電気ヒーターは、世界的に人気のある電気暖房器具です。流れる液体および気体媒体の加熱、保温、加熱に使用されます。加熱媒体が圧力の作用下で電気ヒーターの加熱室を通過するとき、流体熱力学の原理を利用して、電気発熱体によって発生する膨大な熱を均一に奪い、加熱媒体の温度が満たされるようにします。ユーザーの技術的要件。
抵抗加熱
電流のジュール効果を利用して、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、物体を加熱します。通常、直接抵抗加熱と間接抵抗加熱に分けられます。前者は被加熱物に電源電圧を直接印加し、電流が流れると被加熱物（電熱アイロンなど）が発熱します。直接抵抗加熱できる物体は、抵抗率の高い導体でなければなりません。熱は被加熱物自体から発生するため内部加熱に属し、熱効率が非常に高いです。間接抵抗加熱では、発熱体を作るために特殊な合金材料または非金属材料が必要です。発熱体は熱エネルギーを生成し、放射、対流、伝導を通じて加熱対象物に伝達します。被加熱物と発熱体が２つに分かれているため、一般に被加熱物の種類が限定されず、操作も簡単である。
間接抵抗加熱の発熱体に使用される材料は、一般に、抵抗率が高く、抵抗温度係数が小さく、高温での変形が小さく、脆化しにくいことが要求されます。一般的には、鉄・アルミニウム合金、ニッケル・クロム合金などの金属材料や、炭化ケイ素、二ケイ化モリブデンなどの非金属材料が使用されます。金属発熱体の使用温度は、材料の種類に応じて1000～1500℃に達します。非金属発熱体の使用温度は1500～1700℃に達します。後者は設置が簡単で、高温炉と置き換えることができますが、動作時に電圧調整器が必要であり、その寿命は合金発熱体よりも短いです。一般に、高温炉、温度が金属発熱体の許容作動温度を超える場所、および一部の特別な場合に使用されます。
誘導加熱
交流電磁界中で導体が発生する誘導電流（渦電流）による熱効果により、導体自体が加熱されます。さまざまな加熱プロセスの要件に従って、誘導加熱で使用されるAC電源の周波数には、電源周波数（50〜60 Hz）、中間周波数（60〜10000 Hz）、および高周波（10000 Hz以上）が含まれます。商用周波電源は産業界で一般的に使用されている交流電源であり、世界中のほとんどの電源周波数は50Hzです。誘導加熱用の高周波電源によって誘導装置に印加される電圧は調整可能でなければなりません。加熱装置の電力と電源ネットワークの容量に応じて、高圧電源（6〜10 kV）を使用して変圧器を介して電力を供給できます。加熱装置は 380 ボルトの低電圧送電網に直接接続することもできます。
中間周波電源は中間周波発生器セットを長年使用してきました。中間周波発電機と駆動用非同期モーターで構成されます。このようなユニットの出力電力は、一般に 50 ～ 1000 キロワットの範囲にあります。パワーエレクトロニクス技術の発展に伴い、サイリスタインバータ中間周波電源が使用されるようになりました。この中間周波電源は、サイリスタを用いて電源周波数の交流を直流に変換し、さらにその直流を必要な周波数の交流に変換するものです。この周波数変換装置は、小型、軽量、騒音がなく、動作が確実であることなどから、徐々に中間周波発生装置に取って代わられてきました。
高周波電源は通常、三相380ボルトの電圧を変圧器を用いて約2万ボルトの高電圧に昇圧し、サイリスタや高電圧シリコン整流器を用いて電源周波数の交流を直流に整流します。次に、電子発振管を使用して電源周波数を整流します。直流は高周波、高電圧の交流に変換されます。高周波電源装置の出力は数十キロワットから数百キロワットにも及びます。
誘導加熱される物体は導体である必要があります。導体に高周波の交流電流を流すと、導体表面の電流密度が大きくなり、導体の中心部の電流密度が小さくなる表皮効果が生じます。
誘導加熱は対象物全体および表層を均一に加熱できます。金属を溶かすことができます。高周波では、加熱コイル（インダクタとも呼ばれる）の形状を変化させ、任意の局所加熱を行うこともできます。
アーク加熱
アークによって発生する高温を利用して物体を加熱します。アークは、2 つの電極間でガスが放電する現象です。アークの電圧は高くありませんが、電流は非常に大きく、その強い電流は電極上に蒸発した多数のイオンによって維持されるため、周囲の磁場の影響を受けやすくなります。電極間にアークが形成されると、アーク柱の温度は 3000 ～ 6000K に達することがあり、高温での金属の精錬に適しています。
アーク加熱には、直接アーク加熱と間接アーク加熱の 2 種類があります。ダイレクトアーク加熱のアーク電流は被加熱物を直接通過するため、被加熱物は電極またはアークの媒体である必要があります。間接アーク加熱のアーク電流は被加熱物を通らず、主にアークからの輻射熱によって加熱されます。アーク加熱の特徴は、高いアーク温度と集中したエネルギーです。しかし、アークのノイズは大きく、その電圧・電流特性は負性抵抗特性（ドロップ特性）となる。アークが加熱されたときにアークの安定性を維持するために、回路電圧の瞬時値は、アーク電流が瞬間的にゼロと交差するときのアーク開始電圧値より大きく、短絡電流を制限するために、電源回路には特定の値の抵抗を直列に接続する必要があります。
電子ビーム加熱
物体の表面は、電場の作用下で高速で移動する電子を物体の表面に衝突させることによって加熱されます。電子ビーム加熱の主なコンポーネントは、電子銃としても知られる電子ビーム発生器です。電子銃は主に陰極、コンデンサー、陽極、電磁レンズ、偏向コイルで構成されています。アノードは接地され、カソードは負の高い位置に接続され、集束ビームは通常カソードと同じ電位にあり、カソードとアノードの間に加速電場が形成されます。陰極から放出された電子は、加速電場の作用によって非常に高速に加速され、電磁レンズによって集束され、偏向コイルによって制御されるため、電子ビームは加熱された物体に向かって一定方向に向けられます。方向。
電子ビーム加熱の利点は次のとおりです。 (1) 電子ビームの電流値 Ie を制御することにより、加熱パワーを簡単かつ迅速に変更できます。（２）電磁レンズを使用することにより、加熱部分を自由に変更したり、電子線が照射される部分の面積を自由に調整したりすることができる。衝撃点の材料が瞬時に蒸発するように電力密度を高めます。
赤外線加熱
赤外線を利用して物体を放射し、物体が赤外線を吸収した後、放射エネルギーを熱エネルギーに変換して加熱します。
赤外線は電磁波です。太陽スペクトルにおいて、可視光線の赤色端の外側にある、目に見えない放射エネルギーです。電磁スペクトルでは、赤外線の波長範囲は 0.75 ～ 1000 ミクロン、周波数範囲は 3 × 10 ～ 4 × 10 Hz です。産業用途では、赤外線スペクトルはいくつかの帯域に分割されることがよくあります。0.75 ～ 3.0 ミクロンは近赤外線領域です。3.0～6.0ミクロンは中赤外領域です。6.0～15.0ミクロンは遠赤外線領域です。15.0～1000ミクロンは超遠赤外線領域です。物体が異なれば赤外線の吸収能力も異なり、同じ物体であっても波長の異なる赤外線の吸収能力も異なります。したがって、赤外線加熱の用途では、良好な加熱を得るために、加熱対象物の吸収波長範囲に放射エネルギーが集中するように、加熱対象物の種類に応じて適切な赤外線源を選択する必要があります。効果。
電気赤外線加熱は、実際には抵抗加熱の特殊な形式です。つまり、放射源は、ラジエーターとしてタングステン、鉄ニッケル、ニッケルクロム合金などの材料で作られています。通電すると抵抗発熱により熱輻射が発生します。一般的に使用される電気赤外線加熱放射源には、ランプ型（反射型）、チューブ型（石英管型）、プレート型（平面型）があります。ランプの種類はタングステンフィラメントを放熱体とした赤外線電球で、通常の電球と同様にタングステンフィラメントが不活性ガスを充填したガラスの殻に封入されています。ラジエーターは通電後発熱（一般の電球より温度が低い）し、波長約1.2ミクロンの赤外線を多量に放射します。ガラスシェルの内壁に反射層をコーティングすると、赤外線を一方向に集中して放射できるため、ランプ型赤外線放射源は反射型赤外線放射体とも呼ばれます。チューブ型赤外線放射源のチューブは石英ガラスでできており、その中にタングステン線が入っているため、石英管型赤外線放射体とも呼ばれます。ランプ式やチューブ式の赤外線の波長は0.7～3ミクロンの範囲にあり、使用温度も比較的低くなります。平板型赤外線源の放射面は平坦な抵抗板からなる平面である。抵抗板の表面には反射率の大きい材料がコーティングされており、裏面には反射率の小さな材料がコーティングされているため、熱エネルギーのほとんどは表面から放射されます。プレートタイプの使用温度は1000℃以上に達し、鋼材の焼鈍や大径パイプや容器の溶接などに使用できます。
赤外線は透過力が強いため物体に吸収されやすく、物体に吸収されるとすぐに熱エネルギーに変換されます。赤外線加熱前後のエネルギー損失が少なく、温度制御が容易で、加熱品質が高い。したがって、赤外線加熱の応用は急速に発展しました。
中加熱
絶縁材料は高周波電場によって加熱されます。主な加熱対象は誘電体です。誘電体が交流電界に置かれると、繰り返し分極が起こり（電界の作用下で、誘電体の表面または内部は等しく反対の電荷を持ちます）、それによって電界内の電気エネルギーが次のように変換されます。熱エネルギー。
誘電加熱に使用される電場の周波数は非常に高いです。中波帯、短波帯、超短波帯では、周波数が数百kHzから300MHzまであり、高周波媒体加熱と呼ばれます。300MHzを超えてマイクロ波帯に達する場合、マイクロ波媒体加熱と呼ばれます。通常、高周波誘電加熱は 2 つの極板間の電場で実行されます。一方、マイクロ波誘電加熱は、導波管、共振空洞内、またはマイクロ波アンテナの放射場の照射下で実行されます。
誘電体を高周波電界で加熱した場合、単位体積あたりに吸収される電力はP=0.566fEεrtgδ×10(W/cm)となります。
熱量で表すと次のようになります。
H=1.33fEεrtgδ×10 (cal/sec・cm)
ここで、f は高周波電界の周波数、εr は誘電体の比誘電率、δ は誘電損失角、E は電界強度です。この式から、誘電体が高周波電界から吸収する電力は、電界強度Eの二乗、電界の周波数f、誘電体の損失角δに比例することがわかります。 。E と f は印加される電場によって決まりますが、εr は誘電体自体の特性に依存します。したがって、媒体加熱の対象となるのは主に媒体損失の大きい物質である。
誘電加熱は、誘電体（被加熱物）の内部で発熱するため、他の外部加熱に比べて加熱速度が速く、熱効率が高く、均一な加熱が可能です。
メディア加熱は、サーマルジェル、乾燥穀物、紙、木材、その他の繊維状材料を加熱するために産業で使用できます。成形前のプラスチックの予熱や、木材やプラスチックなどのゴムの加硫や接着にも使用できます。適切な電界周波数と装置を選択することで、合板を加熱する際に合板自体に影響を与えることなく、接着剤のみを加熱することができます。 。均質な材料の場合、一括加熱が可能です。
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投稿日時: 2022 年 3 月 11 日