チラー選定の為、冷却能力について教えて下さい。

冷却装置に関する質問です。

不凍液用チラーを使用し、タンク内の水(4000ℓ)を3時間以内で45℃から20℃に下げたいと考えています。
条件
・タンクはステンレス製で板厚2㎜
・タンク内の不凍液循環用配管はステンレス製で
20A
・不凍液はナイブライン
(比重：1.1g/㎤、比熱：0.67cal/g・℃)
です。
このときに必要な不凍液の容量(ℓ)及びチラーの冷却能力の求め方を教えてください。
よろしくお願い致します。

No.2 回答者： lupan344 回答日時： 2017/08/08 23:43

ブライン（不凍液）チラーの最低保有ブライン量は、メーカーに確認する必要がありますが、最低能力制御時に5～10分間機器が設定温度と運転停止温度の間で運転可能なブライン量となります。

タンク内の温度を45℃→20℃に下げる場合は、ブラインチラーである必要は無いとは思いますが、温度差を大きくとりたいと言う事であれば、使用してもかまわないでしょう。
温度差＝45－20＝25℃、タンク水量＝4,000L、冷却時間＝3h、冷却熱量＝4,000×25＝100,000kcal、冷却時間＝3hより、冷却能力＝100,000/3≒33,334kcal/h→38.764kw→39kw
ブラインの返り温度差＝5℃として、ブラインの運転流量を算出します。
ブラインの比重＝1.1g/cm3より、1Lのブラインの重量＝1.1×1000＝1,100g→1.1kg、比熱0.67cal/g・Kより、1.1kgのブラインの温度差当たりの保有熱量＝1.1×0.67×1,000＝737cal→0.737kcal/L・K、5℃差の場合は、0.737×5＝3.685kcal/Lとなります。
冷却能力＝33,334kcal/hより、ブラインの5℃差の流量＝33,334/(3.685×60）≒150.76L/minとなります。
最低保有ブライン量は、最低制御容量がわからないと算出できませんが、安全を見て50％とします。
最低制御容量＝33,334×0.5＝16,667kcal/h、設定温度と運転停止温度の温度差＝1℃とします。
安全の為、10分間の運転を維持するとすると、移動熱量＝16,667×10/60≒2,778kcal、ブライン1L(1.1kg）の温度差当たりの保有熱量＝0.737kcal/Kですから、最低保有ブライン量＝2,778/(0.737×1)≒3,770Lとなります。
なお、最低制御容量が、もっと小さい場合は、最低保有ブライン量は少なくなります。
採用予定メーカーに問い合わせてください。

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2017/08/07 09:25

細かい計算の前に、「熱量計算」ができていますか？

4000L の水（比熱は 1.0 cal/g･K = 4.2 * 10^3 J/kg･K ）を、45℃ → 20℃ に 25 K 下げるときに除去すべき熱量は
　1.0 (cal/g･K) * 4000 * 10^3 (g) * 25 (K) = 1.0 * 10^8 (cal)
　4.2 * 10^3 (J/kg･K) * 4000 (kg) * 25 (K) = 4.2 * 10^8 (J)
です。

これを「3時間」で除熱するには、１時間当たりの除熱能力として
　3.3 * 10^7 (cal/h)
　1.4 * 10^8 (J/h)
の除熱能力が必要です。

ただし、これは「定常状態」のみの条件で、「タンク壁面や床面からの熱の流入」や「周囲温度の影響」、および「過渡時の性能」などを全く考慮していませんので、設置状況や断熱のしかた、運用状況などを考慮して、「無駄率」「ロス」「過渡時の性能」などを考慮して1.5倍とか2倍とか、そういう「必要な定格除熱能力」を決めてください。

その上で、それを実現する冷却設備の設備設計を行ってください。これは状況や条件、要求仕様によって千差万別かと思いますので、条件を適切に設定して、必要に応じて専門家に相談して決めてください。
こんな質問サイトで簡単に答えが出るようであれば、専門の冷却器・空調機設計・施工業者の存在価値がなくなりますから。