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熱交換の計算イメージがつかめない！低温側水と高温側蒸気の二重管熱交換器の計算方法を教えてください
2023/10/21 02:44
- 熱交換の計算イメージがわからない場合、低温側の水と高温側の蒸気を使用する二重管熱交換器の計算方法を教えてもらいたいです。
- 具体的な条件として、低温側の水温（10℃）と高温側の蒸気圧力（0.1MPa）があり、伝熱面積は0.1㎡です。
- また、300Lの水を貯めたタンクからポンプで50L/minで循環させています。放熱は考慮しない場合、何分で水の温度は10℃から70℃になるのでしょうか。
熱交換の話
2022/10/20 20:57
どうしても熱交換器の計算イメージがつきません。
お恥ずかしながら教えてください。
低温側 水（10℃）
高温側 蒸気 0.1MPa
二重管熱交換器 伝熱面積0.1㎡
300Lの水を貯めたタンクから50L/minでポンプで循環します。
放熱はないものとして、何分で水は10から70℃になるでしょうか。
基本的な質問で申し訳ございません。
質問者が選んだベストアンサー
素人回答をお許しくださるようにお願いします。
蒸気表を参照すると
120 ℃の過熱蒸気の比エンタルピーは、2705 kJ/kg程度。
100 ℃のドレン水の比エンタルピーは、 419 kJ/kg程度。
差し引き2286 kJ/kgの熱エネルギーを低温側の水に与えることになると思います。
蒸気の供給量が、44 kg/ｈとすれば、1時間当たりの熱量は、
2286 kJ/kg × 44 kg/ｈ＝100584 kJ/hのように計算できます。
1秒当たりに換算すれば、27.94 kJ/s＝27.94 kWということになります。
水の比熱容量は、4186 J/kg･K程度ですから、300 L＝300 kgの熱容量は、4186 J/kg･K × 300 kg＝1255800 J/K＝1256 kJ/Kです。
この熱容量をもつ水を10℃から70℃に温度上昇させるために必要なあエネルギーは、1256 kJ/K ×（70℃－10℃）＝75360 kJになります。
水の加熱に要する時間は、75360 kJ ÷ 27.94 kW＝2697 s ≒ 45分のように求められると思います。
蒸気表の見かたに自信がありませんので、専門家の方に検算した頂ければと思います。
蒸気表：
https://www.tlv.com/ja/steam-info/steam-table/
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その他の回答 （3件中 1～3件目)
回答(1)再出
聞き方が悪かったようで、肝心なところを聞き漏らしてしまいました。
・蒸気の流量はどの程度でしょうか？
・蒸気の入り口温度が120℃として、出口温度はどの程度でしょうか？
補足
2022/10/21 09:33
申し訳ありません、私もご質問の理解が追い付いてなくて。
二重管熱交換器の㎡数が0.1㎡程度しかないんですが、20Aの蒸気配管で供給するので、44kg/ｈ程度は流れると思います。
蒸気の出口は熱交換されたドレン水なので、スチームトラップから排出されるものです。温度は100℃とします。
高温側 蒸気 0.1MPaについてお尋ねします。
・0.1MPaは、大気に対するゲージ圧 or 絶対圧のいずれでしょうか？
・蒸気の温度は何℃でしょうか？
・蒸気の温度は変化しない（一定）と仮定できる状況でしょうか？
そのように仮定できないならば、どの程度の流量があるのでしょうか？
・熱交換器の能力について、伝熱面積0.1㎡以外に情報があるでしょうか？
補足
2022/10/20 22:25
蒸気圧はゲージ圧です。
蒸気温度は想定で120℃とします。
二重菅の蒸気量が正解ではありませんが一定と考えます。因みに20Aの配管で供給されます。
二重菅は1Sサニタリー配管を二重菅にしたパイプ状の熱交換器です。
内菅の板厚は1.2ミリ程度です。
お礼
2022/10/28 07:29
ご返信頂いてから時間が経ち申し訳ありません。
何となく理解が深まりました。
正直、その二重管メーカーから飛んでもなく昇温時間が長い情報があり、根拠が見当たらず、機器自体の総括伝熱係数がどの程度なのか実績がないため検証が難しかったです。
もう一度計算し直してみます。
本当にありがとうございました