ヒーター・エレメントは、多くの暖房器具に不可欠な部品である。ジュール熱と呼ばれるプロセスにより、電気エネルギーを熱に変換する。発熱体に選ばれる材料は、抵抗率、融点、耐酸化性、熱特性など、いくつかの要因によって決まります。
発熱体材料の4つの主な種類とその用途
発熱体材料の種類
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金属発熱体
- ニクロム:ニッケル80%、クロム20%でできている。耐熱性が高く、加熱すると酸化クロム保護層が形成されるため、広く使用されています。この層がさらなる酸化を防ぎ、素子を無傷に保ちます。
- Ni-CrおよびNi-Cr-Fe合金:これらの合金は異なる温度範囲に適している。Ni-Crは1,150℃まで、Ni-Cr-Feは950℃まで使用される。耐酸化性に優れ、コストパフォーマンスに優れています。
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非金属発熱体
- 黒鉛:低コストで加工しやすく、熱衝撃に強いことで知られるグラファイトは、布、パイプ、棒などさまざまな形で使用されている。輻射伝熱を利用し、高温用途に適していますが、酸素からの保護が必要です。
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半金属発熱体
- 炭化ケイ素:融点が高く、蒸気圧が低いセラミックです。酸素や水蒸気と反応し、精製を助ける能力があるため、真空炉のような特定の用途に使用される。
発熱体材料の主な特徴
- 高い抵抗率:発熱体に使用される材料は、わずかな長さのワイヤーで十分な熱を発生させるため、高い比抵抗を持つ必要がある。
- 高融点:電荷を必要なレベルまで加熱できるよう、溶けることなく高温に耐えられる材料であること。
- 耐酸化性:素子の性能と寿命を維持するため、高温でも酸化しにくいこと。
- 低温係数:温度係数が低く、温度変化による抵抗値の変化が少ないこと。
用途と考慮点
- 抵抗加熱:ニクロムのような金属素子は、その信頼性の高い性能と製造の容易さから、トースターやヘアドライヤーのような一般的な電化製品に使用されています。
- 高温用途:高温を必要とする用途では、融点が高く耐酸化性に優れたNi-Crや炭化ケイ素などの材料が好まれます。
- 真空炉:真空炉では、物理的表面積と放射表面積の両方を最大化し、熱伝達と効率を高めるために、幅広のストリップやリボン状のエレメントが使用されます。
さまざまな発熱体材料の特性と用途を理解することは、特定の加熱ニーズに適した材料を選択し、加熱装置の最適な性能と寿命を確保するために不可欠です。
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