[논문]분무수 온도 변화에 따른 에어와셔의 온습도 특성에 관한 실험적 연구

김태형; 남승백; 하종필; 정재학; 조인수

분무수 온도 변화에 따른 에어와셔의 온습도 특성에 관한 실험적 연구
The Study on the experimental of a characteristic of temperature and humidity of atomizing water temperature variation in Air Washer 원문보기

김태형 ((주)신성이엔지 기술연구소) , 남승백 ((주)신성이엔지 기술연구소) , 하종필 ((주)신성이엔지 기술연구소) , 정재학 ((주)신성이엔지 기술연구소) , 조인수 ((주)신성이엔지 기술연구소)

Air washer remove dust on the air and use for humidification. But the last should be applied to the semiconductor and FPD industry, air washer has focused on removing pollutants. In addition, air washer within the clean room remove the pollutants as well as use for humidification in Winter. However, there is no research in the country, and for research purposes, the evaluation was conducted by atomizing water temperature variation and L/G variation. Performance evaluation results are the same conditions as the entrance of air washers ($23^{\circ}C$, 45%RH). Cooling effect is enhanced when atomizing water temperature is lower. The larger the performance of humidification to L/G lower the temperature increases.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 클린룸내에서 에어와셔의 온습도 제어성을 확인하기 위한 부분을 중점적으로 성능평가를 수행하였다.
분무수량이 많고 분무온도가 낮을수록 냉각효과가 크며, 반대로 분무온도가 높은 경우는 가열의 효가가 크다. 이 그래프를 통해 본 연구의 목적인 클린룸내 에어와셔 적용성 여부를 판단해 볼 수 있다. 하지만 본 논문에서 수행된 연구결과로 클린룸내 현열부하용 드라이 코일을 대체하기에는 부족하며, 향후 드라이코일 대체용으로 에어와셔를 적용하기 위해서는 절대 습도의 변화가 없는 조건의 풍량, 분무수량 그리고 분무수의 온도를 찾는 것이 급선무라고 할 수 있다.

제안 방법

또한 노즐의 유량을 측정하기 위해 질량유량계를 설치하여 분무유량의 정확한 측정이 용이하도록 하였다.
초순수의 공급은 별도의 초순수 제조장치를 통해 공급하였으며, 공급수의 온도를 조절하기 위해 항온조에서 공급되는 냉수 혹은 온수와 판형열교환기에서 열교환하여 원하는 온도의 초순수를 공급할 수 있도록 하였다. 또한 신뢰성 있는 실험을 수행하기 위해 엘리미네이터로 유입되는 공기의 온습도를 일정하게 유지하기 위해 실험용 풍동을 항온항습챔버에 설치하여 실험을 진행하였다.
본 연구를 위해서 당사에서 개발된 엘리미네이터를 설치할 수 있는 풍동(Wind Tunnel)을 제작하였고, 엘리미네이터 상부에서 초순수(DI Water)를 분무할 수 있도록 노즐을 설치하였다. 또한 노즐의 유량을 측정하기 위해 질량유량계를 설치하여 분무유량의 정확한 측정이 용이하도록 하였다.
20%를 배수 시키는 이유는 도입된 외기에 포함된 오염물질이 엘리미네이터에서 제거되면서 순환수의 전도도 값을 상승시키고, 초순수를 공급하지 않고 연속운전하게 되면 염기성 가스인 NH₃에 의해 pH가 상승하게 되어 NH₃의 제거율이 저하되는 등의 문제가 발생하므로 공급되는 순수의 전도도 및 pH 조절을 위해 반드시 필요하다⁽⁴⁾. 본 연구에서는 비록 가스상 오염물질 측정에 대한 부분을 포함하지 않았지만, 향후 실제 제품에 적용시 위의 운전조건과 같아야 하므로 동일한 조건으로 실험을 수행하였다.
성능평가 전 항온항습챔버의 온도와 습도를 설정값(23℃, 45%RH)으로 유지시킨 후, 동시에 공급될 분무수의 온도 유지를 위해 항온조를 가동시킨 후 시운전을 시작하였다. 항온항습챔버의 온도와 습도가 및 모든 운전조건이 정상상태가 된 후 성능평가를 수행하였으며, 정상상태까지는 초기 운전부터 약 2시간이 소요되었다.
성능평가는 반도체 제조공장 클린룸내 실제 운전조건인 건구온도 23℃, 상대습도 45%을 기준으로 수행하였다. 엘리미네이터를 통과하는 전면 풍속은 2.
에어와셔로 분무되는 분무수 온도, 액기비를 변화시켜 성능평가를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
항온항습챔버의 온도와 습도가 및 모든 운전조건이 정상상태가 된 후 성능평가를 수행하였으며, 정상상태까지는 초기 운전부터 약 2시간이 소요되었다. 엘리미네이터 입출구의 온습도 및 유량 등의 데이터의 취득을 위해 데이터로거(Data Logger)에 일정시간 간격으로 저장하였다. 데이터 취득은 각 조건의 정상상태에서 약 10분간 측정한 후 평균하여 사용하였다.
5m/s로 동일하게 유지하였다. 이때 액기비(L/G)는 0.03~0.15, 분무되는 분무수의 온도는 7℃~23℃로 변화시키며 엘리미네이터 출구의 온습도 영향성에 대해 성능평가를 수행하였다.
또한 노즐의 유량을 측정하기 위해 질량유량계를 설치하여 분무유량의 정확한 측정이 용이하도록 하였다. 초순수의 공급은 별도의 초순수 제조장치를 통해 공급하였으며, 공급수의 온도를 조절하기 위해 항온조에서 공급되는 냉수 혹은 온수와 판형열교환기에서 열교환하여 원하는 온도의 초순수를 공급할 수 있도록 하였다. 또한 신뢰성 있는 실험을 수행하기 위해 엘리미네이터로 유입되는 공기의 온습도를 일정하게 유지하기 위해 실험용 풍동을 항온항습챔버에 설치하여 실험을 진행하였다.
성능평가 전 항온항습챔버의 온도와 습도를 설정값(23℃, 45%RH)으로 유지시킨 후, 동시에 공급될 분무수의 온도 유지를 위해 항온조를 가동시킨 후 시운전을 시작하였다. 항온항습챔버의 온도와 습도가 및 모든 운전조건이 정상상태가 된 후 성능평가를 수행하였으며, 정상상태까지는 초기 운전부터 약 2시간이 소요되었다. 엘리미네이터 입출구의 온습도 및 유량 등의 데이터의 취득을 위해 데이터로거(Data Logger)에 일정시간 간격으로 저장하였다.

대상 데이터

또한 엘리미네이터의 크기는 항온항습챔버에서 실험이 가능하도록 300(W)×300(H)×200(D) 크기의 엘리미네이터를 사용하였다.
또한 엘리미네이터의 크기는 항온항습챔버에서 실험이 가능하도록 300(W)×300(H)×200(D) 크기의 엘리미네이터를 사용하였다. 본 연구에서 사용된 엘리미네이터는 기존의 엘리미네이터를 업그레이드하여, 기존 제품대비 차압이 1/5로 줄어든 제품이다. 따라서 팬&모터 소비전력 절감과 더불어 동일한 가스상 오염물질 제거 효율로 소형화가 가능하므로 에너지 절감에 큰 장점이 있다.
실험에 사용된 엘리미네이터는 클린룸내에 적용 할 수 있도록 당사에서 개발한 저차압형 엘리미네이터를 적용하였으며, 물에 충분히 젖을 수 있는 친수성 재료를 사용하여 제작하였다. 또한 엘리미네이터의 크기는 항온항습챔버에서 실험이 가능하도록 300(W)×300(H)×200(D) 크기의 엘리미네이터를 사용하였다.
실험에서 사용된 풍동시스템은 크게 3개 파트로 구분되어 있으며 크기는 300(W) × 300(H) × 1,500(L)이다.

데이터처리

엘리미네이터 입출구의 온습도 및 유량 등의 데이터의 취득을 위해 데이터로거(Data Logger)에 일정시간 간격으로 저장하였다. 데이터 취득은 각 조건의 정상상태에서 약 10분간 측정한 후 평균하여 사용하였다.

성능/효과

(1) 분무수의 온도가 낮을수록 에어와셔를 통과한 공기의 온도차는 커지며, 높을수록 온도차는 작아진다.
(2) 에어와셔 입구온도 23℃, 상대습도 45% 조건 일때 분무수온도가 15℃를 기준으로 낮으면 공기는 냉각되며, 높은 경우 가열된다.
(3) 가습성능 지표인 에어와셔 통과 전후의 포화효율은 액기비가 클수록 분무수온도가 낮을수록 증가한다.

후속연구

이 그래프를 통해 본 연구의 목적인 클린룸내 에어와셔 적용성 여부를 판단해 볼 수 있다. 하지만 본 논문에서 수행된 연구결과로 클린룸내 현열부하용 드라이 코일을 대체하기에는 부족하며, 향후 드라이코일 대체용으로 에어와셔를 적용하기 위해서는 절대 습도의 변화가 없는 조건의 풍량, 분무수량 그리고 분무수의 온도를 찾는 것이 급선무라고 할 수 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

분무수 온도가 높을 경우 출구공기 온도가 상승하는 것이 상대적으로 포화효율을 낮아지게 하는 이유는?

분무수의 온도가 높은 경우 출구공기상태에도 영향을 미치게 되는데, 출구공기의 온도가 상승하게 된다. 즉, 출구공기 온도 상승으로 인해 가습량은 증대 되지만 그만큼 그 공기의 상태에서 수분을 함유할 수 있는 함수율로 인해 상대적으로 포화효율이 낮아지는 것으로 판단된다.

포화효율이 높다는 것의 의미는?

즉, 포화효율이 높다는 것은 그 만큼 가습성능이 좋다는 것을 의미한다. 그래프에서 보는바와 같이 액기비가 0.

에어와셔로 분무되는 분무수 온도, 액기비를 변화시켜 성능평가를 수행한 결과 어떤 결론을 얻었는가?

(1) 분무수의 온도가 낮을수록 에어와셔를 통과한 공기의 온도차는 커지며, 높을수록 온도차는 작아진다. (2) 에어와셔 입구온도 23℃, 상대습도 45% 조건 일때 분무수온도가 15℃를 기준으로 낮으면 공기는 냉각되며, 높은 경우 가열된다. (3) 가습성능 지표인 에어와셔 통과 전후의 포화효율은 액기비가 클수록 분무수온도가 낮을수록 증가한다.

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