분산형 전자레인지를 활용한 혁신적인 고체 건조제 제습

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7386(2023) 이 기사 인용

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제습은 습한 공기 처리에 있어 에어컨(AC) 산업이 직면한 주요 과제 중 하나입니다. 수십 년 동안 공간의 현열 및 잠재 냉각을 위한 AC 냉각기 열 교환기의 이중 역할은 이슬점에서 수증기 제거 및 주변 열 제거 요구 사항으로 인해 냉동 사이클의 열 양력 감소를 방해했습니다. 공기. AC 냉각기의 이러한 실질적인 제약으로 인해 수십 년 동안 기계식 증기 압축기(MVC)의 에너지 효율이 평준화되었습니다. 에너지 효율 개선을 위한 유망한 접근 방식 중 하나는 제습을 합리적인 공정에서 분리하여 혁신적이지만 별도의 공정을 적용하는 것입니다. 본 논문에서는 마이크로파(2.45GHz) 에너지를 수증기 분자의 쌍극자 구조에 조사하여 흡착제의 기공에서 빠르게 탈착할 수 있는 첨단 마이크로파 제습 방법을 실험실에서 연구합니다. 결과는 문헌에서 이용 가능한 데이터와 비교하여 전자레인지 제습 성능이 최대 4배까지 크게 향상되었음을 보여줍니다.

제습은 인간의 편안함과 건강한 환경(상대 습도(RH) 40%-60%)을 유지하기 위해 공기에서 수증기를 제거하는 것입니다1,2,3,4. 현재 제습은 이중 역할 AC 냉각기를 사용하여 공기 흐름을 이슬점까지 냉각하여 수증기를 응축함으로써 제공됩니다. 공냉식 AC 냉각기는 점근적 성능 한계인 0.7~0.85kW/Rton(성능 계수(COP)6 4~5에 해당)7에 도달했습니다. 냉각기 제조업체에 관한 많은 문헌에서는 낮은 kW/Rton이 긴 냉수 배관 손실로 인해 발생하는 전력 소비를 무시한 승인 테스트 조건에 기인한다고 언급합니다5. AC 성능을 향상시키는 솔루션 중 하나는 현열 냉각에서 제습을 분리하여 새로운 제습 방법을 통합하는 것입니다. 마이크로파가 흡착제 또는 흡착제에서 물 분자를 탈착할 수 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 따라서 최근 새롭게 떠오르는 친환경 방식인 마이크로파 제습에 이 메커니즘이 활용되고 있다. 마이크로파 제습에서는 물리흡착(물리적 흡착)8,9,10,11에 의해 고체 흡착제(건조제) 기공 표면에 물 분자가 끌어당겨 공기가 제습됩니다. 이는 약한 반데르발스 힘12,13의 특징입니다. ,14,15. 흡착제 기공이 물로 포화되면 마이크로파를 이용한 탈착(물 제거)이 시작되고 습도가 높은 공기가 제거됩니다. 이 과정은 그림 1a, b에 개략적으로 제시되어 있습니다.

마이크로파 제습을 도식적으로 표현한 것입니다. (a) 반 데르 발스 힘(Van der Walls force)으로 인해 흡착제의 기공 표면에 습한 공기의 수증기를 흡착하여 공기 흐름을 제습합니다. 공기 중의 질소와 산소 분자는 주변 압력과 온도에서 거의 끌리지 않습니다. (b) 마이크로파 에너지(진동에 의해 에너지를 얻음)가 극성 흡착된 물 분자에 직접 전달되는 마이크로파 에너지에 의한 조사로 인해 흡착제 기공에서 수증기가 탈착됩니다. 탈착된 물 분자와 공기 분자는 기체 상태에서 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 마이크로파 에너지를 거의 흡수하지 않습니다. 물 분자를 끌어당기는 흡착제의 능력을 회복하려면 마이크로파 탈착이 필요합니다.

이용 가능한 문헌에서 Roussy와 Chenot는 1981년에 단일 모드 도파관을 사용한 최초의 마이크로파 제습 과정을 시연했습니다. 그들은 전기장에 대한 건조제 온도의 의존성을 제시했습니다16. 또한 Roussy et al. 마이크로파 탈착의 빠른 동역학을 나타내는 모델을 제안했습니다. 40년 동안의 대부분의 연구는 소량의 마이크로파 보조 탈착 방법을 개발하는 데 중점을 두었습니다. 특히, 다양한 흡착제(활성 알루미나, 제올라이트 및 실리카겔)를 사용하여 조사가 확장되었습니다. 대류 에너지 전달보다 더 효율적으로 에너지를 전달하고 직접적인 에너지 전달로 인해 저온에서 탈착하는 등 마이크로파 탈착의 많은 장점이 밝혀졌습니다. 그러나 COP와 같은 중요한 매개변수는 일반적으로 문헌에서 생략되었습니다. 또한 전력 값도 제공되지 않았습니다. 대신 마이크로파 전력이 표시되었습니다. 따라서 다양한 마이크로파 제습 시스템을 비교하기 위한 플랫폼이 될 수 있는 마이크로파 성능 계수(MCOP)가 도입되었습니다. MCOP는 마이크로파 전력, 마이크로파 노출 기간 및 수분 탈착량을 사용하여 계산할 수 있습니다. 다른 저자에 대해 계산된 MCOP 값은 표 1에 요약된 것처럼 매우 낮았습니다. 시스템 성능은 전기장의 균일한 전파, 마이크로파 챔버의 형상, 마이크로파 조사 시간, 조사 유형(연속, 펄스)에 따라 달라집니다. ) 및 반사 전력량입니다. 가정용 오븐과 유사한 다중 모드 챔버 시스템이 탈착에 사용되었습니다. 또한, 고정형 제올라이트 코팅 건조제 로터는 마이크로파 및 온도 변동 탈착 방법을 사용하여 재생되었지만 MCOP는 약 0.2221,22로 성능이 낮았습니다.