Topné těleso - Heating element

Symbol topné spirály nebo topného tělesa
Některé další symboly používané pro topné spirály nebo topná tělesa

A topné těleso přeměňuje elektrickou energii na teplo procesem Joule topení. Elektrický proud prostřednictvím setkání prvků odpor, což má za následek zahřátí prvku. Na rozdíl od Peltierův efekt, tento proces je nezávislý na směru proudu.

Typy topných prvků

Trubkový elektrický ohřívač
Skládaný trubkový topný článek z espresso stroj
Spirálový topný článek z elektrického toustovač

Kov

Odporový drát: Kovové odporové topné články mohou být drátěné nebo ploché, rovné nebo stočené. Používají se v běžných topných zařízeních, jako jsou toustovače a fény, pece pro průmyslové vytápění, podlahové vytápění, střešní vytápění, vytápění cest pro tání sněhu, sušičky atd. Mezi nejběžnější třídy použitých materiálů patří:

  • Nichrome: Většina odporových drátových topných prvků používá nichrom 80/20 (80% Nikl, 20% Chrom ) drát, páska nebo páska. Nichrome 80/20 je ideální materiál, protože má relativně vysokou odolnost a tvoří přilnavou vrstvu oxid chromitý když se zahřívá poprvé. Materiál pod touto vrstvou nebude oxidovat, což zabrání rozlomení nebo spálení drátu.
  • Kanthal (FeCrAl) vodiče
  • Cupronickel (CuNi) slitiny pro nízkoteplotní ohřev
  • Leptaná fólie: Leptané fóliové prvky se obvykle vyrábějí ze stejných slitin jako odporové drátěné prvky, ale vyrábějí se odečtením leptání fotografií proces, který začíná souvislým plechem z kovové fólie a končí složitým vzorem odporu. Tyto prvky se běžně vyskytují v přesných topných aplikacích, jako je lékařská diagnostika a letectví.

Keramika a polovodiče

Ohřívače tlusté fólie

Silný filmový ohřívač vytištěný na slídovém listu.

Ohřívače tlusté fólie jsou typem odporového ohřívače, který lze tisknout na tenký podklad. Ohřívače tlusté fólie vykazují oproti konvenčním odporovým prvkům s kovovým pláštěm různé výhody. Obecně se prvky tlustého filmu vyznačují svým nízkým profilovým tvarovým faktorem, zlepšenou rovnoměrností teploty, rychlou tepelnou odezvou v důsledku nízké tepelné hmoty, nízkou spotřebou energie, vysokou hustotou wattů a širokým rozsahem napěťové kompatibility.[6] Ohřívače tlusté fólie se obvykle tisknou na ploché podklady i na trubky v různých vzorech ohřívače. Tyto ohřívače mohou dosáhnout hustoty wattů až 100 W / cm2 v závislosti na podmínkách přenosu tepla.[7] Vzory ohřívače tlusté fólie jsou vysoce přizpůsobitelné na základě odpor listu tištěné rezistorové pasty.

Tyto ohřívače mohou být potištěny na různé podklady včetně kovů, keramiky, skla, polymerů pomocí silnofilmových past obsahujících kov / slitinu.[7] Nejběžnějšími substráty používanými pro tisk ohřívačů tlusté vrstvy jsou hliník 6061-T6, nerezová ocel a muskovit nebo flogopit slídové listy. Aplikace a provozní charakteristiky těchto ohřívačů se velmi liší v závislosti na zvoleném podkladovém materiálu. To je primárně přičítáno tepelným charakteristikám substrátu ohřívače.

Existuje několik konvenčních aplikací ohřívačů tlusté vrstvy. Mohou být použity v mřížkách, vaflovačích, elektrickém topném sporáku, zvlhčovačích, čajových konvicích, tepelných svařovacích zařízeních, ohřívačích vody, parních žehličkách a tkaninách, žehličkách na vlasy, kotlících, vyhřívaných postelích 3D tiskárnách, termálních tiskových hlavách, lepicích pistolích, laboratorní topné zařízení, sušičky prádla, ohřívače podlahových desek, odmrazovací nebo odmlžovací zařízení, ohřívací vaničky, boční zrcátka automobilu, odmrazování ledničky, výměníky tepla atd.

Pro většinu aplikací jsou tepelný výkon a rozložení teploty dva klíčové konstrukční parametry. Aby se zabránilo vzniku hotspotů a aby se zachovalo rovnoměrné rozložení teploty po substrátu, lze návrh obvodu optimalizovat změnou lokalizované hustoty výkonu obvodu rezistoru. Optimalizovaná konstrukce ohřívače pomáhá řídit výkon ohřívače a modulovat místní teploty na substrátu ohřívače. V případech, kdy jsou požadovány 2 nebo více topných zón s různým výstupním výkonem na relativně malé ploše, může být navržen ohřívač silného filmu, aby se dosáhlo zonálního topného vzoru na jediném substrátu.

Ohřívače silných vrstev lze do značné míry charakterizovat ve dvou podkategoriích - záporný teplotní koeficient (NTC) nebo kladný teplotní koeficient (PTC) na základě vlivu zvýšení teploty na odpor prvku. Ohřívače typu NTC se vyznačují poklesem odporu při zvyšování teploty ohřívače, a proto mají vyšší výstupní výkon při vyšších teplotách pro dané vstupní napětí. Ohřívače PTC se chovají opačně se zvýšením odporu a snížením výkonu ohřívače při zvýšených teplotách. Tato vlastnost PTC ohřívačů je činí samoregulačními, protože jejich výstupní výkon saturuje při pevné teplotě. Na druhé straně ohřívače typu NTC obecně vyžadují termostat nebo a termočlánek za účelem kontroly úniku topení. Tyto ohřívače se používají v aplikacích, které vyžadují rychlé zvýšení teploty ohřívače na předem stanovenou požadovanou hodnotu, protože jsou obvykle rychlejší než ohřívače typu PTC.

Ohřívač silné fólie vytištěný na kovovém podkladu

Polymerní topné články PTC

Flexibilní PTC ohřívač vyrobený z vodivé gumy

Odporové ohřívače mohou být vyrobeny z vedení PTC guma materiály, kde odpor roste exponenciálně se zvyšující se teplotou.[8] Takový ohřívač bude produkovat vysoký výkon, když je studený, a rychle se zahřívá na konstantní teplotu. Kvůli exponenciálně rostoucímu odporu se ohřívač nikdy nemůže zahřát na teplejší teplotu, než je tato. Nad touto teplotou funguje guma jako elektrický izolátor. Během výroby gumy lze zvolit teplotu. Typické teploty jsou mezi 0 a 80 ° C (32 a 176 ° F).

Je to bodové samoregulační ohřívač a samoregulační ohřívač. Samoregulace znamená, že každý bod ohřívače nezávisle udržuje konstantní teplotu bez nutnosti regulační elektroniky. Samoregulační znamená, že ohřívač nikdy nemůže překročit určitou teplotu v jakémkoli bodě a nevyžaduje žádnou ochranu proti přehřátí.

Kapalný

Elektrodový kotel

Kompozitní topné články

Trubkový topný článek
Topný článek trubkové trouby
  • Trubkové (opláštěné) prvky obvykle obsahují jemnou cívku z nichromového (NiCr) odporového topného slitinového drátu, která je umístěna v kovové trubce (ze slitin mědi nebo nerezové oceli, jako je Incoloy ) a izolovány oxid hořečnatý prášek. Aby do ní nevnikla vlhkost hygroskopický izolátor, konce jsou opatřeny patkami izolačního materiálu, jako je keramická nebo silikonová guma, nebo jejich kombinací. Trubka je protažen kostkou stlačit prášek a maximalizovat přenos tepla. Může to být přímá tyč (jako v toustovač ) nebo ohnuté do tvaru, aby překlenuli oblast, která má být zahřátá (například v elektrická kamna, pece, a kávovary ).
  • Sítotisk kovokeramické dráhy uložené na keramických izolovaných kovových (obvykle ocelových) deskách nacházejí od poloviny 90. let široké uplatnění jako prvky v konvicích a jiných domácích spotřebičích.
  • Sálavé topné články (tepelné lampy): Vysoce výkonné žárovka obvykle běží na méně než maximální výkon, aby většinou vyzařovaly infračervený místo viditelného světla. Ty se obvykle nacházejí v sálavé ohřívače prostoru a ohřívače potravin, mající buď dlouhou trubicovitou formu nebo R40 forma reflektorové lampy. Styl reflektorové lampy je často zbarven červeně, aby se minimalizovalo produkované viditelné světlo; trubková forma má různé formáty:
    • Pozlacené - proslavila je patentovaná lampa Phillips Helen. Zlato dichroický uvnitř se ukládá film, který snižuje viditelné světlo a umožňuje průchod většiny krátkých a středních vln infračerveným paprskem. Hlavně pro topení lidí. Řada výrobců nyní tyto lampy vyrábí a neustále se zdokonalují.
    • Rubínově potažené - Stejná funkce jako pozlacené žárovky, ale za zlomek ceny. Viditelné oslnění je mnohem vyšší než u zlaté varianty.
    • Čirá - Bez povlaku a používá se hlavně ve výrobních procesech.
  • Odnímatelné prvky keramického jádra používají svinutý odporový topný slitinový drát provlečený jedním nebo více válcovými keramickými segmenty k vytvoření požadované délky (související s výkonem), se středovou tyčí nebo bez ní. Tento typ prvku, který je vložen do kovového pláště nebo trubice utěsněné na jednom konci, umožňuje výměnu nebo opravu, aniž by došlo k narušení příslušného procesu, obvykle ohřevu kapaliny pod tlakem.

Kombinované topné systémy

Viz také

Reference

  1. ^ „Keramický zapalovač SiN - FKK Corporation“. plug.fkk-corporation.com. Citováno 2020-11-30.
  2. ^ „Keramické zapalovače pro aplikace na pelety - FKK Corporation“. plug.fkk-corporation.com. Citováno 2020-11-30.
  3. ^ „Infračervené ohřívače trubek z křemenného wolframu a křemene s halogenem“.
  4. ^ "Halogenové ohřívače - výhody a nevýhody | Tansun". www.tansun.com.
  5. ^ „Křemenný wolfram a křemenné halogenové ohřívače“.
  6. ^ „Naše tlustá filmová technologie | Datec“. Datec Coating Corporation. Citováno 2019-08-11.
  7. ^ A b Potištěné filmy: věda o materiálech a aplikace v senzorech, elektronice a fotonice. Prudenziati, M. (Maria), Hormadaly, Jacob. Cambridge, UK: Woodhead Publishing. 2012. ISBN  978-0857096210. OCLC  823040859.CS1 maint: ostatní (odkaz)
  8. ^ US patent 6,734,250 
  9. ^ Rashidian Vaziri, MR; et al. „Nový rastrový laserový ohřívač CO2 pro aplikace pulzní laserové depozice: návrh a modelování pro homogenní ohřev substrátu“. Optické inženýrství. 51 (4): 044301. doi:10.1117 / 1.OE.51.4.044301. Archivováno od originálu 2016-10-10.