炭素繊維ヒーターエレメントの上限温度を上げるには？

多くのメーカーが カーボンファイバーヒーターエレメント は、最高使用温度が摂氏約300度の管を製造している。この温度を超えると、加熱管の寿命は著しく短くなる。さらに、耐熱電線のシリコーン層は、高温環境下では時間の経過とともに粉化する傾向があり、絶縁特性が徐々に失われていく。長期間の使用は機器の漏電につながり、保護対策が不十分だと安全事故につながりやすい。では、どうすればこの問題を解決できるのだろうか。

まず、最高使用温度を制限する要因を分析しよう。主に原材料の物性から分析する：

1. 石英管: 石英管 は摂氏1100度までの温度で長時間使用できるので、摂氏300度でも問題はない。
2. 電熱線:炭素繊維ヒーターエレメントの発熱線には炭素繊維を使用しており、真空中で2700℃まで物理的・化学的特性を維持できるため、発熱線に問題はありません。
3. 純モリブデン電極:モリブデンは2400℃まで物理的・機械的特性を維持できるので、電極は問題ない。
4. 耐高温ワイヤー:高温ワイヤーの耐熱グレードは350℃である。この温度を超えると、電線は絶縁性を失うため、炭素繊維ヒーター素子の耐熱レベルが決まる。

次に、炭素繊維ヒーター素子の動作状態から温度限界の問題を分析してみよう。電源を入れてから10秒後、炭素繊維ヒーター素子の発熱部の温度は500℃以上に達することがある。エネルギー保存の原則によれば 石英ヒーティングチューブ が密閉された空間に置かれた場合、空間の温度は熱平衡に達するまで上昇し続ける。

しかし、なぜ炭素繊維ヒーター素子の限界温度は摂氏350度とよく言われるのだろうか。これは、石英発熱管がそれ以上の温度に耐えられないからではなく、ほとんどの加熱装置の配線はオーブン内に配置されており、配線の最高耐熱温度は約350℃であるため、高温の配線が炭素繊維ヒーター素子の動作温度を上げるためのネック材料になっているからである。

以上の分析から、炭素繊維ヒーター素子の上限温度の問題を解決するためには、高温ワイヤーの耐熱性に対処する必要がある。定格温度を上げるべきか、配線方法を変えるべきか。

スクリューコネクター 炭素繊維ヒーターエレメント ワイヤー溶接の代わりにスクリューコネクターを使用することで、ワイヤー溶接部でのシリコンワイヤーの粉落ちや剥離の心配がない新方式です。他のヒーターチューブの接続方法を採用し、研究を重ねた結果、スクリューコネクター付きカーボンファイバーヒーターエレメントを開発しました。石英発熱管のワイヤー溶接の代わりにM4ネジを使用することで、回路設計を変更することなく、従来の金属抵抗線発熱管の取り付け方法で後付けすることができ、高温時の発熱管ワイヤーの絶縁性能を確保し、機器の漏電や故障を防ぐことができます。

では、炭素繊維ヒーター素子の上限温度は？私たちは、従来の炭化ケイ素ヒーター・ロッドを置き換えることができる摂氏1000度以上を達成したいと考えています。炭化ケイ素ヒーター・ロッドは、不活性ガスや還元性ガスの保護雰囲気が必要で、寿命が短く、コストが高い。炭素繊維ヒーター・エレメントが炭化ケイ素ヒーター・ロッドに取って代わることができれば、より費用対効果が高く、耐久性のあるソリューションを提供することができ、市場に大きなチャンスをもたらすでしょう。

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