2009年07月27日
クーラーボックスの使用感？
梅雨開けて夏本番のはずだけれども、なかなか暑くならない今年なので、子供たちが夏休みに入ったというのに夏という気がしない。とは言っても夏本番、再びクーラーボックスを検証する。
「クーラーの保冷力が長持ちしたな〜」と感じるにはいろいろなファクターがあると思われる、それは決してクーラー本体の「保冷性能」だけでは無く、開け閉めの回数や、外気温、投入した氷塊の大きさが関係してくると思われる。
少なくとも本体の製品性能や、外気温、投入する氷の大きさなどが大きく影響することは明らかであるが、「開け閉め」についてはいったいどれくらい影響するのかはよくわかっていない。
数年利用したホームセン(HC)タークーラーに凍った食材や飲み物をぎっしり詰めたにもかかわらず、夕方には完全に解けてしまい、がっかりしたこともある。
その、HCクーラーは購入時よりも明らかに性能が悪くなっていたような気がするし、夏場の使用中は表面に結露しまくりで明らかに機能を果たしていない様子だった。
これは明らかにクーラー本体の保冷性能が一定レベルまで達していない証拠であり、問題外。
また、日中一度も開けなかったコールマンのポリライトが夕方、思いの外に冷えていた事がある。そのときには開けないとクーラーって長持ちするんだなと感心した。
逆に開け閉めが多いと「なんでこんなに解けちゃうんだろう」ってほどに夕方には全く氷が無い様な事もある。
やっぱり開け閉めが多いとすぐに駄目だな〜なんて思っていた。けど、待てよ？クーラー開け閉めしたって入れ替わるのは10L〜20Lの空気。たかがしれてるんじゃないか？
<クーラーを頻繁に開けると保冷時間が短い>説の検証
ちょっと机上の計算をしてみる。
その前に、クーラーの保冷有効範囲の基準を作成する。
「クーラー内では溶けた水も温度が10度になるまで保冷剤として有効とする」
※こうしておくことにより今後の計算がしやすい為。
51Lのスチールベルトにペットボトルの氷を4本 x 2L = 8Lを投入したとする。あとはビールや飲み物で350cc x 30本 = 10.5L、食材等を 5L程度投入したとする。
すると残りの空気量は51 - 8 - 10 - 5 = 28L
こうして考えると、クーラーボックスは詰まっているように見えて意外と空気がいっぱいなのかもしれない
このクーラーボックスの中身は5度で安定している物とし、外気温30度の場所一度で開けて、28Lの空気がそっくり入れ替わったと考える。
ふたたびクーラーを閉めて、この28L,30度の空気を5度迄下げるにはどれくらいのエネルギーが必要になるのだろうか考える。
ここで、理科の勉強です。
クーラーの隙間の容積は28L = 28,000cm3である。この中の空気を30.0℃から5.0℃に冷やすのに必要な熱量はいくらか。ただし空気の密度を1.24×10-3g/cm3, 定圧比熱cVを1.006J/gKとする。(本来定積比熱を用いるが省略)
まず空気の質量は(密度x体積)
1.24×10-3g/cm3 x 28,000cm3 = 34.7g ※結構重い
必要な熱量は(比熱x質量x温度差)
1.006J/gK x 34.7g x (30K-5K) = 860J
さて、この仕事量がいったいどれほどの物か解らないので、このエネルギーはどれだけ氷を溶かすことが出来るか計算してみよう。
水の融解熱は79.7Cal/g =334J/g なので、
860J / 334J/g = 2.6g
「つまり一回の開け閉めで進入するエネルギーは約氷2.6gを溶かす」
事が解った。
なんだ、たったの2.6gしか溶かさないのか〜。じゃあ、10回開けても26gしか氷への影響は無いことになる。
でも体感的にはもっと解けているようなきがするんだけれども、なんでだろう？
さらに疑問は深まる
<開けた瞬間に中身が溶けている> 説の検証
もしかしたら、クーラーのふたを開けている間、暖かい空気へ冷熱が伝わり一気に解けているのではないかと疑ってみた。
そういった場合、関連しそうなのは「熱伝導率」であり、物質の熱の伝わりやすさを示してる物。
しかし、調べてみると空気の熱伝導率は[ 0.0241W/mk]と非常に小さく水(0.58W/mk)や、鉄(83.5W/mk)に比べて、無視できるほど小さい。そもそも断熱材に使われるほどだからあまり熱は伝えないはずである。
やはりこの説もあまり関係なさそうだ。
じゃあ、何かと思ったんであるが、一番疑わしいのが、「開ける回数」ではなくて、「出した飲み物の量」に影響されているのではないだろうか？
<冷たい物を取り出すから氷が溶ける> 説の検証
じゃあ、ビール一本をクーラーボックスから取り出す際に、減少するエネルギーを氷の大きさにしてみよう。
ちょっと疲れてきたぞ・・・。
どうやって、ビール1缶(350cc)の持つエネルギーをとらえるかが難しいところだがここではこう考えよう。
取り出す350gのビールが0度と考える。このビールが持っているエネルギーがどれほどの保冷効果があるかを調べてみる。
先の定義で、「クーラーボックス内の水も10度になってしまえばもう保冷剤の役目を果たさない。」としたので、0度のビール(水)が10度になるまでに吸収するエネルギーを計算してみる。
350g x (10K - 0K) x 4.2J/gK
=250 x 10 x 4.2 = 10,500J
これがクーラーから取り出してしまった保冷エネルギーである。
この保冷エネルギーがどれだけの氷と同等かを計算する。（ビールの代わりに氷を取り出したらどんな大きさの氷になるのか）
この「 10,500J 」のエネルギーを放出する氷の重さをNgとすると
氷の融解熱334J/gを考慮して
10,500J = (334J/g x Ng) + (Ng x 10K x 4.2J/gK)
= Ng(334J/g + 42J/g)
= 376J x N
N = 28g
先の2.6gと合わせると約30gの氷の無駄な消費となる。
<結論>
「クーラーボックスから冷えたビールを1本取り出すことは、約30gの氷を取り出したのと同等のロス」
例えば、日中飲み物を8回-8本と、食材を8回-2L取り出したとすると
383g + 41g = 424g
424gの氷を取り出したことになる。当初に投入した氷は8L = 8,000gなのでおよそ5%
やっぱりたいしたことないな〜。
<総論>
「クーラーの頻繁な開け閉めによる保冷効果減少の程度」については結局よく解らない。
なんか計算違っているのか？あるいは考慮していないことがあるか？
それとも、本当にこの程度なのか？ 解りませんでした。
「クーラーの保冷力が長持ちしたな〜」と感じるにはいろいろなファクターがあると思われる、それは決してクーラー本体の「保冷性能」だけでは無く、開け閉めの回数や、外気温、投入した氷塊の大きさが関係してくると思われる。
少なくとも本体の製品性能や、外気温、投入する氷の大きさなどが大きく影響することは明らかであるが、「開け閉め」についてはいったいどれくらい影響するのかはよくわかっていない。
数年利用したホームセン(HC)タークーラーに凍った食材や飲み物をぎっしり詰めたにもかかわらず、夕方には完全に解けてしまい、がっかりしたこともある。
その、HCクーラーは購入時よりも明らかに性能が悪くなっていたような気がするし、夏場の使用中は表面に結露しまくりで明らかに機能を果たしていない様子だった。
これは明らかにクーラー本体の保冷性能が一定レベルまで達していない証拠であり、問題外。
また、日中一度も開けなかったコールマンのポリライトが夕方、思いの外に冷えていた事がある。そのときには開けないとクーラーって長持ちするんだなと感心した。
逆に開け閉めが多いと「なんでこんなに解けちゃうんだろう」ってほどに夕方には全く氷が無い様な事もある。
やっぱり開け閉めが多いとすぐに駄目だな〜なんて思っていた。けど、待てよ？クーラー開け閉めしたって入れ替わるのは10L〜20Lの空気。たかがしれてるんじゃないか？
<クーラーを頻繁に開けると保冷時間が短い>説の検証
ちょっと机上の計算をしてみる。
その前に、クーラーの保冷有効範囲の基準を作成する。
「クーラー内では溶けた水も温度が10度になるまで保冷剤として有効とする」
※こうしておくことにより今後の計算がしやすい為。
51Lのスチールベルトにペットボトルの氷を4本 x 2L = 8Lを投入したとする。あとはビールや飲み物で350cc x 30本 = 10.5L、食材等を 5L程度投入したとする。
すると残りの空気量は51 - 8 - 10 - 5 = 28L
こうして考えると、クーラーボックスは詰まっているように見えて意外と空気がいっぱいなのかもしれない
このクーラーボックスの中身は5度で安定している物とし、外気温30度の場所一度で開けて、28Lの空気がそっくり入れ替わったと考える。
ふたたびクーラーを閉めて、この28L,30度の空気を5度迄下げるにはどれくらいのエネルギーが必要になるのだろうか考える。
ここで、理科の勉強です。
クーラーの隙間の容積は28L = 28,000cm3である。この中の空気を30.0℃から5.0℃に冷やすのに必要な熱量はいくらか。ただし空気の密度を1.24×10-3g/cm3, 定圧比熱cVを1.006J/gKとする。(本来定積比熱を用いるが省略)
まず空気の質量は(密度x体積)
1.24×10-3g/cm3 x 28,000cm3 = 34.7g ※結構重い
必要な熱量は(比熱x質量x温度差)
1.006J/gK x 34.7g x (30K-5K) = 860J
さて、この仕事量がいったいどれほどの物か解らないので、このエネルギーはどれだけ氷を溶かすことが出来るか計算してみよう。
水の融解熱は79.7Cal/g =334J/g なので、
860J / 334J/g = 2.6g
「つまり一回の開け閉めで進入するエネルギーは約氷2.6gを溶かす」
事が解った。
なんだ、たったの2.6gしか溶かさないのか〜。じゃあ、10回開けても26gしか氷への影響は無いことになる。
でも体感的にはもっと解けているようなきがするんだけれども、なんでだろう？
さらに疑問は深まる
<開けた瞬間に中身が溶けている> 説の検証
もしかしたら、クーラーのふたを開けている間、暖かい空気へ冷熱が伝わり一気に解けているのではないかと疑ってみた。
そういった場合、関連しそうなのは「熱伝導率」であり、物質の熱の伝わりやすさを示してる物。
しかし、調べてみると空気の熱伝導率は[ 0.0241W/mk]と非常に小さく水(0.58W/mk)や、鉄(83.5W/mk)に比べて、無視できるほど小さい。そもそも断熱材に使われるほどだからあまり熱は伝えないはずである。
やはりこの説もあまり関係なさそうだ。
じゃあ、何かと思ったんであるが、一番疑わしいのが、「開ける回数」ではなくて、「出した飲み物の量」に影響されているのではないだろうか？
<冷たい物を取り出すから氷が溶ける> 説の検証
じゃあ、ビール一本をクーラーボックスから取り出す際に、減少するエネルギーを氷の大きさにしてみよう。
ちょっと疲れてきたぞ・・・。
どうやって、ビール1缶(350cc)の持つエネルギーをとらえるかが難しいところだがここではこう考えよう。
取り出す350gのビールが0度と考える。このビールが持っているエネルギーがどれほどの保冷効果があるかを調べてみる。
先の定義で、「クーラーボックス内の水も10度になってしまえばもう保冷剤の役目を果たさない。」としたので、0度のビール(水)が10度になるまでに吸収するエネルギーを計算してみる。
350g x (10K - 0K) x 4.2J/gK
=250 x 10 x 4.2 = 10,500J
これがクーラーから取り出してしまった保冷エネルギーである。
この保冷エネルギーがどれだけの氷と同等かを計算する。（ビールの代わりに氷を取り出したらどんな大きさの氷になるのか）
この「 10,500J 」のエネルギーを放出する氷の重さをNgとすると
氷の融解熱334J/gを考慮して
10,500J = (334J/g x Ng) + (Ng x 10K x 4.2J/gK)
= Ng(334J/g + 42J/g)
= 376J x N
N = 28g
先の2.6gと合わせると約30gの氷の無駄な消費となる。
<結論>
「クーラーボックスから冷えたビールを1本取り出すことは、約30gの氷を取り出したのと同等のロス」
例えば、日中飲み物を8回-8本と、食材を8回-2L取り出したとすると
383g + 41g = 424g
424gの氷を取り出したことになる。当初に投入した氷は8L = 8,000gなのでおよそ5%
やっぱりたいしたことないな〜。
<総論>
「クーラーの頻繁な開け閉めによる保冷効果減少の程度」については結局よく解らない。
なんか計算違っているのか？あるいは考慮していないことがあるか？
それとも、本当にこの程度なのか？ 解りませんでした。
