発熱体が効果的に機能するためには、いくつかの重要な特性を備えていなければならない。これらの特性には、高い抵抗率、高い融点、低い温度係数、耐酸化性などが含まれます。発熱体に使用される一般的な材料には、ニッケルとクロムの合金、ニッケル、クロム、鉄の合金などがあります。発熱体の選択は、所望の熱出力と、温度や環境などの具体的な使用条件によって決まります。
発熱体の特性とは？考慮すべき10の主要要素
1.高い比抵抗
発熱体には、高い比抵抗を持つ材料が不可欠です。これにより、少量の材料で大きな熱を発生させることができます。この特性により、短いワイヤーで必要な熱量を発生させることができ、発熱体を効率的かつコンパクトにすることができます。
2.高い融点
発熱体に使用される材料には、高い融点が求められます。これは、発熱体が高温に達し、それを維持する必要がある用途において非常に重要であり、耐久性と安全性を確保します。
3.低い温度係数
温度係数が低いということは、材料の抵抗値が温度の変化に対して大きく変化しないことを意味します。抵抗値が温度によって変化すると、始動電流が高くなりすぎ、素子を損傷したり、安全上の問題を引き起こしたりする可能性があるため、これは重要です。
4.酸化に対する耐性
材料は酸化することなく高温に耐えられなければならない。酸化すると材料が弱くなり、頻繁な交換を余儀なくされ、非効率でコストがかかる。ニッケルクロム（ニクロム）合金のような材料は特に酸化に強く、高温用途に適しています。
5.材料の選択
発熱体の材料の選択は、最高温度や発熱体が動作する環境など、用途の具体的な要件によって異なります。例えば、Ni-Cr合金は1,150℃まで、Ni-Cr-Fe合金は950℃までの使用に適しています。合金に鉄を加えると、酸化が起こる温度が下がるが、コストも下がる。
6.断面積
発熱体材料の断面積も性能に影響します。断面積が大きいと抵抗が小さくなり、より多くの電流が流れ、熱出力が増加します。これは、厚いエレメントが使用される高熱出力を必要とする用途で特に重要です。
7.非金属発熱体
グラファイトのような非金属材料も、特に高温用途の発熱体に使用される。黒鉛は低価格で加工しやすく、熱衝撃に強いという特徴がある。高温に耐え、酸素との反応性が低いため、特に真空炉に適している。
8.酸素感受性
タングステン、モリブデン、タンタル、グラファイトなど、一部の材料は酸素に弱い。つまり、酸化を防ぐために、特に高温で酸素にさらされないように保護する必要があります。
9.耐熱衝撃性
耐熱衝撃性も重要な特性のひとつである。これは、亀裂や破損を起こすことなく、急激な温度変化に耐える材料の能力を指す。これは、発熱体が急激な温度変動を経験する用途では特に重要です。
10.耐食性
耐腐食性は、腐食性環境で使用される発熱体にとって非常に重要です。このような用途では、酸、塩、その他の腐食剤による化学的攻撃に耐える材料が好まれます。
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