配管サイズからの水量

Question

こんにちわ、油圧の仕事をしている物です。
今、油圧ユニットで油温が高くオイルクーラーの選定をしようとしているのですがすが肝心な水の水量が分かりません、水配管は外形から3/4（２０A）なのですが配管サイズからだいたいで良いので流れる流量などはしぼれませんでしょうか？
水圧は２キロていどです！
どなたか知識を分けてくださいませ！

Accepted Answer

回答（1）さんも書かれていますが、
冷却に必要な水の量は配管径から求めるものではありません。

例えば、比熱が0.7[kcal/kg･℃]のオイル：100[kg/h]を、
80℃から30℃まで冷却する場合、除熱量：Q[kcal/h]は

Q＝100[kg/h]×0.7[kcal/kg･℃]×(80－30)[℃]＝3500[kcal/h]

だと分かります。
これを水（比熱：1.0[kcal/kg･℃]）で冷却する訳ですが、
クーラー入口・出口の水温がどれ位かで必要水量は随分変わってしまいます。

入口：10℃、出口：50℃であれば水量：M1[kg/h]は
　M1＝3500[kcal/h]÷(50－10)[℃]÷1.0[kcal/kg･℃]＝87.5[kg/h]

入口：25℃、出口：30℃であれば水量：M2[kg/h]は
　M2＝3500[kcal/h]÷(30－25)[℃]÷1.0[kcal/kg･℃]＝700.0[kg/h]

のような感じです。
なので、回答（1）さんは『目標仕様を明確に』と書かれているのだと思います。
ここでいう仕様とは、
・何度のオイルを何度まで冷やしたいのか？
・オイルの比熱・流量はどれくらいか？
・何度の水が供給できるのか？
・排水温度は何度にするのか？
と言った所でしょうか。
これらが決まって初めてクーラーの選定作業に入れます。

クーラー選定は下式を参考にしてください。
　Q＝A･U･dT
　　Q：交換熱量（除熱量）[kcal/h]、
　　A：クーラーの伝熱面積[m2]、
　　U：クーラーの総括伝熱係数[kcal/m2･℃･h]、
　　dT：対数平均温度差[℃]

Answer

冷却水配管の適正流速は、他の回答者さんからの記述がありますが、後学のために以下の
内容を記述します。

先ず、一般的にこのような流速を求めるには、トリチェリーの定理を使用します。
そして、それが水の高さ(位置水頭)でも、圧力(圧力水頭)でも求まります。
URLでも記述していますが、海や湖、等を10m潜れば1kgf/cm^2の圧力が加わる。
高さ10mのタンクを満水にすると、底からは1kgf/cm^2圧力の水が噴出する。
これは、ベルヌーイの定理でも確認できます。
(単位がmの位置水頭なので、圧力や流速からでも位置水頭に変換できる解釈で)
流速が求まれば、配管の断面積から流量が求まります。

次に、冷却水配管の適正流速は、エロージョン・コロージョン等により決められています。
冷却水配管は、温度変化も加わった腐食しやすい環境で、且つ流速を上げると流速が
エロージョンを加速させるので、上限を決めています。

以上を、今後の類似内容で応用使用してください。

Answer

この条件からの予測は難しいと思います。従ってある程度実測を行い流量を予測することを提案します。

給水管（20A）に弁を取り付け、その弁の直近、上流側に圧力計を取り付けます。弁を閉としそのときの圧力計を記録します。（この値が2キロかもしれませんね）
次に弁を少し開とし、出てくる水の量を計量します。時計とバケツ（容積のわかっているもの）を使います。次に弁をさらに開け水量を増やし、そのときの圧力と水量を記録します。最後に弁を全開とし、流量と圧力を記録します。
これらの記録を横軸に流量ｌ/min、縦軸に圧力キロを目盛り、グラフにします。
次にオイルクーラの通水特性（流量ｌ/minと通水抵抗キロの関係）を調べます。
これを先ほどのグラフ用紙にグラフにします。
給水のグラフとクーラのグラフの交点がクーラーを流れる水量となります。

弁を全開にして、弁の下流側にクーラを接続すれば流量は減少するでしょう。
クーラの抵抗は、クーラメーカ（熱交メーカ）に問い合わせれば回答があると思います。

Answer

冷却水の配管の流速は、常識的な値があると思います。
過去のQ&Aを検索すれば出てくると思いますが、例えば、2(m/s)程度の値の
ようにおもいます。
この流速から使用する水量を計算すると、2.26m3／hのような値です。

でも、このような値は本質的なものではありません。

どの程度の熱量を冷却する必要があるかを見積もることの方が、
オイルクーラーの選定のために必要なことと思います。

まずは、油圧システムの概要を調査し、現状何度まで上昇している油温を
何度まで低下させたいかといった目標仕様を明確にすることがスタート
ポイントのように思いますが、如何でしょうか。

油圧ユニットの油温が高い時にオイルクーラーの選定方法