ヒーター・エレメントは、様々な加熱装置において重要な部品である。抵抗加熱によって電気エネルギーを熱に変換する。
発熱体の材料の選択は非常に重要である。抵抗率が高い、融点が高い、温度係数が低い、酸化に強いなど、いくつかの重要な特性によって決まります。
発熱体に最もよく使用される材料は、ニッケルとクロムの合金です。具体的には、ニクロム（ニッケル80%、クロム20%）とNi-Cr-Fe合金が好まれます。
これらの材料は、高温に耐え、酸化しにくいという理由で選ばれます。そのため、家電製品から工業炉まで幅広い用途に適している。
理想的な発熱体材料の4つの主要特性
1.高い抵抗率
説明:発熱体の材料は、比抵抗が高いことが望ましい。この特性により、比較的短い線長で十分な熱を発生させることができる。また、効率的でコンパクトな発熱体を作ることができます。
用途:ニクロムのような比抵抗の高い材料は、トースター、ヘアードライヤー、工業炉などに使用される。
2.高融点
説明:高い融点は、発熱体が溶融したり劣化したりすることなく、高温で動作できることを保証します。
用途:融点が1,150℃まで上昇するニッケル合金やクロム合金は、工業炉などの高温用途に最適です。
3.低温係数
説明:温度係数が低いとは、温度変化による抵抗値の変化が小さいことを意味する。この安定性が始動電流の変動を防ぎ、安定した性能を発揮します。
用途:ニクロムやNi-Cr-Fe合金は温度係数が低く、精密加熱用途に適しています。
4.耐酸化性
説明:酸化せずに高温に耐えること。これは、頻繁な交換や寿命の低下につながる。
用途:ニクロムは、加熱すると酸化クロムの付着層を形成する。これにより、下地材料が酸化から保護され、高温環境下での耐久性が向上する。
発熱体の種類
金属の種類
説明:ニクロム線やリボンなどの金属発熱体は、抵抗率が高く酸化しにくいため、各種加熱装置によく使用されています。
用途:トースター、ヘアードライヤー、炉などの加熱器具に使用される。
非金属タイプ
説明:グラファイトのような非金属元素は、価格が安く、放射面積が大きいなどの特性が有利な特定の用途に使用される。
用途:黒鉛発熱体は、真空炉などの高温用途に使用されます。
発熱体の選定基準
説明:発熱体の選定には、所望の熱出力を発生させるために適切な電気抵抗を提供する材料と断面を選択することが含まれる。断面積は抵抗に影響し、面積が大きいほど抵抗は小さくなり、より多くの電流が流れるようになります。
用途:低出力のアプリケーションには薄いリボンが使用され、高出力のアプリケーションには厚いエレメントが必要です。
酸素感度
説明:タングステンやグラファイトのように酸素に弱い材料があり、酸化や劣化を防ぐために酸素から保護する必要があります。
用途:真空炉では、グラファイトのような材料が使用されるが、酸化を避けるために慎重に取り扱わなければならない。
まとめると、発熱体の材料の選択は、加熱装置の性能と寿命にとって極めて重要である。ニクロムやNi-Cr-Fe合金のような材料は、抵抗率が高く、融点が高く、温度係数が低く、酸化しにくいため好まれます。そのため、家庭用電化製品から工業炉まで、幅広い加熱用途に適しています。
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