열교환기

목차

I. 서론
- 문제해석

II. 본 론
1. 열교환기의 목적 및 종류
2. Shall & Tube 증발기의 구성
3. 냉매의 특성
4. Shall & Tube 증발기의 원리를 이용한 냉동원리
⑴ 증발기
⑵ 응축기
⑶ 압축기
⑷ 팽창벨브
5. 과제 설계 과정

III. 결론
■ 과제 설계 결과
- 각 subsystem에 대한 열교환(heat exchangers), 펌프(pumps), 파이프간 결합(interconnecting piping)을 나타낸 도식
- 적절히 특정한 질량유량, 열교환율과 각 subsystem에 필요한 동력

본문내용

능하다. 또한 260℃ 이상의 고온이나 30기압이상의 고압용으로 적용범위가 매우 넓고 신뢰성과 효율성이 좋기 때문에 원통다관형 열교환기는 활용분야가 넓으며 전체 산업용 열교환기의 60% 이상을 차지하고 있다.
Shell and Tube 냉각기의 주 목적은 열을 교환하는 것이다. Shell and Tube에 사용 된 주된 개념은 튜브들의 모음으로 되어 있는 많은 수의 튜브를 사용한다는 것이다. 냉매가 팽창장치를 지나가게 되면서 점진적으로 증발하게 되는데, 이때 잠열을 통해서 쿨링효과가 증발기에서 일어나게 됩니다.
Shell and Tube 냉각기를 통과한 물과 글리세롤 혼합물은 들어올 때와 비교했을때 낮은 온도를 나타내게 된다. 이것은 건조한 유형 또는 직접 확장 증발기로 알려져있다.
건조한 유형과 직접 확장식의 전형적인 형태는 아래 그림과 같다.
2. Shall & Tube 증발기의 구성
증발기는 냉매와 냉각시키는 대상에 대한 흐름과 전달 구성에 따라 최적의 열전달과 보호 단열기능을 가지고 있다. 다량의 튜브 모음은 steel shell의 용접되어 있고 스틸과 캡도 shell에 용접되어 있다. 차가운 냉매를 공급해주는 관은 수직적 또는 수평적으로 연결되어 있다.
3. 냉매의 특성
냉동의 원리를 알아보기 전에 이번 문제에 사용된 R-134a를 조사해보았다.
■ 냉매가 가져야 할 특성
1. 저온에서 증발할 것.
2. 간단하게 기체와 액체가 될 것.
3. 독성이 없을 것.
4. 증발일이 클 것.
5. 금속을 침투 하지 않을 것.
이번 문제에서 사용하는 R-134a 냉매는 주로 차량공조 기기와 냉장고에 사용된다.
■ R-134a 냉매의 특성
R-134a
분자량
비점
증기압(25℃)
증발잠열
연소성
102.3
-26.15
0.67Mpa
197.6kJ/kg
불연성
4. Shall & Tube 증발기의 원리를 이용한 냉동원리
냉동기는 다음 그림과 같은 냉동사이클을 가지고 작동한다.
⑴ 증발기
[증발=액체->기체]
냉매의 액체가 주위의 열을 흡열하여 증발하는 기기를 증발기라고 하는데, 이때 증발기의 열용량 계산은 다음과 같은 식을 이용하면 된다.
열용량
Shell and Tube 증발기가 물과 글리세롤의 혼합물을 통과할 때 냉매에 열을 빼앗긴 온도가 낮은 혼합물이 되어 빠져나간다.
⑵ 응축기
[응축=기체->액체]
응축기의 역할은 압축기를 거쳐나온 고온 고압의 기체냉매를 차갑게 냉각된 저온의 액체냉매로 변화시키는 것이다. 증발기에서 빼앗은 열을 포함한 기체냉매는 응축기를 통과하면서 차갑게 냉각되기 때문에 기체냉매가 액체냉매로 변하면서 열은 외부로 발산된다. 응축기 입구에서는 고온 고압의 기체 냉매가 응축기 내부로 통과하는 사이에 냉각되어 응축기 출구에서는 저온 고압의 액체로 변하게 된다.
⑶ 압축기
tube 안의 냉매가 냉장실을 거치면서 낮은 압력의 기체로 변한 것을 높은 압력의 기체로 변환시켜 다시 응축기로 전달하는 기관이다. 압축기는 유체를 압축하여 유체에 기계적 에너지를 가한다는 점에서 펌프와 원리와 기본적으로 같지만, 펌프는 액체를 압축하는 것이고 압축기는 기체에 압력을 가하여 압력과 속도를 변환시킨다는 점에서 펌프와 구별된다.
⑷ 팽창벨브
냉매의 압력을 낮게 하여 낮은 온도에서 증발 할 수 있도록 하며, 또한 냉매의 유량조절을 하는 기기이다. 응축기와 증발기에서 사용하는 잠열의 종류는
액체->기체로 변화하는 증발열
기체->액체로 변화하는 응축열이다.
5. 과제 설계 과정
■ Given
① 정상상태, ② capacity=100kW, ③
■ Find
질량유량, 열교환율, 각 subsystem에 필요한 동력
■ Assumption
, ,
,
134a의 비열조건 ⇒ 1기압, 30℃일 때 0.8799kJ/kgK
100kW = 100kJ/s = [K=()]
=
■ Analysis
↑
물로의 열전달을 구하려면 경계가 열전달 경로에 놓이도록 검사체적을 설정해야한다. 모든 가정을 적용하면 단일 흐름 정상 유동계의 에너지 평형은 다음과 같은 식으로 단순화된다.
결 론
■ 과제 설계 결과
- 각 subsystem에 대한 열교환(heat exchangers), 펌프(pumps), 파이프간 결합(interconnecting piping)을 나타낸 도식
- 질량유량, 열교환율과 각 subsystem에 필요한 동력
, ,
과제를 수행하면서 모든 식을 만족하도록 설계하는데 중점을 두었으며, 실제 생활에서 사용되는 제품들의 수치와도 비슷하게 설계 결과가 도출될 수 있도록 가정을 하였다.

키워드

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