熱量、熱流量について教えてください。

質問

簡単な質問で申し訳ございませんが、どうか教えてください。

ある箱にバーナーを使用して内部温度を４０℃に保っています。

内部の熱量はたぶん

　　Ｑ＝ｒ（空気密度）×Ｃ(空気比熱）×Ｖ（箱の体積）×（40℃－周囲温度）

の計算方法で良いと思いますが、この場合の単位は、ｋｃａｌまたはＪですよね。

時間当たりの熱量（ｋｃａｌ／ｈ）を求めるには、3600秒を掛ければよいのでしょうか？

単純な質問で、ごめんなさい。
宜しくお願い致します。

回答No.3

FT56F001 · ベストアンサー

>バーナーガスの時間当たりの熱量から
>箱の放散熱量と放射熱量を引いて、箱内の1時間当たりの
>熱量を引けば、その他のロスが数値ででるとおもったのですが？
「箱内の1時間当たりの熱量」で何を想定しているのか，分かりません。
その他のロスとは，どんなロスを想定されているのでしょうか?

まず，40℃くらいの温度なら，赤外線による放射熱量はさほど効かないかなと思います。

断熱材と金属箱の扱いですが，断熱材の外側を金属箱で覆った構造だとすると，
熱抵抗としては直列接続になります。
>ＱC(W/m２)　＝（θρ－θγ）／（ｔ／λ　＋１／α）
を
ＱC[W/m^2]　＝（θρ－θγ）／（ｔ1／λ1　＋ｔ2／λ2　＋１／α）
として，
ｔ1：保温材の厚さ(m)　　λ1：保温材の熱伝導率（W/m・K）　
ｔ2：金属箱の厚さ(m)　　λ2：箱の金属の熱伝導率（W/m・K）　
で計算することになります。でも，金属箱の熱抵抗は無視できる程度だろうと思います。

もし，断熱材で遮断されずに，内側にも外気にも触れる金属構造物があるなら，
そこを流れる熱流を並列に加算する必要はあります。

あと，気になったのは「箱から換気をしているのでしょうか?」
もし換気をしているなら，
ｒ（空気密度[g/m^3]）×Ｃ(空気比熱[J/g・K]）×Q（換気流量[m^3/s]）×（箱内温度[℃]－周囲温度[℃]）
[W]の熱が排気とともに持ち出されていることになります。

お礼

ご回答いただき感謝しております。
ありがとうございました。

回答No.2

noname#224896

この場合、定圧定積ですよね．
定積比熱=0.17[kcal/kg ℃]， 0.717[J/ｇK]
定圧比熱=0.24[kcal/kg ℃]， 1.006[J/gK]
バーナーで加熱しては，空気の温度を一定に保つということ
即ち，熱を外に逃がしているということですよね．
圧力変化はあるのでしょうか．
箱ということで，定積として良いのでしょうけれども．

この場合、どちらの比熱を使うのでしょうか．
（1J=4.184calということをお忘れ無く．）

Ｑ＝ｒ（空気密度）×Ｃ(空気比熱）×Ｖ（箱の体積）×（40℃－周囲温度）
熱量の単位に[ kcal ] か [ J ] を使うかは，Ｃの単位によります．
　このどちらを使われているかで，判断しなければいけませんし，当然，単位は統一します．

一般的にＣの空気の定圧比熱=0.24[kcal/kg ℃]、 1.006J/gKとありますね．
　それで，kcal か　Ｊかということをご質問されていらっしゃるのですね．
　上記の式から判断すると，絶対温度ではなく，摂氏（40℃－周囲温度）を使用されているので，
　必然的に，空気の定圧比熱Ｃは，0.24[kcal/kg ℃]を使うべきです．
　273.15を加算して，絶対温度に修正すると，Ｃ＝1.006J/gKを使うこととなります．

　3600*kcal/s = kcal/h
　ということで，時間当たりの熱量は，３６００を掛けたもので良いです．

お礼

ありがとうございました。

熱力学には弱いので、また宜しくお願いします。

補足

ＺＥＴ２３５７１１さん、どうもありがとうございます。
おっしゃる通り、空気は逃がしています。
定圧比熱=0.24[kcal/kg ℃]を使っています。

しかし、時間当たりのガス使用量から時間当たりの熱量を算出しましたが、内部温度と体積から３６００秒を掛けると、ガス使用量からの値と一ケタ多い値になってしまいます。

なにか、考え間違いをしているのでしょうか？
宜しくお願い致します。

回答No.1

FT56F001

>内部の熱量
>　　Ｑ＝ｒ（空気密度）×Ｃ(空気比熱）×Ｖ（箱の体積）×（40℃－周囲温度）
は，箱の中に溜まっている熱[J]です。

時間当たりの熱量（ｋｃａｌ／ｈ）を求めたい，ということは
「熱が外に逃げていく。その分を補うためにバーナーから供給する熱が1時間当たりどれだけか」
を知りたいのでしょうか?

とすると，箱の断熱材の熱伝導などを使って計算することになります。

単位時間当たりの熱流[W]=(熱伝導率[W/K・m]）×（箱の表面積[m^2]）×（40℃－周囲温度）÷(断熱材の厚み[m])

それとも，周囲温度にある箱にバーナーを点火して，指定時間以内で温度を40℃まで上げたい，
という意味でしょうか?
それならば，
>　　Ｑ＝ｒ（空気密度）×Ｃ(空気比熱）×Ｖ（箱の体積）×（40℃－周囲温度）
を指定時間でわった値が，バーナーが出すべき，時間当たりの熱量（ｋｃａｌ／ｈ）になります。

お礼

ありがとうございました。
また、ご指導をお願いします。

補足

FT56F001さん、ありがとうございます。
実は、この箱からの熱のロスをしりたいのです。
バーナーの1時間当たりのガス使用量が解っています。
また、昨日質問を投稿したのですが、
箱の各面の温度と内部温度も解っています。
この箱からの放散熱量と放射熱量も算出しました。
断熱材と金属箱での算出がいまいち解らないのですが？
昨日の質問にも是非、回答お願いします。

小生が考えたのは、バーナーガスの時間当たりの熱量から
箱の放散熱量と放射熱量を引いて、箱内の1時間当たりの
熱量を引けば、その他のロスが数値ででるとおもったのですが？

以上、宜しくお願い致します。