水の潜熱・顕熱の考え方。

質問

初めまして。。。熱量の考え方についての質問です。
初心者です。

ただいま、水の熱量の考え方について悩んでます。。。

無機質な物体（自己発熱はなし）を屋外で（通常の大気圧状態）外気温が氷点下になった時に水を掛けて表面を凍らせようとしてます。

その際に、外気温や湿度、圧力や水の熱量等・・・これらの関係をどう考えたらよろしいでしょうか？

たとえば・・・
「外気温が-20℃で湿度が30%の時は、3秒間・物体の表面積の何倍の水を表面にかける」とか・・・

考え方がわからず、どのようなデータを収集したらいいのか悩んでます。。。

お分かりになる方がいらっしゃいましたらご教示頂ければ助かります。

ご指摘ありがとうございます。

アドバイス通り具体的に記述してみます。

現在屋外にセンサーを設置しているのですが、センサー自体の温度を、-4℃以下にしないように四苦八苦してます。

センサーは自己発熱はしません。当然防水です。大きさは5cm×5cm×5cmぐらいの物体です。

秋～冬～春にかけては、外気温が-5℃以下になってしまい、センサーが誤動作（壊れて）困ってます。

そこで、水（温水）を掛けてセンサー自体を凍らしてしまえば、水の潜熱の影響で-4℃以下に下がらないようにできればと考えています。

そこで、外気温と水（温水）の温度、量などの関係を調べ、外気温に合わせ掛ける水の温度、量がわかればと思っております。

色々調べたんですが、なかなか答えが見出せなくて・・・

御教示頂ければ幸いです。

回答No.3

noname#230359 · ベストアンサー

素人回答ですので，トンチンカンであればご容赦を。

　まずは，センサーが誤動作するのか／壊れるのかが疑問点です。誤動作であれば，温度計を併設して，－４℃に近づく前に制御系を止めてしまえば，誤動作を防止できると思います。どのように「止める」のが適切かは，お使いのシステム制御次第です。「適切に」システムを停止すれば，壊れずに済むのでしょうか？本当に壊れるならば，－４℃以下に下がらないように暖めてやる必要があるというご質問の趣旨にたどり着きます。

　次に，凍らせてしまえば－４℃以下に下がらないとお考えのようですが，ここに無理があるのではないでしょうか？－４℃以下にならないように，水（０℃以上）を十分にかけ続ければ，確かにその通りに設計することは可能と思います。また，給水温度と外気温，温度を保つ範囲を確定できれば必要水量もある程度計算可能と思います。（屋外であれば，風速も重要なパラメータに加える必要ありかと思います）

　「無理がありそうだ」と言っているのは，水は，氷点で潜熱を放出してそれ以上温度が下がらないように働きますが，氷結してしまえば－４℃を通り越し，幾らでも温度低下し得るということです。氷結して固体になってしまえば，「状態変化による熱」＝「潜熱」は発生しません。ということで，水を使って温度低下を防ぐことが最適解であれば，お考えの通り潜熱による温度維持効果を期待できる０℃を目標に設計することが宜しいかと思います。

お礼

ご教示ありがとうございました。潜熱のことがよくわかりました

回答No.2

noname#230359

山荘のお風呂は冬季水張りをして、凍結防止していますが、かけ流しではなくて、循環してます。質問の水量は　十分に余裕をとること。「タンクか井戸を使い　循環させれば」
かけ流しのときは　出しっぱなしで　氷つかないぐらい十分に流すことです。　でも水でなくても　市販の水道管凍結防止保温電熱ヒーターをまけば？

お礼

ありがとうございました。
凍結防止ヒーターなどは使えなく、水のみで解決しないといけなくて・・・
考えてみます。ありがとうございました

回答No.1

noname#230359

熱力学は、素人です。が、
もっと具体的に何をしたいのかを記述してみたら如何ですか？
例えば、人工降雪機みたいな物で…とか、簡易製氷機みたいな物でスケートリンクを
…とか。
漠然としていて、熱力学教本を読んで…のアドバイスしかできません。

お礼

御回答ありがとうござ。

御指摘いただきましたので、ちょっと詳しく記述しました。

また、何かご教示賜れれば幸いです。
よろしくお願いします