CAE(Computer Aided Engineering)は製品・工程をコンピュータ上で擬似的に再現し，さまざまな検討を支援する技術です。ニチアスでは，研究・開発，設計および製造までのあらゆる工程でCAEを取り入れ，品質やサービスの向上に努めています。ここでは，弊社のCAE技術について事例を通してご紹介します。

第9回 断熱材一体型ヒータの設計で活用される伝熱CAE

　工業炉や熱処理設備においては，加熱工程である昇温・保持・冷却過程での温度管理が重要であり，断熱性の高さはエネルギー効率に，均熱性の高さは製品品質に大きく影響します。
　弊社の「RFモールド®PH」は，断熱材と発熱体を一体化したヒータユニットであり，炉内での効率的かつ安定した加熱を実現します。現在主流である燃焼加熱と異なり，電気加熱のため排ガスのないクリーンな環境を維持できる点も特長です。また，一体型構造により，施工工程を削減できます。CO2削減と設備製作リードタイムの短縮に貢献する製品として，近年注目されています。

対象製品概要

TOMBO™ No.5462-PH 「RFモールド® PH」

　「RFモールド® PH」は， アルミナファイバー系断熱材中に，鉄-クロム-アルミ系発熱体をコイル状にして内蔵した構造で，加熱と断熱を同時に実現できる理想的なヒータユニットです。ご要望に応じて種々の出力・形状で製作が可能です。

【特長】
●リフラクトリーセラミックファイバー（RCF）を含まないため，特化則の適用対象外
●電気加熱のため，排ガスの発生がないクリーンな加熱を実現
●他の加熱方式に比べ，広範囲で均一に発熱するため，炉内の均熱性向上に寄与

解析の目的

　昇温時の大きな熱負荷となるヒータ線の急昇温を抑制することにより，長寿命なコイルヒータ形状を設計する。今回は，埋め込み方式のヒータに対して，コイル外径およびコイルピッチ間隔（コイル一巻あたりの間隔）を大きくすることで，コイル間の断熱材の熱容量を大きくし，ヒータ線の温度上昇が抑制されるかを確認した。

解析対象の形状と条件

●埋め込み方式のヒータユニットに対し，コイルヒータの1ピッチ分を解析する
●コイル形状をリングが連続した形状に簡略化し，さらにリング1個分の幅を解析モデルとする
●ヒータ線を発熱させ，ヒータ線の温度上昇，断熱材や炉内雰囲気への伝熱状態を解析する

CAE解析結果

　ヒータ線の昇温速度を評価するため，代表例として昇温中のある時間のヒータ線および断熱材の温度分布を示す。
　現行品に対して変更後仕様は，最終的な温度は同等であることからヒータ性能としては同等ですが，加熱初期の温度の上昇が抑えられることがわかりました。
　ヒータ線への熱負荷が小さくなり，劣化が抑制されることが予測されます。

まとめ

　RFモールド® PHは断熱材と発熱体の一体成形が必要であるため，試験体の作製やヒータの耐久性評価に膨大な時間と労力を必要とします。
　熱流体CAEを用いることで，設計の初期段階で事前に優劣を予測できます。これにより，お客さまへのご提案のスピードと質の向上に加え，お客さまご自身の設計検討にも有効に活用いただいています。

＊「TOMBO」はニチアス(株)の登録商標または商標です。
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