휜-튜브 열교환기에서 초발수 코팅의 적용이 착제상 거동에 미치는 영향 (Effect of Super-Hydrophobic Coating on Frost/Defrost behavior in Fin-Tube Heat Exchangers)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 33권 / 3호 / 122 ~ 129페이지
· 저자명 : 이원종, 배경진, 권오경

초록

본 연구에서는 휜-튜브 열교환기에서 초발수 코팅의 적용이 착제상 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해 약 72, 117, 160°의 접촉각을 가지는 노-코팅, 발수, 초발수 표면 열교환기를 대상으로 실험을 수행하였다. 코팅된 표면은 풍량이 감소되는 정도를 완화시키고 착상 시간을 지연시켰다. 착상에 의한 유로 막힘에 의해 노-코팅 표면의 풍량이 약 50% 감소하였을 때, 발수와 초발수 표면의 풍량은 43.3, 31.2% 감소하였다. 풍량이 초기값의 반으로 감소하는데 걸리는 시간을 비교하였을 때, 수행된 모든 조건에서 발수 및 초발수 코팅된 표면들은 착상 시간을 지연시켰다. 발수와 초발수 표면은 노-코팅 표면에 비해 대략적으로 7%, 61% 만큼 착상을 지연시켰다. 추가적으로, 표면 특성이 착상을 지연시키는 경향은 잘 드러났으나 초기 풍속과 착상 지연 사이의 관계는 잘 드러나지 않았다.
성에가 성장함에 따라 열전달률과 공기측 압력강하 등의 성능이 악화되었다. 접촉각이 더 큰 표면을 사용할수록 이 성능 악화가 완화되어 평균 열전달률이 증가하고 평균 압력강하량이 감소하였다. 발수 표면은 노- 코팅보다 열전달률이 평균적으로 약 1.93% 증가하였고 초발수 표면은 열전달률이 평균적으로 6.73% 증가하였다. 또한 발수 및 초발수 코팅의 적용은 압력강하의 증가를 완화시켰다. 발수 표면은 노-코팅보다 압력강하가 평균적으로 약 9.13% 감소하였고 초발수 표면은 압력강하가 평균적으로 약 41.6% 감소하였다. 제상 과정에서 초발수 표면인 경우, 성에가 녹는 모습이 크게 달랐다. 노-코팅, 발수 표면에서는 성에가 젖고 녹아가는 거동이 두드러지게 보였지만, 초발수 표면에서는 성에가 부서지고 떨어져 나가는 거동이 두드려졌다. 초발수 표면의 경우 제상 과정에서 열전달률이 작았으며 노-코팅 표면보다 제상 에너지가 약 24.9%만큼 덜 소요되는 것으로 나타났다.

영어초록

The formation and growth of frost in refrigerating systems can cause degradation of the system’s performance. Since super-hydrophobic coating technology can delay frost growth, it has received much attention. However, only a limited number of studies have investigated effects of super-hydrophobic surfaces on frost growth. Therefore, this study investigated effects of surface characteristics on frost behavior of heat exchangers. Heat exchangers with bare, hydrophobic, and super-hydrophobic surfaces were tested. Their frost retardation capabilities were evaluated by comparing the time taken for the air flow passage to be blocked. Super-hydrophobic surfaces delayed the time by an average of 61% compared to bare surfaces. Effects of surface characteristics on heat transfer rate and pressure drop of the heat exchanger were also evaluated. Super-hydrophobic surfaces increased the average heat transfer rate by 6.73% and decreased the average pressure drop by 41.6% compared to bare surfaces. In the defrosting process, super-hydrophobic surfaces decreased the defrost energy by an average of 24.9%.

참고자료

· 없음