3-3.乾燥の熱収支式

熱収支とは、ある系に入り込んだ熱量と出ていった熱量、および系の内部での発熱、吸熱の総和です。

エネルギー保存の法則により、これらの量は

(系がもつ熱量の変化) ＝ (系に入る熱量) － (系から出る熱量) ＋ (系内部の発熱量) － (系内部の吸熱量)

という式になります。

乾燥工程では、位置エネルギー、運動エネルギーおよび仕事などによる熱変化量は極めて小さく、
無視することができますから、検討要素から省くことができます。
また、工場や研究所などの一般的な環境では(系がもつ熱量の変化) 0です。
さらに乾燥工程では、発火や自己発熱はしないものとされているので、（発熱量）も0です。

0を代入すると

0 ＝ (系に入る熱量) － (系から出る熱量) ＋ 0 － (系内部の吸熱量)

式を整理すると

(系に入る熱量) ＝ (系から出る熱量) ＋ (系内部の吸熱量)

または、

(系内部の吸熱量) ＝ (系に入る熱量)－ (系から出る熱量)

という式になります。

系に入る熱量とは、ヒーターの熱量x系に作用する効率％になります。
系から出る熱量とは、材料から放射、又は熱伝導される熱量です。

系内部の吸熱量とは、材料の昇温に使われる熱量と、水が蒸発するために使用する熱量です。
水が蒸発するために使う熱のことを「蒸発熱」または「気化熱」といいます。
加熱乾燥は、蒸発熱を連続供給することで乾燥を促進する方法です。

<<水1gの蒸発熱>>

温度℃	0℃	20℃	40℃	60℃	80℃	100℃
蒸発潜熱	2502J	2454J	2407J	2359J	2309J	2257J

<<例　水1gを100wのヒーターで加熱乾燥する加熱時間を求める　>>

これを下の条件で式に当てはめてみます。

大気圧下で20℃の水を1g蒸発させるのには2454J必要です。

系内部の吸熱量　＝　2454J

系に入る熱量　＝　ヒーターの熱量　100w ＝ 100J/s ※1Wは1J/sです。

系に作用する効率　＝　条件1:100%　条件2:50％
系から出る熱量 ＝ 条件1:0　条件2:20J/s

Ｘs ＝ (系内部の吸熱量)/(系に入る熱量- 系から出る熱量)

条件1

Ｘs ＝ ( 2454J) / (100Jx1.0- 0J)

Ｘs ＝ 24.54s

約25秒の加熱が必要です。

条件2

Ｘs ＝ ( 2454J) / (100Jx0.5- 20J)

Ｘs ＝ 81.8s

約82秒の加熱が必要です。

同じ対象物を同じヒーターで加熱しても、条件が異なれば加熱時間に3倍以上の差が出ることもあります。