La feuille chauffante est largement utilisée dans une variété d'équipements de chauffage, dont le noyau repose sur l'élément chauffant, alors quel est l'élément chauffant ? Quelles sont les propriétés des éléments chauffants ? Cet article va vous amener à comprendre.
1. Qu'est-ce qu'un élément chauffant ?
Un élément chauffant est un matériau ou un dispositif qui convertit l'énergie électrique directement en chaleur ou en énergie thermique grâce à un principe appelé chauffage par joule. L'échauffement Joule est un phénomène dans lequel un conducteur génère de la chaleur en raison de la circulation du courant électrique. Lorsqu'un courant électrique traverse le matériau, des électrons ou d'autres porteurs de charge entrent en collision avec les ions ou les atomes du conducteur, créant une friction à l'échelle atomique. Ce frottement se manifeste alors sous forme de chaleur. La première loi de Joule (loi de Joule-Lenz) est utilisée pour décrire la chaleur générée par un courant électrique dans un conducteur. Ceci est exprimé comme,
P=IV ou P=I²R
Selon ces équations, la chaleur générée dépend du courant, de la tension ou de la résistance du matériau conducteur. Dans la conception de l'ensemble de l'élément chauffant, la résistance est un facteur important.
Le principe de chauffage de l'original
Le chauffage Joule est évident dans tous les matériaux conducteurs d'intensité variable, à l'exception d'un matériau spécial appelé supraconducteur. En général, pour les matériaux conducteurs, moins de chaleur est générée car les porteurs de charge traversent facilement; Pour les matériaux à haute résistance, plus de chaleur sera générée. Les supraconducteurs, quant à eux, permettent au courant de circuler sans générer de chaleur. En général, la chaleur d'un conducteur est classée comme une perte d'énergie. L'énergie électrique utilisée pour entraîner les équipements électriques génère une chaleur inutile sous la forme de pertes de transmission et ne produit finalement aucun travail utile.
Dans un sens, l'efficacité de l'élément chauffant électrique est de près de 100% , puisque toute l'énergie fournie est convertie sous sa forme prévue. L'élément chauffant non seulement conduit la chaleur, mais transfère également l'énergie par la lumière et le rayonnement. Cependant, cela ne s'applique qu'à certaines résistances idéales. La capacité et l'inductance inhérentes au matériau convertissent l'énergie électrique en champs électriques et magnétiques, respectivement, entraînant de légères pertes. Si l'on considère l'ensemble du système de chauffage, la perte provient de la chaleur dissipée du fluide de traitement ou du réchauffeur lui-même vers l'environnement extérieur. Par conséquent, le système doit être isolé pour utiliser toute la chaleur générée.
Deuxièmement, les propriétés de l'élément chauffant
Lors du passage du courant, presque tous les conducteurs peuvent générer de la chaleur. Cependant, tous les conducteurs ne conviennent pas aux éléments chauffants. La bonne combinaison de propriétés électriques, mécaniques et chimiques est nécessaire. Voici quelques-unes des caractéristiques importantes pour la conception des éléments chauffants.
Résistivité : Pour générer de la chaleur, l'élément chauffant doit avoir une résistance suffisante. Cependant, la résistance ne peut pas être suffisamment élevée pour devenir un isolant. La résistance est égale à la résistivité multipliée par la longueur du conducteur divisée par la section du conducteur. Pour une section donnée, afin d'obtenir un conducteur plus court, on utilise un matériau à forte résistivité.
Résistance à l'oxydation : la chaleur accélère généralement l'oxydation des métaux et de la céramique. L'oxydation consomme l'élément chauffant, réduisant sa capacité ou endommageant sa structure. Cela limite la durée de vie de l'élément chauffant. Pour les éléments chauffants métalliques, des alliages sont formés avec des oxydes, qui aident à résister à l'oxydation en formant une couche de passivation. Pour les éléments chauffants en céramique, le tartre protecteur anti-oxydation de SiO2 ou Al2O3 est le plus courant. Les types d'éléments chauffants qui ne conviennent pas à une utilisation dans des environnements oxydants, tels que le graphite, sont le plus souvent utilisés dans les fours sous vide ou les fours contenant des gaz atmosphériques non oxydants tels que H2, N2, Ar ou He, où il n'y a pas d'air dans la chambre de chauffe.
Coefficient de température de résistance : Notez que la résistivité du matériau change avec la température. Dans la plupart des conducteurs, la résistance augmente à mesure que la température augmente. Ce phénomène affecte certains matériaux de manière plus prononcée que d'autres. Le coefficient de résistance à haute température est principalement utilisé dans les applications thermiques. Pour la fièvre, il est généralement préférable d'utiliser une valeur inférieure. Bien que les changements de résistance puissent être prédits avec précision dans certains cas, une forte augmentation de la résistance est nécessaire pour fournir plus de puissance. Pour adapter le système à l'évolution de la résistivité, des systèmes de contrôle ou de rétroaction sont utilisés.
Propriétés mécaniques : Les éléments chauffants rigides se déforment lorsqu'ils sont utilisés à des températures élevées. Lorsque le matériau approche de son stade de fusion ou de recristallisation, le matériau devient plus susceptible de s'affaiblir et de se déformer par rapport à son état à température ambiante. Un bon élément chauffant conserve sa forme même à des températures élevées. D'autre part, la ductilité est également une propriété mécanique idéale, en particulier pour les éléments chauffants métalliques. La ductilité permet à un matériau d'être étiré dans un fil et façonné sans affecter sa résistance à la traction.
Point de fusion : En plus de la température d'oxydation considérablement augmentée, le point de fusion d'un matériau limite également sa température de fonctionnement. Les céramiques ont généralement un point de fusion plus élevé que les éléments chauffants en métal.