100W程度の熱量と金属(アルミ)板の放熱量の実際

質問

50cm×50cm×3mmのアルミ板があります。

AC電源からニクロム線を使って熱量を取り、
アルミ板を50°もしくは120°付近に安定させたいと思っています。
温度監視は面倒なので、なるべく安価に「飽和制御」はどうかと思いました。
http://okwave.jp/qa/q8968330.html (ここでこの言葉を覚えました^^;)

このアルミ板が例えば室温15°で、狙いの温度に飽和制御できるには、
どの程度負荷が必要なのでしょうか。
経験的なアタリや、アタリの付け方など、アドヴァイスがありましたらお願いします！

金属に対して、飽和の熱量とか考えた事がなく、そもそも100W(100オーム)の熱量って
アルミに対して、具体的にイメージが湧きません。(アルミはA5083Pです)
手持ちには全部で480オーム分の線がありますが、20Wですよね？ハンダごてだって、
その位はあるので、最初から20Wで装置を作るより、アタリを付けてから作業したいのです。

回答No.4

tance · ベストアンサー

50×50×3 のアルミ板は、無風の自由空間に縦に置いたとき、だいたい 15℃/W くらいの熱抵抗があります。
これは環境などによって相当ばらつく値ですので注意が必要です。

周囲温度15℃の雰囲気中で 50℃もしくは 120℃に昇温したいのであれば、温度の上昇分はそれぞれ
35℃、105℃です。１Wあたり15℃温度上昇するのですから、35℃上昇して50℃にするには35 / 15＝2.3W 、
105℃上昇して120℃にするには 105 / 15 = 7W で足りることになります。

100Vのヒータを使うなら、それぞれ 4.3kΩ、1.4kΩ　ですから、お手持ちのニクロム線ではパワーが出過ぎです。

上記の計算はあくまで理想モデルでの計算です。発熱源とアルミ板とのつなぎ方や、上昇気流の起こり方、アルミ板の表面状態、熱がこもるかどうかなどで相当な誤差がでます。

相当大きな温度誤差があっても良い場合以外は、やはり温度制御は面倒がらずにきちんとやった方が良いですよ。

お礼

「15℃/W くらいの熱抵抗」凄い！
こういう計算は初めて知りました。判りやすいです。
実際の実行法はさておき、アタリをつける上で、これ以上ない目安です。
金属の放熱を考えること全般に役立ちそうです。
ありがとうございました。

(熱抵抗が、周囲の温度雰囲気や維持する為のW数との関連がよくわかりませんので、調べてみます！)

回答No.3

tetsumyi

安定温度制御とはそんなに簡単なことではありません。
室温や人が通ったり息が掛かるなどで風が吹くかどうかで温度は大きく変わります。
簡単に温度を一定に保ちたい場合は、簡単なことですからサーモスタットでも使ってください。
http://sakaguchi-dennetsu.co.jp/lineup/ondo/thermostat/tlth.html

これが無理であればトライアック調光器６００円で温度計を見ながら、電流調整して安定するようボリューム位置を調整し風が吹かないように対策をするなら一応使えると思う。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00098/
断熱材の上で上昇気流が起きない横置きの状態で時間を掛けるなら３０Ｗで１２０度も可能と思う。
問題はニクロム線の熱を効率良くアルミ板に伝えなければ熱は空気中に逃げますから、その構造も必要な電力に大きく影響します。

お礼

飽和制御で熱の均衡を考えるにしても、アルミ板が熱くなるまでの時間が長くなってしまう、という事に気がつきました＾＾；
サーミスタ買えば、温度監視基板は元々持っているので、DC12VからAC100Vをソリッドステートリレーで、やってみようと思います。

トライアック調光器というのがあるんですね！とても勉強になりました。
30Wでも120℃というアタリ、参考にしてみます。

ただニクロム線が30Mと長く、50cm×50cmの板の裏に貼付ける作業も大変だという事に気がつきました。5Mくらいで480オームであれば手軽なのですが。。
普通の抵抗も熱を出していますよね。だったらそもそもニクロム線使わなくても良いのでは？熱という事でニクロム線を思いついたのですが、では、ニクロム線と普通の抵抗ハイブリッドだと、アルミ板の裏に配置する長さをコントロールできるのでしょうか？ 素人故に、トンチンカンですね＾＾；

補足

お礼コメントの関連で、SSRを12Vでリレーする場合は、こういう物で良いのでしょうか？http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00210/
(元々DC12Vのヒーターを駆動させる基板からの線なのですが、それをリレー制御信号としても、良いのでしょうか？DC12Vで大きなヒーターを駆動させると、DC12Vの電源の容量が不足気味なのを心配して、今回ACでのヒーターを検討しているのです。。)

回答No.2

sirasak

100W程度の熱量とは白熱電球100Ｗの温度を測れば見当できるのでは？
測ったことはないけど触ればやけどするので100度以上になっていませんか？
セメント抵抗でも規定の電力を加えると熱くなって触れなくなります。
50cm×50cm×3mmアルミ板は伝導が良いけど放熱量は小さいはず。

　ある温度で発熱分と放熱分が安定して飽和制御になるはず。
アルミ板が例えば室温15°で、狙いの温度に飽和制御できるには、
空気動きによる放熱で風があると良く冷えるはず、
アルミ板の伝導放熱は十分にある、
熱線での放射放熱は面積分で小さいと思うけど、
無風なのか、どのように固定するかの条件を一定させないと分からないのでは？
アルミは安価で非常に熱伝導が良いので放熱に使われますが、
面積が大きく無いと空中への放熱は小さい。
480オーム分の線で20Wですが、20Wハンダごてと同じ熱量だから最初から20Wで装置を作るより、半田こてにアルミ板をつければ見当できると思います。

　面白い実験をされるのですね。
研究熱心ですばらしいと思います。
頑張って下さい。

お礼

>半田こてにアルミ板をつければ見当できると思います。

たしかに、そのとおりですね。
ちょっと考えてみます。

回答No.1

ImprezaSTi

電気屋です。

申し訳ありませんが、私なら、幾ら安いからと言ってそんなことはしません。非常に怖いのです。要するに、相手さん任せの制御のため、ヘタすると火事になるかも知れないためです。測温しないと、火事になっても分からないのです。常時、目視での監視が必要です。それであれば、安い測温体を貼り付ける温度計があるので、それを見ながら電源を調整します。

お礼

確かにその通りです。恐いです。
既存の監視用サーモ回路があるので、あとは交流用のソリッドステートリレーを使った方法も考えてみます。

というのは、飽和制御で熱の均衡を考えるにしても、アルミ板が熱くなるまでの時間が長くなってしまう、という事に気がつきました＾＾；

出来るだけ20Wとかの低い電力で、危なくないようにしようと考えたのですが、少なくとも100Wとかの高い電力を使わないと、目的の温度までの待ち時間が長くなってしまい、実用的にはこの方法は便利ではないですね。

くれぐれも危険の無いように、再考したいと思います。ありがとうございました。