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개요 및 적용분야

Dry room 개요 및 적용 분야

최근 첨단기술 산업분야에 있어서 저습공기를 필요로하는 생산공정이 증가하고 있고, 그것에 적합한 공조설비의 수요가 증가하고 있는 추세이다. DRY ROOM SYSTEM이란 공기조건이 노점(Dew Point) -10°C 이하를 유지하는 ROOM을 말하며, 습기에 민감한 제조공정으로서 “광케이블,“ 리튬전지 생산 LINE”, 의료기기 분야 중 “흡습성 봉합사 생산LINE” 등에 널리 사용되고 있다. 제습공기를 필요로 하는 생산공정을 크게 분류하면 아래와 같다.

  • 제품제조시 품질과 공정 향상을 목적으로 한 제조공정을 저습공조 조건으로 유지한다. (DRY ROOM SYSTEM)
  • 제품의 보관을 목적으로 하고, 소공간을 제습공기 조건으로 유지한다. (GLOVE BOX, INERT CHAMBER)
  • 고온에서 저온에 이르는 기상조건의 재현을 행하여 각종 시험을 한다. (TEST CHAMBER)

적용 분야

적용 분야
Application 건구온도 [DB ℃] 상대습도 [%RH] 노점온도 [DP℃]
리튬이온 배터리 20 ~ 25 ~ 2 < -30
리튬이온 폴리머 배터리 20 ~ 25 ~ 1 < -40
리튬이온 캐패시터 20 ~ 25 ~ 2 < -30
유기 LED 20 ~ 25 ~ 0.5 < -50
캐슐 건조 25 ~ 35 30 ~ 40 2 ~ 10
수지계열 펠렛 건조 25 ~ 35 1 ~ 3 -20 ~ -40
환경 테스트 챔버 5 5 ~ 10 -20 ~ -30
자동차 엔진 테스트 챔버 5 5 ~ 10 -20 ~ -30

설계 방향 - Dry Room 설계 유의사항

  • 수분 발생 요인 : 절대습도 상승 대부분이 작업원의 출입에 의한 의복에 함유된 수분을 가지고 들어오는 것과 작업원 자신에게서 발생되어지는 수분에 의한 것도 있다.작업원 1인당 의복을 포함한 수분 발생량이 약 60 Kcal/hr 정도로 예상할 수 있다.
  • 에너지 절약 : Dry Room System 공조설비는 계통 전체에 제습조작이 가능하도록 하기 위해 제습 수분량이 작음에도 불구하고 냉각 가열 열량이 크다.이로 인해 계통 내의 고 저온의 온도차를 이용하는 열교환기를 설치하여 열회수를 하는 등 에너지 절감이 중요하다.
  • 기밀성 : 설비계 내에는 전체가 저습이 되기 위해 제습장치계, Duct계, Dry room system 등 각계의 기밀화가 필요하다.시공 후 기밀검사를 실시하고 계의 관통부는 코킹 등으로 완전히 밀봉 처리하며 실은 양압(Positive pressure)을 유지하도록 한다.
  • 정전기 발생 방지 : Dry room system 내 저습을 유지하므로 정전기 발생여지가 많아 Panel에 대전방지 도료사용, 바닥을 전도성으로 시공 등이 필요하다.
  • 습도계 결정 : 저습 습도계는 RH조건, Dew point range, Accuracy range, 비용 등을 고려하여 선정한다.
  • 자동제어 : 제습기의 제습능력을 제어가는 것은 힘들며 통상 설정 노점온도 이하로 제어하게 되는데 물론 그 한계를 Control 할 수는 없다.또한 Sensor의 위치설정이 중요하며, 각 System의 제어 Point 및 Setting point를 적절하게 설정하여 설치하도록 해야 한다.

건축 계획 - Dry room 구조 및 특징

  • UPPER CEILING 구조 : 상부 공간을 CHAMBER로 활용하여 DRY ROOM 의 기류를 일정하게 유지 하는 기능을 한다.
  • BCU ( BY PASS COOLER UNIT ) : DRY ROOM의 냉방 부하 제거(COOLING COIL) 및 청정도 유지 기능(HEPA FILTER)을 한다.
  • 제습공조기(2-ROTOR) : DRY ROOM에서 발생되는 제습부하 및 외기 제습부하를 처리한다.


설계 예시

고객 요구조건 확인


  • 실내 온도 : DB 23 °C
  • 실내 습도 : DP 40 °C
  • 청정도 : Class 10,000
  • 배기량 : 1,800 m³/h
  • 드라이룸 규격 : 10mL x 20mW = 200m² x 2.5mH = 500m³

설계 조건


  • 외기 온도 : DB 34 °C
  • 외기 습도 : RH 60%
  • 재실 인원 : 12명
  • 실내 현열부하 : 31,623 w
  • 실내 잠열부하 : 1365 g/h
  • 양압량 : 룸 체적 x 0.5 ~ 2회

양압 고려


  • 드라이룸의 출입문을 통해 유입되는 수분 부하를 최소화 하기 위한 목적
  • 극간풍의 유입을 최소화 하기 위해 전실 설치
  • 전실은 항상 드라이룸으로 부터 건조공기가 유입되고 유지되어야 함
  • 드라이룸과 전실의 양압을 항상 10 ~ 20 Pa 유지
  • 양압 공기량은 드라이룸의 체적과 작업자 출입빈도에 의해 결정
  • 높은 습도의 외기를 제습하여 도입, 실내의 양압을 유지

양압량


  • 일반적으로 최소 양압공기량은 100m3 / h 적용
    • 1~2 명 출입시 200 m³/h
    • 3~4 명 출입시 400 m³/h
    • 5~8 명 출입시 600 m³/h
    • 9~12 명 출입시 800 m³/h
    • 13~20 명 출입시 1,000 m³/h
  • 드라이룸의 체적에 따라 별도로 계산하며, 둘 중 큰 값으로 적용

실내 잠열(수분)부하 계산


  • 인체발생 잠열 (인당 100g / h) : m1 = 12 명 x 100 g/h = 1200 g/h
  • 실링 샌드위치 판넬, 접합부위 등 (표면적당 0.3g/m²·h) : m2 = (20 x 2.5 x 2) + (10 x 2.5 x 2) + (20 x 10 x 2) = 550 m² x 0.3 g/m²・h = 165 g/h
  • 총 잠열부하 = m1 + m2 = 1200 + 165 = 1,365 g / h

실내 현열부하 계산


  • 구조체 부하 (q1 = A x K x ⊿t) : q1 = 4,307w
  • 조명 부하 (바닥 면적당 20w) : q2 = 20 x 10 x 20 w/m² = 4000 w
  • 기기 부하 (3.7 kw 모터 6ea) : q3 = 3.7 kw x 6 = 22.2 kw = 22200 w
  • 인체 부하 (93 w・p/h) : q4 = 12 x 93w = 1116 w
  • 총 현열부하 : 4307 + 4000 + 22200 + 1116 = 31,623 w

※ 구조체 전열부하

적용 분야
구 분 길이(m) 폭 or 높이(m) 면적(m²) 열관류율(W/m²・℃) ⊿t(℃) 현열부하(w)
벽체 60 2.5 150 0.49 11 809
천정 20 10 200 0.49 11 1078
바닥 20 10 200 1.1 11 2420
합계 20 2420

급기풍량 계산


  • 환기횟수에 의한 계산 : 클래스 10,000인 클린룸의 경우15회/h, QSA1 = 15 x 500 m³ = 7,500 m³/h
  • 실내 현열부하에 의한 계산 : 현열부하 31,623 w/h, 실내 설정온도 23 ℃, 급기온도 16℃일 경우, 31,623 w = 31.624 kw x 860 = 27,197 kcal/h, QSA2 = 27,197 / 1.2 x 0.24 x (23 -16) = 13,491 m³/h
  • 실내 잠열부하에 의한 계산 : 수분부하1365 g/h, 실내 설정 노점온도 DP -40 ℃( x = 0.0788g/kg’) , 급기 노점온도 DP -55℃ ( x = 0.0128g/kg’)의 경우, QSA3 = 1365 / 1.2 x (0.0788 – 0.0128) = 17,235 m³/h
  • 상기 3가지 계산 중 최대 급기풍량은 실내수분부하에 의한 17,235 m³/h이며 계산된 값에 안전율 5%를 적용, 급기풍량 = 17,235 / 0.95 = 18,200 m³/h

외기 도입풍량 계산


  • 하기 조건에 의해 외기풍량 계산 (가장 큰 풍량으로 결정, 단 하기 배기량은 가산)
  • 재실인원에 의한 계산 12명의 경우 QOA1 = 12 x 35 m³/h = 420 m³/h
  • 양압량에 의한 계산 12명의 경우 QSA2 = 800 m³/h
  • 배기량에 의한 계산 배기량 1,800 m³/h 일 경우 QSA3 = 1,800 m³/h
  • 외기량 = 800+1,800 = 2,600 m³/h(퍼지 공기량은 별도 계산 후 추가하여 선정)

제습 계통도

MRC 프로그램 선정

급기 노점온도 설정

수분 제거

주요 부품의 기능 및 용도

작동원리

처리공기 (Process Air)

실내에서 Return된 공기 또는 외부에서 유입(Cooling)된 공기는 처리부 (Process Zone)를 통과 하면서 공기중에 함유된 수분이 Honey Comb모양의 벽면 내부에 흡착되고 건조한 공기만 공급한다.

재생공기 (React Air)

처리부에서 흡착된 수분은 재생Heater에서 140℃(일반조건)에서 ~180℃ (초저습조건)까지 가열된 공기를 재생부(React Zone) 전체면적의 ¼를 통과 하므로 수분이 증발되어 외부로 방출된다. 처리공기와 재생공기의 역할이 반복적으로 운전하므로 연속적인 제습이 이루어져 Room의 원하는 습도를 유지하게 된다.

기어드모터 (Geared Motor)

Rotor의 회전율(8rph~18rph)을 유지하므로 연속적인 제습이 이루어지게 한다. 회전방식은 Timing Belt 또는 체인 방식이 있다.

종류

Basic desiccant dehumidification


  • 드라이브 모터 : 8~12 [RPM], 저속회전
  • 처리부 (Process) : (270’ / 360’)
  • 재생부 (Reactivation) : (90’ / 360’)
  • 보온부위 : 처리부, 재생입구, 재생출구
  • 재생팬 기외정압 : 약 20~30mmAq
  • 핵심 : 로터의 제습성능, 처리재생부 간 밀폐성

ERP (Energy Recovery Purge)



  • 드라이브 모터 : 8~12 [RPM], 저속회전
  • 처리부 (Process) : (270’ / 360’)
  • 재생부 (Reactivation) : (90’ / 360’)
  • 보온부위 : 처리부, 재생입구, 재생출구
  • 재생팬 기외정압 : 약 20~30mmAq
  • 핵심 : 로터의 제습성능, 처리재생부 간 밀폐성

Power Purge


  • 재생효율 / 흡수 효율 향상
  • 재생열원 20~40% 감소
  • 냉각열원 20~30% 감소
  • 보다 낮은 노점온도 3~6℃DP
  • 제습효율 향상
  • 로터 규격 감소

Soft Purge (Low dew point purge)



  • 재생공기를 퍼지시켜 재유입
  • 고온 저습의 공기를 재생하므로 30% 에너지 절약 효과
  • ML, MCD 시리즈

LDP (Low dew point purge)


  • 1차냉각된 공기를 별도의 섹터로 통과시켜 고온/저습의 공기로 만듬
  • 재생공기와 혼합하여 흡습효과 높임
  • 일반적인 저노점 시스템
  • 재생히터 : 140℃
  • 프리쿨링 : 8℃ 이상 (절대 습도를 함께 고려하여 선정)

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