열 바퀴
Thermal wheel
로터리 열교환기 또는 로터리 공대공 엔탈피 휠, 에너지 회수 휠 또는 열 회수 휠이라고도 하는 열 바퀴는 공기 처리 장치 또는 옥상 장치의 급·배기 흐름 내에 위치하거나 산업 공정의 배기가스에 위치하는 에너지 회수 열교환기의 일종이다. 열 에너지 다른 변형으로는 엔탈피 바퀴와 방습제 바퀴가 있다. 냉방용 열 바퀴를 교토 휠이라고 부르기도 한다.
설명
열 바퀴는 열 흡수 물질의 원형 벌집 매트릭스로 구성되며, 공기 처리 시스템의 공급 및 배기 가스 흐름 내에서 천천히 회전한다. 열 바퀴가 회전하면 회전 반에 배기 흐름에서 열을 포착하고 회전 반에 신선한 공기 흐름으로 방출한다. 따라서 배기 가스 흐름의 폐열 에너지는 매트릭스 재료로 전달된 다음 매트릭스 재료에서 외부 공기 스트림으로 전달된다. 이는 공급 공기 흐름의 온도를 기기 효율에 따라 공기 흐름 간의 온도 차이 또는 "열 구배"에 비례하는 양만큼 증가시킨다. 열 교환은 스트림이 반대 방향으로 흐를 때 가장 효율적이다. 왜냐하면 이것은 바퀴의 두께에 걸쳐 바람직한 온도 구배를 일으키기 때문이다. 원리는 역방향으로 작용하며, "냉각" 에너지는 원하는 경우 공급 공기 흐름으로 회수할 수 있으며 온도 차이가 허용된다.
열 교환 매트릭스는 알루미늄, 플라스틱 또는 합성 섬유일 수 있다. 열 교환기는 소형 전기 모터와 벨트 구동 시스템에 의해 회전한다. 모터는 흔히 인버터 속도 제어를 통해 배출되는 공기 온도의 제어를 개선한다. 열 교환이 필요하지 않으면 모터를 완전히 정지시킬 수 있다.
열은 교환 매체를 직접 통과하지 않고 배기가스 흐름에서 공급 공기 흐름으로 전달되기 때문에 총 효율은 보통 다른 공기측 열 회수 시스템보다 높다. 판형 열교환기와 비교하여 열교환기 매트릭스의 얕은 깊이는 장치를 통한 압력강하가 일반적으로 비교에서 더 낮다는 것을 의미한다. 일반적으로 초당 1.5~3.0m(4.9~9.8ft/s)의 안면 속도에 대해 열 바퀴를 선택하게 되며, 공기량 유량이 같을 경우 85%의 총 "감각" 효율을 기대할 수 있다. 바퀴를 회전하는 데 필요한 에너지 요건은 작지만, 모터 에너지 소비량은 대개 낮으며 기기의 계절적 효율에 거의 영향을 미치지 않는다. "잠깐" 열을 복구하는 능력은 총 효율을 10-15% 향상시킬 수 있다.
에너지 전달 과정
일반적으로 기기에서 제공하는 기체 사이의 열전달은 에너지의 교환인 "감각" 또는 엔탈피라고 불리며, 그 결과 매질의 온도(이 경우 공기)가 변화하지만 수분 함량은 변화가 없다. 그러나 귀환 공기 흐름의 습기 또는 상대 습도 수준이 기기에 응결이 발생할 수 있을 정도로 높으면 "잠기적" 열이 방출되고 열 전달 물질은 물막으로 덮이게 된다. 잠열의 해당 흡수에도 불구하고, 물막의 일부가 반대편 기류에서 증발함에 따라, 물은 열교환기 물질의 경계층의 열저항을 감소시켜 기기의 열전달계수를 향상시켜 효율을 높인다. 그러한 장치의 에너지 교환은 이제 지각적인 열 전달과 잠열 전달 둘 다로 구성된다. 온도의 변화 외에도, 공기 흐름의 수분 함량에도 변화가 있다.
단, 응축막은 기기를 통한 압력강하도 약간 증가하며, 매트릭스 소재의 간격에 따라 최대 30%까지 저항력을 높일 수 있다. 이것은 팬 에너지 소비를 증가시키고 장치의 계절적 효율을 감소시킬 것이다.
알루미늄 매트릭스는 또한 적용된 저광 코팅으로 사용할 수 있으며, 이를 사용하거나 다공성 합성 섬유 매트릭스를 사용하면 응축 및 잠열 전달에 일반적으로 필요한 것보다 훨씬 낮은 수분 레벨에서 수증기를 흡착 및 배출할 수 있다. 이것의 이점은 열전달 효율이 훨씬 더 높지만, 공기 흐름을 건조시키거나 가습하게 하는 결과를 낳기도 하며, 이는 공급 공기에 의해 제공되는 특정 프로세스에 대해서도 필요할 수 있다.
이러한 이유로 이러한 기기는 엔탈피 휠로도 알려져 있다.
가스 터빈에 사용
크라이슬러는 자동차 추진용 가스 터빈에 대한 자동차 업계의 관심(1965년경) 동안 골판지(골판지와 외관이 유사함)로 만들어진 회전식 드럼으로 구성된 독특한 형태의 회전식 열교환기를[1] 발명했다. 이 드럼은 터빈에 의해 구동되는 감속 기어에 의해 연속적으로 회전되었다. 뜨거운 배기 가스는 장치의 일부를 통과하여 유도 공기를 전도하는 섹션으로 회전하고 흡기가 가열되었다. 이러한 연소열의 회복은 터빈 엔진의 효율을 크게 증가시켰다. 이 엔진은 저rpm 토크가 불량하여 자동차 적용이 불가능하다는 것이 입증되었다. 그러한 효율적인 엔진이라도 적절한 성능을 제공할 수 있을 만큼 충분히 크면 평균 연료 효율이 낮을 것이다. 이러한 엔진은 견고한 수명 및 다양한 액체 연료를 연소할 수 있는 능력 때문에 하이브리드 차량의 전기 모터와 결합할 때 언젠가 매력적일 수 있다.[original research?]
방습제 바퀴
방습제 바퀴는 열 바퀴와 매우 유사하지만, 공기 흐름을 제습하거나 "건조"하는 유일한 목적으로 코팅이 적용되어 있다. 방습제는 보통 실리카 겔이다. 바퀴가 돌아가면서 건조제는 수분이 흡착되는 유입 공기를 번갈아 통과하며, 건조제가 건조되고 수분이 배출되는 '재배기' 구역을 통과한다. 바퀴가 계속 회전하고 흡착 과정이 반복된다. 재생은 일반적으로 물이나 증기 코일 또는 직화 가스 버너와 같은 가열 코일을 사용하여 수행된다.
열 휠과 방습제 휠은 필요한 제습과 재생 사이클의 열을 복구하기 위해 직렬 구성에서 종종 사용된다.
단점들
열 바퀴는 열교환기 경계에서 공기 흐름 사이의 인터페이스와 정상적인 회전 중에 바퀴가 한 공기 흐름에서 다른 공기 흐름으로 지나가는 지점에서 공기가 우회하기 때문에 공급과 배기 공기 흐름의 완전한 분리가 필요한 곳에 사용하기에 적합하지 않다. 전자는 브러시 씰에 의해 감소되고 후자는 보통 배기 흐름에서 바퀴의 작은 부분을 도금하여 형성된 작은 퍼지 섹션에 의해 감소된다.
섬유 소재로 만든 매트릭스, 또는 잠열 전달을 위해 흡광 코팅으로 만든 매트릭스는 일반 금속이나 플라스틱 소재보다 "풀링"에 의해 손상과 열화에 훨씬 취약하고 더러우면 효과적으로 세척하기 어렵거나 불가능하다. 휠의 배기 및 외부 공기 측면 모두에서 공기 흐름을 올바르게 필터링하도록 주의하십시오. 어느 한쪽에 붙어 있는 먼지는 반드시 반대편의 공기 흐름으로 운반될 것이다.
