Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제28권7호
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pp.1145-1151
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2004
The experiment of thermal performance about cross flow type cooling tower was conducted in this study. Generally the ambient air condition can affect the thermal performance of cooling tower to improve or not. However it is hard to control the cooling water temperature that we want under bad air condition or during rainy season. In this paper, the effect of variables, which the ambient air have. especially wet-bulb temperature, are experimentally investigated for controlling the cooling water temperature more successfully. The result is that there is appropriate air flow rate in respective air condition to preserve the cooling performance in the cooling tower and the maximum air flow rate can't overcome the approach under bad air condition.
전열교환 엘리먼트는 열회수형 환기유닛의 핵심부품으로, 외기와 실내공기의 열 및 수분교환이 이루어진다. 본 연구에서는 현재 국내에서 사용되고 있는 전열교환 엘리먼트에 대하여 외기의 온 습도 변화가 전열교환 엘리먼트의 성능에 미치는 영향을 실험적으로 연구하였다. 전열교환 엘리먼트를 통과 하는 공기 유량, 입 출구의 건 습구 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 실험장치를 특별히 제작하였고, 항온항습실내에서 외기의 상대습도 또는 절대습도를 변화시키며 실험을 수행하였다. 실험결과는 현열전달 유용도과 잠열전달 유용도으로 평가되는데 잠열 전달 유용도는 외기의 상대습도의 증가에 따라 증가하였으나 절대습도의 변화에는 거의 무관하게 냐타났다. 한편 현열 교환 유용도는 외기의 온도 및 습도 변화에 무관하게 일정하였다.
마이크로컴퓨터 코오지 배양시설을 제작하여 배양실내의 온도, 상대습도를 계측하고 코오지의 무게를 공정제어 대상으로 공정의 자동화를 시도하였다. 코오지 무게변화는 외팔보형 strain gauge 무게감응장치로 코오지 및 배양실의 온도는 백금저항선$(Pt,\;100\Omega)$ 센서로 계측하였다. 계측신호는 디지털화하여 MC6821 접속소자를 통해 마이크로컴퓨터로 입력되었다. 코오지 무게계측치를 공정의 제어대상으로 할 때 디지탈값(Y)과 코오지의 무게(W,g) 사이의 관계는 Y=0.310W+32.329(r=0.99989)이었다. 배양실내의 온도제어는 폐회로방식에 의하여 on/off로 이루어졌으며 습도제어는 계측된 건, 습구 온도값으로부터 계산된 습도값을 기준으로 살균수의 분무로 수행되었다.
본 연구는 외기의 변화에 대해 쾌적성을 유지함과 동시에 열원 및 공조설비의 총 전력소비량을 최소화할 수 있는 최적 제어방법에 대한 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 최적제어방법은 외기 건구 및 습구온도 등의 환경변수가 변할 경우 냉각수온도, 급기온도, 냉수온도 등의 제어변수 최적 설정값들이 결정되도록 함으로써 환경 변화에 따라 최대 및 부분부하운전을 적절히 수행하도록 한 것이다. TRNSYS 프로그램을 이용하여 시스템을 모델링하였으며, 본 연구에서 제시한 최적제어방법과 고정 설정값으로 운전한 기존의 방식의 제어성능을 비교 분석하였다. 연구결과로는 본 연구에서 제시한 최적제어방법이 기존 운전방식에 비해 에너지 절감 성능이 양호함을 알 수 있었다.
도심재생하천 내부의 수리적 특성이 열환경 변화에 미치는 영향을 알아보고자 하천의 물리적 구조와 수리적 특성, 기상요소, 온열환경을 분석하였다. 연구 대상지는 복원된 도시하천으로서 큰 의의를 가지는 청계천을 선정하였다. 유형은 물리적 구조별 녹피율의 차이에 따라 유형 I(0.0%)과 유형 II(20.2%)로 구분하였다. 여울이 끝나는 Ba지점에서 수온은 $0.2^{\circ}C$ 감소, 유속은 0.7~0.9m/s 증가, 용존산소량은 0.5~0.6mg/L 증가하였으며, 기온은 평균 $1.1{\sim}1.4^{\circ}C$ 감소, 상대습도는 평균 6.6~8.7% 증가, 풍속은 불규칙한 변화를 보였다. 습구흑구온도지수 분석결과, 유형에 따른 상류부의 하천 내부와 수면 외부의 값의 차이는 미비하였으나, 유형 I의 하류부에서 감소폭은 $0.3{\sim}0.6^{\circ}C$, 유형 II는 $0.8^{\circ}C$ 등이었다. 기온저감의 효과는 수직높이로 유형 I의 경우 120cm, 유형 II는 140cm까지 영향이 있었으며, 거리별 기온저감의 효과는 유형 I의 경우 여울이 끝나는 Ba지점 이후로 증가하였고, 유형 II의 경우 지속해서 감소하였다.
In this study, the experiment of thermal performance about closed-type hybrid cooling tower was conducted. A closed type cooling tower is a device similar to a general cooling tower, but with cooling tower replaced by a heat exchanger. The test section for this experiment has the process that the cooling water flows from top part of heat exchanger to bottom side in the inner side of tube, and spray water flows gravitational direction in the outer side of it. Air contacts of tube outer side are counterflow. The heat transfer pipe used in this experiment is a bare type tube having an outside diameter of 15.88mm. In this experiment, heat performances of the cooling tower are calculated such as overall heat transfer coefficient of between the process fluid and air, cooing capacity and pressure drop.
A theoretical analysis on the heat and mass transfer in an evaporative cooler is presented in this work. The evaporative cooler is modeled as a channel filled with porous media the interstitial surface of which is covered by thin water film. Assuming that the Lewis number is unity and the water vapor saturation curve is linear, exact solutions to the energy and vapor concentration equations are obtained. Based on the exact solutions, the characteristics of the heat and mass transfer in the evaporative cooler are investigated. The comparison of the cooling performance between the evaporative cooler and the usual sensible heat exchanger is also carried out. Obviously, the evaporative heat exchanger shows better cooling performance than the sensible heat exchanger. This is due to the latent heat of water vaporization, which results in apparent increases both in the interstitial heat transfer coefficient and the specific heat of the air stream in the evaporative cooler.
히트펌프는 에너지 효율이 높고, 지열, 폐열, 공기열 등 다양한 열원 사용이 가능하기 때문에 보급이 빠르게 확대되고 있다. 공기를 열원으로 이용하는 공랭식 히트펌프의 경우는 실외기 표면에 형성되는 서리를 제거하기 위해 제상운전이 요구된다. 일반적으로 사용하는 역사이클(reverse cycle) 제상운전 방법은 연속난방이 불가능하며 이로 인해 성능계수가 감소하는 원인이 된다. 본 연구에서는 실외기 코일용 휜-관 열교환기를 3열로 구성하고 난방과 제상이동시에 가능하도록 일정시간 간격으로 열교환기의 한 개의 열을 응축기로, 나머지 열은 증발기로 교번 운전을 수행하여 KS C 9306에 규정된 제상-난방 시험조건(건구온도 $2^{\circ}C$, 습구온도 $1^{\circ}C$)에서 최소 180분 이상 연속난방이 가능함을 실증하였으며 역사이클 제상방법을 사용하는 일반적인 히트펌프 대비 COP가 약 20% 향상됨을 알 수 있었다.
고추건조에 대한 에너지사용의 효율성을 표현할 수 있는 건조효율 지표를 유도하고 정의하였으며 건조효율에 미치는 공정변수의 영향을 분석하고 carotenoids 보존의 제한조건하에서 건조효율을 최대화시키는 최적건조조건을 찾았다. 전체 사용에너지에 대한 증발에너지의 비로 단순화시켜서 열풍의 건구 및 습구온도의 함수로 표현된 건조효율이 건조공정중 실제의 에너지 사용의 효율성을 표현할 수 있는 것으로 확인되었고, 이를 이용하여 주어진 조건에서의 최적화가 가능하였다. 최적화 결과 1단계 건조에 비해서 2단계 건조가 같은 품질제한 조건하에서 건조효율을 증가시킬 수 있었다. 한편 배기공기 온도를 포함하는 간단한 변환변수와 건조되는 고추의 수분함량 사이의 관계에 의하여 건조시간 종료를 제어할 수 있는 가능성도 검토되었다. 전체적으로 본 연구에서 고추 건조시 좋은 품질을 유지하면서 건조효율을 향상시키고 에너지소비를 절감할 수 있는 건조기 운전의 방향을 제시하였다.
본 연구에서는 KS C 9306에 따른 난방 제상능력 시험조건(건구온도 $2^{\circ}C$/습구온도 $1^{\circ}C$)에서 확대모형이 아닌 실제 열교환기의 전방에 디지탈 현미경과 광센서의 발광부와 수광부를 나란히 설치하여 광센서 출력전압과 서리 높이간의 연관성을 규명하기 위한 실험을 수행하였다. 150개의 실험 데이터로부터 서리높이를 예측할 수 있는 선형 상관식을 개발하여 계산한 결과, 측정값의 54%가 상관식으로 예측한 값의 ${\pm}10%$ 이내에서 일치하였으며 서리 높이가 0.3mm 이상의 실험데이터에서는 데이터의 90% 이상이 ${\pm}10%$ 이내에서 일치하였다. Xiao 등의 상관식과 비교하였을 때 출력전압 변화에 따른 서리 높이의 변화를 나타내는 기울기는 2.3% 오차 범위에서 일치하였으나 Xiao 등의 상관식은 실제 열교환기가 아닌 모사 열교환기를 사용한 이상적인 조건에서 개발되었기 때문에 절편 값에서는 큰 차이를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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