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加熱の科学:電気抵抗加熱素子の種類

A電気ヒーターの心臓部には必ず発熱体があります。ヒーターの大きさや、輻射式、オイル式、ファン式など、種類に関わらず、内部には必ず発熱体があり、電気を熱に変換する役割を担っています。

Sヒーターによっては、保護グリル越しに赤く光る発熱体が見える場合もあります。また、金属やプラスチックのケースに覆われて内部に隠されている場合もありますが、いずれの場合も熱を放出しています。発熱体の材質や設計は、ヒーターの性能や寿命に直接影響します。

抵抗線

Bこれまで、発熱体として最も一般的に使用されてきた材料は、金属線またはリボン状のもので、一般に抵抗線と呼ばれています。これらは、機器の構成に応じて、きつく巻いたり、平らな帯状にしたりして使用されます。ワイヤーが長いほど、発生する熱量も多くなります。

T特殊な用途にはさまざまな合金が使用されていますが、ニクロム電気ヒーターやその他の小型家電製品に最もよく使われている素材であることに変わりはない。ニクロム80/20は、ニッケル80%とクロム20%からなる合金である。これらの特性により、優れた発熱体となります。

  1. 比較的高い抵抗力
  2. 加工しやすく、形を整えやすい
  3. 空気中で酸化したり劣化したりしないので、長持ちします。
  4. 加熱してもあまり膨張しない
  5. 融点が約2550°F(1400°C)と高い。

O発熱体で一般的に見られる合金には、カンタル(FeCrAl)やキュプロニッケル(CuNi)などがありますが、これらは一般的に電気ヒーターには使用されていません。

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セラミックヒーター

R近年、セラミック発熱体の人気が高まっている。これらは、抵抗線と同じ電気抵抗の原理に基づいて動作するが、金属の代わりにPTCセラミック板が使用されている。

PTCセラミック(通常はチタン酸バリウム、BaTiO3)は、正の熱抵抗係数を持つことからその名が付けられています。つまり、加熱すると抵抗値が増加するということです。この自己制限的な特性は、天然のサーモスタットとして機能します。セラミック材料は急速に加熱されますが、あらかじめ設定された温度に達するとそれ以上加熱されません。温度が上昇すると抵抗値も上昇し、結果として発熱量が減少します。これにより、電力変動のない均一な加熱が可能になります。

Tセラミックヒーターの利点は以下のとおりです。

  1. 素早いウォーミングアップ
  2. 表面温度が低いため、火災リスクが軽減されます。
  3. 長寿命
  4. 自己調節機能

Iほとんどの電気ヒーターでは、セラミックパネルがハニカム状に配置され、アルミニウム製のバッフルに取り付けられています。このバッフルは、ファンを使用する場合と使用しない場合の両方で、ヒーターから熱を空気中に放出します。

 

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放射式または赤外線式ヒートランプ

T電球のフィラメントは、抵抗線の一種として機能しますが、加熱時に光出力(つまり白熱)を高めるためにタングステンで作られています。高温になったフィラメントはガラスまたは石英で覆われており、酸化を防ぐために不活性ガスが充填されているか、または内部の空気が抜かれています。

I電気ヒーターの場合、ヒートランプのフィラメントは通常ニクロムフィラメントには最大出力よりも低い電力でエネルギーが供給されるため、可視光ではなく赤外線が放射されます。さらに、放出される可視光の量を減らすため(そうでなければ目に痛みを感じるため)、石英製の被覆材はしばしば赤く着色されます。発熱体は通常、熱を一方向に集中させる反射板によって裏打ちされています。

T放射熱ランプの利点は以下のとおりです。

  1. 温まるまでの時間は一切不要で、すぐに暖かさを実感できます。
  2. ファンが必要な熱風が発生しないため、静かに動作します。
  3. 温風が拡散する開放的な場所や屋外では、スポット暖房を提供する。

Nヒーターの発熱体の種類に関わらず、共通する利点が一つあります。それは、電気抵抗ヒーターの効率がほぼ100%であるということです。つまり、抵抗器に入力された電気はすべて、室内の熱に変換されるということです。これは誰にとってもありがたいメリットであり、特に光熱費の支払い時にはその恩恵を実感できるでしょう。

 


投稿日時:2021年12月29日