4조-프리즌브레이크

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 배기식 건조기용 제습 장치

영문 : Dehumidifier for ventilation type clothes Dryer

과제 팀명

프리즌브레이크

지도교수

나영승 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2019XXX0** 주**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2018XXX0** 김**

서울시립대학교 기계정보공학과 2018XXX0** 윤**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 1인 가구 증가에 따라 원룸 등 협소한 공간에서 많이 사용되는 미니 건조기에 장착할 제습 장치를 개발하는 것을 목표로 합니다. 미니 건조기는 대부분 배출되는 습기로 인해 사용 공간의 습도가 높아지는 문제를 일으키고 있습니다. 이를 해결하기 위해 건조기의 배출 습기를 흡수하는 장치를 개발하고자 합니다. 특히, 본 개발 장치는 배출 습기를 효율적으로 흡수할 뿐만 아니라, 추가적으로 흡수되지 못한 잔여 습기를 활용하여 스타일러와 유사한 기능을 제공합니다. 옷걸이 형태로 연결되는 구조에 진동 모터를 탑재하여, 옷의 주름을 펴고 탈취하는 역할을 수행할 수 있도록 설계될 예정입니다. 이를 통해 미니 건조기를 사용하는 소비자들에게 보다 쾌적한 환경과 편리한 의류 관리 솔루션을 제공할 것입니다.

개발 과제의 배경

내용

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

열 교환기 설계에서 건조기에서 나오는 유량을 계산하여 총 열전달에 필요한 면적을 구하는 것이 목표이다.

이를 구하기 위해 건조기에서 시간 당 배출하는 수분의 양을 실험을 통해 알아내었다. 한 시간에 0.5L의 수분이 모두 증발됨을 확인하였다. 또한, 건조기 배출구에서의 온도는 약 60도 정도로 알려져 있다. 60도에서 상대습도 100%인 공기는 130.5g/m^3의 수증기를 포함하며, 역산을 통해 체적 유량 계산할 수 있다.

위　공식을　통해　체적유량이 1.064L/s이므로　３시간에 11491.2L를　배출한다．　또한，　이상기체　상태　방정식을　통해　적절한　밀도를　예측할 수 있다.

PV=nRT

위　공식을　통해　구한　밀도로　계산한　공기의　질량　유량은　1.126g/s가　예상된다． 일반적인　600W　건조기에서　사용하는　블로어는　분당 50~100L 정도의　공기를　배출하므로　이는　타당한　예측이라고　볼　수　있다． 해당하는　질량　유량을　바탕으로　공기가　잃는　열량을　예측할　수　있다．　해당　유체의　열　교환기의　입구　온도를　６０도라고　생각하고，　１５도　낮아진　４５도의　출구　온도를　가진다면，　다음　공식을　통해　단위　시간당　열량을　구할　수　있다．

C_p m/t Δt=Q/t

여기서，　단위　시간당　열량은 16.97W, 대략　17W임을　알　수　있다． 알루미늄　튜브를　통해　해당　유체의　유로를　설계할　것이다．　시중에　판매하는　적절한　직경의　알루미늄　튜브인　내경 28mm,　외경이　30mm인　제품을　발견해　이를　사용할　것이다． 해당　튜브의　직경과　체적유량을　통해　유체의　속도를　계산할　수　있다．

Q/t = Av

위　공식을　통해　공기의　속도는 1.72m/s임을　알　수　있고，　해당　유속과　공기의　온도，　튜브의　직경으로　레이놀즈　수를　계산할　수　있다．

Re=ρVD/μ

위　공식을　통해　레이놀즈　수는　2440,　천이　과정임을　알　수　있다．　또한，　해당　유체의　대류　열전달　계수를　구하기　위해　다음　식을　사용할　수　있다．６０도의　공기는 1.06kg/m^3의　밀도, 20.92 * 10^(-6) m^2/s의　동　점성　계수를　가진다는　사실을　바탕으로

h=Nu*K/D

Nu=0.023*Re^0.8*〖Pr〗^0.4

Pr=C_p μ/k

따라서，　프란틀　수는　0.809，　누셀트　수는　10.83 임을　구할　수　있고，　이를　통해　구한　대류　열전달　계수는 10.06W/m^2임을　예상　가능하다．　해당　레이놀즈　수　범위의　실제　공기의　대류　열전달　계수는　5~25W/m^2 K임을　생각하면　충분히　타당한　값임을　확인할　수　있다． 위에서　계산한　공기의　대류　열전달　계수와　단위시간당　잃는　열량으로　튜브의　표면적을　구할　수　있다． Q/t = hALMTD

여기서，　케이스에　들어가는　물의　양을　계산하기　위해　케이스의　설계를　통해　부피를　계산하면，　가로　350mm，　세로　150mm，　높이　380mm의　직육면체로　설계해　총　19kg의　물이　들어갈　것으로　예상된다．　여기서，　물이　얻는　열량과　공기가　잃는　열량이　같다는　예상　하에　다음과　같은　식을　유도할　수　있다．

Q=C_물 m(T-15)=C_공기 m(60-45)

여기서　최종　온도는　21.9도，　약　22도　정도로　예상할　수　있고，　이를　기반으로　LMTD를　구하면 LMTD=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)

즉，　32.78임을　알　수　있고，　따라서　열전달　표면적은 0.0516m^2, 튜브의　길이는　약 55cm 정도로 설계할　수　있다．

하지만，　계산된　열전달　계수와　유량　등의　불확실성，　응결된　수증기，　예상치　못한　성능　저하　등　여러　요인들이　실제　상황에서　발생할　수　있기　때문에　이를　고려하여　안전계수를　설정하듯　튜브의　길이를　대략　두　배인 1.2미터로　설정하여　여러 성능 저하 문제를 해결하고자　한다．

<Star-ccm+ 시뮬레이션 해석 결과> 파일:프리즌브레이크 그림1 파일:프리즌브레이크 그림2

수증기를 함유한 60 ℃ 공기가 1.72 m/s의 속도로 Inlet에 유입, 제품 케이스 안에 15 ℃의 물이 채워진다.

열전달의 결과, Outlet 공기의 온도는 약 45℃ 로 확인된다.

파일:프리즌브레이크 그림3

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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