今回は引き続きIH調理器を取り上げ、電力の消費に関する特徴を整理します。前回の報告では、文献（日本電気工業会の公式サイト）により誘導加熱の特徴から熱効率が90％であることを確認しました。しかし、測定方法により異なることから、一般的な熱効率は80～90％が妥当と判断されました（詳細は「IH調理器(1)－原理と製品の特徴」を参照ください）。
また、近年のIH調理器は鍋底の温度を赤外線センサで迅速に測定し、火力の調節を的確に行うことで、省エネを実現しています。また、自動調理メニューも豊富で、おいしいだけでなくエネルギー消費の無駄がないようにプログラム化されています。さらに、電源の消し忘れ時の自動OFF機能や加熱し過ぎの自動制御など、安全面と省エネ面での高機能化も進んでいました。
今回は実際のIH調理器の消費電力を測定して、熱効率を算定します。測定に用いるIH調理器は卓上型のものであるため、最新式のビルトイン型の高機能化したものではありません。また、赤外線センサを有したIH調理器でもないため、上記の省エネ機能は把握できません。ここでは、JIS基準の考え方に基づく簡易な測定による熱効率の算出を行いましたので報告します。
測定対象のIH調理器の仕様
今回、測定の対象にするIH調理器は卓上型IH調理器（ティファール デイリー IH）です。この機種の仕様を下表に示します。定格電圧100V、定格消費電力は1.4kWです。
表-1 測定対象のIH調理器の仕様
| 項 目 | 内 容 | 外 観 |
|---|---|---|
| 型番 | ティファール デイリー IH |  |
| 定格電圧／周波数 | 100V 50/60Hz | |
| 本体重量（約） | 2.2kg | |
| 定格消費電力 | 1,400W | |
| 寸法 | 幅 300mm ×奥行 342mm ×高さ 50m |
火力は6段階に調節ができ、火力レベル別の消費電力は下表の通りです。火力レベルは「弱火」が180Wと260Wです。「中火」は450W、700W、900Wの3段階であり、450Wが初期設定の火力レベルです。「強火」は1,400Wとなっています。
IH調理器前面の操作メニューを下図に示します。調理メニューは以下の5種類です。
・加熱調理
・煮る
・揚げる
・湯沸かし
・保温
調理メニューの内容と火力調節（火力レベル）は下表の通りです。「加熱調理」メニュー時の初期設定は火力レベル３（450W）で、火力の調節は可能です。「揚げる」メニュー時の初期設定は火力レベル4（700W）で、火力の調節は可能です。「煮る」、「湯沸かし」、「保温」メニュー時の火力調節はできません。どのメニュー時もタイマーの設定が可能です。
表―２ 調理メニューの内容と火力調節
| 調理メニュー | 説 明 | 火力調節 | タイマー設定 |
|---|---|---|---|
| 加熱調理 | ● 6段階の火力調節で、ゆでる、煮る、蒸す、炒める、焼くなどの料理ができます。 | 火力調節可（6段階） ※ 初期設定は3（中火） | 〇 |
| 煮る | ● シチューやおでんなど時間をかけて煮込む料理ができます。 | 不可 | 〇 |
| 揚げる | ● 天ぷらやフライなどの揚げもの料理ができます。 ※ 揚げものをするときは、必ずこのコースを設定してください。 | 火力調節可（6段階） ※ 初期設定は4（中火） | 〇 |
| 湯沸かし | ● 本製品の最大火力でお湯をわかします。 | 不可 | 〇 |
| 保温 | ● 弱火で料理を保温します。 ※ ほかのコースを調理している途中でも保温に切り換えることができます。 ※ 安全のため調理開始から4時間後に自動的に電源が切れる設定になっています。 | 不可 | 〇 |
消費電力の測定方法
本測定では、「湯沸かし」メニューを使ってお湯を沸かします。水の初期温度、容量、容器（鍋）は以下の通りです。水の初期温度は20℃、容量１Lを温めます。
・水の初期温度：20℃
・水の容量：1,000mL
・容器：WMF フュージョンテックミネラル ローキャセロール20cm（仕様は以下の通り）
容器はIH調理器に対応しているヒュージョンテックブランドのホーロー鍋です。主材料は鉄ですが、表面はガラス・セラミックの混合物で被覆されています。遠赤外線放射率が高いため加熱効果が高く、さらに熱伝導率と蓄熱性も高いとされています1)。
表-3 水を沸かす容器の仕様
| 項 目 | 内 容 | 外 観 写 真 |
|---|---|---|
| メーカー名 | WMF |  |
| 型式 | フュージョンテックミネラル ローキャセロール20cm RQ |
|
| 表面加工 | 本体 ： ガラス、セラミック融合被覆 フチ： クロムメッキ |
|
| 材質 | 本体 ： ホーロー用鋼板、蓋：ガラス 取手・つまみ：ステンレス鋼（クロマーガン製） |
|
| 寸法・質量 | 内径： 20cm、外径： 21.5cm 全高（ふた込み）： 13.5cm、深さ： 8cm |
|
| 質量 | 重さ：1.7kg（蓋を含めない） |
水温と消費電力の測定機器は下表の通りです。温度計はAD-5326TTの外部センサ（サーミスタ）を用い、1分ごとに計測した値を保存します。なお、精度は40℃未満で±1.0℃、70℃以上では±3.0℃の誤差があります。
表-4 温度計（AD-5326TTの外部センサー）の仕様
| 項 目 | 内 容 | 写 真 |
|---|---|---|
| メーカー名 | 株式会社エー・アンド・デイ |  |
| 製品名・型番 | 温度データロガー、AD-5326TT | |
| 測定範囲 | -40.0～90.0℃ | |
| 測定精度 | ±1.0℃（40℃未満） ±2.0℃（40～69.9℃） ±3.0℃（70℃以上） |
|
| センサ | サーミスタ | |
| 測定間隔 | 30秒毎 | |
| 記録間隔 | 1分～12時間の間隔で設定可能 |
電力計はラトックシステム株式会社のワットチェッカーRS-WFWATTCH1です。1秒ごとに消費電力を記録しますが欠測があるので、消費電力の把握には1分ごとの積算電力量を用います。
表-5 電力モニター（ワットチェッカー）の仕様
| 項 目 | 内 容 | 外 観 写 真 |
|---|---|---|
| メーカー名 | ラトックシステム株式会社 |  |
| 製品名・型番 | RS-WFWATTCH1 | |
| 電源 | 100V | |
| 測定範囲 | １～1,500W | |
| 測定項目 | 毎秒の電圧、電流、消費電力 毎分の積算電力量、電気料金、CO2排出量 |
|
| データ保存 | CSV形式 | |
| 通信方法 | Wifi |
測定装置は下の写真の通りです。卓上IH調理器の中央にヒュージョンテック鍋を載せ、20℃、１Lの水を入れます（写真左）。温度センサは上から鍋の壁面、底面に接しないように吊るします（写真中央）。そのため、蓋をすることができません（JIS基準の測定方法とは異なります）。「湯沸かし」メニューボタンを押して加熱をスタートします（写真右）。測定時は撹拌しながら容器内の水温の一定化を図っています。
消費電力の測定結果
（１） 火力レベル別の消費電力
ここでは、まず火力レベル別の消費電力を測定しました。結果を下図と下表に示します。下図の通り火力レベルが低い時は、650WのON/OFFで形成されています。火力レベル別の平均消費電力はワットチェッカーの1分間積算値から算定しています。測定された消費電力は取扱説明書にある定格消費電力の93～94％の値となっています（表-6参照）。
これは、冷却ファンなど他の消費電力も含まれるため、定格消費電力が加熱のための消費電力よりも大きくなっていると考えられます。これまでも、各種の電気機器の消費電力の測定を行ってきましたが、定格消費電力の90～95％の消費電力が多かったので、これも同様のものと思われます。
表-6 火力レベル別の消費電力
| 火力レベル | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 消費電力 (1) (W) | 169 | 244 | 422 | 656 | 844 | 1,300 |
| 定格消費電力(2) (W) | 180 | 260 | 450 | 700 | 900 | 1,400 |
| 割合 (1)/(2) (%) | 94 | 94 | 94 | 94 | 94 | 93 |
（２） 湯沸かしの測定結果
「湯沸かし」メニューによる加熱時の消費電力の推移を下図に示します。2つのグラフがありますが、上は1目盛200W、下は1目盛10Wで、同じ測定結果です。測定開始1分後に「湯沸かし」ボタンをONにし、直ぐに消費電力が1,300Wになりました（火力レベルは６で、定格消費電力の93％）。その後一定値が約7分間継続して加熱は終了しました。加熱が終了しても4.8Wの消費電力が続いていますが、これは冷却ファンの消費電力です。この冷却ファンの稼働は約9分続いています。冷却ファンの停止後の待機電力は0W（1W未満、測定範囲外）でした。
なお、湯沸かしが終了した時のセンサーの水温は98.3℃でした（データロガの記録は1分間隔のため、記録はありません）。本温度データロガAD-5326TTの温度測定範囲は90℃までであり（表示範囲は99.9℃）、サンプリング時間は30秒ごとであるため100℃を確認できませんでしたが、IH調理器は概ね沸点（100℃）まで加熱して停止したと思われます。
湯沸かしに消費した総消費電力量は151Whでした（冷却ファンの消費電力分は除いています）。
IH調理器の熱効率
今回の測定結果を用いて、IH調理器の熱効率を算定します。まず、熱効率を算定するために、水温上昇のグラフと累積消費電力量を下図に示します。記録された水温は1分おきの値であり、それと毎分時の累積消費電力量を対応することができます。具体的には測定開始後6分の水温は78.2℃であり、その時の累積の消費電力量は105Whであることが分かります。これらのデータを用いることで、いくつかの熱効率を算定することができます。
次に、熱効率は以下の式で算定されます。
熱効率（％）＝水等が受けた熱量／IH調理器が与えた熱量×100
上の式で分子の「水等が受けた熱量」とは、ΔT℃の温度上昇値に水等（鍋を含む）の熱容量を乗じたものです。分母の「IH調理器が与えた熱量」とは、IH調理器の消費電力量を熱量単位に換算したものです。
この式を用いて、測定開始後3分、6分、沸騰時（加熱停止時）までのそれぞれの熱効率を算定すると下表の通りです。ここでは、水に加えられた熱量だけでなく鍋に加えられた熱量についても考慮することにします。表-7の熱効率の計算では、「水のみ」の熱効率と「水と鍋」の熱効率の2種類を算定しています。
表-7 熱効率の算定結果
| 項 目 | 単位 | 3分後 | 6分後 | 沸騰時 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 上昇 温度 | 初期温度(1) | ℃ | 20 | 20 | 20 |
| 加熱後温度(2) | ℃ | 48.3 | 78.2 | 100 | |
| 上昇温度 (3)=(2)-(1) | K | 28.3 | 58.2 | 80 | |
| 与えた 熱量 | 消費電力量 (4) | Wh | 41.3 | 105.0 | 150.9 |
| 加熱による熱量 (5)=(4)×3.6 | kJ | 148.7 | 378.0 | 543.2 | |
| 水が 受けた 熱量 | 水の質量 (6) | kg | 1 | 1 | 1 |
| 水の熱容量 (7) | kJ/(kg･K） | 4.19 | 4.19 | 4.19 | |
| 水が受けた熱量 (8)=(3)×(6)×(7) | kJ | 118.6 | 243.9 | 335.2 | |
| 鍋が 受けた 熱量 | 鍋の質量 (9) | kg | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
| 鍋の熱容量 (10) | kJ/(kg･K） | 0.448 | 0.448 | 0.448 | |
| 鍋が受けた熱量 (11)=(3)×(9)×(10) | kJ | 21.6 | 44.3 | 60.9 | |
| 合計熱量 (12)=(8)＋(11) | kJ | 140.2 | 288.2 | 396.1 | |
| 熱効率 | 水のみ (13)=(8)/(5)×100 | ％ | 79.8 | 64.5 | 61.7 |
| 水と鍋 (14)=(12)/(5)×100 | ％ | 94.3 | 76.2 | 72.9 | |
・鉄の1モル当り熱容量：25J/（mol･Ｋ）（25℃の時）
・鉄の1モル当り質量：55.845g/mol
鍋の1g当り熱容量＝25/55.845＝0.448J/（g・K)
計算の一例として、100℃まで上昇した場合の熱効率の計算過程を示します。水が受けた熱量は、20℃から100℃まで上昇させた熱量であるので、以下で算定されます。
水が受けた熱量＝質量1kg×温度差（100－20）K×水の熱容量（4.19kJ/（kg・K））
＝335.2kJ
一方、150.9Whの消費電力量を熱量（J:ジュール）に換算すると、
IH調理器が与えた熱量＝150.9Wh×3.6（kJ/Wh）＝543.2 kJ
従って、水のみ加熱する熱効率は以下になります。
水のみ加熱する熱効率（％）＝335.2／543.2×100＝61.7％
次に、鍋への加熱熱量についても考慮します。まず、鍋の熱容量を算定します3)。
・鉄の1モル当り熱容量：25J/（mol･Ｋ）（25℃の時）
・鉄は1モル：55.845g/mol
（いずれも理科年表2022より）
鉄の1kg当り熱容量＝25/55.845＝0.448J/（g･K）＝0.448kJ/（kg･K）
したがって、鍋を温める熱量は以下となります。
鍋が受けた熱量=質量1.7kg×温度差（100－20）K×0.448 kJ/（kg･K）
＝60.9 kJ
これらから、水と鍋が受けた熱量の合計は以下となります。
水と鍋が受けた熱量＝335.2＋60.9＝396.1 kJ
従って、鍋を考慮したIH調理器の熱効率は以下となります。
水と鍋を加熱する熱効率＝396.1/543.2＝72.9％
3つのケースでの熱効率の計算結果を下図に示します。熱効率は3つのケースでかなり異なっていることが分かります。測定開始3分後（過熱2分後）の水のみの熱効率は79.8％、鍋も考慮した場合は94.3％です。同様に測定開始6分後（加熱5分後）は、それぞれ64.5％、76.2％でした。温度が上昇すると熱効率は低下しています。
これは、水の温度が高くなると沸騰前でも気化する水分子が多くなり、その結果、潜熱（気化熱）として加熱した熱量が使われているため、熱効率が低下するのではないかと考えられます。
ここで、日本エレクトロヒートセンターが出している「電化厨房機器性能指標基準（改訂6版）」（2015年9月）では、電気コンロの熱効率に関する測定方法の記述があります。ここでは、JIS S2103(2019)の「家庭用ガス調理機器」を参考にして、電気コンロの熱効率の測定方法を決めています。著作権によりどちらも詳細の記載内容を明らかにできませんが、JIS S2103は閲覧が可能なため、その測定法の一部を以下に示します（日本規格協会から引用の許可を得ています）。
「JIS S2103 (2019) 家庭用ガス調理器」の試験方法の概要
■熱効率の試験方法4)
水に入れた試験用鍋に試験用の蓋をのせ、バーナに点火し、水温が初温から45℃±0.5℃上昇した時、かくはん器でかくはんを開始し、初温から50 ℃±0.5℃上昇したときガスを止め、さらにかくはんを続行し、その到達最高温度を水の最終温度として、その間のガス使用量、その他所要の値を測定し、熱効率を算定する。
■試験用具5)
ガスの能力（kW）により、試験用鍋の半径、深さ、質量等が決められています。また、鍋の蓋、かくはん機、温度計の設置についても詳しく決められています。
上記によれば、熱効率は水が50℃まで加熱された時のものを使用しています。従って、これまでの公表されているIH調理器の熱効率も水を50℃まで加熱した際のものと考えてよさそうです。そうすると、表-7に示したように測定開始後3分の場合（48.3℃）が最も近い値になります。この時の水だけの場合の熱効率は79.8％、鍋も考慮した場合は94.3％となります。
前回の報告でIH調理器の実際の熱効率は80～90％と判断しましたが、今回の水だけの熱効率が約80％と計算されましたので、その数値の下限値になっています。また、東京ガスが公表している79％にかなり近い数字となっています。
今回の測定では鍋の熱容量が大きいことや蓋をせずに測定していることから、熱損失が大きくなっているものと考えられますので、実際の水だけの熱効率はこの値より大きいと想定されます。このことからIH調理器の熱効率の高さが実証されたと言えます。
なお、加熱停止後でも冷却ファンが稼働しており、4.8Wの電力が約9分間継続して0.72Whが消費されています。これは鍋をIH調理器に置いたままにしていたためと考えられ、省エネを考慮すると早めに鍋を取り出し、表面の温度を下げると冷却ファンは早く停止すると思われます。また、他のガスコンロなどと比較するときはこの冷却ファンの消費電力量も考慮する必要があるかもしれません。
まとめ
今回は、IH調理器の熱効率を実際に測定してみました。測定に用いたのは卓上IH調理器（ティファール デイリー IH）です。定格消費電力が1.4kWであり、6段階の火力調節が可能です。調理メニューとして、「加熱調理」、「煮る」、「揚げる」、「湯沸かし」、「保温」があります。
まず、6段階の火力レベルごとに消費電力を測定すると、いずれも定格消費電力に対して、93～94％の消費電力となっていました。これは、冷却ファンなど他の消費電力も含まれるため、定格消費電力が加熱のための消費電力よりも大きくなっていると考えられます。
熱効率を算定するため、「湯沸かし」メニューを使って、1Lの水を20℃から100℃まで上昇させました。測定に利用した容器（鍋）はWMFのホーロー鍋（フュージョンテックミネラル、内径20cm）です。これは熱伝導率は高いですが、重さが1.7kgで熱容量が大きいため、この熱容量も考慮する必要がありました。
サーミスタ端子を鍋の側面、底面に接することなく水中に吊るし、加熱過程では容器中の水をかくはんして容器内の水の温度分布を一体としました。加熱開始から毎分の消費電力量と水温を測定、記録しました（かくはんのため鍋には蓋をしていません）。「湯沸かし」メニューでは最高火力レベル1,300Wの消費電力で加熱し、水温が100℃に達した時点で停止しました。
測定開始後3分（48.3℃）、6分（78.2℃）、加熱終了（100℃）の3つの時点での熱効率を算定しました。その結果、測定開始3分後の水のみの熱効率は79.8％、鍋も考慮した場合は94.3％でした。同様に測定開始6分後は、それぞれ64.5％、76.2％でした。さらに、加熱終了時点では、それぞれ61.7％、72.9％でした。
家庭用ガス調理器の熱効率を測定する基準である「JIS S2103 (2019)」の試験方法を見ると、水を50℃まで上昇させた時の熱効率を算定するとありました。そのため、今回の測定で算定した熱効率のうち、これに最も近い水温（48.3℃）の時の熱効率（水のみ79.8%、鍋を考慮94.3％）を、公表されている熱効率の値と比較しました。
前回報告しているように、公表されている熱効率は90%ですが、これはカタログ値であり、実際の熱効率は80～90％と判断しました。今回の測定値はその結果と概ね一致していました。今回測定した容器は熱容量が大きいため、熱容量の小さな容器を使って測定するとさらに熱効率は上がると想定されました。鍋の熱容量を考慮した場合の熱効率は90％を超えているため、IH調理器の熱効率は非常に高いということを確認しました。
なお、IH調理器における温室効果ガス排出特性については、ガスコンロとの比較において有効と考えられますので、ガスコンロの検討の際に示したいと思います。次回は、これまで取り上げてきた電子レンジとIH調理器の省エネ面での比較検討を行いたいと考えております。
＜参考文献＞
1）WMF：公式webサイト
2）ティファール：ティファールデイリー IH、取扱説明書
3）丸善出版、国立天文台編：理科年表、2022
4）日本規格協会：JIS S2103（2019）、5性能、表5性能及び試験方法、こんろの使用性能、熱効率、b)試験方法
5）日本規格協会：JIS S2103（2019）、5性能、表5性能及び試験方法、こんろの使用性能、熱効率、a)機器の状態