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空洞加熱法を小さく細い加熱対象物の加熱に応用

空洞加熱法を小さく細い加熱対象物の加熱に応用

加熱対象物が小さく、ハロゲンポイントヒータの集光径(幅)と同じか小さい場合の図です。

これはよくある作業の、金属ピンにガラススリーブをかぶせ、それを焼いて金属に巻き付ける作業(封着)をイメージしています。

ガラスはハロゲンランプの光を吸収しにくいので、オープンな状態でランプ加熱しても、なかなかガラスは軟化しません。
しかしこの方法ならば簡単にガラスを軟化させることができます。
銀ロウも簡単に溶かせます。
ガラスの焼き切りや封止にも応用できます。

空洞内に保護ガス(窒素や炭酸ガスなど)を流し込むことにより、無酸化もしくは低酸化加工ができます。
さらに、窓を石英ガラスで塞ぐことでより完璧になります。

ワークは、1.ランプからの直接光、2.空洞からの反射光、3.空洞からの再放射、4.空洞からの熱伝導、5.対流という5つの要素で加熱されます。
従来のセラミックヒーターを使う方式に比べ加熱時間が極めて短く、装置の寿命も長いことがメリットです。
また加熱用空洞の寸法形状を最適化することが容易です。 
セラミックヒータは後加工が困難ですが、耐火断熱材は容易に加工できます。 
それに標準的な集光型ポイントヒーターやラインヒーターを組み合わせるだけで理想的な加熱ができます。

ガスバーナーと比べると、安全,クリーン,作業環境が良いなどのメリットがあります。
熱効率が極めて良いので、廃熱が少なく、二酸化炭素(CO2)削減にも貢献します。


下図は上述の加熱法の効果を実証した試験です。
断熱材で枠を作り、加熱対象物を囲むと著しく加熱効率が向上します。 「枠有り」が空洞加熱法で、枠無しが従来(解放型)の加熱法です。
針金状の加熱対象物は光吸収が悪く、裸の状態では約700℃程度までしか加熱できなかった。しかし下図の様に断熱材で囲み、空洞を形成すると1200℃以上まで加熱できるようになる。

下グラフの「枠有り2」は枠有りの状態でヒーターの電力をしぼっていき、裸の状態と同じ加熱能力になるヒーター電力を求めたものです。 裸の状態ではヒーターは269wを消費していましたが、それと同等の加熱を枠有りでは74wで済んでいます。 これは空洞加熱法の採用により約28%の電力で同等の加熱が行える事を意味し、-72%の省エネルギー効果です。
空洞加熱法を小さく細い加熱対象物の加熱に応用2

空洞加熱法を小さく細い加熱対象物の加熱に応用3

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