蒸気

【蒸気】直接加熱をした場合の計算方法は?

前回、蒸気の圧力を下げると省エネになるのか?という記事で間接加熱の場合の計算を記載したので、今回は直接加熱についても書きたいと思います。

蒸気で直接加熱する場合の計算方法①

まず、上の図のようにタンクに水をため、直接蒸気を投入して加熱する場合を考えます。この時、タンクには温度センサーを設置し、制御弁によってタンク内の温度を調整します。

次の条件で計算を進めていきます。

10℃の水、10トンを60℃まで加熱するのに0.3MPaGの蒸気はどれだけ必要か

直接蒸気を投入して計算する場合は間接加熱のように単純な計算ではなく、熱収支の考え方で計算することが出来ます。

①質量の関係式を作る

まず、質量の関係の式を作ります。蒸気の質量をx[kg]として60℃の温水をy[kg]とすると、yはもともとの水に蒸気分が足されたものになるので、次の式で表すことが出来ます。

$$y=x+10000・・・①$$

②熱量の関係式を作る

質量と同様に熱量に関しての式を作ります。0.3MPaGの蒸気の全熱は2737[kJ/kg]、水の比熱を4.186[kJ/kgK]とすると、熱量の式は次のように表せます。

$$2737×x+10000×4.186×10=y×4.186×60・・・②$$

ここで間接加熱と大きく違う点は、計算に全熱を使うということです。間接加熱と違い、全て温水に入れるので潜熱ではなく全熱を使います。

未知数はxとyの2つで式が2つの連立方程式が出来るので、両方が求まります。今回の条件で計算すると次の答えが得られます。

$$x=842$$

$$y=10842$$

よって、蒸気が842kg必要ということが分かります。蒸気自体は凝縮してタンク内で温水となるため、その分水量が増えることになります。タンク内に水をためて保温をしているだけの場合は、その分はオーバーフローさせることになります。

蒸気で直接加熱する場合の計算方法②

別のやり方として、欲しい熱量を蒸気の有効熱量で割るというやり方もあります。例えば、先程の条件で温水が欲しい熱量としては次のようになります。

$$10000×4.186×(60-10)=2093000[kJ]$$

0.3MPaGの蒸気の中で有効に利用できる熱量は60℃の温水以上の熱量のみなので有効熱量は次の式で表せます。

$$2737-(4.186×60)=2486[kJ/kg]$$

よって必要な蒸気量は

$$2093000÷2486=842[kg]$$

という形で同じ答えを算出することが出来ます。どちらのやり方でもいいですが、最初の計算の方が色々なパターンでの応用が出来るので考え方としてはお勧めです。

間接加熱で加熱をした場合

同じ条件で間接加熱で計算をした場合は、0.3MPaGの潜熱は2133kJ/kgなので

$$10000×4.186×(60-10)÷2133=981[kg]$$

となり、直接加熱よりも16%程度必要な蒸気量が増えることになります。似ているようで考え方が違うので、計算する際は注意が必要です。

まとめ

  • 直接加熱の蒸気量は2つの方法で計算できる。
  • 間接加熱と比べると使用する量は少なくなる。
  • 考え方が違うので注意が必要。

どちらの方法が良いかは場合によりけりですが、熱収支の考え方は色々なところで使えるので覚えておくと便利ですね。

技術系資格取得を目指す方必見!おすすめ通信講座

最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。モチベーションを維持しながら最短で資格取得を目指すなら通信講座を利用するのもおすすめです。

シンプルで分かりやすいテキストSAT『エネルギー管理士熱分野』

現場技術系専門の通信講座です。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。

価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。

エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。

電験取得を目指すならSAT『第三種電気主任技術者講座』

イメージしにくい交流回路についても多様なイラストと解説動画で詳しく解説してくれます。独学ではなかなか勉強が進まないという方に特におすすめの講座です。電気について詳しく学べるので実務で電気を使うという方には最適な教材です。

その他の講座一覧はこちら

製造業向け通信講座の老舗 JTEX『エネルギー管理士講座』

テキストとレポート形式の通信講座で、最も実績の多い会社です。エネルギー管理士の電気分野を受けるならおすすめの通信講座です。

  • この記事を書いた人
  • 最新記事

エコおじい

プラントエンジニアです。工業技術をどこよりも分かりやすく解説するをテーマに2017年から情報発信をしています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

おすすめ記事

1

これからエネルギー管理士試験を受けるあなたのために、最短時間でエネルギー管理士に合格する方法を紹介し ...

2

あなたエネルギー管理士の資格を最短で取得したい。でも、熱力学や流体工学を学んだことがないので、独学だ ...

3

電験三種は合格率が10%未満の大変難しい資格です。また、範囲が非常に広いので普段の業務で電気を扱わな ...

-蒸気

© 2021 エネ管.com Powered by AFFINGER5