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HVAC&R용 폴리머 열교환기 기술의 동향

전문가 제언: ○ HVAC&R 분야에서 열전달 기능은 지난 수년 동안 매우 느리게 향상되고 있다. 액체-액체, 또는 액체-기체 열교환기는 기능 및 효율 면에서 개선되고 있으나 혁신적 기술개발은 별로 볼 수 없었다. 재래의 금속제 열교환기에서 얼마간의 개량이 있다고 하나 근본적인 문제들은 아직도 해결하지 못하고 있다. 이들 문제는 열교환기의 구조나 설계에 있는 것이 아니고 재료에 있는 것이다.

○ 그런데 폴리머기술에서 새로운 돌파구가 생겼다. 금속재료의 대체물질인 폴리머재료는 에너지전달을 요하는 거의 모든 장치에서 효과적으로 사용할 수 있게 된 것이다. 폴리머재료는 특히 열교환기에서 용량, 강도, 중량, 유체유동 및 수명에 있어 우수한 특성을 갖는다. 폴리머 튜브의 열전달 용량은 동제(銅製) 열교환기와 거의 동등하다. 그러나 폴리머는 열적 특성상 극복하여야 할 문제점이 있다.

○ 모든 폴리머가 열적으로나 전기적으로 좋은 전도체는 아니다. 사실 폴리머는 열 및 전기 절연체로 사용되고 있는 것이다. 이를 극복하기 위해 튜브 벽과 같은 열전달 벽을 얇게 하여 사용하는 것이다. 폴리머 복합재료와 같은 강화된 재료는 쉽게 얇은 튜브 벽을 만들 수 있으며, 높은 온도와 압력에서 효율적으로 열전달을 일으킬 수 있다. 폴리머 튜브는 쉽게 변형할 수 있어 여러 가지 모양과 크기의 콤팩트 열교환기도 만들 수 있다.

○ 폴리머 재료의 낮은 열전달 효과를 극복하기 위해서 열전달 표면적을 증가시키는 기술이 개발되고 있다. 작은 직경의 가벼운 튜브는 평행 채널을 다중화(multiplexed)하거나 핀(fin)의 사용으로 단위 유량당 열전달 표면적을 증가시키며, 반면 전체 무게는 금속 열교환기의 수분의 일에 불과하다. 폴리머 재료는 화학적 내성 및 오존, UV 등 환경적 내성이 강하여 기기의 수명 동안 사용할 수 있다.

저자: C. T'Joen, Y. Park, Q. Wang, A. Sommers, X. Han, A. Jacobi
자료유형: 학술정보