A Study on Prediction of Heat Transfer and Mass Transfer in a Solar Desiccant System

국문 초록 (Abstract)

점차로 증대하고 있는 냉방에너지 문제를 해결할 수 있는 대안으로, 최근에 많은 관심을 받고 있는 연구 중에 하나인 태양열을 기존의 에너지 대신에 활용할 때, 설계 차원에서 열적 특성을 물질전달 및 열전달을 매체로 예측할 수 있는 신재생 활용 냉동공조방식에 관한 예측이 필요하다.
본 논문에서는 기존의 냉동공조방식을 대신할 수 있는 새로운 태양열냉방방식을 제안하고, 제안된 방식에서 실질적으로 냉방효과를 얻을 때, 시스템 내에서 발생하는 열이동을 해석 모델로 삼아서 실험을 할 수 있는 시작품을 직접 제작하여 실험을 병행한 연구 결과이다.
실험결과로부터 유속이 높을수록 제습량이 많았으며, 실내의 습도 및 온도 증가는 풍속이 가장 빠른 환경에서 낮게 나타났다. 또한 풍속이 증가할수록 열전달 및 물질전달이 향상되는 것을 실험에서 확인할 수 있었으며, 이에 관한 상관식을 제시하였다.
특히 풍속의 변화에 대한 열전달 및 물질전달 현상에 대해서 실측치와 이론식을 비교함으로써 구체적인 변화량을 파악하였는데, 이론식 값과 실측치 값 사이에서는 다소 변화가 있었으나, 경향을 파악할 수 있는 물질전달식이 제시되었다.
이 결과는 태양열로써 냉방효과를 얻는 특성을 파악한 논문으로써 매우 가치가 있다고 판단된다. 특히 태양열을 이용하는 재생기 내에서 흡수제가 증발할 때의 열적 거동에 관한 현상을 잘 다루고 있는데, 풍량의 변화에 따른 유량을 해석 파라메타로 삼아서 열 및 물질전달의 변화량을 정량적으로 파악할 수 있는 기초를 확립하고 있다.
특히 흡수제를 재생량 증대시키기 위하여 풍량을 늘일 때의 수분 증발량의 예측하는 시뮬레이션 프로그램을 완성하여, ‘수분증발량 예측’이라는 측면에서 이들의 상관관계를 규명하였다.
또한 상기의 결과로부터 판단을 할 때, 제습탑기 설계에서는 시뮬레이션 기법이 전체의 열전달 및 물질전달에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. 따라서 이러한 시뮬레이션 기법 완성 단계에서는 실측치와 시뮬레이션 값과의 차이에서 발생하는 원인에 대해서 좀 더 심도있게 반복, 비교 실험을 수행하여 보다 정확도가 높은 하이브리드 식을 제안하여야만 설계에 반영될 수 있을 것으로 기대된다.
향후 실제로 본 시스템이 적용될 때의 메카니즘을 열전달적 차원에서 규명한 학술적 가치를 열전달 메카니즘을 학술적 측면에서 완성시켜, 미래의 상업적 측면에서도 쉽게 접근이 가능함을 제시하고 있다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. 1
• Chapter 1. Introduction 2
• 1.1 Background of study 2
• 1.2 The Purposes and Benefit of Study 13
• Chapter 2. 14
• Chapter 2. The Fundamental Theory 15
• 2.1 Refrigerant Dehumidification System 17
• 2.2 The Dehumidifier Systems 20
• 2.2.1 Solid Desiccant 22
• 2.2.2 Liquid Desiccant 24
• 2.2.3 A Comparison of Liquid-Desiccant and Solid-Desiccant 25
• 2.3 The Previous Study 26
• 2.4 Fundamental Heat and Mass Transfer 46
• 2.4.1 Convective Mass Transfer Coefficient 48
• 2.4.2 Significant Parameters in Convective Mass Transfer 50
• 2.5 Calculation of the Properties of Moist Air 55
• 2.5.1 Humidity Ratio 59
• 2.5.2 Relative Humidity 60
• 2.5.3 Degree of Saturation 62
• 2.5.4 Enthalpy 63
• 2.5.5 Sensible Heat and Latent Heat 68
• 2.5.6 The psychrometric comfort zone 69
• 2.5.7 Air Conditioning Processes 75
• 2.5.7.1 Simple Heating and Cooling 77
• 2.5.7.2 Heating with Humidification 80
• 2.5.7.3 Cooling with Dehumidification 81
• 2.5.7.4 Evaporative Cooling 83
• 2.5.7.5 Adiabatic Mixing of Airstream 86
• 2.5.7.6 Wet Cooling Tower 89
• 2.6 Fluid flow in packed layer 92
• 2.6.1 Darcy Flow 97
• 2.6.2 Evaporation and Condensation Rate 101
• 2.6.3 Effectiveness 102
• 2.7 Hypothesis 102
• Chapter 3. 103
• Chapter 3. Method 104
• 3.1 The apparatus 104
• 3.1.1 Experiment Components 108
• 3.1.2 Measurement System 113
• 3.2 The experiment procedures 117
• 3.3 The processing data 118
• 3.4 Proposed Model and simulation 119
• 3.4.1 The Model 119
• 3.4.2 The Simulation 122
• 3.5 The Summary of The Method 122
• Chapter 4. 124
• Chapter 4. Experiment Result and Model Verification 125
• 4.1 The Experiment Data 125
• 4.2 The Model Simulation Result 129
• 4.3 Model Validation 135
• 4.4 Summary of the Experimental and Model Simulation Result 137
• Chapter 5. 138
• Chapter 5. The Prediction of Optimum Packed Layer Height 139
• 5.1 The Effect of Desiccant Flow Rate 139
• 5.2 Packed Layer Height Correlation 142
• 5.3 Adiabatic Operations 144
• 5.4 The Analysis of The Optimum Height of Packed Layer 149
• Chapter 6. 153
• Chapter 6. The Conclusion 154
• 6.1 Conclusion 154
• 6.2 Suggestion 156
• References 157