co2piping.com

모세관 사이징

소형 냉동 시스템(냉장고, 냉동고, 병 음료 쿨러 및 소형 유닛)용 모세관의 내경 및 길이.

냉매 및 운전 조건

압축기

흡입관과의 열교환

냉매 충전량

규격 및 단위

단위

기존 관 점검

프로젝트

.html
파일
공유 및 인쇄

이 파일은 링크 파일입니다. 브라우저에서 프로젝트를 열려면 더블 클릭하거나 '열기'로 선택하세요. 기존 .json 파일도 계속 열 수 있습니다. 프로젝트 파일과 마찬가지로 모든 프로젝트 데이터가 들어 있으므로, 볼 권한이 있는 사람과만 공유하세요.

내경별 모세관

압축기의 질량 유량을 통과시키기 위해 각 내경에 필요한 길이. ★ = 추천(원하는 범위의 중간에 가장 가까운 길이). 행을 클릭하여 프로파일 및 계통도에 표시하세요.
길이 범위: 0.02 mm 만큼 더 큰 내경 – 0.02 mm 만큼 더 작은 내경에 대한 길이(일반적인 공차; 공급업체 확인 필요). 출구: '초크됨' = 관 끝에서 유량이 임계(음속) 속도에 도달하며, 그때의 압력이 표시됨; 그렇지 않으면 관은 증발 압력에서 끝남. 출구 x = 출구에서의 증기 분율. 원하는 범위 1.50 m–4.00 m.

관을 따른 압력 및 온도 – 0.6 mm × 5.87 m

회로의 냉매 충전량

계산 표시

튜브 부품별 계산

부품질량 유량 [kg/s]밀도 [kg/m³]내경 [mm]유속 [m/s]Ref (Darcy)길이 [m]Δp [bar]Δp/m [Pa/m]참고
입구3.15e-4528.50.62.11––00.0177–손실 K = 0.5 및 액체 유속으로의 가속
액체부3.15e-4528.50.62.115,2800.03735.744.2674,100포화 압력에 도달할 때까지의 단상 액체
2상부3.15e-428.660.638.9––0.130.759586,000증기 분율 0 → 0.09; 출구에서의 밀도 및 유속 출구에서 초과 유량(Choked flow) 발생.

계산 기반

방법
선택한 보어 및 압축기의 질량 유량에 대한 균질 2상 모델: 입구 손실, 액체가 포화 압력에 도달할 때까지의 단상 액체 마찰, 그 후 동일한 속도의 액체와 증기를 가진 2상 유동으로 증발 압력 또는 초과 유량에 도달할 때까지 200개의 압력 단계로 진행됨.
방정식
  • 입구: Δp = (1 + K)·G²/(2ρ), K = 0.5
  • 운동량: −dp = f·G²·v/(2d)·dz + G²·dv
  • 에너지: h + w²/2 = 일정 (흡입관 열교환기에 의해 제거된 열 마이너스)
  • 2상: v = (1 − x)·v_L + x·v_V, 1/μ = x/μ_V + (1 − x)/μ_L (McAdams)
  • (p_i − p_i+1) − G²·(v_i+1 − v_i) ≤ 0 일 때 초과 유량
마찰 계수
Churchill (1977), 매끄러운 인발 동관, Re = G·d/μ
물성 데이터
CoolProp 8.0.0
출처
ASHRAE Handbook – Refrigeration, ch. 11 · Stoecker & Jones (1982), ch. 12 · Bansal & Rupasinghe (1998) · Churchill (1977) · McAdams et al. (1942) · Gnielinski (1976) · EN 12900:2013
참고
  • 부품들은 튜브 입구의 5.03 bar(g)에서 출구의 -0.00 bar(g)까지의 압력 강하를 구성합니다.
  • 흡입관 열교환기를 사용하면 액체가 더 오래 과냉각 상태로 유지되므로 액체부가 길어지며, 해당 열은 솔더링된 부품을 따라 에너지 밸런스에서 제거됩니다.

계통도

앱 계산 방식

사이클: t₀와 tc는 이슬점(EN 12900)입니다. 액체는 기포점에서 과냉각도만큼 낮은 온도로 응축기를 나와 응축 압력에서 모세관으로 유입됩니다. 증발기는 p₀, t₀ + 과열도 상태의 증기를 내보냅니다. 물성치는 CoolProp 8(기준 상태 방정식; 혼합 냉매는 글라이드 포함)을 사용합니다.

모세관: ASHRAE Handbook – Refrigeration 및 Stoecker & Jones가 기술한 균질 모델: 입구 손실(K = 0.5), 압력이 액체의 포화 압력에 도달할 때까지의 단상 액체 마찰, 이후 액체와 증기가 동일한 속도(h + w²/2 일정)를 갖는 단열 2상 유동을 마찰 및 가속을 포함하여 20단계의 압력 단계로 계산. McAdams에 따른 2상 점도, Churchill에 따른 마찰 계수(매끄러운 인발 동관).

초크 유동: 압력 강하가 더 이상 길이를 제공하지 않을 때(−dp/dv = G²) 유동은 임계 상태가 됩니다. 만약 이 현상이 증발 압력 위에서 발생하면 관은 그곳에서 끝나고 나머지 팽창은 증발기로 분사되는 제트 내에서 발생합니다(모세관 시스템의 정상 상태).

흡입관 열교환기: 기하학적 구조(납땜된 길이, 시작 위치, 흡입관 내경)로부터 계산. 열은 모세관에서 흡입 가스로 역류하며 미터당 UA = 1/(1/(h_i·π·d) + 1/(h_g·π·D))로 전달됨; 두 필름 계수는 Gnielinski(층류 Nu = 3.66)를 따르며, 흡입 가스 측이 지배적인 저항이고 납땜 부위는 제외됨. 가스는 증발기 출구로부터 모세관의 온도 프로파일을 따라 셀 단위로 추적되며, 복귀 가스 온도와 모세관에서 빼앗은 열이 일치할 때까지 반복 계산됨(Hermes, Melo & Gonçalves의 제1원리 모델과 동일). 측정한 복귀 가스 온도를 대신 입력할 수 있음. 액체를 과냉각 상태로 유지하는 열교환기는 플래싱을 지연시켜 동일 유량에서 튜브 길이를 상당히 길게 만듦.

제한 사항: 이 모델은 액체가 정확히 포화 상태에서 플래시되도록 허용하며(준안정 지연 없음), 이는 과냉각이 클 때 길이를 다소 짧게 만듭니다. 오일, 벤드 및 코일링은 제외됩니다. 균질 모델과 측정값을 비교한 발표된 자료에 따르면 질량 유량에서 10–20 % 정도의 편차가 나타납니다. ASHRAE Handbook – Refrigeration 2006, ch. 44의 풀이된 예제와 비교할 때, 이 앱은 단열 R134a 튜브에 대해 4–5 % 더 많은 유량을, 흡입관 열교환기가 있는 경우 약 8 % 더 많은 유량을 제공합니다. 시험 운전 시 충전량과 과열도를 항상 확인하십시오.

출처

  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2022), 11장 Refrigerant-control devices, Capillary tubes 절. ASHRAE, Atlanta.
  • Stoecker, W.F., Jones, J.W. (1982). Refrigeration and Air Conditioning, 제2판, McGraw-Hill, 12장 Expansion devices (모세관 계산).
  • Bansal, P.K., Rupasinghe, A.S. (1998). An homogeneous model for adiabatic capillary tubes. Applied Thermal Engineering 18(3–4), 207–219.
  • Bolstad, M.M., Jordan, R.C. (1948). Theory and use of the capillary tube expansion device. Refrigerating Engineering 56(12), 519–523.
  • Churchill, S.W. (1977). Friction-factor equation spans all fluid-flow regimes. Chemical Engineering 84(24), 91–92.
  • McAdams, W.H., Woods, W.K., Heroman, L.C. (1942). Vaporization inside horizontal tubes – II. Trans. ASME 64, 193–200.
  • Bell, I.H., Wronski, J., Quoilin, S., Lemort, V. (2014). Pure and pseudo-pure fluid thermophysical property evaluation and the open-source thermophysical property library CoolProp. Ind. Eng. Chem. Res. 53(6), 2498–2508 (CoolProp 8.0).
  • EN 12900:2013 Refrigerant compressors – Rating conditions, tolerances and presentation of manufacturer's performance data.
  • EN 378-1:2016+A1:2020, IEC 60335-2-24 (가정용 냉동 기기) 및 IEC 60335-2-89 (상업용 냉동 기기): 가연성 냉매의 충전량 한계.
  • US EPA (2024). SNAP rule 26, fact sheet: https://epa.gov/system/files/documents/2024-05/snap-final-rule-26-factsheet.pdf (2026-10-14 확인).
  • US 40 CFR part 82, subpart G, appendices R and V (SNAP, 가정용 냉장고 및 냉동고의 탄화수소): https://www.ecfr.gov/current/title-40/chapter-I/subchapter-C/part-82/subpart-G (2026-10-25 확인).
  • ASERCOM (2023). Components for flammable refrigerants: https://www.asercom.org/wp-content/uploads/2023/04/En_Components-for-Flammable-Refrigerants.pdf (IEC 60335-2-24의 충전량 한계).
  • Gnielinski, V. (1976). New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow. International Chemical Engineering 16(2), 359–368.
  • Hermes, C.J.L., Melo, C., Gonçalves, J.M. (2008). Modeling of non-adiabatic capillary tube flows: a simplified approach and comparison with empirical data. International Journal of Refrigeration 31(8), 1358–1367.
  • ASHRAE Handbook – Refrigeration (2006, SI), 제44장 Refrigerant-control devices, Capillary tubes 섹션: Wolf 외(1995) 및 Wolf & Pate(2002)에 따른 정격 차트 및 풀이 예제, 앱 검증에 사용됨.

자주 묻는 질문

모세관 크기는 어떻게 산정하나요?

압축기에서 시작하십시오: 설계점(증발 및 응축 온도, 과냉각도)에서의 질량 유량이 모세관을 통과해야 합니다. 앱은 각 내경에 대해 정확히 해당 유량을 제공하는 길이를 찾습니다. 긴 관은 유량이 적고, 큰 내경은 유량이 많습니다. 냉장고와 냉동고에서 보통 1.5–4 m인 실용적인 길이를 가진 내경을 선택하십시오.

위의 도구로 계산하십시오 ↑

어떤 내경을 선택해야 하나요?

작은 내경의 짧은 관보다 관이 길고 내경이 큰 쪽이 공차, 이물질, 오일에 덜 민감합니다. 0.6 mm 내경에서 ±0.02 mm 차이는 유량을 약 8% 변화시킵니다. 매우 짧은 관(0.5 m 미만)은 맞추기 어렵고, 너무 긴 관은 비실용적입니다. 앱은 원하는 범위의 중간에 가장 가까운 길이를 가진 규격을 권장합니다.

위의 도구로 계산하십시오 ↑

왜 모세관을 흡입관에 납땜(열교환)하나요?

차가운 흡입 가스가 모세관 내의 액체를 냉각하여 kg당 냉동 능력이 증가하고 플래시 가스가 줄어들며, 흡입관에 결로가 생기지 않습니다. 액체 상태가 더 오래 유지되어 미터당 더 많은 냉매가 흐를 수 있으므로, 납땜된 튜브는 동일 유량에서 단열 튜브보다 더 길어집니다. 앱은 납땜된 길이와 흡입관 직경을 통해 열교환기를 계산하며, 측정한 복귀 가스 온도를 대신 입력할 수 있습니다.

위의 도구로 계산하십시오 ↑

초크 유동(choked flow)이란 무엇인가요?

2상 혼합물은 플래싱하면서 속도가 빨라집니다. 어느 지점에서 임계(음속) 속도에 도달하면, 증발 압력을 더 낮추어도 유량이 늘지 않습니다. 대부분의 모세관 시스템은 초크 상태로 운전되며, 이때 유량은 관 길이로 정해지고 증발 압력은 출구의 분사 상태만 바꿉니다.

위의 도구로 계산하십시오 ↑

R600a와 R290 결과도 사용할 수 있나요?

네, 이소부탄과 프로판의 물성은 CoolProp의 기준 상태 방정식에서 가져옵니다. 탄화수소는 가연성(A3)이므로 기기 표준에 따라 회로당 충전량이 제한되며, 모세관 시스템에는 수액기가 없으므로 충전량을 정확히 칭량해야 합니다.

위의 도구로 계산하십시오 ↑HC 냉매 (A3) 배관 사이징 →

계산의 정확도는 얼마나 되나요?

단열 튜브에 대한 균질 모델과 측정값의 발표된 비교에 따르면 질량 유량에서 10–20 % 정도의 편차가 나타나며, 흡입관 열교환기가 있는 경우 불확실성이 더 큽니다. ASHRAE Handbook(2006, ch. 44)의 풀이 예제와 비교할 때 앱의 질량 유량은 +4…9 % 이내입니다. 보어 공차만으로도 여러 퍼센트의 차이가 발생합니다. 결과를 시작점으로 사용하여 시험 운전 시 과열도와 압력을 확인하십시오.

가정: 균질 2상 유동, 준안정 플래싱 없음, 매끄러운 인발 동관, 직관 또는 느슨하게 감긴 형태, 오일 없음. t₀ 및 tc는 이슬점 기준(EN 12900). 응축기와 액관의 압력 강하는 제외. 물성은 CoolProp 8 기준.

면책 조항: 이 계산은 설계 참고용입니다. 압축기 제조사 데이터와 결과를 비교하고 시험 운전 시 충전량, 과열도 및 압력을 확인하십시오. CO2piping.com은 결과 사용에 대해 책임을 지지 않습니다.

새 기능 – 오류가 있으면 알려 주세요: 오류 신고

도움말 – 모세관 사이징

왼쪽에 냉매, 운전점, 압축기를 입력하세요. 오른쪽 표는 각 표준 모세관 내경에 필요한 길이를 보여주며, 추천 규격은 ★로 표시됩니다.

1. 냉매 및 운전 조건

  • 냉매와 용도(냉동고, 냉장고, 고배압)를 선택하세요. 용도를 선택하면 변경 가능한 일반적인 온도가 자동으로 입력됩니다.
  • 증발 및 응축 온도는 압축기 데이터 시트(EN 12900)와 마찬가지로 이슬점입니다.
  • 과냉각도는 응축기 출구에서 액체 온도가 기포점보다 낮은 정도이며, 과열도는 증발기 출구에서의 같은 값(이슬점보다 높은 정도)입니다.

2. 압축기

  • 운전점에서의 냉동 능력, 질량 유량, 또는 압축기의 배기량과 회전수를 입력하세요.
  • 배기량을 입력하면 앱에서 소형 왕복동 압축기의 체적 효율을 추정합니다. 실제 값이 있으면 입력하세요.

3. 흡입관 열교환기

  • 모세관이 흡입관에 납땜되어 있는 경우(대부분의 냉장고 및 냉동고) 체크박스를 선택하세요.
  • 이 앱은 납땜된 길이, 시작 위치, 흡입관 내경을 바탕으로 열교환기가 모세관으로부터 얼마나 많은 열을 빼앗는지 계산하여 결과적인 복귀 가스 온도를 보여줍니다. 직접 측정한 값이 있다면 해당 값을 입력하십시오.

4. 결과

  • 각 행은 하나의 내경을 나타냅니다: 길이, ±0.02 mm 내경 공차에 대한 길이 범위, 액체부, 출구 상태 및 출구 속도.
  • 행을 클릭하면 관을 따른 압력과 온도를 확인하고 계통도에 표시할 수 있습니다.
  • '기존 관 점검'에서 보유하고 있는 관의 내경과 길이를 입력하면 앱이 해당 운전점에서의 질량 유량과 냉동 능력을 계산하여 압축기와 비교합니다.

5. 저장, 열기, 인쇄

  • 저장는 프로젝트를 링크 파일(.html)로 저장합니다. 더블 클릭하면 co2piping.com에서 열리고, 열기을 통해 다시 불러올 수 있습니다(기존 .json 파일도 가능). 링크 복사는 프로젝트 링크를 클립보드에 복사합니다. 두 방식 모두 프로젝트의 모든 내용을 포함합니다.
  • 인쇄는 표와 프로파일이 포함된 보고서를 출력하며, 그 다음 계통도를 별도의 가로 방향 페이지에 인쇄합니다.