[논문]CFD를 이용한 진공가압함침공정 내 유해가스 배출시스템 설계

장준규; 유엽; 박현도; 문일; 임백규; 김정환; 조형태

doi:10.9713/kcer.2021.59.4.521

CFD를 이용한 진공가압함침공정 내 유해가스 배출시스템 설계
Design of Hazardous Fume Exhaust System in Vacuum Pressure Impregnation Process Using CFD 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.59 no.4, 2021년, pp.521 - 531

장준규 (한국생산기술연구원 친환경재료공정연구그룹) , 유엽 (한국생산기술연구원 친환경재료공정연구그룹) , 박현도 (한국생산기술연구원 친환경재료공정연구그룹) , 문일 (연세대학교 화공생명공학과) , 임백규 ((주)엠벡) , 김정환 (한국생산기술연구원 친환경재료공정연구그룹) , 조형태 (한국생산기술연구원 친환경재료공정연구그룹)

초록
AI-Helper

진공가압함침공정(Vacuum Pressure Impregnation, VPI)은 발전기, 전동기 등 대형 회전기에 사용되는 고정자 권선에 에폭시 계열의 레진을 코팅시켜 물성을 강화하는 공정이다. VPI 공정 중 진공과 가압과정에서 에폭시 레진의 기화에 의해 레진 가스가 발생하고, 함침공정이 끝나고 경화를 위해 탱크 개방 시 레진 가스가 제거되지 않고 탱크 밖으로 유출된다. 유출된 레진 가스가 작업장 전체에 확산 시 화재, 폭발 및 호흡기 문제와 같은 안전 환경 문제가 있으므로 공정 내 레진 가스 배출시스템이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 VPI 공정에서 발생한 레진 가스를 배출하는 시스템을 설계하기 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 공기 유입구·배출구의 위치에 따른 배출효율에 대한 사례연구를 진행하였다. 본 연구의 최적의 배출시스템을 활용 시 1,800초 이내 90%이상의 레진 가스를 배출할 수 있으며, 레진 가스의 폭발하한계(Low Explosive Limit, LEL)이하로 레진 가스의 분율을 낮출 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Vacuum Pressure Impregnation (VPI) is a process that enhances physical properties by coating some types of epoxy resins on windings of stator used in large rotators such as generators and motors. During vacuum and pressurization of the VPI process, resin gas is generated by vaporization of epoxy resin. When the tank is opened for curing after finishing impregnation, resin gas is leaked out of the tank. If the leaked resin gas spreads throughout the workplace, there are safety and environmental problems such as fire, explosion and respiratory problems. So, exhaust system for resin gas is required during the process. In this study, a case study of exhaust efficiency by location of vent was conducted using Computational Fluid Dynamics (CFD) in order to design a system for exhausting resin gas generated by the VPI process. The optimal exhaust system of this study allowed more than 90% of resin gas to be exhausted within 1,800 seconds and reduced the fraction of resin gas below the Low Explosive Limit (LEL).

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Overview diagram of VPI process and fume problem.
그림 Fig. 2. VPI tank: (a)tank components; (b)structure and front/top-section views.
표 Table 1. Composition of HER-100 resin
그림 Fig. 3. Mesh of VPI tank.
표 Table 2. Mesh statistics and quality
그림 Fig. 4. Geometry including additional Vent C under out tank.
그림 Fig. 5. Schematic diagram of case study.
표 Table 3. Properties of fluids
표 Table 4. Boundary conditions for 6 cases
$Fig. 6. Simulation results in case 1, 2: (a) fume volume fraction contours at 300s, 900s, 1500s; (b) air velocity contours at 1800s.$ 그림 Fig. 6. Simulation results in case 1, 2: (a) fume volume fraction contours at 300s, 900s, 1500s; (b) air velocity contours at 1800s.
그림 Fig. 7. Plot of fume exhaust percentage for flow-time in case 1, 2.
$Fig. 8. Simulation results in case 3, 4: (a) fume volume fraction contours at 300s, 900s, 1500s; (b) air velocity contours at 1800s.$ 그림 Fig. 8. Simulation results in case 3, 4: (a) fume volume fraction contours at 300s, 900s, 1500s; (b) air velocity contours at 1800s.
그림 Fig. 9. Plot of fume exhaust percentage for flow-time in case 3, 4.
$Fig. 10. Simulation results in case 5, 6: (a) fume volume fraction contours at 300s, 900s, 1500s; (b) air velocity contours at 1800s.$ 그림 Fig. 10. Simulation results in case 5, 6: (a) fume volume fraction contours at 300s, 900s, 1500s; (b) air velocity contours at 1800s.
그림 Fig. 11. Outlet volume flow from case 5, 6: (a) total volume flow; (b) fume volume flow.
그림 Fig. 12. Plot of fume exhaust percentage for flow-time in case 5, 6.
표 Table 5. Final exhaust percentage in case 1~6 exhaust system

참고문헌 (19)

Kim, H.-D., Lee, Y.-J. and Ju, Y.-H., "Characteristics of Insulation Aging in Large Generator Stator Windings," The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers 58(7), 1375-1379(2009).
Minami, Matsutaroh, et al. "Recent Insulation System For Low Voltage Rotary Machines." (1979).
Kong, T.-S., "A Study on Insulation Property of VPI Type Generator Stator Winding Through the Case Analysis of Insulation Breakdown," The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P, 59(3), 311-316(2010).

원문보기 상세보기
Duan, Jingkuan, et al. "Morphology and Thermal and Dielectric Behavior of Cycloaliphatic Epoxy/trimethacrylate Interpenetrating Polymer Networks for Vacuum-pressure-impregnation Electrical Insulation," Journal of Applied Polymer Science, 110(5), 3096-3106(2008).

상세보기
Hannu, Timo, et al. "IgE-mediated Occupational Asthma from Epoxy Resin," International Archives of Allergy and Immunology, 148(1), 41-44(2009).

상세보기
Fawcett, I. W., Newman Taylor, A. J. and Pepys, J., "Asthma Due to Inhaled Chemical Agents-epoxy Resin Systems Containing Phthalic Acid Anhydride, Trimellitic Acid Anhydride and Triethylene Tetramine," Clinical & Experimental Allergy, 7(1), 1-14(1977).

상세보기
Zhang, Zinan, et al. "Synthesis of CeO 2 -loaded Titania Nanotubes and Its Effect on the Flame Retardant Property of Epoxy Resin," Polymers for Advanced Technologies, 30(8), 2136-2142 (2019).

상세보기
Zhang, Jianping, Wayde Johnson, and Tom Plikas, "Application of Computational Fluid Dynamics for Solving Ventilation Problems in Metallurgical Industrial Processes," International Journal of Ventilation, 16(3), 200-212(2017).
Lee, K. Y. and Kim, K. W., "A Study on Numerical Analysis and Performance Improvement of Ventilation Systems in Coating Room," Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 14(5), 2086-2091(2013).

원문보기 상세보기
Torano, J., et al. "Auxiliary Ventilation in Mining Roadways Driven with Roadheaders: Validated CFD Modelling of Dust Behaviour," Tunnelling and Underground Space Technology, 26(1), 201-210(2011).

상세보기
Lee, J., Cho, S., Park, C., Cho, H. and Moon, I., Numerical analysis of hydrogen ventilation in a confined facility with various opening sizes, positions and leak quantities. In Computer Aided Chemical Engineering (Vol. 40, pp. 559-564). Elsevier (2017).
Park, Chanho, et al. "Novel Evaluation Method for the Continuous Mixing Process of Bimodal Particles," Powder Technology, 344, 636-646(2019).

상세보기
Danielewicz, J., et al. "Three-dimensional Numerical Model of Heat Losses from District Heating Network Pre-insulated Pipes Buried in the Ground," Energy, 108, 172-184(2016).

상세보기
Krawczyk, Piotr, Asfaw Beyene, and David MacPhee, "Fluid Structure Interaction of a Morphed Wind Turbine Blade," International Journal of Energy Research, 37(14), 1784-1793(2013).

상세보기
ANSYS_Fluent_Theory Guide (2019).
Cho, Hyungtae, et al. "Numerical analysis for particle deposit formation in reactor cyclone of residue fluidized catalytic cracking," Industrial & Engineering Chemistry Research 52.22 : 7252-7258(2013).

상세보기
Cho, Hyungtae, et al. "Uneven Distribution of Particle Flow in RFCC Reactor Riser," Powder Technology, 312, 113-123(2017).

상세보기
Bulat, Mikhail Pavlovich, and Pavel Victorovich Bulat, "Comparison of Turbulence Models in the Calculation of Supersonic Separated Flows," World Applied Sciences Journal, 27(10), 1263-1266(2013).
Huang, S. H. and Li, Q. S., "Numerical Simulations of Wind-driven Rain on Building Envelopes Based on Eulerian Multiphase Model," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 98(12), 843-857(2010).

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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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