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【電気】赤外加熱とレーザー加熱の違いは?

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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。

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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れ、波長の短さ順に紫・青・緑・黄・赤の順で並ぶのですが、赤色波長(780nm)よりも長い領域であるため赤外線と言います。ちなみに、地球に熱を与えてくれる太陽からの光は、約4割が赤外線と言われています。

780nm~1000µmという広範囲が赤外線に該当し、大きく分けて4µmより下が近赤外線、4µm以上が遠赤外線と呼ばれます。

近赤外線は、2000-3000℃程度のフィラメントから発せられる電磁波で、白熱電球やハロゲンランプなどが用いられます。近赤外線はエネルギー密度が高く、急速加熱に向くという特徴があります。また、熱が対象の中まで吸収(透過)されます。

遠赤外線は、数百~1000℃の発熱体から発せられる電磁波で、セラミックや石英などを用いたヒーターが用いられます。エネルギー密度が低く、加熱速度はゆっくりですが、一定の熱量を送り続けられることが特徴です。熱はほとんど透過せず、対象物の表面のみを温めることができます。

産業分野では、乾燥や表面加熱の用途で、遠赤外加熱が用いられることが多いようです。例えば、乾燥工程では、温風を作るわけではなく、赤外線を照射し熱エネルギーを伝えています。温度制御をする場合、ヒーターそのものの温度や、被加熱物との間の空間の温度は成り行きで、被加熱物表面温度のみがコントロールされています。

赤外線を用いて温度を測定する仕組みに放射温度計があります。

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レーザー加熱とは

レーザー加熱は、レーザー光を集中させて熱を発することで加熱をする方法です。

レーザーとはLight Amplification by Stimulated Emission of Radiationの省略語で、直訳すると「放射の誘導放出による光増幅」という意味です。そして、レーザー光とは波長が単一方向で、長さが一定、波が揃っている電磁波のことを指します。

レーザー光の発生方法を簡単に説明します。

原子に外部からエネルギー(光など)が加えられると、不安定な励起状態となり、安定した基底状態に戻る際に光を発生します(誘導放出)。放射された光が、他の励起状態にある原子に当たることで、さらに同じ方向の光が発せられます(増幅)。

これがレーザーの原理です。

レーザー光に用いられる波長は広範囲で、炭酸ガスレーザー(10.6µm)、YAGレーザー(1064nm)、半導体レーザー(650〜1080nm)などが産業分野で用いられています。特に、加熱に用いられるのは赤外線波長(780nm)より長いものが多いです。

ピンポイントで表面を加熱できることが特徴で、1000−3000℃程度の高温領域も可能です。溶接、溶着、加工などの用途に用いられています。

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赤外加熱とレーザー加熱の使い分けは?

両者は光を使うということで共通した電気加熱の原理ですが、得意分野が異なるため、使い分けで迷うことはなさそうです。

技術的な理解を深めるため整理をしておくと、

  • 赤外加熱は、光の波長の中でも可視光より長く、マイクロ波より短い波長(780nm~1000µmの間)の光を利用。
  • レーザー加熱は、波長は問わず(実用的には193nm~10600nm)、レーザー光を利用。

赤外レーザーという分類も存在し、加熱に用いられています(一般にはこれもレーザー加熱と呼ばれています)。

まとめ

  • 赤外加熱は、赤外線による放射熱で加熱を行う。
  • レーザー加熱はレーザー光の収束による熱エネルギーで加熱を行う。
  • それぞれ特徴が違い使い分けが明確。

エネルギー管理士試験対策としては、光による加熱として、一括りにして覚えてしまいましょう。

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エコおじい

プラント系エンジニアです。2017年から工業技術に関する情報をまとめて発信しています。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。

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