電気

【電気】電気加熱とは?7種類の原理、特徴を解説

更新日:

産業分野において、ものを加熱する工程はほとんど全ての現場にあるのではないでしょうか。

スケールアップを計画するときや、抜本的な時間短縮・省エネルギーを検討する際には、加熱方法から見直すということも少なくないと思います。

今回は、電気加熱について全体的に理解したい人向けに記事をまとめました。

電気加熱とは

電気加熱は熱エネルギーを伝えるのに、電気を使う、酸素を使わない加熱手法と定義できます。

供給された電気エネルギーを、次の項目で紹介するいくつかの方法で熱に変換します。一般的な火力発電所の発電効率は40%程度とされているので、重油やガスを燃焼するのと比べると、包括的なエネルギー効率は低いと言えます。

一方で、燃料に比べて輸送がしやすく、どこにでも素早く供給できることから小回りが効く加熱方法でもあります。

加熱効率の比較についてはこちらの記事をご覧ください。

【ヒートポンプ】蒸気、電気、ヒートポンプ、ガスで最もお得な熱媒はどれ?

物を加熱するには、燃料を燃やして発生させた熱をどのようにして被加熱物に伝えるのかが重要です。 一般的 ...

続きを見る

電気加熱のメリット

電気加熱のメリットは一般的に、次のように言われています。

  • 数千℃レベルの高温を作りやすい
  • 温度制御、調整が比較的容易
  • 部分加熱、選択加熱が可能
  • 局部加熱、急速加熱が可能
  • 燃焼による排ガスなどが出ない

しかし、次項の7種類を読んで頂くと分かるように、一概には言えません。また、加熱の用途や加熱対象物の種類によっても、選択できる方式は限られてきます。

電気加熱の種類

ここからは電気加熱の種類について、原理とともに説明していきます。

抵抗加熱

ものに電流を流した時に発生する抵抗熱(ジュール熱)を利用します。これは光る電灯が熱くなる現象と同じで、加熱用途では発生した熱を利用します。家庭でも、ヒーターやポットなど多く用いられています。

他の手法と比較していただきたいのですが、使用する電気エネルギーと発生する熱エネルギーがほぼ同じ(可視光等への損失あり)で、かつ加熱器本体が高温になります。

アーク加熱

溶接現場で使われるような高温で、閃光を伴う加熱方法です。アーク放電を利用することに由来します。

電極(黒鉛)に高電圧をかけて、電極間に大きな電位差を生じることで、大気中の気体が電離し、高温が生じます。そのため原理的には気体の抵抗加熱とも言えます。

使用する電気エネルギーと発生する熱エネルギーがほぼ同じ(可視光等への損失あり)で、かつ加熱器(ここでは電極)が高温になります。

【電気】アーク加熱と抵抗加熱の違い、使い分けは?

電気加熱というと排ガスが出ない、小型化できる、エネルギー管理が容易、といったイメージがありますね。今 ...

続きを見る

誘導加熱

電磁誘導によって発生する電流による抵抗熱を利用します。金属コイル内に金属などの誘電体が入った構造で、電流を流した時に発生する磁場による誘導電流で、抵抗熱を発生させるという方式です。

IH調理器などに用いられています。

使用する電気エネルギーと発生する熱エネルギーがほぼ同じで、加熱器本体は高温にならないものもあります(コイル本体のジュール熱や、被加熱物からの伝熱で熱くなるのですが、温度制御の対象ではありません)。

誘電加熱(マイクロ波)

電極間にある絶縁体に交流の高周波電圧を加えると、内部の電子の向きが交互に入れ替わり、摩擦による熱が生じた熱を利用します。

電磁波の中で、特定の周波数(300MHz〜30GHz)を用いるものをマイクロ波加熱と呼び、いわゆる電子レンジもこれに該当します。

使用する電気エネルギーと発生する熱エネルギーがほぼ同じで、加熱器本体ではなく加熱対象の内部から発熱します。余分な放熱が抑えられ、加熱効率が高いと言えます。被加熱物に金属が含まれると放電を起こす場合があり、加熱の際には注意が必要です。

赤外加熱

電磁波の中でも赤外線を発生させる加熱方法です。赤外線は吸収されやすい(熱を与えやすい)電磁波で、用途によって近赤外・遠赤外線といった波長の異なる赤外領域光が用いられています。

ハロゲンヒーターや食品加熱用途にも用いられています。

使用する電気エネルギーと発生する熱エネルギーがほぼ同じですが、赤外放射として使えるのは6〜9割(波長によって異なる)だそうです。加熱器本体が熱くなりますが、温度制御の対象ではありません。

レーザー加熱

レーザー光が被加熱物の表面に吸収され、熱に変換されることで加熱する手法です。

レーザーとは、特定の周波数のことではなく、波長が一定方向で位相が揃った状態の電磁波を意味する言葉です。

英語ではLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation(直訳すると、放射の誘導放出による光増幅)と言い、略してLASERです。

産業分野の加熱にはCO2やYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネットの略)などがレーザーとして用いられますが、どちらも可視光より波長が長く、目に見えません

「温める」というよりは、「焼き切る」など加工用途として多く用いられ、医療用メスにも使われています。

使用する電気エネルギーに対するエネルギー変換効率は数%、高いものでも30%程度です。加熱器本体は熱くなりますが、温度制御の対象ではありません。

ヒートポンプ加熱

低いところから高いところに熱を移動させる「ポンプ」として、エアコンなどに用いられている方式です。産業分野でも給湯や空気加熱の用途で使われています。過去の記事に詳しく解説していますのでご覧ください。

仕組みとしては、電気を使ってポンプを動かし、熱媒を循環させ膨張・圧縮を繰り返すことで、大気や排熱源などから熱エネルギーを奪い被加熱物に与えます

一般には高温は苦手な装置ですが、170℃程度まで対応した製品もあるようです。

使用する電気エネルギーに対して、数倍(3〜6程度が一般的な範囲でしょうか)の熱エネルギーを得ることができます。また加熱器本体(熱媒)が熱くなります。エネルギー効率は高いですが、万能ではありません。

【ヒートポンプ】省エネ機器といわれるのはなぜ?原理や用途を徹底解説

近年、省エネルギー機器の代表としてヒートポンプが良く出てきます。製品名としてはエコキュートやエコジョ ...

続きを見る

まとめ

  • 電気加熱は電気を使い、酸素を使わない加熱手法。
  • 電気加熱は温度範囲、操作性において利点が大きい。
  • 多くの加熱方式があり、目的・用途によって適切な方法を選択する。

実際に新しく加熱方式を検討する際には、加熱設備のタイプから考え直すこともあると思います。

また現場のユーティリティや、初期投資額、メンテナンス費も含めた検討が必要になるでしょう。上記を参考になさってください。

2020/10/5

【電気】初心者向け!テスターの電圧・抵抗測定の仕組み、測定方法について解説!

テスターを現場で使う、というのはありふれた作業ですが、普段使わない人にとっては緊張しますよね。 今回は、テスターの仕組みと、電圧・抵抗測定をする方法について解説したいと思います。 目次テスターの構成部品テスターの仕組み電圧測定抵抗測定テスターの測定方法電圧測定方法抵抗測定方法 まとめ テスターの構成部品 テスターはハンディータイプ、ペンシルタイプなどいくつかありますが、構成部品の例を紹介します。 テスターには直流電圧、交流電圧、抵抗、電流など測定する機能がありますが、全て直流電圧測定部を通ります。つまりど ...

ReadMore

2020/8/15

【電気】電界と磁界の違いとは?電磁界は何を表す言葉?

電磁気というと、皆さんのお仕事ではどんなところで関わるでしょうか? 一般的には電子機器の記録装置や制御機器への配線に電磁シールドケーブルを使用するときや、職場の安全衛生を検討するときに関わるのではないかと思います。 今回は、それらの基礎である、電界と磁界の違い、そして電磁界についてまとめてみました。 チャンネル登録はこちら 目次電界とは磁界とは電磁界とはまとめ 電界とは 電界とは、電気のある空間を指した言葉で、英語ではelectric fieldと言います。 電気をよく通すものに電圧がかかったときや、絶縁 ...

ReadMore

2020/6/23

【電気】赤外加熱とレーザー加熱の違いは?

以前、電気加熱について、種類ごとに原理と特徴をまとめました。 今回は電気をエネルギー源にして、対象物に熱を伝える方法のうち、赤外加熱とレーザー加熱の違いについて解説したいと思います。以前の、全般についてまとめた記事はこちらです。 この動画の内容は、画像とテキストでも解説しています。 チャンネル登録はこちら 目次赤外加熱とはレーザー加熱とは赤外加熱とレーザー加熱の使い分けは?まとめ 赤外加熱とは 赤外加熱とは、その名の通り赤外線によって伝えられる熱エネルギーで加熱をする方法です。 目に見える光は可視光と呼ば ...

ReadMore

2020/5/30

【電気】アーク加熱と抵抗加熱の違い、使い分けは?

電気加熱というと排ガスが出ない、小型化できる、エネルギー管理が容易、といったイメージがありますね。今回はその中でも、溶解・溶接に用いられることが多いアーク加熱と抵抗加熱について解説したいと思います。 電気加熱の全般的な解説はこちらでもしていますので、是非ご覧ください。 目次アーク加熱とは抵抗加熱とは アーク加熱と抵抗加熱の使い分けまとめ アーク加熱とは アーク加熱は、アーク放電を原理とした、急速加熱・局所加熱に有効な加熱方法です。 放電とは、電極間に大きな電位差を生み出した際に起こる、絶縁破壊と呼ばれる現 ...

ReadMore

2020/6/21

【電気】抵抗温度係数と抵抗率の違い、使い分けとは?

導体の抵抗特性を表す指標として、抵抗温度係数と抵抗率があります。 それぞれ導体の電気の流しにくさを表す指標ですが、考え方が似ているため混同してしまいます。今回は抵抗温度係数と抵抗率の違いについて解説したいと思います。 目次抵抗温度係数とは抵抗率とは導体の抵抗温度係数と抵抗率まとめ 抵抗温度係数とは 抵抗温度係数は、導体の温度が1℃変化したときの抵抗値の変化割合を指します。英語ではTemperature Cofficient Resistanceといい略してTCRで表されます。 記号はαで表され、単位は「p ...

ReadMore

SNSアカウント

エネ管.com

更新情報が届きます!

Youtube

Twitter

LINE

過去問bot

エネ管(熱)

エネ管(電気)

電験3種

プラント業界に転職するなら

\プロフィールを登録すると企業からオファーが届きます!/

■ プラント業界に特化した転職サイト。
■ プラントエンジニア600名、企業300社が登録。
■ 企業担当者とチャットでやり取り。

という全く新しいサービスです。



技術系資格取得を目指す方必見!おすすめ通信講座

最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。モチベーションを維持しながら最短で資格取得を目指すなら通信講座を利用するのもおすすめです。

シンプルで分かりやすいテキストSAT『エネルギー管理士熱分野』

現場技術系専門の通信講座です。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。

価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。

エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。

電験取得を目指すならSAT『第三種電気主任技術者講座』

イメージしにくい交流回路についても多様なイラストと解説動画で詳しく解説してくれます。独学ではなかなか勉強が進まないという方に特におすすめの講座です。

電気について詳しく学べるので実務で電気を使うという方には最適な教材です。

製造業向け通信講座の老舗 JTEX『エネルギー管理士講座』

テキストとレポート形式の通信講座で、最も実績の多い会社です。エネルギー管理士の電気分野を受けるならおすすめの通信講座です。

  • この記事を書いた人
  • 最新記事

エコおじい

プラントエンジニアです。工業技術をどこよりも分かりやすく解説するをテーマに2017年から情報発信をしています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

おすすめ記事

1

電験三種は合格率が10%未満の大変難しい資格です。また、範囲が非常に広いので普段の業務で電気を扱わな ...

2

あなたエネルギー管理士の通信教育の中ではSATが一番よさそうだけど、実際のところどうなの?高い買い物 ...

-電気

Copyright© エネ管.com , 2020 All Rights Reserved Powered by AFFINGER5.