冷却装置について

Question

現在、タンク内の液体を冷却水をタンク内外へ循環させ、冷却する装置を設計しています。タンク内液体はある決められた量まで貯まると、液体温度が下がるまでは増加する事は無く、冷却水は常時流れる構造です。

過去にほぼ同じ構造のもので簡易テストを行ったことがあり、タンク内液体温度変化と冷却水のIN・OUTの温度変化のデータも有ります。
なので、総括伝熱係数はその当時の実験ﾃﾞｰﾀより計算は可能です。
今回は更に能力UPしたものを設計しようとしているのですが、実験装置はもう無いので、過去のデータより予想し、設計を進めるしかありません。

ここで、皆さんに教えて頂きたいのですが、冷却効率を上げるには
?タンク内液体と冷却水との温度差をより多くとる。
?冷却水流量を上げる
という事が考えられますが、?の冷却水流量を上げるという事は総括伝熱係数の値が上がるという事でしょうが、どういう原理で上がる事になるのでしょうか？冷却水流量UPで総括伝熱係数値がUPする根拠が分からないので、冷却水流量をどれだけ上げれば、総括伝熱係数がどれ程上がるのか机上計算出来なくて困っています。

Answer

＞ タンク内は金属はもたない薬液なので?は厳しいです…
勝手に想像して記述します。

金属はもたない薬液なら、PFAチューブ等の肉厚を薄くできる物を使用する事が有効です。
PFAチューブは、耐薬品性が非常に良く劣化の心配がないし、耐摩耗性にも優れているので
肉厚を薄くしても漏れ等の心配もないと思います。

そして、きれいにチューブを正(整)立させて配管し、冷却する薬液もゆっくり攪拌ができる
仕様にし、その攪拌水流がチューブの抵抗を受けないようにチューブを配置する事が大切
です。
コンピューターのシミューレーションで概略の配置は可能でしょうが、最終的には実験で
最適なチューブ配置を探し出すしかないでしょう。
(でも危険そうな薬液みたいなので、実験も…そう。)

Answer

冷凍機の資格試験以来 熱計算の様な難しいことからは遠ざかっていますので
分からないまま回答しますが　＜無責任・・・

以下のページ 中段に総括伝熱係数の計算式が出ています。（状況が違いますが）

円管内の境膜伝熱係数
http://chemistry.hp.infoseek.co.jp/lab11/lab11.html
　　　　　　　　　　　　ｑ
総括伝熱係数 Ｕi＝────────
　　　　　　　　　　Ａi・ΔＴm

伝熱量：ｑ　　←交換される熱量
伝熱面積：Ａi
対数平均温度差：ΔＴm
　　　　　　　ｑ＝Ｕi・Ａi・ΔＴm

冷却水流量を上げる事により 冷却水の熱交換中の温度上昇が抑えられ
ΔＴmを大きく保てる事から ｑが大きくなるようです。（Ｕiは一定とする）
ただ、その辺を計算で求めようとしても難しいようで
それぞれの状況に応じて実験と合わせて求めているようです。

総括伝熱係数の計算
http://www.bio.tottori-u.ac.jp/~kogaku/Chemical_Engineering_II_0809/Chapter%203.ppt 17ページ
http://comtecquest.com/_userdata/Overall&U&calc.html
http://www.tlv.com/ja/steam_story/0503vm_2nd.html

シミュレーション
http://www.aspentech.co.jp/press_room/pdf/8.pdf 4ページ

Answer

冷却装置の一種である“チラー”を勉強して下さい。

さて、冷却水のINとOUTの温度差や、液体の冷却したい温度にもよりますが、
? 冷却水配管長さを長くするや、径を大きくすることで、熱交換面積を増やす。
　 一番効果があると思う。
? 冷却水の流量を上げる
　 INの温度は変わらないが、OUT近くの温度は必ず下がるので、多少効果がある。
? 冷却水配管の材質を銅に替え、熱交換率を上げる。
　 銅は熱伝導率が良いから。(熱伝動係数の単位を確認すると、如何すべきか判るよ)
　 軟らかい材質を仕様の場合は、エロージョン・コロージョンに要注意。
等です。

貴殿の記述の“タンク内液体と冷却水との温度差をより多くとる”ために、冷却水温度を
下げる事は簡単にはいかない事が多いです。
(安価で比較的温度が年中一定である井戸水を使用する事が多いので)

Answer

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1230773697

?冷却水流量を上げる
は
対流促進を冷やす方法

流れていると　分子が動いてるので発熱してます
↑
流れている川は凍らない

それ以上にポンプからの発熱をもらってくるので

冷却水流量を上げる　と　冷却速度が上がるとは
一概には言えない

厳密にシミレートできれば机上計算できるかもしれないが
まあ、どこかのパラメータが抜けて　計算は出来ない

配管中の熱の動きとかタンクからの放熱（吸熱）とか

冷却装置の冷却効率を上げる方法とは？