保冷タンクへの冷却水供給量

質問

容積2000Lのジャケット付ステンレス密閉容器に温度10℃、比重Ａ、比熱Ｂの液体を8分目(1600L)まで入れ、ジャケットには7℃の水を供給し続けるとします(常時オーバーフロー)。
室温は20℃として、この時液体の温度が10℃以下に保つようにするには7℃の水をどの位の流量で流せば良いのでしょうか？
最低限必要な流量を算出したいのですが計算式が分かりません。
感覚的にはジャケット内の水が10℃を越さない程度で少しずつ供給すれば良い気がするのですが・・・。

回答No.3

noname#230359 · ベストアンサー

冷却水の流路であるジャケットが容器の全面に設けて在るならば、御判断の
とおり、冷却水の排水温度を管理基準として流量を調節されれば良いはずです。排水温度も１０℃以下である必要は無く、容器の形状から決まってくる数値でありますが、例えば１１℃でも良いかもしれません。

内容積が２m^2とのことから容器寸法を想定すると、所要冷却水量が多くなるとは考えられません。その場合、少量の水が果たしてジャケット内を全面
均等に流れてくれるか否か、疑念が残ります。ジャケットに形状に何らかの工夫か凝らされていますか？
冷却水に周囲から熱が流入するわけですが、この流入熱量を計算するためには、冷却水の物性値や流速、および流路形状などをファクターとして流水の熱伝達率を先ず計算しなければなりません。この時に精度の検証が不可能な
仮定値を適当に用いなければならなくなります。つまり計算で水量を求めることは労が大きい割りには条件から見て[冷却水温と目標制御温度とが極めて近接している]高い精度は期待できないと考えられます。ましてや流水が均一
に流れるかどうかは、計算の精度上で根本的な問題を派生します。
実地にデータをお取りになられることがベストではないかと思います。

お礼

なるほど、流路形状は工夫しなければなりませんね。
最初に供給した水がいつまでもジャケット内に残るようでは意味ないですからね。
ありがとうございました。

回答No.2

noname#230359

理屈はそうですね。
液体の方は無視し、ジャケットから室内大気に逃げる熱量だけ補充していければいいわけです。
熱貫流量(W)＝KST
K:熱貫流率(W/m2℃)
S:伝熱面積(m2)
T:温度差
その容器の性能表にK値が記載されてればいいのですが
でなければ熱伝導率から求めなければなりません。
熱貫流、K値で検索してがんばってみて下さい。

お礼

熱貫流、K値・・・早速調べてみたいと思います。
どうもありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

＞感覚的にはジャケット内の水が10℃を越さない程度で少しずつ供給すれば良い気がするのですが・・・。

その通りですね。で、この条件ですと中身とジャケットとの間の熱の出入りは
ほとんどないので内容物の比重も比熱もあまり関係なくて、
ジャケット⇔外部空間の伝熱量だけが問題になります。
（蓋と底は断熱しといてください。ややこしいから。（＾＾；）
となると後はジャケットの表面積やらステンレスの厚みから
毎秒何ｃａｌの熱が外から入ってくるかを計算しろ、って話になります。

お礼

計算で出そうとすると大変みたいですね。
ありがとうございます。