폐열수 유량에 따른 축열식 판형 열교환기의 축열 및 방열 특성

• Published in: 설비공학 논문집, 31(6) Vol. 31; no. 6; pp. 237 - 245
• Main Authors: 김동현(Donghyun Kim), 이동규(Donggyu Lee), 정동열(Dong-Yeol Chung), 백종현(Jong-Hyeon Peck), 강채동(Chaedong Kang)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한설비공학회 01.06.2019
• Subjects: 기계공학; Heat pump(열펌프); Evaporator(증발기); Heat storage(축열); Plate type heat exchanger(판형열교환기); Phase change material(상변화물질); Heat release(방열)
• ISSN: 1229-6422; 2465-7611
• DOI: 10.6110/KJACR.2019.31.6.237

본 연구는 폐열을 활용하는 산업공정용 고온열펌프시스템의 안정적 운용을 위해 사용되는 증발기를 PCM이 내장된 3 kW급 축열식 판형열교환기로 설계, 제작하고, R245fa 냉매 대신 브라인을 이용하여 축열식 판형 열교환기의 축열 및 방열 실험을 수행하였다. 그 결과, 다음과 같은 축열식 열교환기의 기초 열전달 특성을 파악할 수 있었다. (1) PCM을 상변화점 이상으로 축열 시 폐열수 유량이 5에서 20 LPM까지 증가함에 폐열수의 평균 열전달률은 점차로 완만하게 증가하였다. (2) PCM이 전부 액상으로 유지된 상태에서 폐열수 및 브라인을 동시 공급하여 동시 축열, 방열과정에서 브라인은 4 kW 이상 열량을 취득하였다. (3) 방열과정에서 브라인의 유량이 증가함에 따라 평균 열전달률이 증가하였으나, 브라인의 유량이 2 LPM에서는 3 kW 미만으로 나타났다. (4) 초기 PCM 온도가 80℃이고 브라인의 방열조건이 60℃, 5~10 LPM일 때 방열의 평균 열전달률은 3 kW 이상에서 5~7분으로 유지되었다. (5) 폐열수 온도 80℃로 축방열 동시운전을 하였을 때 2중 원통다관형 열교환기를 이용한 경우보다 판형 열교환기의 경우가 축방열비 측면에서 11.6% 높게 나타났다. 이상으로 3 kW급 축열식 판형 열교환기의 축열, 방열 과정을 통해 폐열수와 브라인 유량에 따른 열교환기의 축열 및 방열 특성을 확인하였으며, 축열식 판형열교환기가 폐열수가 중단되었을 때와 정상운전 상태일 때 PCM으로 3 kW 이상의 평균 열전달률이 5분 이상 사용 유지 가능함을 실험을 통해 확인하였다. During the industrial process, a huge amount of waste heat is discharged from temperatures ranging from 60 to 90℃. The operation of high temperature heat pump system which utilizes the waste heat in industries, requires stable conditions due to the need for high reliability in the manufacturing process. In this study, a plate heat exchanger (3 kW cap.) with phase change material was used to conduct different types of heat storage/release experiment. Waste heat water and brine are utilized as the working media to circulate in the heat exchanger. Heat storage and heat release were performed based on the individual flow rate of the waste heat water and the brine. As a result, it was established that the amount of heat generated by PCM contributed to the initial state in the heat release process. In other words, when the waste heat is interrupted or when it is in normal operating condition, the average heat transfer rate of 3 kW can be maintained for more than 5 minutes using PCM. KCI Citation Count: 1