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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。

In the past, beverage heating devices have been used to heat beverages. In the past, beverage heating devices have been used to heat beverages. In the past, beverage heating devices have been used to heat beverages. In the past, beverage heating devices have been used to heat beverages. In this paper, we try to solve the problems of resistance heating method, induction heating method and improvement of beverage heating device. The bottom line configuration, heating device, magnetic field analysis, test device, temperature of 340ml beverage, heating efficiency of more than 90%, etc. are confirmed. The heating time between the upper and lower parts of the machine is about 35℃, and the heating time is about 50 seconds. This paper discusses the main problems of heating efficiency reduction, shortening of heating time and improvement of heating efficiency. 1. The heating effect is insufficient at the bottom of the structure. The lower part is warm and the upper part is warm. Maxwell-SV(Ansoft) is used to analyze the eddy current density of each component, and the heating effect is used to analyze the eddy current density. The eddy current density in the lower part of the body is lower than that in the middle part of the body. It is confirmed that the eddy current density in the lower part of the body is lower than that in the middle part of the body. The eddy current density in the lower part of the body is lower than that in the middle part of the body. The eddy current density in the lower part of the body is lower than that in the middle part of the body. The eddy current density in the lower part of the body is lower than that in the middle part of the body. The eddy current density in the lower part of the body is lower than that in the middle part of the body. Special attention to the lower part of the line structure to improve the eddy current density of the lower part of the line, the upper part of the line to confirm the magnetic field analysis The temperature difference between the upper and lower parts of the device is 36℃, and the temperature difference between the upper and lower parts of the device is 10℃. 2. Shortening of heating time The power supply capacity of the 100V system is limited by the injection power of 1.5 kW, and the heating time of 340ml and 55℃ is about 50 seconds. 3kW upper limit and shortening effect of heating time were determined for a single-phase 3-wire 200V system. As a result, the increase in injected power was accompanied by a slow decrease in heating time, 2kW for 30 seconds and 2.5kW for 23 seconds. The relationship between the injected power and the heating time is inversely proportional, i.e., the saturation region is reached, the power is increased, and the heating time is shortened. 3. The improvement of heating efficiency is more effective than the improvement of heating efficiency. The control method of heating efficiency is different from that of heating efficiency. The number of parallel conductors is different from that of heating efficiency. The number of parallel conductors increased, the coil resistance decreased by 1/3, the excitation frequency increased by 50kHz, and the rate improved by 2~3%. In this study, the heating rate was improved by 2~3% from 36℃ to 10℃ for 50 seconds to 2 ~ 3 seconds. This research is very productized.