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分野 エネルギー 研究室紹介ページフォーマット 足利工業大学 工学部 荻原研究室 URL：http://www2.ashitech.ac.jp/elec/ogiwara/index.html 研究テーマ ・ 電磁誘導加熱用高周波インバータの特性評価と産業応用 ・ ＊＊＊＊＊＊＊ キーワード 電磁誘導加熱 高周波インバータ パワー半導体デバイス SiC-SIT 産業界の相談に対応できる技術分野 電磁誘導加熱全般 荻原弘之教授 インバータ技術 主な設備 電磁誘導加熱用高周波インバータ(100kHz、200kHz、300kHz) 高出力直流電源(450V/40A) 連絡先 足利工業大学工学部電気電子工学科 荻原弘之 TEL 0284-22-5651 FAX 0284-62-4633 e-mail 研究概要 地球環境問題に貢献する電磁誘導加熱技術 [email protected] このように、家電・民生業界、産業分野での電 磁誘導加熱への期待は大きく、時代のニーズに応 えて新展開を遂げ、今後更なる異業種への拡大・ ◆ 発展が見込まれます。 現在、「もの作り」を支える各種産業界では、 発生するＣＯ２などの排出量を大幅に削減する必 要に迫られています。そこで、負荷(利用者)側で ＣＯ２の排出量が少なく安全な熱エネルギー源と して、電力周波数の有効利用の一分野である高周 波電磁誘導加熱(Induction Heating：ＩＨ)技術が 注目され、脚光を浴びています。 時代のニーズに応えて新展開を遂げる電磁 誘導加熱技術 図 1 電磁誘導加熱用高周波インバータの構成 電磁誘導加熱技術の構成 電磁誘導加熱技術は、その特長を活かして金属 ◆◆ に新たに強い生命力を与え、鉄鋼機械部品の高品 図１に電磁誘導加熱技術の構成の概略を示し 質化・高付加価値化に貢献し、基盤産業として我 ます。構成の中で最も中心的な位置を占めるのが が国の高度成長を支えました。電磁誘導加熱が 高周波インバータであり、これは「パワー半導体 「ＩＨ」として一般に知れ渡ったのは最近であり、 デバイス技術」、 「高効率回路技術」 、「回路を構成 これは家電製品で普及した「電磁調理器」、 「電磁 する部品の高性能化技術」で支えられています。 炊飯器」等の性能の良さ・安全性が認識された結 特に１９８０年初頭から急速に発展したパワー 果と考えます。 半導体デバイス製造技術の存在は大きく、応用分 野も多種にわたり、各種工業製品の製造のみなら ず食品、医療、化学等の分野にも及び、今後更な る展開が期待できます。 電磁誘導加熱の特長 （1）被加熱物自身が発熱する直接加熱であり、 燃焼による間接加熱よりも高効率でエネルギー 密度を高くすることができ、急速加熱も可能です。 また、高い省エネルギー性が発揮でき、安全なエ ネルギー源です。 （2）地球環境の面で優れた技術でありＣＯ２、Ｎ ステンレススチール カーボンセラミックス 図 3 過熱蒸気発生の負荷部(カーボンセラミッ ク製、ステンレススチール製) ＯＸ、ＳＯＸなどの排出ガスの低減ができ、被加熱 この電磁流体加熱の画期的な応用例として、飽 物周辺の雰囲気が燃焼熱源に比べて低く、作業環 和蒸気などの気体を更に加熱し、常圧で高温過熱 境・安全性が改善されます。 蒸気を発生させるシステムへの応用があげられ （3）制御性に優れています。難しい加熱条件の ます。過熱蒸気の主な特長は、加熱空気に比べ熱 設定、運転状況の把握、診断・警報機能、インタ 容量が五倍程大きいため被加熱物の急速加熱が ーネット接続による遠隔操作等が比較的容易に 可能、次に伝熱作用が対流、放射、凝縮によるた 行え、また人件費の削減による優れた経済性も実 め高速昇温が可能であり、更に飽和蒸気に比べ単 現できます。 位体積当たりの水分量が少なく、湿熱と乾熱の性 質を合わせ持つため、乾燥速度が速いことがあげ られます。そのため、食品の乾燥・調理・殺菌、 機械部品の洗浄・脱油、金属の表面処理、有機物 の炭化、緑茶・コーヒー・ナッツ類等の焙煎、高 級サウナなどの食品加工分野、工業分野、レジャ －分野で利用され、更なる応用分野の拡大に期待 がもたれています。 今後の展開 ◆◆◆ 図 2 実験風景 現在、パワー半導体デバイスの材料はシリコン （Si）が使用されていますが、その諸特性(オン 流体加熱への応用 抵抗、温度特性、高周波特性)が理論限界に近づ いています。そのため、Si に替わる新素材の一つ 最近、電磁誘導加熱は「金属を加熱する」とい としてシリコンカーバイト(SiC)による高性能パ う枠を超えて、金属以外の流体や気体を加熱する ワー半導体デバイスが注目されています。研究室 電磁誘導流体加熱システムへの応用が活況を呈 では、SiC による電磁誘導加熱用高周波インバー しています。これは電磁誘導加熱作用の原理を利 タの研究も進めており、変換効率 98～99(%)を実 用して、パイプ容器内部の特殊な充填物を発熱さ 現し、この結果を大学院生が国内、国際会議等で せ、そこに流体(液体、気体)を通すことで熱交換 発表しています。 作用により流体が加熱される方式です。 図 4 SiC 素子の外観(開発途上のため、非常に 高価です) 電磁誘導加熱は、地球環境問題の改善に貢献で き、また応用分野の拡大によって従来では考えら れなかった異分野への展開も期待できます。更に、 種々の素材の特長を活かした高付加価値の新商 品を創出するためにも、電磁誘導加熱技術の発展 は重要であると考えます。