溶液を電熱器で温めるのにかかる時間と料金

私は機構設計者であるとともに、熱設計者である。

今の会社に入社して、偶然、熱設計の業務をすることになったのが学ぶきっかけであった。

熱設計者とは、製品内の部品を目的の温度に保つように冷却するシステムを設計する者のことをいう。

かれこれ、５年、機構設計の業務とは別に、熱設計に関わってきた。

そんな中で、仕事とは別に、日常生活でもこうした知識を運用できれば楽しいなと感じるようになってきた。これからチョクチョク、色んな現象をシミュレートする手法を紹介していきたいと思う。


今回は、「所望の量の溶液を電熱器(ヒータ)で温めるときに要する時間とお金」をシミュレートする方法を書きたいと思う。

まず、入力するべき項目を考える。

・温める対象( 溶液 )は何か？

→ 水、お酒、牛乳など

・温めるって、何℃にするのか？

→ 25℃くらいの水を100℃にする！など

・温める溶液の量は？

→ 250ml など

・電熱器(ヒータ)への電力は？

→ 1000W など

・ 電力量あたりいくらかかるのか？

→　30円/kWh など

ざっと、このくらいの情報が必要だろうな~などと思いながら、理論式を考えてみる。



まず、熱とはエネルギーである。

今回の現象は、電気的エネルギーを熱エネルギーに変えるというものである。

故に、入力エネルギー ＝ 出力エネルギー の関係で考えれば、入力は電気、出力は熱とする。

そこで、入力の電気エネルギー( = Qele )を考えてみる。

Qele = P×t ・・・(1)

P；入力電力[W]
t；印加時間[s]
※ W = J/s より、Qele[J]である。

次に、出力の熱エネルギー( = Qth )を考えてみる。
熱せられるのは溶液である。よって、溶液が目的の温度になるのに必要なエネルギーを考えればよい。

溶液には、それぞれ、比熱c[ J/(g・K) ]と密度ρ[ g/cm3 ]という固有量がある。
比熱の単位をみれば分かるように、ジュールというエネルギーを表す量が入っている。
故に、溶液量[g]と温度変化[K]を比熱にかけてあげれば、Qthが求まると分かる。

ここで、溶液量は一般に、ccとか、ml などを用いるので、所望の溶液量としてmlを入力する場合は、溶液固有の密度を使って、gに変換してあげれば良い。


以上から、Qth[J]を式で表すと、下記のようになる。

Qth = c×ρV×ΔT ・・・(2)

ΔT = Te - To ・・・(3)

まとめると、

Qth = c×ρV×( Te - To ) ・・・(4)

となる。

今回、電気エネルーは、熱エネルギーにしか変換されないとしているので、Qele = Qth であるから、

P×t ＝ c×ρ×( Te - To )

⇔

t = c×ρ×( Te - To )/P ・・・(5)

となり、所望の温度にするのに必要な時間を求める理論式ができた。


ところで、電力会社から送られてくる請求書を見ると、料金[円]と使用電力量 [kWh]が記載されている。例えば、これをM[円/kWh]という形にして、Qele、またはQth をかけてあげれば、溶液を温めるのにかかった一回あたりの電気料金C[円/回] が明らかになる。

C = M×Qele ・・・(6)

※ Wh = (J/s)×3600s = 3600J


以上より、溶液を電熱器で温めるのに必要な時間と料金を予測するための簡単な理論式が求められた。これを、Excelで記述してみる。


加熱時間に関しては、(5)式をE12のセルに記述してあげればよい。
その際、E5からE10が使用される。

料金に関しては、(6)式をE13のセルに記述してあげればよい。
その際、E11とE12が使用される。

E6とE7にある、密度と比熱は、ネットで溶液種を検索すれば直ぐにでてくるので個別に参照していただきたい。

計算例は、会社で赤ちゃんが飲むための牛乳を作るのが大変でしょうがないという先輩がいたので、その加熱に必要な時間と料金を見積もってみた結果である。

赤ちゃん用の粉ミルクは、水に溶解させるのに75℃まで加熱させる必要があるので、目標温度を75℃とした。

また、水道水は20℃、入力電力は1000W、電気料金は30円/kWh とした。
※ 1000Wは、安めの電気ポッドが沸騰時に必要とする電力値である。

すると、250ml( 大型哺乳瓶一本分 )を75℃まで加熱するのに、出力のような時間とお金がかかると予測できた。実際との差異は、別途個別に調べていただき、必要に応じて係数をかけるなりして調整していただきたい。

大切なのは、こうして予測できた結果を活用することである。

予測時間から、溶液量や印加電力を調整したりする。

料金から、一日あたり、または一ヶ月あたりの費用を見積もり、切り詰めるなどの行動計画を立ててみる。

例えば、加熱時間をもっと短く出来ないかと考えて、印加電力を変動させたときと加熱時間の関係をグラフ化してみる。


ケトルなどでよくある1600Wくらいの加熱能力を実装すれば、1000Wのときよりも約20秒の時短ができるとか、1kWhあたりの料金が決まっている場合は、0.17円/回のコストダウンができるだとかを見積もることができる。

逆に、4秒くらいで加熱を済ましたい場合は、10000Wも必要になるので、現実的にどうなんよ？という話になる。


このように、シミュレーションは次の行動計画を立てるための強力な目安となるので、是非オススメしたいと思う。

では・・・

想い

私には、昔から大切に想っている人がいます。

その人が幸せになってほしいと心から願っています。


私は幸せになりたくないのかというと、人として生まれた以上、幸せになりたいです。

じゃあ、その人と幸せになりたいかというと、そうなりたくもあり、何だか違うような気もします。


少しでも違うような気がするのなら、それは本気ではないという意見も聞きます。

一方、少しでも幸せにしたいのならば、それは本気だという意見も聞きます。


悩んでいても何も前進しないのだから、まず、白黒つけてそれぞれの結果を受け止めて次に進むのが合理的な在り方だと思います。正しい在り方でもあると思います。

白だったとき、課題となるのは、私の何だか違うという感覚です。

一方、黒だったとき、課題となるのは、私の心が死ぬということです。


人生を送る上で、心が死ぬという状況は、すなわち、死を意味します。

もっとも実際に死ぬのかといえば、そんなことはないでしょうが、私の自尊心と生きる力は大きく損なわれるでしょう。それほどに、その人の存在は、私の心の一部になってしまっているのです。

自尊心が傷ついたときに、私は、仕事にも手がつかず、引きこもることになるでしょう。これは、確実です。重く、苦しく、無気力で、昼か夜かも分からない世界を数ヶ月彷徨うことになるでしょう。そのうち、私は何かを悟り、歩みだすと思います。こうした状態は、容易に想像できます。つまり、それは、肉親の死と同質な苦しみに近いのです。

やってみないうちから何を言うのだという叱咤をもらいそうですが、そういう方に言いたい。あなたの生きがい( 生涯のパートナー、子供、地位名声、財産etc )がなくなったら、あなたはいつもと同じように生きられますか？

白だったとき、私の「違う」という予感。これが勘違いであるのならば、私は幸せになれるでしょう。しかし、その予感が正しかった場合は、私はその方を悲しませてしまうばかりか、自分も闇に沈む事になってしまうでしょう。


以上から、今、私のするべきことは、その予感の正体を明確にすることと、私の社会性を形成している会社という組織に縛られない独自の生き方を見つけることです。

そうすることで、私はリスクに立ち向かうことが出来ますし、白黒に振り回されない生き方を選べるようになると思っています。

もちろん、その方の本当の平安を心から願っています。

チャレンジしている知力

今、私は、チャレンジしていることがある。

それは、知力をもう一段階上にすることである。


具体的に習得を目指す能力は、

「仮想の中で、更に仮想すること」

である。


例えば、

56×93

という計算をすることを考える。

まず、

50×93 = 4650

とイメージする。これを、１つ目の仮想とする。

続いて、4650を覚えておいて、

6×93 = 558

を行う。

そして、２つを足し合わせて、5208という答えを導く。
これが、仮想の上で、仮想するとここで言っている内容である。



この訓練をしていると、二歩以上先を推論する能力を向上させられるだろうと考えている。

というのも、目標に向かって、２つ以上の段階を処理する内容だからである。

普通の人は、一つの現象を頭の中にイメージしたら、その上で何かを変化させたり、付け加えたりすることは中々できない。

そんなことはないと思う人は、少し自分で上記のような計算や、
「A⇒B,B⇒C,C⇒D」を紙に書き出さずにできるかどうかを試してみてほしい。

もしできた方は、既に凄く頭の良い人で、周囲から知的な人として一目置かれているのではないだろうか。

そうでない方は、、普通である。



・・・ということで、まずは一週間、一日10個、こうした暗算の練習をしたいと考えている。

私の目標は、まず、上記のように、順番に頭の中で処理できるようにすることを目指し、
それが慣れてきたら、同時にできるようにしたいと考えている。

つまり、並列処理である。

楽しみである。

言ったもの勝ちという発想

モノ作りの現場において、ふわふわしながら進む物事というのはたくさんある。

設計仕様が決まっていないのに、

「構想設計を完成させろ！」とか、

「詳細設計を完成させろ！」とか、

狂っているとしか思えない。

なぜなら、作るべき対象の姿が決まっていないものは、設計できないからである。


例えば、料理を作ることを考える。

１．誰に食べてほしいのか？

２．どんなコンセプトか？( 栄養バランス？ダイエット？ )

３．それを食べて、どんな気持ちになりたいのか？したいのか？

４．つまり、作ろうとしている物は何？

５．どうやって作る？

６．材料は？

７．どこで調達する？

８．誰が調理する？

９．予算は？

１０．いつ作る？

などと行ったことが料理の要求仕様であろう。

それぞれがぶれていると、フワっとしたものしか出来ない。

料理なら、食べたその人が影響を受けるだけだが、企業で製品を作る場合には、そうはいかない。


上記の1～9に相当するものが、キチっと決まっていなかれば、良いものは作れないのである。
企業が出す製品は社運がかかっているので、個人の料理で許されるフワっとしたものは許されないのだ。

日本の多くの企業は、このフワっとを解決できず、そのしわ寄せを品質保証部門に託すことで、解決してきた。しかし、これでは、品質保証が気がついたら設計に指示し対策するというモグラたたきを繰り返すことになるので、いつまで立っても品質が安定せず、次の開発に着手できなくなる...という悪循環に陥るのである。


さて、かくいう私も、そうした電気メーカーにいるわけだが、設計仕様がほとんど決まっていないのに形を作れという指令がよくある。無理やり作って設計審査会を開催することもある。

そんなときは、決まって漏れが生じ、たまたま余裕のある人などに、

「あの箇所について、何でやばいとか、できないとか言わないの？今のままだと技術的できないのに、言わないからできるように聞こえるよ？きちんと自分の考えをもって、根拠とデータを示せるようにしなきゃ駄目だよ。言ったもん勝ちなんだから。。。」

などと、耳が痛くなるダメ出しがある。( ごめんなさい。別のことをやっていて、手が回っていなかったのです。また、やばいと思える気持ちはあっても、それを定量的に示せる根拠や、解消する代替案を用意できていなかったのです。)


こうしたことを言ってくれる人は、とても狡猾で、恨みを買いやすいが全体業務を無理やり推し進めるのが得意な人だと思う。( 管理者やアドバイザーとしては5流 )

というのも、会議の場で発言しないことで余計な仕事を遮断し、個人に苦言をいうことで、自分の尊厳を高めると同時に、物事の推進を活性させる役割をしているからである。

その本質は、

・先手必勝。
・言ったもん勝ち。( 出し逃げ )
・隠れ非協力者

である。


しかし、物事を高い視点からいつも眺め、進めようと決めている私にしてみれば、部分最適に長けた、狭量の者に思えてしまう。

なぜなら、自分さえ良ければよいという考えだからである。


こうした者がたくさんいると、見かけ上、物が早くできたように見える。

しかし、長い目でみると、いつまでも問題対応に追われ、手離れできない悪品ができてしまうのである。もっといけないのは、この手離れできない感が期をまたぐために、その根本的な考えの欠点( = 先手必勝、部分最適、とりあえずそれらしいものを作る )が隠されてしまっていることである。


いつか、私の考えの正しさを誰かが理解する日が来ることを願ってやまない。

見えない「気」の流れ

自分は、自然界にある目に見えないエネルギーの流れというものに、興味がある。

というのも、それを信じたくなる体験をしたことがあるからだ。


私は、自分の部屋で昔から植物を育てている。室内空気を綺麗にしてくれるし、癒やし効果があるからである。( 緑色は、癒やし効果を高める色とのこと... )

植物は部屋の四方に配置しており、いずれもポトス( 日照量小、5℃以上で育つ )であった。

部屋の窓は南に面しているので、ポトスは南東、南西、北東、北西に配置している。

しかし、なぜが、北東と南西だけが必ず、枯れるのである。

エアコンの配置、昼間の光の当たり具合、通風孔との関係、床下温度など４つのパラメータについて少し考えてみたが、全く分からなかった。

尚、ポトス以外の植物に南西側だけ変えたが、やはり、直ぐに枯れてしまった。


知り合いの医者で、神道に生涯を捧げて政治家や有名人に助言をしているお婆さんの信者がいる。たまたま風邪を引いて診察してもらいがてら、その話をしたら、「それは陰陽道でいうところの陰と陽の境目で、気の流れが不安定になる場所だからだよ。特に、北東は鬼門だよ。真南とかにおいてあげな！」という回答が得られた。

それ以降、北東と南西には植物は置かないようにしている。


今のところ、ポトスは元気であり、私の腹黒い運気を浄化してくれている。。。