스크레이퍼형 아이스슬러리 제빙기의 특성에 관한 실험적 연구 = An Experimental Study on the Characteristics of an Ice Slurry Generator Using Scraper

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 공압으로 구동되어지는 스크레이퍼형 아이스슬러리 제빙기를 설계 및 제작하여 제빙기의 제빙특성을 살펴보았다. 스크레이퍼형 제빙기는 단관으로 구성된 입형 이중관식 열교환기이며, 외부관에는냉매가 흐르고 내부관에는 수용액이 병행류로 흐펀는 구조로 이루어져있으며, 제빙기 상부에는 공압 실린더가 장착되어 실린더에 공압이 상단과 하단으로 주기적으로 공급되어지면서 스크레이퍼를 상하 왕복운동을시컥준다. 스크레이퍼는 내부관보다 작은 직경으로 설계되었으며, 환봉및 505관을 이용하여 고정되었다.
우선 단관식 스크레이퍼형 아이스슬러리 제빙기의 특성을 평가하기위한 시험장비를 구축하고 제빙기의 냉동능력을 질량유량과 웅축온도 변화에 따라서 살펴보았으며, 이때 제빙기의 냉동능력과 시스템 특성을 분석하여 제빙기의 열전달특성을 파악할 기준시험조건을 선정하였다.
본 연구에서 사용된 단관식 스크레이퍼형 아이스슬러리 제빙기의 전열특성을 파악하기 위한 시험 변수로는 EG 수용액의 농도 변화와 유량변화에 따른 제뎅기의 제뎅특성을 살펴보았다. EG 수용액의 농도가 중가하면서 떵동능력은 감소하는 경향을 보였으나 유속변화 따라서는 떵동능력의 변화가 거의 나타나지 않았으며, 본 시험에서는 3G 수용액의 농* 석사학위논문(김민준)_페이지_005.TIF *도가 5.O~9.0 mass%로 증가하면서 냉동능력은 약 1,400 W에서 1,200W로 감소하는 경향을 보였다. 냉동능력을 기준으로 총괄열전달계수를분석하였으나 시험에서의 대수평균온도차가 일정한 경향을 보이지 않음으로 인해 총괄열전달계수를 정확하게 예측할 수 없었다.
또한 단관식 스크레이퍼형 아이스슬러리 제빙기 시험을 바탕으로 제뎅기의 내부관이 18개로 이루어진 입형 쉘앤튜브식(shell & tube) 제뎅기를 설계 및 제작하였으며, 이때 제빙기의 내경을 서로 다르게 제작(30,36 nun)하여 두 대의 제빙기를 병렬로 배치하는 시스템을 구성하고 제빙기의 냉동능력 및 열전달 특성을 전열면적 변화와 수용액 유량변화 그리고 농도변화에 따라서 살펴보았다. 단관에서 실험한 결과와 마찬가지로 EG 수용액 유량 증가는 제빙기의 벙동능력에 영향을 거의 미치지 않았다. EG 수용액 농도가 4.O~8.0 mass% 진해지면서 제빙기의 냉동능력은 28,500 W에서 26,500 W로 약 7% 감소하는 경향을 보였으며, 총괄열전달계수는 2,700 W/ma.K에서 2,450 W/ma.K로 약 9% 낮아지는 경향을보였다. EG 수용액의 농도가 8.0 mass%, 유속이 0.22 n#sec 일 때, 제빙기 내의 동관 직경이 36 mm일 때보다 30 mm 로 관 직경이 6 mm감소하면서 냉동능력은 약 26,400 W에서 25,300 W로 약 4.1% 감소하였으나, 총괄열전달계수는 2,3없 ~ 2,5없 W/ma.K으로 약 8.4% 증가함을알 수 있었다. 단관식 제빙기를 바탕으로 다관식 제빙기를 설계하여 제빙기의 제빙특성을 실험을 통하여 살펴보았으며, 이를 바탕으로 다양한제빙기의 용량설계가 가능할 것으로 예상되어진다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, heat transfer characteristics of the ice slurry generator are experimentally investigated for the ice slurry generating system with scraper which is pneumatically operated. Two kinds of ice slurry generators are designed which have a single tube type heat exchanger and shell & tube type heat exchanger respectively.
The ice slurry generator with a single tube type heat exchanger is a shape of a vertical double tube type. The refrigerant flows through an outside of the tube and EG solution is paralled that enter a bottom of the generator and leave a top of the generator. The experimentations are conducted under the various test conditions such as compressor speed, condenser cooling water temperature and EG concentration. For the above experimental conditions, heat transfer characteristics of the ice slurry generating system are evaluated in terms of the overall heat transfer coefficient and the heat transfer rate. The experimental results show that the heat transfer rate of the system is increased double as the compressor speed 1800 rpm to 3000 rpm, is decreased 20% as the condenser cooling water temperature increases from 26.5℃ to 36.0℃ and is decreased 20% as the EG concentration increases from 3.0 to 9.0 mass%.
Also the ice slurry generator with a shell & tube type heat exchanger has 18 tubes. The refrigerant flows in the shell side and EG solution flows in the tube side. The experimentations are conducted under the various test conditions such as EG solution concentration, flow rate of solution and inner tube diameter. For the above experimental conditions, ice making characteristics of the ice slurry generating system are evaluated in terms of the heat trandsfer rate and the overall heat transfer coefficient. The experimental results show that the heat transfer rate of the system is increased as the tube inner diameter increases and EG concentration decreases.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• 1. 연구의 배경 = 1
• 1.1 빙축열 시스템의 필요성 = 1
• 1.2 빙축열시스템의 종류와 특성 = 3
• 2.스크레이퍼형 제빙기의 연구동향 = 11
• 2.1 국내연구 동향 = 11
• 2.2 국외연구 동향 = 14
• 3. 연구 목적 및 내용 = 18
• Ⅱ. 단관식 스크레이퍼형 아이스슬러리 제빙기의 열전달 특성 = 19
• 1. 실험장치 및 방법 = 19
• 1.1 아이스슬러리 제빙기 = 19
• 1.2 공압구동장치 = 21
• 1.3 시험장치 = 22
• 1.3 실험데이터 해석을 위한 기초식 = 27
• 2. 실험결과 및 고찰 = 33
• 2.1 질량유량 변화에 따른 제빙기 특성 = 34
• 2.2 냉각수 온도 변화에 따른 제빙기 특성 = 37
• 2.3 EG 수용액 농도 및 유속 변화에 따른 전열특성 = 40
• 3. 실험결과에 대한 요약 = 42
• Ⅲ. 다관식 스크레이퍼형 아이스슬러리 제빙기의 제빙특성 = 44
• 1. 실험장치 및 방법 = 44
• 1.1 아이스슬러리 제빙기 = 44
• 1.2 시험장치 = 46
• 2. 실험결과 및 고찰 = 51
• 2.1 다관식 아이스슬러리 제빙기의 열전달 특성 = 51
• 2.3 수용액 유속 및 농도 변화에 따른 제빙특성 = 59
• 2.5 수용액 유속 및 동관 직경 변화에 따른 제빙특성 = 64
• 3. 실험결과에 대한 요약 = 69
• Ⅳ. 결론 = 71
• 참고 문헌 = 74
• ABSTRACT = 76
• 부록 = 78