Электронагрев и электронагревательные элементы

Технология электронагрева получила наибольшее распространение благодаря высокой эффективности, надёжности, простоты регулирования. Принцип нагрева состоит в том, что вся энергия электрического тока, протекающего по металлическому, как правило, проводнику с высоким сопротивлением, идёт на нагрев этого проводника, т.е. вся электроэнергия уходит в тепло, что является полезной работой. Напомним некоторые основные понятия и формулы расчета эффективности электронагрева. Так | работа электрического тока А определяется по формуле [1]:

(4.1)

где U - электрическое напряжение, В; / - электрический ток, A; t — время, с.

Мощность Р -это работа за единицу времени , т.е. имеем [1]:

(4.2)

Электрическое сопротивление проводника R определяется по закону Ома, т.е.:

(4.3)

Электросопротивление металлического проводника находится по формуле [1]:

(4.4)

где р - удельное электрическое сопротивление; / - длина проводника; S- площадь сечения проводника.

Так как вся работа электрического тока идет на нагревание проводника, то можно записать А= Q t , P=Q ,где Q - количество теплоты, определяемое в случае полезного нагрева какого-то объекта (воды, продукта, воздуха) по формуле [1]:

(4.5)

где m - масса нагреваемого объекта; с - теплоемкость объекта; Т_к , Тн - температуры нагрева конечная и начальная, соответственно.

Любой электронагревательный прибор состоит из корпуса, электронагревательного элемента (или нескольких), электро­теплоизоляционных материалов, терморегуляторов, датчиков температуры, средств защиты, индикации и блоков управления. К электронагревательным элементам предъявляются следующие требования:

1. высокое удельное электросопротивление материалов;

2. малый коэффициент температурного расширения материалов;

3. материал должен выдерживать высокую температуру и не окисляться.

В качестве электронагревательных элементов наибольшее распространение получили материалы как:

1. нихром с рабочей температурой 1000 - 1100 °С;

2. фехраль - рабочая температура около 850 °С, используется чаще всего вследствие дешевизны;

3. константан - рабочая температура 450 °С - 500 °С.

В зависимости от назначения (среды, которую нужно нагревать) электронагреватели бывают открытые и закрытые.

Открытые - обычно спирали из высокоомного металлического проводника.

Достоинства: Недостатки:

- дешевизна; - необходимость использовать

- простота; защитные материалы и элементы;

- технологичность. - активное потребление кислорода при

нагреве.

Электронагревательные элементы бывают герметичные и негерметичные. Наибольшее распространение получили трубчатые герметичные элементы ( ТЭН).

ТЭН представляет собой металлическую трубку, внутри которой находится электронагревательный элемент (проволока скрученная в спираль, которая обычно выполнена из нихрома или фехраля, а металлическая оболочка из алюминия или меди). Схема типового ТЭНА нарис.4.1.

Рис. 4.1. Схема, поясняющая конструкцию ТЭНа: 1 - металлическая трубка, корпус; 2 - герметизирующие, электро-теплоизолированые втулки; 3- наполнитель- корундовый песок; 4- электроконтакты.

Расчёт электронагревательных элементов проводят исходя из заданной мощности и напряжения в сети. Зная мощность и напряжение находят ток, а затем сопротивление, определяя длину и диаметр проволоки. Исходя из условия безопасности и надежности, находят ток, при котором проволока не плавится при работе. Преимущества:

- электробезопасность;

- герметичность;

- возможность создавать нагреватели сложной конфигурации;

- возможность использования в жидкой среде.

Недостатки:

- при использовании в агрессивных средах необходимо покрывать корпуса изолирующим материалами.