Comparison of Heat Exchanging Performances Depending on Different Heat Exchanging Pipe Arrangement

열회수장치의 열교환 파이프형식별 열교환 성능 비교

본 연구에서는 온실의 난방에 사용되는 열풍식 난방기 등의 배기 연통에 부착하여 배출되는 가스로부터 열을 회수할 수 있는 장치를 개발함에 있어서 연통과 열회수 장치간의 열 교환 성능을 3가지 상이하게 설계된 열 교환 장치(Fig. 1 참조)에 대하여 실험적으로 비교 분석하였다. Fig. 1-(a)는 열 교회수기 개발을 위해 기존에 사용한 장치로서 회수용 공기의 흐름방향이 배기 연통과 직각을 이룬 형식이며, Fig. 1-(b) 및 (c)는 열 회수 성능 개선을 위해 새로 설계된 형식으로서 각각 열 교환 파이프의 배치형식이 상이하나 회수용 공기의 흐름방향이 180도로 굴곡되는 U-자형 흐름이 이루어지도록 하였다. 실험에 사용된 공기 순환 펜의 용량은 AB-형의 경우에는 최대 25㎥/min이고, C-형 및 D-형의 경우는 공히 최대 42㎥/min으로서 송풍전압 조절장치를 이용하여 풍량을 연속적으로 조절할 수 있도록 하였다. U-자형 흐름형식인 C-형 및 D-형의 경우 흐름 방향의 굴곡으로 인한 마찰저항이 있을 것으로 예상은 했으나 당초 예상했던 것에 비해 마찰 저항이 지나치게 큰 것으로 밝혀졌다. 비록 설계된 열교환 튜브의 배열형식별 열 교환기의 외부 모양이 달라 회수기의 표면을 통한 대류 열 교환이 다소 차이를 보일 것으로 예상되지만 본 연구에서는 열 회수장치에 내장된 열 교환 튜브부분만을 통한 열 회수율을 중심으로 형식간의 성능을 비교하였다. 실험을 통하여 측정된 자료중 대표적인 예는 Fig-2와 같으며, 측정자료를 기준으로 분석된 열회수 성능에 대한 설계형식별 비교 결과는 Table-1과 같으며, 분석된 결과를 요약하면 다음과 같다: 1. AB-형 열회수시스템의 경우, 초기 투자비용과 현재의 농용 전력요금 하에서 에너지 절감규모를 비교하면, 대체로 1년을 전후하여 투자에 대한 보상이 충분히 가능할 것으로 판단된다. 2. C-형 및 D-형 열회수시스템의 경우, 열 회수용 공기의 흐름방향이 동일 공간내에서 180도 굴절됨으로서 저항이 크게 발생되어 송풍 펜의 전압 증가에 따른 유속증가가 미미하였으며, 굴절형의 열교환장치는 비록 열교환면적은 직선형과 유사하더라도 송풍 펜의 공기저항이 커져서 결국 열 회수성능이 기대했던 것만큼 크게 개선되지는 못했다. 3. 송풍펜의 용량은 AB-형에 사용된 용량인 25㎥/min 전후가 적절할 것으로 판단되며, 적정 송풍 펜용량 하에서 열 회수성능은 굴절형이 직선형보다 효과적인 것으로 나타났다. 다만, 곡선형은 물론 직선형에서도 열교환 튜브의 배치밀도, 튜브 길이 및 두께 등의 변화에 따른 최적화 연구가 수반되어야 할 것으로 판단된다.