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。

伝導伝熱と焙煎

【伝導伝熱と焙煎】

伝導伝熱の基礎式

コトバンクの解説を引用させてもらうと・・・

熱伝導における基本法則。

物体内に温度差があって,温度の高いほうから低いほうへと熱が流れるときに,熱の流れに垂直な面を考えると,この面を通過する熱の量(q)は,そこの温度勾配(dt/dx)と面積(A)とに比例する。

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k は熱伝導率と呼ばれる.一様な太さの棒の一端から他端へと熱が流れる場合を考えると,棒の長さ L,両端の温度が t1,t2,断面積 A とするならば,単位時間当たりの伝熱量は

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となる。

なおこの法則は,導体内を流れる電流の強さを表すオームの法則(電気)とまったく同じ形になっている.

 

物体を流体中で加熱する場合を考えると、実際には表面温度を操作条件として与えるのは困難で、操作条件として与えることができるのは流体温度だと考えられています。

コーヒー豆を焙煎機ドラム(シリンダ)内の熱した空気の中で加熱する時、コーヒー豆の表面温度だけを操作条件としてコーヒー豆を焙煎するのは至難の技だと年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

焙煎機ドラム(シリンダ)内の熱した空気の温度(雰囲気温度、環境温度)とコーヒー豆の表面温度の両方を操作条件としてコーヒー豆を焙煎する必要があると考えています。

 

焙煎中のコーヒー豆内部の熱移動は、次式のような関係になっていると年老いた珈琲豆無焙煎屋は考えています。もちろん、独断と偏見に基づく思い込みかもしれませんが。

熱の蓄積速度=熱の流入速度-熱の流出速度+内部発熱速度

 

定常伝導伝熱

 

インターネット内で定常熱伝導を検索すると、大体、以下のように解説してくれています。

固体内のある場所の温度が時間的に変化しない状態での熱伝導。

位置によって温度が違っていたとしても、一つの場所に注目すればどれだけ時間が経っても温度が変化しない熱伝導のこと。

 熱流量=温度差÷伝熱抵抗と表現できる伝導伝熱。

熱流量を電流、温度差を電位差、伝熱抵抗を電気抵抗と読み替えると、上記の式はオームの法則そのものになります。

 

非定常伝導伝熱

コーヒー豆の焙煎では、定常伝導伝熱よりも、非定常状態における伝熱問題に遭遇する場面が多くなると年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

ちなみに、非定常伝導伝熱とは、時間によっても位置によっても温度が変化しうる熱伝導のことだと年老いた珈琲豆焙煎屋は理解しています。(間違っているかも知れませんが)

例えば、焙煎機ドラム内のコーヒー豆の熱伝導を考えると、焙煎機ドラム内の空気の温度は加熱によって(or熱量を与えることによって)変化します。

焙煎機ドラム内の空気の温度が上昇すると、当然、コーヒー豆の表面温度も上昇ます。

というように、時間によって温度が変化しているわけですから、非定常伝導伝熱を考えて焙煎操作する必要があると年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

一般的に、非定常伝導伝熱についての計算では、時間を細かく分割して、その細かく分割した時間の温度を決めてしまって定常伝導伝熱の計算式を採用すると言われています。

焙煎開始から10分経過した時点の温度が150℃、15分経過した時点の温度が180℃というように決めて、伝導伝熱の基本式を使って計算するという方法が採用されていると年老いた珈琲豆焙煎屋は解釈しています。そして、それが、焙煎プロファイルの基本になっているとも考えています。