교차 적층된 파형 액체 제습 소자 (Celdek)에서 LiCl과 LiBr 수용액의 제습 성능 비교 Comparison of the Dehumidification Performance Between LiCl and LiBr in a Liquid Desiccant Dehumidifying Element Having Criss-Cross Sinusoidal Channels (Celdek)원문보기
최근 들어 공기의 제습에 액체 제습제를 사용하는 방법이 각광을 받고 있다. LiCl과 LiBr은 우수한 열물성으로 인하여 액체 제습 시스템에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 LiCl과 LiBr 수용액을 사용하여 상용 Celdek 소자의 제습 성능을 실험하였다. 실험은 입구 건습구 온도를 $35^{\circ}C/28^{\circ}C$로 유지하고 전방 풍속을 2.0 m/s에서 4.0 m/s로 변화시키며 수행되었다. 수용액의 입구 온도와 농도는 $20^{\circ}C$, 50%, 수용액의 순환량은 50 kg/h로 유지하였다. 실험 결과 제습량은 풍속이 증가할수록 증가하였다. 또한 LiCl의 제습 성능은 LiBr보다 평균 27% 크게 나타났다. 이는 LiCl의 포화 절대 습도가 LiBr의 포화 절대습도보다 작기 때문이다. 반면 LiBr의 압력 손실은 LiCl보다 평균 12% 크게 나타났다. 한편 LiCl 과 LiBr의 Sherwood 수는 비교적 잘 일치하였다. 이로부터 제습제가 Sherwood 수에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있다. 기존 상관식들은 본 실험의 Sherwood 수를 현저히 높게 예측하였다.
최근 들어 공기의 제습에 액체 제습제를 사용하는 방법이 각광을 받고 있다. LiCl과 LiBr은 우수한 열물성으로 인하여 액체 제습 시스템에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 LiCl과 LiBr 수용액을 사용하여 상용 Celdek 소자의 제습 성능을 실험하였다. 실험은 입구 건습구 온도를 $35^{\circ}C/28^{\circ}C$로 유지하고 전방 풍속을 2.0 m/s에서 4.0 m/s로 변화시키며 수행되었다. 수용액의 입구 온도와 농도는 $20^{\circ}C$, 50%, 수용액의 순환량은 50 kg/h로 유지하였다. 실험 결과 제습량은 풍속이 증가할수록 증가하였다. 또한 LiCl의 제습 성능은 LiBr보다 평균 27% 크게 나타났다. 이는 LiCl의 포화 절대 습도가 LiBr의 포화 절대습도보다 작기 때문이다. 반면 LiBr의 압력 손실은 LiCl보다 평균 12% 크게 나타났다. 한편 LiCl 과 LiBr의 Sherwood 수는 비교적 잘 일치하였다. 이로부터 제습제가 Sherwood 수에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있다. 기존 상관식들은 본 실험의 Sherwood 수를 현저히 높게 예측하였다.
Recently, liquid desiccant systems have received attention for the dehumidification of air. LiCl and LiBr are widely used in liquid desiccant systems due to their excellent thermo-physical properties. In this study, dehumidification tests were conducted with Celdek elements using LiCl and LiBr. Duri...
Recently, liquid desiccant systems have received attention for the dehumidification of air. LiCl and LiBr are widely used in liquid desiccant systems due to their excellent thermo-physical properties. In this study, dehumidification tests were conducted with Celdek elements using LiCl and LiBr. During the tests, the dry and wet-bulb air temperatures were maintained at $35^{\circ}C$ and $28^{\circ}C$, respectively. The solution temperature was $20^{\circ}C$, the solution concentration was 50%, the solution circulation rate was 50 kg/h, and the frontal air velocity was varied from 2.0 to 4.0 m/s. The results show that the amount of dehumidification increased as the frontal velocity increased. On average, LiCl showed 27% higher dehumidification performance than LiBr, which was probably due to the lower saturation of the absolute humidity of LiCl compared with that of LiBr. On the other hand, LiBr yielded 12% larger pressure drop than LiCl. In general, the Sherwood numbers of LiCl and LiBr were approximately the same, showing that the effect of the desiccant on the Sherwood number was insignificant. Existing correlations highly overpredicted the present Sherwood numbers.
Recently, liquid desiccant systems have received attention for the dehumidification of air. LiCl and LiBr are widely used in liquid desiccant systems due to their excellent thermo-physical properties. In this study, dehumidification tests were conducted with Celdek elements using LiCl and LiBr. During the tests, the dry and wet-bulb air temperatures were maintained at $35^{\circ}C$ and $28^{\circ}C$, respectively. The solution temperature was $20^{\circ}C$, the solution concentration was 50%, the solution circulation rate was 50 kg/h, and the frontal air velocity was varied from 2.0 to 4.0 m/s. The results show that the amount of dehumidification increased as the frontal velocity increased. On average, LiCl showed 27% higher dehumidification performance than LiBr, which was probably due to the lower saturation of the absolute humidity of LiCl compared with that of LiBr. On the other hand, LiBr yielded 12% larger pressure drop than LiCl. In general, the Sherwood numbers of LiCl and LiBr were approximately the same, showing that the effect of the desiccant on the Sherwood number was insignificant. Existing correlations highly overpredicted the present Sherwood numbers.
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문제 정의
[2] 상기 문헌 조사 결과 대부분의 연구는 단일 제습제를 사용하여 수행되었고 제습제의 성능 비교에 대한 연구는 미흡함을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 상용으로 널리 사용되고 있는 LiCl과 LiBr의 제습 성능에 대한 비교 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 제습 소자로는 Celdek을 사용하였다.
이 중 ε-NTU 모델이 상대적으로 간단하여 실험 자료의 해석에 널리 사용되고 있는데 이에 대해서는 추후에 상술하였다.
제안 방법
이때 수용액과 공기의 흐름은 대향류이었다. 두 경우 제습 효율은 유사하게 나타났고 실험 결과로부터 열 및 물질전달 상관식을 제시하였다. Potnis 와 Lenz[15]는 LiBr 수용액을 사용하여 상용 Celdek[16]에 대한 대향류 제습 실험을 수행하고 물질 전달 상관식을 제안하였다.
공기의 제습 과정을 통하여 수용액의 농도는 묽어지고 온도는 올라가게 된다. 수용액 온도는 소형 칠러를 사용하여 제어하였고 농도는 고농도 (60%)의 제습제 수용액을 연속적으로 주입하여 조절하였다. 제습제 수용액의 농도는 비중계를 사용하여 측정되었다.
순환 수용액의 유량은 펌프 후단에 설치된 밸브를 사용하여 조절되었고 정밀도 ±0.2%의 질량유량계 (Micromotion, 0~200 kg/h)로 측정되었다.
풍동 내부에는 시험부 출구 공기의 건습구 온도를 측정하기 위한 샘플링 유닛과 풍량을 측정하기 위한 노즐, 그리고 송풍기가 설치되어 있다. 시험부 입구측 공기 온습도는 별도의 샘플링 유닛을 시험부 입구에 설치하여 측정하였다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.
본 연구에서는 상용 Celdek 소자에서 LiCl과 LiBr 수용액을 사용하여 제습 실험을 수행하였다. 실험은 입구 건습구 온도를 35℃/28℃로 유지하고 전방 풍속을 2.0 m/s에서 4.0 m/s로 변화시키며 수행되었다. 수용액의 입구 온도와 농도는 20℃, 50%, 수용액의 순환량은 50 kg/h로 유지하였다.
3333px;">℃)를 사용하였다. 실험은 입구 건습구 온도를 35℃/28℃로 유지하고[25] 전방 풍속을 2.0 m/s에서 4.0 m/s로 변화시키며 수행되었다. 수용액의 입구 온도와 농도는 20
6에 전방 풍속에 따른 제습량을 나타내었다. 제습량은 풍량에 입출구 절대습도 차를 곱하여 구하였다. Fig.
수용액 온도는 소형 칠러를 사용하여 제어하였고 농도는 고농도 (60%)의 제습제 수용액을 연속적으로 주입하여 조절하였다. 제습제 수용액의 농도는 비중계를 사용하여 측정되었다. 순환 수용액의 유량은 펌프 후단에 설치된 밸브를 사용하여 조절되었고 정밀도 ±0.
9에 3절의 열 및 수분 전달 해석을 통하여 얻어진 Sherwood 수를 나타내었다. 해석 결과는 미소 체적의 개수에 따라 달라질 수가 있으므로 그 영향을 검토하였다. 미소 체적의 개수를 증가시키며 Sherwood 수를 비교하였는데 200 x 50 (세로 x 가로) 에서의 Sherwood 수가 2000 x 500에서의 값과 1% 내에서 일치하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 상용 Celdek 소자에서 LiCl과 LiBr 수용액을 사용하여 제습 실험을 수행하였다. 실험은 입구 건습구 온도를 35℃/28℃로 유지하고 전방 풍속을 2.
3과 4에 제습 소자 시료와 성능 실험 장치를 나타내었다. 시료는 깊이 300 mm, 폭 300 mm, 높이 1200 mm이다. 실험 장치는 시험부와 흡입식 풍동으로 구성된다.
온습도 측정에는 고정밀 Pt-100Ω 센서 (정밀도 ±0.1℃)를 사용하였다.
따라서 본 연구에서는 상용으로 널리 사용되고 있는 LiCl과 LiBr의 제습 성능에 대한 비교 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 제습 소자로는 Celdek을 사용하였다.
이론/모형
Kline and McClintock[30]의 제안에 따라 오차해석을 수행하였다. 건±습구 온도 측정 오차 ±0.
시험부 입구측 공기 온습도는 별도의 샘플링 유닛을 시험부 입구에 설치하여 측정하였다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.2에[23] 된 노즐 차압을 이용하여 산정하였고 시험부의 입출구 온습도는 ASHRAE 41.1에[24] 규정된 샘플링 방법에 의해 측정하였다. 온습도 측정에는 고정밀 Pt-100Ω 센서 (정밀도 ±0.
성능/효과
(1) 풍속이 증가할수록 제습량이 증가하였다. LiCl의 제습 성능은 LiBr보다 평균 27% 크게 나타났다.
(2) LiBr의 압력 손실이 LiCl보다 평균 12% 크게 나타났다. 이는 LiCl의 점성계수가 LiBr의 값보다 현저히 크기 때문으로 판단된다.
(3) LiCl 과 LiBr의 Sherwood 수가 비교적 잘 일치하였다. 이로부터 제습제가 Sherwood 수에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있다.
(4) 기존 상관식들은 본 실험의 Sherwood 수를 현저히 높게 예측하였다. 이는 실험 시 소자가 부분적으로 수용액으로 젖지 않고 액막이 형성된 경우에 이론식을 그대로 적용하는 것에는 무리가 있기 때문으로 판단된다.
6은 풍속이 증가할수록 제습량이 증가함을 보여준다. 또한 LiCl의 제습 성능은 LiBr보다 평균 27% 크게 나타났다. 이는 LiCl의 포화 절대 습도가 LiBr의 포화 절대 습도보다 작기 때문인데 예를 들어 20℃, 농도 50%에서 LiCl의 포화 절대 습도는 0.
(15)로부터 구해진 제습 효율을 나타내었다. LiCl의 제습 효율이 LiBr보다 절대값으로 평균 5.3% 크게 나타났다.
6은 풍속이 증가할수록 제습량이 증가함을 보여준다. 또한 LiCl의 제습 성능은 LiBr보다 평균 27% 크게 나타났다. 이는 LiCl의 포화 절대 습도가 LiBr의 포화 절대 습도보다 작기 때문인데 예를 들어 20℃, 농도 50%에서 LiCl의 포화 절대 습도는 0.
해석 결과는 미소 체적의 개수에 따라 달라질 수가 있으므로 그 영향을 검토하였다. 미소 체적의 개수를 증가시키며 Sherwood 수를 비교하였는데 200 x 50 (세로 x 가로) 에서의 Sherwood 수가 2000 x 500에서의 값과 1% 내에서 일치하였다. 따라서 해석은 미소체적 개수 200 x 50에서 수행하였다.
이때 열전달 실험은 매끈한 표면에서 수행되었고 따라서 본 실험과 같이 액막이 형성된 경우에 열전달 상관식을 그대로 적용하는 것에는 무리가 있다. 셋째로 상관식의 절곡 형상과 실험 소자의 절곡 형상이 다르기 때문인데 Muley와 Manglik[31]의 경우 절곡 깊이와 절곡 핏치의 비가 0.28로 제한되어 본 연구의 0.35보다 작고 Martin[32]의 경우는 상관식 내에 형상인자 (예를들면 절곡 깊이와 절곡 핏치의 비)가 포함되어 있지 않으며 Dovic 등[33]의 상관식은 수력 직경의 적용 범위가 3.2 mm에서 7.0 mm로 본 연구의 12.1 mm보다 작다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
액체식 제습 시스템의 핵심 부품은 무엇인가?
액체식 제습 시스템의 핵심 부품은 공기 중의 수분을 수용액으로 전달하는 제습기와 수용액의 수분을 공기로 전달하여 수용액의 농도를 높이는 재생기이다. 제습기와 재생기의 형태로는 정형 또는 비정형 패킹을 사용하는 충전탑 방식, 충전재 없이 노즐을 사용하여 수용액을 분무 시키는 스프레이 노즐 방식, 정형화된 제습 소자를 사용하는 유하 액막 방식이 있다.
액체식 시스템의 장점은 무엇인가?
최근 들어 공기의 제습에 액체 제습제를 사용하는 방법이 각광을 받고 있다[1,2]. 액체식 시스템은 제습 로터를 사용하는 고체식 시스템에 비하여 운용이 편리할 뿐 아니라 VOC, 박테리아, 바이러스, 미세 먼지 등을 제거할 수 있고 재생 온도가 현저히 낮은 장점이 있다[1].
액체 제습제의 비산 문제를 해결하기 위한 연구에는 어떠한 것이 있는가?
액체 제습제는 인체 유해성, 금속 부식성 등으로 비산이 최소화 되어야 하고 이에 따라 채널 형상,채널 내 공기 유속 등이 제한을 받는다. 최근에는 다공성멤브레인을 통하여 공기와 제습제가 간접 접촉을 하게 함으로써 비산 문제를 원천적으로 해결하고자 하는 연구도 수행되고 있다[2].
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