KR20010088098A - 열교환기 성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것으로, 가습장치로 열교환기에 일정 유량의 수분을 공급하고, 상기 열교환기에 응축수가 맺히게 되어 정상상태에 도달하면 광원으로부터 상기 열교환기에 빛을 비추고, 상기 열교환기를 통과하는 빛의 양 및 이미지를 광감지장치를 통해 감지하여 이미지보드에 저장하고, 상기 저장된 빛의 양 및 이미지를 컴퓨터에 보내어 빛의 투과율 및 투과면적을 계산하는 것으로 이루어지는 열교환기 성능 평가 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면 종래의 평가 방법과 달리 복잡한 장치를 이용할 필요가 없으며, 짧은 시간 내에 간단하게 열교환기의 성능을 정확하게 평가하는 것이 가능하다.

Description

열교환기 성능 평가 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF TESTING A PERFORMANCE OF HEAT EXCHANGER}

본 발명은 열교환기 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.

온도가 서로 다른 두 유체를 직접 또는 간접으로 접촉시켜 열교환시키는 열교환기는 많은 공업 분야에서 널리 쓰이고 있으며, 특히 난방, 공기조화, 동력 발생, 폐열회수 및 화학공정 등에서 중요시되고 있다.

이러한 열교환기 중 냉동 공조용 열교환기는 열전달을 향상시키기 위해 공기측에 확장 표면인 도 1a 및 1b에 나타난 것과 같은 핀을 형성한다. 습도를 가지는 공기가 열교환시 핀을 지날 때 튜브 안으로 공급되는 낮은 온도의 냉매로 인하여 열전달이 일어나며, 핀 표면의 온도가 이러한 습도를 가지는 공기 온도의 이슬점 온도 이하가 되면 열교환기 표면에 물방울이 생겨서 공기의 흐름을 방해하고 그로 인하여 열교환기 입구와 출구 사이의 압력차인 압력 강하가 증가한다. 따라서, 동일 유량을 공급하기 위해서는 팬(fan)의 전력을 증가시켜야 하며, 이는 그 만큼의 전력 소모를 가져온다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기존의 열교환기 핀은 알루미늄 시트(sheet)에 내식성 목적으로 크롬(Cr)으로 방청처리를 한 뒤, 그 위에 친수성을 부여하여 핀 표면에 형성되는 응축수의 흘러내림을 향상시키기 위해 다양한 방법으로 코팅을 행해왔다.

코팅 처리된 열교환기의 성능을 평가하는 방법으로 종래에는 항온항습실을 이용하였다. 도 2에 열교환기 단품 시험장치의 구성도가 도시되어 있다. 상기 장치의 구성을 살펴보면, 챔버 내를 가열, 가습하는 가열/가습기(1)와, 열교환을 위하여 열교환기 튜브 내에 공급되는 물의 온도를 제어하는 등온수조(isothermal water bath)(2)와, 물을 열교환기로 순환시키는 순환펌프(3) 및 열교환기로 공급되는 물의 유량을 측정하는 유량측정기(mass flowmeter)(4)가 항온항습실 외부에 설치되어 있다. 항온항습실 내부에는 온도 및 습도를 공급하는 온/습도 공급부(12)와, 성능 테스트용 샘플(13)이 위치하는 덕트(11)와, 덕트 입구 앞 쪽에 위치하여 온도를 측정하는 공기샘플링부(7a)와, 덕트 출구 쪽에 위치하여 온도를 측정하는 공기샘플링부(7b)와, 덕트 출구로부터 연장되어 덕트 내의 유속의 양을 제어하는 노즐(10)과, 노즐로부터 연장되어 있고 공기를 공급하는 장치인 블로어(9)가 있다. 한편, 항온항습실의 계측기들로부터 신호를 받아 처리하는 데이타처리시스템(5)과 계측기들의 측정값을 조절하는 조절부(6)가 항온항습실 바깥 쪽 한편에 설치되어 있다.

상기와 같은 장치를 이용하여 열교환기의 성능을 평가할 때, 측정 요소로는 열전달량, 열교환기 전후에 미치는 압력 손실 등 다양한 방법이 사용될 수 있다. 이러한 측정 방법으로는 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있으나 성능 평가에 소요되는 시간이 3 ~ 4 시간 정도 소요되어, 연속적인 성능 평가에 어려움이 있다.

따라서 본 발명은 간단한 방법으로 신속하고 정확하게 열교환기 성능을 평가할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 열교환기의 일예를 보여주는 사진이다.

도 1b는 도 1a의 열교환기에서 A부분의 확대도로서 튜브 사이의 핀을 보여준다.

도 2는 종래의 열교환기 단품 시험장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 열교환기 성능 평가 방법을 도시한 개념도이다.

도 4a는 표면처리된 열교환기와 표면처리하지 않은 열교환기에 대해 응축수가 맺히지 않은 경우의 빛의 투과율을 도시한 그래프이다.

도 4b는 표면처리된 열교환기와 표면처리하지 않은 열교환기에 대해 응축수가 맺혀 있는 경우의 빛의 투과율을 도시한 그래프이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

21:열교환기 22:광원

23:CCD카메라 24:이미지보드

25:컴퓨터

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양측이 개구된 챔버와; 상기 챔버 내에 장착되는 표면처리된 열교환기와; 상기 챔버와 연통되어 챔버내에 공기 유동을 발생시키는 팬부와; 상기 공기 유동에 대하여 열교환기 상류측의 챔버내에 배설되는 가습부와; 상기 열교환기의 동관내에 일정한 온도의 유체를 순환하도록 하는 항온수조와; 상기 열교환기의 일측에 빛을 비추도록 하는 발광부와; 상기 발광부와 대향되는 열교환기의 타측에 열교환기를 투과하는 빛의 양 또는 이미지를 감지하는 감광부와; 상기 감광부로부터 신호를 입력받아 빛의 투과율 또는 투과면적을 계산하여 이로부터 상기 열교환기의 물 흘러내림 정도를 측정하는 컨트롤부를 포함하여 구성되는 열교환기 성능 평가 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 가습장치로 열교환기에 일정 유량의 수분을 공급하고, 상기 열교환기에 응축수가 맺히게 되어 정상상태에 도달하면 광원으로부터 상기 열교환기에 빛을 비추고, 상기 열교환기를 통과하는 빛의 양 및 이미지를 광감지장치를 통해 감지하여 이미지보드에 저장하고, 상기 저장된 빛의 양 및 이미지를 컴퓨터에 보내어 빛의 투과율 및 투과면적을 계산하는 것으로 이루어지는 열교환기 성능 평가 방법을 제공한다.

가습기를 통해 열교환기에 일정 유량으로 물을 공급하면 열교환기에서 열교환이 일어나면서 핀 표면에 응축수가 맺히게 된다. 열교환기 핀의 표면상의 친수성 부여 정도에 따라, 즉 표면에너지의 차이에 따라 여러가지 물성이 달라지게 되는데 특히 응축수의 흐름이 달라진다. 친수성이 큰 열교환기 표면은 응축수의 흘러내림이매우 양호한 반면, 표면처리하지 않은 열교환기 표면은 친수성이 좋지 못하므로 응축수가 맺히게 되어도 흐름은 좋지 못하다. 이러한 경우 열교환기 표면에 대하여 빛을 비추게 되면, 표면의 응축수의 상태, 즉 응축수의 흐름성에 따른 빛의 투과율에 차이가 날 것이다. 본 발명은 이러한 원리를 이용하여 열교환기의 응축수 흐름의 양호성을 평가하고자 하는 것이다.

이하, 도면을 참조하며 실시예를 통하여 본 발명의 특징을 구체적으로 설명한다.

덕트 내에 간단한 가습장치 및 히터를 설치하고 열교환기에 대해 일정한 유량으로 수분을 공급하면서 열교환이 이루어지도록 하면, 열교환기 표면에 응축수가 맺혀서 열교환기 표면을 타고 아래로 흘러내리며 일정 시간이 지나면 정상상태에 도달하게 된다.

열교환기 표면의 응축수 흘러내림이 정상상태에 도달하면 도 3에 도시된 바와 같이 열교환기 성능을 측정하게 된다. 광원(22)으로부터 일정한 양의 빛을 열교환기(21)에 투과시킨다. 열 교환기를 통과하는 빛의 양 및 이미지를 CCD(charge coupled device)카메라(23)를 이용하여 이미지보드(24)에 저장하고, 컴퓨터(25)로 상기 빛의 양 및 이미지를 전송하여 열교환기에 비춘 빛의 투과율 및 투과 면적을 계산한다. 열교환기 표면의 표면 상태에 따라 상기 빛의 투과율 및 투과 면적이 달라지는데, 응축수가 양호하게 흘러내리는 열교환기 일수록 빛의 투과율이 크고 빛의 산란이 적어 투과 면적이 작게 된다.

표면처리된 열교환기와 표면처리하지 않은 열교환기에 대해 응축수가 맺히지않은 경우와 응축수가 맺혀 있는 경우의 빛의 투과율을 도 4a 및 4b에 나타내었다.도 4a를 보면 표면처리된 열교환기(a)와 표면처리하지 않은 열교환기(b)에 응축수가 맺혀있지 않아 핀표면이 건조한 상태이며, 빛의 투과율이 열교환기 핀에 의해서만 영향을 받기 때문에 빛의 투과율에 서로 차이가 나지 않으나, 도 4b의 경우는 열교환기 표면에 응축수가 맺혀 있고 이는 서로 다른 표면에너지를 가지고 있기 때문에 표면처리된 열교환기(a)와 표면처리하지 않은 열교환기(b)의 빛의 투과율이 서로 다르게 된다. 표면처리된 열교환기(a)의 빛의 투과율이 표면처리하지 않은 열교환기(b)에 비하여 훨씬 양호함을 볼 수 있다. 따라서, 빛의 투과율을 측정함으로써 열교환기 성능을 간단하고 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명은 열교환기에 대해 빛을 투과하여 빛의 투과율이 적정 수준에 도달할 때 이 측정값을 기준값으로 정해놓고, 다른 열교환기의 성능을 이 기준값과 비교하여 평가하는 것도 바람직하다.

본 발명에 의하면 종래의 평가 방법과 달리 복잡한 장치를 이용할 필요가 없으며, 짧은 시간 내에 간단하게 열교환기의 성능을 정확하게 평가하는 것이 가능하다.

Claims (2)

1. 가습장치로 열교환기에 일정 유량의 수분을 공급하고, 상기 열교환기에 응축수가 맺히게 되어 정상상태에 도달하면 광원으로부터 상기 열교환기에 빛을 비추고, 상기 열교환기를 통과하는 빛의 양 및 이미지를 광감지장치를 통해 감지하여 이미지보드에 저장하고, 상기 저장된 빛의 양 및 이미지를 컴퓨터에 보내어 빛의 투과율 및 투과면적을 계산하는 것으로 이루어지는 열교환기 성능 평가 방법.
2. 양측이 개구된 챔버와;

   상기 챔버 내에 장착되는 표면처리된 열교환기와;

   상기 챔버와 연통되어 챔버내에 공기 유동을 발생시키는 팬부와;

   상기 공기 유동에 대하여 열교환기 상류측의 챔버내에 배설되는 가습부와;

   상기 열교환기의 동관내에 일정한 온도의 유체를 순환하도록 하는 항온수조와;

   상기 열교환기의 일측에 빛을 비추도록 하는 발광부와;

   상기 발광부와 대향되는 열교환기의 타측에 열교환기를 투과하는 빛의 양 또는 이미지를 감지하는 감광부와;

   상기 감광부로부터 신호를 입력받아 빛의 투과율 또는 투과면적을 계산하여 이로부터 상기 열교환기의 물 흘러내림 정도를 측정하는 컨트롤부를 포함하여 구성되는 열교환기 성능 평가 장치.