ヒーターの設計方法について

質問

薄膜でヒーターを形成しその上層部に積層した薄膜などを所定温度に加熱してやりたいのですが、例えば500℃に加熱したい場合、何Ωの抵抗あるいは何Ｗのヒータを形成したらよいのでしょうか。計算式など教えて下さい。

回答No.3

ikkyu3 · ベストアンサー

この場合は、ヒーターが薄膜で加熱対象も薄膜ですから、これらの体積は無視できて、これらの比熱も無視できるかもしれません。
問題は、これらの置かれる環境にあります。

外囲を何も覆わずに室内に置かれるとすれば、無限に放熱がされて、両者が密着で且つ同じ面積とすれば、ヒーターの下面と被加熱体の上面から放熱されますから、この両面の面積と放熱係数を考慮して設計が可能でしょう。
かなり大きな熱量を要することが予測されます。
置き方でかなり放熱係数は、変化し垂直の方が放熱が大きくなります。

外囲を断熱材で覆えば、全く様子は変ってきます。
この場合は、外囲器で囲われた空気の体積と比熱及び外囲器の体積と比熱が関係します。これは、いわば熱時定数になります。
最終的な温度（飽和温度）は、外囲器の表面積と放熱係数で決まります。

たとえですが物体の温度上昇は、熱量に比例し熱容量に逆比例するので電気回路の静電容量を電流で充電するイメージです。静電容量が熱容量、電流が熱というイメージです。
さらにコンデンサーに漏れ電流があるとき、これが放熱のイメージになります。

ここで問題は、放熱係数と比熱ですが、比熱のデーターは物理の表で得られるでしょう。
放熱係数は、前の方の参考ＵＲＬなどが参考になりますが、一般には、各自実験により係数を求めて持っているようです。
熱の移動は、知られるように詳しくは伝導・対流・放射がありますが、５００度ともなると放射の影響も大きいと思います。

一般に電気炉やオーブンなどでは、飽和温度を利用するのではなく、熱量を大きめにしておき温度検出をして、温度によりオン・オフ制御などをしています。

お礼

よくわかりました。コンデンサのモデルもなんとなくわかります。早速いろいろ調べてみることにします。ご回答ありがとうございました。

回答No.4

9766

単に、加熱のみであれば被加熱物を含めた500℃時の放熱がヒータの入力になればよいわけで。
コールドスタート時の温度の上がりも考慮するなら、500℃まで温度上昇させるまでの熱量を加熱時間で割ってあげるとヒータの能力がおおよそ算出できますね。
500℃をシビアにコントロールするのであれば、インバータや可変抵抗器を使ってヒータの出力を調整してあげるのが一般的でしょう。

お礼

9766さんありがとうございました。ちょっと計算してみます。

回答No.2

Pesuko

ヒーターの設計はワット密度が必要です。
高いワット密度のものはヒーターを冷やす様な使い方をしないと焼ききれます。

下記を参照してください。
http://www.nippon-heater.co.jp/design/designindex.html

http://www.kyushu-nissho.co.jp/netuke_smp.htm

http://www.toritsudenki.co.jp/html/sh_heat3.htm

お礼

なるほど。参考URLも役に立ちそうです。Pesukoさんどうもありがとうございました。

回答No.1

acacia7

物の温度は出入りする熱のバランスで決まります。
つまり、周りに放熱しやすい環境では、何Ｗであろうとなかかな温度はあがりませんし、完全に断熱条件ならば１Ｗでも温度は上がりつづけます。
ということで、どういう環境で、温度を上げるつもりなのかを考えてください。
そして、放熱のルートはどんなのがあるかを考えてください。
・輻射はどれだけあるか・・
・伝熱ではどれだけか・・・対流ではどうか・・
＃５００度ともなると輻射が大きくなってくるかもしれません。基本的には、放熱量がヒーターの下限を決めますので、それにゆとりを持たせた出力にすればよいと思います。

お礼

うゎ；なんか難しいんですね；効率よく加熱するにはまずどうやって断熱効率をあげるか、なんですね？ちょっと調べてみます。ありがとうございました。