냉동기 냉동기 / / 수냉식 응축기 설계 수냉식 응축기 설계

20031510 20031510 이현우이현우

20031512 20031512 이형래이형래

20031519 20031519 장성우장성우

Page 2

목 차

Page 3

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℃

Page 4

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

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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

Page 6

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 9

사이클 해석 (1)

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

Page 11

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

Page 12

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

Page 14

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

Page 15

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

Page 16

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

Page 18

목 차

Page 19

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

Page 20

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