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The remarkable improvement on the efficiency through the application of induction heating system in the canned drinks heating

感应加热系统应用于罐装饮料加热，效率显着提高

基本信息

批准号：
19560284
负责人：
AMEI Kenji
金额：
$ 2.91万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

従来の缶飲料加熱装置は缶飲料を加温状態で販売しているため, 売れるまでの間保温が継続され膨大なエネルギーを浪費するだけでなく, 賞味期限の激減による商品価値の低下の問題をはらんでいる。そこで本研究では, 缶飲料の加熱装置を従来の抵抗加熱方式から誘導加熱方式へ改良し, 諸問題の解決を試みた。まず缶側面に巻線を配置した加熱装置を検討し, 磁場解析と試作装置による実験から340mlの飲料缶を飲み頃温度である55℃まで90%以上の高い効率で加熱できることが確認された。しかし, 缶の上下間において35℃程度の加熱ムラが生じることや, 約50秒の加熱時間を要するといった実用上の問題が現れてきた。そこで加熱ムラの抑制や加熱時間の短縮, 更なる加熱効率の改善を主たる課題として検討した。1. 加熱ムラの抑制当初, 巻線を缶側面にのみ配置する構造を検討していたが, 缶下部の加熱効果が不足していたため加熱ムラが生じた。また缶下部で温められた飲料が対流によって缶上部へ移動することも缶下部が加熱されにくい要因であった。そこで缶の各部の渦電流密度をMaxwell-SV(Ansoft)によって磁場解析を行い, 加熱効果のシミュレーションを行った。それによると, 缶下部の渦電流密度が缶中央に比べ低下していることが確認され, このことが加熱ムラに影響を及ぼすため, 渦電流密度の低下を抑制する巻線配置を2通り提案した。特に缶下部の加熱を重視した巻線構造に改良することにより, 缶下部の渦電流密度が缶側面や上面を上回る特性が磁場解析によって確認された。この結果を基に装置を作製し実験を行ったところ, 従来36℃であった缶上下間の温度差が, 10℃まで低減され加熱ムラの抑制が実現された。2. 加熱時間の短縮単相100V系統の電源容量の制約から注入電力を1.5kWに制限すると, 340ml缶を55℃まで加熱するのに約50秒の時間を要した。そこで単相3線式200V系統を想定し3kWを上限として加熱時間の短縮効果を測定した。その結果, 注入電力の増加に伴い加熱時間は緩やかに減少し, 2kWで30秒, 2.5kWで23秒まで短縮されることが確認された。しかし注入電力と加熱時間の間には反比例の関係があり, 既に飽和域に達していることから, これ以上電力を増加させても加熱時間の著しい短縮は期待できないことが分かった。3. 加熱効率の改善更なる効率改善を図るため, インバータの制御方式やボビンの形状, リッツ線の並列導線数について見直しを行った。並列導線数を増加させ巻線抵抗を1/3まで減らし励磁周波数を50kHz程度まで高めることによって, 効率が2~3%改善されることが確認された。このようにして, 本研究では実用化を考慮した改良を試み, 加熱ムラを従来の36℃から10℃へ, 加熱時間を50秒から23秒へ, 加熱効率を2~3%改善することができた。本研究により十分に製品化できるレベルまで到達させることができた。

従来の缮缶缧は缶 Beverage heating device is in the heating state,売れるまでの间insulationが継続されexpandingなエネルギーをwasteするだけでなく, The problem of low product value due to the sharp reduction in the expiration date is also a problem. This research is based on the improvement of the resistance heating method and the induced heating method of the beverage heating device, and the solutions to various problems are tested. The winding line on the side of the tank is equipped with a heating device, Magnetic field analysis and trial production equipment is used for 340 ml of beverages, the temperature is 55℃, and the efficiency is higher than 90%, and the heating efficiency is confirmed. Heating at 35°C, The heating time of about 50 seconds is a problem when using it. The heating time is suppressed and the heating time is shortened, and the heating efficiency is improved. 1. Heating and restraining the original, the side of the roll line and the structure of the roll line and the side of the coil, The heating effect of the lower part of the fou is insufficient, and the heating effect is not enough. The lower part of the drink is warm and the drink is flowing and the upper part is moved. The lower part is heated and heated. The eddy current density of each part is determined by Maxwell-SV (Ansoft), the magnetic field analysis is performed, and the heating effect is determined by the eddy current density.それによると, The eddy current density in the lower part of the 煌 is lower than that in the center of the 煹. していることがConfirmation され, The influence of the heating effect and the reduction of the eddy current density are suppressed, and the 2-way configuration of the coil line is proposed. Special emphasis is placed on the heating of the lower part, the improvement of the coil structure, the eddy current density of the lower part, the side characteristics of the upper part, and the magnetic field analysis and confirmation.このRESULTS 10℃までreducesされheatingムラの inhibitsが実appearsされた. 2. The heating time is shortened. The power supply capacity of the single-phase 100V system is limited. The injection power is limited to 1.5kW. The heating time of 340ml is 55℃ and the heating time is about 50 seconds. We have determined the upper limit of 3kW for a single-phase 3-wire 200V system and measured the shortening effect of heating time. As a result, the injection of electric power is increased and the heating time is slowed down and reduced, 2kW is shortened to 30 seconds, 2.5kW is shortened to 23 seconds and the heating time is confirmed. The relationship between the injected power and the heating time is inversely proportional, and the saturated domain is reached. The heating time is shortened when the electric power is increased, and the heating time is shortened and the heating time is reduced. 3. The improvement of heating efficiency is the improvement of efficiency, the control method of heating efficiency and the shape of heating efficiency. The number of parallel conductors of the リッツ line is straight and straight. The number of parallel conductors has increased, the resistance of the twisted wire has increased by 1/3, the number of excitation cycles has increased by 50kHz, and the resistance has increased by 1/3. Efficiency has been improved by 2~3% and confirmed.このようにして, in this study, the chemical では was used to consider the improvement をtestみ, the heating ムラを従来の36℃から10℃へ, the heating time was 50 seconds and 23 seconds, Heating efficiency can be improved by 2~3%. This research is very important to the commercialization of the product.