第一種電工 電気応用 問7：電気応用

電気加熱方式に関する問題です（OCR混在により設問の正確な読み取りは困難ですが、正答エから推定）。正答はエ「赤外線加熱」です。赤外線加熱は電磁波（赤外線）を被加熱物に照射して非接触・輻射で加熱する電気加熱方式です。ハロゲンランプ・セラミック輻射体等の熱源から放射される赤外線が被加熱物に吸収されて熱エネルギーに変換されます。接触なしで加熱できるため、塗装乾燥・食品の加熱・医療用ランプ等に広く使用されています。正答はエです。

電気加熱方式の種類と特性を各選択肢（OCR混在により数値の意味は不明だが赤外線加熱の論点で整理）で確認します。赤外線加熱（エ）の特性：熱源（ハロゲンランプ・石英管ヒーター・セラミックパネル等）から赤外線（近赤外：0.7〜2.5μm・中赤外：2.5〜50μm・遠赤外：50μm〜1000μm）を放射。被加熱物の材質・色・表面状態によって吸収率が異なる（黒体は最大吸収・白色・鏡面は反射大）。非接触加熱のメリット：①被加熱物を汚染しない（清潔な加熱が可能）。②加熱対象のみを選択的に加熱（熱の損失が少ない）。③応答性が良い（電源ON/OFFで即時制御可能）。用途：自動車・家電製品の塗装乾燥ライン、食品工場（ベルトコンベヤー上での加熱殺菌）、医療用赤外線治療器等。他の加熱方式との比較（ア〜ウの数値との関連）：OCR混在で選択肢ア〜ウの内容は判読不能だが、赤外線加熱が最終的な正答として選択されている。正答はエです。

本問は赤外線加熱の原理・特性・用途を中心に、電気加熱方式の体系的理解を問います。赤外線加熱は現代の製造業・食品産業において省エネ・高速加熱の観点から重要な技術です。

【赤外線加熱の物理的原理】赤外線（IR：Infrared Radiation）は電磁波の一種で、波長0.7μm〜1000μmの範囲。ステファン-ボルツマン法則：輻射熱量 P = εσT⁴（ε：放射率、σ：ステファン-ボルツマン定数=5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴、T：絶対温度K）。温度が高いほど放射エネルギーが大幅に増加（T⁴乗に比例）。ウィーンの変位則：最大放射波長 λmax = 2898/T（μm）。温度が高い熱源ほど短波長（近赤外・可視光寄り）の輻射が強くなる。

【赤外線加熱の熱源の種類と波長帯】ハロゲンランプ（タングステンフィラメント・ガス封入）：フィラメント温度2000〜3300K、近赤外線（0.8〜2.0μm）を主放射。高速昇温（0.5〜1秒）。石英管ヒーター（NiCr線）：温度700〜1200K、近〜中赤外線。セラミックパネルヒーター：温度300〜700K、中〜遠赤外線（2〜8μm）。遠赤外線は食品・木材等の有機物に吸収されやすい（内部まで浸透して加熱）。

【赤外線加熱 vs. 誘電加熱（マイクロ波）の比較】赤外線加熱：表面から加熱（表皮加熱）→塗装乾燥・表面処理に最適。誘電加熱（マイクロ波）：内部から均一加熱→食品加工・プラスチック乾燥に最適。加熱深度：赤外線（0.1〜2mm） < マイクロ波（センチメートルオーダー）。電験三種「機械」科目でステファン-ボルツマン法則・ウィーンの変位則・各加熱方式の適用例が頻出です。工場の省エネ診断（エネルギー管理士試験）でも電気加熱の効率化は重要テーマです。