[논문]냉각탑 백연방지의 성능 향상에 관한 실험적 연구

정순영; 이병천; 김성

doi:10.7316/khnes.2019.30.6.578

냉각탑 백연방지의 성능 향상에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Cooling Tower of Plume Prevention and Performance Improvements 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.30 no.6, 2019년, pp.578 - 584

정순영 (한국생산기술연구원 열유체시스템그룹) , 이병천 (풍천엔지니어링) , 김성 (한국생산기술연구원 열유체시스템그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

The occurrence of white plume in the cooling tower is phenomenon that the steam in the air through the cooling tower fan is condensed again by the cold ambient air to become saturated moist air. Accordingly, this can cause many problems like spoiling landscape around the cooling tower, odor of ambient air, falling accident by frozenness in the winter, and traffic accident, etc. This study was to install the heat exchanger in the inside of the cooling tower in order to prevent the white plume phenomenon in the cooling tower without affecting the performance of cooling tower. In addition, this study was to discharge the part of cooling water into the atmosphere through the recirculation of heat exchanger after creating dry air by heating the saturated moist air to the dew point temperature. At that time, this study was to conduct the experimental study in order to secure the optimal design data to prevent the white plume in the cooling tower because it checked the dry·moist temperature and relative humidity in the inside·outside of cooling tower on the moist air, and evaluated the performance of the heat exchanger.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Cooling tower
그림 Fig. 2. Comparison of cooling tower (a) counter-flow cooling tower, (b) cross-flow cooling tower
그림 Fig. 3. Cooling tower of plume phenomenon
그림 Fig. 4. Schematic diagram of experimental apparatus for pump performance
표 Table 1. Specifications of a measurement device
표 Table 2. Experimental condition
그림 Fig. 5. Psychrometric chart from the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea (SAREK)⁵⁾
그림 Fig. 6. Decision method of relative humidity from Psychrometric chart
그림 Fig. 7. Tower plume indicator depending on outside temperature (Inlet temperature 37℃)
그림 Fig. 8. Tower plume indicator depending on outside temperature (inlet temperature 40℃)
그림 Fig. 9. Comparison of air enthalpy and quantity of heat (inlet temperature 37℃)
그림 Fig. 10. Comparison of air enthalpy and quantity of heat (inlet temperature 40℃)

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한 겨울철 도로의 결빙으로 인한 사고가 발생하고 화재 등의 문제점이 발생된다. 따라서 본 연구에서는 다양한 시험조건에서백연현상이 발생하는 조건을 확인하고, 시험결과를분석하여 백연현상을 방지하는 방안을 실험적 연구를 통해 도출하였다.
본 논문에서는 냉각탑의 백연방지 방안도출을 위해 시험조건에 따른 냉각탑 성능시험 수행 및 결과를 분석하였다. 또한 시험조건에 따른 냉각탑 백연지표의 경향성을 확인하였다.

제안 방법

이때, 설계조건의 토출 공기온도에서 엔탈피의 연장선과 실험조건의 외기건구온도와 토출 공기온도의 연장선이 교차하는 지점이 냉각탑 백연 상태의 토출상대습도이다. Fig. 6에 제시된 냉각탑 토출상대습도 도출 방법을 이용하여 각각의 시험조건에 따른 냉각탑 토출상대습도를 도출하였고, 도출된 토출상대습도는 각각의 설계조건 상대습도의 비율인 냉각탑 백연지표로 나타내었다. 외기온도에 따른 냉각탑 백연지표 경향성을 분석하기 위해 외기온도에 따른 냉각탑 백연지표의 곡선을 Fig.
2는 입/출구 온도측정값이다. 공기 엔탈피는 열교환기 기준에서 입/출구온도 및 상대습도를 측정하여 engineering equationsolver (EES)를 제공하는 엔탈피 선도에서 도출하였다7). Fig.
냉각탑 백연현상 방지를 위한 성능시험조건을 냉각탑 백연지표로 분석하였다. 냉각탑 백연지표보다 낮을 경우에는 백연현상 발생 가능성이 있으므로 백연발생 방지를 위해서는 냉각탑 백연지표 조건이 중요하다.
또한 냉각탑 충진물과 송풍기 전단에 열교환기를 설치 후 과포화상태의 공기를 직접 가열하여 온도를 높이거나 습도를 내려서 대기로 방출하는 방식으로 백연방지를 위한 냉각탑 성능시험을 수행하였다. 다양한 시험조건의 결과를 분석하여 냉각탑의 백연현상을 방지할 수 있는 실험조건을 분석하였다.
일반적으로 백연현상 방지를 위해 냉각탑의 상부에 열교환기를 설치하여 토출 공기의 온도를 상승시킨다. 따라서 백연방지 성능실험을 위해 냉각탑 순환수 입구온도를 일정하게 유지하였고, 냉각탑 입구 및 출구부분에 온도센서를 설치하여 온도를 측정하였다. 또한 열교환기의 입구 및 출구 부분에도 온도센서를 설치하였고 냉각탑의 입구 측에 유량계를 설치하여 냉각탑의 순환수 유량을 측정하였다.
따라서 대향류형 백연방지 냉각탑은 냉각탑에서 배출되는 공기의 습도가 높으면 외부공기와 혼합되는 과정에서 수증기로 액화되어 연기처럼 백연이 발생한다. 또한 냉각탑 충진물과 송풍기 전단에 열교환기를 설치 후 과포화상태의 공기를 직접 가열하여 온도를 높이거나 습도를 내려서 대기로 방출하는 방식으로 백연방지를 위한 냉각탑 성능시험을 수행하였다. 다양한 시험조건의 결과를 분석하여 냉각탑의 백연현상을 방지할 수 있는 실험조건을 분석하였다.
본 논문에서는 냉각탑의 백연방지 방안도출을 위해 시험조건에 따른 냉각탑 성능시험 수행 및 결과를 분석하였다. 또한 시험조건에 따른 냉각탑 백연지표의 경향성을 확인하였다. 본 연구를 통해 도출된결론은 다음과 같다.
따라서 백연방지 성능실험을 위해 냉각탑 순환수 입구온도를 일정하게 유지하였고, 냉각탑 입구 및 출구부분에 온도센서를 설치하여 온도를 측정하였다. 또한 열교환기의 입구 및 출구 부분에도 온도센서를 설치하였고 냉각탑의 입구 측에 유량계를 설치하여 냉각탑의 순환수 유량을 측정하였다. 열교환기 전단 및 후단의 온도를 정밀하게 측정하기 위해서 전단에는 5구간, 후단에는 12구간을 설치하여 입구 및 출구온도를 측정하였다.
본 연구에서는 백연방지 성능시험에 대한 실험적 연구를 수행하기 위해 대향류형 냉각탑에 백연장치를 설치하였다. 대향류형 냉각탑은 탑 내부에서 물과 공기의 흐름이 서로 대향류로 접촉하여 열교환성능이 좋고 설치면적이 적어 가장 널리 이용되는 방식이다.
성능시험은 외기온도 –5℃, 0℃ 및 5℃ 때 성능실험을 실시하였다.
6은 습공기선도를 이용하여 시험조건에 따른 냉각탑 토출상대습도 도출 방법을 나타낸다. 실험조건의 외기건구온도와 토출 공기온도의 연장선을 나타내고 실험조건의 외기건구온도와 설계조건의 토출 공기온도의 연장선을 나타내었다. 이때, 설계조건의 토출 공기온도에서 엔탈피의 연장선과 실험조건의 외기건구온도와 토출 공기온도의 연장선이 교차하는 지점이 냉각탑 백연 상태의 토출상대습도이다.
또한 열교환기의 입구 및 출구 부분에도 온도센서를 설치하였고 냉각탑의 입구 측에 유량계를 설치하여 냉각탑의 순환수 유량을 측정하였다. 열교환기 전단 및 후단의 온도를 정밀하게 측정하기 위해서 전단에는 5구간, 후단에는 12구간을 설치하여 입구 및 출구온도를 측정하였다. 열교환기의 입구 및 출구의 압력 차이는 압력센서를 이용하여 측정하였고, 냉각탑 내부 순환을 위한 송풍기의 소비동력은 적력분석기를 이용하여 측정하였다.
열교환기 전단 및 후단의 온도를 정밀하게 측정하기 위해서 전단에는 5구간, 후단에는 12구간을 설치하여 입구 및 출구온도를 측정하였다. 열교환기의 입구 및 출구의 압력 차이는 압력센서를 이용하여 측정하였고, 냉각탑 내부 순환을 위한 송풍기의 소비동력은 적력분석기를 이용하여 측정하였다.
일반적인 냉각탑 성능을 확인하는 방법과 동일하게 냉각탑 입구온도 37℃ 및 40℃의 순환수 유량을 흘려 냉각탑의 성능을 확인하였으며, 백연방지운전을 통해 백연현상에 대한 성능실험을 수행하였다. 일반운전과 백연방지운전의 차이점은 일반운전 시 순환수량은 냉각탑의 입구와 출구로만 순환하여 냉각탑의 성능을 확인한 반면, 백연방지 운전시에는 냉각탑의 순환수량의 일부분을 냉각탑 내부의 열교환기를 통과하도록 설계하였다. 이때 냉각탑내부로 흐르는 고온의 순환수가 저온의 토출 공기온도 상승을 일으켜 냉각탑에서 토출하는 백연을 방지한다.
성능시험은 외기온도 –5℃, 0℃ 및 5℃ 때 성능실험을 실시하였다. 일반적인 냉각탑 성능을 확인하는 방법과 동일하게 냉각탑 입구온도 37℃ 및 40℃의 순환수 유량을 흘려 냉각탑의 성능을 확인하였으며, 백연방지운전을 통해 백연현상에 대한 성능실험을 수행하였다. 일반운전과 백연방지운전의 차이점은 일반운전 시 순환수량은 냉각탑의 입구와 출구로만 순환하여 냉각탑의 성능을 확인한 반면, 백연방지 운전시에는 냉각탑의 순환수량의 일부분을 냉각탑 내부의 열교환기를 통과하도록 설계하였다.
각탑 성능시험은 한국설비기술협회(Korean Association of Air Conditioning Refrigerating and Sanitary Engineers, KARSE) 단체표준의 기계통풍식 냉각탑 성능시험 방법에 따라 수행하였다. 한국설비 기술협회의 단체표준에 따라 냉각탑 성능시험 장치를 구축 및 검토하였고, 성능시험에 필요한 측정센서 등을 확인하였다5).

이론/모형

각탑 성능시험은 한국설비기술협회(Korean Association of Air Conditioning Refrigerating and Sanitary Engineers, KARSE) 단체표준의 기계통풍식 냉각탑 성능시험 방법에 따라 수행하였다. 한국설비 기술협회의 단체표준에 따라 냉각탑 성능시험 장치를 구축 및 검토하였고, 성능시험에 필요한 측정센서 등을 확인하였다5).
냉각탑 백연지표를 도출하기 위해서는 실험조건의 냉각탑 토출상대습도가 필요하다. 실험조건의 냉각탑 토출상대습도는 대한설비공학회(Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, SAREK)에서 제시한 습공기선도(psychrometric chart)를 이용하여 분석하였고 냉각탑 토출상대습도를 도출하였다. Fig.

성능/효과

1) 백연현상은 외부 온도 및 습도의 조건에 따라 나타난다. 따라서 백연현상 방지를 위해서는 냉각탑 외부 온도 및 습도에 대한 정밀한 분석이 필요하다.
2) 냉각탑 백연지표는 냉각탑 토출상대습도와 설계조건의 상대습도의 비율로 나타내며, 냉각탑 토출 상대습도는 습공기선도를 이용하여 도출할 수 있다.
3) 토출상대습도는 시험조건의 외기건구온도, 토출 공기온도, 설계조건의 토출 공기온도로 도출된다.
4) 외기온도 조건에 따라 냉각탑 백연지표의 특정한 경향성이 나타나며, 냉각탑 백연지표 경향성을 이용하여 백연현상을 방지할 수 있는 냉각탑 토출 공기온도 조건을 도출할 수 있다.
5) 백연현상 방지를 위해서는 냉각탑 내부의 열교환기를 통과하는 공기온도를 증가시켜 상대습도를 낮추어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	냉각탑은 무엇인가?	이러한 문제점을 해결하기 위하여 기기장치 및 공정시스템 운영 중에 발생하는 기계의 열을 냉각시켜주는 장치(냉각탑)들이 개발 및 생산되었다.냉각탑은 다양한 냉각 매체 및 최소한의 에너지를 사용하여 경제 및 효율적 방법으로 열 제거 및 적정한 온도를 유지하는 기기장치이다. 주로 산업에서는 원활한 수급이 가능한 물을 이용하여 대기 중으로 증발시키는 원리로 개발된 냉각탑이 많이 사용되고 있다.
	건습식 백연방지의 원리는 무엇인가?	이처럼 냉각탑에서 배출된 공기 중의 수중기가 액체 상태에서 물로 상변화하여 하얀 연기처럼 보이는 현상을 백연현상이라 하며, 백연현상을 저감시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. So1)는 건습식 백연방지는 습식부분의 습 공기와 건식부분을 빠져 나온 건공기가 혼합되어 드리프트 엘리미네이터를 통과한 혼합 공기는 벌집 모양의 형태로 수직·수평 방향의 난류 유통으로 나누어지며 이때 혼합된공기는 균일한 불포화상태가 되는 방식의 백연을 저감하는 냉각탑을 개발하였다. Gu 등2)은 기존 핀-코일을 충진재와 직렬로 장착하여 백연을 방지하는 문제점을 인지하고 플라스틱 판형 공기가열기가 병렬로 장착하여 기존 문제점을 해결하고, 또한 추가적으로 댐퍼의 조작에 따른 열 성능과 공기가열 성능의 변화를 통해 백연을 저감하는 연구를 진행하였다.
	쾌적한 산업 환경을 위해 냉각탑이 필요한 이유는 무엇인가?	산업용 기기장치 및 공정시스템의 운영 중 발생하는 발열(calescence)은 작업환경을 저하시킬 뿐만 아니라 공정 시스템 운영효율을 저하시킨다. 또한 기기장치에서 발생하는 열(heat)은 기기장치 고장의 원인이 될 수 있으며, 더 나아가 기기장치의 유지보수 비용이 증가하는 부정적인 효과가 발생된다. 따라서 쾌적한 산업 환경을 위해서는 기기장치 및 공정시스템운영 중에 발생하는 열 제거 및 적정한 온도 유지가 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기기장치 및 공정시스템 운영 중에 발생하는 기계의 열을 냉각시켜주는 장치(냉각탑)들이 개발 및 생산되었다.

참고문헌 (7)

H. Y. So, "Wet/dry integrated plume abatement cooling tower", The Society Of Air-Conditioning And Refrigerating Engineers Of Korea, 2000, pp. 997-1003. Retrieved from http://www.sarek.or.kr/html/sub06_02.jsp.
T. J. Gu, J. H. Jeon, and Y. K. Joe, "A Empirical Study of Cooling Tower Performance of Opening and Closing Damper of Wet and Dry Section", The Society Of Air-Conditioning And Refrigerating Engineers Of Korea, Vol. 2017, No. 6, 2017, pp. 156-159. Retrieved from http://www.sarek.or.kr/html/sub06_02.jsp.
C. K. Choi, Y. K. Choi, and H. Y. So, "A Numerical Study on the Performance Analysis of the Plume Abatement NWD Cooling Tower", The Society Of Air-Conditioning And Refrigerating Engineers Of Korea, 2001, pp. 1049-1058. Retrieved from http://www.sarek.or.kr/html/sub06_02.jsp.
Z. H. Wang, J. Son, J. M. Cha, and Y. C. Kon, "Numerical Study on Air-side Performance of Wave Heat Exchanger for White Smoke Reduction", The Society Of Air-Conditioning And Refrigerating Engineers Of Korea, Vol. 2016, No. 6, 2016, pp. 1088-1090. Retrieved from http://www.sarek.or.kr/html/sub06_02.jsp.
Korean Association of Air Conditioning Refrigerating and Sanitary Engineers (KARSE), Performance Tests of Mechanical Draft Cooling Tower, SPS-KARSE B0004-0166, Korea, 2015. Retrieved from https://www.dcs.co.kr/index.php/products/psy-chart/.
Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea (SAREK), Psychrometric chart, Korea, Retrieved from http://www.karse.or.kr/new_html/subpage_05_a.jsp.
Engineering Equation Solver (ESS), Enthalpy chart, F-chart software, USA. Retrieved from http://fchartsoftware.com/ees/.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증