Добавил:
Upload
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:техника и технол.продолжение / 41_Fizicheskie_osnovy_elektronagreva
.txt 41. Физические основы электронагрева.
В электронагревательных приборах электрическая энергия преобразуется в тепловую. В бытовых приборах используют различные виды электронагрева: за счет использования проводников высокого сопротивления, инфракрасный, индукционный и высокочастотный.
Нагрев за счет проводников высокого сопротивления подчиняется закону Джоуля-Ленца. При этом могут использоваться электронагревательные элементы открытого, защищенного и закрытого типов. В открытых электронагревателях электронагревательный элемент изоляции не имеет; в защищенных — проводник имеет изоляцию (керамические бусы, слюда и т. п.); в нагревателях закрытого типа проводник, в котором выделяется тепло, полностью защищен от внешней среды и является несменным. К нагревателям последнего типа относят трубчатые электронагреватели (ТЭНы), нагреватели, вмонтированные в ситалловые панели. Для изготовления нагревательных элементов используют либо нихромы (Х20Н30; Х15Н60 — данный вид сплавов более дорогой, термостойкий и долговечный), либо фехрали (Х13Ю4 — они дешевле, выдерживают нагрев до температуры 800°С.
Приборы с инфракрасным нагревом работают на проводниках высокого сопротивления, максимум излучения которых приходится на область спектра с длиной волн от 0,76 до 3 мкм (инфракрасная зона). Используют данный вид нагрева в грилях, электрокаминах.
Индукционный нагрев основан на излучении джоулевого тепла и вихревых токов, возникающих в обмотках трансформатора броневого типа. Эти нагреватели имеют температуру до 500°С, они дорогие, но обеспечивают высокую безопасность. Данный вид нагрева применяется в приборах, осуществляющих нагрев воды (кипятильники; ранее применялся в стиральных машинах — электробезопасный способ нагрева).
Высокочастотный (микроволновой) нагрев используют в приборах для тепловой обработки пищевых продуктов. Принцип работы высокочастотных нагревателей сводится к следующему: магнетрон (высокочастотный генератор) излучает высокочастотные электромагнитные волны (2300-2700 МГц), которые через волнопровод попадают в рабочую камеру, где происходит облучение продукта. При этом происходит поляризация молекул вещества, в результате чего внутри массы продукта выделяется тепловая энергия.
По назначению электронагревательные приборы подразделяются на следующие подгруппы:
• приборы для приготовления и подогрева пищевых продуктов;
• приборы для нагрева воды;
• приборы для обогрева помещений;
• приборы для глажения;
• приборы для обогрева тела человека;
• электронагревательный инструмент.
Кроме этого, электронагревательные приборы можно различать по способу нагрева; степени электробезопасности; степени защиты от воздействия влаги; климатическим условиям эксплуатации; по возможности регулировки температуры и другим признакам.
Наиболее представительной подгруппой электронагревательных приборов является первая — приборы для приготовления и подогрева пищевых продуктов. В ней выделяют приборы для приготовления пищи общего назначения: электроплиты и электроплитки (электроплиты отличаются наличием жарочного шкафа); конфорочные панели и жарочные шкафы; приборы специального назначения: СВЧ-печи, тостеры (используют для обжаривания ломтиков хлеба, имеют вертикальную загрузку), ростеры (применяют для получения горячих бутербродов — имеют горизонтальную загрузку); фритюрницы (для приготовления пищи во фритюре — кипящем жиру); электрошашлычницы; блинницы; вафельницы; электросковороды и электрокастрюли; приборы для приготовления напитков: чайники, кофейники, самовары; приборы для подогрева пищи и напитков: мармиты (плоские нагревательные панели); подогреватели детского питания (принцип работы основан на водяной бане).
Ассортимент электронагревательных приборов разнообразен, каждому виду присущи свои признаки классификации, которые обычно предусмотрены в действующих стандартах.
Электронагрев заключается в том, что в предмет(бетон, трубы, кафель...)вводят металлические электроды, через которые пропускают электрический ток. Электрическое сопротивление увеличивается. Электрический ток вызывает прогревание: чем больше напряжение тем выше напряжение тока. Например при изготовлении железобетонных конструкций в качестве электродов используют арматуру.
Бытовые электронагревательные приборы широко применяются в повседневной жизни человека. С их помощью можно приготовить пищу (электрическая печь, электрическая плитка), подогреть воду (электрический чайник, электрокипятильник), обогреть помещение (электрокамин), погладить одежду (электрический утюг) и т.д.
Конструкции электронагревательных приборов различны, но принцип работы один и тот же — превращение электрической энергии в тепловую.
В любом электронагревательном приборе имеется нагревательный элемент. Его изготавливают из материала с большим сопротивлением электрическому току в виде проволочной спирали. В настоящее время применяют нагревательные элементы закрытого типа, где проволочная спираль размещена в стальной или латунной трубке. Пространство между спиралью и стенками трубки заполняют кварцевым песком, который является хорошим изолятором. Для защиты спирали от окружающего воздуха концы трубок заливают стекловидной эмалью.
Здания с электрообогреваемыми полами обычно применяют в случаях, когда необходимо обеспечить самое благоприятное распределение температуры по высоте помещения. Поверхность пола в таких помещениях нагревается до 25 - 30 °С, а воздух на высоте до 2 м имеет температуру 18 - 20 °С, что создает наиболее комфортные условия для человека. Такое распределение температуры вызывает незначительные конвективные потоки, приводящие к минимальному подъему пыли с пола. Электрообогреваемые полы целесообразно применять в ванных и душевых комнатах, банях, санпропускниках и других помещениях.
При толщине слоя бетона не менее 10 см, в который заложен нагревательный кабель, важную роль играет теплоаккумулирующая способность электрообогреваемых полов накапливать тепловую энергию в своей толще и тем самым длительно поддерживать температурный режим при выключенной электроэнергии, что позволяет при многотарифных ценах на электроэнергию отключать систему обогрева во время действия высоких цен (обычно в период дневного максимума нагрузок в сети) и вновь включать во время действия низких цен (в ночной период). Применение средств автоматического контроля и регулирования температуры с учетом поступления тепла от людей, животных, бытовых электроприборов и солнца способствует решению проблемы энергосбережения.
Система распределенного электрообогрева пригодна для обогрева помещений сложной формы со значительным перепадом температур в разных зонах помещения и даже на открытом воздухе. Например, для подогрева поверхностей игровых полей открытых стадионов или для периодического подогрева в зимний период поверхности огороженных загонов в южных регионах страны, где круглогодично, даже в зимнее время содержат крупный рогатый скот на открытом воздухе. Целесообразность такого обогрева должна подтверждаться технико-экономическим расчетом.
Область применения настоящего стандарта ограничивается в основном внутренними помещениями зданий с электрообогреваемыми полами с заложением нагревательного кабеля в бетонную стяжку, однако некоторые требования стандарта могут быть распространены и на другие объекты с электрообогреваемыми поверхностями.
Магнитная индукция — эффективный электронагрев.
На замену привычным нам технологиям приходят их более эффективные аналоги. Так пришли современные Вихревые Индукционные Нагреватели «ВИН». Основной нагревательный элемент в них — индуктор. Индуктор представляет собой медную катушку, излучающую вихревые магнитные поля, которые воздействуют на электропроводящий материал таким образом, что его поверхность начинает разогреваться. Здесь нет ни какой фантастики — это чистая физика описанная ещё в законе Джоуля-Ленца. Разогреваемый теплообменник из нержавеющей стали передаёт тепло протекающему через него теплоносителю, таким образом, сама катушка с ним не соприкасается, что и обеспечивает долговечность работы нагревателя (в отличие от ТЭНа, погружаемого в жидкость). Большая площадь теплообменника и высокий теплосъём позволяют понизить максимальную температуру теплообменника до 140ОС. Благодаря этому нагреватель способен работать с любыми теплоносителями, будь то вода, масло, антифриз или газы.
Эта особенность делает ВИН гибким в использовании. Установив его на даче или в производственном помещении и залив туда антифриз, можно не бояться, что система отопления замёрзнет при длительном отсутствии или отключении энергии. Так же это даёт свободу в управлении нагревателем, ведь его можно полностью отключать без всяких последствий.
Но, как правило, в системе отопления используют воду, а использование этого теплоносителя грозит образованием накипи, что является причиной снижения эффективности оборудования и скорых поломок. Причиной образования накипи на нагревательных элементах бытовых приборов является чрезмерное количество растворённых в воде солей кальция и магния. Чем больше этих солей, тем более “жёсткой” является вода, а также вода, в которой содержится мельчайшая грязь (частицы ржавчины и т.п.). Накипь значительно ухудшает теплопроводность металла, следовательно, время на нагрев воды увеличивается, а вместе с ним увеличивается расход электроэнергии. При нагреве воды, соли, содержащиеся в ней, разлагаются на углекислый газ и нерастворимый осадок, который и является той самой накипью.
После воздействия на воду магнитного поля индуктора, в ней увеличивается скорость химических процессов и кристаллизации растворенных веществ, интенсифицируются процессы адсорбции, улучшается процесс расслоения примесей и выпадение их в осадок. Ускорение процесса кристаллизации минеральных примесей в воде, прошедшей такую обработку, приводит к значительному уменьшению размеров частиц накипеобразующих солей; в результате практически прекращается оседание их на стенках теплообменника и труб.
Рассмотрим ещё одно главное преимущество ВИНа — более высокую энергоэффективность. Инженерам ООО «Альтернативная энергия» удалось создать эффективную конструкцию нагревателя, работающего на частоте переменного тока 50 Герц, с показателем КПД =98%, то есть почти вся электроэнергия превращается в тепло, к тому-же, конструкция теплообменника позволяет теплоносителю проходить через него с высокой скоростью, что облегчает нагрев системы отопления.
Ещё одним преимуществом нагревателя является оснащение блоком автоматического управления, благодаря которому возможно регулирование температуры теплоносителя исходя из меняющихся условий.
Обладая неприхотливостью в эксплуатации, высокой надёжностью, универсальностью и ресурсом более 30 лет работы, ВИНы являются прекрасной заменой традиционным электрическим ТЭНовым нагревателям.
ВИДЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА
1. Прямой электронагрев - электронагрев, при котором тепло выделяется в загрузке, включенной в электрическую цепь.
2. Косвенный электронагрев - электронагрев, при котором тепло выделяется в электронагревателе и передается загрузке теплообменом.
3. Нагрев сопротивлением - электронагрев за счет электрического сопротивления электронагревателя или загрузки.
4. Дуговой нагрев - электронагрев загрузки электрической дугой.
5. Индукционный нагрев - электронагрев электропроводящей загрузки электромагнитной индукцией.
5. Инфракрасный нагрев - электронагрев инфракрасным излучением при условии, что излучательные спектральные характеристики излучателя соответствуют поглощательным характеристикам нагреваемой загрузки.
6. Электронно-лучевой нагрев - электронагрев загрузки сфокусированным электронным лучом в вакууме.
7. Плазменный нагрев - электронагрев загрузки стабилизированным высокотемпературным ионизированным газом, образующим плазму.
8. Диэлектрический нагрев - электронагрев неэлектропроводящей загрузки токами смещения при поляризации.
9. Лазерный нагрев - электронагрев за счет последовательного преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения и затем в тепловую в облучаемой загрузке.
10. Ионный нагрев - электронагрев загрузки потоком ионов, образованным электрическим разрядом в вакууме.
11. Смешанный электронагрев - электронагрев, сочетающий два и более видов электронагрева.
В электронагревательных приборах электрическая энергия преобразуется в тепловую. В бытовых приборах используют различные виды электронагрева: за счет использования проводников высокого сопротивления, инфракрасный, индукционный и высокочастотный.
Нагрев за счет проводников высокого сопротивления подчиняется закону Джоуля-Ленца. При этом могут использоваться электронагревательные элементы открытого, защищенного и закрытого типов. В открытых электронагревателях электронагревательный элемент изоляции не имеет; в защищенных — проводник имеет изоляцию (керамические бусы, слюда и т. п.); в нагревателях закрытого типа проводник, в котором выделяется тепло, полностью защищен от внешней среды и является несменным. К нагревателям последнего типа относят трубчатые электронагреватели (ТЭНы), нагреватели, вмонтированные в ситалловые панели. Для изготовления нагревательных элементов используют либо нихромы (Х20Н30; Х15Н60 — данный вид сплавов более дорогой, термостойкий и долговечный), либо фехрали (Х13Ю4 — они дешевле, выдерживают нагрев до температуры 800°С.
Приборы с инфракрасным нагревом работают на проводниках высокого сопротивления, максимум излучения которых приходится на область спектра с длиной волн от 0,76 до 3 мкм (инфракрасная зона). Используют данный вид нагрева в грилях, электрокаминах.
Индукционный нагрев основан на излучении джоулевого тепла и вихревых токов, возникающих в обмотках трансформатора броневого типа. Эти нагреватели имеют температуру до 500°С, они дорогие, но обеспечивают высокую безопасность. Данный вид нагрева применяется в приборах, осуществляющих нагрев воды (кипятильники; ранее применялся в стиральных машинах — электробезопасный способ нагрева).
Высокочастотный (микроволновой) нагрев используют в приборах для тепловой обработки пищевых продуктов. Принцип работы высокочастотных нагревателей сводится к следующему: магнетрон (высокочастотный генератор) излучает высокочастотные электромагнитные волны (2300-2700 МГц), которые через волнопровод попадают в рабочую камеру, где происходит облучение продукта. При этом происходит поляризация молекул вещества, в результате чего внутри массы продукта выделяется тепловая энергия.
По назначению электронагревательные приборы подразделяются на следующие подгруппы:
• приборы для приготовления и подогрева пищевых продуктов;
• приборы для нагрева воды;
• приборы для обогрева помещений;
• приборы для глажения;
• приборы для обогрева тела человека;
• электронагревательный инструмент.
Кроме этого, электронагревательные приборы можно различать по способу нагрева; степени электробезопасности; степени защиты от воздействия влаги; климатическим условиям эксплуатации; по возможности регулировки температуры и другим признакам.
Наиболее представительной подгруппой электронагревательных приборов является первая — приборы для приготовления и подогрева пищевых продуктов. В ней выделяют приборы для приготовления пищи общего назначения: электроплиты и электроплитки (электроплиты отличаются наличием жарочного шкафа); конфорочные панели и жарочные шкафы; приборы специального назначения: СВЧ-печи, тостеры (используют для обжаривания ломтиков хлеба, имеют вертикальную загрузку), ростеры (применяют для получения горячих бутербродов — имеют горизонтальную загрузку); фритюрницы (для приготовления пищи во фритюре — кипящем жиру); электрошашлычницы; блинницы; вафельницы; электросковороды и электрокастрюли; приборы для приготовления напитков: чайники, кофейники, самовары; приборы для подогрева пищи и напитков: мармиты (плоские нагревательные панели); подогреватели детского питания (принцип работы основан на водяной бане).
Ассортимент электронагревательных приборов разнообразен, каждому виду присущи свои признаки классификации, которые обычно предусмотрены в действующих стандартах.
Электронагрев заключается в том, что в предмет(бетон, трубы, кафель...)вводят металлические электроды, через которые пропускают электрический ток. Электрическое сопротивление увеличивается. Электрический ток вызывает прогревание: чем больше напряжение тем выше напряжение тока. Например при изготовлении железобетонных конструкций в качестве электродов используют арматуру.
Бытовые электронагревательные приборы широко применяются в повседневной жизни человека. С их помощью можно приготовить пищу (электрическая печь, электрическая плитка), подогреть воду (электрический чайник, электрокипятильник), обогреть помещение (электрокамин), погладить одежду (электрический утюг) и т.д.
Конструкции электронагревательных приборов различны, но принцип работы один и тот же — превращение электрической энергии в тепловую.
В любом электронагревательном приборе имеется нагревательный элемент. Его изготавливают из материала с большим сопротивлением электрическому току в виде проволочной спирали. В настоящее время применяют нагревательные элементы закрытого типа, где проволочная спираль размещена в стальной или латунной трубке. Пространство между спиралью и стенками трубки заполняют кварцевым песком, который является хорошим изолятором. Для защиты спирали от окружающего воздуха концы трубок заливают стекловидной эмалью.
Здания с электрообогреваемыми полами обычно применяют в случаях, когда необходимо обеспечить самое благоприятное распределение температуры по высоте помещения. Поверхность пола в таких помещениях нагревается до 25 - 30 °С, а воздух на высоте до 2 м имеет температуру 18 - 20 °С, что создает наиболее комфортные условия для человека. Такое распределение температуры вызывает незначительные конвективные потоки, приводящие к минимальному подъему пыли с пола. Электрообогреваемые полы целесообразно применять в ванных и душевых комнатах, банях, санпропускниках и других помещениях.
При толщине слоя бетона не менее 10 см, в который заложен нагревательный кабель, важную роль играет теплоаккумулирующая способность электрообогреваемых полов накапливать тепловую энергию в своей толще и тем самым длительно поддерживать температурный режим при выключенной электроэнергии, что позволяет при многотарифных ценах на электроэнергию отключать систему обогрева во время действия высоких цен (обычно в период дневного максимума нагрузок в сети) и вновь включать во время действия низких цен (в ночной период). Применение средств автоматического контроля и регулирования температуры с учетом поступления тепла от людей, животных, бытовых электроприборов и солнца способствует решению проблемы энергосбережения.
Система распределенного электрообогрева пригодна для обогрева помещений сложной формы со значительным перепадом температур в разных зонах помещения и даже на открытом воздухе. Например, для подогрева поверхностей игровых полей открытых стадионов или для периодического подогрева в зимний период поверхности огороженных загонов в южных регионах страны, где круглогодично, даже в зимнее время содержат крупный рогатый скот на открытом воздухе. Целесообразность такого обогрева должна подтверждаться технико-экономическим расчетом.
Область применения настоящего стандарта ограничивается в основном внутренними помещениями зданий с электрообогреваемыми полами с заложением нагревательного кабеля в бетонную стяжку, однако некоторые требования стандарта могут быть распространены и на другие объекты с электрообогреваемыми поверхностями.
Магнитная индукция — эффективный электронагрев.
На замену привычным нам технологиям приходят их более эффективные аналоги. Так пришли современные Вихревые Индукционные Нагреватели «ВИН». Основной нагревательный элемент в них — индуктор. Индуктор представляет собой медную катушку, излучающую вихревые магнитные поля, которые воздействуют на электропроводящий материал таким образом, что его поверхность начинает разогреваться. Здесь нет ни какой фантастики — это чистая физика описанная ещё в законе Джоуля-Ленца. Разогреваемый теплообменник из нержавеющей стали передаёт тепло протекающему через него теплоносителю, таким образом, сама катушка с ним не соприкасается, что и обеспечивает долговечность работы нагревателя (в отличие от ТЭНа, погружаемого в жидкость). Большая площадь теплообменника и высокий теплосъём позволяют понизить максимальную температуру теплообменника до 140ОС. Благодаря этому нагреватель способен работать с любыми теплоносителями, будь то вода, масло, антифриз или газы.
Эта особенность делает ВИН гибким в использовании. Установив его на даче или в производственном помещении и залив туда антифриз, можно не бояться, что система отопления замёрзнет при длительном отсутствии или отключении энергии. Так же это даёт свободу в управлении нагревателем, ведь его можно полностью отключать без всяких последствий.
Но, как правило, в системе отопления используют воду, а использование этого теплоносителя грозит образованием накипи, что является причиной снижения эффективности оборудования и скорых поломок. Причиной образования накипи на нагревательных элементах бытовых приборов является чрезмерное количество растворённых в воде солей кальция и магния. Чем больше этих солей, тем более “жёсткой” является вода, а также вода, в которой содержится мельчайшая грязь (частицы ржавчины и т.п.). Накипь значительно ухудшает теплопроводность металла, следовательно, время на нагрев воды увеличивается, а вместе с ним увеличивается расход электроэнергии. При нагреве воды, соли, содержащиеся в ней, разлагаются на углекислый газ и нерастворимый осадок, который и является той самой накипью.
После воздействия на воду магнитного поля индуктора, в ней увеличивается скорость химических процессов и кристаллизации растворенных веществ, интенсифицируются процессы адсорбции, улучшается процесс расслоения примесей и выпадение их в осадок. Ускорение процесса кристаллизации минеральных примесей в воде, прошедшей такую обработку, приводит к значительному уменьшению размеров частиц накипеобразующих солей; в результате практически прекращается оседание их на стенках теплообменника и труб.
Рассмотрим ещё одно главное преимущество ВИНа — более высокую энергоэффективность. Инженерам ООО «Альтернативная энергия» удалось создать эффективную конструкцию нагревателя, работающего на частоте переменного тока 50 Герц, с показателем КПД =98%, то есть почти вся электроэнергия превращается в тепло, к тому-же, конструкция теплообменника позволяет теплоносителю проходить через него с высокой скоростью, что облегчает нагрев системы отопления.
Ещё одним преимуществом нагревателя является оснащение блоком автоматического управления, благодаря которому возможно регулирование температуры теплоносителя исходя из меняющихся условий.
Обладая неприхотливостью в эксплуатации, высокой надёжностью, универсальностью и ресурсом более 30 лет работы, ВИНы являются прекрасной заменой традиционным электрическим ТЭНовым нагревателям.
ВИДЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА
1. Прямой электронагрев - электронагрев, при котором тепло выделяется в загрузке, включенной в электрическую цепь.
2. Косвенный электронагрев - электронагрев, при котором тепло выделяется в электронагревателе и передается загрузке теплообменом.
3. Нагрев сопротивлением - электронагрев за счет электрического сопротивления электронагревателя или загрузки.
4. Дуговой нагрев - электронагрев загрузки электрической дугой.
5. Индукционный нагрев - электронагрев электропроводящей загрузки электромагнитной индукцией.
5. Инфракрасный нагрев - электронагрев инфракрасным излучением при условии, что излучательные спектральные характеристики излучателя соответствуют поглощательным характеристикам нагреваемой загрузки.
6. Электронно-лучевой нагрев - электронагрев загрузки сфокусированным электронным лучом в вакууме.
7. Плазменный нагрев - электронагрев загрузки стабилизированным высокотемпературным ионизированным газом, образующим плазму.
8. Диэлектрический нагрев - электронагрев неэлектропроводящей загрузки токами смещения при поляризации.
9. Лазерный нагрев - электронагрев за счет последовательного преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения и затем в тепловую в облучаемой загрузке.
10. Ионный нагрев - электронагрев загрузки потоком ионов, образованным электрическим разрядом в вакууме.
11. Смешанный электронагрев - электронагрев, сочетающий два и более видов электронагрева.
Соседние файлы в папке техника и технол.продолжение