מחמם מחסניות מייצר אנרגיה תרמית, אשר מועברת לאחר מכן למטרה שלו או לסביבה הסובבת אותו. העברה זו של אנרגיה מאובייקט בטמפרטורה- גבוהה יותר (המחמם) לאובייקט בטמפרטורה- נמוכה יותר מתרחשת בדרך כלל באמצעות שלושה מנגנונים פיזיקליים בסיסיים: הולכה, הסעה וקרינה.
1. מהן שיטות העברת החום?
(1) הולכה היא התהליך שבו אנרגיה תרמית מועברת באמצעות מגע פיזי ישיר בין חלקיקים בתוך אותו עצם או בין עצמים סמוכים. ברמה המיקרוסקופית, אטומים או מולקולות אנרגיה גבוהות יותר -רוטטות בצורה אינטנסיבית יותר ומתנגשות עם חלקיקים שכנים, פחות אנרגטיים, ומעבירים אנרגיה קינטית. בהקשר של מחמם מחסניות, זהו אופן העברת החום העיקרי מחוט ההתנגדות הפנימי למעטפת המתכת החיצונית דרך אבקת תחמוצת המגנזיום הצפופה. יתר על כן, זהו המנגנון המכריע שבאמצעותו חום עובר ממעטפת המחמם לתוך חפץ מוצק איתו הוא נמצא במגע ישיר, כגון תבנית מתכת, פלטה או נוזל. היעילות של העברת חום מוליך תלויה במוליכות התרמית של החומרים ובאיכות ממשק המגע. התאמה הדוקה בין המחמם לקדח ההרכבה שלו, משופרת לעתים קרובות עם משחה תרמית, ממזערת את פערי האוויר (מוליך גרוע) וממקסמת את זרימת החום המוליך.
(2) הסעה כרוכה בהעברת חום על ידי תנועה פיזית של נוזל (גז או נוזל). כאשר נוזל מחומם, הוא מתרחב, הופך פחות צפוף ועולה. נוזל קריר וצפוף יותר עובר פנימה לתפוס את מקומו, ויוצר דפוס מחזור. תנועת נוזל בתפזורת זו נושאת אנרגיה תרמית הרחק ממקור החום. עבור מחמם מחסניות, העברת חום הסעה היא דומיננטית כאשר היא משמשת לחימום אוויר, שמן, מים או נוזלי תהליך אחרים. במחמם אוויר, למשל, זרמי הסעה טבעיים או זרימת אוויר מאולצת (באמצעות מאוורר) מעבירים חום ממשטח הנדן. במחמם טבילה, הנוזל המקיף את המחמם מתחמם, הופך לצוף, ועולה, ויוצר זרמי הסעה טבעיים המפיצים חום בכל המיכל. קצב העברת החום ההסעה מושפע מאוד מתכונות הנוזל וממהירות זרימתו.
(3) קרינה תרמית היא התהליך שבו עצם פולט אנרגיה בצורה של גלים אלקטרומגנטיים (קרינה אינפרא אדומה) בשל הטמפרטורה שלו. שלא כמו הולכה והסעה, קרינה אינה דורשת שום תווך חומרי; זה יכול לנוע בצורה מושלמת דרך ואקום. זוהי השיטה היחידה להעברת חום האפשרית בחלל. כל העצמים מעל האפס המוחלט פולטים קרינה תרמית. עבור מחמם מחסניות הפועל בטמפרטורות משטח גבוהות (בדרך כלל מעל 400 מעלות / 750 מעלות פרנהייט, היכן שהוא מתחיל לזהור אדום בעליל), העברת החום הקרינה הופכת משמעותית. מעטפת המחמם פולטת גלי אינפרא אדום הנוסעים ישירות למשטחים קרירים יותר בטווח הראייה, ומחממים אותם מבלי לחמם את האוויר המתערב. מצב זה חשוב במיוחד ביישומי תנור, תהליכי חימום אינפרא אדום, ובכל מצב בו המחמם אינו במגע פיזי ישיר עם המטרה.
2. מצבים משולבים ביישומים מעשיים
ברוב תהליכי החימום בעולם האמיתי- הכוללים מחמם מחסניות, שלושת מצבי העברת החום הבסיסיים הללו מתרחשים לעתים קרובות בו-זמנית ומקיימים אינטראקציה. לדוגמה, תנור חימום המותקן בתבנית מוליך חום לתוך גוש המתכת. המשטחים החיצוניים של התבנית החמה הזו מאבדים חום לאוויר שמסביב הן באמצעות הסעה (זרמי אוויר) והן באמצעות קרינה (לעצמים קרירים אחרים בחדר). מחמם טבילה במיכל מים מעביר בעיקר חום על ידי הולכה לשכבת הנוזל הסמוכה, אשר לאחר מכן יוזמת זרמי הסעה לערבוב המיכל. במקביל, קירות המיכל החם ומשטח המים מאבדים אנרגיה באמצעות קרינה והסעה לסביבה. הבנת יחסי הגומלין של מצבים אלה חיונית לניבוי מדויק של ביצועי המערכת, תכנון מערכות חימום יעילות, ובחירת סוג מחמם המחסנית המתאים, צפיפות הוואט ושיטת ההתקנה עבור יישום נתון.
