공랭식 응축기의 설계

직팽식 증발기, 공랭식 응축기 코일 설계

 

이번 집필에는 지난 집필에 이어 공랭식 응축기 코일설계에 대해 적겠습니다.

 

Qc(응축기) = G x (h2-h4)

 

G는 냉매순환량이며

h2는 압축기 출구의 엔탈피

h4는 증발기 입구의 엔탈피 입니다.

 

각 코일의 전면면적을 알아야 하는 이유는 각 코일에 통과하는 공기의 유속이

 

2.5m/s 일때 가장 좋기 때문입니다.

 

전면면적을 알아야 풍량이 나오며 증발&응축기 를 지난 공기의 출구온도를 계산할 수 있기 때문이죠.

 

응축기 코일 전면면적을 1m(w) x 1m(h) 로 가정합시다.

 

응축기 용량을 13,000 Kcal 로 가정합시다.

 

응축기 입구공기온도를 30℃로 잡습니다.

 

 

설계에 필요한 모든 조건이 나왔습니다. 이제 시작해보겠습니다.

 

 

응축기 풍량 = 단면적 x 유속

1m^2 x 2.5m/s x 3600s = 9000m^/h

 

응축기 출구공기온도

열량 = 풍량 x 1.2kg/m^3 x 0.24 kg/℃ x 온도변화

ㄴ 온도변화 = 열량 / 풍량 x 1.2kg/m^3 x 0.24 kg/℃

출구온도 = 입구온도 - 온도변화

 

dT = 13000 Kcal/h / (9000m^3/h x 1.2kg/m^3 x 0.24 kg/℃) = 5.02℃

출구온도 = 30℃ - 5.02℃ = 35.02℃

 

 

응축기 전열면적을 구하는 공식

대수 평균 온도차를 사용합니다.

 

대수평균온도차는 대향류와 향류형이 있습니다. 대향류가 효율이 더 좋기때문에 밑에

LMTD공식은 대향류 공식입니다.

 

* 증발기편에서도 사용했었습니다. 다만 다른점은 T 위치가 바뀌죠.

LMTD = ((T-t1)-(T-t2)) / ln((T-t1)/(T-t2)) 입니다

T 는 응축온도

t1 은 응축기 입구공기 온도

t2 는 응축기 출구공기 온도

 

((45℃-30℃)-(45℃-35.02℃)) / ln((45℃-30℃)/(45℃-35.02℃)) = 12.32 LMTD

 

 

Q = K x A x LMTD -> A = Q / K x LMTD

Q = 열량

A = 전열면적

K = 전열계수 (일반적으로 20~30사이를 줍니다.)

LMTD = 대수평균온도차

 

A = 13000Kcal/h / (30 kcal/mh x 12.32LMTD) = 35.17m^2

여기에 기타 오염등 부하등을 고려해 10~20% 여유율을 두게됩니다 20%를 두어보겠습니다.

 

35.17m^2 x 1.2 = 42.2 m^2

 

전열면적이 나왔습니다 이걸 핀튜브에 적용시켜야겠네요.

 

핀튜브 면적구하기

기타 여러 핀튜브가 있겠지만 일례를 들어 하나만 잡고 설명하겠습니다.

 

핀피치 2.1mm 열피치 22mm 단피치 25mm 코일튜브 size 3/8 in

 

저 위에 전면면적할때

길이가 1m 높이가 1m 였군요

몇단이 나오는지 계산을 해보죠

1000mm / 25mm = 40단

 

단수가 나왔습니다. 이제 한열의 전열면적을 구해보도록 합시다.

 

한열당 튜브의 면적 = (3/8in x 0.254m)x 3.14 x 1m x 40 = 1.19634m^2

 

한본당 핀의 개수 = 1000mm / 2.1mm = 476개

 

핀 한개당 면적 = (0.025m x 0.022m - 0.785 x (3/8in x0.254m)) x 2 = 0.0004787804 m^2

 

한열당 핀의 면적 = 0.0004787804m^2 x 476 x 40 = 18.23925274 m^2

 

한열의 전열면적 = 18.23925274 m^2 + 1.19634 m^2 = 19.43559274 m^2

 

 

한열의 전열면적이 나왔습니다.

 

 

우리가 필요한 전열면적은 42.2m^2

 

42.2m^2 / 19.43559274 = 2.17 열

 

자! 여기서 문제가 발생하죠?

 

0.17열이 남아 3열로 하자고 한다면

 

아무래도 전열면적이나 기타 여러모로 자재가 과다하게 들어가게됩니다.

 

지난번 직팽식 증발기를 설계할땐 3.78 가량이라 4열로 해도 큰 문제가 되진 않았으나

 

0.17열은 과다하게 자재가 들어감으로 여러모로 손해가 많죠

 

이럴경우 높이 혹은 너비를 줄여주셔서 저 윗공식대로 다시 계산을 하셔서

 

현장의 조건에 맞춰 높이와 너비등의 설정을 변화해가며 계산을 하셔야합니다

 

ex) 너비를 1m 로 했을시 4열 26단의 경우가 가장 비슷한 수치가 나오는군요.

위 코일의 전열면적 50.533m^2

필요한 전열면적 48.63m^2

 

 

 

 

 

 

 

***응축기 코일 ***

[ 전면폭 1000mm x 4열 x 26단 ]

추가로 한 말씀드리겠습니다.

응축기의 용량이 같다고 가정했을때

전열면적이 증가하면 증발기 출구공기 온도가 내려가게되고 풍량 및 풍속이 줄게됩니다

풍량이 증가하면 증발기 출구공기 온도가 올라가게되고풍속이 증가, 전열면적은 감소하게됩니다.

여러모로 부족한 설명이지만... 여러분들에게 도움이 되었으면 합니다.

 

 

위에도 말씀드렸다싶이 가능한한 현장에서의 최적의 상태를 반영해 코일을 설계하셔야합니다.

 

그래서 계산도 수없이 반복에 검토를 하게되는 것입니다.

 

설계는 여러모로 힘들지만, 그만큼 성취감이 있는 일이죠?

 

제 부족한 글이 설계하는 여러분들께 작으나마 도움이 되길바라며 이만 마치겠습니다.

 

<출처:네이버오픈백과>