ヒーターの発熱温度を計算する方法
- ヒーターの発熱温度を計算したい方へ、容量、長さ、線径、密度、入力電圧などの情報を元に計算する方法をご紹介します。
- 発熱体の温度を伝熱解析に用いるために計算したい方へ、測定はできますが理論があると知りたい方に理論的な計算方法をご説明します。
- ヒーターの発熱温度を計算する際に考慮すべき要素や計算式について解説します。
- ベストアンサー
ヒーターの発熱温度
教えて頂きたいことがあります。 ヒーターの発熱温度を計算したいのですが、 どのように計算したら良いか分かりません。 容量、長さ、線径、密度、入力電圧などは分かっています。 伝熱解析に用いる発熱体の温度に設定したいと考えています。 測定はできますが、理論があれば知りたいです。
- 製品設計
- 回答数3
- ありがとう数0
- みんなの回答 （3）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
- ベストアンサー
ざっくり言って、次のような式で見積もります。 温度上昇（K)＝電力(W)÷（表面積(m2)×熱伝達係数（W/m2K)) 回答(1)さんがご指摘「複雑な計算」ですが、上記の「熱伝達係数」が 物理常数ではなく、状況に応じて数値を調整する必要があるので、初心者 には厄介なものとなります。 温度測定できる環境が整っているならば、実験的に「熱伝達係数」を決めら れるので、設計変更した場合の温度を求めることなどは、容易と思います。 なお、「熱伝達係数」は、「放射」による成分と、「対流」による成分と で構成されており、動作温度が常温付近では両者ほぼ同等、赤熱するような 高温領域では放射が主体となります。 なお、「放射」による成分は、シュテファン＝ボルツマンの法則の法則に より、理論的に計算可能です。 動作温度が800℃、放射率＝1のヒーターを常温の空気中で使った場合、 放射による熱伝達係数は、96.4（W/m2K)程度です。 対流による成分は、数（W/m2K)程度ですので、総合した熱伝達係数は、 100（W/m2K)を少々超える程度です。
その他の回答 (2)
現実に存在する複雑な現象を単純化したものが理論ですので、こうして出来上がった理論を現実に適用するには工夫が必要です。 エクセルで数値計算ができる理論式を貼り付けておきます。 多分大学の先生が学生の教育のために作成したものと思われ初心者にもわかるように丁寧です。 例第１３を見てください。 回答（１）(２）さまの言っていることがお分りになると思います。
発熱量(W)は入力電圧(V)×入力電流(A)です。 温度は、発熱量(W)×熱抵抗値(℃/W)+Ｔａ←（冷却媒体温度） （電気工学のV=IRの形を真似た形になっています。） 熱抵抗の計算ですが、これは結構厄介で 素材や形状により複雑な計算が必要となる場合があります。 さらに熱平衡でない過渡的状態も考えるのは非常に手間がかかりますので 現在だと熱解析シミュレータソフトを購入してシミュレートするのが一番簡単。 放射の場合はヒーター自体にスペックがあるのが一般的です なのでココでは伝導係数と仮定しました、さすがに対流は無いだろうってことで。 >動作温度が800℃、放射率＝1のヒーターを常温の空気中で使った場合、 うーん、それって黒体輻射ですよね。 放射だと理論で決めるより放射計で測ったほうがラクっす。 何でシミュレータ使えって言ってるかというと境界条件を決めるの面倒だから 境界条件なくて無限に大きい物体への熱伝導なら簡単なんだけど。
関連するQ&A
- 抵抗発熱体に電流を流した時の発熱温度
大気中で抵抗発熱体（例えばニクロム線など）に電流を流すと、電流量に応じて発熱すると思いますが、その際の発熱温度の計算方法を教えてください。 発熱温度を計算するには、流す電流量、発熱体の抵抗値、比熱、表面積、熱抵抗率、大気中の温度といった様々な要素がからんでいると推測していますが、理論的な計算式が分かりません。 計算に必要な物性値なども含めてご教授ください。
- ベストアンサー
- 物理学
- 熱電対の線径による不確かさについて
JISR1802 遠赤外ヒータの表面温度測定方法で、「線径による不確かさ」は、 ?熱電対の脚からの伝熱。?測定接点中の温度降下。が挙げられています。 ?の測定接点中の温度降下は、どのような理由で起こるのですか？ また、なぜ、熱電対の線径に比例するのですか？ 遠赤外ヒータの表面温度測定方法 http://www.jisc.go.jp/app/pager?id=14846
- 締切済み
- 測定・分析
- ヒータ上で金属を暖めたときの、設定温度までの到達…
ヒータ上で金属を暖めたときの、設定温度までの到達時間の計算 フラットなヒータ（125℃）の上に金属の薄板を乗せたとき、常温（25℃）から何秒で金属板上面が125℃まで上昇するかを計算したいのですが、どうしても計算式が導き出せません。 前提条件として、ヒータの熱容量は十分大きく、熱の降下は無い事とします。 また、恐らく計算式上に出てくるであろう、熱伝導率、比熱、密度、体積などは調べてあります。熱伝達率は不明なのですが計算上必要でしょうか？ 以上、どなたかご教授いただけると非常に助かります。
- 締切済み
- 機械設計
- 抵抗加熱ヒータの設計方法について
kougakubuです。 抵抗加熱ヒーターの設計方法に関する質問です。所望の温度に対するヒーターの必要熱量(電力)と表面積を計算により求めました。 使おうとしている抵抗発熱体は棒状のセラミックスでカタログより一本当たりの電力と発熱表面積は決まっています。この発熱体一本のワット数が大きいため、計算で求めたワット数にあわそうとすると必要表面積を満たせなくなってしまい困っています。 おそらく、発熱体を所望の温度にまで加熱するにはカタログ値にあるような電力まで上げないと温度は上がらない思われます。ですので、本数だけ多くして表面積を稼ぐことは出来ないのかと思っています。 発熱体の表面積が固定のとき、その設計しようとしているヒーター自身の表面積を稼ぐことはできないのでしょうか？ アドバイスでも何でも結構ですのでご存知の方おられましたらコメント下さい。勝手なのですが、急いでおります。よろしくお願いします。
- 締切済み
- その他（学問・教育）
- カートリッジヒーターのワット密度に尽いて。
教えて下さい。 下記条件で、カートリッジヒーターを使いたいのですが、 ヒータの選定に尽いてアドバイス宜しくお願い致します。 ?φ20のSUS304パイプに、シース径φ19、長さ200（発熱範囲180） 程度のSUS304 t=1 100?-500ｗを使用します。 φ20のﾊﾟｲﾌﾟと、φ19のﾋｰﾀｰとの隙間に蒸気（空気を熱したい）を通したいのですが、 実験していると、ヒータの表面が黒く剥がれる（炭化？）してしまいます。 スライダックで電圧調整し、200ｗ ～ 300ｗ で実験しておりますが、 ”炭化（スス）”が発生してほしくないし、その様な使用条件では、ﾋｰﾀｰの寿命も短命とおもい、できる限り、温度が高い方がいいし、しかし、寿命も長い方がいいと、した場合、どの様な仕様が限界仕様でしょうか？ ちなみに、ヒーター表面が、赤く目視で見える温度とは、800度以下と、言えるでしょうか? 当方、表面温度を測る測定器はあるのですが、いまいちわかりません。 以上の事を踏まえ、ヒーターメーカーWebで調べたところ、ワット密度を考慮すれば、100ｖ-500ｗ を、MAX 150ｗ なら、この使い方でも大丈夫との事になりましたが、150ｗでは、どうしても温度が低く、300ｗ以上ほしいので、どうぞ、アドバイスの程宜しくお願い致します。 例えば、 ａ：ヒーター表面が赤くならない温度なら問題ない。 b:ヒーターの長さを200以上にすれば温度が上げられる（300ｗ以上） c:シーズヒーターでないと、そのサイズ、その温度（ワットＷ）では無理 ＊その使い方をしたいなら、こうすれば出来る！ など、、、、。 以上、宜しくお願い致します。
- ベストアンサー
- 熱処理
- 発熱体(3ｋW)は密閉容器内の温度を何℃まで上昇させるでしょうか。
頭上20cmの場所に発熱体(抵抗器)を設置します。発熱体に直接触れると 危険なので周囲を鉄板で覆います。この発熱体は何℃まで温度が上昇 するでしょうか。（また、鉄箱内の温度も教えてください。） ・抵抗器に電気を流し発熱させます。 （抵抗値40Ω、電流8.7A、印加電圧348V、材質 銅100%） ・抵抗器を密閉した鉄箱内に設置します。 （鉄箱寸法：高さ0.4m、横幅0.7m、奥行0.45m、板厚2.3mm、材質SPCC） ・鉄箱の周囲温度は30℃で常に一定に保たれています。 ・鉄箱内と鉄箱周囲は空気で1気圧です。 ・温度上昇による気圧変化や鉄箱寸法変化は無いものとします。 発熱体の温度が高くなれば放熱しやすくなる。 温度が高くなるほど抵抗が大きくなり電流が流れにくくなる。(⇒発熱が抑えられる） 放熱と発熱抑制により発熱体の温度上昇が止まるのではないかと思われますが、 考え方や計算方法が分からないので教えてください。 鉄箱に換気扇を(10m~3/min)設置すれば鉄箱は50℃内になりそうですが もし換気扇が無かったらどうなるのか、危険は無いか教えてください。 宜しくお願いします。
- 締切済み
- 物理学
- セラミックス発熱体の表面電力密度について
表題の質問です。 セラミックヒーターを製作し、通電試験を行いました。 表面電力密度-温度図を作成したいのですが、当方素人です。（専門は材料。） ネットで調べたところ、 「ヒーターの表面電力密度とは、単位表面あたりの電力すなわち、そのヒーターの電力[W]をヒーター表面積[cm2]で除した値です。」 とありました。 ただ単純に、電力を、端子部を除いた発熱体の表面積で割ればよいのでしょうか？電力の密度は、断面積などが効くようなイメージがあるのですが、ただ単純に表面積で割るだけでよいのでしょうか？ また、ヒーター性能は表面電力密度で評価できるらしいのですが、そこもよくわかりません。ご教授いただきたく思います。 身内にヒーターの専門的な質問をできる人はいません。
- 締切済み
- 電気設計
- ヒーターの消費電力設定について
製品を加熱するためにラバーヒーターを貼り付けています。ヒーター加熱部の面積は50mm×50mmの2500mm^2で、仕様には「電力密度0.5W/cm^2」と書いてありますが、 1.この場合通常の100V電源に接続した際にヒーターが消費(与える？)する熱量は25×0.5＝12.5Wということでよいのでしょうか？ 2.電源とヒーターの間にスライダックを挟んで、印加電圧を60Vに設定した場合、単純に12.5×0.6＝7.5Wということでよいのでしょうか？もし違うのであれば計算方法を教えて下さい。 3.温度はせいぜい百数十度程度までしか上がりません。上記2つの質問はもしかすると温度によって答えが変わるかも知れませんが(抵抗の変化による電流量変化→電力量変化等)、百数十度では影響は出るでしょうか。 よろしくお願いします。
- 締切済み
- 電気設計
