книги из ГПНТБ / Кудрявцев И.Ф. Полупроводниковые пленочные электронагреватели в сельском хозяйстве

При интенсивной теплопередаче (например, в электро­ пастеризаторе) необходимо соблюдать условие

^УД ^уд.доп

Полная мощность нагревателя Р = WyJF Вт, где F — площадь пленочного нагревателя, см2 .

Площадь нагревателя выбирается исходя из кон­ структивных и технологических соображений или из условия обеспечения заданной производительности на­ грева. Расчет необходимой площади нагревателя про­ изводят по формуле

дительности установки, Вт.

При равномерно распределенном пленочном нагрева­ тельном элементе по площади F и параллельном распо­ ложении контактных электродов по всей ширине полос нагревательной пленки (задаваясь схемой соединения

К— количество последовательно соединенных полос (при делении полосы на п парал­

лельно соединенных участков К = 1/п). Количество полос нагревательной пленки выбирается

из условий минимальной длины соединительных провод­ ников и получения необходимой мощности (в пределах возможных значений р).

Расчет компонентов ферросилициевой пленки произ­ водят следующим образом. Выбирают состав, содержа­ щий не более двух марок ферросилиция, с преобладаю­ щим содержанием по весу одной из них (в частности, Си 45). Хранить помол желательно не более 100 ч.

Исходя из известной величины удельного сопротив-

51

лення пленки общее содержание кремния в процентах в составе пленки определяется по расчетному графику р (Si, %) (рис. 3). Затем выбирают ближайшую по со­ держанию кремния марку ферросилиция и находят ве­ личину добавки ферросилиция другой марки по фор­ муле

пленки для некоторых электротепловых установок при­ ведены в гл.IV.

3.Допустимые напряжения питания и температура нагревателя

Напряжение нагревателя выбирают по условию про­ боя нагревательной пленки на' корпус в заданном диа­ пазоне рабочих температур нагрева.

По причине технологически возможных дефектов (поры, пузыри, кристаллические включения и пр.) стеклоэмали нельзя отнести к макроскопическим однород­ ным диэлектрикам. Для неоднородных диэлектриков различают три вида пробоя: электрический, электротеп­ ловой и электрохимический [2].

Электрический пробой тонкослойной изоляции при больших площадях электродов зависит, в первую оче­ редь, от напряженности электрического поля, толщины и сплошности покрытия.

Электрический пробой стеклоэмалевого покрытия воз­ можен в процессе эксплуатации нагревателя при усло­ вии, если напряженность электрического поля будет больше допустимой. Допустимая напряженность, как го-

52

проверка сплошности покрытия на пробой повышенным

Электротепловой пробой изоляции имеет следующий физический смысл. Тепловая энергия, выделяемая изо­ ляцией под действием повышенного напряжения, посту­ пает в окружающую среду, поэтому в толще изоляции возникает перегрев, приводящий к уменьшению сопро­ тивления стеклоэмали и дальнейшему увеличению мощ­ ности нагрева изоляции. В зависимости от условий теп­ лопередачи и температурной зависимости сопротивления изоляции возникает явление тепловой нестабильности, приводящее к термическому разрушению изоляции под действием электрического тока утечки на корпус. В этой связи предельное напряжение питания и температура пленочного нагревателя ограничены зависимостью со­ противления стеклоэмалевого покрытия от температуры.

Допустимое напряжение питания нагревателя по условию электротеплового пробоя выражается аналити­ ческой формулой: -

53

жение определяется температурой пленочного нагрева­ теля, параметрами температурной зависимости сопро­ тивления, теплопроводностью и толщиной стеклоэмале-

что оно не менее чем на 20% выше, чем рассчитанное по формуле (20.3).

Определение допустимой температуры нагрева при заданном напряжении питания нагревателя по формуле (18.4) затруднительно. Рассчитывать температуру луч­ ше всего методом последовательного приближения.

Расчеты, проведенные с учетом данных, полученных при испытании эмалей со средней толщиной покрытия от 200 до 500 мкм при напряжении 220 В, позволяют рекомендовать допустимые температуры пленочных на­ гревателей, приведенные в табл. 9.

в основном относится к высокощелочным эмалям, вслед­ ствие большой подвижности ионов Na, К и Li. Поэтому включение пленочных нагревателей в электросеть по­ стоянного тока не рекомендуется. v

54

1 . Обогрев животноводческих помещений

Для иагрева воздуха, при поддержании оптимального микроклимата, можно использовать электрокалорифер­ ную систему и панельный обогрев помещений. Расчеты пленочных нагревателей для этих систем имеют свои особенности в связи с разными условиями теплоотдачи, различными конструктивными и технологическими тре­ бованиями.

Пленочные калориферы. Электрокалориферные систе­ мы обогрева помещений включают в себя следующие основные узлы и устройства: электровеитиляционную установку, пленочный электрокалорифер, систему разда­ точных воздуховодов и аппаратуру управления.'

Калорифер — это теплообменное устройство для по­ догрева воздуха путем принудительного продувания его через нагретые поверхности, в данном случае пленочные нагреватели.

Энергетическое совершенство калориферных устано­ вок зависит от мощности Рк, переданной через теплообменную поверхность калорифера, и мощности Р„, потреб­ ляемой двигателем вентилятора на преодоление сопро­ тивления движению нагреваемого потока воздуха. Коэф­ фициент энергетического совершенства калориферной установки равен

гии, затраченной вентилятором. При этом, чем выше коэффициент Е, тем эффективнее теплообменник с энер­ гетической точки зрения.

I

сс— коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/м2 °С;

калориферной установки, позволяет сделать следующие выводы, необходимые для разработки и создания новых калориферных систем обогрева.

1. Расход электроэнергии на нагрев воздуха в кало-

56

рифере зависит от теплопропзводительностп и теплопотерь в окружающую калорифер среду и не зависит от конструктивных особенностей пленочных нагревателей.

2. Конструкция пленочных нагревателей и их пара­ метры оказывают влияние на коэффициент энергетиче­ ского совершенства и стоимость калорифера.

При этом коэффициент энергетического совершен­ ства калорифера Е увеличивается с уменьшением потерь напора Я с т воздуха в системе. Снижение Я с т дости­ гается за счет уменьшения площади электронагревате­ лей, что способствует снижению стоимости и размеров установки.

Однако уменьшение площади нагревателей, как вид­ но из формулы (2.4), приводит к увеличению удельной поверхностной мощности WyR, а следовательно, и к по­ вышению температуры tn_

Рассматривая уравнение теплового баланса (2.4), можно видеть, что для ограничения температуры нагре­ вателя необходимо соответствующее увеличение коэффи­ циента теплопередачи а калорифера.

Коэффициент теплопередачи а зависит от темпера­ туры, скорости и вязкости воздуха, линейных размеров нагревателей, ширины каналов между ними и других факторов. Определение коэффициента а наряду с опре­ делением электрических и термических параметров пле­ ночных нагревателей является необходимым условием расчета.

57

2. Количество нагревателей в поперечном сечении прохода воздуха через калорифер

где hi — высота окна калорифера, см.

4. Коэффициент теплопередачи калорифера а опре­ деляется по графику (рис. 14) для средней температуры воздуха путем экстраполирования граничных кривых.

где ^п.доп — допустимая температура нагревателя, °С; К — коэффициент, зависящий от условий об­ дува электронагревателей (для одиноч-

'ных панелей Я=1,0, для спаренных па­ нелей /(=0,6).

6.Количество электронагревателей по высоте кало­ рифера

58

Рис. 14. Зависимости коэффициента теплопередачи пластинчатого ка­ лорифера от весовой скорости воздуха при различных средних температурах его.

7. Количество нагревателей по длине калорифера

После расчета определяютудельное электрическое сопротивление пленочного нагревательного элемента и состав пленки по приведенным выше формулам и про­ изводят конструктивную проработку нагревателя.

Для примера произведем расчет калорифера с пле-

59

ночными нагревателями для современного широкогаба­

повой проект № 05-136-8к Гипросельхоза). При расчет­ ной наружной температуре tu =—20°С теплопотери по­

Ширину и высоту окна калорифера принимаем рав­ ными 0,6 м, размер щелевого канала между нагревате­ лями 0,05 м, толщину спаренного нагревателя 0,01 м.

Количество нагревателей в поперечном сечении ка­ лорифера

60