초록 ▼

배가스 또는 공기와 노즐에서의 분사 유체의 혼합유체와 전열관 배열 내를 흐르는 냉각 유체의 열전달 및 유동에 대한 성능실험을 수행하였다. 그리고 이러한 직접접촉식 응축형 열교환기에 대한 이론 해석을 통하여, 실험 결과를 분석하였다. 이러한 이론 분석을 통하여 열교환기의 설계에 필요한 총괄전열계수와 관외전열계수를 산출하였으며, 각 실험조건에서의 압력손실의 열교환기의 기초 설계 자료를 획득하였다.
이러한 연구 개발 내용 및 범위를 다음에 요약하여 나타내었다.
$\circ$ 직접접촉식 열교환기 성능실험장치

배가스 또는 공기와 노즐에서의 분사 유체의 혼합유체와 전열관 배열 내를 흐르는 냉각 유체의 열전달 및 유동에 대한 성능실험을 수행하였다. 그리고 이러한 직접접촉식 응축형 열교환기에 대한 이론 해석을 통하여, 실험 결과를 분석하였다. 이러한 이론 분석을 통하여 열교환기의 설계에 필요한 총괄전열계수와 관외전열계수를 산출하였으며, 각 실험조건에서의 압력손실의 열교환기의 기초 설계 자료를 획득하였다.
이러한 연구 개발 내용 및 범위를 다음에 요약하여 나타내었다.
$\circ$ 직접접촉식 열교환기 성능실험장치 제작
$\cdot$ 배가스 유량 = 약 100 $m^3/hr$
$\cdot$ 유로면적 = $160mm{\times}160mm$
$\cdot$ 전열량 = 약 5 kW
$\circ$ 직접접촉식 응축형 열교환기 개발
$\cdot$ 전열관 배열내에 물분사를 이용한 직접접촉식 열교환기 제작
$\cdot$ 직접접촉식 열교환기 전열성능실험 (열/물질전달계수, 압력손실 측정)
$\cdot$ 열교환기 설계 변경 실험 (전열관 배열 및 물분사 노즐 설계)
$\circ$ 직접접촉식 응축열회수용 열교환기 설계 프로그램 개발
$\cdot$ 직접접촉 전열이론 해석
$\cdot$ 열/물질전달계수의 실험식을 도입한 설계 프로그램 작성

Abstract ▼

The incoming gas and the sprayed water were mixed and then the 2-phase mixture was cooled down by transfering heat to the cold water flowing inside the heat transfer tubes of tube arrangement. The heat transfer performance test were done and the test results were analyzed by the theory for the direc

The incoming gas and the sprayed water were mixed and then the 2-phase mixture was cooled down by transfering heat to the cold water flowing inside the heat transfer tubes of tube arrangement. The heat transfer performance test were done and the test results were analyzed by the theory for the direct contact type heat exchanger. From these analysis, the basic design data such as total heat transfer coefficient and the outside heat transfer coefficient were obtained to design the water spray bed heat exchanger. Also, the design data on the gas-side pressure drop were obtained from the heat exchanger tests in this study.
The scope and contents of this study are shown as follows;
$\circ$ Manufacture of the performance test apparatus of direct contact heat exchanger
$\cdot$ Gas flow rate = about 100 $m^3/hr$
$\cdot$ Cross-sectional flow area = $160mm{\times}160mm$
$\cdot$ Heat transfer rate = about 5 kW
$\circ$ Development of the direct contact type condensing heat exchanger
$\cdot$ Manufacture of the direct contact heat exchanger using the water spray in the heat exchanger tube arrangement
$\cdot$ Direct contact heat exchanger thermal performance tests
Heat and mass transfer coefficients, pressure drop measurements
$\cdot$ Design change of heat exchanger
Heat exchanger tube arrangements and water spray nozzle design
$\circ$ Development of the design program of direct contact condensing heat exchange
$\cdot$ Theoretical thermal analysis of direct contact heat exchanger
$\cdot$ Development of computer program using the experimental data

목차 Contents

• 제 1 장 서론 ...13
• 제 1 절 개요 ...13
• 제 2 절 기술개발의 필요성(중요성) ...15
• 제 2 장 연소배가스 응축형 열교환기 개발 현황 ...17
• 제 1 절 직접접촉형 열교환기 ...17
• 제 2 절 CHX 열교환기 ...20
• 제 3 절 CEECON 응축형 절탄기 ...24
• 제 4 절 FAGERSTA 응축형 열교환기 ...25
• 제 5 절 예열공기 가습형 보일러 ...27
• 제 6 절 물유동층 응축형 열교환기 ...28
• 제 3 장 물분사층 열교환기 성능실험 ...31
• 제 1 절 실험장치 ...31
• 제 2 절 실험방법 ...33
• 제 3 절 물분사층 열교환기 전열량 측정결과 ...33
• 제 4 절 물분사층 열교환기 압력손실 측정결과 ...39
• 제 4 장 물분사층 열교환기 성능 이론해석 ...44
• 제 1 절 이론해석 방법 ...44
• 제 2 절 이론해석 결과 분석 ...48
• 제 5 장 결론 ...61
• 참고문헌 ...62
• [그림 1-1] 본 연구의 직접접촉식 열교환기 (물분사층 열교환기)의 개략도 ...14
• [그림 2-1a] 직접 접촉식 저온 폐열회수용 열교환기 ...18
• [그림 2-1b] 물분사식 직접접촉 열교환기 ...18
• [그림 2-1c] 배플을 이용한 직접접촉 열교환기 ...19
• [그림 2-1d] 팩킹을 이용한 직접접촉 열교환기 ...19
• [그림 2-2] 테프론 보호관을 사용한 응축형 열교환기 ...21
• [그림 2-3] 테프론 보호관을 사용한 배가스 종합처리장치 ...21
• [그림 2-4] 테프론 보호관을 사용한 배가스처리장치의 집진효율 ...22
• [그림 2-5] 영국의 CEECON 응축형 열교환기 ...24
• [그림 2-6] FAGERSTA 응축형 절탄기 ...26
• [그림 2-7] 프랑스 가스공사의 예열공기 가습형 보일러 ...27
• [그림 2-8] 캐나다의 예열공기 가습형 온수발생기 ...28
• [그림 2-9] 물유동층 응축형 열교환기의 개략도 ...29
• [그림 2-10] 중유보일러의 물유동층 열회수겸 집진탈황장치 ...30
• [그림 3-1] 직접접촉식 열교환기 실험장치 설치장면 ...31
• [그림 3-2] 직접접촉 열교환기 실험장치의 개략도 ...32
• [그림 3-3] 공기량에 따른 전열량의 변화 (온수=250LPH, 냉수=500LPH) ...34
• [그림 3-4] 물분사량에 따른 전열량의 변화 (공기량=0 $m^3/hr$, 냉수=500LPH) ...35
• [그림 3-5] 물분사량에 따른 전열량의 변화 (공기량=100 $m^3/hr$, 냉수=500LPH) ...35
• [그림 3-6] 공기량에 따른 전열량의 변화 (온수=250LPH, 냉수=800LPH) ...36
• [그림 3-7] 공기량에 따른 전열량의 변화 (온수=400LPH, 냉수=800LPH) ...37
• [그림 3-8] 물분사량에 따른 전열량의 변화 (공기량=0 $m^3/hr$, 냉수량=800LPH) ...38
• [그림 3-9] 물분사량에 따른 전열량의 변화 (공기량=100 $m^3/hr$, 냉수량=800LPH) ...38
• [그림 3-10] 공기량에 따른 압력손실의 변화 (전열관 배열수=2) ...39
• [그림 3-11] 물분사량에 따른 압력손실의 변화 (전열관 배열수=2) ...40
• [그림 3-12] 공기량에 따른 압력손실의 변화 (전열관 배열수=4) ...41
• [그림 3-13] 물분사량에 따른 압력손실의 변화 (전열관 배열수=4) ...41
• [그림 3-14] 공기량에 따른 압력손실의 변화 (전열관 배열수=6) ...42
• [그림 3-15] 물분사량에 따른 압력손실의 변화 (전열관 배열수=6) ...43
• [그림 4-1] 공기량에 따른 총괄전열계수의 변화 (온수분사량=250LPH, 냉수량=500LPH) ...49
• [그림 4-2] 물분사량에 따른 총괄전열계수의 변화 (공기량=100 $m^3/hr$, 냉수량=500LPH) ...49
• [그림 4-3] 물분사량에 따른 총괄전열계수의 변화 (공기량=0 $m^3/hr$, 냉수량=500LPH) ...50
• [그림 4-4] 공기량에 따른 관외전열계수의 변화 (온수분사량=250LPH, 냉수량=500LPH) ...51
• [그림 4-5] 물분사량에 따른 관외전열계수의 변화 (공기량 = 100 $m^3/hr$, 냉수량=500LPH) ...51
• [그림 4-6] 물분사량에 따른 관외전열계수의 변화 (공기량=0$m^3/hr$, 냉수량=500LPH) ...52
• [그림 4-7] 공기량에 따른 총괄전열계수의 변화 (온수분사량=250LPH, 냉수량=800LPH) ...53
• [그림 4-8] 공기량에 따른 총괄전열계수의 변화 (온수분사량=400LPH, 냉수량=800LPH) ...54
• [그림 4-9] 물분사량에 따른 총괄전열계수의 변화 (공기량=0 $m^3/hr$, 냉수량=800LPH) ...55
• [그림 4-10] 물분사량에 따른 총괄전열계수의 변화 (공기량=100 $m^3/hr$, 냉수랑=800LPH) ...55
• [그림 4-11] 공기량에 따른 관외전열계수의 변화 (온수분사량=250LPH, 냉수랑=800LPH) ...56
• [그림 4-12] 공기량에 따른 관외전열계수의 변화(온수량=400LPH, 냉수량=800LPH) ...57
• [그림 4-13] 물분사량에 따른 관외전열계수의 변화 (공기량=0 $m^3/hr$, 냉수량=800LPH) ...58
• [그림 4-14] 물분사량에 따른 관외전열계수의 변화 (공기량=100 $m^3/hr$, 냉수량=800LPH) ...58
• [그림 4-15] 공기량에 따른 관외전열계수의 변화 (냉수량=800LPH) ...59
• [그림 4-16] 물분사량에 따른 관외전열계수의 변화 (냉수량=800LPH) ...60
• [표 2-1] 직접접촉방식 열교환기의 성능특성 비교 ...20