部屋干しの乾燥時間を求める公式!

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 ここではアルミパイプを使って扇風機の風力で

洗濯物を回転させて乾燥させるスタンドを

自作して、その評価を行っています。

普通に部屋干しするよりも数倍速く乾燥する

ことが出来ます。

製作過程から動作方法、様々な評価や改良など

シリーズになっています。

これまでの記事はこちらからどうぞ。

(関連記事)

  1. 回転式乾燥スタンドの製作方法

    乾燥スタンドの製作過程です。

    1時間くらいで造れます。

  2. 回転式乾燥スタンドの使い方

    乾燥スタンドの動作の様子です。

  3. 回転式乾燥スタンドのテスト結果

    天気干しや普通の部屋干しと乾燥速度を

    比較した実験結果です

  4. 回転式乾燥スタンドの現状調査

    乾燥スタンドの性能をアップするための

    現状調査です。

  5. 回転式乾燥スタンドの回転数UP

    乾燥スタンドをより速く回転させる

    方法を調査した結果です。

  6. 雨天時のテスト結果

    部屋の湿度が80%以上の環境下で

    乾燥スタンドを使った結果です。

  7. 乾燥速度の数学的考察

    これまでの実験データをまとめて

    部屋干しの公式を考えました。

実際の回転の様子はこちらから見れます。




1. はじめに

 タイトルから既に堅苦しそうな感じですが、

そんなに難しい話ではないので

興味があればお付き合いをお願いします(笑)

 これまで乾燥スタンドを使って洗濯物の重量を

測りながら乾燥時間を計測してきました。

せっかくなので、これらのデータをもう少し

分析して法則性を見てみましょう。

2. 乾燥速度の一般式

 

 洗濯物の乾燥速度は温度湿度風速などに

左右され、詳しく解こうとすると境膜の厚みを

計算する必要があります。

しかし見ただけで吐き気がしたので止めます。

その代わりにより単純な次の法則を使ってみます。

もし間違っていたら指摘してください。

蒸発速度Vは飽差ΔPと表面積Aに比例します。

   V ∝ ΔP × A

ここで飽差とはある気温における飽和水蒸気圧Psと

実際の水蒸気圧Pの差分です。

   ΔP = Ps - P  ・・・(1)

飽和水蒸気圧とは湿度100%の時の水蒸気圧です。

これは逆に言うと、この分だけ水蒸気を空気中に

蓄えることができるという意味でもあります。

洗濯物から水分を蒸発させようとしたとき、

周りに水蒸気がない環境ほど蒸発しやすいですよね。

飽差が大きいということは周囲に水蒸気が

少なくまだ蒸発できるということです。

例えば、気温20℃、湿度60%で考えてみます。

この場合の飽和水蒸気圧Psは23.4kPaとなります。

湿度60%なので実際の水蒸気圧Pは、

  P = Ps × 0.6 = 14.0kPa

となります。そのため飽差ΔPは、

  ΔP = Ps - P = 9.4kPa

となります。

表面積Aは水分が蒸発できる表面積のことです。

例えばタオルを干すときに2つに折って干すよりも

折らずに干した方が速く乾きますよね。

タオルを2つに折ると表面積はタオル片面分だけで

折らずに干した時の半分になるからです。

3. 乾燥速度の実測値

 この式で重要なのは飽差です。

これは気温や湿度によって変化するからです。

これまでの測定データをもう一度見てみましょう。

     天気干し(20℃、35%)      部屋干し(12℃、50%)

このグラフを見ると時間と共に重量が直線的な

減少しており、この傾きを乾燥速度と考えます。

グラフに近似直線を引いてその傾きを求めると、

 天気干し        : -4.7 [g/分]

 部屋干し        : -3.0 [g/分]

 部屋干し+乾燥スタンド : -8.0 [g/分]

となりました。

他のデータも同じ方法で乾燥速度を求めて、

それらを表にまとめてみました。

雨天時の部屋干し+乾燥スタンド   (14℃、90%)

    天気干し(24℃、17%)     部屋干し(16℃、70%)

下表には計算した飽差と乾燥スタンドを使った時の

回転数も併記しています。

この表を見ると、乾燥スタンドを使うことで

乾燥速度がだいぶ速くなっています。

  10rpm(扇風機1台)だと約2.5倍

  14rpm(扇風機2台)だと約5.0倍




4. 乾燥速度と飽差の関係

 さらにこの表で0rpmのデータだけ抜き取り、

乾燥速度と飽差の関係を調べます。

すると乾燥速度は飽差と見事に比例しています。

(乾燥速度はマイナスの方が速いので比例)

しかも近似曲線を描くと、ほぼ直線です。

  V= -0.45×ΔP+0.25 ・・・(2)

さあ、この乾燥速度と飽差の近似式を使って

面白い計算をしてみましょう。

5. 乾燥速度から見た各機器の特徴

 一般的に洗濯物を速く乾かす方法として、

   ①エアコンを使用する

   ②加湿器を使用する

がよく挙げられます。

まずはこれらの機器を使うと何故、乾燥速度が

速くなるのでしょうか?

①エアコンの場合

 エアコンは風も出るので正確な計算は

 非常に困難です。

 そこで計算を簡単にするために簡易的な

 モデルを考えてみます。

 つまりエアコンは室内温度を上昇させ、

 風の影響はないものとします。

 すると室内の水蒸気量はそのままで室温が

 上昇して湿度が低下します。

 温度が上昇すると飽和水蒸気圧も上昇するため

 飽差が大きくなり、乾燥速度が速くなります。

 つまりエアコンのように温度を上げることは

 (1)式のPsを大きくする効果があります。

②除湿器の場合

  

 除湿器の場合は室温はそのままで室内の

 水蒸気を減らしてくれます。

 つまり湿度が下がり、(1)式のPを小さく

 する効果があります。

エアコンと除湿器は飽差に与える影響が

全く異なっていました。

では、どちらが効果が高いのでしょうか?

6. シミュレーション

 そこで室温15℃、湿度60%の環境下で、

エアコン、除湿器、乾燥スタンドを使った

場合の比較してみましょう。

まず何も使用しない場合の乾燥速度Vは

(2)式より計算すると、

  V=-2.9[g/分」

となります。

これに乾燥スタンドを使うと乾燥速度は

約2.5倍速くなり-7.2[g/分]となります。

ここでエアコンや除湿器を使って同じ

-7[g/分]くらいの乾燥速度にする場合、

室内はどのような環境になるでしょうか?

(1)、(2)式を使って計算してみました。

その結果、乾燥スタンドと同じ乾燥速度にするには、

  エアコン: 室温を22℃まで上げる

  除湿器 : 湿度を5%まで下げる

にする必要があります。

これを見ると、除湿器では実現できそうになく、

エアコンだとそこそこの電気代がかかりそうです。

またこの結果から温度を上げるよりも

風を当てた方が乾燥速度への影響が大きいことも

想像できます。

そのためエアコンの風を直接当てる方法が

最強だと言えるでしょう。

ただ電気代を考えると、圧倒的に乾燥スタンドが

安くなると言えます。

7. まとめ

 洗濯物の乾燥速度を重量変化を測定しながら

求めて、飽差と乾燥速度の関係を調べました。

その関係からエアコン、除湿器、乾燥スタンドを

比較したところ、乾燥スタンドが有利であることが

判りました。

ここではタオルに限ったデータなので、

衣類などはまた違った乾燥速度になると思います。

また時間があれば衣類でも測定したいですね。





(関連記事)

  ・回転式乾燥スタンドの製作方法

  ・回転式乾燥スタンドの使い方

  ・回転式乾燥スタンドのテスト結果

  ・回転式乾燥スタンドの現状調査

  ・回転式乾燥スタンドの回転数UP

  ・雨天時のテスト結果

  ・乾燥速度の数学的考察

(他の製作品はこちらから)

 スズキアルト車中泊用ベッド、ロードバイク車庫、

 サンルーム、テラス屋根、脱衣所の棚など。

 ・製作集

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