発熱体


定抵抗発熱体

定抵抗発熱体



定抵抗発熱体
鉄クロム線、カンタル線など1300度くらいまでの電気炉に使用します。加工性が良いのでコイル状や波状に加工して炉内の壁面に埋め込んだり貼り付けたりセラミックパイプに巻きつけたりして使用します。
炭化珪素発熱体

炭化珪素発熱体



炭化珪素発熱体
1500℃くらいまでの電気炉に使用します。棒状や筒状の発熱体です。試用期間によって抵抗が変わる経年変化が起こってきます。そのため発熱体劣化時にはすべての発熱体を交換します。また、温度の変化によっても抵抗が変わってくるので制御装置が高価になります。
二硅化モリブデン発熱体

二硅化モリブデン発熱体



二硅化モリブデン
大気雰囲気で最高炉内温度が1800℃まで使えるものもあります。高温向きのため低い温度での頻繁な使用には向いていません。また、雰囲気ガスによって最高使用温度が下がってきます。使用最高温度が高くなるにしたがって発熱体も高価になってきます。
商品名ではカンタルスーパーなどがあります。
 
セラミックヒーター

セラミックヒーター


セラミックヒーター
乾燥炉に使用します。遠赤外線効果がよくヒーター交換が容易です。
モジュールヒーター

モジュールヒーター


 
モジュールヒーター
ファイバーボードにヒーターを埋め込んで使用します。蓄熱が少なく断熱が抜群です。最高使用温度は1200℃以下。
カートリッジヒーター

カートリッジヒーター


 
カートリッジヒーター
ケーシングや型枠を熱伝導で暖めます。ヒーターとケーシングの隙間をできるだけ少なくするために精密な穴加工が必要になります。

表面負荷と壁面負荷

表面負荷

表面負荷

単位面積当たりにかかるワット数


発熱体表面の単位面積当たりにかかるワット数を表面負荷といいます。
これは発熱体の寿命を左右する大切な値になります。同じ炉内温度では表面負荷の値が高いとヒーターの劣化が早くなります。当社では長年の経験よりこの値をできるだけ低くするようにしています。
この値は最高使用温度でも違ってきます。これを低くするには同じ電気容量に対し線の径をできるだけ太くしヒーターの表面積を大きくしています。

壁面負荷

壁面負荷の高い炉

壁面負荷の高い炉

壁面に単位面積にかかる電力を壁面負荷といいます。
この値を大きくすると炉内温度に対して実際のヒーター表面温度の開きが大きくなり最高使用温度を超えてることになります。急昇温の場合に注意を要します。
発熱体温度には、炉壁での電力密度、抵抗発熱体の表面負荷密度および熱伝条件が直接的に関係します。

発熱体の劣化

抵抗発熱体

抵抗発熱体の劣化

抵抗発熱体の劣化


発熱体の場合、劣化してくると表面が荒くなり酸化膜が剥離してきます。また色がついてきて粘りがなくなり変形したり線同士密着したりピッチが不揃いになってきます。焼成時間すなわち抵抗が増して電力が落ち、焼成に時間がかかるようになってきます。

炭化珪素発熱体

炭化珪素発熱体の劣化

炭化珪素発熱体の劣化

炭化珪素発熱体は長時間使用するとSiO2を生じ電気抵抗が増加します。負荷抵抗が初期の約3倍にまでたっすると一応寿命が尽きたと考えられます。
この寿命は高温度に使用するほど短くなりますが表面負荷密度を小さくとればヒーター温度が炉内温度との開きが少なくなり寿命も長くなります。

二珪化モリブデン

二珪化モリブデンの劣化

二珪化モリブデンの劣化


二珪化モリブデンの場合、劣化してくると表面のガラス膜が剥離したりU字部分にガラスが溜まり冷却応力の違いで突然破損します。

伝熱の3要素

熱伝導

熱伝導は物体が移動せず直接触れ合うことにより、熱伝達は流体の流れを媒介させることにより間接的に熱を伝える。物質の移動を伴わず熱が伝わること。たとえば体内の血液は体表面に熱を伝えているのも熱伝導といえる。物質により固有の熱伝導率λがあり、これが小さいのがセラミックファイバーであり断熱レンガである。これらの選定で外部への放熱による熱損失が決まり省エネにもつながる。

熱伝達(対流伝熱)

熱伝熱とは、伝熱中に静止していない流体の伝熱過程を一般的に言うものですなわち流体自身の位置関係の変化にともなう熱移動のことである。そして比重の差に基づいて起こるものを自然対流、外部からのエネルギーに基づくものを強制対流という。灯油窯やガス窯の加熱がこれによるものである。

熱放射(ふく射)

熱放射は、物体が電磁波を出し、他の物体が吸収することによって熱を運ぶ。地球が太陽から熱を受けて地表の温度を保っているのは熱放射の例である。電気加熱もヒーターからの輻射熱によって対象物が加熱される。