냉동기 냉동기 / / 수냉식 응축기 설계 수냉식 응축기 설계
20031510 20031510 이현우이현우
20031512 20031512 이형래이형래
20031519 20031519 장성우장성우
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설계과제 및 진행 ( 서울 소재 냉동창고 냉동기 설계 )
소고기 30 톤 설계 기준 온도
벽체는 회색 ( 복사 : 보정온도차이용 )
설계과제 설계과제 / / 기초가정기초가정서울 소재 냉동창고 모습서울 소재 냉동창고 모습
East wallEast wall South South wallwall
West West wallwall Flat RoofFlat Roof
4℃ 3℃ 4℃ 9℃
저장물저장물(Tp)(Tp)
냉동고냉동고(Ti)(Ti)
외기외기 ((설계설계 ))
외기외기 ((습구습구 ))
지면온도지면온도
25℃ -15℃ 32℃ 26℃ 20.8℃
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냉동부하계산 - 벽체를 통한 부하
내부의 공기유동 미미 (fi)
밖은 12km/h 바람 분다고 가정(fo)
( 단열재의 열전도도와 내외부대류 열전달 고려한 총열전달계수 )
설계 변수 및 기초 사양설계 변수 및 기초 사양 주 요 계 산 과 정주 요 계 산 과 정
29.37 /if W m C 222.7 /of W m C
20.037 / polystrenew fk k W m C 20.025 / polyurethanerk W m C
East wallEast wall South South wallwall
West West wallwall Flat RoofFlat Roof
4℃ 3℃ 4℃ 9℃
저장물저장물(Tp)(Tp)
냉동고냉동고(Ti)(Ti)
외기외기 ((설계설계 ))
외기외기 ((습구습구 ))
지면온도지면온도
25℃ -15℃ 32℃ 26℃ 20.8℃
21 10.180 /
1 1 1 0.2 122.7 0.037 9.37
w
o w o
U W m Cx
f k f
21 10.123 /
1 1 1 0.2 122.7 0.025 9.37
r
o r o
U W m Cx
f k f
21 10.287 /
1 0.125 10.037 9.37
f
f o
U W m Cxk f
W e w s nq q q q q 0.18 400(32 15 4) 0.18 400(32 15 4) 0.18 600(21 15 3) 0.18 600(32 15) 17820W0.123 2400(32 15 9) 16531.2rq W 0.287 2400(20.8 15) 2465.904fq W
Page 5
냉동부하계산 – 투입 공기에 의한 부하
습공기 선도 이용하여– 외부공기
– 내부공기
투입 공기에 의한 부하
물성치 및 계산과정물성치 및 계산과정
310 40 60 24000V m 0.7 /n day
3
132 , 26 , , 81 /
0.891 /WB oC T C h kJ kgm kg
15 , 100%, 12.5 /iC h kJ kg
1 1( ) 24000 0.7 (81 ( 12.5)) 20.4
0.891 24 3600I o o iq V n h h kW
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냉동부하계산 – 저장물에 의한 부하
저장물 : 신선한 쇠고기
박스의 질량 : 0.6kg, 박스의 비열 : 1.32kJ/kg℃, 한 박스의 질량 : 15kg
1 2
1 2
3.14 / 1.67 / , 0.5 , 242 /
25 , 15 , 30 , 20
f LC kJ kg C C kJ kg C T C q kJ kg
T C T C m ton t
시간
30000 3.14(25 ( 0.5))
30000 241.92 30000 1.67( 0.5 ( 15)) 0.6 (30000 /15) 1.32(25 ( 15))
145.13kW
P1q
물성치 및 계산 과정물성치 및 계산 과정
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냉동부하계산 – 내부 /기타 부하
내부 부하– 전등 : 20W, 40 개
– 모터와 이송장치 : 30kW, 1 대 ( 모터와 이송장치 모두 안에 설치 )
– 작업인원 : 10 명
기타 부하– 증발기는 밖에 위치하므로 제상작업에 필요한 열은 없다 .
– 송풍기 모터에서 방출하는 열은 전체부하에 비해 매우 작아 무시 가능하다 .
내부내부 //기타 부하 계산과정기타 부하 계산과정
(30 40) 10 (272 6 ( 15)) (20000 1.1) 26820INq W
0Mq
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냉동부하계산 – 총 냉동 / 실제 부하
총 냉동 부하
실제부하– 안전율 10% 고려해준 실제 냉동부하
= 78.98 냉동톤 =Qe
총 냉동 부하 및 실제 부하 계산과정총 냉동 부하 및 실제 부하 계산과정
17818 16489 24654 20405 145132 26820 0
251317
T W R F I P IN Mq q q q q q q q
W
1.1 276449RL Tq q W
Page 10
사이클 해석 (2)
q eh
Pc
Pe
42 ℃
-20 ℃
팽창
밸브
간략히 나타낸간략히 나타낸 냉동기 냉동기 P-hP-h 선도선도
1 점 상태 P1=245.29kPa, T1=-15℃, h1=405kJ/kg
2 점 상태 (p-h 선도로 부터 ) h2s=450kJ/kg
4 2
2 12 1 2
41.2877 0.13821(245.29) 1.45 10 (245.29) 66.46
450 405405 472.71 / ( 100 )
0.6646
m
s
m
h hh h kJ kg T C
사이클 해석사이클 해석
245.29kPa
1615.9kPa
냉매 : R22 사용
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사이클 해석 (2)
q e
Pc1
Pe2
42 ℃
-20 ℃
팽창
밸브
간략히 나타낸간략히 나타낸 냉동기 냉동기 P-hP-h 선도선도
사이클 해석사이클 해석
245.29kPa
1615.9kPa
3=4 점 상태 (p-h 선도로 부터 )
4 3 247 /h h kJ kg
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사이클 해석 (3)
사이클 해석을 통한 기본 사양 결정사이클 해석을 통한 기본 사양 결정
1 4
2 1
2 3
405 247 158
472.71 405 67.71 /
472.71 247 225.71 /
276.4991.75 /
158
c
e
RE h h kJ
h h kJ kg
q h h kJ kg
Qm kg s
RE
67.71 1.75 118.49
225.71 1.75 395
3952.10
118.49
c
c
W kW
Q kW
QCOP
W
Page 13
실제 제품 선정 ( 증발기 )
종류 : 공랭식 증발기 제조사 : 동화정밀 제품명 : DUTA-250E
냉각능력 : 16403kcal/h=19.14kW
설계요구성능 : 276.449kW
필요대수 : 15 대 링크 : http://www.r-auction.co.kr/shop/home_subview.php3?mode=subview&gmcode=M060403174226
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실제 제품 선정 ( 압축기 )
종류 : 2 단 스크류 냉매압축기 제조사 : 경원세기 제품명 : GC-S5000S21
성능 : 52,600Kcal/hr=61.36 kW
설계요구성능 : 118.49kW
필요대수 : 2 대 링크 : http://www.ascentury.com/new/html/refrigeration_04.htm
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실제 제품 선정 ( 응축기 )
종류 : 수냉식 쉘 - 튜브 제조사 : 동화정밀 제품명 : DHCD-300
성능 : 86851 kcal/h = 101.01kW
설계 요구 응축열량 : 395kW
사용대수 : 4 대 링크 : http://www.r-auction.co.kr/shop/home_subview.php3?mode=subview&gmcode=M060330121519
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실제 제품 선정 ( 응축기 )
종류 : 온도식 자동팽창밸브 제조사 : ALCO
제품명 : TJRE 18HW100
성능 : 10 냉동톤 =35kW
설계 요구 성능 : 276.449kW
사용대수 : 8 대 링크 : http://r-auction.co.kr/shop/home_subview.php3?mode=subview&gmcode=M060809134540
Page 17
정리
증발기 압축기 응축기 팽창장치
방식 공랭식 2 단 스크류 냉매압축기 수냉식 쉘 - 튜브 온도식
자동팽창밸브
설계요구성능 276.449kW 119.49kW 395kW 276.449kW
기기 성능 19.14kW 81.38kW 101.01kW 35kW
사용 대수 15 대 2 대 4 대 8 대
실제장치성능 287.1kW 122.72kW 404.04kW 280kW
금 액 약 4,700만원
약 5,060만원 약 600 만원 약 120 만원
※총 1 억 480 만원 필요 설치비 / 냉동창고의 건축비용 제외
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설계과제 및 진행 ( 이중관형 수냉식 응축기 설계 )
응축기 용량 5kW
이중관형 수냉식 응축기 설계 내관 1 in (ri 25.27mm t=1.651mm)
외관 2.5 in (ri 61.85mm t=2.108mm), 단열 ,열손실 x
냉매 R134a
40℃ 포화증기 → 40℃ 포화액 응축
내 , 외부 대류저항 , 전도저항 고려 냉각수 입구온도 (30℃ 로 가정 )
설 계 과 제 이중관형 수냉식 응축기
Counter Flow ( 대향류 )
R134a
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냉매 측 열전달 계수
냉매 R134a 40℃ 기준
3/1147 mkgl 3/08.50 mkgv
smkgl /1066.1 4
smkgv /10408.1 5
285.3Pr l
CmWk l /0757.0
skgkgkJ
kW
h
Qm
fg
r /03063.0/163
5.
.
smkgm
skg
A
mV
i
r 2
2
.
/07.61)02527.0(
4
/03063.0
mRR
R
P
ADH 02527.02
2
44)(
2
수력직경
주 요 계 산 과 정
Page 21
Cavallini-Zecchin 관계식 사용
건도 x 는 평균치 0.5 로 가정
주 요 계 산 과 정
3.4648/1066.1
)02527.0()5.01()/07.61()1(Re
4
2
smkg
msmkgDxV
l
Hl
5.54802/10408.1
)02527.0()5.0()/07.61(Re
5
2
smkg
msmkgVxD
v
Hv
2.11111008.50
1147
1066.1
10408.15.548023.4648ReReRe
4
5
v
l
l
vvleq
CmWD
kf
H
lleq
i
2
33.08.033.08.0
/8.241202527.0
0757.0)285.3()2.111110(05.0PrRe05.0
Page 22
냉각수 측 열전달계수
수냉식 냉각수 온도차 5~7℃
로 가정 로 가정 물의 평균 온도 33℃ 일 때
CTwi 30
기본 가정 및 상수
CTwo 36
CT 6
CkgkJC pw /178.43/2.995 mkgw
smkgw /10767.0 3184.5Pr
CmWkw /618.0
주 요 계 산 과 정
ioio
io
H DDDD
DD
P
AD
)(
)(4
44
22
skgTC
Qm
pw
Cw /1994.0
61784.4
5.
.
smA
mV
w
ww /08478.0
)028572.006185.0(4
2.995
1994.0
22
.
40007.366010767.0
)028572.006185.0(08478.02.995Re
3
w
Hww DV
5.31)184.5()7.3660(023.0PrRe023.0 4.08.04.08.0 Nu
0.5855.31)028572.006185.0(
618.0
Nu
D
kf
H
wo
Page 23
길이 L
동관에서의
주 요 계 산 과 정
CmWChmkcalkc /386/332
ooc
io
iiii AfLk
ddIn
AfAUUA
1
2
)/(111
o
i
oc
ioi
il d
d
fk
ddInd
fU
1
2
)/(11
0.518
1
028572.0
02527.0
0.585
1
3862
)02527.0/028572.0(02527.0
8.2412
1
In
CmWU i 2/0.518
CT 4)3640(1 CT 10)3040(2
CInTTIn
TTT
55.6)10/4(
104
)/( 21
21Im
에서Im
.
TAUQ Si 2
Im
.
4736.155.6518
5000m
TU
QA
is
mD
AL
i
S 56.1802527.0
4736.1
따라서 길이 L=18.56m 이다 .
Page 24
참고자료 (Reference)
냉동공학 – 원성필저 , 보성각
( 쉽게 배우는 ) 유체역학 , Donald F. Young 외 2 명 , 고형종 [ 외 ] 역 , 인터비젼
기본 열전달 - YUNUS A. CENGEL, 김 유 외 5 명 공역 ,McGraw-Hill Korea
내연 기관 공학 - Willard W.Pulkrab, 김덕줄 외 4 명 옮김 , 교보문고
Heat Exchangers - Holger Martin 저 ,HEMISPHERE PUBLISHING CORPORATION
HEAT EXCHANGER DESIGN - Ramesh k. shah and Dusan P.Sekulic 저 ,JOHN WILEY &
SONS, INT
물성치 참조
– 부록 1. P402 TABLE A-9.Properties of saturated water
– 부록 1. P403 TABLE A-10.Properties of saturated refrigerant-134a