ニクロム線と他の材質について

質問

質問内容としては電熱線素材の選択時、【ニクロム線以外の素材でも同じ温度を発生維持させるのにエネルギー効率は大差はないのでしょうか？】(使用温度や耐久性など他の条件をクリアできる場合にはですが)

例えば電熱線部分全体で同じ熱量(温度)を発生させようとした場合、ニクロム線と違う素材では必要な電流や消費電力は同じでしょうか？(素材が違えば長さや太さなどが違うのは想像できますが)

　当方理系に弱くて、電気の離しも初歩の初歩程度しか理解や実践できないレベルのものです(たまに基礎もぬける事も・・なんかと調べたりしてＬＥＤやリレー位は使える程度のものです)
　ある程度調べながら12v電源とステレンレス線を使い小型電熱器(60～90度程度)を遊びで自作してみた所2年以上実用に耐えており、長期使用環境化でも不具合や他の部分の故障や負担なども見当たらないのですが、
一番適しているといわれるニクロム線を使わないので、同じ暖かさでも消費電力が無駄に多くなっていないかと疑問に思ってしまってます。
同じ温度を発生しているのなら消費電力も同じかどうか自分では判断できずに質問させて頂きました。一応こちらも拝見したのですがhttp://security.okwave.jp/qa974913.html

回答No.2

soramist · ベストアンサー

>同じ温度を発生しているのなら消費電力も同じかどうか・・・

揚げ足を取るようで恐縮ですが、「消費電力」と「温度」を直接結びつけることは難しいです。
質問者さんのお尋ねになりたいことは、「消費電力」と「有効熱量（被加熱物への伝達熱量）」の関係ではないでしょうか？

先ず、「消費電力」と「発生熱量」は、ほぼ比例します。
「ほぼ」と言ったのは、一部「光エネルギー」などに変換され、熱にならないものがあるからですが、電熱器の場合、温度が低いので、光になるエネルギーは極めて僅かで、殆どは熱になると考えてよいでしょう。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BD%E7%86%B1%E7%81%AF

次に、発生熱量がどの程度被加熱物へ伝達されるか？という問題があります。
電熱器では、発熱体を断熱材で取り囲み、発生熱が空気をムダに暖めたりしないような工夫をします。
発熱体を極力小さくするのも熱損失を防ぐ上で有効です。
発熱体が大きくなれば、空気との接触面積が増えるので、熱損失が大きくなります。

物体を加熱するための伝熱には、「輻射伝熱」と「対流伝熱」「直接伝熱」がありますが、電熱器は1000℃程度で使われるので、輻射伝熱が主流になっていると考えられます。
輻射伝熱は絶対温度の４乗に比例するので、出来るだけ高い温度にする方が効率が良くなります。（ステファン・ボルツマンの法則）
同じ消費電力で、より温度を上げるためにも発熱体は小さい方が効果的です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%9D%E7%86%B1
http://www.rkcinst.co.jp/techno/19/techno_19.htm

もう一つ、ニクロム線は抵抗温度係数が他の金属に比べて非常に小さいです。（0.03x10^-3/℃）
http://mh.soc.or.jp/memo/mq0117.htm
また腐食に対しても耐性が大きいです。

以上を要約すると、（ニクロム線を使用する利点は）
　１．比抵抗が大きいので、発熱体を小さくできる。
　　　これにより熱効率が良くなる。
　２．温度による抵抗値変化が小さい。
　３．耐食性が大きい。

ただし、質問者さんが行っておられるような、60～90℃程度であれば、対流伝熱や直接伝熱が主体でしょうから、大差はないと思われます。
（むしろニクロムより有利かもしれません）

しかし、ステンといえども、1,000℃程度で使用すれば、相当、腐食が進み、接続部の接触不良もおきるようになるでしょう。

お礼

大変詳しくありがとうござました。
そこまでは考えていなかったのですが大変勉強になりました。
おかげさまで発生熱量と実際の温度の違いもはっきり認識できるようになりましたので。

色々な伝熱方法があるものですね、仰るとおり当方のは直接伝熱で形状でニクロムの使用に比べても遜色なさそうと伺い安心しました。

やはり知識も使い方次第で生き方が違うものですね、大変役立ちそうなお話誠にありがとうございました

回答No.1

fusem23

同じ熱量なら線の材質に依らず、消費電力はまったく同じです。
注意すべきは、全体の大きさが無駄に大きくなっていないか、という点です。
小さい物を温めるには、小さな熱源でなければならないですからね。
電源電圧が低い場合、発熱部分以外には、太い銅線を使ってください。

お礼

ご回答ありがとうございます。
疑問に思っていたのがはっきりして大変気持ちもすっきりしました。
偶然、製作作業性の問題で全体の大きさを丁度良くして作っていたので
悪くないサイズで作れていたようでそれも安心できました。
配線もそれなりに太いものは使いましたが次に別のものを作る時も気をつけたいと思います。