Grijač s patronom stvara toplinsku energiju, koja se zatim prenosi do cilja ili okoline. Ovaj prijenos energije od objekta više-temperature (grijača) do objekta niže-temperature općenito se odvija kroz tri osnovna fizička mehanizma: provodljivost, konvekciju i zračenje.
1. Koje su metode prijenosa topline?
(1) Kondukcija je proces u kojem se toplinska energija prenosi direktnim fizičkim kontaktom između čestica unutar istog objekta ili između susjednih objekata. Na mikroskopskom nivou, atomi ili molekuli više{2}}energije vibriraju intenzivnije i sudaraju se sa susjednim, manje energetskim česticama, prenoseći kinetičku energiju. U kontekstu grijača uloška, ovo je primarni način prijenosa topline sa unutrašnje otporne žice na vanjski metalni omotač preko gusto zbijenog praha magnezijum oksida. Nadalje, to je ključni mehanizam kojim se toplina kreće iz omotača grijača u čvrsti predmet s kojim je u direktnom kontaktu, kao što je metalni kalup, ploča ili tekućina. Efikasnost provodnog prenosa toplote zavisi od toplotne provodljivosti materijala i kvaliteta kontaktnog interfejsa. Čvrsto prianjanje između grijača i njegovog montažnog otvora, često pojačano termalnom pastom, minimizira zračne praznine (loš provodnik) i maksimizira provodljivi protok topline.
(2) Konvekcija uključuje prijenos topline fizičkim kretanjem fluida (gasa ili tekućine). Kada se tečnost zagreje, ona se širi, postaje manje gusta i diže se. Hladnija, gušća tečnost tada ulazi da zauzme svoje mesto, stvarajući obrazac cirkulacije. Ovo masovno kretanje fluida odnosi toplotnu energiju dalje od izvora toplote. Za grijač s patronom, konvektivni prijenos topline je dominantan kada se koristi za zagrijavanje zraka, ulja, vode ili drugih procesnih fluida. U grijaču zraka, na primjer, prirodne konvekcijske struje ili prisilni protok zraka (preko ventilatora) odvode toplinu s površine omotača. U uranjajućem grijaču, tekućina koja okružuje grijač se zagrijava, postaje plutajuća i diže se, stvarajući prirodne konvekcijske struje koje distribuiraju toplinu kroz spremnik. Na brzinu konvektivnog prenosa toplote u velikoj meri utiču svojstva fluida i brzina njegovog strujanja.
(3) Toplotno zračenje je proces kojim predmet emituje energiju u obliku elektromagnetnih talasa (infracrveno zračenje) zbog svoje temperature. Za razliku od provodljivosti i konvekcije, za zračenje nije potreban nikakav materijalni medij; može savršeno putovati kroz vakuum. Ovo je jedini mogući način prijenosa topline u svemiru. Svi objekti iznad apsolutne nule emituju toplotno zračenje. Za kertridž grejač koji radi na visokim površinskim temperaturama (obično iznad 400 stepeni / 750 stepeni F, gde počinje da svetli vidljivo crveno), prenos toplote radijacijom postaje značajan. Plašt grijača emituje infracrvene valove koji putuju direktno do hladnijih površina unutar linije vida, zagrijavajući ih bez zagrijavanja zraka koji se nalazi u zraku. Ovaj način rada je posebno važan u pećnicama, procesima infracrvenog grijanja i bilo kojoj situaciji u kojoj grijač nije u direktnom fizičkom kontaktu sa metom.
2. Kombinirani načini rada u praktičnim primjenama
U većini stvarnih-svjetskih procesa grijanja koji uključuju grijač kertridža, ova tri osnovna načina prijenosa topline se često javljaju istovremeno i međusobno djeluju. Na primjer, grijač ugrađen u kalup provodi toplinu u metalni blok. Vanjske površine tog vrućeg kalupa tada gube toplinu na okolni zrak i konvekcijom (zračne struje) i zračenjem (na druge hladnije predmete u prostoriji). Uranjajući grijač u spremniku za vodu prvenstveno prenosi toplinu vođenjem na susjedni sloj fluida, koji zatim pokreće konvekcijske struje za miješanje spremnika. Istovremeno, zidovi toplog rezervoara i površina vode gube energiju radijacijom i konvekcijom u okolinu. Razumijevanje međudjelovanja ovih načina rada je od suštinskog značaja za precizno predviđanje performansi sistema, dizajniranje efikasnih sistema grijanja i odabir odgovarajućeg tipa grijača, gustine u vatima i metode instalacije za datu primjenu.
