【今日の料理】　2011/6/6　夕食
　今日は，妻は自動車学校で，一日留守でした．
　帰ってきた妻は，「S字カーブをうまく曲がれた」と，大いに喜んでいました．

　私が20年ほど前に通った自動車学校では，S字カーブでは，奥のほうの道路に点線が描いてありました．自動車の先端を，この点線に合わせるように操作すると，脱輪せず，うまくカーブを抜けられる，という仕組みです．つまり，車両サイズの感覚を身に付ける必要がないのです．この仕組みのおかげで，私は，点線が描いていないS字カーブは，うまく抜けられないと思います．
　また，私は数年前に，ペーパードライバー講習を受けました．そのときは，何とかS字カーブを曲がれました．ただし，教官が横からハンドルを操作してくれて，ようやく曲がれたと記憶しています．

　今，私が乗っている自動車は，普通車で最小クラスの自動車（トヨタ・パッソ）です．教習所の大きい車で，果たしてS字カーブを曲がれるかどうか，私には自信がありません．私が自動車を運転するときには，狭い道を通らないように，十分に注意しています．

★米飯

★みそ汁，ほうれん草・油あげ

★鮭マリネの蒸し焼き
　レシピ[1]の鮭ホイル焼きをアレンジ．オリーブオイル・レモン汁・たまねぎと漬けた鮭を，人参・しめじと一緒にフライパンに載せて，約10分蒸し焼きにしました．
　レモンの香りが飛んでしまい，酸味が僅かに残る程度でした．レモン汁は，最後にかけたほうが，よかったかもしれません．でも，鮭はおいしく，妻も満足していました．

[1]奥園壽子；超ムダなし！食べきりレシピ，家の光協会，(2009)

★焼きなす
　ガスコンロのグリルで焼いた，なすです．ヤマサ昆布つゆと，しょうがで食しました．なすが良くないのか，焼きが足りないのか，固くて少しエグみがあり，今ひとつでした．前に作ったときは，もう少しおいしかったと記憶していたのですが．

★トマト

★きゅうり七味和え


【今日の料理工学】　電子レンジの効率を上げられるか？～氷を使った実験
　前回は，電子レンジのエネルギー効率を考察しました．その結果，電子レンジのエネルギー効率は，40％程度でした．内訳は，電磁波を作る効率が約50％，電磁波で加熱する効率が約80％，でした．

　今回は，被加熱材料が凍っている場合について，前回と同様の実験を行ってみました．

　前回同様，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＝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]

　加熱される材料の一部が凍っている場合には，加熱された材料の得たエネルギーＱ[J]は，次の３つのエネルギーの和です．
　・初期に凍っていなかった部分が得たエネルギー（温度上昇）
　・初期に凍っていた部分が，氷→水になるためのエネルギー
　・初期に凍っていた部分が，水になった後に得たエネルギー（温度上昇）
　したがって，加熱された材料の得たエネルギーQ[J]は，次式２で計算できます．
＜式２＞
　Ｑ＝ｃ×ｍ１×ΔＴ１＋ｃ×ｍ２×ΔT２＋ｑ×ｍ２
　ここで，
　・ｃ：材料の比熱[J/kg・K]
　・ｍ１：材料の，初期に凍っていなかった部分の質量[kg]
　・ｍ２：材料の，初期に凍っていた部分の質量[kg]
　・ΔＴ1：凍っていなかった部分の温度上昇[℃]
　・ΔT2：凍っていた部分の温度上昇[℃]
　・ｑ：氷→水の融解熱[J/kg]

　また，電磁波のエネルギーEw[J]は次式３で，消費した電力量Ein[J]は次式４で計算できます．
＜式３＞
　Ｅw＝Ww×t
　ここで，
　・Ww：電磁波の出力[W]
　・ｔ：加熱した時間[s]

＜式４＞
　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]

　さて，前回と同様に，材料の加熱時間ｔと温度上昇ΔT1，ΔT2の関係を，実験で調べました．
　今回は，図１のように，密閉容器の中に，水と氷を入れました．氷だけでなく，水を入れたのは，電子レンジは直接氷を加熱しにくいため，空焚き状態になるのを避けるためです．水を入れておけば，まず水が加熱され，水から氷に熱が伝わることで，氷も加熱されます．
　そして，前回と同じく，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．温度計（DRETEC，デジタル温度計，最小目盛0.1℃）は，容器の蒸気穴から差しました．
＜図１＞


　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：50ｇ
　・氷の量：135g
　・水と氷を混ぜた後，冷蔵庫内に約10分放置して，温度を安定させた．
　・加熱前の水の温度：2.0℃
　・加熱時間：３min
　※水および氷の重量は，タニタ製デジタル秤（最小目盛1g）で測定しました．

　では，式１～式４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
　・氷→水の融解熱：ｑ＝330000J/kg
　・電磁波出力　　　：Ww＝500W　…[2]
　・消費電力　　　　　：Win＝960W　…[2]

[2]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．
　・加熱後には，氷は全て溶けていた．
　・加熱後の温度は，52.3℃だった．
　・凍っていなかった部分の温度上昇ΔT1＝52.3－2.0＝50.3℃，となる．
　・凍っていた部分の温度上昇ΔT2＝52.3－0＝52.3℃，となる．
　ここで，初期の氷の温度＝０℃と仮定しました．

　式３～５を計算すると，以下のようになります．
　・Ｑ＝4200[J/kg]×0.05[kg]×50.3[℃]
　　　　＋4200[J/kg]×0.135[kg]×52.3[℃]
　　　　＋330000[J/kg]×0.135[kg]
　　　＝10500[J]+29600[J]+44500[J]＝84700[J]
　・Ew＝500[W]×180[s]＝90000[J]
　・Ein＝960[W]×180[s]＝173000[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＝84700÷90000＝0.941≒0.9
　・η２＝90000÷173000＝0.520≒0.5
　・η＝0.941×0.520＝0.490≒0.5

　今回の結果では，電子レンジの総合的なエネルギー効率は，約50％となりました．（前回，水を温める実験から推定されたエネルギー効率は，約40％でした．）
　今回のエネルギー効率の内訳は，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90％

　電磁波で材料を加熱するときの効率は，前回の水を温める実験のときには，約80％でした．今回のほうが，やや効率が高くなっています．その理由は，以下のように考えています．
　・加熱後の温度は，今回の実験では約50℃，前回は約80℃だった．
　・加熱後の温度が高いと，周囲の温度との差が大きいので，熱が逃げやすくなる（フーリエの法則）．
　・このため，前回の実験では，今回の実験よりも，熱が周囲に逃げて，加熱効率が下がった．

　この結果から考えると，不要に高温まで加熱することを避ければ，多少ながら，電子レンジのエネルギー効率を上げることができるかもしれません．
　しかしながら，それでも電子レンジの電力の約50％は，ロスになると考えられます．そして，このロスのほとんどは，電磁波をつくるときの効率の低さに起因します．電子レンジは便利ですが，やはり，あまり効率のよい機器とは，言えそうにありません．

（補足）
　私の使用している電子レンジは，廉価なものなので，効率が悪いのかもしれません．そう思って，高級機種の消費電力と，電磁波出力を調べてみました[3]．
[3]パナソニックHP；スチームオーブンレンジ機能比較一覧
　https://panasonic.jp/range/pdf/mi_oven_lineup.pdf

　これによると，最上位機種と思われる「NE-R3400」では，次のような仕様でした．
　・消費電力：1450W
　・電磁波出力：150～800W

　電磁波を作るときの効率は，800W÷1450W＝0.55，となります．私の電子レンジと，大差ない効率でした．


（補足２）2011/6/7
　電子レンジの電磁波出力について，文献[4]に記載されていました．
[4]肥後；電子レンジ「こつ」の科学，柴田書店，（2005）

　これによると，電磁波出力の測定方法は，JIS規格で規定されているようです．具体的には，１リットルの水を入れたビーカー２個を電子レンジ内に設置して，２分間加熱します．このとき，水の温度上昇から，水の吸収したエネルギーを求めます．そして，吸収したエネルギー÷時間（２分）によって，電磁波出力を定めます．
　こうしてみると，「電磁波出力」とは，実際に電磁波の持つエネルギーでないと考えられます．したがって，今回の記事で考察したように，電子レンジの効率をη１とη２に分けるのは，正確ではなかったかもしれません．
　JISによる「電磁波出力」の定義によれば，２リットルの水を２分間加熱する実験をすれば，η１＝１の結果が出るはずです．水の量を減らすと，体積に対する表面積が増えるので，熱が逃げやすくなって，η１＜１となるのかもしれません．逆に，条件の設定によっては，η１＞１にも，なるかもしれません．


【今回の結論】
　前回の実験と，今回の実験を総合すると，電子レンジのエネルギー効率は，約40～50％と推定されます．
　・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80～90％
　加熱後の温度が低いほど，加熱の効率は向上できると考えられますが，向上は僅かです．


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