カートリッジヒーターのワット密度に尽いて。

Question

教えて下さい。

下記条件で、カートリッジヒーターを使いたいのですが、
ヒータの選定に尽いてアドバイス宜しくお願い致します。

?φ20のSUS304パイプに、シース径φ19、長さ200（発熱範囲180）
程度のSUS304　t=1　100?-500ｗを使用します。

φ20のﾊﾟｲﾌﾟと、φ19のﾋｰﾀｰとの隙間に蒸気（空気を熱したい）を通したいのですが、
実験していると、ヒータの表面が黒く剥がれる（炭化？）してしまいます。

スライダックで電圧調整し、200ｗ　～　300ｗ　で実験しておりますが、
”炭化（スス）”が発生してほしくないし、その様な使用条件では、ﾋｰﾀｰの寿命も短命とおもい、できる限り、温度が高い方がいいし、しかし、寿命も長い方がいいと、した場合、どの様な仕様が限界仕様でしょうか？

ちなみに、ヒーター表面が、赤く目視で見える温度とは、800度以下と、言えるでしょうか?
当方、表面温度を測る測定器はあるのですが、いまいちわかりません。

以上の事を踏まえ、ヒーターメーカーWebで調べたところ、ワット密度を考慮すれば、100ｖ-500ｗ　を、MAX　　150ｗ　なら、この使い方でも大丈夫との事になりましたが、150ｗでは、どうしても温度が低く、300ｗ以上ほしいので、どうぞ、アドバイスの程宜しくお願い致します。

例えば、
ａ：ヒーター表面が赤くならない温度なら問題ない。
b:ヒーターの長さを200以上にすれば温度が上げられる（300ｗ以上）
c:シーズヒーターでないと、そのサイズ、その温度（ワットＷ）では無理
＊その使い方をしたいなら、こうすれば出来る！
など、、、、。

以上、宜しくお願い致します。

Accepted Answer

φ19×180mmのヒーターであって、定格が500Wとすると、熱伝達に関わる
表面積は107cm2ほどですから、ワット密度は4.7W/cm2と思います。

このワット密度から想定すると、お使いのヒーターは、水や油に漬けて使う
タイプではありませんか？このようなヒーターを空気中で使えば、過熱して
表面の酸化が急速に起きるとともに、ヒーター自体の寿命も極端に短くなり
ます。まずは、この点をご確認なさることが必要かと思います。
空気など気体を加熱するためのヒーターを選定なさっているならば、私の
回答は的はずれですから読み飛ばして下さい。

高温の空気が必要であれば、ホットエアガンと呼ばれるような製品がありま
すから、このようなものを採用するのも問題を解決するための代替案と思い
ます。

もう一つのお問い合わせ：
＞ヒーター表面が、赤く目視で見える温度とは、800度以下と、言えるか?

加熱した物体の表面から発する光は、ある温度を境に明確な変化をする訳
ではなく、温度に応じて明るさ（正確には輝度）と色味が連続的に変化しま
す。従って、環境の明るさが明るい場合は、かなり高温にならないと赤熱
していることを認識できませんが、環境の明るさを暗黒状態にすると、かな
りの低い温度でも光を発することが確認できます。

次のURLによれば、500℃で赤みを帯びはじめると記載されています。

http://www.kenbujuku.com/modules/buguwiki/50.html

自分でも小型の電気炉を使って試してみました。真っ暗にした部屋で、炉内
温度を600℃程度まで上げ、ヒータの電源を遮断してのぞき窓から炉壁を観察
してどの程度の温度まで、赤みを確認できるか観察したところ、500℃までは
光を発していることが判りました。さらに温度を低下させたとき、480℃付近
で周囲の暗闇と区別がつかない状態でとなりました。ただし、500℃付近の場
合、光を発しているのは判りますが、とても暗いので、色味ははっきりは判ら
ない状態でした。

色味による温度の判断は、経験を積んだ人が、管理された条件下で観察すれば
実用的な精度があるかもしれませんが、周囲の明るさなどが不明な条件下では
800℃以下というような明確な判断は難しいように思います。

カートリッジヒーターのワット密度についてのアドバイスをお願いします