加熱炉の加熱熱量について

質問

また、質問があってお世話になっております。
私の会社の加熱炉は電気ヒータで加熱していますが、
設定された温度を設定されたヒータの出力値でヒータが可動しています。
でも温度1℃を上げるために必要な熱量は
比熱X質量ｘΔＴだから
加熱炉の比熱、質量は詳しくわからなくて
供給された電気量（KＷh）と実際上がる温度を見たら
比熱x質量を知ることができると思いますが、
設定温度で供給された熱量を時間別に確認すれば
温度はずっと上がりますが、電気の供給量はバラバラして
1℃を上がるに必要な熱量（電気量）を確認することが難しいです。
データは自動的にロギングできなくて写真を取ってその時の温度と
電気供給量だけ確認できますが、
1．図に通りにグラフで見たら実際温度が上がるによってkWも上がると考えますが、なんか均一しなくてバラツキとハンチングがあるから
℃/kWh（kcal）を確認することが難しいです、
データを見ればあの時は2℃/kWh あの時は0．3℃/kWh
でなります、
もちろん色んな条件（熱損失量や排気条件も影響があるとおもいますが）によって違うと考えますが、あの時には単に温度だけ上げたから
パラメータは温度とkWしかないと思います。

1.1あのデータを基づいて炉の温度を1℃上げるために必要な熱量を計算することができますか？
2.赤い線が温度、青い線が供給された電気ですが
左のずに青い線はなぜ上げるの中に下がったのかを考えれば
温度が設定値になったので電気の供給が止まったと思いますが正しいですか？
2.1それでは、青い線が下がる時が炉の温度が設定値に到達された
時だと考えてもいいですか？
3．物質の温度を上げるために必要な熱量の式は上に書いていますが、
温度を維持するための熱量はどうして求めますか？
式があればお教授いただきませんか？

ぜひよろしくお願いいたします。
いつもお世話になっております。

回答No.1

lumiheart · ベストアンサー

概ね　ムリって言うかぁ　徒労に終わるであろう
　理由：炉の温度を1℃上げるために十分な熱量を加えたら炉体が壊れるから

温度プロファイル事例
https://www.ablic.com/jp/semicon/support/package/solder-temp-profile/
本例は事例として適切ではないかも知れませんが
この事例の昇温カーブは一定ではないですね
最初は予備加熱としてゆっくりと加熱して　ある程度昇温してから高速で昇温させてる

この理由はワークに熱衝撃を与えない為

ただ、壊れるのはワークだけでなく炉体も壊れる
炉外壁の断熱材やケーシングの鋼材が熱膨張で歪む
貴殿の担当する炉の全長がどれくらいかは
https://okwave.jp/qa/q10014780.html
この図から推定すると５ｍ以上は有りそう

炉体の材質にも拠るけど常温から500℃に挙げると約４０ｍｍ近く膨張するであろう
なので多くの場合、１０００℃まで上げるのに24時間以上掛けてゆっくり昇温させる

大きなをヒータ入れっぱなしにすると1時間くらいで昇温完了させる事は可能だけど
そんな事したら怒られるだけで済まなくなる

熱計算プログラム　
https://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/wattage-calculation-program/

回答No.6

hahaha8635

エクセルで近似曲線と式を出しておしまい
https://brain.cc.kogakuin.ac.jp/~kanamaru/lecture/office2013/excel15.html

外気温やらなんやかんや　？
パラメータが多すぎて完全な式組み立てられません

省エネ比較したいんなら
生データそのままでいいと思うが

回答No.5

kuroneko2020

回答(4)追記です。
炉温度が高くなるほど「排熱や炉体からの放熱」は増加すると考えられるので、必要熱量は増加するでしょう。

回答No.4

kuroneko2020

必要な熱量は「比熱×質量×ΔT」だけではありません。事情は、もっと複雑です。

投入した熱量は炉体とワークの昇温の他にも、排熱や炉体からの放熱にも消費されます(下記サイト参照)。この消費のため、同じ温度幅を昇温するにしても、必要な熱量は昇温速度の影響も受けます。

熱収支をきちんと把握するには、下記のような調査が必要です。
https://ecom-jp.co.jp/product/energy_saving/index.html

さらに質問添付図にあるように、昇温パターンがプログラムされているのですから、そのパターンに合うように投入熱量も調整されていますので、ワット数は上下しています。

大雑把でも1℃昇温に必要な投入熱量が知りたいのなら、一定速度で昇温するパターンで運転してみてはいかがでしょうか。

補足

ご返事いただきありがとうございます、
知りたいことがありますが
例えば0℃から100℃に昇温に必要な熱量が10kWhだたら
100℃から200℃になる必要な熱量も
10kWhでしょうか？
それとも10kW以上の熱量が必要ですか？
上のグラフを見たら温度の上昇の範囲による
kWhも増加しているのでこんな考えがでています。お教授いただきませんか？
よろしくお願いいたします。

回答No.3

69015802

恒温炉の制御で関係するパラメーターは
1　設定温度
2　供給熱量＝加熱用電力
3　外部への放熱係数（断熱性）
4　外部温度
が主なものとなります。
従って同じ温度を1℃上げるのでも設定温度が高いほど必要な電力は多くなります。一定温度に保持する場合でも同じです。
また炉の制御がPIDなのか比例なのかON-OFFなのかなどで短時間の消費電力は変わるでしょう。
ですので細かいことにこだわるよりマクロ的に見るほうが良いのではないでしょうか。
例えば20℃から300℃の昇温に何KWとかX℃の保持1時間に何KWとか。

回答No.2

ohkawa3

＞パラメータは温度とkWしかないと思います。
もっとたくさんのパラメータが関係するから、温度と電力が単純な関係にならないと考えたら如何でしょうか。

＞あのデータを基づいて炉の温度を1℃上げるために必要な熱量を計算することができますか？
「あのデータ」が何を表すか十分に把握できていませんが、適切な時間で平均した数値を使えば、炉の温度を1℃上げるために必要な熱量について運用データに基づく数値を得ることは可能でしょう。

＞温度を維持するための熱量はどうして求めますか？
炉壁から逃げる熱、煙突から逃げる熱などを見積もって求めます。