工業用暖房の議論に入ると、誰かが「ステンレス鋼」を単一の材料であるかのように言及するでしょう。実際には、カートリッジ ヒーターのメーカーは、特定の温度範囲や化学的環境に合わせて最適化されたさまざまな合金の中から選択します。 -40 度の用途では、これらの材料の選択によって、ヒーターが何年も耐えられるか、それとも数か月以内に故障するかが決まります。
304 ステンレス鋼は、一般的な産業用途の主力材料として機能します。 18% のクロムと 8% のニッケル含有量により、極低温での靭性を維持しながら、800 度までの優れた耐酸化性を実現します。オーステナイト構造は、炭素鋼の悩みの種である延性から脆性への転移を防ぎ、冷間始動時や熱サイクル中にシースが割れることを防ぎます。ほとんどの寒冷地用-産業用途-屋外機械、冷凍装置、一般プロセス加熱-304 は、パフォーマンスとコストの最適なバランスを提供します。
316L ステンレス鋼は、304 の基本組成に 2 ～ 3% のモリブデンを添加し、塩化物や工業用化学薬品に対する耐性を劇的に向上させます。これは、塩分や酸性の洗剤が標準的なステンレスを攻撃する海洋環境、化学処理、または食品用途では重要になります。 「L」の指定は炭素含有量が低い（0.03%未満）ことを示し、溶接中に腐食開始点を引き起こす可能性のある炭化物の析出を防ぎます。 -40 度および腐食性雰囲気の両方にさらされるカートリッジ ヒーターの場合、316L は 20 ～ 30% のコスト プレミアムに見合う延長された耐用年数を提供します。
Incoloy 800 および 840 は、要求の厳しいアプリケーション向けのプレミアム層を表します。これらのニッケル-鉄-クロム合金には、ステンレス鋼の 8-10% に比べて 30-35% のニッケルが含まれており、高温での酸化や浸炭に対して優れた耐性を備えています。寒冷地での使用にとってさらに重要なのは、極端な温度範囲にわたって優れた機械的強度と延性を維持することです。また、ニッケル含有量が高いため、急速な温度変化による熱衝撃、つまり -40 度の周囲条件でヒーターがオンになったときに起こる熱衝撃に対する耐性も備えています。
内部コンポーネントにも同様に特殊な素材が使用されています。抵抗線は通常、安定した抵抗特性と 1200 度までの耐酸化性を備えた NiCr 80/20-ニッケル 80%、クロム 20%- から選択されます。 FeCrAl（鉄-クロムアルミニウム）のような代替合金は、より低いコストでより高い最高温度を提供しますが、延性が低く、温度サイクルに伴う抵抗変化がより急速であるという欠点があります。 -40 度から +800 度の範囲にわたって予測可能なパフォーマンスを実現するため、NiCr 80/20 は引き続き業界標準です。
酸化マグネシウム絶縁体は商品のように見えるかもしれませんが、純度レベルは大きく異なります。工業グレードの MgO には、熱伝導率と絶縁耐力を低下させる不純物が含まれています。 -専門サプライヤーの高純度 MgO-日本の Tateho、英国の UCM- は、20 度で 10¹⁴ Ω・cm 以上の絶縁抵抗を維持しながら、6 W/m・K 以上の熱伝導率を実現します。この純度は、電気的破壊を防ぎながら熱がワイヤからシースに効率的に流れる必要がある高密度設計において重要になります。{10}}ワット{11}}。
リード線の絶縁は、おそらく最も厳しい材料選択の課題に直面しています。ヒーター接続点で 250 度の温度に耐えながら、-40 度でも柔軟性を維持する必要があります。標準的な PVC は両方の点で問題があり、-10 度以下では脆くなり、105 度で溶けます。シリコーンゴムは、-60 度の柔軟性と 200 度の連続定格を備えていますが、機械的耐摩耗性に欠けています。この解決策は、湿気や化学物質から保護するためにシリコーンまたはテフロンコーティングを施した、耐熱性を備えたグラスファイバー編組の複合構造です。極端な環境向けに、鉱物絶縁を施した純ニッケル芯線 (MI ケーブル) は、絶対的な耐湿性を備えた -200 度から +600 度までの耐用性を提供します。
端子ピンと内部接続にはニッケル-マンガンまたは純ニッケル合金が使用されており、ステンレス シースの熱膨張特性に適合し、耐腐食性の電気経路を提供します。-真鍮または銅の端子は安価ですが、ステンレス鋼と組み合わせると電解腐食セルが発生し、熱サイクル中に加工硬化が発生して接続障害が発生します。{3}
