ケトルのお湯

電気ケトルでよくお湯を沸かします。
少し思ったことがあります。

水の比熱は 4.2 kJ/kg K。
水の蒸発潜熱は2257kJ/kg。
水の蒸発潜熱は水の比熱の約540倍の熱量が必要です。

とするならば、
日常生活で熱湯が必要な場面において、
ケトルの水が沸騰する直前くらいでケトルの電源を切り、
90℃～99℃程度のお湯を使用することで、
約1/540くらいまで省エネにできませんか。
実際には、常温(20℃)を90℃まで加熱すると仮定して、
温度差ΔT70℃×4.2kJ/kg K =294 kJ/kgなので
2257/294=7.67倍　となりますが
それにしても1/7の消費エネルギーに抑えられることになります。
水の蒸発潜熱が大きいという性質からこのようになります。

節電効果はありますか？

No.6 回答者： yhr2 回答日時： 2022/08/04 11:25

そりゃあ、沸騰したお湯を全量蒸気になるまで熱し続けたら「無駄」そのものだけど、通常は「沸騰したら止める」でしょう？

その目的のために「電力を使う」のだから、「無駄」にはなっていませんよ。
もっとも「100 g」の湯が必要なのに、200 g を沸騰させるのは無駄ですから、そういう無駄を省くことは必要でしょうけどね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

残念ながら質問の意図が伝わっていなかったように思います。
再度質問文の意味を理解した上で、ご回答いただけると幸いです。
また、他の回答者様にもそうしていただいているように、
回答される際は定量的にお伝えいただけると幸いです。
よろしくお願いします。

簡単な内容の質問というわけではないことは自覚しておりますので、
計算の仕方が分からない、質問の意味を理解できない等の場合は、ご回答は結構です。

お礼日時：2022/08/04 12:16

No.5 回答者： madausa 回答日時： 2022/08/03 14:34

＞仮に状温水20℃が90℃になるまでの時間t1を30分、そこからさらに90℃から沸騰するまでの時間t2を10分としてください。

変化率を無視できるなら単純に時間比率がコスト比率になりますので複雑な計算は省けますね。

20～90℃までは1℃上昇に25秒。
90～100℃までは１℃上昇に60秒。
90℃以降は１℃上昇に必要なエネルギーが平均して2.4倍となる。
温度変化率は無視できる仮定であるため90℃以下で蒸発はないものとする。

ΔT70℃×4.2kJ/kg K =294 kJ/kg
90℃以降はΔT10℃×4.2kJ/kg K×2.4 =100.8 kJ/kg（うち58.8kJ/kgが気化熱）
単純にエネルギーの25％を省エネルギーできたことになります。実測値を調べて見たのですが温度変化に要する時間の変化率（ｔ1、ｔ2）はかなり妥当な数字です。100℃まであげる場合の15％程度が気化熱と考えられるので、さすがに誤差ではないですね。直前の回答を撤回します。申し訳ございません。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。
解答(?)を共有させていただきます。

計算しやすいように、水(氷ではありません)1kgを0℃から100℃になるまでお湯を沸かすことを想定します。そして比較するために以下の2つの場合について計算します。また沸騰したことを確認したあとで、ケトル電源を切るので水1kgの5%が蒸気に変わるものとします。

①沸騰する前に電源を切るために、0℃から90℃までの熱量計算
②沸騰後の熱量計算のために、0℃から100℃までの熱量計算(潜熱分含む)

①は単純に
求める熱量Q＝ｍｃ・ΔＴ＝4.2×90＝378 kJ
②は
求める熱量Ｑ’＝ｍｃ・ΔＴ＋ｍ'ｃ'
=4.2×100＋0.05×1×2257
　　　　　　 =420+112.9
=532.9 kJ

よって、378/532.9=0.709＝71%

以上の計算より、
ケトルでお湯を沸かすときに、
沸騰直前で、電源を消した場合に必要な熱量は約30％減とすることができるので、その分省エネすることができます。

さらにそれぞれの熱量をkJ→kW換算してやって
各電力会社の電気代で計算してやれば、電気代も計算できます。

お礼日時：2022/08/17 08:42

No.4 回答者： madausa 回答日時： 2022/08/03 13:15

追加です。

内容が比較的単純な物理現象なので実験してみると良いかもしれません。

電気ケトルでもやかんの水でもいいのですが、温度を測りながら沸かしてみみてください。
質問文での仮定だと90℃まで熱する時間と100℃まで熱する時間には7～8倍の時間差が生じるということになりますが、現実には時間あたりの温度上昇はほぼ変わらないということがわかるはずです。

No.3 回答者： madausa 回答日時： 2022/08/03 12:56

＞定量的に教えていただけると幸いです。

水が90℃になるまでの時間と沸騰するまでの時間、及び温水を室温20℃の部屋に放置した場合の温度変化率を補足していただければ求まると思います。

可能な限り伝わるように表現すると、ケトル内の水が90℃から100℃になるまでにかかる時間で同時に蒸気になって失われる熱量分が省エネルギー分に該当するということです。要はその時間に冷める分です。
もちろん単純に温度差分、90℃で止めた場合はΔT10×4.2kJ/kg K =42 kJ/kg分は浮きますので、その分にプラスして10℃上昇する時間分で蒸発に消えたエネルギーの分が省エネルギーとして評価できます。

この回答へのお礼

何度もご回答ありがとうございます。

＞水が90℃になるまでの時間と沸騰するまでの時間、及び温水を室温20℃の部屋に放置した場合の温度変化率を補足していただければ求まると思います。

仮に状温水20℃が90℃になるまでの時間t1を30分、そこからさらに90℃から沸騰するまでの時間t2を10分としてください。
また水の熱が室内の空気中に出ていくことは無いもの(温度変化率0)として考えてください。
その他、必要となる値や係数があればその都度、想定される値をおおよそで自由に設定していただいて構いません。

その上で、
常温水20℃を沸騰するまで、ケトルをつけたままにするときのエネルギー量と
沸騰する直前にケトルを消したときのエネルギー量を試算できますでしょうか。

よろしくお願いします。

お礼日時：2022/08/03 13:20

No.2 回答者： madausa 回答日時： 2022/08/03 12:09

省エネ効果は誤差レベルでほとんどありません。

水は沸点に到達しなくても気化に必要な熱量を得て気化しようとする現象が常に起こっています。100度C以上には温度が上がらないため100度Cになると爆発的に気化が起こる現象を沸騰としているだけであって、100度C直前から気化に必要な熱量を蓄えはじめるというわけではないのです。
逆のパターン（例えば0度Cの水を作りたい場合）なら氷になる前の水の状態で冷却をやめるなどは省エネ効果が見込めます。

この回答へのお礼

どのくらいの誤差なのでしょうか。

定量的に教えていただけると幸いです。

お礼日時：2022/08/03 12:19

No.1 回答者： ケムケム地層 回答日時： 2022/08/03 11:12

微々たるものかと。

ポイント貯めているのかな？

この回答へのお礼

どのくらい微々たるものなんでしょう。

もちろん、冷房使用頻度を下げるとか、照明の消し忘れ防止、
などに比べたら、節電効果は低いことは分かります。

でも、節電効果が無いわけではないと思ったんですけどねぇ…。


ポイント集めたりとかまでは意識していないです。
ふと思いついた程度のことです。

お礼日時：2022/08/03 11:32