Heating efficiency comparison of induction heating and electric heater

Authors

  • Wasawat Thingborirak 1School of Mechanical Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology
  • Krawee Treeamnuk School of Mechanical Engineering, Institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima, Thailand 30000
  • Tawarat Treeamnuk School of Agricultural Engineering, institute of Engineering, Suranaree University of Technology, Nakhon Ratchasima, Thailand 30000

Keywords:

Induction heating, Hot air production, : Electric heater, Energy efficiency

Abstract

This research article studies, a hot air production system using electromagnetic induction heating for a thin-walled, smooth-surfaced hollow metal cylinder with an electric power of 1,800 W. It is expected that can be used as a heat source for drying agricultural products after harvesting in the future. In the experiment, the flow rate of air fed into the heating system was used in the form of Reynolds number in the range 6,000, 7,000, and 8,000. Four hot air temperatures were studied at 50, 60 and 70 °C and an induction heating was compared to 1,000 W electric heating. The results found that an outlet air temperature of 50 °C, an induction heating takes 79.55-84.96% less time than electric heating, consume 66.13-70.96% less power and, energy efficiency of more than 67.11-73.43%. An outlet air temperature of 60 °C, induction heating takes 71.30-72.24% less time than electric heating, consume 64.44-67.58% less power and, energy efficiency of more than 50.42-53.77%. An outlet air temperature of 70 °C, induction heating takes 54.46-62.03% less time than electric heating, consume 59.43-64.31% less power and, energy efficiency of more than 26.02-32.99%. The induction heating provides, the rising temperature rapidly at the first period of testing. This is different from an electric heater which has a slower temperature increasing.

References

Zinn S, Semiatin SL. Elements of Induction Heating: Design Control and Applications. n.p.: ASM International; 1988.

จีระพงศ์ ศรีวิชัย, คมกฤษณ์ ศรีสุวรรณ์. กรณีศึกษาการอบแห้งลมร้อนด้วยวิธีความร้อนเหนี่ยวนำ. วารสารวิทยาศาสตร์ลาดกระบัง. 2558;24:16-26.

นพฤทธิ์ พรหมลัง. การควบคุมอุณหภูมิในตู้อบสับปะรดปัตตาเวียด้วยการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต]. นครราชสีมา: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี; 2565.

Vázquez Ruiz, E. Analysis and Application of Maxwell's Equation for Induction Heating. Mechanical Engineering. 2013.

Jang, J.Y, Y.W Chiu. Numerical and experimental thermal analysis for a metallic hollow cylinder subjected to step-wise electro-magnetic induction heating. Applied thermal engineering. 2007;27:1883-1894.

Han Y, Wen H, Yu E. Study on electromagnetic heating process of heavy-duty sprockets with circular coils and profile coils. Applied Thermal Engineering. 2016;24:861-868.

Tharmapalan, E., Sivalingam, S., Seyyaf, et al. Performance Improvement of Industrial Induction Mould Heating Oven. In: 2020 Engineering Research Conference (MERCon): IEEE; 2020. P. 602-607.

Song K, Guan J, Li K, et al. Experimental and numerical study of the effect of coil structure on induction nitriding temperature field. Advances in Mechanical Engineering. 2020;12:1-14.

Shih SY, Nian SC, Huang MS. Comparison between single-and multiple-zone induction heating of largely curved mold surfaces. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2016;75:24-35.

Fujita H, Uchida N, Ozaki K. Zone controlled induction heating (ZCIH) A new concept in induction heating. In: 2007 Power Conversion Conference-Nagoya: IEEE; 2007. P. 1498-1504.

พิตตินันท์ สวนชาวไร่เงิน, ขวัญจิต วงษ์ชารี, สมิทธ์ เอี่ยมสะอาด และคณะ. การถ่ายเทความร้อนและความดันสูญเสียในท่อกลมด้วยแผ่นบิดสั้นหลายช่องการไหล. ใน: ทะนงเกียรติ เกียรติศิริโรจน์, บรรณาธิการ. งานประชุมวิชาการการถ่ายเทพลังงานความร้อนและมวลในอุปกรณ์ ด้านความร้อนและกระบวนการ ครั้งที่ 21; 10-11 มีนาคม 2565; โรงแรมวินทรี ซิตี้ รีสอร์ท. เชียงใหม่: ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่; 2565. หน้า. 196-200.

Man C, Lv X, Hu J, et al. Experimental study on effect of heat transfer enhancement for single-phase forced convective flow with twisted tape inserts. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017;106:877-883.

เกษรา ศรีชำนิ, พิชิต แก้วโกสุม, อาณัติ พิลา. การประเมินสมรรถนะเชิงความร้อนของเครื่องอุ่นอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีการติดตั้งตัวสร้างการไหลหมุนวนชนิดแผ่นกั้นเอียงรูปตัวดับเบิ้ลยู. ใน: ทะนงเกียรติ เกียรติศิริโรจน์, บรรณาธิการ. งานประชุมวิชาการการถ่ายเทพลังงานความร้อนและมวลในอุปกรณ์ ด้านความร้อนและกระบวนการ ครั้งที่ 21; 10-11 มีนาคม 2565; โรงแรมวินทรี ซิตี้ รีสอร์ท. เชียงใหม่: ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่; 2565. หน้า. 180-187.

อนุสรณ์ สุขเกษม. การศึกษาเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนโดยการพาของครีบแทงทรงกระบอก [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต]. นครนายก: มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ; 2550.

ปุณยาพร แสนแปง. ผลของการอบแห้งด้วยระบบปั๊มความร้อน ฮีตเตอร์และผสมผสาน ต่อคุณภาพของใบมะกรูดและความสิ้นเปลืองพลังงาน [วิทยานิพนธ์ปริญญามหาบัณฑิต]. เชียงใหม่: มหาวิทยาลัยแม่โจ้; 2564.

Shuang, W. Design and Optimization of Electromag netic Induction Device based on Finite Element Analysis. Journal of Physics: Conference Series. 2023;2546:012005.

Al-Jrew, Aws H., Jawad R., et al. Analysis and design of the induction heating load using finite element method. AIP Conference Proceedings. 2024;(1):3229

Downloads

Published

2025-06-30

How to Cite

[1]
W. Thingborirak, K. Treeamnuk, and T. Treeamnuk, “Heating efficiency comparison of induction heating and electric heater”, UTK RESEARCH JOURNAL, vol. 19, no. 1, pp. 40–47, Jun. 2025.

Issue

Section

Research Articles