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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。
