핀튜브형 열교환기의 핀 유형에 따른 공기측 파울링 특성 및 반복 세정 성능에 관한 연구 (Study on the Air-Side Fouling Characteristics and Repeated Cleaning Performance of Finned-Tube Heat Exchangers Based on Fin types)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 37권 / 4호 / 159 ~ 166페이지
· 저자명 : 박지호, 강율호, 신동현, 성효경, 안영철

초록

본 연구에서는 핀튜브형 열교환기의 핀 간격과 형상에 따른 파울링 특성 및 반복 세정 성능을 분석하였다. 핀 간격 관점에서는 동일한 Corrugated fin 형상의 열교환기에서 핀 간격에 따라 16 FPI와 17 FPI를 비교 분석하였으며, 핀 형상의 경우 17 FPI 핀 간격을 가진 Louvered fin과 Corrugated fin 열교환기를 비교 분석하였다. 주요 실험 결과는 다음과 같다.
(1) 16 FPI와 17 FPI Corrugated fin 열교환기를 비교한 결과, 핀 간격이 좁을수록 파울링 가속 후 압력강하가 더 크게 증가하였다. 첫 번째 사이클에서 16 FPI는 2.69배, 17 FPI는 4.42배로 압력강하가 증가했으며, 세 번째 사이클에서는 각각 5.06배, 8.60배로 증가하였다.
(2) 초기에는 16 FPI와 17 FPI 모두 유사한 회복률을 보였으나, 반복적인 세정 과정에 따라 점차 회복률이 감소하였다. 첫 번째 사이클에서는 두 열교환기 모두 1.21배로 회복되었지만, 세 번째 사이클에서는 각각 1.58배와 2.58배로 회복률이 저하되었다.
(3) Louvered fin 열교환기는 파울링 초기 단계에서 Corrugated fin 열교환기보다 압력강하가 더 빨리 증가했으나, 파울링 가속 종료 시점에서는 Corrugated fin 열교환기가 더 큰 증가율을 보였다.
(4) 세정 후 압력강하 회복률은 Louver 사이의 잔여 분진 응집체로 인해 Louvered fin 열교환기가 Corrugated fin 열교환기에 비해 더 낮게 나타났다. 첫 번째 사이클에서 Louvered fin 열교환기는 세정 후 1.55배로 회복된 반면, Corrugated fin 열교환기는 1.21배로 더 큰 회복을 보였다. 세 번째 사이클에서는 Louvered fin 열교환기가 2.83배로 회복되었으나, Corrugated fin 열교환기는 2.58배로 비교적 낮은 압력강하 증가율을 보였다.
(5) 실험에 사용된 핀튜브형 열교환기의 핀 간격과 형상에 관계없이 파울링 가속과 세정 및 송풍 건조를 동반한 사이클이 반복 수행됨에 따라 표면 잔류입자들이 추가로 부착되는 입자와 응집체를 형성하여 압력강하가 점차 증가하였으며, 세 번째 사이클에서 압력강하 증가 양상이 두드러지게 나타났다.
본 연구의 결과에 따르면 동일한 핀 간격에서도 핀 형상에 따라 세정 후 압력강하 회복 특성에 차이가 발생하므로 잔류입자 제거와 물 빠짐 성능까지 고려한 핀 형상 설계가 필요할 것으로 생각된다.

영어초록

This study analyzed the pressure drop characteristics of finned-tube heat exchangers, a key component of EHP systems, during repeated cycles that included fouling acceleration, cleaning, and air-blowing drying. Each cycle consisted of 60 minutes of fouling acceleration under 1.5 m/s conditions, followed by 10 minutes of cleaning and 30 minutes of drying, and was repeated three times. The pressure drop characteristics were compared based on fin spacing and fin shape. The results indicated that for a fin spacing of 16 FPI, which is relatively narrow, the pressure drop increased more significantly during fouling acceleration with each cycle, and the recovery rate of the pressure drop after cleaning was lower. While the pressure drop for louvered fin heat exchangers remained elevated during the initial phase of fouling acceleration, corrugated fin heat exchangers exhibited a sharp increase in pressure drop near the end of this phase. Additionally, the rate of pressure drop increase after cleaning was higher for louvered fin heat exchangers. Regardless of fin spacing and shape, it was observed that as the cycles were repeated, residual particles on the surface formed aggregates, leading to a gradual increase in pressure drop, which was particularly pronounced during the third cycle.

참고자료

· 없음