銅管内部のエアーへの熱伝導について

加熱装置はセットで揃えられます。

　　坂口電熱　マイクロケーブルエアーヒーター Nシリーズ
　　http://sakaguchi-dennetsu.co.jp/lineup/heater/neppuuki_index/micro_cable_n.html

熱電対を内蔵しており温度コントロールが可能。ノズル出口での実温度もデータあり。
流量から所要電力が判りヒータのタイプと電源コントローラを選ぶ。

残念ながら銅管の長さの計算ではありません　＜ヒータ容量の計算
http://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/calculation/
３．加熱に要する電力
　（３）流れる気体・液体


熱計算：例題２

流量は如何ほどでしょうか？　　流量が分かれば、流速を決定できます。
流速が分かれば、銅パイプの内表面と、中を流れる媒体の熱伝達率を求める
ことができます。
パイプの内壁温度と、流れる媒体の温度差に、熱伝達係数を掛けると、伝達
する熱量が計算できます。
熱媒体の比熱が分かっていれば、伝達された熱量と比熱の関係から、温度上
昇を計算することができます。

計算の流れは、大づかみには、上記のとおりです。



パイプ内は、常圧よりも高い圧力を想定なさっているようですが、ノズル等
を介して吹き出すことで、常圧に戻すのでしょうか？
断熱膨張すれば、温度が低下しますから、常圧よりも高い圧力を、常圧の
空間に吹き出すならば、断熱膨張の影響も考慮する必要があります。
減圧する箇所が、吹き出しノズルではなく、予め減圧した5℃の熱媒体を
対象と考えるのであれば、断熱膨張の影響は無視してもよいかもしれません。


細かいことはさしおいて、およその流量を提示なさることをお勧め致します。


なお、流体が不活性の窒素ならばよいのですが、空気とすると、200℃の銅
パイプは酸化する可能性があります。ニッケルめっき等のバリアをつけるこ
とを検討なさった方がよいかもしれません。

射出されるエアーの温度を200℃としたいのであれば、取り囲むパイプの
温度は200℃以上にしないと目的を達成できません。暖める側の温度と、
暖めたい温度が同等の場合は、無限大の時間が経過したときに、条件を
満足することになるので、現実的な時間内で目標の温度に上昇させること
ができません。
射出されるエアーの温度を200℃としたいならば、ヒーター側の温度は、
実践的には、300℃とか400℃に設定する必要があります。

回答(2)さんのお示しの内容は、一定の体積の気体に対して、所要の温度
上昇をさせるのに必要なエネルギーの計算方法であって物理的に正しい
内容です。
上記のエネルギーを伝達するために必要な、伝熱面積と所要時間の関係は
先に示したような関係から求める必要があります。

ヒーター側の温度は成り行きに任せるとして、回答(2)さんのご呈示の
パワーをヒーターに投入して、仮定条件の流量を流せば、銅管の長さが
長くても短くても吹き出す気体の平均温度は所要の値になると思います。

吹き出す温度が所望の値となっても、加熱部の寿命も確保する必要が
ありますから、加熱部の温度は、材料等の許容する範囲に抑える必要が
あります。

いずれにしても、流量（流速）を明らかにすることが大切と思います。

お礼

2014/01/27 21:50

細かくご教授頂きありがとうございます。
流量を調べて、教えて頂いたような形で、計算してみます。

ありがとうございます。

質問者