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논문명/저자명: LiCl 수용액을 이용한 판형 열교환식 제습기에서의 열 및 물질전달 특성에 관한 연구 = (A)study on the heat and mass transfer characteristics in a plate heat exchanger type dehumidifier using LiCl aqueous solution / 전동순

발행사항: 천안 : 한국기술교육대학교 대학원, 2015.2

청구기호: TD 621.8 -15-193

형태사항: xiii, 116 p. ; 26 cm

자료실: 전자자료

제어번호: KDMT1201524392

주기사항: 학위논문(박사) -- 한국기술교육대학교 대학원, 기계공학과 기계공학전공, 2015.2. 지도교수: 정진은

원문

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표제지

국문요약

기호설명 8

제1장 서론 17

1.1. 연구배경 17

1.2. 관련 연구동향 19

1.3. 연구목적 21

1.4. 연구내용 21

제2장 제습 시스템의 원리 및 특징 22

2.1. 제습 시스템의 종류 및 특징 22

2.2. 액체제습의 원리 25

2.3. 액체 제습제의 종류 및 특징 26

2.4. 액체식 제습 시스템의 종류 및 특징 29

2.4.1. 비산식 제습기(spray type dehumidifier) 29

2.4.2. 충전탑식 제습기(packed bed type dehumidifier) 29

2.4.3. 열교환식 제습기(heat exchanger type dehumidifier) 30

2.4.4. 충전탑식 및 열교환식 제습기의 특성 비교 32

제3장 액체식 제습 시스템 및 제습기 해석 34

3.1. 시스템 해석 및 분석 34

3.1.1. 시스템 개요 34

3.1.2. 시스템 해석 프로그램 37

3.1.3. 관련 관계식 38

3.1.4. 시스템 해석 프로그램 검증 42

3.1.5. 시스템 운전조건 수립 43

3.1.6. 1단계 시스템 운전조건 최적화 43

3.1.7. 2단계 제습 및 재생기 열교환기 설계조건의 최적화 50

3.1.8. 시스템 해석 및 분석에 대한 결론 55

3.2. 판형 열교환식 제습기 해석 57

3.2.1. 액체 제습기 해석 프로그램 57

3.2.2. 검사체적 58

3.2.3. 관련 관계식 59

3.3. 제습 열교환기 특성 분석 61

3.3.1. 판형 열교환식 제습기 및 해석조건 61

3.3.2. 해석결과 63

3.3.3. 열교환식 제습기 해석의 결론 및 고찰 70

제4장 판형 열교환식 제습기의 열 및 물질전달 특성 실험 71

4.1. 실험장치 및 방법 71

4.2. 판형 열교환식 제습기 73

4.3. 실험조건 76

4.4. 실험 데이터 처리 77

4.5. 불확도 85

4.5.1. 불확도의 정의 85

4.5.2. 냉각수, 처리공기 및 LiCl 수용액 열량의 불확도 계산 87

4.5.3. LiCl 수용액의 흡수량의 불확도 계산 88

4.5.4. 처리공기 제습량의 불확도 88

4.5.5. LiCl 수용액 농도의 불확도 계산 89

4.5.6. 불확도 분석 결과 및 결론 90

제5장 실험 및 해석결과 및 고찰 93

5.1. LiCl 수용액 헤더 특성 실험 93

5.1.1. LiCl 수용액 헤더 특성실험의 필요성 93

5.1.2. LiCl 수용액 헤더 93

5.1.3. 실험장치 및 방법 95

5.1.4. 실험조건 및 데이터처리 96

5.1.5. 실험결과 및 고찰 97

5.2. 판형 열교환식 제습기 실험 101

5.3. 해석 및 실험결과 비교분석 109

5.4. Nusselt 수 및 Sherwood 수의 실험적 상관식 113

5.5. 기 발표된 상관식 및 실험조건 검토 117

5.5.1. 기존 실험적 관계식 117

5.5.2. 실험조건 비교 118

5.5.3. 결론 및 고찰 121

제6장 결론 122

참고문헌 124

ABSTRACT 127

부록 7

부록 A. LiCl 수용액의 열역학적 특성 선도 130

A-1. Dühring diagram for LiCl aqueous solutions 130

A-2. Solubility boundary of LiCl aqueous solutions 131

A-3. Thermal conductivity of LiCl aqueous solutions 132

Table 2-1. Property comparison of liquid desiccants 28

Table 3-1. Description of the state point 36

Table 3-2. Validation of simulation program 42

Table 3-3. 1st step : RSM Table(이미지참조) 44

Table 3-4. Results of 1st optimization step(이미지참조) 49

Table 3-5. 2nd Step : RSM Table (parameters & results)(이미지참조) 50

Table 3-6. Results of 2nd optimization step(이미지참조) 55

Table 3-7. Requirement conditions of heat exchanger type dehumidifier 56

Table 3-8. Analysis conditions for plate heat exchanger type dehumidifier 61

Table 4-1. Specifications of plate heat exchanger type dehumidifier 73

Table 4-2. Experimental conditions of dehumidifier 76

Table 4-3. Experimental conditions of plate type heat exchanger dehumidifier 81

Table 4-4. Experimental results of plate type heat exchanger dehumidifier 82

Table 4-5. Experimental results of heat and mass transfer coefficient 83

Table 4-6. Experimental results of dimensionless numbers 84

Table 4-7. Uncertainty type of measured values 86

Table 4-8. Combined standard uncertainty of measured values 91

Table 5-1. Samples of LiCl aqueous solution header 94

Table 5-2. Experimental conditions of LiCl aqueous solution header 96

Table 5-3. Results of distribution performance for LiCl aqueous solution header 97

Table 5-4. Selected LiCl aqueous solution header 100

Table 5-5. Comparisons between experimental and analytical results according to mass flow rate of solution 110

Table 5-6. Comparisons between experimental and analytical results according to process air velocity 110

Table 5-7. Fitting parameter of formula(Table 3 of reference) 117

Table 5-8. Inlet parameters of air and desiccant for the case study(Table 1 of reference) 119

Table 5-9. Parameter range of dehumidification condition(Table 2 of reference) 119

Table 5-10. Comparison of experimental conditions(present study and references) 120

Fig. 2-1. Comparison of dehumidification characteristics for several dehumidifiers 24

Fig. 2-2. Principle of dehumidification and regeneration 25

Fig. 2-3. Schematic diagrams of liquid desiccant system for several dehumidifiers 31

Fig. 2-4. Comparison of heat and mass transfer between packed bed and heat exchanger type dehumidifier 33

Fig. 3-1. Schematic diagram of liquid desiccant system 35

Fig. 3-2. Liquid desiccant cycle on the Dühring diagram for LiCl aqueous solution 36

Fig. 3-3. Simulation program of liquid desiccant system 37

Fig. 3-4. 3-D contour plot of T15 (at m₁ ＝ 40 g/s)(이미지참조) 45

Fig. 3-5. 3-D contour plot of Qair,C (at C₂ ＝ 40 %)(이미지참조) 46

Fig. 3-6. 3-D contour plot of COP (at m₁ ＝ 40 g/s)(이미지참조) 48

Fig. 3-7. Overlaid contour plot of results (T15, Qair,C & COP), (at m₁ ＝ 35 g/s)(이미지참조) 48

Fig. 3-8. 3-D contour plot of T15 (at LTDR ＝ 3.0℃, dTair,R ＝ 3.0℃, dThw ＝ 30.0℃)(이미지참조) 52

Fig. 3-9. 3-D contour plot of Qair,C (at LTDR ＝ 3.0℃, dTair,R ＝ 3.0℃, dThw ＝ 30.0℃)(이미지참조) 52

Fig. 3-10. 3-D contour plot of COP (at LTDR ＝ 3.0℃, LTDC ＝ 3.0℃, dTair,R ＝ 3.0℃)(이미지참조) 54

Fig. 3-11. Overlaid contour plot of responses (T15, Qair,C & COP), (at dTair,C ＝ 2.3℃, dTair,R ＝ 2.0℃, dThw ＝ 30.58℃)(이미지참조) 54

Fig. 3-12. Design program window of plate type heat exchanger dehumidifier 57

Fig. 3-13. Schematic diagram of control volume 58

Fig. 3-14. Plate heat exchanger type dehumidifier 62

Fig. 3-15. Pareto chart of ηdes vs. parameters(이미지참조) 64

Fig. 3-16. Main effects plot for ηdes vs. parameters(이미지참조) 64

Fig. 3-17. Pareto chart of mabs vs. parameters(이미지참조) 66

Fig. 3-18. Main effects plot for mabs vs. parameters(이미지참조) 66

Fig. 3-19. Contour plot of ηdes vs. RH and Qair,i(이미지참조) 67

Fig. 3-20. Contour plot of ηdes vs. RH and Qair,i(이미지참조) 67

Fig. 3-21. Heat transfer rate of process air regarding air flow rate of process air 68

Fig. 3-22. Dehumidification rate regarding air flow rate of process air 69

Fig. 3-23. Effectiveness of dehumidification regarding air flow rate of process air 70

Fig. 4-1. Schematic diagram of experimental setup 72

Fig. 4-2. Schematic diagram of plate heat exchanger type dehumidifier 74

Fig. 4-3. Picture of plate type heat exchanger dehumidifier 75

Fig. 4-4. Heat transfer rate of solution including uncertainty 92

Fig. 4-5. Absorption rate of solution including uncertainty 92

Fig. 5-1. Detailed view of LiCl aqueous solution header 94

Fig. 5-2. Schematic diagram of experimental apparatus for LiCl aqueous solution header distribution 95

Fig. 5-3. Main effects plot for standard deviation of mass flow rate ratios 97

Fig. 5-4. Contour plot of Ø (at Nch ＝ 40 ea)(이미지참조) 98

Fig. 5-5. Contour plot of Ø (at Dch ＝ 0.3 ㎜)(이미지참조) 99

Fig. 5-6. Area ratio for LiCl aqueous solution header vs. standard deviation of mass flow rate ratios 99

Fig. 5-7. Pictures of plate tube with LiCl aqueous solution header 100

Fig. 5-8. Heat and mass balance 102

Fig. 5-9. Heat transfer rate regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution 103

Fig. 5-10. Absorption rate of solution regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution 103

Fig. 5-11. Heat transfer coefficient regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution 104

Fig. 5-12. Mass transfer coefficient regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution 104

Fig. 5-13. Relative humidity difference of process air regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution 105

Fig. 5-14. Effectiveness of dehumidification regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution 105

Fig. 5-15. The effect of process air velocity on dehumidification rate 107

Fig. 5-16. The effect of process air velocity and relative humidity on effectiveness of dehumidification 107

Fig. 5-17. The effect of vapor pressure difference between process air and LiCl aqueous solution on dehumidification rate 108

Fig. 5-18. The effect of process air velocity and relative humidity on air side heat transfer coefficient 108

Fig. 5-19. Comparison between experimental and analytical results (absorption rate regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution) 111

Fig. 5-20. Comparison between experimental and analytical results (effectiveness of dehumidification regarding mass flow rate of LiCl aqueous solution) 111

Fig. 5-21. Comparison between experimental and analytical results (the effect of process air velocity on dehumidification rate) 112

Fig. 5-22. Comparison between experimental and analytical results (the effect of process air velocity on effectiveness of dehumidification) 112

Fig. 5-23. Nusselt number regarding film Reynolds number 114

Fig. 5-24. Sherwood number regarding film Reynolds number 115

Fig. 5-25. Sherwood number regarding Reynolds number of process air 116

Fig. 5-26. Plate heat exchanger type dehumidifiers of reference papers 118

Fig. 5-27. Comparison of experimental results(present study and references) 120

논문명/저자명: LiCl 수용액을 이용한 판형 열교환식 제습기에서의 열 및 물질전달 특성에 관한 연구 = (A)study on the heat and mass transfer characteristics in a plate heat exchanger type dehumidifier using LiCl aqueous solution / 전동순

발행사항: 천안 : 한국기술교육대학교 대학원, 2015.2

청구기호: TD 621.8 -15-193

형태사항: xiii, 116 p. ; 26 cm

자료실: 전자자료

제어번호: KDMT1201524392

주기사항: 학위논문(박사) -- 한국기술교육대학교 대학원, 기계공학과 기계공학전공, 2015.2. 지도교수: 정진은

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