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金属の輻射
- 金属の輻射効果について考える
- 囲いの材料としてステンレスは有望か
- 鏡面効果による輻射熱の期待度
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煤で汚れてしまうならば、鏡面の意味は殆どなく、拡散反射面としての煤け た反射率で評価する必要があるでしょう。 耐熱性の観点でステンレスを選択なさっていると思いますが、ステンレスの 反射率は低いので、炎の熱放射を反射させて、被加熱物に対する加熱効率 を上げるためには、あまり適切な選択肢ではないように思います。 バーナー炎から反射面を遠ざけることが可能であれば、鏡面アルミのような 反射板を使うことが有効と思います。バーナー付属して利用する例は知りま せんが、ハロゲンランプから発する赤外線を反射するには、金メッキが利用 されています。 バナー、被加熱物などについて、もう少々具体的な寸法や熱的容量をご呈示 いただければ、もう少し具体的な回答ができるかもしれません。 バーナー炎を囲む面を、赤外線の反射を目的として利用するか、面自体の 温度を上げて２次放射面として利用するかの切り分けが必要と感じます。 不透明な材料の場合、反射率＋放射率＝１です 鏡面反射を利用する場合、放射率が高いことが選択基準になりますが、囲う 面自体の温度を上げて２次放射を利用する場合は、放射率が高いことが選択 基準になるので、条件（設計の考え方）次第で真反対の回答になる可能性が あります。 ＞今回はバーナー炎に囲いをかなり接近させることが前提 「かなり近い」がどの程度近いか、文面だけでは見当がつきませんが、 このような前提ならば、囲う面自体の温度を上げて２次放射の利用を 狙うことになるように想像します。 そうであれば、放射率が高いことが選択基準です。 放射率が高いと言うことは、反射率が低いことを意味しますから、鏡面の ステンレスではなく、耐火レンガなどで覆うことが良さそうに思います。 ただし、バーナー自体の温度も、囲う面自体２次放射によって上昇しますの で、安全性と寿命の観点で適切に評価することが必要です。 耐火レンガをお勧めしましたが、耐火レンガを保持する枠が必要なので、 ステンレスで作るより費用がかかってしまうかもしれませんね。 原点に戻りますが、２次放射体をステンレスで作ることでも問題ないと 思います。その際、必要なのは反射率ではなく、放射率です。 煤や酸化によって黒くなることは、放射率を上げる方向ですから、細かな ことに対して気を遣う必要はありません。 反射率を上げようと、鏡面にしてはいけません。反射率を上げることは、 放射率を下げることです。鏡面ではなく、ブラスト等の粗面にすることが 宜しいかと思います。 ご質問者さんも他の回答者さんも「輻射」という言葉をお使いですが、 工学的な用語としては「放射」に置き換わっています。私の回答の「放射」 は、「輻射」に読み替えた方が、質問者さんには理解しやすいかもしれま せん。 “囲い”からの２次放射を利用するなら、“囲い”の温度を何度にする ように“囲い”を設計するかが重要です。 放射パワーは、ケルビン単位で測った温度の４乗と面積に比例します。 この関係から理解できると思いますが、“囲い”の面積を小さくして 温度を上げる方が、放射パワーを確保するために有効です。 上型と下型のすきまを250ｍｍ程 円盤状のバーナーによる加熱 被加熱物が、加熱するバーナーを取り囲むように配置されているので、 加熱の効率としては良好な状態が得られているように思います。 バーナーに囲いをつけて、囲いの温度を上げることによる２次放射を 利用しても、加熱の効率を上げることは難しい状況に思えます。 効率を上げる方法としては、次のような方法がありそうです。 a) 250mmのすきまを、型の温度分布が許す範囲で、できる限り狭くすること。 b) バーナーへの空気供給を妨げない範囲で、すきまの外側（つまりは型の 外側）を断熱材で囲うこと。 c) 下型に比べて上型の温度上昇が高い状態であれば、バーナーの下型方向の 火口の数を増やして、加熱バランスをよくすること。 お問い合わせの２次放射の利用は、加熱した際の型の温度分布改善ののため の補助手段程度の位置づけならば使えるかもしれません。 必要な材厚について： 加熱による２次放射が発生には、μmオーダーの表面だけが関与します。 従って、高温状態で、機械的な形状を保持できる厚さを確保しておけば ＯＫです。高温に曝されることで酸化消耗しますから、その分は余分に 見込んでおくことが必要と思います。
その他の回答 (3)
被加熱がハロゲンヒーターくらい熱くなれば赤外線も効いて来ると思いますが、 他の回答者の言われるようにタイルや耐火レンガ等で熱放射平衡に持っていくのが妥当かと思います。 どうしてもステンレスの反射面にこだわりたいなら円筒状に加工し回転できるようにしておく ススは製品の取出しサイクルで回転させカーボンブラシなどで自動的に除去すればよいかと バーナー加熱のパーティクルがそれ程問題とならない環境ならば無理でもない気が。
本気で輻射による加熱を考えるなら被加熱物を中心とした球状に反射板を作り、 銀メッキを施す必要があります。(被加熱物に集光させるため) ただ、バーナーでの直接加熱では熱伝達によるものが大きいので輻射にこだわるのはどうかと思います。 もし輻射対策をするなら断熱材で囲いを作ってアルミホイルを張っておくのが 一番お手軽。銀色の面を加熱側に向けます。 汚れたら(使用の都度)交換すればいいです。囲いの汚れ防止にもなります。 アルミは輻射率0.05くらいで銀、金に次ぐ低さです。
お礼
言われるとおり、放射にこだわるのはどうかと私も考えています。しかしいろいろありまして（笑）。 今回はバーナー炎に囲いをかなり接近させることが前提になりますので、アルミホイルですと、すぐに焼けてしまうかと思います。
熱と光を理解してないからこうなるんだと思うが 単純にレンガでふさいだほうが効果的 ↑ すっ飛んでるな 鬱中なため議論する気力はない
お礼
ステンレスの表面を鏡面仕上げにしていても、反射率はかわらないものですか？電気ストーブのヒーターの裏の鏡面はステンレス製のように思うのですが、いかがでしょうか？ 反射と放射の考え方を混同せずに、考えなければいけないわけですね。 非常にご丁寧な説明、感謝いたします。 私の質問分に「囲いを鉄製にしたら、600度くらいで赤熱して、放射効果が得られると聞いたことがありますが」と記載しましたが、2次放射を利用するならば、鉄の囲いにもバーナー炎を当てて赤熱させたらよいでしょうか？そのときの板厚がどれくらいが適切なのかむずかしいところですが。 もうすこし具体的に内容をいいますと、φ500、厚み50くらいの製品を上型、下型を用いて鋳造する金型の加熱（400℃くらいまで上げる）の効率アップを考えています。上型と下型のすきまを250ｍｍ程にして、φ450、厚み50ほどの円柱状の両面に小さな穴をたくさん開けたバーナーを上型下型の空間に挿入し、それにより上型と下型をあぶっている状態です。 それを囲うことにより、基本的には断熱性を高めたら一番良いと思ってるのですが、放射効果も得られたらなお良いかと思うのですが、あくまで、囲いは円筒上になるので、上型下型表面に対して、垂直な位置関係になるので、放射効果が得にくいかともおもうのです。そんなわけで、2次放射を期待するならば、バーナーの側面にも穴をあけて、囲いを赤熱させて赤外線放射させたらよいかとも思うのですが、囲いの表面を荒らしておけば、乱反射して、上型と下型表面にもあたるかな？と考えています。 なかなか、難しいなとは思いながら、可能性を探っているのですが、ご意見いただけると幸いです。 お礼がおそくなり大変申し訳ありません。 ちなみに2次放射ですが、これは表面が赤熱しないと放射されないのですか？ もしくは、赤熱しなくともある温度に到達すれば効果的な放射がされるのでしょうか？ あれからいろいろ考察したのですが、囲いを加熱するためには、囲いに対して直接加熱しなければならないと思われ、かつ吸気、排気用のｸﾘｱﾗﾝｽを確保するとなると、火元と囲いの距離もあり、なかなか加熱できず、多くのガスを非効率に消耗するだけではないかと思いました。 そこで再度反射率の利用を考えてみたのですが、そもそも、炎から出る赤外線は、炎の持つ全エネルギーに対してどれだけの割合を占めるかですよね。そこから反射されて、それがどれだけ被加熱物に届くか・・・ 補助的な作用になるかどうかも厳しいでしょうね・・・ またまたお返事遅くなり申し訳ありません。 いろいろ教えていただき、非常に参考になりました。 ありがとうございました！