) 가습량이 최대가 되는 유동 면적비는 70%로 나타났다. 이는 유동 면적비가 증가함에 따라 풍속이 감소하고 소자의 젖음성이 감소하기 때문이다.
(2) 로터의 회전수가 가습량에 미치는 영향은 무시할 만하였다. 하지만 압력손실은 회전수에 따라 증가하였다.
(3) 풍속이 증가할수록 가습량과 압력손실은 증가하였다. 본 소자의 경우 시간당 가습량은 0.
1℃)에 기인하였다. 실험오차는 전방풍속이 증가할수록 감소하였다.
11에는 상기 데이터를 Sherwood 수와 마찰 계수로 무차원화한 결과를 나타내었다. 전방 풍속 (또는 Reynolds 수)이 증가함에 따라 마찰계수는 감소하고 Sherwood 수는 증가함을 보인다. Fig.
소자가 회전하며 침수되어 물로 적셔진 후 공기 중에 노출될 때에는 채널 사이의 잉여의 물은 최소화 되는 것이 바람직하다. 회전수가 증가하면 원심력에 의하여 잉여의 물이 충분히 배수되지 못하고 채널 사이에 존재하는 것이 확인되었다. 이 잉여의 물이 압력 손실을 증가시키는 것으로 파악된다.

후속연구

실험은 회전수를 2 rpm, 풍량을 84 CMH로 고정하고 유동 면적비를 변화시키며 수행하였다. 회전수와 풍량이 가습 효율에 미치는 영향에 대해서는 추후 논의할 것이다. 풍량을 고정하고 실험을 수행하였으므로 침수 깊이의 변화에 따라 유동 면적이 변하게 되고 따라서 풍속도 변하게 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가습기의 가습방법으로 무엇이 있는가?	[1] 가정에서의 습도 조절에는 소형 가습기가 널리 사용 된다. 가습기에는 초음파식, 가열식, 기화식, 복합식 등이 있다. 그간 초음파식 가습 방법이 널리 사용되었지만 이 방법은 물속의 세균까지 공기 중으로 비산시키는 문제가 있다.
	고정식 기화식 가습기의 단점은 무엇인가?	고정식의 경우 소자 하부를 적신 물은 소자의 모세 관력에 의하여 상부로 공급되고, 소자를 통과하는 공기에 수분을 공급한다. 이 경우 모세 관력의 한계로 인하여 소자의 높이는 대체로 100 mm 이내로 제한되고 따라서 가습량 0.1 kg/hr 정도의 소량이다. 반면 로터식의 경우는 로터의 회전에 의하여 연속적으로 소자를 적실 수 있으므로 용량의 증가가 가능하다.
	기화식 가습기의 장점은 무엇인가?	실내의 습도제어를 위하여 가습기가 사용된다. 이 중 기화식 가습기는 구조가 간단하고 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 가정용 기화식 가습에는 고정식과 로터식의 두 방식이 있다.

참고문헌 (11)

ASHRAE, Fundamantals, Ch. 8 Thermal Comfort, 1997.
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T. W. Kim, M. Kim, G. T. Kim, D. Y. Kim, B. Youn, D. K. Kim, Y. W. Han, "A theoretical study on the performance of humidification element," Proc. Summer Annual Conf., SAREK, pp. 163-166, 2015.
J. Wurm, D. Kosar, T. Clement, "Solid Desiccant Technology Review," Bulletin of IIR, No .2002-3, pp. 774-781, 2002.
A. A. Pesaran, T. R. Penny, A. W. Czandena, "Desiccant Cooling: State-of-the-Art Assessment," NREL Report (NREL-TP254-4147), 1992.
P. C. H. Yu, W. K. Chow, "A Discussion on Potentials of Saving Energy Use for Commercial Buildings in Hong Kong," Energy, vol. 32, pp. 83-94, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2006.03.019

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.
R. K. Shah, A. L. London, Laminar Flow in Ducts, Academic Press, 1989.

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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