KR19990039709A - 냉동시스템 설계방법 - Google Patents

냉동시스템 설계방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉동시스템 설계방법에 관한 것으로, 냉동시스템의 설계방법에 있어서, 입력부를 통해 입력되는 설계하고자 하는 냉동시스템의 부하에 따라 전체 냉동부하를 산출하는 냉동부하 산출스텝과, 미리 저장된 압축기사양에 대한 데이타중에 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 압축기를 선별하고, 이를 표시부를 통해 표시하는 압축기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 증발기 설계항목을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 증발기의 사양을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 증발기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 응축기 설계항목을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 응축기의 사양을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 응축기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 모세관의 내경을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 모세관의 길이를 계산하여 상기 표시부로 표시하는 모세관 설계스텝 및 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 냉매량을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 냉매량 산출스텝으로 이루어져, 새로운 냉동시스템의 설계기간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 개발비용을 절감시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

냉동시스템 설계방법
본 발명은 냉동시스템 설계방법에 관한 것으로, 특히 냉동시스템의 냉동부하에 따라 냉동싸이클을 구성하는 기기(예를 들면, 압축기, 응축기, 모세관, 증발기) 및 냉매량 등을 최적으로 설계할 수 있도록 한 냉동시스템 설계방법에 관한 것이다.
일반적으로, 냉동시스템은 고온의 열원과 저온의 열원 간의 열교환을 통해 고온의 열원으로부터 열을 제거함으로써, 소정공간 내의 온도를 설정된 소정온도로 냉장 또는 냉동시키는 것으로서, 이러한 냉동시스템의 동작과정은, 압축기의 압축작용에 의해 냉매가 고온고압의 기체로 압축되고, 고온고압으로 압축된 냉매가 응축기로 유입되면서 외부공기와 열교환되어 저온고압의 냉매로 냉각되어 액화되며, 응축기에서 액화된 저온고압의 액상냉매가 모세관을 통과하면서 증발하기 쉬운 저온고압의 무상냉매로 감압되어 증발기로 유입되고, 증발기를 통해 저온저압의 냉매가 증발기 내에서 증발하여 기화하면서 고온의 열원으로부터 열을 빼앗아 진공기로 열교환시킨다. 그 다음, 증발기에서 냉각된 저온저압의 기체냉매가 다시 압축기로 유입된 다음, 상기한 바와 같은 동작과정을 반복적으로 수행함으로써, 공간내의 온도를 소정온도로 유지시키게 되는 것이다.
한편, 상기한 바와 같은 냉동시스템은, 그 사용목적(냉장보관 또는 냉동보관)에 따라 소정공간 내의 온도가 정해지고, 이 온도를 유지시키기 위해 냉동시스템의 각 기기(압축기, 응축기, 모세관, 증발기)의 용량과 크기 및 길이 등이 설계되고, 냉매량 또한 설정된다.
상기한 냉동시스템의 전체적인 성능은 이들 각 기기(압축기, 응축기, 모세관, 증발기)의 성능에 의해서 뿐만 아니라, 이들 상호간의 연관성에 의하여 좌우되는데, 이러한 상호연관성은 냉동시스템을 이루는 각 기기의 작동요건 및 기하학적인 형상뿐만 아니라 냉매량과 깊은 관련이 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 냉동시스템을 새로 설계하는 데에 있어서, 각 기기의 크기, 용랑, 길이 등의 여러 가지 변수와 냉매량 등에 의해 변동되는 냉동싸이클의 성능을 예측하기가 어렵기 때문에, 새로운 냉동시스템을 연구하는 데에 있어서, 개발기간이 장기화되고, 개발비용이 상승되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 냉동시스템의 설계목표에 따라 각 기기의 크기, 용량, 길이 등의 여러 가지 변수와 냉매량 등을 자동으로 설정함으로써, 냉동싸이클의 성능을 예측하는 것은 물론, 새로운 냉동시스템의 개발기간을 단축시키고, 개발비용을 절감시킬 수 있는 냉동시스템의 설계방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉동시스템의 설계방법은, 냉동시스템의 설계방법에 있어서, 입력부를 통해 입력되는 설계하고자 하는 냉동시스템의 부하에 따라 전체 냉동부하를 산출하는 냉동부하 산출스텝과, 미리 저장된 압축기사양에 대한 데이타 중에 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 압축기를 선별하고, 이를 표시부를 통해 표시하는 압축기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 증발기 설계항목을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 증발기의 사양을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 증발기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 응축기 설계항목을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 응축기의 사양을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 응축기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 모세관의 내경을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 모세관의 길이를 계산하여 상기 표시부로 표시하는 모세관 설계스텝 및 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 냉매량을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 냉매량 산출스텝으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 냉동시스템 설계방법을 수행하기 위한 하드웨어의 개략적인 블럭구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 냉동시스템을 설계하는 동작과정을 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 입력부 120 : 제어부
130 : 모니터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 냉동시스템의 설계방법을 수행하기 위한 하드웨어의 개략적인 블럭 구성도로서, 입력부(110), 제어부(120) 및 표시부(130)로 구성된다.
도 1에 있어서, 입력부(110)는 설계하고자 하는 냉동시스템의 각 기기를 설계하기 위한 각 항목값들을 입력시키기 위한 것이고, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력되는 항목값들에 의해 냉동시스템의 각 기기(압축기, 응축기, 모세관, 증발기)의 사양을 최적으로 설계하고, 이를 표시하기 위한 제어신호를 발생한다.
그리고, 표시부(130)는 제어부(120)로부터의 제어신호에 의해 설계된 냉동시스템의 각 기기에 대한 최적의 사양을 표시한다.
상기한 바와 같이 구성된 하드웨어를 통해 본 발명에 따른 냉동시스템 설계방법의 동작과정에 대하여 도 1과 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 설계자가 설계하고자 하는 냉동시스템의 냉동부하를 산출하기 위해 입력부(110)를 통해 냉동시스템의 각 부하(바람직하게는, 벽체부하, 가스켓부하, 도어부하, 전열장치부하, 물품의 실부하 등)를 입력한다.
상세하게는, 설계자가 설계하고자 하는 냉동시스템의 벽체부하, 즉 냉동시스템의 벽체를 통해 전달되는 부하를 계산하기 위해 입력부(110)를 통해 벽체부하 계산을 위한 항목(예를 들면, 내장, 충진재, 외장의 재질 및 두께 등)을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 벽체부하 계산항목에 따라 벽체를 통한 열침투 부하량을 계산한다(스텝 210).
이때, 각 재질에 따른 열전도율은 하기 표 1에 나타낸 바와 바와 같고, 벽체를 통한 열침투 부하량(Q)은 하기 수학식 1에 의해 게산되며, 계산된 열침투 부하량(Q)는 표 2에 나타낸 바와 같다.
상기 수학식 1에서 Q는 침임열량(Kcal/h), Q1는 벽면의 대류 열전달량(Kcal/h), Q2는 복합벽에서의 열전도량(Kcal/h), Q3는 고내의 대류 열전달량(Kcal/h), Rth는 복합벽에서의 열저항(Thermal Resistance ant Composite Wall(㎡h℃/Kcal)), U는 과열전송상수(Overall Heat Transfer Codfficient(Kcal/㎡h℃)), hc는 벽면의 열전달율(Kcal/㎡h℃), hi는 고내의 열전달율(Kcal/㎡h℃), △T는 실내공기와 고내와의 온도차(℃)를 각각 의미한다.
그리고, 설계자가 설계하고자 하는 냉동시스템의 가스켓부하, 즉 냉동시스템의 도어를 감싸고 있는 가스켓을 통해 고내로 침투하는 부하를 계산하기 위해 입력부(110)를 통해 가스켓부하 계산항목(예를 들면, 가스켓의 두께와 폭 등)을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 가스켓부하 계산항목을 이용하여 가스켓을 통한 열침투 부하량을 계산한다(스텝 212).
이때, 가스켓을 통한 열침투 부하량은 하기 수학식 2에 의해 계산되고, 일예로서 냉장기준인 경우 가스켓을 통한 열침투 부하량은 표 3에 나타낸 바와 같다.
상기 수학식 2에서 U = 1(1/hi+ δ/k + 1/hc)로서, hi는 고내표면 열전달율, δ는 가스켓의 두께, k는 가스켓의 열전달율, hc는 표면과 외기와의 열전달율을 각각 의미하고, A는 가스켓의 단면적, △T는 외기와 고내와의 온도차를 각각 나타낸다.
그리고, 설계자가 설계하고자 하는 냉동시스템의 도어부하, 즉 도어개폐시에 냉동시스템 내로 첨투하는 부하를 계산하기 위해 입력부(110)를 통해 도어부하 계산항목(예를 들면, 설정된 소정시간(예를 들면, 24시간) 동안의 도어개폐횟수)을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 도어부하 계산항목을 이용하여 도어를 통한 열침투 부하량을 계산한다(스텝 214).
이때, 도어를 통한 열침투 부하량은 하기 수학식 3에 의해 계산된다.
상기 수학식 3에서 E는 외기와 고내와의 엔탈피(Enthalphyr), V는 고내의 용적, n은 도어개폐횟수를 각각 의미한다.
그리고, 설계자가 설계하고자 하는 냉동시스템의 전열기부하과, 즉 냉동시스템에 설치되는 전열기구(예를 들면, 제상히터, 응축기 팬모터 및 고내등 등)로부터 발생되는 부하를 계산하기 위해 입력부(110)를 통해 전열기부하 계산항목(예를 들면, 증발기 팬모터, 히터, 고내등의 정격용량 및 사용할 때간 등)을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 전열기부하 계산항목을 이용하여 전열기를 통한 열침투 부하량을 계산한다(스텝 216).
이때, 전열기를 통한 열침투 부하량은 하기 수학식 4에 의해 계산되고, 고내 전열기구에 의한 부하량은 하기 표 4에 나타낸 바와 같다.
그리고, 설계자가 설계하고자 하는 냉동시스템 내에 저장되는 물품의 실부하를 계산하기 위해 입력부(110)를 통해 실부하 항목(예를 들면, 냉동시스템 내에 저장되는 물품의 비열과 중량)을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 물품의 실부하 계산항목을 이용하여 실부하에 따른 열침투 부하량을 계산한다(스텝 218).
여기에서, 입력부(110)를 통해 냉동시스템 내에 저장되는 물품의 실부하를 입력하고, 이에 따라 냉동시스템의 전체 냉동부하를 산출함으로써, 냉동시스템의 냉동부하를 정확하게 산출할 수 있다.
한편, 설계자는 설계하고자 하는 냉동시스템의 고내온도와, 냉동시스템이 설치되는 공간의 실내온도를 입력한다(스텝 220).
다음에, 제어부(120)는 상기 각 스텝(210 내지 220)을 통해 계산된 각 부하를 합산하여 전체 냉동부하를 산출하고(스텝 222), 입력부(110)를 통해 입력된 각 항목들을 저장하는 힌편, 이를 표시하기 위한 제어신호를 발생하며, 제어부(120)로부터의 제어신호애 의해 표시부(130)를 통해 상기 스텝(222)에서 산출된 냉동부하의 전체부하량이 표시된다(스텝 224).
그 다음, 설계자가 상기 스텝(222)에서 산출된 전체 냉동부하를 충족시키는 압축기를 설계하기 위해 입력부(110)를 통해 압축기 설계항목(바람직하게는, 냉동시스템의 증발온도와, 운전여유율, 냉매의 종류 및 정격주파수)을 입력하면, 제어부(120)는 미리 저장된 압축기 사양에 대한 데이타 중에서 입력부(110)를 통해 입력된 압축기 설계항목에 상응하는 압축기를 선별하여 이를 표시하기 위한 제어신호를 발생하고(스텝 226), 제어부(120)로부터의 제어신호에 의해 선별된 압축기의 사양(예를 들면, 압축기의 모델, 냉동력, 1회토출량, 크기, 무게 등)이 표시부(130)를 통해 표시된다(스텝 228).
여기에서, 증발온도는 냉동시스템의 고내온도 보다 높게 입력해야 하고, 운전여유율은 설계하고자 하는 냉동시스템의 신뢰성을 고려하여 0∼100%까지 입력할 수 있으며, 설계하고자 하는 냉동시스템에 적용하고자 하는 냉매의 종류(예를들면, R-12 또는 R-134a)를 입력하고, 설계하고자 하는 냉동시스템에 사용되는 정격주파수(예를 들면, 50Hz 또는 60Hz)를 입력한다.
그 다음, 설계자가 상기 스텝(222)에서 산출된 전체 냉동부하를 충족시키는 증발기를 설계하기 위해 입력부(110)를 통해 증발기 설계항목(바람직하게는, 대류열전달계수, 덕트의 크기, 판두께, 핀수, 핀높이, 튜브내경, 튜브두께, 건도, 열수, 단 수 등)을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 증발기 설계항목을 이용하여, 증발기의 표면적, 체적, 튜브길이 및 팬풍량을 설계하여 이를 표시하기 위한 제어신호를 발생하고, 제어부(120)로부터의 제어신호에 의해 표시부(130)를 통해 설계된 증발기의 사양이 표시된다(스텝 230).
여기에서, 건도란 튜브 내를 흘러가는 냉매의 습증기 함유율을 말하는 것으로, 액체일 때 1, 기체일 때 0을 기준하여 설계조건에 적당하도록 입력하는데, 일반적으로 증발기의 건도는 0.3% 정도를 입력하고, 열수는 튜브의 열 수를 말하며, 단수는 튜브의 단 수를 말한다.
그리고, 설계자가 상기 스텝(222)에서 산출된 전체 냉동부하를 충족시키는 응축기를 설계하기 위해 입력부(110)를 통해 응축기 설계항목(증발기 설정항목과 동일함)을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 응축기 설계항목을 이용하여, 응축기의 표면적, 체적, 튜브길이 및 팬풍량을 설계하여 이를 표시하기 위한 제어신호를 발생하고, 제어부(120)로부터의 제어신호에 의해 표시부(130)를 통해 설계된 응축기의 사양이 표시된다(스텝 232).
그리고, 설계자가 상기 스텝(222)에서 산출된 전체 냉동부하를 충족시키는 모세관을 설계하기 위해 입력부(110)를 통해 모세관의 내경을 입력하면, 제어부(120)는 입력부(110)를 통해 입력된 모세관의 내경에 따라 모세관의 길이를 계산하여 이를 표시하기 위한 제어신호를 발생하고, 제어부(120)로부터의 제어신호에 의해 표시부(130)를 통해 계산된 모세관의 길이가 표시된다(스텝 234).
또한, 제어부(120)는 상기 스텝(222)에서 산출된 전체 냉동부하를 충족시키는 냉매량을 계산하여 이를 표시하기 위한 제어신호를 발생하고, 제어부(120)로부터의 제어신호에 의해 계산된 냉매량이 표시부(130)를 통해 표시된다(스텝 236).
한편, 입력부(110)를 통해 입력되는 항목은 제어부(120)의 내부메모리에 저장되어, 차후에 새로운 냉동시스템의 설계시에 저장된 데이타를 활용된다.
따라서, 본 발명을 이용하면, 설계하고자 하는 냉동시스템의 냉동부하를 충족시키는 각 기기의 사양 및 냉매량이 표시부를 통해 표시되므로, 새로운 냉동시스템의 설계기간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 개발비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 냉동시스템의 설계방법에 있어서, 입력부를 통해 입력되는 설계하고자 하는 냉동시스템의 부하에 따라 전체 냉동부하를 산출하는 냉동부하 산출스텝과, 미리 저장된 압축기사양에 대한 데이타 중에 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 압축기를 선별하고, 이를 표시부를 통해 표시하는 압축기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 증발기 설계항목을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 증발기의 사양을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 증발기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 응축기 설계항목을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 응축기의 사양을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 응축기 설계스텝과, 상기 입력부를 통해 입력되는 모세관의 내경을 이용하여 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 모세관의 길이를 계산하여 상기 표시부로 표시하는 모세관 설계스텝 및 상기 냉동부하 산출스텝에서 산출된 냉동부하에 적합한 냉매량을 계산하여 상기 표시부로 표시하는 냉매량 산출스텝으로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉동시스템 설계방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉동부하 산출스텝은 상기 입력부를 통해 입력되는 물품의 실부하를 더 참조하여 상기 냉동시스템의 전체 냉동부하를 산출하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템 설계방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입력부를 통해 입력되는 각 설계항목을 내부메모리에 저장하여 새로운 냉동시스템의 설계시에 미리 저장된 데이타자료로 활용하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 설계방법.
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