초저온 용기 설계 한글파일

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초저온 용기 설계 한글파일에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차

1. 설계 조건

2. 모형 그림

3. Inner vessel

4. 용기 사이즈 결정 및 단열 두께 결정

5. outer vessel

6. support system

7. 부하계산

8. linde cycle

9. 고찰


<출처 및 참고문헌>

본문내용

30.427 W 로 약 4배정도 차이가 나지만 냉동기로 충분히 제거 가능한 부하이므로 위 결정에 따라 냉동기 설계를 하겠다.
5. outer vessel
Linde engineering 회사에서 나온 Cryogenic Standard Tanks 책을 보면 outer vessel 금속 종류를 carbon steel로 사용하는 것을 확인하여 이것을 사용하였습니다. 두께는 <한국산업안전공단 울산산업안전기술지도원 - 압력용기 검사기준>을 보고 두께를 구하였습니다.
+ α [mm]
+ α [mm]
P : 설계압력(㎏f/㎠), Di : 용기내경(㎜)
σ : 재료의 허용인장응력(㎏f/㎟)
η : 용접이음효율[1.0(R/T 100%), 0.95(R/T20%), 0.7(R/T 0%)]
, 반타원체의 형상에 따른 계수
Di : 부식후의 경판의 안쪽면에서 잰 타원의 긴 지름(mm)
h : 부식후 경판의 안쪽면에서 잰 타원의 짧은 지름의 1/2(mm)
α : 부식여유(탄소강 및 저합금강 1.0㎜, 스테인레스강 0㎜)
위 조건에 맞는 값을 구하면
[mm]
[mm]

6. support system
출처 - 현대 HYSCO
내부 용적이 400L이고 나머지 고려할 무게는 설계조건에서 150kg이므로 총 550kg을 견딜수 있는 인장강도를 가지고 있어야 합니다. 그러므로 페라이트 계열의 철근을 사용하고, 안정율을 고려하여서 550kg이 넘는 무게를 견디는 철근의 양을 사용 하도록 계산을 하였습니다. 그러므로
단면적이 1mm²인 철근 7개를 윗부분에 달면 support system이 만들어 집니다.
7. 부하계산
① 실린더 전도
진공파우더 단열재 k = 0.0017
dT = (300-77.3) = 222.7
부하가 가장 낮을 때 실린더 두께를 보면 두꺼우므로 적절하다고 생각되는 부분을 선택 하였고 그때의 두께가 0.04 m이다. 따라서 실린더를 통한 부하는 30.427 W로 계산되었다.
② 서포터
철근의 열전도도 K=80.2 W/mK A=
-> 3.126W
③리드선 부하
T[K]
Copper
Stainless steel
Constantan
76
68.6
0.317
0.875
77
69.13
0.325
0.892
80
70.7
0.349
0.943
300
162
3.06
5.16
- Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements p 514-515 쪽을 참조하여 위의 표를 작성함.
-리드선의 길이는 inner vessel의 전체높이에서 10% 부분인 0.06835 m 로 계산하였다.
(1) stainless-steel tube :
(2) 20copper leads :
- Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements p. 74쪽을 참조하여 Copper lead 와 phosphor-bronze lead의 넓이를 0.0127로 사용함.
8 phosphor - bronze leads :
(3)
(heat flux for a pair of ptimally sized conductors, 290-4K)
- Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements p 69 쪽을 참조하여 위의 식을 사용하게 됨.
리드선을 통한 총 부하 = 1.3 W
8. Linde cycle 설계
총부하가 34.853 W가 나왔으나 안전율을 고려하여 40W 로 계산하였습니다. 40W를 kJ/h 로 환산하면 144kJ/h 가 나왔습니다. 아래의 식을 통해서 유량을 구하였고 유량을 통해 h4 의 값을 구하였습니다.
- 위의 조건범위는 Cryogenic Process Engineering p 113, Example 4.3을 참고 하였다.
- 1지점에서 온도와 압력 290K, 0.05MPa,
2지점에서의 온도와 압력 290K, 10.1MPa
q지점에서 온도와 압력 71.9K, 0.05MPa
9. 고찰
초저온 공학을 배우지 못한 이유 때문인지 초저온 시스템 설계를 하면서 많이 부족한 느낌을 많이 받았습니다. 먼저 저희가 초저온에 대해서 완전히 파악을 못한 것이 문제 인거 같았습니다. 위의 설계는 오차가 많이 나올 것이라고 예상 됩니다. 서포터 시스템으로 열전도도가 높은 철근을 사용한 것, 제일 적당한 재료를 사용 하였는가? 그리고 복사열을 제외하고 계산을 한 것도 있습니다. 그리고 파우더 인슐레이션을 사용하지 말고 다른 단열법을 사용하였으면 어떻게 달라질지에 대해서도 생각해 보았습니다. 부하를 계산하였지만 1차 발표 때 다른 조와 차이가 많이 나서 저희조의 잘못된 점을 깨닫게 되었습니다. 간단한 용기를 제작하는 것이 이렇게 어려운줄 몰랐고, 부족한 점이 많다고 생각했습니다.
<출처>
- 영진 엔지니어링 & 히터 - 압력용기 두께 계산 방법
- 에너지관리공단 - 압력용기 검사기준
- cryogenic process engineering
- LNG(Liquefied Natural Gas) 저장탱크 설계 기술 현황
- 린데 엔지니어링 Cryogenic Standard Tanks (http://www.linde-engineering.com/internet.global.lindeengineering.global/en/images/P_3_3_e_12_150dpi19_5774.pdf)
- 한국산업안전공단 울산산업안전기술지도원 - 압력용기 검사기준
- 현대 HYSCO - 알기쉬운 철과 강
- www.lapesa.es (초저온 탱크 회사) - cryogenic tanks catalogue
- Mansu Seo, Sangkwon Jeong, Improved pressureolumeemperature method for estimation of cryogenic liquid volume
- 최동준, 오정택, 단열을고려한초저온액체질소저장탱크의지지대용접부설계
- 김익수, 극저온 저장용기의 단열효율향상에 관한 연구
- BSI(British Standards), Cryogenic vessels Static vacuum insulated vessels

키워드

초저온,   초저온 용기,   초저온 설계,   냉동공학,   저온용기,   압력 용기,   cryogenic,   cryostat