Isıtma elemanı

Bir ‘’’ısıtma elemanı’’’, Joule ısıtma işlemi yoluyla elektrik enerjisini ısıya dönüştürür. Elemanın içinden geçen elektrik akımı dirençle karşılaşır ve elementin ısınmasına neden olur. Peltier etkisinin aksine bu işlem akış yönünden bağımsızdır.

Isıtıcı elemanın ya da ısıtıcı bobinin sembolü
Isıtma elemanlarının ya da ısıtıcı bobinler için kullanılan bazı diğer semboller

Isıtma Elemanı Tipleri
Borulu elektrikli ısıtıcı
espresso makinesinin katlanmış boru şeklindeki ısıtma elemanı
Elektrikli tost makinesinin sarmal ısıtma elemanı

Metal

Direnç teli: Metalik dirençli ısıtma elemanı düz, sarmal veya şerit teldendir. Bunlar tost makinesi, saç kurutma makinesi, elektrikli fırın, yerden ısıtma, kurutucular vb. cihazlarda kullanılır. En çok kullanılan malzemeler şunlardır:

  • Nikrom: Çoğu direnç ısıtıcı 80/20 (% 80 nikel,% 20 krom) tel, şerit veya bant malzemedir. Nikrom 80/20 ideal malzemedir çünkü nispeten yüksek dirence sahiptir ve ilk kez ısıtıldığında yapışkan bir krom oksit tabakası oluşturur. Bu katmanın altındaki malzeme oksitlenmez, telin kırılmasını veya yanmasını önler.
  • Kanthal (FeCrAl) telleri
  • Cupronickel düşük sıcaklıkta ısıtma yapmak için (CuNi) alaşımları
  • Asitle oyulmuş folyo: Asitle oyulmuş folyo genellikle direnç teli elemanın yapıldığı aynı alaşımdan yapılır ancak sürekli metal folyo tabakasıyla başlayan ve karmaşık direnç şekliyle biten asitle oyma işlemi ile üretilir. Bu eleman genellikle tıbbi teşhis ve havacılık gibi hassas ısıtma uygulamalarında bulunur.

Seramik ve yarı iletken
  • Molibden disilisid (MoSi 2), molibden silisidi olan intermetalik bir bileşik, öncelikle ısıtma elemanlarında kullanılan refrakter bir seramiktir. Orta yoğunlukta, 2030 °C (3686 °F)' de erime noktasına sahiptir ve elektriği iletir.Yüksek sıcaklıklarda, daha fazla oksidasyondan koruyan bir pasivasyon katmanı oluşturur. Uygulama alanı cam endüstrisi, seramik sinterleme, ısıl işlem fırınları ve yarı iletken difüzyon fırın'larıdır.
  • Silikon karbür, bkz. silikon karbür § ısıtma elemanları.
  • PTC seramik elemanları: PTC seramik malzemeler, pozitif termal direnç katsayıları olarak adlandırılır (yani, ısıtma sırasında direnç artar). Çoğu seramik negatif katsayısına sahip olsa da, bu malzemeler (genellikle baryum titanat ve kurşun titanat kompozitler) oldukça doğrusal olmayan bir ısıl tepkiye sahiptir böylece hızla bileşime bağlı bir eşik sıcaklığının üzerinde dirençleri artar. Bu davranış, malzemenin kendisinin termostat gibi hareket etmesine neden olur çünkü akım soğukken geçer sıcakken geçmez. Bu malzemenin İnce filmi oto arka camlarının defrost ısıtıcılarında, petek şekilli elemanları daha pahalı saç kurutma makinesinde ve hacim ısıtıcıları 'nda kullanılır.
  • Kuvars halojen ısıtıcılar da radyant ısıtma için kullanılır.[1][2][3]

Kalın film ısıtıcıları
Mika tabakasına basılmış kalın film ısıtıcı.

Kalın film ısıtıcılar, ince bir alt tabaka üzerine basılabilen bir tür dirençli ısıtıcıdır. Kalın film ısıtıcılar, geleneksel metal kılıflı direnç elemanlarına göre çeşitli avantajlar sergiler. Genel olarak kalın film elemanları, düşük profilli form faktörü, geliştirilmiş sıcaklık homojenliği, düşük ısıl kütle nedeniyle hızlı ısıl tepki, düşük enerji tüketimi, yüksek watt yoğunluğu ve geniş voltaj uyumluluğu aralığı ile tanımlanırlar.[4] Tipik olarak, kalın film ısıtıcılar düz yüzeylere ve farklı ısıtıcı desenlerindeki tüplere basılır. Bu ısıtıcılar ısı transfer koşullarına bağlı olarak 100 W/cm2 kadar yüksek watt yoğunluğuna erişebilir.[5]

Kalın film ısıtıcı şekilleri, basılı direnç macununun tabaka direnci'ne göre son derece özelleştirilebilir.

Bu ısıtıcılar, metal/ alaşım yüklü kalın film macunları kullanılarak metal, seramik, cam, polimer dahil olmak üzere çeşitli alt tabakalara basılabilir.[5] Kalın film ısıtıcıları basmak için kullanılan en yaygın alt tabakalar alüminyum 6061-T6, paslanmaz çelik ve muskovite veya phlogopite mika levhalarıdır. Bu ısıtıcıların uygulamaları ve çalışma karakteristikleri seçilen alt tabaka malzemelerine göre büyük farklılıklar gösterir. Bu öncelikle ısıtıcı alt-tabakanın termal özelliklerine dayandırılır.

Kalın film ısıtıcıların geleneksel uygulamaları şunlardır: Izgaralar, waffle ütüler, soba üstü elektrikli ısıtma, nemlendiriciler, çay ısıtıcıları, ısı yalıtım cihazları, su ısıtıcıları, buharlı ütüler, saç düzleştiriciler, kazanlar, 3D yazıcı ısıtmalı yatakları, termal baskı kafaları, tutkal tabancaları, laboratuvar ısıtma ekipmanları, elbise kurutucular, konvektörlü ısıtıcılar, buz çözme veya buğu çözme cihazları, sıcak tutma tepsileri, araba yan aynaları, buzdolabı buz çözme, ısı eşanjörleri vb.

Çoğu uygulama için ısıl performans ve sıcaklık dağılımı iki temel tasarım parametresidir. Sıcak noktalardan kaçınmak ve bir alt tabaka boyunca eşit sıcaklık dağılımını korumak için devre tasarımı, direnç devresinin yerel güç yoğunluğu değiştirilerek en uygun yapılabilir. Optimize edilmiş ısıtıcı tasarımı ısıtıcı çıkışının kontrol edilmesine ve ısıtıcı alt tabakası boyunca yerel sıcaklıkların değiştirilebilmesine yardım eder. Nispeten küçük bir alan üzerinde farklı çıkış gücüne sahip 2 veya daha fazla ısıtma bölgesine gerek duyulduğunda tek bir alt tabaka üzerinde bölgesel ısıtma modeli elde etmek için kalın bir film ısıtıcı tasarlanabilir.

Kalın film ısıtıcıları, sıcaklık artışının elemanın direnci üzerindeki etkisine dayanarak büyük ölçüde iki alt kategori altında tanımlanabilir: negatif sıcaklık katsayısı (NTC) veya pozitif sıcaklık katsayısı (PTC).

NTC tipi ısıtıcılar, ısıtıcı sıcaklığı arttıkça dirençte azalmayla tanımlanır ve bu nedenle belirli bir giriş voltajı için daha yüksek sıcaklıklarda daha yüksek bir çıkış gücüne sahiptir.

PTC ısıtıcılar yüksek sıcaklıklarda direnç artışı ve azalan ısıtıcı gücü ile zıt bir şekilde davranır. PTC ısıtıcıların bu özelliği, çıkış güçleri sabit bir sıcaklıkta doyurulduğundan kendi kendilerini de ayarlar. Diğer taraftan, NTC tipi ısıtıcılarda ısıtıcı kaçaklarını kontrol etmek için genellikle bir termostat veya bir termokupl gerektirir. Bu ısıtıcılar, genellikle PTC tipi ısıtıcılardan daha hızlı hareket ettiklerinden ısıtıcı sıcaklığının önceden belirlenmiş bir ayar noktasına hızlı bir şekilde yükseltilmesi gereken uygulamalarda kullanılır.

Metal bir alt tabakaya basılı kalın film ısıtıcı

Polimer PTC ısıtma elemanları
İletken lastikten yapılmış esnek bir PTC ısıtıcı

Dirençli ısıtıcılar, direncin artan sıcaklıkla üstel olarak arttığı iletken PTC kauçuk malzemelerden yapılır.[6] Böyle bir ısıtıcı soğukken yüksek güç üretir ve hızla sabit bir sıcaklığa kadar ısınır. Üstel olarak artan direnç nedeniyle ısıtıcı kendisini asla bu sıcaklıktan daha sıcak olarak ısıtamaz. Bu sıcaklığın üstünde kauçuk elektrik yalıtkanı görevi görür. Sıcaklık, kauçuğun üretimi sırasında seçilebilir.Tipik sıcaklıklar 0 ve 80 °C (32 ve 176 °F) arasındadır.

O noktasal bir kendinden ayarlı ısıtıcı ve kendi kendini sınırlayan ısıtıcıdır. Bu ise kendinden ayarlı ısıtıcının elektronik ayarlayıcıya(regülatöre) gerek kalmadan bağımsız olarak her noktasında sabit sıcaklığını koruduğu anlamına gelir. Kendi kendini sınırlayan ısıtıcının hiçbir noktası belirli bir sıcaklığı asla geçmez ve aşırı ısınmaya karşı koruma gerektirmez.

Kompozit ısıtma elemanları
Borulu Fırın Isıtma Elemanı
  • Boru şeklindeki (kılıflı) elemanlar normalde metalik bir boruya (Incoloy gibi bakır veya paslanmaz çelik alaşımlarından) yerleştirilmiş ve magnezyum oksit tozuyla yalıtılmış ince krom nikel (NiCr) dirençli ısıtıcı alaşımlı tel bobininden oluşur.Nemi higroskopik izolatörden uzak tutmak için uçlar seramik veya silikon kauçuk gibi yalıtım malzemelerinin boncukları veya her ikisinin bir kombinasyonu ile donatılmıştır.

Tozun sıkıştırılması ve ısı iletiminin en üst düzeye çıkarılması için boru bir kalıp içinden çekilir. Bunlar, (tost makinesilerindeki gibi) düz bir çubuk veya (elektrikli sobalar, fırınlar ve Kahve makineleri)ndeki gibi ısıtılacak bir alanı kapsayacak şekilde bükülmüş olabilirler.

  • Serigrafi seramik yalıtımlı metal (genellikle çelik) plakalar üzerinde biriktirilen metal-seramik parçalar, 1990'ların ortalarından beri su ısıtıcılarında ve diğer ev aletlerinde eleman olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
  • Işınlı ısıtma elemanları (ısı lambaları): yüksek güçlü akkor lambası görünür ışık yerine kızılötesi ışın vermek için maksimum güçtekinden daha az güç tüketir.Bunlar genellikle radyant alan ısıtıcıları ve yemek ısıtıcılarında bulunur ve ya uzun, borulu şekilde ya da R40 yansıtıcı lamba şeklindedir. Yansıtıcı lamba stili, üretilen görünür ışığı en aza indirmek için genellikle kırmızı renktedir; borulu şekli farklı biçimlerdedir:
    • Altın kaplamalı - Patentli Phillips Helen lambası ile ünlüdür. İç kısımda, görünür ışığı azaltan ve kısa ve orta dalga kızılötesinin çoğuna izin veren altın bir dichroic film biriktirilir. Temelde insanları ısıtmak için kullanılır. Bazı üreticiler şimdi bu lambaları üretiyor ve sürekli olarak gelişiyorlar.
    • Yakut kaplamalı - Altın kaplamalı lambalarla aynı işlevlidir ancak maliyet daha düşüktür. Görünür parlama altın varyanttan çok daha yüksektir.
    • Şeffaf - Kaplama yok ve esas olarak üretim süreçlerinde kullanılır.
  • Çıkarılabilir seramik çekirdek elemanları bir veya daha çok silindirik seramik segmentten geçirilmiş, merkezi veya merkezi olmayan çubuklu gerekli uzunluğu (çıkışla ilgili) sağlamak için sarmal dirençli alaşımlı, ısıtıcı tel kullanır. Bir ucunda sızdırmaz kılınmış metal bir kılıf veya boruya yerleştirilen bu tip bir eleman genellikle basınç altında sıvı ısıtması ile ilgili işleme girmeden değiştirmeye veya onarıma izin verir.

Kombine ısıtma elemanı sistemleri
  • Yüksek sıcaklık fırınları için ısıtma elemanları genellikle platin, tungsten disilisid / molibden disilisid, molibden (vakum fırın ları) ve silikon karbür gibi egzotik malzemelerden yapılır. Silikon karbür ateşleyiciler gaz fırınlarında yaygındır. Lazer ısıtıcılar da yüksek sıcaklıklara ulaşmak için kullanılmaktadır.[7]

Ayrıca bakınız

Kaynakça
  1. "Quartz Tungsten & Quartz Halogen Infrared Tube Heaters". 4 Nisan 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Haziran 2020.
  2. "Halogen Heaters – Advantages & Disadvantages | Tansun". www.tansun.com. 16 Aralık 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Haziran 2020.
  3. "Quartz Tungsten and Quartz Halogen Heaters". 4 Nisan 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Haziran 2020.
  4. "Our Thick Film Technology | Datec". Datec Coating Corporation (İngilizce). 30 Haziran 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 11 Ağustos 2019.
  5. Printed films : materials science and applications in sensors, electronics and photonics. Prudenziati, M. (Maria), Hormadaly, Jacob. Cambridge, UK: Woodhead Publishing. 2012. ISBN 978-0857096210. OCLC 823040859.
  6. US patent 6,734,250
  7. Rashidian Vaziri, M R. "New raster-scanned CO2 laser heater for pulsed laser deposition applications: design and modeling for homogenous substrate heating". Optical Engineering. 51 (4). s. 044301. doi:10.1117/1.OE.51.4.044301. 10 Ekim 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Haziran 2020.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.