[공조냉동기계기사][냉동] 실기 기출문제

냉동능력 1.5rt인 냉동시스템의 증발기에서 냉매와 공기의 평균온도차가 8도로 운전되고 있다. 이 증발기는 내외 표면적비 7.5, 공기측 열전달률 46.5w/m2k 냉매측 열전달률 582w/m2k의 플레이트 핀 코일이고, 핀 코일 재료의 열전달 저항은 무시한다. 증발기 외표면적은 얼마인가?

냉동시스템의 증발기 외표면적을 구하기 위해, 냉동능력(열통과량)과 열통과율($U$)의 관계를 이용하여 단계별로 계산해 보겠습니다.

1. 주어진 조건 정리

• 냉동능력 ($Q$): $1.5 \text{ RT} = 1.5 \times 3.86 \text{ kW} = 5.79 \text{ kW} = 5,790 \text{ W}$
• 평균온도차 ($\Delta T_m$): $8^\circ\text{C}$ (또는 $8 \text{ K}$)
• 열전달계수:

• 공기측(외측, $h_o$): $46.5 \text{ W/m}^2\cdot\text{K}$
• 냉매측(내측, $h_i$): $582 \text{ W/m}^2\cdot\text{K}$

• 표면적비: $A_o / A_i = 7.5$
• 열전달 저항 ($R_{wall}$): $0$ (무시)

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2. 열통과율 ($U$) 계산

외표면적($A_o$)을 기준으로 한 열통과율 $U_o$의 공식은 다음과 같습니다.

 

$$\frac{1}{U_o} = \frac{1}{h_o} + R_{wall} + \frac{1}{h_i} \cdot \left( \frac{A_o}{A_i} \right)$$

주어진 수치를 대입하면:

 

$$\frac{1}{U_o} = \frac{1}{46.5} + 0 + \frac{1}{582} \cdot 7.5$$

 

$$\frac{1}{U_o} \approx 0.021505 + 0.012887 = 0.034392$$

 

$$U_o \approx 29.076 \text{ W/m}^2\cdot\text{K}$$

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3. 증발기 외표면적 ($A_o$) 계산

열량 전달 기본 공식 $Q = U_o \cdot A_o \cdot \Delta T_m$를 $A_o$에 대해 정리합니다.

 

$$A_o = \frac{Q}{U_o \cdot \Delta T_m}$$

 

$$A_o = \frac{5,790}{29.076 \times 8}$$

 

$$A_o = \frac{5,790}{232.608} \approx 24.89 \text{ m}^2$$

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