ヒーター選定、ポンプ選定の基本事項

Question

基本的なことですが、考え方を教えてください。タンク寸法６００＊６００＊８００（ｍｍ）で温水を造り、25Aの配管で洗浄ラインの薬品タンク内の熱交換器（ステンレスパイプ13A、接液部３ｍ＊４槽）に送り薬品の加温をしたいのですが、ヒーター容量、ポンプ能力はどのように選定したらよいでしょうか？その他の仕様はタンクは蓋付、５０ｍｍ保温付25A温水供給循環配管長さ５ｍ、薬品温度は約40℃です。やわらかな加温を求めているため温水循環の案がでました。昇温時間はだいたい3,4時間で稼動時は現状維持できる容量で考えています。基本的過ぎて申し訳ありませんが、考え方を教えてください。よろしくお願いします。

Answer

ヒーター容量、ポンプ能力を選定するにはシステムの構成をもう少し詳細に
決める必要があります。例えば薬品の温度を20℃から40℃に加温するとしま
す。薬品のバッチ処理量を仮に100kg，薬品の比熱を水と等価とすれば加温に
必要な熱量は20kcalとなります。輸送配管での熱ロスや熱交換器の損失を合
わせて20％とすれば，25kcalの熱が必要です。バッチ処理を3時間掛けて行な
うとすれば　25kcal/3時間＝2.3cal/ｓ＝10W　と言う具合に計算できます。

Answer

先ず、薬品の種類により、使用できるポンプのタイプと材質が制限されます。
（薬品の耐薬品性で材質やポンプのタイプが）
（ポンプ等の微小異物混入可否でポンプのタイプが）
また、加温タンクや配管の材質が異なります。
（薬品の耐薬品性で加温タンクや配管の材質が）
そして、薬品の種類により、使用できるヒーターのタイプ異なります。
（防爆等で薬品の表面温度制限がある物や、光等が使用できない物、等々）
それに、タンクは蓋付ですが、その他に保温材が使用できるのか、できない
のかや、タンクから出るフュームをダクトで吸っているのであれば、ダンク
周囲の風速も考慮が必要です。
（直接関係はありませんが、風速1m/sec毎に体感温度は1℃低下する位の
放熱効果があるためです）

経験からですが、蓋付タンクでその他の面は保温材が取り付けられ、
且つ、配管やポンプの一部も保温材が取り付けられる仕様で、
40℃の間接式恒温制御であれば、薬品の比熱と液量、昇温温度から求める
ワット数（Ｗ）×３～４がヒーター容量です。
間接恒温では後発であるSMC（空圧メーカーの）さんに、相談されると、
後発メーカーなので親切に教えてくれますし、サンプル貸出実験も依頼すれ
ばできると思います。

あまり、参考にならなくて、御免なさい。

Answer

＞薬品タンク内の熱交換器に送り薬品の加温をしたいのです

まずは、どの程度の加熱容量が必要か見積もる必要があると思います。
必要十分条件であるかは吟味できていませんが、下記のような情報が
必要にと思います。

・薬品タンク内の内容物は、熱的特性として「水」と同等と扱えますか
　（比熱などの熱的特性についてです）
・一定量が蓄えられている薬品タンク内の温度を一定化すればいいのでしょ
　うか／出入りのあるタンクの内容物を加熱したいのでしょうか
・出入りのあるとしたら、その流量と入ってくる温度は如何ほどでしょうか
・周囲温度は如何ほどですか
・薬品タンクは周囲に対して断熱されていますか？
　　　そうであれば、断熱材の断熱性能、厚さは如何ほどですか
・薬品タンク内の温水パイプの熱交換能力はどれほどでしょうか？
　（径と総延長、入出力の水の温度差、流量など）

次の段階として、加熱槽側の熱損失を見積もって、ヒータの容量を決める
ことになると思います。

おそらく現段階では未知数だらけかもしれませんが、数値を仮定して
ある仮定条件下での数値を求めて、現実に合わせて加減・修正して
所要値を求めていくことになろうかと思います。

ヒーター選定、ポンプ選定の基本事項