発熱体の温度が上昇するのは、それが抵抗加熱のプロセスを通じて電気エネルギーを熱エネルギーに変換するからである。
一定の抵抗を持つ発熱体に電流が流れると、発熱体が発熱する。
この発熱効果は、材料の抵抗が電子の流れを妨げ、電流が流れた量に比例して発熱するためである。
4つのキーファクターの説明
1.抵抗加熱の原理
素子の発熱の基本原理はオームの法則である。
オームの法則とは、2点間の導体を流れる電流は、2点を横切る電圧に正比例し、導体の抵抗に反比例するというものである。
電流(I)が抵抗(R)を通過するとき、電力(P)(エネルギーが変換される、または仕事が行われる割合)は(P = I^2R)で与えられる。
この電力は熱に変換され、素子の温度を上昇させる。
2.材料の特性
発熱体の材料は、その加熱能力において重要な役割を果たします。
電気抵抗係数の高い材料は、単位電流あたりの発熱量が大きくなります。
例えば、セラミック発熱体の場合、その熱出力は電気負荷と固有の抵抗特性によって決まります。
エレメントは電流の流れに抵抗して熱を発生し、熱処理チャンバー内に放射されます。
3.温度調節
温度を望ましい範囲内に維持するために、サーモスタットが使用される。
これらの装置は温度を監視し、発熱体の電流を制御する。
温度が所定の値を上回ったり下回ったりすると、サーモスタットがリレーを作動させて電流を調整する。
これにより、発熱体が損傷したり寿命が短くなったりするような温度で作動することがなくなります。
4.故障モード
ヒーターエレメントは、設計限界を超える温度で作動すると故障する可能性があります。
これは、局所的な酸化や遮蔽によってエレメントの断面が減少し、抵抗が増加し、局所的な発熱が増加するホットスポットの形成につながる可能性があります。
これが素子の故障の原因となります。
さらに、頻繁な加熱と冷却のサイクルは、素子表面の酸化スケールのクラックを引き起こし、新鮮な金属を酸化にさらし、局所的な温度をさらに上昇させます。
要約すると、抵抗加熱によって電気エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、発熱体の温度が上昇します。
材料の抵抗とそこに流れる電流が、発生する熱量を決定します。
故障を防ぎ、効率的な運転を確保するには、エレメントの動作温度を適切に制御し、維持することが重要です。
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