膨張タンクのサイズ計算式

拡張タンクは、システム全体の最小圧力と最大圧力の両方を制御するために、すべての閉じた水素システムの必要な部分です。拡張タンクは、（1）システムの圧力を変化させて機器および配管システムコンポーネントの圧力定格制限を維持するために、水密度の変化としてシステムの水量の変化を受け入れるために、閉じた水域システムで提供されます。また、（2）システムのすべての部分で正のゲージ圧力を維持して、空気がシステムに漏れないようにします。 （3）制御バルブでのキャビテーションや同様の収縮など、沸騰を防ぐために、システムのすべての部分で十分な圧力を維持します。 （4）ポンプの吸引で必要な正味の正の吸引ヘッド（NPSHR）を維持します。

後者の2つのポイントは、通常、高温（約210°F [99°C]を超える）温水システムにのみ適用されます。ほとんどのHVACアプリケーションでは、最初の2つのポイントのみを考慮する必要があります。

膨張タンク

戦車のスタイル

拡張タンクには4つの基本的なスタイルがあります。

ベント付きまたはオープンスチールタンク

それらが通気されているため、オープンタンクはシステムの最高点に配置する必要があります。水温は212°F（100°C）を超えることはできず、空気/水と接触すると、システムへの空気が一定の移動され、腐食が発生します。したがって、このデザインはほとんど使用されなくなりました。

クローズドスチールタンク

一部のメーカーによるプレーンスチールタンクまたは圧縮タンクとも呼ばれます。

これは、ベントタンクと同じタンクスタイルですが、換気が締めくくられています。これにより、タンクをシステム内のどこにでも配置し、より高い温度で動作させることができます。しかし、彼らはまだ腐食を可能にする空気/水の接触を持っています、そして時には水に吸収されるため、タンクからの空気の徐々に損失があります。

システムへの接続の前に最小の動作圧力に登録されていない限り、このスタイルのタンクは、事前に変化したタンクよりも大きくなければなりません。したがって、このデザインは、もはや使用されることはほとんどありません。

ダイヤフラムタンク

これは、空気/水の障壁（柔軟な膜、空気の移動を排除するための柔軟な膜）を含む圧縮タンクの最初の設計であり、プリチャージになるように設計されています（タンクのサイズを減らすため）。柔軟なダイアフラムは通常、中央近くのタンクの側面に取り付けられており、フィールドに置き換えられません。ダイアフラムが破裂する場合、タンクを交換する必要があります。

膀胱タンク

膀胱タンクは、バルーンのような膀胱を使用して、膨張した水を受け入れます。膀胱は、「完全な受け入れ」膀胱と呼ばれるタンク全体のサイズがしばしばサイズになり、膀胱が浸水した場合に伴う膀胱の損傷を避けます。膀胱は、総合的なフィールドに置き換えられます。これは現在、最も一般的なタイプの大規模な商業拡張タンクです。

サイジング公式

タンクサイジングの一般的な式、式1（この記事で使用されているものと一致するように調整された変数名があります）、完全なガス法則を想定している基本原則から：

$$V_t = frac{V_s(E_w – E_p)}{(P_s T_c / P_i T_s) – (P_s T_h / P_{max} T_s) – E_{wt}[1 – (P_s T_c / P_{max} T_s)] + E_t} – 0.02 V_s$$

どこ

最後の用語（0.02対）は、水中の溶存空気からの脱着による追加の空気を説明しています。この方程式は単純化できます 以下の式 小さな用語を無視し、タンクの温度が初期の充填温度に近いと仮定することにより（通常、タンクの断熱材やパイピングがない場合、一般的で推奨される練習であると仮定します）。

$$V_t = frac{V_sleft(frac{v_h}{v_c} – 1 – 3alpha(T_h – T_c)right)}{frac{P_s}{P_i} – frac{P_s}{P_{max}}}$$

この方程式には、配管システムの拡張のクレジットが含まれます。この用語も比較的小さく、システム内のさまざまな材料を考慮して拡張係数を決定するのは困難ですが、Ashraeハンドブックサイジング方程式に含まれているため、上記の方程式に含まれています。この用語は、ほとんどではなく、拡張タンクメーカーの選択ソフトウェアにも含まれています。ほとんどのメーカーは、この用語が小さく、上記の方程式ですでに無視されている用語よりも大きくないため、この用語を控えめに無視しています。この用語を無視すると、以下の方程式が得られます。

$$V_t = frac{(((v_h/v_c) – 1) V_s)}{(P_s/P_i) – (P_s/P_{max})}$$

分子は膨張した水の容積ですv_e 、最小温度から最大温度まで温まるので、方程式を書くことができます。

$$V_t = frac{V_e}{frac{P_s}{P_i} – frac{P_s}{P_{max}}}$$

ここで：

$$V_e = (v_h/v_c – 1) V_s$$

方程式は、使用されるタンクのスタイルに基づいてさらに簡素化できます。

ベントタンク

ベント付きタンクの場合、圧力はすべて同じであり、ドミネーターは1に制限されるため、タンクのサイズは単に膨張した水の量です。

$$V_t = V_e$$

クローズドタンク（プリチャージなし）

換気されていないプレーンスチールタンクの場合、開始圧力は通常、タンクが空になっている大気圧です（事前張りはありません）。次に、タンクはメイクアップ水に接続され、システム内の空気を置換することによりタンクを充填圧力に加圧し、本質的にタンクの体積の一部を無駄にします。したがって、サイジングの方程式は次のとおりです。

$$V_l = frac{V_e}{frac{P_a}{P_i} – frac{P_a}{P_{max}}}$$

どこで、P_a = 大気圧

プリチャージタンク

適切に充電されたダイアフラムや膀胱タンクを含む必要な初期圧力に登録されたタンクだけでなく、閉じたプレーンスチールタンクも含まれます。_s Pに等しい_私 したがって、サイジングの方程式は次のように減少します。

$$V_t = frac{V_e}{1 – frac{P_i}{P_{max}}}$$

この方程式は、タンクが必要なpに登録されている場合にのみ適用されることに注意してください_私 。タンクは、12 psig（83 kpag）の標準的なプリチャージに充電される工場です。

クローズドタンク

より高い希望のプリチャージの圧力のために、工場から特別注文を行うか、請負業者は圧縮空気またはハンドポンプで圧力を上げる必要があります。しかし、これが見落とされることは珍しくありません。この監視は、以下の方程式を使用してタンクをサイジングすることで補償することができます（海面での大気圧を仮定）：

$$V_t = frac{V_e}{frac{26.7}{P_i} – frac{26.7}{P_{max}}}$$

（12 psig/26.7 psia [83 kpag/184 kpaa] precharge）。これにより、タンクサイズと適切なプリチェージタンクが増加します。

ASMEボイラーと圧力容器コード-2015、セクションVI

ASMEボイラーと圧力容器コード2015、セクションVIには、以下の方程式に示すように、サイジング方程式（式逐語的に抽出するUMCおよびIMCのように）が含まれており、この記事で使用されるものと一致するように変数が改訂されています。

$$V_t = frac{V_s(0.00041T_h – 0.0466)}{frac{P_a}{P_i} – frac{P_a}{P_{max}}}$$

この方程式の分母を閉じたタンクの方程式と比較する（事前に変更しない）、この式は明らかに非予後タンクのサイジングのためです。プリチャージドタンクのサイズを過大評価します。分子はVの曲線適合です_e ;最低温度は65°F（18°C）を想定しており、約170°F〜230°F（77°Cから110°C）の平均動作温度の範囲でのみ正確です。 したがって、この方程式は、非常に高温の温水（例：350°F [177°C]）、閉回路コンデンサー水、または冷水システムに使用することはできません。.

著者: スティーブン T. テイラー、PE

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