요약하자면, 실리콘 카바이드(SiC) 발열체는 물리적 모양과 보호 코팅 유무에 따라 분류됩니다. 일반적인 모양에는 직선형 로드(단일 또는 이중 나선), U형 및 다중 다리 요소가 포함되며, 특정로 분위기에서 화학적 공격으로부터 요소를 보호하기 위해 특수 코팅이 적용됩니다.
필요한 SiC 요소의 특정 유형은로의 물리적 장착 요구 사항과 작동할 화학 환경이라는 두 가지 요소에 의해 결정됩니다. 모든 SiC 요소는 뛰어난 고온 성능을 제공하지만, 수명은 점진적인 노화 과정을 관리하는 데 달려 있습니다.
실리콘 카바이드를 선택하는 이유
실리콘 카바이드는 종종 1,600°C에서 1,700°C 사이의 극한 온도에서 작동하는 전기 발열체에 가장 적합한 재료입니다. 주요 장점은 근본적인 물리적 특성에 있습니다.
탁월한 구조적 안정성
많은 금속 요소와 달리 SiC에는 액상(liquid phase)이 없습니다. 이는 고온에서 자체 무게로 인해 처지거나, 변형되거나, 크리프 현상이 발생하지 않아 장기적인 구조적 무결성을 보장한다는 것을 의미합니다.
이러한 높은 강성과 낮은 열팽창은 급격한 열 순환이 수반되는 응용 분야에서 탁월한 내구성을 제공합니다.
높은 전기 효율성
SiC 요소는 높은 전기 저항을 가집니다. 이 특성은 전기 에너지를 최소한의 손실로 직접 열로 효율적으로 변환할 수 있게 하므로 기능의 핵심입니다.
일반적인 SiC 요소 유형 분석
다양한 변형이 있지만, SiC 요소는 물리적 모양과 보호 표면 코팅 적용에 따라 그룹화될 수 있습니다.
기본 모양: 로드 및 나선
가장 일반적인 형태는 직선형 로드형 요소입니다. 이들은 단일 나선 또는 이중 나선 가열 섹션으로 제조될 수 있습니다.
예를 들어 SGR 유형과 같은 이중 나선 설계는 종종 더 높은 전력 밀도를 허용하며 최대 1625°C의 온도에 도달할 수 있습니다.
U형 요소: 배선 단순화를 위해
U형 요소는 두 개의 SiC 로드가 한쪽 끝에서 결합되어 양쪽 전기 단자가 모두 같은 쪽에 있는 "U" 모양을 형성합니다.
이 설계는 배선을 단순화하며,로 설계에 맞게 수직 또는 수평으로 장착될 수 있어 매우 다재다능합니다.
코팅된 요소: 가혹한 분위기를 위해
표준 SiC는 특정 화학 증기로부터 손상되기 쉽습니다. 이를 상쇄하기 위해 제조업체는 특수 보호 코팅이 적용된 요소를 제공합니다.
일반적인 예로는 A 코팅, B 코팅 또는 알칼리 저항성 코팅이 있습니다. 특정 공정 증기에 대한 요소 수명을 보장하려면 올바른 코팅을 선택하는 것이 중요합니다.
상충 관계 이해: "노화"의 과제
SiC 요소의 주요 작동 고려 사항은 노화(aging)으로 알려진 현상입니다. 이는 결함이 아니라 재료의 고유한 속성입니다.
산화 과정
시간이 지남에 따라 고온에서 실리콘 카바이드는 점차 산화됩니다. 이 과정은 요소의 전기 저항을 서서히 증가시킵니다.
일관된 전력 출력(따라서 안정적인 온도)을 유지하려면 요소 수명 동안 공급되는 전압을 점진적으로 높여야 합니다.
가변 전압의 필요성
노화로 인해 SiC 가열 시스템에는 사이리스터(SCR) 컨트롤러 또는 다중 탭 변압기와 같은 가변 전압 전원 공급 장치가 필요합니다. 고정 전압 시스템은 요소가 노화됨에 따라 열 출력이 감소하는 결과를 낳습니다.
올바른 요소 선택 및 사양 지정 방법
올바른 요소를 선택하는 것은 요소의 특성을 장비 및 공정과 일치시키는 문제입니다. 주문 시 일반적으로 가열부 직경(d), 단자부 직경(D), 가열부 길이(L1), 단자부 길이(L2)를 포함하여 정확한 치수를 제공해야 합니다.
- 주요 초점이 표준 고온 가열인 경우: 직선형 로드 또는 U형 요소가 가장 일반적이고 비용 효율적인 선택입니다.
- 주요 초점이 배선 단순화 또는 유연한 장착인 경우: 양쪽 연결부가 한쪽에 있는 U형 요소가 이상적입니다.
- 주요 초점이 화학적으로 공격적인 분위기에서의 작동인 경우: 특정 공정 증기에 저항하도록 설계된 보호 코팅이 있는 요소를 선택해야 합니다.
- 주요 초점이 가능한 최고 온도 및 전력 밀도 달성인 경우: 특수 이중 나선 요소가 필요할 수 있습니다.
이러한 차이점을 이해하면 높은 성능과 최대 작동 수명을 모두 제공하는 요소를 선택할 수 있습니다.
요약표:
| 유형 | 주요 특징 | 이상적인 용도 |
|---|---|---|
| 로드(단일/이중 나선) | 높은 전력 밀도, 최대 1625°C | 표준 고온 가열 |
| U형 | 단순화된 배선, 유연한 장착 | 쉬운 설치 및 다목적 설정 |
| 코팅됨(예: A, B, 알칼리 저항성) | 화학 증기로부터의 보호 | 가혹한로 분위기 |
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