熱交換器

【熱交換器】熱交換器の最大交換熱量は?

熱交換器を設置して工場から出る排熱を有効利用することは省エネルギー対策として有効です。

では、熱交換器を設置すれば最大どこまで熱を回収できるのでしょうか?

今回は熱交換器の最大交換熱量をテーマに解説したいと思います。

1. 熱交換器の最大交換熱量

熱交換器を利用して、どこまで熱を回収できるかは向流か並流かによって変わります。

1-1. 向流の場合

最も多い向流の場合、熱交換器で交換できる最大熱量は対数平均温度差が取れなくなるポイントまでということになります。

例えば、熱交換器を流れる2つの流体の入口温度が決まっていたとします。

仮に1つの流体の熱交換器出口温度を決めてやれば、交換熱量の計算からもう一方の流体の出口温度は勝手に決まります。

  • 低温側入口温度:T1
  • 低温側出口温度:T2=x
  • 低温側比熱:c1
  • 低温側流量:m1
  • 高温側入口温度:T3
  • 高温側出口温度:T4=y
  • 高温側比熱:c2
  • 高温側流量:m2

任意に決めてやる方の温度をx(=T2)、もう一方の流体の出口温度をy(=T4)とすると、yは次の式で表すことが出来ます。

$$y=T3+\frac{m1c1(y-T1)}{m2c2}$$

この値を元に、対数平均温度差を計算してみましょう。

 

xとyをそれぞれ対数平均温度差の式に当てはめると次のような式になります。

$$Ta=y-T1$$

$$Tb=T3-x$$

$$ΔT[LMTD]=\frac{Ta-Tb}{ln(Ta/Tb)}$$

xの値を小さくしていくと、どこかのタイミングで対数平均温度差が取れなくなります。

このポイントが熱交換器で回収できる熱量が最大になります。つまり、これ以上熱回収を行うと高温側と低温側の温度が逆転してしまうというポイントです。

いくら交換効率を高くしたところで20℃の水で80℃を10℃まで冷やすということは不可能です。温度は高いところから低いところに流れるという熱力学第二法則(エントロピー増大の法則)に反してしまいます。

【熱交換器】対数平均温度差LMTDの使い方と計算方法

プラントや工場では、発生する熱エネルギーを無駄にしないために様々な工夫がされています。 その1つに熱 ...

1-2. 並流の場合

並流の場合は2つの流体の温度差がなくなるポイントが最大交換熱量になります。

こちらは対数平均温度差ではなく熱計算のみで算出することができます。

先程と同様に、一方の流体の出口温度を決めてやり、もう一方の流体の出口温度を計算します。

$$y=T3+\frac{m1c1(y-T1)}{m2c2}$$

x=yとなるポイントで2つの流体の温度差が無くなり、これ以上の熱交換ができなくなります。

この2つの式を見ると、向流の方が熱交換効率が高いことがわかりますね。

2. 伝熱面積の計算方法

それぞれの流体の入出温度が計算できれば、必要な伝熱面積を計算することができます。

伝熱面積計算方法についてはこちらの記事を参照してください。

【熱交換器】熱交換器の伝熱面積計算方法

プラントや工場などで廃棄されている熱を熱交換器で回収したいときその熱交換器がどの程度のサイズになるの ...

最大まで熱交換させようと思うと、かなり大きな熱交換器が必要になる場合が多いです。

実際には、設置可能かも含めてメリットとコストの折り合いをつけながら出口温度を確定させます。

3. まとめ

  • 回収できる最大熱量は向流と並流で変わる
  • 向流のほうが回収熱量は大きくなる
  • 熱量が計算できれば必要伝熱面積が分かる

熱計算は一見複雑に見えますが、やっている計算はほとんど同じなのでエクセルなどを利用して計算するとあまり難しいものではありません。

少しでも皆さんの熱計算に対する理解が深まれば幸いです。

熱交換器

2021/8/29

オイルヒーターの電気代は高い?実際に計算してみた

巷で話題のオイルヒーターですが、電気代が高いという評判もあるため、実際のところどうなのかを計算してみました。 この記事では、オイルヒーターの電気代を計算する方法やエアコン、灯油ヒーターと比較してどうなるのかを熱計算の観点から解説しています。こちらの動画で会話形式でも解説しています。 目次オイルヒーターの原理オイルヒーターの電気代を計算昇温に必要な熱量を計算する放熱分のコストを計算する電力単価をかけるオイルヒーター以外の電気代まとめ オイルヒーターの原理 まず、オイルヒーターで部屋を暖めるのは次のようになり ...

ReadMore

熱交換器

2021/9/2

【熱交換器】相当放熱面積とは?計算方法や使い方について

空調機や給水ポンプ、真空ポンプなどの能力を表す指標として相当放熱面積というものがあります。 この記事では、相当放熱面積とは何か、どのように計算するのかについて書いていきたいと思います。 目次相当放熱面積とは?相当放熱面積の計算空調機の場合ボイラー給水ポンプの場合真空ポンプの場合まとめ 相当放熱面積とは? 相当放熱面積は等価放熱面積とも呼ばれ、空調機や放熱器の能力を表す指標です。英語ではEquivalent Direct Radiationとも呼ばれ略称のEDRで表されることもあります。 相当放熱面積の定義 ...

ReadMore

熱交換器

2021/9/3

【熱交換器】熱交換器って何?種類や伝熱能力の計算方法は?

熱いものと冷たいものの熱を入れ替える場合には一般的に熱交換器が使われます。熱交換器の目的は名前の通り「熱を交換すること」ですが、用途によって選定する種類が違ったり、流体の向きが違ったりします。 この記事では、 「熱交換器って何?」 「熱交換器にはどんな種類があるの?」 「熱交換器を選定する方法は?」 「熱交換器はどんなところで使われているの?」 という疑問を持つ方に向けて「熱交換器とは何か」について詳しく解説していきたいと思います。少し文字数が多いので、目次で気になるところから読み進めて頂ければと思います ...

ReadMore

熱交換器

2021/9/3

【熱交換器】ヒーターのワット数ってどうやって選ぶの?ワットと伝熱能力の関係とは?

電熱ヒーターや熱交換器の能力を考えるときはkW(キロワット)で表記されていることが多いです。 ワット数が高ければ高いほど、たくさんの熱を伝えることが出来ますが、ヒーターを選ぶときに一体どの程度の能力のものを選べばいいか分からない事ってありますよね? 今回は、電熱ヒーターのワット数と伝熱能力について考えてみたいと思います。 ※ こちらの記事は動画でも解説しています。 目次1. 電熱ヒーターのワット数2. 電熱ヒーターの加熱速度3. 電熱ヒーターで消費されるエネルギーは?4. まとめ 1. 電熱ヒーターのワッ ...

ReadMore

熱交換器

2020/2/29

【熱交換器】プレート式熱交換器のU値を簡単に計算する方法

プレート式の熱交換器を選定するときに、U値がどのくらいになるのか計算したい時ってありますよね。 一般的なU値は熱伝導率や胸膜伝熱係数によって計算できますが、そこまで精緻な値じゃなく、もっと簡易的にU値を計算する方法をご紹介します。一般的なU値の計算方法についてはこちらをご覧ください。 プレート式熱交換器のU値の求め方 プレート式熱交換器のU値はこちらのシミュレーターを利用して計算ができます。 ⇒ HISAKA Web Simlator このシミュレーターはプレート式熱交換器メーカーの日坂製作所が一般向けに ...

ReadMore

\Youtubeチャンネルやってます!/

ブログ記事を元にした見るだけで1つ賢くなれる動画が300本以上!
月に5本程度のペースでアップしていくのでチャンネル登録お願いします!

チャンネル登録はコチラ

  • この記事を書いた人

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。

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。

超シンプルで分かりやすい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。

最短で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。※無料サンプルあります!

技術系資格の最高峰SAT『技術士合格講座』

論文添削やZOOMマンツーマン指導が付いており、面接対策もWeb上で行うことが出来ます。また、テキストは毎年改定されているので常に最新の教材で勉強することが出来ます。

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

エネルギー管理士資格はもちろん独学でも取得できますが、ある程度の前知識がないと分厚い参考書を前に挫折 ...

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 ...

4

電験三種は毎年受験者が4万人以上の資格で出題範囲が広く、合格率も10%以下と低いので色々な会社が通信 ...

-熱交換器

© 2021 エネ管.com Powered by AFFINGER5