Grijaći lim naširoko se koristi u raznim uređajima za grijanje, čija se jezgra oslanja na grijaći element, pa što je grijaći element? Koja su svojstva grijaćih elemenata? Ovaj članak će vas odvesti do razumijevanja.
1. Što je grijaći element?
Grijaći element je materijal ili uređaj koji pretvara električnu energiju izravno u toplinsku ili toplinsku energiju putem principa koji se naziva joule grijanje. Jouleovo zagrijavanje je pojava u kojoj vodič stvara toplinu zbog protoka električne struje. Kada električna struja teče kroz materijal, elektroni ili drugi nositelji naboja sudaraju se s ionima ili atomima vodiča, stvarajući trenje na atomskoj razini. To se trenje zatim manifestira kao toplina. Prvi Jouleov zakon (Joule-Lenzov zakon) koristi se za opisivanje topline koju stvara električna struja u vodiču. Ovo se izražava kao,
P=IV ili P=I²R
Prema ovim jednadžbama, proizvedena toplina ovisi o struji, naponu ili otporu materijala vodiča. U dizajnu cijelog grijaćeg elementa otpor je važan faktor.
Princip zagrijavanja originala
Jouleovo zagrijavanje vidljivo je u svim vodljivim materijalima različitog intenziteta, osim u posebnom materijalu koji se naziva supravodič. Općenito, za vodljive materijale stvara se manje topline jer nosači naboja lako prolaze; Za materijale s velikom otpornošću stvarat će se više topline. S druge strane, supervodiči dopuštaju protok struje bez stvaranja topline. Općenito, toplina iz vodiča klasificira se kao gubitak energije. Električna energija koja se koristi za pogon energetske opreme stvara nepotrebnu toplinu u obliku gubitaka u prijenosu i na kraju ne proizvodi nikakav koristan rad.
U određenom smislu, učinkovitost električnog grijaćeg elementa je gotovo 100 posto, budući da se sva dovedena energija pretvara u predviđeni oblik. Grijaći element ne samo da provodi toplinu, već i prenosi energiju kroz svjetlost i zračenje. Međutim, ovo se odnosi samo na neke idealne otpornike. Kapacitet i induktivitet svojstveni materijalu pretvaraju električnu energiju u električna i magnetska polja, što rezultira malim gubicima. Uzimajući u obzir cijeli sustav grijača, gubitak dolazi od topline raspršene iz procesne tekućine ili samog grijača u vanjsku okolinu. Stoga sustav mora biti izoliran kako bi se iskoristila sva proizvedena toplina.
Drugo, svojstva grijaćeg elementa
Kada struja prolazi, gotovo svi vodiči mogu stvarati toplinu. Međutim, nisu svi vodiči prikladni za grijaće elemente. Potrebna je prava kombinacija električnih, mehaničkih i kemijskih svojstava. Slijede neke od značajki koje su važne za dizajn grijaćeg elementa.
Otpornost: Za stvaranje topline, grijaći element mora imati dovoljan otpor. Međutim, otpor ne može biti dovoljno visok da postane izolator. Otpor je jednak otporu pomnoženom s duljinom vodiča podijeljenom s presjekom vodiča. Za određeni poprečni presjek, kako bi se dobio kraći vodič, koristi se materijal s visokim otporom.
Otpornost na oksidaciju: Toplina obično ubrzava oksidaciju metala i keramike. Oksidacija troši grijaći element, smanjujući njegov kapacitet ili oštećujući njegovu strukturu. To ograničava vijek trajanja grijaćeg elementa. Za metalne grijaće elemente, legure se formiraju s oksidima, koji pomažu u otpornosti na oksidaciju stvaranjem pasivizirajućeg sloja. Za keramičke grijaće elemente najčešća je zaštitna antioksidacijska skala od SiO2 ili Al2O3. Vrste grijaćih elemenata koji nisu prikladni za upotrebu u oksidirajućim sredinama, kao što je grafit, najčešće se koriste u vakuumskim pećima ili pećima koje sadrže neoksidirajuće atmosferske plinove kao što su H2, N2, Ar ili He, gdje nema zraka u komori za grijanje.
Temperaturni koeficijent otpora: Imajte na umu da se otpornost materijala mijenja s temperaturom. U većini vodiča otpor raste s porastom temperature. Ovaj fenomen pogađa neke materijale izraženije nego druge. Visokotemperaturni koeficijent otpora uglavnom se koristi u toplinskim primjenama. Za vrućicu je obično poželjno koristiti nižu vrijednost. Iako se promjene otpora u nekim slučajevima mogu točno predvidjeti, potrebno je naglo povećanje otpora da bi se osigurala veća snaga. Kako bi se sustav prilagodio promjeni otpora, koriste se sustavi upravljanja ili povratne sprege.
Mehanička svojstva: Kruti grijaći elementi se deformiraju kada se koriste na visokim temperaturama. Kako se materijal približava fazi taljenja ili rekristalizacije, veća je vjerojatnost da će materijal oslabiti i deformirati se u usporedbi s njegovim stanjem na sobnoj temperaturi. Dobar grijaći element zadržava svoj oblik čak i pri visokim temperaturama. S druge strane, duktilnost je također idealno mehaničko svojstvo, posebno za metalne grijaće elemente. Duktilnost omogućuje da se materijal uvuče u nit i oblikuje bez utjecaja na njegovu vlačnu čvrstoću.
Talište: Osim značajno povišene temperature oksidacije, talište materijala također ograničava njegovu radnu temperaturu. Keramika općenito ima višu točku taljenja od metalnih grijača.