熱交換器、凝縮、凝縮曲線、蒸発潜熱、蒸気圧

6.2 熱交換器と物性
6.2.1 凝縮と物性

熱交換器のプロセスデータは、①取り扱う流体の性状や物性に関わるデータと②機器の形式や材質に関するデータの二つに分けることが出来る。
もし、市販のシミュレータが無いか、あっても扱う流体物性がない場合には、流体の物性データを用意して入力の準備に費やす時間が予想以上かかる。特に熱交換の途中で流体が凝縮する場合には、密度（液体）、分子量（気体）、粘度（mPa-s）、熱伝導度（kJ/kgm-K）および比熱（kJ/kg-K）の他に蒸発潜熱（kJ/kg）と凝縮曲線が必要となる。

良く知られているように、二点の温度における蒸気圧がわかるならば、その間の平均蒸発潜熱は次式で計算できる。

ここで、T1とT2は温度（K）で、p1とp2はそれぞれの温度における蒸気圧を示しています。

もう一方の凝縮曲線は下図に示すように交換熱量と凝縮量を温度を変数としてプロットしたもので、流体中に凝縮成分と非凝縮成分が混在している場合に必要となる。計算精度を期すのであれば、この曲線だけではなく各温度における液相と気相の物性（密度または分子量、粘度、熱伝導度そして比熱）を明示しなければならない。しかし、一般には入口温度および出口温度の物性の平均値を使用しているようである。
凝縮曲線 青色→交換熱量、赤色→凝縮量
なぜこのような凝縮曲線が必要かと言えば、熱交換の途中で凝縮により、気相（非凝縮成分と凝縮成分の蒸気部分の合計）と液相（凝縮成分の凝縮液部分）の組成が変化し、そのために伝熱係数も大きく変化するからである。

実は先ほどの図には大きな間違いがあることに気づかれたでしょうか？
つまり、凝縮は100℃近辺で起こり始めていながら、凝縮量の変化がそれより高温の領域で始まっており、これは明らかに凝縮量の変化がおかしい。そこで正しい凝縮曲線を下図に示しました。


次回はこの凝縮曲線の作り方について紹介します。