ऊष्मीय तत्व

ऊष्मीय तत्व जूल ऊष्मा की प्रक्रिया के माध्यम से विद्युत ऊर्जा को ऊष्मीय में परिवर्तित करता है। तत्व के माध्यम से विद्युत प्रवाह को विद्युत प्रतिरोध का सामना करना पड़ता है, जिसके परिणाम स्वरूप तत्व गर्म हो जाता है। और पेल्टियर प्रभाव के विपरीत, यह प्रक्रिया धारा की दिशा से स्वतंत्र हो जाती है।

ऊष्मीय तत्व के प्रकार
[[File:Tubular Electric Heater diagram.svg|thumb|ट्यूबलर इलेक्ट्रिक हीटर. 1. प्रतिरोध ऊष्मीय तत्व

2. विद्युत इन्सुलेटर

3. धातु आवरण]]

धातु
प्रतिरोध तार: धात्विक प्रतिरोध ऊष्मीय तत्व तार या रिबन, सीधे या कुंडलित हो सकते हैं। इनका उपयोग सामान्य ऊष्मीय उपकरणों जैसे टोस्टर और ब्लो ड्रायर, औद्योगिक ऊष्मीय के लिए फर्नेस, फर्श ऊष्मीय, छत ऊष्मीय, बर्फ पिघलाने के लिए पाथवे ऊष्मीय, ड्रायर आदि में किया जाता है। इसमें उपयोग की जाने वाली पदार्थ के सबसे सामान्य वर्गों में सम्मिलित हैं:
 * निक्रोम: अधिकांश प्रतिरोध तार ऊष्मीय तत्व सामान्यतः नाइक्रोम 80/20 (80% निकल, 20% क्रोमियम) तार, रिबन या पट्टी का उपयोग करते हैं। नाइक्रोम 80/20 आदर्श पदार्थ है, क्योंकि इसमें अपेक्षाकृत उच्च प्रतिरोध होता है और जब इसे पहली बार गर्म किया जाता है तो यह क्रोमियम ऑक्साइड की अनुवर्ती लेयर बनाता है। इस लेयर के नीचे की पदार्थ ऑक्सीकरण नहीं करेगी, जिससे तार को टूटने या जलने से रोका जा सकता है।
 * कंथल (मिश्र धातु) (FeCrAl) तार
 * कम तापमान पर ऊष्मीय के लिए कप्रोनिक्ल (CuNi) मिश्र धातु
 * एटचेड फ़ॉइल: एटचेड फ़ॉइल तत्व सामान्यतः प्रतिरोध तार तत्वके समान मिश्र धातुओं से बने होते हैं, किन्तु घटिया फोटो-एचिंग प्रक्रिया के साथ निर्मित होते हैं जो धातु फ़ॉइल की सतत शीट से प्रारंभ होती है और सम्मिश्र प्रतिरोध पैटर्न के साथ समाप्त होती है। ये तत्व सामान्यतः मेडिकल डायग्नोस्टिक्स और एयरोस्पेस जैसे स्पष्ट ऊष्मीय अनुप्रयोगों में पाए जाते हैं।

सिरेमिक और अर्धचालक

 * मोलिब्डेनम डिसिलिसाइड (MoSi2) इंटरमेटेलिक यौगिक, मोलिब्डेनम का सिलिसाइड, दुर्दम्य सिरेमिक है जिसका उपयोग मुख्य रूप से ऊष्मीय तत्व में किया जाता है। इसका घनत्व मध्यम गलनांक 2030°C (3686°F) है और यह विद्युत प्रवाहकीय है। उच्च तापमान पर यह सिलिकॉन डाइऑक्साइड की निष्क्रियता (रसायन) लेयर बनाता है, जो इसे आगे ऑक्सीकरण से बचाता है। अनुप्रयोग क्षेत्र में ग्लास उद्योग, सिरेमिक सिंटरिंग, गर्मी से निजात और अर्धचालक प्रसार धातुकर्म फर्नेस सम्मिलित हैं।
 * सिलिकन कार्बाइड, सिलिकॉन कार्बाइड या ऊष्मीय एलिमेंट्स सिलिकॉन कार्बाइड § ऊष्मीय एलिमेंट्स देखें जाते है।
 * सिलिकॉन नाइट्राइड, सिलिकॉन नाइट्राइड या ऑटोमोबाइल उद्योग सिलिकॉन नाइट्राइड § ऑटोमोटिव उद्योग देखें। गैस फर्नेस और डीजल इंजन ग्लो प्लग के लिए नई पीढ़ी के हॉट सरफेस इग्नाइटर सिलिकॉन नाइट्राइड पदार्थ से बने होते हैं। इस तरह के ऊष्मीय तत्व या ग्लो प्लग 1400 डिग्री सेल्सियस के अधिकतम तापमान तक पहुंचते हैं और गैसोलीन या केरोसिन को तुरंत प्रज्वलित करते हैं। इस पदार्थ का उपयोग डीजल और स्पार्क प्रज्वलित इंजनों में अन्य दहन घटकों और घिसे हुए भागों के लिए भी किया जाता है।
 * पीटीसी सिरेमिक तत्व: धनात्मक तापमान गुणांक सिरेमिक पदार्थ का नाम उनके प्रतिरोध के धनात्मक थर्मल गुणांक के लिए रखा गया है (अर्थात, गर्म करने पर प्रतिरोध बढ़ जाता है)। जबकि अधिकांश सिरेमिक में ऋणात्मक गुणांक होता है, इन पदार्थ (अधिकांशतः बेरियम टाइटेनेट और सीसा टाइटैनेट कंपोजिट) ​​में अत्यधिक गैर-रेखीय थर्मल प्रतिक्रिया होती है, जिससे कि संरचना-निर्भर सीमा तापमान के ऊपर उनका प्रतिरोध तेजी से बढ़ता है। यह व्यवहार पदार्थ को स्व-विनियमन हीटर के रूप में कार्य करने का कारण बनता है, क्योंकि ठंडा होने पर करंट प्रवाहित होता है, और गर्म होने पर करंट नहीं प्रवाहित होता है। इस पदार्थ की पतली फिल्मों का उपयोग कपड़ों को गर्म करने में किया जाता है, जहाँ ऑटोमोटिव रियर-विंडो डिफ्रॉस्ट हीटर में, और छत्ते के आकार के तत्व का उपयोग अधिक मूल्यवान हेयर ड्रायर, स्पेस ऊष्मीय और अधिकांश आधुनिक गोली स्टोव में किया जाता है ऐसा ऊष्मीय तत्व 950-1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक पहुंच सकता है और तापमान और स्थिरता की गति के लिए इसकी प्रशंसा की जाती है।
 * इन्फ्रारेड हीटर या क्वार्ट्ज हीट लैंप इन्फ्रारेड हीटर का उपयोग रेडियंट ऊष्मीय प्रदान करने के लिए भी किया जाता है।

मोटी फिल्म हीटर
मोटी फिल्म हीटर प्रकार के प्रतिरोधक हीटर हैं जिन्हें पतले सब्सट्रेट पर मुद्रित किया जा सकता है। मोटी फिल्म वाले हीटर पारंपरिक धातु-म्यान वाले प्रतिरोध तत्व की तुलना में विभिन्न लाभ प्रदर्शित करते हैं। सामान्य रूप से, मोटी फिल्म तत्व को उनके कम प्रोफ़ाइल रूप फैक्टर, उच्च तापमान एकरूपता, और कम थर्मल द्रव्यमान के कारण त्वरित थर्मल प्रतिक्रिया, कम ऊर्जा खपत, उच्च वाट घनत्व और वोल्टेज संगतता की विस्तृत श्रृंखला की विशेषता होती है। सामान्यतः, मोटी फिल्म हीटर फ्लैट सब्सट्रेट्स के साथ-साथ विभिन्न हीटर पैटर्न में ट्यूबों पर मुद्रित होते हैं। यह हीटर 100 डब्ल्यू/सेमी2 तक उच्च वाट घनत्व प्राप्त कर सकते हैं गर्मी हस्तांतरण की स्थिति पर निर्भर करता है। मोटी फिल्म हीटर पैटर्न मुद्रित प्रतिरोधी पेस्ट के शीट प्रतिरोध के आधार पर अत्यधिक अनुकूलन योग्य हैं।

इन हीटरों को धातु/मिश्र धातु से भरी मोटी फिल्म पेस्ट का उपयोग करके धातु, सिरेमिक, कांच, पॉलिमर सहित विभिन्न सब्सट्रेट्स पर मुद्रित किया जा सकता है। जहाँ मोटी फिल्म हीटरों को प्रिंट करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य सब्सट्रेट एल्यूमीनियम 6061-T6, स्टेनलेस स्टील और मास्कोवासी या फ़्लोगोपाइट अभ्रक शीट होती हैं। इन हीटरों के अनुप्रयोग और परिचालन विशेषताएँ चयनित सब्सट्रेट पदार्थ के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न होती हैं। यह मुख्य रूप से हीटर सब्सट्रेट की थर्मल विशेषताओं के कारण होती है।

मोटी फिल्म हीटरों के अनेक पारंपरिक अनुप्रयोग हैं। इनका उपयोग तवा, वफ़ल आयरन, स्टोव-टॉप इलेक्ट्रिक ऊष्मीय, ह्यूमिडिफायर, चाय की केतली, हीट सीलिंग डिवाइस, वॉटर हीटर, कपड़े आयरन और स्टीमर, हेयर स्ट्रेटनर, बॉयलर, 3D प्रिंटिग हीटेड बेड, थर्मल प्रिंट हेड, ग्लू गन में किया जा सकता है। यह प्रयोगशाला ऊष्मीय उपकरण, कपड़े सुखाने वाले ड्रायर, बेसबोर्ड हीटर, वार्मिंग ट्रे, हीट एक्सचेंजर्स, कार विंडशील्ड, साइड मिरर, रेफ्रिजरेटर डिफ्रॉस्टिंग आदि के लिए डीसिंग/डिफॉगिंग उपकरण उपयोग किये जाते है।

अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, थर्मल प्रदर्शन और तापमान वितरण दो प्रमुख डिज़ाइन पैरामीटर हैं। जो किसी भी हॉटस्पॉट से बचने और सब्सट्रेट में समान तापमान वितरण बनाए रखने के लिए, प्रतिरोधी परिपथ के स्थानीयकृत पावर घनत्व को परिवर्तित कर परिपथ डिजाइन को अनुकूलित किया जा सकता है। अनुकूलित हीटर डिज़ाइन हीटर आउटपुट को नियंत्रित करने और हीटर सब्सट्रेट में स्थानीय तापमान को नियंत्रित करने में सहायता करता है। ऐसी स्तिथियों में जहां अपेक्षाकृत छोटे क्षेत्र में भिन्न-भिन्न आउटपुट पावर के साथ 2 या उससे अधिक ऊष्मीय जोन की आवश्यकता होती है, और मोटी फिल्म हीटर को सब्सट्रेट पर जोनल ऊष्मीय पैटर्न प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है।

मोटी फिल्म हीटरों को सामान्यतः दो उपश्रेणियों ऋणात्मक तापमान गुणांक (एनटीसी) या धनात्मक तापमान गुणांक (पीटीसी) के अंतर्गत वर्गीकृत किया जा सकता है जो कि तत्व के प्रतिरोध पर तापमान वृद्धि के प्रभाव पर आधारित है। एनटीसी प्रकार के हीटरों में हीटर का तापमान बढ़ने पर प्रतिरोध में कमी की विशेषता होती है और इस प्रकार किसी दिए गए इनपुट वोल्टेज के लिए उच्च तापमान पर उच्च आउटपुट पावर प्रदान करती है। पीटीसी हीटर ऊंचे तापमान पर प्रतिरोध में वृद्धि और हीटर की शक्ति में कमी के साथ विपरीत विधि से व्यवहार करते हैं। पीटीसी हीटरों की यह विशेषता उन्हें स्व-विनियमन भी बनाती है, क्योंकि उनकी आउटपुट पावर निश्चित तापमान पर संतृप्त होती है। दूसरी ओर, एनटीसी प्रकार के हीटरों को सामान्यतः हीटर की बर्बादी को नियंत्रित करने के लिए थर्मोस्टेट या थर्मोकपल की आवश्यकता होती है। इन हीटरों का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जिनके लिए हीटर के तापमान को पूर्व निर्धारित सेट-पॉइंट तक त्वरित रैंप-अप की आवश्यकता होती है क्योंकि वह सामान्यतः पीटीसी प्रकार के हीटरों की तुलना में तेजी से कार्य करते हैं।

पॉलिमर पीटीसी ऊष्मीय तत्व
प्रतिरोधक हीटर पीटीसी रबर पदार्थ के संचालन से बनाए जा सकते हैं जहां बढ़ते तापमान के साथ प्रतिरोधकता तेजी से बढ़ती है। ऐसा हीटर ठंडा होने पर उच्च शक्ति का उत्पादन करेगा, और तेजी से स्वयं को स्थिर तापमान तक गर्म कर लेता है। तेजी से बढ़ती प्रतिरोधकता के कारण, हीटर कभी भी इस तापमान से अधिक गर्म नहीं हो सकता है। इस तापमान से ऊपर, रबर विद्युत इन्सुलेटर के रूप में कार्य करता है। रबर के उत्पादन के समय तापमान का चयन किया जा सकता है। जो कि सामान्य तापमान 0 and 80 C के मध्य होते हैं

यह बिंदुवार स्व-विनियमन हीटर और स्व-सीमित हीटर है। स्व-विनियमन का अर्थ है कि हीटर का प्रत्येक बिंदु इलेक्ट्रॉनिक्स को विनियमित करने की आवश्यकता के बिना स्वतंत्र रूप से स्थिर तापमान बनाए रखता है। सेल्फ-लिमिटिंग का अर्थ है कि हीटर कभी भी किसी भी बिंदु पर निश्चित तापमान से अधिक नहीं हो सकता है और उसे ज़्यादा गरम होने से सुरक्षा की आवश्यकता नहीं होती है।

द्रव
इलेक्ट्रोड बॉयलर भाप बनाने के लिए पानी की धाराओं के माध्यम से बहने वाली विद्युत का उपयोग करता है.

मिश्रित ऊष्मीय तत्व



 * ट्यूबलर (शीथेड) तत्व में सामान्यतः नाइक्रोम (NiCr) प्रतिरोध ऊष्मीय मिश्र धातु तार का अच्छा कुंडल सम्मिलित होता है, जो धातु ट्यूब (तांबा या स्टेनलेस स्टील मिश्र धातु जैसे इंकोलॉय) में स्थित होता है और मैग्नीशियम ऑक्साइड पाउडर द्वारा इन्सुलेट किया जाता है। हीड्रोस्कोपिक इंसुलेटर से नमी को दूर रखने के लिए, सिरों को सिरेमिक या सिलिकॉन रबर, या दोनों के संयोजन जैसी इंसुलेटिंग पदार्थ के मोतियों से सुसज्जित किया जाता है। पाउडर को संपीड़ित करने और गर्मी संचरण को अधिकतम करने के लिए ट्यूब को डाई के माध्यम से खींचा जाता है। ये सीधी छड़ हो सकती हैं (जैसे टोस्टर ओवन में) या गर्म किए जाने वाले क्षेत्र को फैलाने के लिए आकार में मुड़ी हुई हो सकती हैं (जैसे कि विद्युत का स्टोव, ओवन और कॉफी बनाने वाला में)।
 * स्क्रीन प्रिंटिंग या सिरेमिक इंसुलेटेड मेटल (सामान्यतः स्टील) प्लेटों पर एकत्र स्क्रीन-प्रिंटेड मेटल-सेरेमिक ट्रैक्स को 1990 के दशक के मध्य से केतली और अन्य घरेलू उपकरणों में तत्व के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।
 * विकिरण ऊष्मीय तत्व (हीट लैंप): उच्च शक्ति वाला ऊष्मीय लैंप सामान्यतः दृश्य प्रकाश के अतिरिक्त अधिकतर अवरक्त विकिरण करने के लिए अधिकतम शक्ति से कम पर चलता है। यह सामान्यतः दीप्तिमान ऊष्मीयऔर फूड वार्मर में पाए जाते हैं, जो या तो लंबे, ट्यूबलर रूप में या R40 परावर्तक-लैंप रूप लेते हैं। उत्पादित दृश्य प्रकाश को कम करने के लिए परावर्तक लैंप शैली को अधिकांशतः लाल रंग से रंगा जाता है; ट्यूबलर रूप विभिन्न स्वरूपों में आता है:
 * सोना लेपित-पेटेंट फिलिप्स हेलेन लैंप द्वारा प्रसिद्ध हुआ था। सोने की द्विक्रोइक फिल्म अंदर एकत्र हो जाती है जो दृश्य प्रकाश को कम कर देती है और अधिकांश लघु और मध्यम तरंग अवरक्त को निकलने देती है। मुख्य रूप से लोगों को गर्म करने के लिए अनेक निर्माता अब इन लैंपों का निर्माण करते हैं और उनमें निरंतर सुधार होता रहता है।
 * रूबी लेपित - सोने से लेपित लैंप के समान कार्य के अनुसार किन्तु निवेश के अंश पर दिखाई देने वाली चमक सोने के संस्करण की तुलना में बहुत अधिक होती है।
 * साफ़ - कोई कोटिंग नहीं और मुख्य रूप से उत्पादन प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है।
 * हटाने योग्य सिरेमिक कोर तत्व केंद्र रॉड के साथ या उसके बिना, आवश्यक लंबाई (आउटपुट से संबंधित) बनाने के लिए या अधिक बेलनाकार सिरेमिक खंडों के माध्यम से पिरोए गए कुंडलित प्रतिरोध ऊष्मीय मिश्र धातु तार का उपयोग करते हैं। छोर पर सील की गई धातु की म्यान या ट्यूब में डाला गया, इस प्रकार का तत्व प्रक्रिया में सम्मिलित हुए बिना प्रतिस्थापन या सुधार की अनुमति देता है, और सामान्यतः दबाव में द्रव को गर्म करता है।

संयोजन ऊष्मीय तत्व प्रणाली

 * उच्च तापमान वाली औद्योगिक फर्नेस के लिए ऊष्मीय तत्व अधिकांशतः विदेशी पदार्थ से बने होते हैं, जिनमें प्लैटिनम, टंगस्टन डाइसिलसाइड/मोलिब्डेनम डाइसिलाइड, मोलिब्डेनम (वैक्यूम फर्नेस) और सिलिकॉन कार्बाइड सम्मिलित हैं। सिलिकॉन कार्बाइड हॉट सरफेस इग्नाइटर, जो ज्वलनशील गैस को प्रज्वलित करने के लिए डिज़ाइन किए गए ऊष्मीय तत्व हैं, गैस ओवन और कपड़े सुखाने वालों में सामान्य हैं। उच्च तापमान प्राप्त करने के लिए लेज़र हीटर का भी उपयोग किया जा रहा है।

यह भी देखें

 * गर्म नली
 * ऊष्मीय मेंटल
 * धनात्मक तापमान गुणांक
 * थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव