초록 ▼

본 연구의 최종목표는 잠열 페열을 회수할 수 있는 내식성 온수발생장치의 설계 및 시제품 기술 개발에 있다. 이의 연구 내용은 폐열회수장치 축소모델 설계, 내식성 열교환기 해석 프로그램 개발, 비응축 가스가 증기응축에 미치는 효과, 폐열회수용 열교환기 설계, 내식성 열교환기설계 프로그램 개발, 비응축성 가스의 증기층축에 미치는 효과 분석, 폐열회수 온수발생장치 제작 및 운전, 잠열 페열회수 시스템 성능 시뮬레이션, 관 내부에서의 응축 문제에 대한 해석으로 구성된다.
본 연구에서는 98년 1월∼98년 12월 사이의 인천지역 기

본 연구의 최종목표는 잠열 페열을 회수할 수 있는 내식성 온수발생장치의 설계 및 시제품 기술 개발에 있다. 이의 연구 내용은 폐열회수장치 축소모델 설계, 내식성 열교환기 해석 프로그램 개발, 비응축 가스가 증기응축에 미치는 효과, 폐열회수용 열교환기 설계, 내식성 열교환기설계 프로그램 개발, 비응축성 가스의 증기층축에 미치는 효과 분석, 폐열회수 온수발생장치 제작 및 운전, 잠열 페열회수 시스템 성능 시뮬레이션, 관 내부에서의 응축 문제에 대한 해석으로 구성된다.
본 연구에서는 98년 1월∼98년 12월 사이의 인천지역 기상자료를 이용하여 난방연료 및 열교환기 크기에 따라 특정한 형태의 항온시설물(Thermally Controlled Facilities)의 열적 동특성을 파악하고 또한 잠열을 포함한 폐열회수 열교환기의 에너지 회수 성능을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 냉매로 물을 사용한 관 표면에 제습과정이 수반되는 나관 열교환기에 대하여 2차원 공기 유동분포의 영향을 해석할 수 있는 단면분할방법(section-by-section method)을 사용하여 열교환기의 성능을 예측하고 실험을 통하여 해석 프로그램을 검증하며 공기의 입구조건, 온도 습도 유속과 냉각수의 입구조건, 온도 유속을 변화시키며 응축형 열교환기 성능에 미치는 영향을 고찰한다.
본 연구는 연소가스로부터의 폐열 회수율과 관군을 통과하는 동안의 압력 강하량을 예측하기 위한 프로그램의 개발에 중점을 둔다. 따라서 비응축성 기체가 다량 포함된 증기/기체 혼합물로부터의 응축량 및 열전달량과 응축기 내부의 관군 외측에 대한 2상유동 압력 강하량을 정확하게 예측하기 위하여 포괄적인 기본 연구를 수행하고자 한다. 제안된 해석적 방법을 이용하여 작성된 프로그램의 타당성을 검증하기 위하여 연소가스와 냉각수의 온도변화 및 압력 강하의 예측값을 기존의 실험적 연구에서 측정된 값과 비교하고자 한다. 그리고 이 프로그램을 이용하여 연소가스와 냉각수의 유속 및 온도, 냉각관 단의 수 그리고 관재질의 열전도도 등 다양한 운전조건을 변화시키면서 응축기의 성능 변화를 파악하고자한다.

Abstract ▼

A sizing of sensible and latent energy recovery system with condensing heat exchanger is important to the design of a thermally controlled facilities. The transient system simulation program TRNSYS 14.2/IISiBat has been used to evaluate the energy consumptions of a thermally controlled facilities wh

A sizing of sensible and latent energy recovery system with condensing heat exchanger is important to the design of a thermally controlled facilities. The transient system simulation program TRNSYS 14.2/IISiBat has been used to evaluate the energy consumptions of a thermally controlled facilities which consist of boiler, chiller and condensing heat exchanger. The boiler and chiller are selected based on the annual peak loads and controlled to maintain the setting temperature of 14℃∼17℃.Simulation shows that the amount of sensible and latent energy recovered by heat exchanger is almost 20% of total heating load.
The thermal performance of bare heat exchanger was analyzed using section-by-section method. The effects of air and water inlet condition through the heat exchanger is presented. It is shown that total heat transfer rates of heat exchanger with condensing is higher.
In the present study, a focus is placed on the development of program to estimate the rate of the heat recovery from the flue gas and the pressure drop across a tube bank. Accordingly, the comprehensive basic studies have been carried out to predict the condensation rate from the vapor/gas mixture with high concentration of non condensable gases and the shell-side two-phase pressure drop accurately. The temperature variations of the flue gas and the cooling water and the pressure drop across the tube bank were compared with the experimental data reported previously. Then, with this simulation program, the parametric studies have been conducted for various operating conditions, such as the velocities and temperatures of the flue gas and the cooling water, the number of the tube-rows, and the conductivity of the wall material.

목차 Contents

• 제 1 장. 서론...19
• 제 2 장. 국내외 기술개발 현황...21
• 제 1 절. 현열회수...23
• 제 2 절. 잠열회수...26
• 1. 간접접촉형 폐열회수장치...26
• 2. 직접접촉형 폐열회수장치...26
• 3. 설비별 장, 단점 비교...27
• 제 3 장. 연구개발수행 내용 및 결과...30
• 제 1 절. 폐열회수 열교환기 설계 및 제작...30
• 1. 열교환기 재질의 선정...30
• 2. 열교환기 설계...35
• 3. 열교환기 제작...35
• 4. 폐열회수 system 구성...39
• 제 2 절. 온수발생시스템의 운전특성 평가 및 경제성 분석...44
• 1. 열전달량 해석 방법...44
• 2. 압력손실 해석 방법...45
• 3. 실험 결과...51
• 제 3 절. 야외 항온시설물의 에너지 해석...57
• 1. 현열 및 잠열 에너지 회수시스템의 해석 모델...57
• 가. 에너지 회수 시스템...57
• (1) 냉난방부하 모델...58
• (2) 에너지 회수 열교환기 모델...60
• (3) 보일러 모델...62
• (4) 에너지 회수 시스템의 제어 및 운영...63
• 나. 결과 및 고찰...64
• (1) 연간 온도 변화...65
• (2) 월별 냉난방 부하 및 회수 열량...65
• (3) 회수 열량 및 배기가스 온도변화...66
• (4) 연료에 따른 공급열량과 회수 열량...68
• (5) 온수유속에 따른 공급열량과 회수열량...70
• 다. 결론...72
• 2. TRNSYS를 이용한 현열 및 잠열 에너지 회수용 개량시스템의 성능 해석...73
• 가. 현열 및 잠열 에너지 회수용 개량시스템의 구성...73
• 나. 특정한 24시간동안의 시뮬레이션 결과...76
• 다. 패스수에 따른 회수시스템의 성능...78
• 제 4 절. 외부응축형 열교환기의 열성능 모델링 및 실험...81
• 1. 외부응축 쉘-관군 열교환기의 열성능 해석...81
• 가. 해석...81
• (1) 해석 모델...82
• (2) 기본 이론...83
• (3) 해석 방법...85
• (4) 실험 장치...86
• 나. 결과 및 고찰...87
• (1) 공기의 입구조건에 따른 영향...87
• (2) 냉각수의 입구조건에 따른 영향...93
• 다. 결론...95
• 2. 모듈형 관군 열교환기의 설계자료 구축을 위한 실험 - (관 형상에 따른 열전달 및 압력강하 특성)...97
• 제 5 절. 다량의 비응축성 가스가 포함된 수증기의 관 외부 응축 현상 연구...115
• 1. 서론...115
• 가. 연소가스 폐열 회수용 열교환기의 개요...115
• 나. 연구 배경 및 목적...116
• 다. 현상의 단순화...117
• (1) 응축 현상...117
• (2) 관군에서의 응축 현상...120
• 2. 열 및 물질전달계수 관계식...122
• 가. 물리적 현상...122
• 나. 열 및 물질전달 예측 방법...124
• 다. 응축 질량유속 및 물질전달계수...127
• 라. 열 및 물질전달계수 관계식의 유도...128
• 마. 평판...130
• (1) 물질전달계수 관계식...130
• (2) 실험 결과와의 비교...134
• 바. 수평 원관...135
• (1) 물질전달계수 관계식...135
• (2) 실험 결과와의 비교...142
• 3. 물질전달계수 관계식을 이용한 열전달 성능 예측...144
• 가. 계산 조건 및 검증...144
• 나. 검사체적...149
• 다. 물질 및 에너지 수지 균형 관계식...153
• 라. 적용 관계식...156
• 마. 계산 과정...158
• 바. 각 변수의 영향...162
• (1) 연소가스 속도 및 온도의 영향...162
• (2) 냉각수 속도 및 온도의 영향...165
• (3) 단 수의 영향...167
• (4) 관 재질의 영향...172
• 사. 결론...174
• 4. 마찰계수 관계식을 이용한 압력 강하량 예측...174
• 가. 물리적 현상...174
• 나. 관군에 대한 압력강하량 예측 방법...175
• 다. 단상 기체 마찰계수 관계식...177
• 라. 해석 결과 및 결론...178
• 제 6 절. 모듈형 관군 열교환기의 열전달 및 압력강하 특성...180
• 제 4 장. 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...203
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획...204
• 제 6 장. 참고문헌...206