직팽식증발기 코일설계

직팽식 증발기, 공랭식 응축기 코일 설계

 

이번 집필에는 증발기 코일설계에 대해 적겠습니다.

 

증발기 코일 설계에 앞서 증발기 코일 설계에 필요한 몇가지 사항이 있습니다.

 

일단 증발기&응축기의 용량, 그리고 증발기&응축기를 놓을 곳의 전면면적, 외기온도

그리고 증발기 입구공기온도 등이 필요합니다.

 

일단 용량은 냉매선도를 그려서 나오는건 알고 계실거라 믿지만

 

Qe(증발기) = G x (h1-h4)

 

Qc(응축기) = G x (h2-h4)

 

G는 냉매순환량이며 h1은 압축기 입구의 엔탈피

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.

 

증발기 코일 전면면적을 1m(w) x 0.5m(h) 로 가정

응축기 코일 전면면적을 1m(w) x 1m(h) 로 가정합시다.

 

증발기 용량을 10,000 Kcal 로 가정하고

응축기 용량을 13,000 Kcal 로 가정합시다.

 

증발온도를 5℃

응축온도를 45℃로 잡습니다. (응축온도는 외기온도에 12~15도 가량 차이가 나게 잡습니다.)

 

증발기 입구공기온도를 25℃

응축기 입구공기온도를 30℃로 잡습니다.

 

 

 

설계에 필요한 모든 조건이 나왔습니다. 이제 시작해보겠습니다.

 

 

증발기 풍량 = 단면적 x 유속

0.5m^2 x 2.5m/s x 3600s = 4500m^/h

 

증발기 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 = 10000 Kcal/h / (4500m^3/h x 1.2kg/m^3 x 0.24 kg/℃) = 7.72℃

출구온도 = 20℃ - 7.72℃ = 12.28℃

 

 

증발기 전열면적을 구하는 공식

대수 평균 온도차를 사용합니다.

 

대수평균온도차는 대향류와 향류형이 있습니다. 대향류가 효율이 더 좋기때문에 밑에

LMTD공식은 대향류 공식입니다.

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

T 는 증발온도

t1 은 증발기 입구공기 온도

t2 는 증발기 출구공기 온도

 

((20℃-5℃)-(12.28℃-5℃)) / ln((20℃-5℃)/(12.28℃-5℃)) = 10.68 LMTD

 

 

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

Q = 열량

A = 전열면적

K = 전열계수 (보통 응축기도 마찬가지지만 일반적으로 20~30사이를 줍니다.)

LMTD = 대수평균온도차

 

A = 10000Kcal/h / (30 kcal/mh x 10.68LMTD) = 31.21m^2

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

 

31.21m^2 x 1.2 = 37.45 m^2

 

전열면적이 나왔습니다 이걸 핀튜브에 적용시켜야겠네요.

 

핀튜브 면적구하기

기타 여러 핀튜브가 있겠지만 일례를 들어 하나만 잡고 설명하겠습니다.

 

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

 

저 위에 전면면적할때

길이가 1m 높이가 0.5m 였군요

몇단이 나오는지 계산을 해보죠

500mm / 25mm = 20단

 

단수가 나왔습니다. 이제 한열의 전열면적을 구해보도록 합시다.

 

한열당 튜브의 면적 = (3/8in x 0.254m)x 3.14 x 1m x 20 = 0.59817m^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 20 = 9.119626369 m^2

 

한열의 전열면적 = 9.119626369 m^2 + 0.059817 m^2 = 9.717796369 m^2

 

 

한열의 전열면적이 나왔습니다.

 

 

우리가 필요한 전열면적은 37.45m^2

 

37.45m^2 / 9.717796369m^2 = 3.85 열

 

4열이 되겠습니다.

 

 

 

 

***증발기 코일 ***

[ 전면폭 1000mm x 4열 x 20단 ]

추가로 한 말씀드리겠습니다.

증발기의 용량이 같다고 가정했을때

전열면적이 증가하면 증발기 출구공기 온도가 내려가게되고 풍량 및 풍속이 줄게됩니다

풍량이 증가하면 증발기 출구공기 온도가 올라가게되고풍속이 증가, 전열면적은 감소하게됩니다.

 

 

<출처:네이버오픈백과>