【kW・kcal/h】熱貫流量の単位と化学工場

金 予算 見積化学工学

NEONEEETです。 

この冷凍機の能力は?

〇〇kWです。

この記事では、熱貫流量の単位について説明します。

熱貫流量の単位

私が苦手としている内容です。

熱貫流量という表現自体が私はなじみがありません。

熱貫流量熱量を時間で割った単位

単位時間あたりに流れる熱量なんて表現もできます。

特に冷凍機やプレート式熱交換器などの熱交換をターゲットにしている設備の設計で登場します。

昔はkcalの単位を使用していました。

私が入社する前も大学ではSI単位を使っていましたが、上司がkcal単位を使用していたので自然と使うようになってしまいました。

今ではkWで表現することが多いでしょう。

ところが、このkWとkcalって非常に間違えやすいです。

重要な指標な割に間違えやすいことなので、冷静に理解しておきたい内容です。

1kcal=4.2kJ

大前提として理解しておきたい単位変換式です。

しにかろりーなどというごろ覚えもあります。

これだけを理解していれば誤解は発生しないのですが、厄介なのは

1kJ=0.24kcal

という関係があること。

1/4.2=0.24というのが本当にややこしい。

1kcal=0.24kJとか1kJ=4.2kcalなどの誤解が容易に発生します。

kWという単位の方が最新で、kcalという単位が古いしんでいる単位なので、

kcalはしんでいる単位だから、

1kcal=4.2kJ (しんでいる単位に変換)

という強引な結びつけをしています。それでも不安になるので、毎回変換を調べています。

calはしんでいる。

他に良い覚え方があれば教えてください。

kWとkcal/h

kWとkcal/hの単位変換は以下のとおりです。

1kW=860kcal/h

これを覚える必要はほとんどありません。

もっと重要なことは

1kW≒1000kcal/h

このオーダーの感覚を肌感覚で理解することです。

念のため、単位変換計算の詳細を示します。

1 kW=1 kJ/s=1/4.2 kcal/s = 1/4.2*3600 kcal/h = 860 kcal/h

4.2と3600という数字が約1000倍差があることに着目するだけで、混乱を防ぐことができます。

10倍や100倍という中途半端な数字ではなく、1h=3600sという1000倍のオーダーで効いていることが理解のしやすさを手助けするでしょう。

冷凍機の例

例えば冷凍機などでは200,000kcal/hというようなkcal/h単位で表現することが多いです。

これをkWに変換するには1000で割ればとりあえずOK

200,000 kcal/h = 200kW

kWの方が桁が小さくてすっきりするという意味でも、kcalの方が古臭い感じがします。

このkWの単位で冷凍機を議論すると良いメリットは成績係数とリンクできるから。

成績係数が4で200kWの冷凍機のモーター動力は約50kWと単純に計算できます

成績係数が4で200,000kca/lの冷凍機のモーター動力は?って聞かれると

瞬間的に計算する人はほとんどいないでしょう。

kcal/hは体感的に理解しやすい

kWで計算になれた人には分かりにくいかも知れませんが、kcal/hの単位には大きなメリットがあります。

それが熱計算を体感的に理解しやすいということ。

水が10m3/hで流れていて温度差5℃で熱交換をする場合の、熱量は?というと

50,000kcal/hと簡単に計算できます

計算式だけ書くと、

1000×10×5=50,000

となります。

この発想はプラントの反応装置全体の冷却系統を検討するときに使います。

いちいち50,000kcal/hを50kWに変換しても良いですが、結構面倒。

密度×流量×温度差というプラント設備で実際に測定できる生の単位系を使って、個々の冷却システムの熱量を計算して、それを合算する。その後に、

合算後の結果がkcal/hでいったん算出した後に、kWに換算する。

こういう扱いが好まれるでしょう。

総括伝熱係数Uも100kcal/(m2・h・k)などのkcal系で整理されているから、kcal系で理解する方が便利です。

kW系に変換するためには、この辺の便利な単位系を全部変換しなおしていかないといけません

かなり大変な作業です。

最後に

熱貫流量の単位を解説しました。

1kcal=4.2kJと1kW=1000kcal/hだけは頭に入れておきたいところです。

かんたんな暗算をしたり、詳細な計算をするときのチェックをしたりするときに活躍します。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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