目指せ！エネルギー管理士 電気分野

誘導加熱方式の加熱原理について考える。

1)　誘導加熱は，導電性被加熱材の中に電磁誘導作用により交番磁束を生じさせると，この被加熱材の内部で発生する渦電流がジュール熱を引き起こし，この熱で加熱する方式である。

2)　この渦電流の密度は，被加熱材の表面から内部に進むに従って指数関数的に減衰する。この密度が表面から $\displaystyle \frac{1}{e}$（= 0.368，$e$ は自然対数の底）に減衰したところまでの深さを電流浸透深さと呼ぶ。この減衰特性は，被加熱材の抵抗率の $\displaystyle \frac{1}{2}$ 乗に比例し，また，生じている交番磁束の周波数と被加熱材の比透磁率の積の $\displaystyle \frac{1}{2}$ 乗に反比例するので，加熱目的，被加熱材の材質，形状，寸法により適切な周波数を選定しなければならない。

誘導加熱方式及びマイクロ波加熱方式の加熱原理について考える。

1)　誘導加熱もマイクロ波加熱も，共に非導電性の被加熱材の加熱に用いられる加熱方式であり，被加熱材を構成している物質の電気双極子が，電磁波の交番電界によって運動することにより，誘電体損失が発生して発熱する誘電（電磁波）加熱方式である。誘電体損失による発熱量は，被加熱材の誘電損率に比例する。

2)　誘電加熱では，高周波電圧を印加する電極板間に被加熱材を挿入するが，損失係数が比較的小さいときは電極板を用いた方法での加熱は難しい。そのような被加熱材を加熱するときには，マイクロ波加熱が広く応用されている。

なお，加熱装置をはじめとする工業分野において，高周波利用設備を汎用的に使用できるようにするため，電波障害等への規制が緩やかな周波数帯として，ISM バンドが国際的に許容されている。

比熱が 435 J/(kg·K) の被加熱材 400 kg を，処理時間 10 分間で 30 °C から 800 °C まで昇温している電気式加熱炉がある。この炉は，熱的定常状態で運転されており，そのときの全電気効率は加熱炉設備電源入力端において 90 %，炉からの熱損失は 50 kW で，いずれも一定であるものとする。

1)　この被加熱材が加熱により得た正味の熱量は，134 × 10³ [kJ] である。

2)　この炉に必要となる電力は，加熱炉設備電源入力端で 304 [kW] であり，電力損失は 30.4 [kW] である。

3)　2) で求めた電源入力端での電力を 10 % 増加させて運転した場合，全電気効率及び炉からの熱損失は変わらないので，加熱処理時間が 1.1 [分] 短縮できる。その結果，加熱炉設備電源入力端での電力原単位は 2.0 [%] 低減する。