今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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電子レンジのエネルギー効率は?~電力食いの内訳
【今日の料理】 2011/6/5 夕食
 今日は,午前中から,埼玉県農林公園に行ってきました.フリーマーケットが,開催されていたからです.
 妻が,娘(3.8ヶ月)の服と,プレイマットを見つけ,買って帰りました.服は,1着100円,プレイマットは500円と,格安でした.
 プレイマットとは,赤ちゃんを寝かせて遊ばせるマットです.マットからアーチが生えており,アーチに人形がぶらさがっています.赤ちゃんは,この人形を眺めたり,つついたりして,遊ぶことができます.プレイマットは,普通は5000円~10000円はするものです.使う期間が短いので,なかなか買えずにいました.今回,安価に手に入ったので,満足です.
 早速,娘をプレイマットに寝かせてみました.すると,面白くて興奮しているのか,慣れない場所で落ち着かないのか,ずっとウーウーうなっていました.ひょっとすると,生後約4ヶ月では,プレイマットを使うには,まだ少し時期が早いのかもしれません.
 彼女の気持ちが分からないかと,私も横で寝てみましたが,あまり面白くありませんでした.おそらく,私には,まだ時期が早かったのだと思います.

★米飯

★レトルトカレー
 今日は,久しぶりに手抜き料理の日です.私・妻ともに,「今日は作らない」と,宣言したためです.
 私はハウス「カリー屋カレー」を,妻は明治「5種類の野菜カレー」を,頂きました.久しぶりのレトルトカレーは,味が濃く感じました.塩味が,強いようです.

★トマト


【今日の料理工学】 電子レンジのエネルギー効率は?~電力食いの内訳
 前回は,電子レンジの調理時間について,考察しました.

 便利な電子レンジですが,消費電力が大きいことが,問題です.我が家は貧乏なので,契約電力をケチって,30Aにしています.30Aというと,十分な量に思えたのですが,そうでもありません.熊谷の暑い夏に,エアコンを付け,炊飯器を炊き,掃除機をかけると,配電盤のノーヒューズブレーカーが飛ぶことがあります.
 我が家の電子レンジ(出力500W)の消費電力は,960Wとありますので,約10Aを占有します.したがって,電子レンジを使うタイミングは,注意する必要があります.

 さて,このように電力食いの電子レンジですが,加熱に有効に利用されるエネルギーは,どれくらいなのでしょうか.今回は,電子レンジのエネルギー効率について,調べてみたいと思います.

 電子レンジのエネルギー効率η(イータ)を,次式1のように定義します.
<式1>
 η=加熱された材料の得たエネルギーQ[J]÷消費した電力量Ein[J]

 さらに,式1を,次式2のように,書き換えます.すなわち,電子レンジのエネルギー効率ηを,電磁波による加熱効率η1と,電磁波を生成するときの効率η2に,分解します.
<式2>
 η=η1×η2
 ここで,
 ・η1=加熱された材料の得たエネルギーQ[J]÷電磁波のエネルギーEw[J]
 ・η2=電磁波のエネルギーEw[J]÷消費した電力量Ein[J]

 加熱された材料の得たエネルギーQ[J]は,次式3で計算できます.
<式3>
 Q=c×m×ΔT
 ここで,
 ・c:材料の比熱[J/kg・K]
 ・m:材料の質量[kg]
 ・ΔT:材料の温度上昇[℃]
 
 また,電磁波のエネルギーEw[J]は,次式4で計算できます.
<式4>
 Ew=Ww×t
 ここで,
 ・Ww:電磁波の出力[W]
 ・t:加熱した時間[s]

 そして,消費した電力量Ein[J]は,次式5で計算できます.
<式5>
 Ein=Win×t
 ここで,
 ・Win:電子レンジの消費電力[W]
 ・t:加熱した時間[s]

 式1~5を計算するためには,材料の加熱時間tと温度上昇ΔTの関係を,実験で調べておく必要があります.
 そこで,図1のように,密閉容器の中に水を入れて,電子レンジで所定時間加熱した前後の,温度変化を調べました.容器には,蒸気穴が設けられているので,この穴から温度計(DRETEC,デジタル温度計,最小目盛0.1℃)を差して,温度を測定しました.
<図1>
画像

 試験条件は,以下の通りです.
 ・電子レンジ:松下電器産業(当時),NE-TZ15A
 ・水の量:200g
 ・加熱前の水の温度:25.1℃
 ・加熱時間:2min


 では,式1~式5および実験結果に基づいて,電子レンジのエネルギー効率を求めてみます.

 物性値および電子レンジのスペックは,以下の値としました.
 ・水の比熱  :c=4200J/kg
 ・電磁波出力:Ww=500W …[1]
 ・消費電力  :Win=960W …[1]

[1]松下電器産業(当時);家庭用オーブンレンジNE-TZ15A取扱説明書,(2006)

 また,実験結果は,以下の通りでした.
 ・加熱後の温度は,79.2℃だった.
 ・温度上昇ΔT=79.2-25.1=54.1℃,となる.

 式3~5を計算すると,以下のようになります.
 ・Q=4200[J/kg]×0.2[kg]×54.1[℃]=45400[J]
 ・Ew=500[W]×120[s]=60000[J]
 ・Ein=960[W]×120[s]=115000[J]
 
 式1~2から,電子レンジのエネルギー効率は,以下のように計算できます.
 ・η1=45400÷60000=0.757≒0.8
 ・η2=60000÷115000=0.520≒0.5
 ・η=0.757×0.520=0.394≒0.4

 つまり,電子レンジの総合的なエネルギー効率は,約40%と考えられます.
 その内訳は,次のようになっています.
 ・電源電力から電磁波を作るときの効率:約50%
 ・電磁波で材料を加熱するときの効率 :約80%

 この結果を見ると,電子レンジでは,電磁波で材料を加熱する効率はそこそこ良いと思えます(有効に使われなかった20%のエネルギーは,空気や容器や電子レンジの温度上昇に費やされたと推定されます).
 しかし,電磁波を作るときの効率が,あまり良くないと思われます.消費電力Winには,電磁波を作る以外に使われる電力(テーブルを回す,ランプを付ける,など)も含まれます.このために,単純に電磁波出力Ww÷消費電力Winで電磁波を作る効率を計算すると,この程度の数字になってしまうのかもしれません.

 それにしても,電力食いの電子レンジの,電力の約60%がロスと考えると,少し損した気分です.


【今回の結論】
 電子レンジのエネルギー効率は,約40%と推定されました.内訳は,以下の通りでした.
 ・電源電力から電磁波を作るときの効率:約50%
 ・電磁波で材料を加熱するときの効率 :約80%


【バックナンバー】
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