عنصر سخان

أنواع عناصر التسخين

عنصر التسخين هو أي جهاز ينتج حرارة. لذلك، فإن أنواع عناصر التسخين هي أي عناصر تنتج حرارة.

بشكل عام، فإن عناصر التسخين في العناصر التالية هي كالتالي:

• عناصر التسخين بالأشعة تحت الحمراء:

تستخدم مدافئ الأشعة تحت الحمراء عناصر تسخين أنبوبية من الكوارتز. عند مرور التيار الكهربائي عبر خيوط التنجستن في أنبوب الكوارتز، يتم تسخين الهواء داخل الأنبوب وزجاج الأنبوب. ثم يصدر الأنبوب المُسخن إشعاعًا تحت الحمراء ويُسخن المنطقة المحيطة.

• عناصر التسخين المايكروثرمية:

عادةً ما تُصنع عناصر التسخين الكهربائية لمدافئ المايكروثرمية من الفولاذ المقاوم للصدأ. تحتوي مدافئ المايكروثرمية على لوح ميکا سيراميكي. يتمدد اللوح عند مرور التيار الكهربائي فيه، ويتم توليد طاقة حرارية. يمكن أن تساعد عناصر التسخين من الفولاذ المقاوم للصدأ في توزيع طاقة الحرارة التي ينتجها اللوح السيراميكي في جميع أنحاء الغرفة.

• عناصر التسخين الكربونية:

تتضمن عناصر التسخين الكربونية ألواح الكريستال الكربونية وعناصر التسخين من أنابيب النانو الكربونية. تعمل ألواح الكريستال الكربونية كعنصر تسخين شعاعي رئيسي لمدافئ الكربون بالأشعة تحت الحمراء. فهي تُشعّ طاقة حرارية عند مرور التيار الكهربائي من خلالها. بالإضافة إلى ذلك، تُعدّ عناصر التسخين من أنابيب النانو الكربونية عناصر تسخين متقدمة. يمكن أن تسخن بسرعة وتوفر الطاقة.

• عناصر التسخين السيراميكية:

عادةً ما تستخدم مدافئ السيراميك عناصر تسخين سيراميكية PTC (معامل درجة حرارة إيجابي). تُغير عناصر PTC مقاومتها مع درجة الحرارة. لديها مقاومة منخفضة عندما تكون درجة الحرارة منخفضة. لذلك، يمر تيار كبير عبرها، وتسخن بسرعة. مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد مقاومتها، ويقل التيار. وبالتالي، تُنظم وتُحافظ على درجة حرارة مستقرة. في الوقت نفسه، تؤدي تغيرات درجة الحرارة السريعة والمتواصلة إلى تبادل حراري بين السيراميك والهواء. لذلك، يتم تسخين السيراميك بسرعة ويتم إطلاق الحرارة لتدفئة الهواء.

• عناصر التسخين الكهربائية:

عادةً ما تُصنع عناصر التسخين الكهربائية من سلك النيكروم. سلك النيكروم هو سبيكة معدنية تحتوي على النيكل والكروم. تتميز السبيكة بمقاومة عالية. عند مرور التيار الكهربائي عبر سلك النيكروم، يقاوم تدفق التيار الكهربائي. يتم توليد الحرارة. تُسمى عناصر التسخين الكهربائية أيضًا بعناصر التسخين المقاومة.

مواصفات عناصر التسخين وصيانتها

مواصفات

• المادة: تتمتع المواد المُستخدمة في تصنيع عنصر التسخين بمقاومة كهربائية متغيرة، مما يسمح لها بالعمل بشكل جيد عند استخدامها لعمل عناصر التسخين.
• كثافة الواط: وهي الطاقة المُنتجة لكل وحدة مساحة من عنصر التسخين. تؤثر على سرعة التسخين ودرجة الحرارة المثلى لعنصر التسخين. يمكن أن تؤدي كثافة الواط العالية إلى تسخين العنصر بسرعة، لكنها قد تُقصر من عمره الافتراضي أيضًا. تتمتع معظم عناصر التسخين الصناعية بكثافة واط تتراوح بين 3 و 15w/cm2.
• درجة حرارة التشغيل: يتمتع كل عنصر تسخين بدرجة حرارة تشغيل مُوصى بها. إذا تجاوزت هذه درجة الحرارة، فقد تتلف العناصر. تختلف درجة حرارة التشغيل من عنصر إلى آخر. على سبيل المثال، يمكن أن تعمل عناصر التسخين من الميكا بشكل جيد عند درجات حرارة تبلغ 300 درجة مئوية، بينما يمكن أن تتحمل عناصر التسخين السيراميكية درجات حرارة تصل إلى 850 درجة مئوية.
• الجهد: تعمل عناصر التسخين بشكل جيد عند جهد معين. على سبيل المثال، يمكن أن يعمل عنصر التسخين ذو الجهد العالي بجهد يتراوح بين 1,000 و 5,000.
• الواط: يُشير ذلك إلى إجمالي الطاقة المُنتجة لعنصر التسخين. يُحدد كمية الحرارة التي ينتجها عنصر. عادةً ما تكون عناصر التسخين من الميكا ذات واط يتراوح بين 2000 و 3000.

الصيانة

تضمن الصيانة والرعاية المناسبة لعناصر التسخين خدمة الغرض المقصود منها لفترة أطول. فيما يلي بعض النصائح المفيدة حول كيفية صيانة ورعاية عناصر التسخين.

• الحفاظ عليه جافًا: يمكن أن تُلحق الرطوبة الضرر بوظائف عنصر التسخين. يمكن أن تتسبب المياه بسهولة في تآكل المعادن التي تُشكل عنصر التسخين، مما يؤثر على أدائها. وذلك لأن الماء والكهرباء لا يختلطان. يجب على المستخدمين التأكد من جفاف عناصر التسخين طوال الوقت لمنع تلفها بسبب المياه.
• إيقافه: يجب على المستخدمين إيقاف تشغيل إمداد الطاقة لعنصر التسخين عندما لا يكون قيد الاستخدام. يمنع ذلك السخونة الزائدة، مما يُقصر من عمر عنصر التسخين. كما أنه يُقلل من مخاطر الحروق العرضية وحرائق الحريق.
• تجنب التحميل الزائد: يمكن للمستخدمين إطالة عمر عناصر التسخين الخاصة بهم باستخدام الواط المُوصى به. يمكن أن يؤدي التحميل الزائد إلى السخونة الزائدة، والتلف، والتدهور المبكر.
• التنظيف المنتظم: يؤدي تنظيف عنصر التسخين بانتظام إلى التخلص من تراكم الغبار والحطام. يمكن أن يُحدّ تراكم الغبار من نقل الحرارة، مما يؤدي إلى السخونة الزائدة والتلف. يجب على المستخدمين اتباع تعليمات الشركة المصنعة عند تنظيف عنصر التسخين.

سيناريوهات

تُسخن عناصر التسخين الكهربائية الماء في سخانات المياه، وسخانات الحمام، وسخانات حمامات السباحة. تُغمر العناصر في الماء وتنقل الحرارة من خلال التوصيل. توفر عناصر تسخين الغلايات للصناعة بخارًا عالي الجودة لمعالجة الأغذية، والتعقيم، والتجفيف، والتطبيقات الصناعية الأخرى.

تستخدم صناعات السيارات والسيارات عناصر التسخين السيراميكية بالطرق التالية:

• نواة سخان السيارة: نواة سخان السيارة عبارة عن مشعّ صغير يقع داخل لوحة القيادة في السيارة. الغرض الأساسي منها هو نقل الحرارة من سائل تبريد المحرك (الذي يتم تسخينه بواسطة المحرك) إلى الهواء الذي يتم نفخه في المقصورة بواسطة مروحة السخان. تتكون نواة السخان من أنابيب معدنية (عادةً الألومنيوم أو النحاس) تمر عبر مصفوفة كثيفة من الأنابيب الأصغر التي تُشكل هيكلًا يشبه المشعّ. عندما يكون المحرك قيد التشغيل، يدور سائل التبريد عبر نواة السخان، حيث يُطلق الحرارة. ثم يمر الهواء القادم من مروحة السخان عبر نواة السخان، مما يمتص الحرارة، مما يُسخن الهواء. ثم يتم نفخ هذا الهواء الدافئ في المقصورة، مما يُوفر الدفء لداخل السيارة. باختصار، تعمل نواة السخان كمشعّ صغير ينقل الحرارة من المحرك (عبر سائل التبريد) إلى الهواء الذي يُسخن المقصورة.
• فتحات إزالة الضباب: فتحات إزالة الضباب في السيارة عبارة عن فتحات مُصممة خصيصًا موجودة في الجزء العلوي من لوحة القيادة، عادةً بالقرب من ماسحات الزجاج الأمامي. وظيفتها الرئيسية هي توجيه الهواء الدافئ من نظام تسخين السيارة (الذي يمكن أن يأتي من المحرك أو عنصر تسخين كهربائي) مباشرةً على الزجاج الأمامي والنوافذ الأمامية. يساعد هذا الإجراء على منع تكون الضباب أو التجمد على النوافذ في ظروف الطقس البارد، مما يضمن بقاء رؤية السائق واضحة. بالإضافة إلى ذلك، تلعب فتحات إزالة الضباب دورًا أساسيًا في إذابة أي جليد أو ثلج قد يكون قد تراكم على الزجاج الأمامي خلال ظروف الشتاء، مما يسمح بالقيادة الآمنة وغير المختلة.
• سخانات المقاعد: تعمل سخانات مقاعد السيارات من خلال استخدام عنصر تسخين مُدمج داخل وسادة المقعد ومسند الظهر. عادةً ما تُصنع هذه العناصر من مواد موصلة مثل ألياف الكربون أو الأسلاك الرفيعة. عندما يتم تنشيط نظام تسخين السيارة، يمر التيار الكهربائي عبر هذه العناصر، مما يُولد حرارة من خلال عملية تُسمى تسخين المقاومة. ثم يتم نقل هذه الحرارة إلى الجزء المُبطن من المقعد وجسم الراكب، مما يُوفر الدفء، خاصةً في ظروف الطقس البارد. قد تحتوي بعض السيارات الحديثة أيضًا على عجلة قيادة مُدفأة تستخدم مبدأ مشابهًا.

تُستخدم عناصر التسخين الأرضية بشكل أساسي في أنظمة التسخين تحت الأرض، والتي تُوفر شعورًا دافئًا ومريحًا عند المشي على الأرض.

كيفية اختيار عناصر التسخين

يمكن أن يكون اختيار عناصر التسخين الصناعية المناسبة لتطبيق معين أمرًا صعبًا. ستساعد النصائح التالية مشتري الأعمال على اتخاذ القرار الصحيح.

• توافق العنصر

  يجب على مشتري الأعمال التأكد من أن عنصر التسخين الجديد سيتناسب مع العنصر الموجود. هذا الفحص ضروري لتجنب انقطاع التشغيل غير الضروري الناتج عن تركيب المعدات.

• كثافة الواط

  تشير كثافة الواط إلى تصنيف الطاقة لكل وحدة مساحة. يمكن أن تؤثر على درجة حرارة العنصر. يجب على مشتري الأعمال مراعاة كثافة الواط لعنصر التسخين. يمكن أن تُسخن العناصر ذات كثافة الواط العالية منطقة بسرعة. ومع ذلك، قد تُسخن هذه العناصر بشكل زائد وتُعرّض سلامة التطبيق للخطر.

• توزيع الحرارة

  يُعدّ توزيع الحرارة المتساوي أمرًا مهمًا جدًا لتجنب النقاط الساخنة والحفاظ على درجة حرارة ثابتة في جميع أنحاء المساحة. يجب على مشتري الأعمال مراعاة عناصر التسخين التي تُوفر توزيعًا موحدًا للحرارة.

• خيارات التحكم

  تأتي عناصر التسخين مع ميزات تحكم مختلفة مثل التحكم في التغذية المرتدة وتنظيم درجة الحرارة. يجب على مشتري الأعمال اختيار العناصر ذات خيارات التحكم التي ستُعطيهم النتيجة المرجوة.

• الاعتبارات البيئية

  يجب على مشتري الأعمال مراعاة البيئة التي سيعمل فيها عنصر التسخين. يجب على المشترين مراعاة الظروف الجوية مثل الرطوبة والارتفاع. يمكن أن تؤثر البيئة على أداء عنصر التسخين. كما يمكن أن تؤثر على عمره الافتراضي.

• كفاءة التشغيل

  يجب على مشتري الأعمال مراعاة كفاءة تشغيل عنصر التسخين. تؤثر كفاءة التشغيل على استهلاك الكهرباء. كما يمكن أن تؤثر على تكلفة تشغيل النظام بأكمله.

• متطلبات التثبيت

  يجب على مشتري الأعمال مراعاة متطلبات تثبيت عنصر التسخين الجديد. تتطلب بعض عناصر التسخين عمليات تثبيت معقدة. قد تتطلب هذه التثبيتات قوة عاملة إضافية أو خبرة فنية.

أسئلة وأجوبة عن عنصر التسخين

س1: أي الشركات المصنعة تُصنع عناصر التسخين الكهربائية المُخصصة؟

ج1: تُصنع شركات Score وThermoFlex وWatlow وAICOM جميعها عناصر تسخين مُخصصة لتناسب الاحتياجات المحددة. قد تتضمن تصاميمها المُخصصة أشكالًا أو أحجامًا أو مواصفات جهد وواط مختلفة. عند صنع عناصر تسخين مُخصصة، سيناقشون تطبيق العميل، واحتياجات الأداء، ومتطلبات التثبيت.

س2: هل يمكن للأشخاص استبدال عنصر تسخين معيب في سيارة؟

ج2: يمكن لمتخصص استبدال عنصر تسخين معيب في سيارة. ومع ذلك، ليس من الآمن للأشخاص القيام بذلك بأنفسهم لأن نواة السخان توجد عادةً داخل لوحة القيادة. سيُتطلب استبدالها إزالة جزء كبير من لوحة القيادة، وهي مهمة معقدة وطويلة. من الأفضل استشارة ميكانيكي أو خبير سيارات والسماح للشخص القيام بذلك.

س3: ما هي علامات عنصر تسخين سخان المياه المنزلي المعيب؟

ج3: سيُظهر سخان المياه المنزلي ذو عنصر تسخين معيب علامات مثل عدم وجود ماء ساخن، أو عدم اتساق درجة حرارة الماء، أو أصوات غريبة، أو فاتورة كهرباء مرتفعة. يحتوي سخان المياه على عنصري تسخين. إذا أصبح أحدهما معيبًا، فقد يعمل سخان المياه ولكن بكفاءة أقل. إذا احترق أحد العناصر، فقد يُصدر صوتًا طنينًا مثل المحول. من الأفضل الاتصال بسباك لفحص سخان المياه بدلاً من محاولة التحقق من عنصر التسخين.

س4: ما هي أنواع إمدادات الطاقة التي تُستخدمها عناصر التسخين بتيار متناوب؟

ج4: يُوفر مصدر طاقة بتيار متناوب ذو جهد معين تيارًا متناوبًا لعنصر التسخين. تُعدّ الجهود الشائعة 110-120 فولت للاستخدام المنزلي و 220-240 فولت للتطبيقات الصناعية أو بعض التطبيقات ذات الطاقة العالية. قد تستخدم بعض التطبيقات الصناعية تيارًا متناوبًا عالي الجهد ثلاثي الطور.

س5: ما هو الفرق بين عنصر تسخين الماء ولفائف التسخين؟

ج5: عنصر تسخين الماء هو نوع معين من عنصر التسخين مُصمم لتسخين الماء في خزان لتوفير الماء الساخن. سيتأكد هيكله من إمكانية غمره في الماء. لفائف التسخين مصطلح أكثر عمومية. يمكن أن تُسخن الهواء أو المواد الأخرى. ستختلف لفائف التسخين في هيكلها لتغيير المواد المستهدفة.