ヒーターの発熱温度

質問

教えて頂きたいことがあります。

ヒーターの発熱温度を計算したいのですが、
どのように計算したら良いか分かりません。

容量、長さ、線径、密度、入力電圧などは分かっています。

伝熱解析に用いる発熱体の温度に設定したいと考えています。

測定はできますが、理論があれば知りたいです。

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

ざっくり言って、次のような式で見積もります。

温度上昇（K)＝電力(W)÷（表面積(m2)×熱伝達係数（W/m2K))

回答(1)さんがご指摘「複雑な計算」ですが、上記の「熱伝達係数」が
物理常数ではなく、状況に応じて数値を調整する必要があるので、初心者
には厄介なものとなります。

温度測定できる環境が整っているならば、実験的に「熱伝達係数」を決めら
れるので、設計変更した場合の温度を求めることなどは、容易と思います。

なお、「熱伝達係数」は、「放射」による成分と、「対流」による成分と
で構成されており、動作温度が常温付近では両者ほぼ同等、赤熱するような
高温領域では放射が主体となります。

なお、「放射」による成分は、シュテファン＝ボルツマンの法則の法則に
より、理論的に計算可能です。

動作温度が800℃、放射率＝1のヒーターを常温の空気中で使った場合、
放射による熱伝達係数は、96.4（W/m2K)程度です。
対流による成分は、数（W/m2K)程度ですので、総合した熱伝達係数は、
100（W/m2K)を少々超える程度です。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E4%BC%9D%E9%81%94%E4%BF%82%E6%95%B0 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%

回答No.3

noname#230359

現実に存在する複雑な現象を単純化したものが理論ですので、こうして出来上がった理論を現実に適用するには工夫が必要です。

エクセルで数値計算ができる理論式を貼り付けておきます。

多分大学の先生が学生の教育のために作成したものと思われ初心者にもわかるように丁寧です。　例第１３を見てください。

回答（１）(２）さまの言っていることがお分りになると思います。

参考URL：

http://www.sit.ac.jp/user/konishi/JPN/Tech_inform/Pdf/HeatTransferByExcel2.pdf

回答No.1

noname#230359

発熱量(W)は入力電圧(V)×入力電流(A)です。
温度は、発熱量(W)×熱抵抗値(℃/W)+Ｔａ←（冷却媒体温度）
（電気工学のV=IRの形を真似た形になっています。）

熱抵抗の計算ですが、これは結構厄介で
素材や形状により複雑な計算が必要となる場合があります。
さらに熱平衡でない過渡的状態も考えるのは非常に手間がかかりますので
現在だと熱解析シミュレータソフトを購入してシミュレートするのが一番簡単。

放射の場合はヒーター自体にスペックがあるのが一般的です
なのでココでは伝導係数と仮定しました、さすがに対流は無いだろうってことで。

>動作温度が800℃、放射率＝1のヒーターを常温の空気中で使った場合、

うーん、それって黒体輻射ですよね。
放射だと理論で決めるより放射計で測ったほうがラクっす。

何でシミュレータ使えって言ってるかというと境界条件を決めるの面倒だから
境界条件なくて無限に大きい物体への熱伝導なら簡単なんだけど。