Материал: 5668

плита, то электрическую спираль помещают в керамические бусы или в другой изолятор, играющий роль диэлектрической прослойки.

Рисунок 1 – Открытый электронагревательный элемент: 1 – канавки; 2 – клеммы; 3 – нагревательная спираль (проволока); 4 – керамическое основание

При подключении к электрической сети спираль быстро нагревается до температуры более 800 0С и излучает тепловую энергию в виде потока инфракрасного излучения. Поскольку воздух прозрачен по отношению к этому потоку и не поглощает его, то практически вся энергия достигает обогреваемой поверхности. В результате электронагреватель характеризуется высоким КПД, легко переходит с одного режима мощности на другой. Однако открытый электронагреватель не выдерживает критики с позиций электробезопасности и надёжности. Срок службы открытых электронагревателей невелик, и применяют их сравнительно редко.

Закрытые электронагреватели

В пазах-канавках чугунного корпуса электронагревателя уложены электрические спирали. Для исключения контакта с корпусом спирали помещены в электроизоляционную керамическую массу (см. рисунок 2).

Электронагреватели закрытого типа электро- и пожаробезопасны. Срок их службы в 1,5 — 2,5 раза больше, чем у нагревателей открытого типа. Однако они очень массивны, из-за чего долго разогреваются и медленно остывают. Поэтому с помощью электронагревателей не удаётся точно поддерживать требуемые параметры тепловых аппаратов. Поскольку нагрев продукта обычно происходит благодаря нагреву в посуде, размещаемой на плоской поверхности нагревателя, а в зоне контакта нет плотного соприкосновения поверхностей, КПД такого электронагревателя невысок (до 30 %).

6

Рисунок 2 – Прямоугольная чугунная конфорка для электроплит (закрытый электронагревательный элемент): 1 – нагревательная спираль; 2 – пазы-канавки; 3 – рёбра; 4 – корпус (отливка из чугуна); 5 – слой электроизоляционной массы; 6 – тепловая изоляция из двух слоёв фольги и листового асбеста; 7 – верхняя шина; 8 – соединительные провода; 9 – колодка; 10 – нижняя шина; 11 – средняя шина; 12 – воздушная прослойка; 13 – стальной кожух; 14 – стальной лист с однослойной прокладкой из алюминиевой фольги

Герметичные электронагреватели

Наиболее широко применяют трубчатые электронагреватели (сокращённо тэны). В таких нагревателях нихромовая спираль находится в центре стальной трубки, играющей роль корпуса. Между корпусом и спиралью насыпан слой диэлектрического порошка. Таким порошком служит периклаз — оксид магния, по свойствам очень похожий на обычный кварцевый песок. Концы спирали приварены к контактным стержням, имеющим резьбу для крепления клемм при помощи гаек. Торцы трубок в зоне отвода стержней плотно закрыты керамическими пробками, а зазоры между пробкой и корпусом, а также между пробкой и контактным стержнем пропитаны термостойким лаком. В результате нагревательная спираль полностью изолирована от воздуха (см. рисунок 3).

В процессе изготовления тэны осаживают в специальных вальцовых машинах, в результате чего диаметр трубки уменьшается, а слой диэлектрика спрессовывается. Благодаря этому образуется монолитная конструкция, которой можно придавать различную форму. Выпускают тэны в трёх исполнениях – водяные, масляные и воздушные. Название тэны свидетельствует о роде нагреваемой среды, в которой они должны работать.

Водяные тэны при той же электрической мощности и напряжении имеют длину трубки значительно меньше, чем воздушные. Это вызвано тем, что в воде теплоотдача происходит интенсивнее, чем в масле или в воздухе.

Поэтому водяной тэн, оказавшись в воздухе, перегревается и его спираль мо-

7

жет сгореть. При эксплуатации нагревателя необходимо следить, чтобы он всегда был погружён в воду (а масляный тэн – в масло).

Рисунок 3 – Трубчатые электронагреватели (герметичный электронагревательный элемент): а – тэн в разрезе; б – блоки тэнов для пищеварочных котлов; 1 – стальная трубка; 2 – нагревательная спираль из нихромовой проволоки; 3 – электроизоляционный слой (периклаз); 4 – стальной контактный стержень; 5 – стальной штуцер с наружной резьбой; 6 – фарфоровая пробка; 7 – слой термостойкого лака

Электродные электронагреватели

Среди электрических нагревательных элементов наиболее просты и долговечны электродные, основной конструктивный элемент которых — электроды, соприкасающиеся с продуктом (ЭК-нагрев) или нагреваемой средой (жидким электролитом — электродный нагрев) (см. рисунок 4). Во втором случае нагреваемую среду и электроды в ней называют теплогенерирующим устройством. Таким образом, для непосредственного электроконтактного нагрева достаточно нагреваемую среду (продукт) поместить между электродами и подать соответствующее напряжение. Высокая экономичность и простота конструкции, возможность нагрева до 50...700С за 15...60 с. сочетаются с такими отрицательными явлениями, как возможность электролиза нагреваемой среды, эрозии электродов и диффузии металла с поверхности электрода в нагреваемую среду, что может привести к нежелательному её загрязнению. Электродные теплогенерирующие устройства имеют ёмкость с электролитом, в качестве которого часто используют раствор соды (Na2CO3) в дистиллированной воде. В раствор опущены элек-

8

троды, изготовленные обычно из специальной стали в виде полос длиной 0,3...2,5 м. Концентрация растворов зависит от подаваемого напряжения, а выделяемая теплота — от удельного сопротивления электролита, площади электродов и расстояния между ними.

Электродные нагреватели не выходят из строя даже при полном отсутствии электролита. Однако возможность появления опасного потенциала на корпусе и зависимость выделяемой теплоты от концентрации электролита ограничивают их использование.

Рисунок 4 – Схема устройства электродного нагревателя: а – с плоскими электродами: L – ширина пластины; h – глубина погружения; b – расстояние между пластинами; б – с изогнутыми (спиральными) электродами: 1 – основной электрод; 2 – проходной изолятор; 3 – стержень-держатель; 4 – вспомогательный электрод; 5 – трубка слива

Генераторы инфракрасного излучения

Принцип действия любого генератора инфракрасного излучения (ИКгенератора) основан на испускании электромагнитных волн нагретыми до высоких температур поверхностями, которые могут быть использованы совместно с отражателями различной формы, распределяющими излучаемую энергию в заданном направлении и позволяющими добиться равномерного распределения лучистого потока по облучаемой поверхности (см. рисунок 5).

В качестве ИК-генераторов используют открытые, закрытые и герметичные электрические нагревательные элементы, непосредственно облучающие поверхность обрабатываемой среды или продукта либо нагревающие поверхность, которая играет роль вторичного излучателя (дающего более равномерное и менее интенсивное распределение лучистой энергии по облучаемой поверхности).

9

В открытых конструкциях кварцевых излучателей в качестве рабочего элемента используют нихромовую спираль. Помещают спираль в кварцевую трубку, которая служит опорным элементом, предохраняет спираль от провисания, уменьшает охлаждение спирали конвективными потоками среды и защищает персонал от поражения электрическим током. Рабочая температура спирали составляет от

1000 до 1200 0С.

Рисунок 5 – Схема ИК-излучателя: 1 – наружный вывод; 2 – ребристый шов; 3 – кварцевые держатели; 4 – среднее фольговое звено; 5 – внутренний ввод электродов; 6 – вольфрамовая спираль; 7 – поддержка; 8 – кварцевая трубка

Высокие температуры спирали и прямой контакт с воздухом вызывают быстрое её окисление и предопределяют малый срок службы (до 3 тыс. ч). Ресурс работы можно увеличить, герметизировав трубку с предварительным вакуумированием или заполнением инертным газом.

1.2. Газовые горелки

Газовые горелки – устройства, обеспечивающие сжигание газа в целях получения теплоты, называют газовыми горелками. Газ — главный альтернативный по отношению к электрической энергии энергоноситель. Основное преимущество газообразного топлива перед электричеством — дешевизна вырабатываемой теплоты. Единица теплоты, полученной в результате сжигания газа, в 7…13 раз дешевле, чем при использовании электрической энергии.

Однако газ взрывоопасен и, вытесняя из воздуха кислород, образует удушающие смеси, а продукты сгорания при неправильной эксплуатации могут содержать токсический оксид углерода (СО — угарный газ). Кроме того, для подвода газа используют технически сложные и дорогостоящие магистральные газопроводы, хранилища и системы газоснабжения. Персонал, обслуживающий газовое оборудование, проходит обязательное обучение правилам эксплуатации, а система газоснабжения контролируется газовой инспекцией Госгортехнадзора Российской Федерации.

10