70歳老人の食品学雑記帳

食品学を正式に学んだことの無い70歳の老人が、独断と偏見による食品学を書き綴っています。

伝熱

系内に温度差が存在していると、温度の高いところから、温度の低いところへと熱が移動して等しい温度になろうとする現象を伝熱と呼んでいるのだと思います。

伝熱は、温度差や温度勾配が存在すると熱移動が起きる現象で、伝導伝熱、対流伝熱、放射(輻射)伝熱に大きく分類されているようです。

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静止した物体(固体、液体、気体)の中で温度差が存在していると、高温側から低温側に熱が移動する現象が伝導伝熱だと理解しています。

コーヒー豆に熱を加えると、コーヒー豆の高温の部分からコーヒー豆の低温の部分に熱が伝わる現象などが伝導伝熱だと解釈しています。

 

温度差に比例する熱の移動現象で、固体壁と、それに接して流れている流体(気体、液体)の間に温度差が存在するときの熱伝達が対流伝熱だと理解しています。

対流伝熱には、強制対流伝熱と自然対流伝熱があって、温度差より生じる浮力による対流伝熱が自然対流伝熱で、送風ファンやポンプの力を利用して外部から強制的に流れを作る対流伝熱が強制対流伝熱だと解釈しています。

 

生産ロースター(焙煎機)を使ってコーヒー豆を焙煎するときに、回転ドラム内に熱風を送り込んだり、排気ダンパーや排気ファンなどを利用して、あるいは、回転ドラムの回転速度をあげたりして強制的に流れを作りだす対流伝熱が強制対流伝熱だと理解しています。

コーヒー豆の焙煎で、対流伝熱(熱伝達)によってコーヒー豆に熱が加えられると、コーヒー豆内では伝導伝熱によって熱が移動するわけですが、コーヒー豆内に熱が蓄積されると、伝導伝熱以外にも、凝縮や蒸発などの物質の流れを伴う熱伝達も関係してくるはずだと年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

 

固体表面から電磁波として放出されるエネルギーを放射(輻射)と呼んでいて、物体は、その温度に応じて、周囲に向かって電磁波の形でエネルギーを放射して、それと同時に、周囲から放射エネルギーを吸収する性質があると言われています。

この形式によるエネルギーの受け渡しを放射伝熱と表現していると理解しています。

一般的に、物体が発する放射エネルギーの全量は、ほぼ、その物体の温度の4乗に比例するというステファン・ポルツマンの法則があるので、高温においては、放射伝熱が重要になってくると考えられています。

コーヒー豆の焙煎では、1回目のハゼ音が聞こえてくる段階あたりから、放射(輻射)伝熱を考慮する必要が出てくると年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

 

参考までに、年老いた珈琲豆焙煎屋(エカワ珈琲店の店主)は以下のように考えています。

コーヒー豆内の熱の蓄積速度=コーヒー豆内への熱の流入速度-コーヒー豆内からの熱の流出速度+コーヒー豆の発熱速度