タンク内冷却コイルの計算

Question

下記条件での、計算方法の質問です。

1000ℓのタンクに水が入っています。
その中に冷却コイルを設置し、
冷却水をコイル内に循環してタンク内の水を冷やします。
タンク内の水は循環ポンプを使用しており流れが常にあります。
冷却コイルはφ16でＳＵＳ製またはＴi製を使用します。
冷却時間は１時間くらいで水温度を４０℃→３０℃（Δｔ＝１０℃）を目標とします。
冷却水IN側温度は１０℃とします。

こういったときの冷却コイルの長さ（表面積）を計算で求める方法を教えていただけないでしょうか？

よろしくお願いいたします。

Answer

このような物は、“チラー 選定方法”又は“チラー 計算”で検索しますと、

多様な資料が確認できます。

Answer

ざっくりとした簡易計算です。

タンク内の水の平均温度：　（40℃＋30℃）÷2＝35℃
　冷却水の平均温度:　　　　（10℃＋20℃）÷2＝15℃
　両者の平均温度差：　　　　35℃－15℃＝20K

冷却する水の量：　　1000 ℓ＝1000 kg
　水の比熱：　　　　　4200 J/kg･K　
　温度差：　　　　　　40℃－30℃＝10 K
　冷却する熱エネルギー：　1000 kg×420 0J/kg･K×10 K＝42000 kJ
　1秒あたり冷却する熱エネルギー：42000kJ÷3600s＝11.7kJ/s＝11.7kW　
　　　　　
　熱伝達係数をコイル内面：4000 W/m2K
　　　　　　　コイル外面：2000 W/m2K
　　　　　　　内外合成　：1/（1/4000＋1/2000）＝1333 W/m2K と見積もる
　
　必要なコイル表面積：
　　　　　11.7 kW ÷ 1333 W/m2K＝ 8.78 m2

必要な総コイル長
　　　　　8.78 m2 ÷ 0.0503 m2/m ＝ 175 m

後ほど検算してみたいと思います。

温度差20Kを算入するのを忘れて、必要なコイル表面積を間違えていました。

必要なコイル表面積：
　　　　　11.7 kW ÷ 1333 W/m2K ÷ 20K ＝ 0.439 m2

必要な総コイル長
　　　　　0.439 m2 ÷ 0.0503 m2/m ＝ 8.73 m

ご質問に対する定量的な答えの要点は、熱伝達係数の見積もりです。
WEB上の情報では、流速が遅い状態の熱伝達係数について、十分に信頼できる
情報を得ることが難しいように感じています。

先に回答した、コイル外面：2000 W/m2Kの値は、攪拌が弱い状態では、
大きく見積もりすぎのように思いますので、もっと小さな値でコイルの
伝熱面積を計算することが安全と思います。

この森の回答を踏み台にして、貴社の判断で設計するようにお願いします。

お問い合わせの真意を酌み取って、ピンポイントの回答をするのは至難の
技です。先の回答では、お問い合わせになりたかったことに対して、足ら
なかったことがあろうかと思います。

回答不足とお感じの事柄があれば、遠慮なく追記下さるようにお願いします。

Answer

残念ながら冷却ではありませんが　＜ヒータ加熱計算
ただ、プラマイ極性が異なるだけで計算式は同じ
http://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/calculation/

自動計算ソフト
熱の計算： 熱伝導
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01040.htm
 熱の計算： 放熱
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01050.htm
熱の計算： 温度上昇計算
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01080.htm

熱交換器自動計算
http://hipotech.co.jp/tool/he_cacl/cool_calc.html

タンク内冷却コイルの計算方法について