[열역학설계] 물 에어컨 설계

소개글

[열역학설계] 물 에어컨 설계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 설계 목적

2. 설계추진 일정

3. 역할분담

4. 최초보고서 내용요약

5. 물 에어컨 조사

6. 물 에어컨의 역학적 결과 값

7. 물 에어컨 설계 및 결론

본문내용

을 선정하였으며, 그 외에 조사한 팬들도 나열하였다. 이런 이유에서 팬의 성능을 조사한 결과를 살펴보면 다음과 같다.
가) 팬의 개요
팬이 클수록 많은 양의 공기를 유입할 수 있으나, 팬이 클수록 중량에 따른 원심력을 팬이 받게 되고, 효율면에서 떨어진다. 그러므로 선택을 잘 못하면 효율이 떨어지게 되고 심하면 부하가 허용용량보다 증가하여 변속기에 흐르는 전류도 증가하게 된다. 만약 변속기의 용량이 부족하게 되면 대게의 경우 변속기가 모터로 가는 전원을 차단하고, 부하가 낮아질 때까지 기다리게 되지만, 일부 변속기(보호 회로가 없는)는 타 버리기도 한다. 보호 회로가 있다고 하더라도 대게 온도에 의한 감지를 하기 때문에 항상 보호 할 수 있는 것은 아니다. 그러니 적당한 팬의 선택이 중요하다고 할 수 있다.
나) 팬의 종류
① UF18J(C) Series
②UF25H(C) Series
③UF25G(C) Series
④ UF25G(CE) Series
5) 재료의 선택
관은 구하기 쉽고 값이 저렴하며 물을 사용하는 물에어컨의 단점인 부식을 보완해줄 수 있는 부식에 강한 구리관을 선정하였으며, 흡습제는 미세한 구멍이 많아 수분이나 기체를 잘 흡수하고 악취를 제거해주는 역할도 할 뿐만이 아니라, 팽창될 우려도 없고 액체로 변하지도 않는 실리카겔을 사용하며. 팬은 조사한 팬 중 가장 많은 유량을 낼 수 있는 UF25H(C) Series 을 선정하고, 팬이 요구하는 120W의 출력을 낼 수 있는 효율적인 모터로 400W의 출력을 내는 단상 유도전동기로 선정하였다.
6. 물에어컨 효율 계산
1) 제한조건
① 바람에 의한 물의 기화가 일어날 때, 오직 표면의 물과 구리관사이에서의 열교환 만 존재한다.
② 차가운 관 내부를 흐르는 건조공기는 반경방향으로도 뛰어난 속도로 혼합된다.
③ 관 내부를 이동하는 건조공기는 이론과 같은 뛰어난 열전도 능력을 가졌다.
④ 실내의 공간은 외부로부터 단열된 상태 또는 외부로부터 열의 유입이 없는 상태의 공간이다.
⑤ 실내의 공간은 25평형의 공간 주위로 외부로부터 단열되는 벽이 있으며, 높이는 2.3m 로 정한다.
⑥ 모터에서 나오는 공기의 유량은 손실 없이 기관의 단면적에 비례하여 유입된다.
⑦ 기관의 필요 동력에서 모터를 제외한 부분은 작은 역할(비중)을 하므로 무시한다.
2) 설계와 계산
① 최적의 관 길이 설계와 계산
32℃의 건조공기가 18℃의 구리관 내부를 통화할 때 건조공기가 구리관과의 열교환으로 차가운 건조공기가 되는 변화를 ‘COMSOL Multiphysics’ 로 설계해 보았다.
건조공기의 열전도도는 이고, 외관의 온도는 18℃이며, 유속은 관의 부피유량을 관의 단면적으로 나눈 1.64m/s이다. 이 외의 여러 식과 상수를 이용하여, 설계를 한결과 아래와 같이 제한조건 내에서 우리가 원하는 온도로 나올 수 있는 관의 길이를 구하였다.(그림 1)
관의 길이 : 27cm, 관의 직경 : 2cm
② 관으로부터 나오는 에어컨의 유량
유량 24의 성능을 가진 프로펠러를 사용하였을 때,
관으로 유입되는 유량의 계산 :
외관의 반지름 0.12m, 내관의 반지름 0.08m
제한조건에 관계하여, 내부로 유입되는 유량은
외부로 나오는 찬 공기의 유량
5.12
③ 유입되는 찬공기로 인한 방의 온도변화
방안의 뜨거운 공기와 기관으로부터 유입되는 찬공기의 열평형으로 인한 온도 변화를 계산하기 위하여, 방이 잃은 열량 = 찬공기가 잃은 열량의 열평형 식을 이용한다.
- 25평형 방의 공기의 질량 계산
25평=82.645, 높이=2.3m, 공기의 밀도 : 1.293
방안의 공기의 질량 : 245.8kg
- 열평형식으로부터 방안의 온도변화 계산
공기의 정압 열용량 : 0.24 이므로 식을 쓰면,
유입되는 찬 공기의 질량
열평형상태의 온도
식을 정리하면 가 되고, 이를 ‘polymath’를 이용하여 도시하면 아래의 그래프와 같이 나오게 된다.
그리고 여름 실내온도를 20℃로 유지하여 필요한 찬공기의 질량을 계산하면
- 방이 잃은 열량 :
- 공기가 뺏은 열을 이용한 질량 계산
④ 20까지 낮추는데 걸리는 시간.
위에서 구한 찬 공기의 필요질량으로부터 우리 기관의 유량을 이용하여 구한다.
즉 28도의 실내온도를 20도까지 낮추는데 우리의 기관은 여러 제한 조건하에서 80분이 걸리게 된다.
⑤ 20℃까지 낮출 때 전력량의 계산
팬을 돌리기 위한 전력량이 125W이고, 20℃까지 낮추는데 걸리는 시간이 80min이므로
만큼의 전력량을 사용하게 된다.
7. 물에어컨 설계
1)초기 설계
초기 설계 디자인으로는 하나의 관을 중심으로 설계하였는데, 가운데의 구리관 물을 뿌리고, 2개의 외관을 이용하여, 구리관 외벽의 물을 증발시키는 형태의 관으로 설계하였다.
2) 문제점 및 개선 방안
관의 굵기와 팬의 선택으로 인해 더 많은 유량을 필요로 했다. 많은 유량을 위하여 관의 지름을 넓히게 되면 건조공기의 온도변화가 작아져, 찬 건조공기의 유입을 할 수 없게 되기 때문에 COMSOL을 이용하여 적당한 지름에 어울리는 길이를 찾아 유량을 정하게 되었다. 또한 구리관 외부 물의 외부와 닿는 표면적을 넓히기 위하여 구리관은 나선형으로 굴곡을 만들었으며, 관과 바람과 닿는 면적을 높이기 위하여 방사형의 구리관 뭉치를 선택하였다. 그리고 방사형의 구리 관 뭉치는 최 외관에 베어링을 설치하여 회전이 가능하도록 하여 물이 모든 관에 넓게 닿을 수 있도록 하였고, 물은 관의 상단에 스프링클러를 설치하여 내부로 물을 뿌려 줄 수 있도록 설계 하였다. 또한 물의 유입은 그림 4처럼 외부기관의 상단에 설치하여, 찬물 또는 수돗물 등을 사용자가 갈아 줄 수 있도록 설계하였고, 상단에 설치한 이유는 펌프의 효율을 높이고, 중력을 이용하여 동력의 사용을 줄이기 위함이다. 그리고 내부기관에서 증발되지 않고 관의 바닥으로 떨어지는 물은 기관의 하부로 물이 고여서 안으로 유입되는 바람을 이용하여 바깥부분으로 나갈 수 있도록 설계하였다. 마지막으로 필터(제습, 방향, 공기정화)를 외부기관의 입구에 설치하여 필터의 교환이 자유로울 수 있도록 설계하였다.
3) 최종 설계 모형

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