المنت مقاومتی

بسیاری از هیترهای استفاده شده در صنایع مختلف و در منازل از نوع المنت مقاومتی هستند. این نوع المنت از طریق مقاومت بوجود آمده در جریان الکتریکی درون آنها تولید حرارت (و نور) می کنند. در این مطلب نگاهی عمیق به انواع المنت های مقاومتی و طرز کار آنها می اندازیم. برای اطلاعات بیشتر از حر نوع خاص المنت می توانید از منوی بالا و بخش المنت وارد بخش های اختصاصی هر نوع شوید.

انواع المنت­های حرارتی با مقاومت الکتریکی

 

المنت حرارتی بخش اساسی هر بخاری (هیتر) برقی محسوب می­شود. با صرف نظر از اندازه­ی هیتر و نوع حرارت آن (تابشی یا غیره) و اینکه از نوع آغشته به روغن یا دارای گردش هوا به کمک فن باشد یا نه در داخل آن یک المنت حرارتی تعبیه شده است که وظیفه­ی آن تبدیل برق به گرما است.

 

ممکن است المنت حرارتی در بعضی از بخاری­های برقی در معرض دید باشد که از طریق شبکه­ی محافظ رادیاتور به رنگ قرمز درخشان نمایان است. در بعضی دیگر از بخاری­های برقی این المنت دیده نمی­شود و توسط روکش فلزی و پلاستیکی پوشیده شده است، اما گرما را همانند هیترهای قبلی به گردش در می­آورد. جنس المنت حرارتي و نحوه­ی طراحی آن مستقیما بر عملکرد خوب هیتر و طول عمر آن اثر می­گذارد.

 

مقدمه­ای بر حرارت مقاومتی

 

تعریف پارامترهای مربوطه
اهم	واحد مقاومت الکتریکی
زیمنس	واحد هدایت الکتریکی
ژول	واحد انرژی
وات	واحد توان، معادل یک ژول بر ثانیه
ولت	واحد پتانسیل الکتریکی، اختلاف پتانسیلی که می­تواند جریان ۱ آمپری را از مقاومت ۱ اهمی عبور دهد
آمپر	واحد جریان الکتریکی، عبور بارهای الکتریکی از سطح
BTU	واحد حرارت بریتانیایی که برای اندازه­گیری مقدار حرارت بکار می­رود. ۱ BTU برابر است با حرارت گرفته شده از یک چوب کبریت؛ BTU/hr = 3.41 x Watts

حرارت مقاومتی فرآیندی است که در آن جریان الکتریسیته از ماده­ی هادی (مقاومت) عبور کرده و حرارت آزاد می­کند. هر چقدر مقاومت در مسیر برق بزرگ­تر باشد، گرمای بیش­تری ایجاد می­شود که می­توان آن را بصورت مقدار «مقاومت الکتریکی» اندازه گرفت، و معکوس آن به صورت «هدایت الکتریکی» بیان می­شود.

 

فرمول تعریف مقاومت:

مقاومت = ولتاژ تقسیم بر جریان

 

ابررساناها (همانند مواد مورد استفاده در کاربردهای با فن­آوری بالا از جمله دستگاه­های MRI، طیف­سنج توده و شتاب­دهنده­های ذرات) مقاومت الکتریکی صفر دارند، به این معنی که با عبور جریان از ماده یا جسم هیچ حرارتی ایجاد نمی­شود. اما بخارهای برقی (در کنار تسترها، دستگاه­های قهوه­ساز، مو خشک­کن­ها و تقریبا هر وسیله­ی دیگر با عملکرد گرمایشی) از موادی با مقاومت الکتریکی بالایی ساخته می­شوند تا از مزیت تولید گرمای آن­ها استفاده شود.

حرارت خروجی واقعی تابعی از ولتاژ منبع و مقاومت هیتر است:

 

وات = ولتاژ به توان ۲ تقسیم بر مقاومت

اگر مقاومت خیلی زیاد باشد، هیچ جریانی از ماده عبور نمی­کند و بنابراین هیچ حرارتی تولید نمی­شود. به همین دلیل، انتخاب مواد با مقاومت مناسب برای المنت حرارتی از اهمیت بسیار زیادی برای به حداکثر رساندن حرارت خروجی و مصرف انرژی برخوردار است.

 

سیم مقاومت

سیم­ها یا نوارهای فلزی از مهم­ترین مواد کاربردی رایج برای المنت­های حرارتی هستند که معمولا سیم مقاومتی نامیده می­شوند. می­توان این سیم­ها را بسته به پیکربندی دستگاه بصورت مارپیچ در آورد یا آن را به شکل نوارهای تخت ایجاد کرد. هر چقدر سیم بلندتر باشد، گرمای بیش­تری ایجاد خواهد شد.

اگرچه از آلیاژهای مختلفی در کاربردهای خاص استفاده می­شود، بیش­تر از نیکروم برای بخاری­های برقی و سایر لوازم کوچک استفاده می­شود. نیکروم ۲۰/۸۰ آلیاژی است که ۸۰% آن نیکل و ۲۰% آن کروم است. ویژگی­های زیر باعث شده است تا نیکروم به المنت حرارتی خوبی تبدیل شود:

• مقاومت نسبتا بالا
• کار و شکل­دهی آسان
• اکسید و تخریب نشدن نیکروم در هوا و در نتیجه طول عمر بالا
• منبسط نشدن زیاد نیکروم در صورت گرم شدن
• نقطه­ی ذوب بالای تقریبا ۲۵۵۰ درجه فارنهایت (۱۴۰۰ درجه­ی سانتی­گراد)

 

سایر آلیاژهای رایج در المنت­های حرارتی کانتال (FeCrAl) و کوپرونیکل  (CuNi)هستند، اگرچه از این آلیاژها معمولا در بخاری­های برقی استفاده نمی­شود.

هیترهای سرامیکی

بتازگی، از المنت­های حرارتی سرامیکی بطور روزافزونی استفاده می­شود. این المنت­ها تحت همان مفاهیم مقاومت الکتریکی به عنوان مقاومت سیمی عمل می­کنند، با این تفاوت که از صفحات سرامیکی PTC بجای فلز استفاده می­شود.

سرامیک PTC (که معمولا تیتانات باریم، BaTiO3 است) به همین دلیل نام­گذاری شده است زیرا ضریب مقاومت حرارتی مثبتی دارد یعنی مقاومت آن با افزایش حرارت بیش­تر می­شود. این ویژگی خود محدودگر به عنوان ترموستات طبیعی عمل می­کند – مواد سرامیکی به سرعت گرم می­شوند، اما به محض رسیدن به درجه حرارت از پیش تعیین شده دمای آن ثابت می­شود. با بالا رفتن دما، مقاومت افزایش می­یابد و منجر به کاهش حرارت تولیدی می­شود. این امر باعث می­شود حرارت یکنواختی بدون تغییر توان حاصل شود.

 

مزایای هیترهای سرامیکی عبارتند از:

• گرم شدن سریع
• دمای سطحی پایین، کاهش خطر آتش­سوزی
• طول عمر زیاد
• عملکرد خود تنظیمی

 

در بیش­تر بخاری­های برقی، پنل­های سرامیکی دارای ساختار لانه زنبوری هستند و به صفحات آلومینیومی متصل می­شوند که گرما را با یا بدون فن از بخاری به هوا انتقال می­دهند.

لامپ­های حرارت تابشی یا مادون قرمز

هیترهایی که تاکنون ذکر شدند از نوع بخاری­های حرارتی هستند: این بدان معنی است که المنت حرارتی هوای عبوری از بالای آن را گرم می­کند و سپس هوای گرم در اتاق پخش می­شود. هیترهای تابشی متفاوت از بقیه هستند، زیرا بجای گرم کردن هوا، امواج مادون قرمز را منتشر می­کنند و این امواج با هر چیزی که تماس داشته باشند گرم می­کنند و شباهت بسیاری به اشعه­های خورشید دارند که سطح زمین را گرم می­کنند.

 

اگر تا به حال دست خود را نزدیک لامپ قرار داده باشید، احتمالا حرارت تابشی را حس کرده­اید. شاید بدانید که لامپ رشته­ای استاندارد بازده بسیار کمی دارد بطوریکه ۹۵% از انرژی داده شده به رشته­ی داخل لامپ بجای نور به گرمای مادون قرمز تبدیل می­شود. هرچند این امر از نظر نوردهی چندان خوب نیست اما برای هیترهایی که به منظور تولید گرمای تابشی در نظر گرفته شده­اند بسیار مطلوب است.

 

 

عملکرد رشته لامپ

رشته لامپ به عنوان طول سیم مقاومتی عمل می­کند هر چند که برای افزایش نور خروجی هنگام گرم شدن (یعنی، تابش رشته­ای) از تنگستن ساخته شده است. رشته­ی داغ در داخل شیشه یا کوارتز قرار گرفته است، که درون آن یا با گاز بی­اثر پر شده است و یا بصورت خلا (بدون هوا) است تا مانع از اکسیداسیون شود.

در بخاری برقی، رشته­ی حرارتی لامپ معمولا از جنس نیکروم است و انرژی از طریق آن با مقدار انرژی کمتر از حداکثر انرژی تغذیه می­شود بطوریکه رشته بجای نور مرئی دارای تابش مادون قرمز است. علاوه بر این، پوشش کوارتز اغلب قرمز رنگ است تا میزان نور مرئی منتشر شده کاهش یابد (در غیر این صورت، چشم­ را اذیت خواهد کرد). المنت حرارتی معمولا توسط بازتابنده­ای پشتیبانی می­شود که گرما را در یک جهت هدایت می­کند.

مزایای استفاده از لامپ­های حرارت تابشی عبارتند از:

• نبود زمان گرم شدن، بلافاصله گرم می­شود
• کار بدون سر و صدا، زیرا هوای داغ نیازی به فن ندارد
• تامین حرارت نقطه­ای در مناطق باز و خارج از منزل، جایی که هوای گرم باید پخش شود

 

 

صرفنظر از نوع المنت حرارتی در داخل بخار برقی، یک مزیت مشترک در همه­ی آن­ها وجود دارد: هیترهای مقاومت الکتریکی تقریبا بازده ۱۰۰% دارند. این بدان معنی است که تمام الکتریسیته­ی ورودی به مقاومت به گرمای مورد نیاز برای فضای مورد نظر تبدیل می­شود. این مزیتی است که همه از آن بخصوص از نظر صرفه­جویی در هزینه­ی قبض برق استقبال می­کنند.

منبع