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Specific Heat of Rice and its Prediction Sei-ichi OSHITA*, Hireshi SHIMIZU*, Takaharu KAMEOKA* Abstract Specific heat of rice was measured by the meth

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全文

(1)

籾 お

よ び 玄 米 の 比 熱

と そ の 推 算

大 下

誠 一*・

清 水

浩*・

亀 岡

孝 治*

4品 種 の 米(籾 お よび玄 米)の 比 熱 を 混 合 法 を用 い て測 定 し,既 往 の多 くの報 告 と 同様

に,水 分 の 一 次 関数 で表 され る実 験 式 を 得 た 。 実 験式 に お け る水 分 の意 味 を説 明す る た め

に1米 粒 中 の 水 の比 熱 を微 分 吸着 熱 を 考 慮 して 定 義 し,米 の 見か け の比 熱 の 推,算 を行 っ

た 。 推 算 値 は 実測 値 に よ く対 応 して お り,推 算 式 が 妥 当 で あ る こ とが 示 され た 。 また,こ

の こ とに よ り,米 粒 中 の 水 の 主要 な エ ネ ル ギが 飽 和 水 の エ ンタ ル ピ と吸 着 の エ ン タル ピ と

の 差 で 表 され る こ と,お よび,米 粒 中 の水 の平 均 の比 熱 が 飽 和 水 の比 熱 よ りも大 き い こ と

が,定 量 的 に 示 され た 。

Specific

Heat

of Rice

and its Prediction

Sei-ichi OSHITA*, Hireshi SHIMIZU*, Takaharu

KAMEOKA*

Abstract

Specific heat of rice was measured by the method of mixture.

Four varieties

of rough rice and hulled rice were used in this study.

The specific heat was

found to vary linearly with moisture content and a linear regression equation

was obtained, which is in accord with the results already reported elsewhere.

In order to investigate the contribution of water to the specific heat of rice,

the specific heat of water in rice kernel was defined by taking account of

differential heat of adsorption, and apparent specific heat of rice was predicted.

The agreement between measured and predicted values showed the validity of

the prediction equation.

This fact also indicated that main energy of the

water in rice kernel can be expressed by the enthalpy difference between

saturated water and adsorption.

In addition to this, the specific heat of water

in rice kernel was quantitatively shown to be greater than that of saturated

water.

〔Keyword〕 specific heat, prediction equation, rice, enthalpy, adsorption

穀 物 の加 工 工 程 には,加 熱 や 冷 却 操 作 が必 ず 含

まれ る 。比 熱 は,こ の よ うな操 作 に 必 要 な熱 負 荷

の算 定 に利 用 され るだ けで な く,熱 移 動 の計 算 に

不 可欠 な熱 伝 導 率 の間 接 測 定 に も必 要 とされ る。

重要 な熱 物 性 値 であ るた め に,比 熱 に つ い て の報

告 は 国 内外 に 多 く見 受 け られ,こ れ ち を総 括 した

もの1)も あ る 。穀 物 に根 ちず 豆 類 等 も含 め て測 定

法 別 に概 観 す る と,混 合 法 を用 い た測 定 例2)∼12)が

最 も多 く,そ の ほ か に,い わ ゆ る混 合 法 で な く熱

*三 重 大 学 生 物 資 源 学 部(〒514津 市 上 浜 町1515 〓0592-32-1211)

Faculty of Bioresources, Mie Univ., Kamihama-cho, Tsu-shi, 514 JAPAN

(2)

68 農 業 機 械 学 会 誌 第54巻 第2号(1992)

:量計 に よ る方 法13)∼16)や

示 差 走 査 熱 量 計 に よ る 方

法17)18)が あ る 。 また,熱 伝 導 率,温 度 伝 導率 お

よび密 度 との 関 係 か ら算 出 した 例19)20)も 見 られ

る 。 この よ うに 多 くの 報 告 例 が あ るが,対 象 を籾

お よび玄 米 に 限 定 す る と,入 手 で き るデ ー タが 限

られ て い る の が難 点 で あ る。

水 分 は穀 物 の 比 熱 に 大 き く作 用 す る。 この 点 に

関す る報 告 の ほ とん どは,穀 物 の比 熱 が 水分 の 一

次 関数 で表 され る こ とを 認 め て い る。 さ らに,こ

の 関数 を外 挿 した 上 で の 推 論 で あ るが,穀 物 中 の

水 の比 熱 は 自由 水 の 比 熱 よ り大 きい2),7),14)と

い う

指摘 もあ る 。 しか し,こ の 点 に 関 す る定量 的 な考

察 は不 足 して い る 。

本 研 究 で は,4品

種 の籾 お よび 玄 米 の比 熱 を測

定 して比 熱 デ ー タの 蓄 積 に 資 す る と共 に,熱 力学

量 を基 に した 比 熱 推 算 式 を 提 示 し,比 熱 の 水 分 依

存 性 の説 明 を 試 み た 。

試 料,測

定 装 置 お よ び 方 法

1.試

試 料 に は三 重 大 学 付 属農 場 産 の籾 お よび玄 米 を

用 い た 。 品種 は コ シ ヒ ガ リ,大 空,秋 晴 お よび う

こん 錦 で あ る。 試 料 水 分 は約10-23%(w.b.)

と し,噴 霧 加 湿 また は乾 燥 の後,5[℃]の

雰 囲気

中 に静 置 して水 分 調 整 を行 っ た 。

2.測

定 装 置

比 熱 測 定 に は混 合 法 を用 い た 。 図1は,市

販 の

断 熱 型 熱 量 計 を 改 良 した比 熱 測 定装 置 の概 略 図 で

あ る 。装 置 は,外 箱(木 製),外 水 筒(銅 製),内

図1比 熱 測 定 装 置 Fig.1 Diagram of apparatus

筒(銅 製)お

よび 内筒 の攪 拌 部 か ら構 成 され る。

内 筒 は,伝 導 に よる熱 移 動 を 防 ぐた め に,図 の位

置 に 糸 で 固 定 した 。 攪 拌 部 の水 面 か ら の位 置30

[mm]お

よび 回 転数460(r.p.m.)は

実 験 的 に

決 定 した 。 内筒 の温 度 は 蓄 留 水 あ るい は蒸 留 水 と

これ に投 入後 の試 料 を 含 め た 平均 の 温度 で代 表 さ

せ,熱 電 対(T型,φ0.3[mm])を

用 い て検 出す

る。 内筒 へ投 入 前 の試 料 め温 度 は試 料 容 器 に貼 り

付 け た シー トタ イ プ の熱 電 対(T型,検

出端7×

7[mm])の

示 す 温 度 で 代 表 させ た 。温 度 測 定,

試料 投 下 時刻 の決 定 お よびデ ー タ処 理 等 は パ ー ソ

ナ ル コ ン ピ ュー タ で行 った 。 な お,内 筒 に は蒸 留

水 を 注 入 し,そ の重 量70[9]お

よび投 入 す る試

料 の重 量30[9]は

試 行 錯 誤 法 に よ り決 定 した。

3.比

熱 の 算 定

図2に デ ー タ処 理 例 を 示 し た 。 図 中 の ドッ ト

は,2秒

毎 に取 り込 んだ 内筒 温 度 の実 測 値 で あ

る 。 これ に よ り,試 料 投 入 前 と投 入後 の 回帰 直 線

(2)および(1)を求 め,θ2お

よび θ3を 決 定 す る 。 こ

れ らか ら,次 式 に よ り比 熱 が算定 され る 。

(1)

ここ で,C:比

熱[kJ/kgK]

Wc:内

筒 の熱 容 量[kJ/K]

w:試

料 重量[kg]

θ1:試

料 温度(投

入前)[℃]

θ2:内

筒 の 温度(投 入 前)[℃]

θ3:内 筒 の温 度(投 入 後)[℃]

で あ る 。

な お,内 筒 の熱 容 量:は,比 熱4.186[kJ/kgK]

の蒸 留 水30[9]を

試 料 と した 測 定 に よ り,(1)式

か ら逆 算 して 決 定 した 。

図2デ ー タ 処 理 例 Fig.2 An example of data processing

(3)

表1籾

の比熱(実 験式)

Table 1

Specific heat of rough rice (Experimental equation)

(Note) Cp=specific heat [kJ/kg K], M=moisture content% (w, b.)

表2玄

米 の比熱(実 験式)

Table 2 Specific heat of hulled rice (Experimental equation)

(Note) Cp=specific heat [kJ/kg K], M-moisture content% (w. b,)

Ⅲ 測 定 結 果 1.籾 の 比 熱 コ シ ヒ カ リは11-23%(w.b.)の 範 囲 で9点, 大 空 は9-19%(w.b.)の 範 囲 で5点,秋 晴 は 12-23%(w.b.)の 範 囲 で5点,う こ ん 錦 は ,12 -22%(w .b.)の 範 囲 で5点 の 各 水 分 に つ い て 測 定 を 行 っ た 。 そ れ ぞ れ に つ い て3回 の 測 定 結 果 の 平 均 値 を 求 め て,そ の 水 分 に お け る 比 熱 とし た 。 こ れ ら の 回 帰 式 を 文 献 値 と共 に,表1に ま と め た 。 2.玄 米 の 比 熱 コ シ ヒ カ リは10-20%(w.b.)の 範 囲 で10点, 大 空 は10-18%(w.b.)の 範 囲 で5点,'秋 晴 は 11-22%(w.b.)の 範 囲 で5点,う ,こん 錦 は11 -23% ,(W.b.)の 範 囲 で5点 の 各 水 分 に 対 す る 比 熱 を 測 定 し た 。 比 熱 は,籾 と 同 様 に,そ れ ぞ れ 3回 の 測 定 結 果 の 平 均 値 で 求 め た 。 回 帰 式 を 文 献 値 と共 に,表2に 示 した 。 Ⅳ 穀 物 の 見 か け の 比 熱 の 推 算 1.比 熱 推 算 式 の 導 出

一 般 に

,混 合 系 の見 ゆ け の 地 熱 に を

ま加 成 性 が成

り立 つ 。水 分 を含 ん だ 磯 物 の 見 か け の比 熱 も これ

に な ら うもの と考 え る4す な わ ち,穀 物 の 見か け

の比 熱 は,絶 乾 穀 物 の 比 熱 と穀 物 中 の水 分 の比 熱

に重 量 割 合 を 乗 じた もの の和 と して表 され る もの

とす る。

そ こで,穀 物 中 の水 の比 熱 につ いて 考 える。 あ

る温 度 に お い て平 衡 含 水 率 にあ る穀 物 中 の 水 は,

そ の と きの 平衡 蒸 気 と等 しい モル 自由 エ ネ ル ギ を

持 つ 。 この こ とか らClausius-Clapeyronの

(2)

が 成 立 す る。,ここでPは 平衡 蒸 気 圧,Tは

絶 対 温

度,ΔHvは

温度Tに

お け る1モ ル 当 りの 平 衡 蒸 気

の エ ンタル ピ と穀 物 中 の水 の エ ンタル ピとの 差,,

す なわ ち,穀 物 中 の 水1モ ル 当 りの蒸 発 熱V1,

Vvは,各

々,穀 物 中 の 水 お よび 蒸 気1モ ル の体

積 で あ る。

液体 の体 積 は蒸 気 の体 積 に 比 べ て無 視 で きる ほ

ど小 さい こ と,か つ,蒸 気 を 近 似 的 に理 想 気 体 と

考 える こ とに よ り,

(4)

70 農 業 機 械 学 会 誌 第54巻 第2号(1992)

(3)

とす る こ とが で きる 。 これ を(2)式に代 入 して,平

衡 蒸 気 圧Pに

お け る蒸 発 熱 を 得 る 。

(4)

同様 に して,飽 和 水 の蒸 発 熱 ΔHsは 次式 とな る 。

(5)

こ こ で,Psは 飽 和 水 に 対 す る 飽 和 蒸 気 圧 で あ る 。 (4),(5)式 よ り

(6)

が 導 か れ る 。 これ を積 分 す る と

(7)

と な る 。zは 穀 物 の 水 分 に 依 存 す る 積 分 定 数 で あ り,(7)式 はOthmerの 式21)22)と し て 知 ら れ て い る 。 こ こ で,ΔHv/ΔHsお よ びzは 狭 い 温 度 範 囲 で は 含 水 比m(乾 量基 準:小 数)の み に 対 応 し て 定 ま る と考 え て よ い 。 そ こ で,異 な る 温 度 で 同 一 の 含 水 比 を 与 え る デ ー タ を 用 い れ ば,そ の 含 水 比 に お け る(7)式 の 係 数 ΔHv/ΔHsを 求 め る こ と が で き る 。 こ の よ う に し て,い くつ か のrnに 対 し て ΔHv/ΔHsを 求 め れ ば,関 数f(m)が 決 定 さ れ る 。

(8)

穀 物 中 の 水 の 蒸 発 熱 ΔHvは,同 温 度 の 飽 和 水 の 蒸 発 熱 ΔHsよ り も 微 分 吸 着 熱Hadsだ け 大 き い 。 こ れ は(8)式 を 利 用 す る こ と に よ り Hads=ΔHv-ΔHs ={f(m)-1}ΔHs(9) と し て 与 え られ る 。 な お,(9)式 を 微 分 湿 潤 熱 と 呼 ぶ 場 合 も あ る が,穀 物 を 液 中 に 投 入 す る こ と は 想 定 し て お ら ず,一 定 空 気 条 件 の 下 で 吸 着 平 衡 に あ る 穀 物 を 考 え て い る の で 微 分 吸 着 熱 と い う用 語 を 用 い る 。 さ て,穀 物 中 の 水 の 平 均 の エ ン タ ル ピ Hw,riceは,飽 和 水 の エ ン タ ル ピHwか ら 微 分 吸 着 熱 と し て 放 出 さ れ る エ ネ ル ギ を 減 じた も の と 考 え られ る の で,次 式 が 成 立 す る 。 Hw,rice=Hw-Hads(10) い ま,比 熱 の 定 義 を,平 均 の エ ン タ ル ピ の 温 度 微 分 で あ る と す れ ば,穀 物 中 の 水 の 比 熱Cpwは

(11)

と表 され る。(11}式

に お い て,右 辺 の第1項 は 飽和

水 の比 熱

第2項 は 吸着 熱放 出 に よる比 熱 の 変 動

分 を表 して い る。 い ま,飽 和 水 の比 熱 の 温度 依 存

性 が10-20[℃]の

温度 範 囲 で 無視 で き る と して

4.186[kJ/kgK]で

代表 させ,第2項

に(9)式を 代

入 す る と

(12)

と な る 。 な お,ΔHsは モ ル 当 りの 蒸 発 熱 と考 え て き た が,以 後 は,初 項 と 同 様 にkg当 りの 量 とす る 。 飽 和 水 の 蒸 発 熱 ΔHsは 理 論 的 に 導 か れ,0-100 [℃]の 範 囲 で 温 度 の 一 次 関 数 と し て 表 され る23)。 しか し,範 囲 を 限 定 し て 精 度 を 上 げ る た め に,こ こ で は 温 度 基 準 飽 和 蒸 気 表24)よ り0-50[℃]の 値 を 読 み 取 り,温 度 に 関 す る 一 次 回 帰 式 を 求 め た 。 ΔHs=597.2-0.566θ[kcal/kg] =2500-2 .37θ[kJ/kg](13) θは 温 度[℃]で あ る 。 これ を(12)式に 代 入 す る と, Cpw=4.186+2.37{f(m)-1}(14) を 得 る 。 こ こ で,絶 乾 穀 物 の 比 熱 を 狭 い 温 度 範 囲 で 一 定 で あ る と してCgrnで 表 せ ば,含 水 比mの 穀 物 の 見 か け の 比 熱Cpは 次 式 で 与 え ら れ る 。

(15)

2.籾 お よ び 玄 米 の 見 か け の 比 熱 穀 物 中 の 水 と 飽 和 水 の 蒸 発 熱 の 比,す な わ ち, (8)式 の 関 数f(m)が わ か れ ば,(14),(15)式 を 用 い て 含 水 比mの 穀 物 の 見 か け の 比 熱 を 推 算 す る こ とが で き る 。 こ こ で は,関 数f(m)と し て,籾 お よ び 玄 米(日 本 晴)に 関 し て,20-40[℃]の 範 囲 の 平 衡 含 水 率 デ ー タ を 基 に 提 示 さ れ た 亀 岡 の 式25)を 利 用 す る 。 な お,Clausius-Clapeyronの 式 か ら 関 数f(m)を 定 義 す るOthmerの 式 を 導 く過 程 で 与 え る 近 似,お よ び,関 数 形f(m)の 選 択 が 蒸 発 熱 の 算 定 精 度 に 影 響 す る と 指 摘 した 報 告26)も あ る が,こ こ で はOthmer式 を 認 め た 上 で 比 熱 推 算 を 行 う こ と と し,ま た,f(m)に つ い て は 一 つ の 関 数 で 表 示 せ ず,穀 物 水 分 を い くつ か の 区 間 に 分 け て,各 区 間 の 最 適 な 関 数 を 用 い る こ と に よ り,前 述 の 指 摘 を 避 け た 。

(5)

(a)籾 の 見 か け の 比 熱 の 推 算 籾 に 関 し て,関 数f(m)は 以 下 の 式 と な る257.。 0<m≦0.08(16) f(m)=-1.220m+1.369,0.08<m≦0.23(17) f(m)=-1.866m+1.515,0.23<m≦0.276(18) (16)-(18)式を(15)式に 代 入 す る こ と に よ り,籾 の 見 か け の 比 熱 が 推 算 さ れ,以 下 の 式 で 表 さ れ る 。 な お,絶 乾 籾 の 比 熱 に は,日 本 晴 に 関 す る 加 藤 に よ る 実 測 値18)1.26[kJ/kgK]を 用 い た 。 (i)0<m≦0.08の 場 合

(19)

(ii)0.08<m≦0.23の 場 合

(20)

(iii)0.23<m≦0.276の 場 合

(21)

(iv)m>0.276の 場 合 平 衡 含 水 率 デ ー タ25)に よれ ば,籾 中 の 細 孔 は m=0.276に お い て す べ て 水 分 で 満 た され る こ と が 判 る 。 した が っ て,重 量 比(m-0276)を 占 め る 水 分 は 籾 表 面 へ の 付 着 水 と考 え られ る 。 こ の と き籾 の 見 か け の 比 熱 は

で表 され る。 上 式 で,右 辺 第1項 は絶 乾 籾 の比 熱

寄 与 分,第2項

は 籾 中 の 水 の 比 熱 寄 与分 で あ り,

第3項

は籾 表 面 へ の付 着 水 の比 熱 寄 与 分 を示 す 。

これ を整 理 す る と,次 式 を 得 る。

(22)

(17)-(22)に

よる籾 の比 熱 推 算 値 を,図3に

示 し

た 。 比 較 の た め,筆 者 らの 実 測値 お よび文 献 値 も

合 わ せ て,図 示 した 。

(b)玄 米 の 見か け の比 熱 の推 算

籾 の場 合 と同様 に して9玄 米 の見 か け の比 熱 を

推 算 す る 。 玄 米 に 関 す る 関数f(m)は,以

下 の よ

うに 与 え.られ る25)。

図3実

測 した籾 の比熱 と推算値

Fig, 3 Measured and predicted specific

heat of rough rice

0<m≦0.09(23) f(m)=-1.171m+1.373,0.09<m≦0.24(24) f(m)=-1.770m+1.515,0.24<m≦0.29(25) 玄 米 絶 乾 物 の 比 熱 に つ い て は,日 本 晴 に 関 す る デ ー タ が 入 手 で き な い の で,坂 井 ら の 値16)1.30 [kJ/kgK]を 用 い た 。 以 上,(23)-(25)式 を(15)式に 代 入 す る こ と に よ り,玄 米 の 見 か け の 比 熱 が 以 下 の 式 で 表 さ れ る 。 (i)0<m≦0.09の 場 合

(26)

(ii)0.09<m≦0.24の 場 合

(27)

(iii)0.24<m≦0.29の 場 合

(28)

(iv)m>0.29の

場 合

玄 米 の 見 か け の比 熱 は,籾

と同 様 に 付着 水 の比

熱 嵜 与 を 考 慮 して

(6)

72 農 業 機 械 学 会 誌 第54巻 第2号(1992)

図4実

測 した玄 米の比 熱 と推算値

Fig, 4 Measured and predicted specific

heat of hulled rice

とな る 。 これ を整 理 して

(29)

を 得 る 。

(26)-(29)式

に よる 玄 米 の比 熱推 算結 果 を,図4に

示 した 。 また,籾

と同 様 に,実 測値 お よび 文献 値

も同 図 に記 した 。

まず,実 測 した比 熱 に つ い て 考 え る。 これ は,

第 Ⅱ章 に述 べ た 混 合 法 に よ り算 出 した も の で あ

る 。 算 串 の基 礎 どな る熱 量 計 の 平均 の 温度 と して

は 湿 潤 熱 に よ る変 化 は 観 測 され な か った が,こ れ

は 湿 潤 熱 が 量 的 に少 いた め で ゼ ロとい うこ とで は

な い と推 測 され る。 さ らに 湿 潤 熱 に 加 えて,熱 量

計 に投 入 す る以 前 に予 め 試 料 内 に存 在 して い る吸

着 水 の エ ネ ル ギ レベ ル の変 化 につ いて も考 えて お

く必 要 が あ る 。吸 着 水 の束 縛 状 態 は,束 縛 され た

水 分 子 の位 置 が 吸 着 表 面 か ら離 れ る ほ ど 弱 く な

る。 こ の よ うに弱 い束 縛 状 態 に あ る水 分 子 の一 部

は,吸 着 す る際 に放 出 した と同等 の エ ネル ギを 熱

量計 か ら奪 っ て束縛 状 態 を脱 す る も の と推 測 され

る。 こ の過 程 に お け る エ ネ ル ギ レベ ル の変 化 は,

試 料 の 温度 変 化 に は寄 与 しない 。 一 方,熱 量 計 側

で は,水 分 子 の束 縛 を解 くた め に必 要 な 熱量 を放

出 した こ とに な るの で 温度 が低 下 す る は ず で あ

る 。 しか し,放 出 熱 量 が微 少 で あ る ので この 温度

変 化 を観 測 す る のは 難 しい 。 実際,本 測 定 装 置 で

は湿 潤 熱 も含 め て この よ うな 微 弱 な温 度 変 化 は 感

知 で きな い0し たが って,実 験 結 果 は,数:値 に反

映 され な い程 度 では あ るが,こ れ らの熱 移 動 を含

め た 見 か け の比 熱 を 表 す も の と考 え られ る。

次 に,比 熱推 算式 につ いて 考 察 す る 。式 導 出 の

過 程 で は,(10)式で飽 和 水 のエ ン タル ピか ら吸 着 に

よ るエ ンタ ル ピ低 下 分 を 減 じて,穀 物 中 の水 のエ

ンタ ル ピを評 価 した 。 した が って,エ

ソタ ル ピの

温 度 微 分 で定 義 した(11)式

のCpwは,水

の吸 着 に よ

る束 縛状 態 に対 応 した比 熱 を 与 える。 さ らに,(15)

式 の推 算式 は湿 潤 熱 とは 独 立 して お り,実 測 値 よ

りも真 の比 熱 に近 い と思 わ れ る。 しか し,成 分 間

の 相 互作 用 等 を考 慮 して い ない 点 で,や は り見 か

け の比 熱 とい うべ きで あ ろ う。

図3お

よび 図4に よれ ば,籾 お よび玄 米 の比 熱

推 算値 は,い ず れ も,ほ ぼ 実 測 値 の 平均 に近 い値

に 位置 して お り,推 算 結 果 が 妥 当 で あ る こ とを 表

して い る 。 この こ とは,吸 着 に よる エ ンタ ル ピ低

下 の み を考 慮 した これ まで の推論 が大 筋 で正 し1

こ とを裏 付 け て い る。

そ こで,吸 着 の 内容 につ い て 詳 し く見 る と,次

の よ うに な る 。籾 を例 に取 って,微 分 吸 着 熱 を 試

算 して み る。 まず,(16)-(18)式か らf(m)一1の

最:

大 値 を求 め る と,(16)式にお いてm→0と

す る こ と

に よ り極 限値0.660を 得 る。 次 に,θ=30[℃]を

(13)式

に代 入す る こ とに ま りΔHs=2429[kJ/kg]を

得 る 。 これ らを(9)式に代 入 して 微分 吸着 熱 の最 大

Hads,max=1603[kJ/kg] =28 .9[kJ/mol] を 得 る 。 物 理 吸 着 に 伴 うエ ネ ル ギ は 蒸 発 の エ ン タ ル ピ程 度 の 大 き さ で あ り,一 般 に40[kJ/mol]よ り小 さ い27)こ とが 知 られ て い る が,試 算 値 も こ の 範 囲 に あ る こ と が 判 る 。 一 方,比 熱 の 推 算 に お い て 採 用 し た 籾 お よ び 玄 米 の 絶 乾 物 の 比 熱 は,炭 水 化 物 の 比 熱1.22[kJ/kgK]と 比 べ て 大 差 な く, 妥 当 な 値 と思 わ れ る 。 こ れ らの 議 論 お よ び 推 算 値 と実 測 値 の 一 致 を 考 え 合 わ せ る と,次 の よ う な 理

(7)

図5籾

中の水 の比 熱の推算値

Fig, 5 Estimated specific heat of water

in rough rice

解 が 可 能 で あ る 。 す な わ ち,穀 物 中 の水 を 物 理 的

状 態 に よ って 定 性的 に分 類 す れ ば,概 ね,物 理 吸

着 に よ る吸着 水 と飽 和 水 か ら成 って お り,両 者 を一

平 均 した 見 か け の微 分 吸 着 熱 が 観 測 値 か ら推 算 さ

れ る物 理 量:であ る。

最 後 に,穀 物 中 の水 の比 熱 に つ い て 考察 す る 。

推 算 式(19)-(22)式

お よび(26)-(29)式

に お い て,右 辺 第

2項 の係 数m/(m+1)を

除 い た 部 分 が,穀 物 中

の 水 の 比 熱 を 表 して い る。籾 を 例 に,横 軸 に籾 の

含水 比を,縦 軸に籾中の水の比 熱母

うて図5に .

示 した 。 この 水 の 比 熱 は,含 水比 が小 さ い ほ ど大

き な 値 を 示 し,ま た,飽 和 水 の比 熱 よ りも大 きぴ

こ とは 明 瞭 で あ る。 これ に よ り,従 来 よ り の 指

摘,す

な わ ち,穀 物 中 の 水 め比 熱 が 飽 和 水 の比 熱

よ りも大 きい こ とが,定:量 的 に裏 付 け られ た と考

え る 。

混 合 法 に よ り,4品

種 の米(籾 お よび 玄 米)の

比 熱 を水 分 の関 数 と して 測 定 した 。穀 物 中 の水 の

見か け の比 熱 につ い て は,実 験 式(水 分 の一 次 関

数)気忙 お い て水 分 を100%と

した場 合 の比 熱 を求

め て い る例 しか 見 あた らず,正 確 な理 解 に至 って

い な い と思 わ れ る。 そ こで,平 衡 含 水率 デ ー タか

ち米 粒 内 の水 の微 分 吸 着 熱 を 算 出 し,こ れ を基 に

して米 の 見 か け の比 熱 の推 算 式 を 導 出 した

。 そ の

結 果,米 の 見 か け の 比 熱 に 対 す る 米 粒 中 の 水 の 寄 与 が,定 量 的 に 説 明 さ れ た 。 参 考 文 献 1)林 弘通監訳,N.N,Mohsenin著:食 品の熱物性,第2 章,(株)光琳,1985

2) Pf alzner, P, M.: The specific heat of wheat, Can. J, of Technol. 29 : 261-264, 1951

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74 農 業 機 械 学 会 誌 第54巻 第2号(1992)

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参照

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