단일 셀에서 소수다공성 멤브레인의 증발냉각 방법별 성능 비교에 대한 실험적 연구 (Experimental Study on Comparison of Semi-Direct Evaporative Cooling Methods of a Unit Cell with Hydrophobic Porous Membrane)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 31권 / 12호 / 548 ~ 558페이지
· 저자명 : 이건후, 윤석호, 김영, 김정철

초록

본 연구에서는 공기 흐름에 의한 증발 냉각방식과 진공 압력에 의한 증발 냉각방식을 실험적으로 비교․고찰하였다.
(1) 공기 흐름에 의한 증발 냉각방식에서 멤브레인을 통한 물의 증발 속도는, 공기 채널의 폭 보다는 공기 속도에 더욱 큰 영향을 받음을 실험적으로 알 수 있었다.
(2) 같은 공기 속도 일 때, 공기 측 채널이 0.5 mm인 테스트 셀은 공기 측 채널이 7 mm인 테스트 셀에 비해 압력손실의 증가 약 150배 크다. 또한, 압력손실이 1~10 Pa 범위 내에서는 공기 측 채널이 0.5 mm인 테스트 셀보다 공기 측 채널이 7 mm인 테스트 셀에서 더 나은 냉각열전달률을 나타내었다. 그러므로 원하는 냉각열전달률을 효율적으로 얻기 위해서는 압력손실에 따른 적절한 공기 채널 높이의 설계가 필요하다는 것을 파악하였다.
(3) 진공 압력에 의한 증발 냉각 방식에서는 실리카겔의 영향에 대해 분석하였다. 진공압력차(= 대기압진공 압력)가 작은 경우에는 실리카겔에 의한 증발이 지배적이었다. 진공압력차가 비교적 큰 20 Torr인 경우에도 실리카겔 제습 셀이 없는 상태의 진공 펌프가 한 일보다 실리카겔 제습 셀이 있는 상태의 진공 펌프가 약 50%만큼의 일을 더 했다. 실리카겔을 짧은 시간 간격으로 재생하여 사용하면 냉각 효율이 상당히 증가 될 것으로 예상된다.
(4) 공기 흐름에 따른 증발 냉각성능과 진공 압력에 따른 증발 냉각성능을 비교한 결과, 진공 압력에 의한 증발 냉각방식에서 공기 흐름에 의한 증발 냉각방식보다 물 측의 온도차가 더 컸다. 또한, 진공 압력에 의한 증발 냉각방식은 공기 흐름에 따른 증발 냉각방식보다 더 큰 증발 속도를 보일 수 있었다. 하지만 COP 값을 비교해보면 진공 압력에 의한 증발 냉각방식은 상당히 큰 소비전력으로 인해 COP 값이 공기 흐름에 의한 증발 냉각방식에 비해 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 따라서 공기 흐름에 의한 증발 냉각방식이 효율적인 냉각 시스템을 만드는데 더 적합하다고 판단할 수 있다.

영어초록

Studies related to membrane technology have been attracting attention because of low cost, eco-friendliness, and compactness. This paper describes the potential use of hydrophobic membranes in semi-direct evaporative cooling applications for heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems with the air sweeping membrane evaporation method and vacuum membrane evaporation method. The vacuum membrane evaporation methods with desiccant and without desiccant were conducted to assess the impact of the desiccant. The evaporation rate and the cooling rate of each method increased with the higher air volume flow rate and the higher vacuum pressure difference. In this study, experimental comparison of cooling methods was conducted respectively. Test results from this study will be used for design of membrane evaporative cooling system.

참고자료

· 없음