１） 加熱の中のＩＨ 加熱方式の特徴とＩＨ加熱のしくみ ２） ＩＨ加熱の原理、特徴と利点 高周波加熱、低周波加熱の原理 ＩＨ加熱の特徴 ３） 高周波ＩＨインバータの種類 ＩＨインバータの種類と選定方法について ４） 高周波ＩＨ加熱コイルについて コイル製作例 ５） 製品例 当社におけるＩＨ加熱製作事例 ６） テスト装置紹介 当社におけるＩＨ加熱テスト装置例 ７） 製品実現までのフロー 添付１） ＩＨ加熱昇温制御スピードテスト ㈱東和電機工業所 技術開発部 ＩＨ技術課 〒６６６−００２３ 兵庫県川西市東久代１-４-９ ＴＥＬ ０７２−７５９−８２５１ ＦＡＸ ０７２−７５９−８８９６ １） 加熱の中のＩＨ 加熱方式の特徴とＩＨ加熱のしくみ ガス加熱 熱効率 40％ シーズヒーター 熱効率 50％ シーズヒーター（発熱体） 炎 渦巻き状のニクロム線を絶縁物で包み込んで ニッケルで保護した物。 伝導熱と輻射熱で加熱します。 炎による加熱をおこないます。 ・熱効率が悪い。 ラジェントヒーター 熱効率 60％ ハロゲンヒーター 熱効率 60％ トッププレート セラミックプレート 断熱材 発熱体 輻射熱 タングステン フィラメント ニクロム線を平らなセラミックプレートの下に 装着したもので、伝導熱で加熱します。 ・火力調節が難しい。 IHヒーター 熱効率 80∼90％ ハロゲン ランプ 断熱材 ハロゲンランプ伝導熱と輻射熱で加熱します。 ・火力が調整が難しい。 マイクロ波 渦電流 マイクロ波発生装置 被加熱物 加熱コイル 磁力線 トッププレート 磁力線の働きで、鍋そのものを発熱させる。 ・立ち上がりが早い。 周波数が300MHzから300GHz（波長が１ｍ∼ 1mm）のマイクロ波を使って、 物質内部から加 熱する方式です。 1 ２） ＩＨ加熱の原理、特徴と利点 IH加熱の原理 ① 高周波ＩＨ加熱コイルの原理 渦電流 ＩＨインバータ 加熱コイル 磁力線 トッププレート 加熱コイルに高周波（20∼50ｋＨｚ）の電流を流すと磁力線が発生します。 その上部にワーク（磁性体）を置くと、ワークに渦電流が流れ ワーク自体が発熱します ② 低周波ＩＨ加熱コイルの原理 磁束の流れ 鉄心 電流の流れ 発熱パイプ 誘導コイル 電磁誘導コイルに低周波電流を流すと磁束が生じ、 発熱パイプに電流が流れます。 この電流とパイプの素材のもつ抵抗によって、 ジュール熱が発生し太いパイプの全表面から、均一な熱が発生します。 2 ２） ＩＨ加熱の原理、特徴と利点 IH加熱の特徴と利点 直接加熱 ・加熱効率が高い（熱効率80∼90％） ・高温の加熱が可能 （容器・治具など600℃前後の加熱が可能） ・周辺機器が高温にならない （火傷などの心配がない） ・炎が出ない （廃熱・排ガスがない） ・化学反応を引き起こさない ・真空中でも加熱が出来る ・ガスの雰囲気中で加熱が出来る 加熱精度が 上げられる 制御性が良い ・操作性がよい ・自動化が容易 ・設備の小型化 エネルギー密度の 調整が可能 ・急速（高速）加熱が出来る ・局部加熱が出来る ・加熱分散が可能 3 ３） 高周波ＩＨインバータの種類 ＩＨインバータは、被加熱物に電磁誘導をかけるために最適な周波数 ２５ｋＨｚ∼５０ｋＨｚの電源を作り出す装置です。 当社では、市販されているＩＨインバータ（下記表）を使用し、お客様の要望により 加熱に必要とされる熱量を計算（実績例を参考に）し、ＩＨインバータを選定します。 下記表のIHでは対応出来ない場合、ご相談により専用IHインバータの製作も出来ます。 参考までに １ｋＷ＝８６０ｋｃａｌ 水１㍑を１℃上昇させるために必要な熱量は１ｋｃａｌ 鉄１ｋｇを１℃上昇させるために必要な熱量は０.１ｋｃａｌ たとえば、1ｋWｈの熱源では、８６０㍑の水を１時間で１℃上昇させることが出来ます。 実際の計算では、熱損失があります。熱損失分を考慮した熱源を選定することが必要です。 インバータ種 類 消費電力 （kW） 2.5kW 2.5 電圧（V） インバータ寸法 相数 容量（kVA） 周波数（Hz） D×W×H（mm） AC180∼242 単相 3.3 290×250×95.8 3.4 360×340×140 5.6 360×340×140 8 365×350×175 11 465×350×205 17 565×350×205 35 610×306×376 50/60 AC180∼242 3kW 3 50/60 AC180∼242 5kW 5 50/60 AC180∼242 7kW 7 50/60 三相 AC180∼242 10kW 10 50/60 AC180∼242 15kW 15 50/60 AC180∼242 20kW 20 50/60 インバータ寸法のD・H・Wは 左図の通りです 4 ４） 高周波ＩＨ加熱コイルについて ＩＨ加熱コイルは、被加熱物の材質や形状とIHインバータの種類によって ワイヤーの選定や形状などが決定されます。 コイルは、決定された諸条件より、ある範囲で抵抗値を合わせた設計が必要です。 IH加熱の場合、このマッチングを行う作業が最大の難所となります。 コイル例 丸型コイル 角型コイル 応用例 応用例 ・平板加熱 ・平板加熱 R型コイル 円錐型コイル 応用例 応用例 ・回転ドラムの加熱 ・るつぼ形状容器加熱 ・R型容器の加熱 ・球体容器加熱 ・中華鍋形加熱 ラセン型コイル 応用例 ・パイプ加熱 -- 上記のコイルを組合わせる事も可能です。 -- 分散型コイル 丸型コイル組合わせ 丸型・角型の組合わせ 応用例 ・分散加熱 ・容器複数 5 ５） 製品例 当社におけるＩＨ加熱製作事例 IHコンロ（デモ機） 略図 温度センサ 加熱物 加熱コイル 制御部 電源 ＩＨインバータ 温度調節器 IHインバータ仕様 単相 ２００V ・ ２.５ｋW ■ 説明 ■ 一般的なIHコンロです。 当社デモ機として使用しています。 ジンギスカン鍋 略図 ジンギスカン用鉄板 加熱コイル 電源 ＩＨインバータ IHインバータ仕様 単相 ２００V ・ ２.５ｋW ■ 説明 ■ IHコイルの形状をジンギスカン鍋に合わせています。 排熱が少ないので店内の雰囲気が向上しました。 6 円筒形金型加熱 略図 加熱コイル 加 熱 物 温度センサ 制御部 電源 ＩＨインバータ 温度調節器 IHインバータ仕様 単相 ２００V ・ ２.５ｋW ■ 説明 ■ 熱硬化性樹脂の成型用金型加熱装置です。 加熱スピード、コントロールが向上しました。 回転炒め機 略図 ドラム（回転加熱物） 温度センサ 加熱コイル 制御部 電源 ＩＨインバータ 温度調節器 IHインバータ仕様 三相 ２００V ・ ５ｋW ■ 説明 ■ ドラムの昇降、回転、加熱（調理）が自動で行えます。 調理のマニュアル化が出来ます。 7 大型回転ドラム 略図 制御盤 ドラム（回転加熱物） 温度センサ 回転ドラム 加熱コイル 加熱コイル 制御部 電源 ＩＨインバータ 温度調節器 IHインバータ仕様 三相 ２００V ・ １５ｋW ■ 説明 ■ ドラム内部に加熱物を通し、加熱を行います。 加熱物の搬送は、ドラムに傾斜をつける事と、ドラム自体の回転で行います。 トレー加熱ライン 略図 トレー ＩＨインバータ 電源 ＩＨインバータ 電源 電源 ＩＨインバータ 制御部 IHインバータ仕様 三相 ２００V ・ ５ｋW×７台 ■ 説明 ■ 工場のライン設備の一部です。 トレー寸法 1500×1000×80 ｔ1.5 の表面を加熱します。 8 ６） テスト装置紹介 当社におけるＩＨ加熱テスト装置例 IHｲﾝﾊﾞｰﾀ出力制御ﾕﾆｯﾄ（ｲﾝﾊﾞｰﾀ2.5∼15ｋＷ） 使用用途 各ｲﾝﾊﾞｰﾀの制御 仕様概略 電源 ３相・２００Ｖ（50/60Ｈｚ） 消費電力 ２．５ｋＷ∼１５ｋＷ ＩＨｲﾝﾊﾞｰﾀ ２．５ｋＷ、３ｋＷ、５ｋＷ ７ｋＷ、１０ｋＷ、１５ｋＷ それぞれに接続し運転できます。 加熱プログラムを変更できます。 ２軸受ﾄﾞﾗﾑﾜｰｸ回転ユニット 使用用途 回転加熱 仕様概略 ワークを回転させながら、 加熱検証ができます。 （φ５００㎜×Ｌ１０００㎜程度まで） 回転ワークに合わせて調整します。 9 １軸ワーク回転ユニット 使用用途 回転加熱（小型ワーク用） 仕様概略 ワークを回転させながら、 加熱検証ができます。 （φ100㎜×Ｌ100㎜程度まで） 回転ワークに合わせて調整します。 １軸ﾜｰｸ搬送ﾕﾆｯﾄ（ﾜｰｸ搬送用制御ﾕﾆｯﾄ付） 使用用途 丸棒、ﾜｲﾔｰなどの搬送加熱 仕様概略 １軸ﾛﾎﾞｼﾘﾝﾀﾞｰ使用（Ｌ１０００㎜） ﾀｯﾁﾊﾟﾈﾙ、ＰＬＣにより、搬送スピード を調整できます。 10 ７） 製品実現までのフロー キックオフ お客様との打合せにより IH加熱の基本原理や構造をご理解頂き、 お客様の要望を教えて頂きます。 製品打合せ お客様の目的が明確化されて IHの選定を行い、イメージ等で本開発の最終目的をつかみます。 簡易検証 お客様の目的に対して、実現の可能性が不明確な場合 実機の設計に入る前に、さまざまな基礎実験を行います。 テスト機製作 当社で最終的な検証が出来ない場合 テスト機にて、お客様での実証テストを行って頂きます。 実機製作 テスト機での検証完了後、実機の設計、製作を行います。 納品 納品後のアフターフォローも行います。 11 ∼ ⅠＨ加熱昇温制御スピードテスト ∼ ○ テスト内容 ＩＨインバータ（2．5ｋＷ）、専用コイルにて φ20（ｔ1.0）400mm鉄製パイプの加熱を 行い、昇温と制御スピードを確認する。 ○ テスト条件 １５０℃ ＯＮ・OFF温調運転 加熱出力 テスト1 100% テスト2 50% テスト3 25% テスト装置概略 加熱コイル 加熱対象物 鉄製パイプ 温度 ロガー 温度表示信号 （4-20mA） 加熱対象物 鉄製パイプ Φ20（ｔ1.0） 温度 センサー 加熱コイル センサー アンプ ⅠＨインバータ ２.５ｋW 加熱ON,OFF 信号 温度 センサー センサー アンプ ⅠＨインバータ ２.５ｋＷ 温度（℃） ○ テスト結果 160.0 150.0 140.0 130.0 120.0 110.0 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 ①出力100％ ②出力50％ ③出力25％ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 時間（秒） 加熱出力 設定 実測値 テスト1 テスト2 テスト3 100% 2.46ｋW 50% 1.28ｋW 25% 0.58ｋW １５０℃ 到達時間 2.7秒 4.3秒 9.4秒 150℃温調時温度（℃） ｍａｘ ｍｉｎ △ｔ 151.6 151.3 150.4 149.6 149.6 149.5 2.0 1.7 0.9 ○ まとめ テスト1 100％の出力では、４４．４／秒の昇温で、△2.0℃ テスト２ ５０％の出力では、２７．９／秒の昇温で、△1.7℃ テスト３ ２５％の出力では、１２．８／秒の昇温で、△0.9℃ ＊＊＊ ＯＮ・OFF温調運転で十分な加熱精度が得られます。 ＊＊＊ 添付1） 15
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