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シリコンラバーヒーターの発熱の仕組みと温度の計算方法を教えます!

こんにちは!スリーハイの中山です。

スリーハイでは凍結防止をしたい、食品を保温したい、金属を加熱したい、雪を融かしたい等、春夏秋冬問わず熱の相談をいただいております。


温めたいものはさまざまですが、スリーハイではシリコンラバーヒーターを提案する機会が多いです。

それは、薄くて柔軟性があり複雑な形状にも成型できる電気ヒーターの為、オリジナルで作る事ができるからです。


私自身シリコンラバーヒーターでプラ板をやったことがあります。

多少、精度にバラツキはありますが意外ときれいに縮むんですよ!!


image002.jpg

今回はそんな万能感の高いシリコンラバーヒーターの発熱の仕組みについてお話します。



シリコンラバーヒーターはどうやって発熱するの?

下記の図を見てください。左側がシリコンラバーヒーターを縦に切った断面図、右側が横に切った断面図です。

上下2枚のシリコンゴムシートの間に抵抗エレメントを配し、内部エアーを除去した後、圧縮プレスし、薄いシート状に一体化した構造です。


image003.gif

サンドイッチのようにシリコンゴムで発熱線を挟んでいるのがわかります。

発熱線は電気ストーブなどにもよく使われるニクロム線と呼ばれる耐久性の高い熱線です。


このニクロム線に電圧をかけることでシリコンラバーシート全体が熱くなります。

仕組みとしてはとてもシンプルなことがわかりますね!



勘違いしやすいシリコンラバーヒーターの「耐熱温度」と「発熱温度」

このシリコンラバーシートの耐熱温度は200℃(又は260℃)のため、シリコンラバーヒーター自体の耐熱温度も200℃とうたっています。


image005.jpg

しかし、この「耐熱温度」というのがくせ者で、勘違いされやすい原因です。


耐熱温度は読んで字のごとく、あくまでも耐えられる温度であって、ヒーター自身が発する温度ではないのです!

説明してみると当たり前ですが、意外と間違われる方が多いんです。


この発する温度というのが、「発熱温度」という事になります。

日本語の問題でしたね(笑)



シリコンラバーヒーターの発熱温度は?

では、「シリコンラバーヒーターの発熱温度は何℃なの?」という疑問が出てきますよね?

これはシリコンラバーヒーターのW数と面積の比率に関係してきます。この比率を電力密度又はW(ワット)密度と呼んでおります。

スリーハイでは「空気中における表面温度」として以下のようなデータがございます。


image007.jpg

こちらは1平方センチメートル(㎠)に何W入っているかでヒーターが何℃まで発熱するかの表になっています。

例えばシリコンラバーヒーターを200℃に発熱させたい場合は0.6W/㎠以上が必要になります。


では、この0.6W/㎠というのは具体的にはどの位なのか実際に計算してみたいと思います。



発熱温度の計算の仕方

計算式は以下になります。

【ヒーター面積×W密度=W数】

例) 縦100mm・横100mmのシリコンラバーヒーターに0.6W/㎠を入れると60Wになる。


image009.jpg

(10cm×10cm)×0.6W/㎠=60W

このような計算から60Wという数値が導き出されます。

※ヒーターのサイズは基本的にミリメートルで表記されています。ミリメートルからセンチメートルに変換してから計算してください。


ヒーターのサイズとW数はわかるけど、どれ位発熱するかわからない、という場合も同じ様に計算すると出てきます。


例えば、縦100mm・横100mmのシリコンラバーヒーター50Wはどの位発熱するの?という場合、

【W数÷ヒーター面積=W密度】という計算式になりますので

50W÷100㎠=0.5W/㎠ です。

0.5W/㎠は加熱開始から3分を過ぎると150℃より少し上になってきますので150℃程まで発熱するんだな。というのが想像できます。


学生のころ数学が好きだった方は簡単ですね!もちろん、計算が面倒くさい場合は、私たちスリーハイにご用命ください。


シリコンラバーヒーター発熱の注意点

上記のように温まる電気容量を計算できますが、あくまでも目安でしかない事をご注意ください。


空気中における表面温度の表は「ヒーターを常温空気中にて測定」とうたっていますので、イメージとしては20℃程の環境下で空中にぶら下げて発熱させた場合のデータ、と想像してくださいね。

これが寒い環境でしたらもっと緩やかなカーブを描いた発熱温度のラインになりますし、温かい環境でしたらもう少し高い温度になります。

更には、シリコンラバーヒーターは加熱対象物に密着させないと空焚き状態になってしまい故障の原因にもなります。


先日、リボンヒーターの紹介でもお伝えしましたが、ヒーターは密着が必須です。

でも、密着させると加熱対象物に熱が奪われてしまいますので、実際には表よりは低い温度になってしまう事が多いです。

なので、目的の温度よりはもう少し高いW密度でみておくのが安全です。


スリーハイの通常在庫品は100V仕様の0.8W/㎠になっています。

http://www.threehigh.co.jp/products/heater/general/general_01.php

※0.8W/㎠より高いW密度はシリコンラバーヒーターの耐熱温度を超えてしまいますので、基本的に製作しておりません。


より精度よくヒーターを発熱させるために

シリコンラバーヒーターの発熱温度は使用環境に多かれ少なかれ左右されるということがわかっていただけたと思います。


では、確実にこの温度にしたいという場合はどうしたら良いのでしょうか。それは温度調節器を使います。


スリーハイではデジタル温度調節器を3種類販売しています。


・ハンディタイプのmonoone+(モノワンプラス)

image010.jpg


・ヒーターと加熱対象物の二画面温度表示可能なmonoone-120(モノワン120)

image013.jpg


・30Aの大容量まで対応可能なmonoone-200(モノワン200)

image015.jpg

ヒーターの発熱温度内でしたらしっかり現在温度を表示できます。

以下が比較サイトになりますのでよろしければご覧ください。
http://www.monoone.jp/



最後に

いかがでしょうか?

シリコンラバーヒーターの発熱温度は複雑なようでいて意外と簡単に見極められます。

シリコンラバーヒーターの詳しい仕様に関して興味の有る方はこちらの仕様ページもご覧いただけるとより理解が深まるかも知れません。


さらに細かく気になる方はいつでも気軽にご相談ください!

以下URLからでしたらいつでも簡単にご連絡いただけます。

https://www.threehigh.co.jp/contact/

スリーハイのヒーターや製品に関するお問い合わせも承っていますよ!

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