상사이론 기반 설계된 가스 스크러버 반응챔버 내 열유동특성에 관한 연구

윤종혁(Jonghyuk Yoon),김동수(Dong Soo Kim),김현경(Hyunkyung Kim),송형운(Hyoungwoon Song) 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.11

목적 : 반응챔버와 세정부로 구성되는 가스 스크러버는 반도체 제조공정으로부터 배출되는 폐가스를 정제하기 위해 사용되고 있다. 이때, 전반적인 운전안정성 및 높은 제거효율을 얻기 위해 스크러버에서 반응챔버의 효율적인 설계가 필수적이다. 이에 본 연구에서는, 상용 반응챔버에 대한 축소모델을 설계 및 제작하여, 상용 반응챔버의 개선설계안 도출방법을 제시하기 위한 기초자료를 확보하고자 하였다. 방법 : 본 연구에서는 상용 반응챔버에 대한 기하학적 상사 및 운동학적 상사를 만족하는 반응챔버 축소모델을 설계 · 제작하고 상용 CFD 코드를 이용한 수치해석 연구를 수행하여 반응챔버 내부 열유동 특성을 분석하고자 한다. 결과 및 토의 : 기하학적 상사를 만족하기 위한 2가지 무차원수, 운동학적 상사를 만족하기 위한 3가지 무차원수를 기반으로 상사성이 확립된 반응챔버 축소모델을 설계 및 제작하였다. 수치해석과 실험을 통해 반응챔버 내부 온도구배, 열효율과 같은 열유동특성이 분석되었고 해석결과를 검증하기 위해 특정 관측점에서의 온도를 실험과 비교 분석한 결과, 약 2.5~9.8% 평균 오차와 전반적인 온도분포의 유사성이 확인되었다. 결론 : 본 연구에서는 상사이론을 기반으로 설계 및 제작된 반응챔버 축소모델을 분석하였고, 이를 통해 개선설계안 도출을 위한 설계기초자료를 확보하였다. 이와 같이 본 연구에서 수행한 스크러버 반응챔버에 대한 연구결과는 다양한 종류의 스크러버를 설계하기 위한 자료로 활용될 것으로 기대한다. Objectives : A gas scrubber which is normally composed of a reaction chamber and a scrubbing part is being used to purify the waste gases from the processes. An efficient design of the reaction chamber is essential in a scrubber system due to the overall operation stability and high destruction & removal efficiency (DRE). The purpose of the study was to obtain the basic design data of deriving the improved design by analyzing a small-scale model of the commercial reaction chamber. Methods : In the present study, the small-scale model of the simplified the reaction chamber was designed and fabricated based on similitude theory, and the thermal-flow characteristics were numerically analyzed inside the chamber using commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code. Results and Discussion : Based on two dimensionless numbers for the geometric similarity and three dimensionless numbers for the kinematic similarity, the small-scale model of the reaction chamber was designed and fabricated. From the numerical and experimental results, thermal-flow characteristics such as temperature gradient and thermal efficiency were evaluated. To validate the numerical method applied herein, the numerical results of the temperature at specific monitoring points were compared with the experimental data. The average error rates (2.5~9.8%) between them was shown and the numerical results of temperature distribution are in good agreement with the experimental data. Conclusions : In this study, the small-scale model, which was designed and manufactured based on similarity theory was analyzed. From these results, the basic design data for drawing the improved design ideas were acquired The results of this study can be used as basic data for analyzing thermal and flow characteristics in a variety of scrubber systems.

위성 열평형 시험에서 챔버 벽 영향에 관한 연구

김동운(Dong-Woon Kim),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.12

위성 열평형 시험에 사용하는 열진공 챔버의 벽은 흑체 거동을 하는 우주공간과는 달리 위성의 복사 에너지를 완벽하게 흡수하지 못하고 일부를 반사한다. 챔버의 크기가 작을수록 이러한 챔버 벽 효과는 커지는 것으로 알려져 있다. 이것은 시험비용을 줄이기 위해 대형 챔버를 사용하기 힘든 소형위성의 개발에 걸림돌이 된다. 본 연구에서는 챔버 벽 효과를 예측하고 이를 보정하기 위한 정량적인 분석을 진행하였다. 그 결과로 챔버 벽 효과에 의한 온도 오차를 계산하여 시험 데이터를 보정할 수 있게 하였다. 또, 최적 면적비를 정의하여 소형위성의 열평형 시험용 열진공 챔버의 크기를 정하는데 기준을 마련하였다. 덧붙여 챔버 벽을 투명한 재질로 코팅하여 챔버 벽 효과를 줄일 수 있는 방안에 대해 이론적인 분석을 수행하였다. The wall of thermal vacuum chamber which is used for the satellite thermal balance test doesn't absorb satellite's IR emission perfectly and reflects some part of that. It is estimated that small thermal vacuum chamber has relatively larger wall effect than the big one. The small thermal vacuum chamber is required for the small satellite test to reduce the test cost. A quantitative analysis was carried out to investigate the chamber wall effect. As a result, temperature errors caused by chamber wall effect was calculated, and the temperature data acquired in the thermal balance test have been compensated. By defining the optimized area ratio between chamber surface and satellite surface area, the baseline to be able to determine the minimum size of thermal vacuum chamber was established to minimize the wall effect. Also, theoretical analysis about transparent material coating which can reduce the chamber wall effect is conducted

디지털 방사선 시스템(DR)의 자동노출제어장치 이용 시 이온 챔버의 성능 평가를 위한 엔트로피 분석법의 유용성과 최적의 챔버 조합 모델 구현 연구

황준호,최지안,이경배 한국방사선학회 2020 한국방사선학회 논문지 Vol.14 No.4

This study aimed to propose a methodology for quantitatively analyzing problems resulting from the performance and combination of the ionization chamber when using an automatic exposure control (AEC) and to optimize the performance of the digital radiography (DR). In the experimental method, the X-ray quality of the parameters used for the examination of the abdomen and pelvis was evaluated by percentage average error (PAE) and half value layer (HVL). Then, the stability of the radiation output and the image quality were analyzed by calculating the entrance surface dose (ESD) and entropy when the three ionization chambers were combined. As a result, all of the X-ray quality of the digital radiography used in the experiment showed a percentage average error and a half value layer in the normal range. The entrance surface dose increased in proportion to the combination of chambers, and entropy increased in proportion to the combination of ionization chambers except when three chambers were combined. In conclusion, analysis using entrance surface dose and entropy was found to be a useful method for evaluating the performance and combination problems of the ionization chamber, and the optimal performance of the digital radiography can be maintained when two or less ionization chambers are combined. 본 연구는 자동노출제어장치 사용 시 이온 챔버의 성능과 조합에서 비롯된 문제를 정량적으로 분석하는 방법론을 제시하고 디지털 방사선 시스템의 성능을 최적화하고자 하였다. 실험방법은 복부와 골반부 검사에 사용된 파라미터의 X선질을 백분율 평균오차(PAE; Percentage Average Error)와 반가층(HVL; Half Value Layer)으로 평가하였다. 그 후 세 가지 이온 챔버를 조합했을 때의 입사표면선량(ESD; Entrance Surface Dose)과 엔트로피(Entropy)를 산출하여 방사선 출력의 안정성과 영상 품질을 분석하였다. 그 결과 실험에 사용한 디지털 방사선 시스템의 X선질은 모두 정상 범위의 백분율 평균오차와 반가층을 보였다. 입사표면선량은 챔버의 조합에 비례하여 증가하였고, 엔트로피는 세 개의 챔버가 조합됐을 때를 제외하고는 이온 챔버의 조합에 비례하여 증가하였다. 결론적으로 입사표면선량과 엔트로피를 이용한 분석은 이온 챔버의 성능과 조합의 문제를 평가하는데 유용한 방법인 것을 알 수 있었으며, 두 개 이하의 이온 챔버를 조합했을 때 디지털 방사선 시스템의 성능을 최적으로 유지할 수 있음을 알 수 있었다.

플라즈마 멸균기용 진공 챔버의 설계 및 평가

신준,이태연 한국기계기술학회 2018 한국기계기술학회지 Vol.20 No.4

It is essential for medical equipment sterilization operations to prevent infections in the hospital. The low temperature plasma sterilization method using oxygenated water has the advantage of high efficiency and short time in sterilizing processes. However, a chamber which can hold constant vacuum condition without deformation is essential in the sterilizing system to apply plasma sterilization technique. In this study, therefore, the vacuum chamber is developed for 70 liter plasma sterilization device. The vacuum chamber is designed by checking the thickness, edge fillet value and rib of chamber through each simulation. And the performance of the chamber is investigated by vibrational modes and heat stress simulation. The prototype vacuum chamber is tested by experiments to verify the safety and efficiency for 0.1 Torr vacuum, and the result shows the expected vacuum level and displacement.

고압산소 챔버의 자동화 시스템 개발

채재익,정현우,강신영 한국마린엔지니어링학회 2018 한국마린엔지니어링학회지 Vol.42 No.4

The hyperbaric chamber is a medical device that treats patients in a closed space with elevated pressure higher than atmospheric pressure. While most of the domestic hyperbaric chambers are currently operated manually, the demand for automation is recently increasing greatly to improve the efficiency and safety feature of the chamber operation. This study aims to develop the design capability of an automated hyperbaric chamber system. To achieve this goal, the recompression treatment tables are first examined, and automation functions are selected. With the investigation of various control technologies, appropriate control positions are decided, and the automated functions are synchronized with the manual operation. The outcomes of this study have already been partially implemented in chamber design. The manual control model, remote control model, and automation systems can now be made according to the buyer's request. 고압산소 챔버는 대기압보다 높은 압력 상태의 밀폐된 공간에서 환자를 치료하는 의료기기이다. 국내에서 현재 운용중인 고압산소 챔버의 대부분은 수동 방식인데, 최근 들어 챔버 운영 효율과 안전성을 높이기 위해 자동화에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 본 연구의 목적은 고압산소 챔버 자동화 설계 기술 확보이다. 이를 위해, 먼저 잠수 치료표를검토하여 자동화 기능을 선정한 다음, 각종 제어 기술 검토를 거쳐 적정 제어 위치를 선정하여, 이를 수동 방식과 동시이용이 가능하도록 설계하였다. 본 연구의 결과는 이미 제품 생산에 일부 반영되고 있으며, 현재 수요자의 요구에 따라수동제어 모델, 원격제어 모델, 자동화 시스템 제작이 가능하다.

지하 방호시설의 폭압 저감 및 시간 지연을 위한 Expansion Chamber와 Side Chamber 적용

방승기(Seung Ki Pang),신진원(Jin Won Shin) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.6

본 논문에서는 외부에서 폭발이 발생할 경우 지하 방호시설의 side chamber 설치 개수와 expansion chamber의 설치 개수 및 형태를 변화시키고 각 방폭문에 미치는 폭압을 평가하였다. 시뮬레이션은 4가지 기본 형태를 설정하고, 각각의 chamber가 0개, 1개, 2개, 3개 및 4개인 경우에 대해서 평가하였다. 기본형태 지하탄약고는 side chamber가 설치된 경우, 피크의 시간 지연이 40 ms 정도로 나타나 명확하게 나타났지만, 최대값의 저감은 3 kPa로 차이가 크게 나타나지 않았다. 병목장치와 side chamber에 의한 폭압의 저감 및 피크 지연효과를 검토한 결과 지하탄약고 터널의 크기가 일부 축소되기 때문에 효과는 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있었다. 통로 폭의 1.1 배 크기의 expansion chamber와 side chamber를 사용한 경우는 피크 지연 및 최대치의 저감 효과가 발생하는 것으로 파악되었으며 이때 설치 개수는 최소 2개 이상 설치해야 효과가 있는 것으로 나타났다. 통로 폭의 120%인 expansion chamber와 side chamber를 동시에 사용하면, 각 chamber를 2개 이상을 사용해야 피크의 지연 및 저감 효과가 큰 것으로 나타났으며, 그 효과는 통로폭의 110%인 경우와 거의 동일한 값으로 나타났다. This study presents numerical investigation of blast overpressures on blast-resistant doors by changing the number of side chambers and the number and shape of expansion chambers for an external detonation. Blast overpressures for four types of door and zero to four chambers were simulated. For the original shape of the underground ammunition magazine with side chamters installed, the peak time delay was approximately 40 ms, showing a clear different, whereas the reduction in the maximum value appeared as small as 3 kPa. Reducing the overpressure and delaying peaks using bottleneck devices and side chambers revealed that, because the size of the tunnel with underground ammunition magazines was partially reduced, the effects of the reduction and time delay of blast overpressures were negligible. When expansion chambers with a size 1.1 times the passage width and side chambers were used, the time delay in the peaks and overpressure reduction were observed. When expansion chambers with a size 1.2 times the passage width and side chambers were used, the delay and reduction effects were significant when two or more chambers were installed, and the effect was almost the same as when the size was 1.1 times the passage width.

우주환경모사를 위한 대형열진공챔버 국산화 구축

조혁진(Hyok-jin Cho),문귀원(Guee-Won Moon),서희준(Hee-Jun Seo),이상훈(Sang-Hoon Lee),최석원(Seok-Weon Choi) 한국항공우주연구원 2007 항공우주기술 Vol.6 No.1

차세대 대형위성에 대한 우주환경모사를 위한 대형열진공챔버가 한국항공우주연구원에 의해 성공적으로 국산화 구축되었다. 유효직경 8미터, 유효깊이 10미터의 대형열진공챔버는 크게 진공계와 열제어계, 방진계로 구분되며, 3.7×10?? ㎩(5×10?? torr) 이하의 진공 환경에서 액체질소를 이용해 위성을 감싸는 쉬라우드의 온도를 -190 ℃ 이하로 유지할 수 있고, 10?? grms 이하의 진동레벨을 갖는 방진시스템을 갖추어 우주환경에서의 광학시험을 가능하게 한다. 또한 챔버내에 설치된 할로겐램프를 이용하여 쉬라우드의 온도를 섭씨 123도까지 상승시켜 베이크아웃 시험을 수행할 수 있으며, PLC(Programmable Logic Controller)를 기반으로 한 제어프로그램을 이용하여 대형열진공챔버의 자동화 제어를 수행할 수 있다. A Large thermal vacuum chamber (LTVC) for space environment simulation on large satellites was successfully developed and constructed by KARI (Korea Aerospace Research Institute) in Korea with a local company. This chamber has an effective diameter of 8 meters and depth of 10 meters, and is composed of vacuum system, thermal control system, and anti-vibration system. Temperature below -190 ℃ is maintained over the thermal shroud wrapping a satellite under 3.7×10?? ㎩ (5×10?? torr) vacuum level, and optical test can be done in this chamber by seismic mass with 10?? grms or lower vibration level. In addition, the shroud temperature can be increased up to 123 ℃ using halogen lamps. Chamber control program based on PLC (Programmable Logic Controller) could control this large thermal vacuum chamber automatically.

소량 기록물의 효율적 보존을 위한 보존챔버 설계에 관한 연구

봉춘근,박성진,이정주,신현창 한국기록관리학회 2013 한국기록관리학회지 Vol.13 No.1

The archives preservation chamber is an equipment that is able to store important archives with air-cleaning and isothermal-isohumidity control functions to permanently store archives in a highly safe environment. The chamber can only store small amounts of archives but it is crucial for organizations preserving archives to economically store a variety of archives, be it a medium or a small amount of documents. An arm of this study researches the current preservation status of the local record center to determine the need for such a chamber. In addition, in order to improve the air-cleaning and isothermal-isohumidity functions, the researchers of this study have conducted analyses to design the core parts. The preservation chamber that had been designed includes an archives preservation area, air-cleaning equipment, and environment measurement equipment. A preservation chamber is used to preserve small amounts of important archives safely. Thus, when a local record center is preserving various types of archives in small or medium quantities in a stack room, the preservation chamber can be used to aid their long-term preservation. 기록물 보존챔버란 소량의 중요기록물을 안정성 높은 보존환경에서 영구보존하는 데 적합한 장비이다. 이 장비는 소량의 기록물을 영구보존하기 위한 공공기관이나 민간단체에서 기록물을 경제적이면서 안전하게 장기보존하기에 적합한 장비이다. 본 연구는 지방기록관의 기록물 보존현황 조사를 통해 보존챔버의 필요성을 분석한 후 보존챔버의 핵심부분을 설계함으로 기록물을 안정적이면서 경제적으로 보존할 수 있는 방안을 모색하였다. 기록물 보존챔버는 크게 기록물을 보존하는 보존공간, 보존환경 유지를 위한 공기정화장치부, 보존환경을 모니터링하기 위한 환경측정장치부로 구성된다. 기록물 보존공간은 외부 공기의 출입을 막고 내부공기가 순환함으로 항온항습 유지 및 유해가스 제거가 가능하도록 하였다. 이렇게 설계된 보존챔버는 소량의 기록물을 서고에서 보존할 때보다 더 경제적으로 보존할 수 있는 것으로 산출되었다.

환경시험용 챔버 내에 설치된 멀티콥터 정지추력 시험기 주변 유동의 수치적 연구

신동진(Dong-Jin Sheen),박창환(Chang-Hwan Park),김학윤(Hak Youn Kim) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.12

환경시험 챔버 내에 설치된 정지추력 시험기의 정확성 및 신뢰성을 전산유동해석으로 검증하였다. 전산유동해석은 MRF 기법을 사용하였으며, 해석 결과 밀폐형 환경시험장에서 측정한 정지추력의 신뢰성은 개방형 환경시험장에 비하여 더 높은 신뢰도와 정확성을 얻을 수 있었다. 프로펠러와 벽면 사이의 간격이 시험장 높이의 10% 이하면 환경시험 챔버의 출입구의 개방 여부와 관계없이 예측된 추력값은 벽면 효과로 인하여 10% 이상의 큰 오차를 가진다. 프로펠러와 벽면 사이의 간격이 시험장 높이의 15% 이상이고 회전수가 약 4,000 rpm 이하의 경우 밀폐형 환경시험장에서 정지추력의 측정오차는 10% 미만으로 비교적 적은 오차를 가진다. 환경시험 챔버에서 측정하는 정지추력의 신뢰성과 정확성은 프로펠러의 지름과 회전속도가 작을수록 증가한다. The accuracy and reliability of the static thrust tester installed in the environmental test chamber were verified using computational fluid dynamics. The computational fluid dynamics used the MRF technique, and as a result of the analysis, the static thrust measured in the closed environmental test chamber could be obtained with higher reliability and accuracy compared to an open environmental test chamber. If the distance between the propeller and the wall is less than 10% of the chamber height, the predicted thrust value has a large error of 10% or more due to the wall effect regardless of whether the entrance to the environmental test chamber is open. If the distance between the propeller and the wall is more than 15% of the chamber height and the rotation speed is less than about 4,000 rpm, the error of the static thrust in the test chamber has a relatively small error of less than 10%. The reliability and accuracy of the static thrust measured in the environmental test chamber increases as the diameter and rotational speed of the propeller reduces.

비균일 열유속 다중 열원을 가지는 박판형 Vapor Chamber의 최대 열전달량에 대한 이론적 연구

김성현,Subedi Bimal,장석필 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.8

This paper describes a theoretical study of pressure distribution, temperature distribution and maximum heat transfer rate of thin-flat vapor chamber, which can be used for the cooling of multi-heat sources with different heat flux such as electronic devices. The maximum heat transfer rate is determined by capillary limitation. To consider different heat flux for the multi-heat sources, a weighting factor approach was introduced and applied to our model instead of using the same heat flux. When geometry of vapor chamber, position of heat sources and heat sinks and amount of total heat are fixed, the effect of heat flux ratio on pressure distribution and temperature distribution of the vapor chamber is investigated and the reason is explained. The maximum heat transfer rate for thin-flat vapor chamber with multi-heat sources is theoretically presented according to heat flux ratio between the heat sources when geometry of vapor chamber, position of heat sources and heat sinks are fixed. 본 연구에서는 열유속 크기가 서로 다르며(비균일 열유속) 여러 개의 열원을 가지는 전자부품들의 냉각으로 사용될 수 있는 박판형 vapor chamber의 압력 분포, 온도 분포 그리고 모세관력 제한조건에 의해 결정되는 최대 열전달량에 대해 이론적으로 연구하였다. 기존에 다중 열원의 조건으로 사용했던 균일 열유속 조건 대신 비균일 열유속 조건을 고려하기 위하여 weighting factor를 제시하고 모델에 적용하였다. 특히 vapor chamber의 형상, 열원 및 방열부의 위치, 그리고 열량이 동일한 조건 하에서 다중 열원에 주어지는 열유속 크기 비율이 vapor chamber의 압력 분포 및 온도 분포에 미치는 영향을 확인하였으며 그 이유를 설명하였다. 또한 vapor chamber의 형상, 열원 및 방열부의 위치를 고정시킨 상태에서 다중 열원에 주어지는 열유속 크기 비율에 따른 vapor chamber의 최대 열전달량을 제시하였다.