Материал: 5076

Электронагреватели с металлическим сопротивлением. В

электротепловых аппаратах, используемых на предприятиях общественного питания, наибольшее распространение получили электронагреватели с металлическим сопротивлением.

Электронагреватели с металлическим сопротивлением должны обладать большим удельным сопротивлением (более 10-6 Ом∙м), быть термостойкими, т. е. не окисляться при высоких температурах, жаропрочными (не изменять механических свойств при t = 1000...1200 °С), иметь низкий коэффициент удлинения. Для изготовления электрических проводников используют сплавы никеля с жаропрочными присадками: хромоникелевые (нихром), железохромоникелевые (фехраль, хромаль) (см. таблицу 5). Продолжительность работы при высоких температурах должна быть более 10000 ч.

Таблица 5 – Основные показатели нихрома и фехраля

Для безопасности работы и увеличения срока службы спирали укладывают в изоляционный материал, обладающий высоким электрическим сопротивлением, хорошей теплопроводностью и незначительной влагопоглощающей способностью. В качестве электроизоляционных материалов используются специальные материалы: периклаз (окись магния с температурой плавления 1700°С и измельчённая в шаровых мельницах), шамот (прокаленная и измельчённая огнеупорная глина), кардиерит (керамика), фарфор, слюда, кварцевый песок и др. (см. таблицу 6).

86

Открытые нагревательные элементы представляют собой спираль,

помещённую в керамические бусы, или подвешенную на фарфоровых изоляторах, или уложенную в пазы керамических панелей. Передача теплоты в них осуществляется преимущественно излучением (распространены в тепловых аппаратах незначительно).

Достоинствами нагревателей являются простота изготовления, удобство замены спирали; хорошие условия теплопередачи. К недостаткам относятся меньший срок службы по сравнению с закрытыми и герметически закрытыми нагревателями, так как они не защищены от механических повреждений и от коррозийного воздействия влажного атмосферного воздуха и агрессивных жидких сред; повышенная электро- и пожароопасность.

Закрытые нагревательные элементы представляют собой спираль,

запрессованную в электроизоляционную, хорошо проводящую теплоту массу и помещённую в корпус, который предохраняет её от механических повреждений, но не защищает от доступа воздуха. В качестве изоляционного материала в конфорках обычно используется периклаз (окись магния) и шамотная глина. Нагревательная спираль изготавливается из нихрома марки Х20Н80 или фехрали марки Х23Ю5.

В конфорках обычно помещается спираль, состоящая из четырёх секций, соединённых попарно. Это позволяет осуществлять трёхступенчатое регулирование мощности (сильный, средний, слабый нагрев) в соотношении 4:2:1. Регулирование мощности осуществляется четырёхпозиционным трёхступенчатым пакетным переключателем.

87

В зависимости от технологического процесса и температуры на поверхности конфорок они выпускаются нескольких типов: с максимальной рабочей температурой на поверхности 450 °С – для ведения основных процессов варки и жарки

внаплитной посуде, с максимальной рабочей температурой на поверхности 300 °С – для жарки изделий непосредственно на поверхности конфорки и с максимальной рабочей температурой на поверхности 250 °С – для поддержания

вгорячем состоянии готовой кулинарной продукции.

Кдостоинствам закрытых нагревательных элементов относятся их более высокие надёжность и долговечность по сравнению с открытыми нагревательными элементами. Недостатком являются чувствительность к длительным перегревам, поэтому их нельзя эксплуатировать без наплитной посуды. При нарушении этого требования на поверхности появляются трещины, что приводит к неравномерности температурного поля на поверхности конфорки, ухудшению процесса теплопередачи и перегоранию спирали. К недостаткам также следует отнести и то, что спираль соприкасается с воздухом и быстро окисляется.

Герметически закрытые трубчатые электронагреватели (тэн, рэн)

получили наиболее широкое применение в тепловых аппаратах, используемых на предприятиях общественного питания.

Трубчатый электронагреватель (тэн) представляет собой цельнотянутую трубку, выполненную из углеродистой или нержавеющей стали, внутри которой расположена запрессованная в периклаз нихромовая спираль. Концы спирали соединяются со стальными контактными стержнями, свободные концы которых выводятся наружу и присоединяются к электросети. Стержни с помощью фарфоровых изоляторов изолируются от трубки. Перед установкой изоляторов концы трубки заливают термостойким лаком (герметиком) дли защиты периклаза от влаги.

Для увеличения поверхности теплообмена иногда трубку тэна оребряют, и

такой ребристый электронагреватель носит название рэн.

Тэны изготавливают различной длины, диаметров и конфигурации Тэны должны использоваться только в той среде, для которой они предназначены.

Температура поверхности трубки тэна зависит от удельной мощности на поверхности и условий теплоотдачи к нагреваемой среде.

88

Всоответствии с ГОСТом на тэны срок их службы должен составлять от 6000 до 10 000 ч, однако на практике срок их службы колеблется в более значительных пределах. Это свидетельствует о том, что в существующих конструкциях тэнов, технологии их изготовления, реальных условиях эксплуатации имеются факторы, существенно влияющие на срок службы тэнов. К таким факторам относятся следующие: неравномерная плотность периклаза в различных частях тэна (на изгибах и у контактных стержней), неравномерность шага намотки спирали, смещение спирали относительно оси трубки, контактирование витков спирали и тэнов сложной конфигурации, образование накипи на поверхности тэнов, коррозия оболочки тэнов.

Взависимости от условий теплообмена между поверхностью тэна и окружающей средой их выпускают в следующих исполнениях: воздушные — для подогрева воздуха в тепловых, жарочных, пекарных шкафах и аппаратах с принудительной циркуляцией воздуха; водяные — для нагревания воды в пищеварочных котлах, автоклавах, пароварочных аппаратах, кипятильниках, водонагревателях; масляные — для нагревания масла и пищевых жиров в жаровнях и фритюрницах. Выпускают также тэны для заливки в металлические отливки (конфорки, утюги, вафельницы).

Тэны, выпускаемые для тепловых аппаратов предприятий общественного питания, в основном рассчитаны на напряжение 220 В. Они выпускаются мощностью от 0,2 до 4 кВт. Устанавливаются тэны в аппаратах индивидуально или блоками.

Одной из разновидностей трубчатых нагревательных элементов являются

сэны – силитовые электронагреватели. Они изготавливаются из полупроводниковых материалов, обладающих повышенным удельным сопротивлением. Силит представляет собой спёк карбида кремния с добавлением кристаллического кремния и углерода. Силит обладает высокой теплостойкостью. Изготавливают сэны в форме цилиндрического стержня постоянного или переменного сечения. Сэны постоянного сечения изготовляют из крупнозернистого карбида кремния, переменного сечения – из мелкозернистого. Концы нагревателей покрывают окисью кремния с алюминием для понижения электрического сопротивления и обеспечения надёжного контакта между стержнем и токопроводом. Сэны обладают рядом преимуществ по сравнению с другими электронагревателями, а именно: сравнительно низкая стоимость, быстрый выход их на рабочий режим (не более 30 с), возможность

89

получения температуры в пределах от 1073 до 1773 К, длительный срок службы, простота изготовления и обслуживания. Недостатками сэнов являются окисление материала в среде водяного пара и снижение срока службы вследствие этого на 25...30 %. Кроме того, повышение допустимой рабочей температуры силитового излучателя приводит к разложению карбида кремния и увеличению электрического сопротивления нагревателя.

Для увеличения срока службы сэнов их помещают в трубки из кварцевого стекла при удельной мощности на поверхности трубки Wт=12,5 Вт/см2 и при групповом расположении Wт = 2,5 Вт/см2.

Энергия излучения силитового излучателя на 90 % генерируется в пределах

1,05...5,0 мкм.

Трубчатые кварцевые генераторы ИК-излучения представляют собой спираль, помещённую в трубку из кварцевого стекла. Кварцевые генераторы с хромоникелевой спиралью работают в диапазоне температур спирали 1350...

1570 К. Спираль выполняется из сплава Х20Н80Т или ОХ27Ю5А и помещается в негерметизированную кварцевую трубку диаметром 18...20 мм. Стеклянная трубка препятствует провисанию спирали и защищает обслуживающий персонал от поражения электрическим током. Кварцевые генераторы выпускают длиной от 0,4 до 2,0 м, мощностью 0,5...7,5 кВт.

Преимуществами кварцевых генераторов являются простота конструкции и технологичность в изготовлении. Недостатками – невозможность установки в вертикальном положении из-за провисания спирали.

Кварцевые генераторы с вольфрамовой спиралью работают в диапазоне температур спирали 2400...2800 К. Вольфрамовая спираль помещается в кварцевую трубку диаметром 10,75 мм. Трубка вакуумируется и заполняется аргоном до давления 80 кПа с добавкой паров йода в количестве 1...2 мг. Это обеспечивает удаление налёта вольфрама с внутренней поверхности трубки. Срок службы генератора 5000 ч. Концы спирали крепятся к молибденовым выводам.

Температура в активной зоне поверхности трубки составляет 723...773 К, в пассивной – 423 К. Основная доля энергии излучения (95 %) генерируется в пределах 0,8...2,4 мкм. Инерционный период 0,6 с.

Преимуществами кварцевых генераторов являются значительная удельная мощность и безынерционность. Недостатком – незначительная механическая прочность.

90