発熱体は時間の経過とともに確かにパワーを失います。これは主に、酸化、熱サイクル、機械的ストレスなどの要因によるものです。これらのメカニズムを理解することは、様々な用途における発熱体の効率と寿命を維持する上で極めて重要です。
発熱体の電力損失に影響する4つの主な要因
1.酸化と断面減少
- メカニズム:時間の経過とともに発熱体は酸化し、断面積が減少します。この酸化は、化学反応の速度が加速される高温で特に顕著である。
- 影響:断面積が減少すると、エレメントの抵抗が増加します。この抵抗の増加により、素子は新品時のように多くの電流を流すことができなくなり、出力が低下します。
- 例:発熱体によく使われるニッケルクロム線は、酸化して細くなって抵抗が大きくなり、出力が低下する。
2.熱サイクルと機械的ストレス
- メカニズム:加熱と冷却のサイクルを繰り返すと、発熱体に機械的ストレスが生じます。この応力は、ループの伸長や材料の破断などの物理的変形を引き起こす可能性があります。
- 衝撃:機械的ストレスは発熱体の構造的完全性を弱め、早期故障につながります。エレメントがすぐに故障しなくても、繰り返される応力によって劣化プロセスが加速される可能性があります。
- 例:温度変化が頻繁な炉では、発熱体に大きな機械的応力がかかり、寿命が短くなることがあります。
3.抵抗の増大と出力の低下
- メカニズム:発熱体が古くなると、酸化や機械的ストレスにより抵抗が増加します。この抵抗の増加は、同じ出力を維持するためにより多くの電圧を必要とすることを意味する。
- 影響:抵抗が高くなると、与えられた電圧に対して流れる電流が少なくなり、出力が低下します。これは、加熱システムの全体的な性能に影響を与える可能性があります。
- 例:炉の場合、発熱体の抵抗が高くなると、炉が所望の温度に達しないことがあり、これを補うために加熱時間を長くしたり、発熱体を追加したりする必要がある。
4.発熱体の寿命を延ばすための方策
- ワット密度の低下:ワット密度の低い発熱体を多数使用することで、各エレメントへのストレスを軽減し、寿命を延ばすことができます。しかし、この方法は、コストとスペース要件の増加とのバランスをとる必要がある。
- 適切なコンディショニング:新しい発熱体は、徐々に温度を高くし、その後冷却することでコンディショニングする必要があります。このプロセスは、エレメントに保護層を形成し、酸化を抑えて寿命を延ばすのに役立つ。
- 温度管理:正確な温度制御を維持することで、過度の熱サイクルを防ぎ、エレメントへの機械的ストレスを軽減することができます。このためには、サーモスタットやリレーなどの自動制御システムが不可欠です。
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