Электронагревательные приборы

Электрический нагрев по сравнению с другими видами нагрева (при помощи газа, жидкого или твердого топлива) имеет ряд существенных преимуществ:

· отсутствие вредных выделений, которые сопутствуют такому широко распространенному энергоносителю, как природный газ: при открытом горении газа выделяются как продукты полного сгорания (углекислый газ, вода), так и особенно вредные для здоровья людей продукты неполного сгорания (оксид углерода, смолистые вещества и др.);

· возможность регулирования степени нагрева до определенной температуры.

Электронаrреватели бытовых приборов – это устройства, преобразующие электрическую энергию в тепловую.

Перенос энергии в форме теплоты происходит между телами с различной температурой и называется теплообменом. Движущей силой любого процесса теплообмена является разность температур более нагретого и менее нагретого тел. Теплообмен – это самопроизвольный процесс переноса теплоты. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называют теплообменниками.

Теплопередача – это перенос теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку. Оба вещества, участвующие в теплопередаче, называются теплоносителями

Тепло от нагревательного элемента к нагреваемому телу может передаваться путем теплопроводности, конвекции или излучения.

Исследования показывают, что теплопередача является сложным процессом. При изучении этот процесс расчленяют на простые явления. Различают три элементарных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводность представляет собой процесс молекулярного переноса теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. Теплопроводность в чистом виде, как правило, встречается в твердых телах. Так, в металлах перенос теплоты теплопроводностью связан с перемещением свободных электронов и колебаниями атомов кристаллической решетки; в электроутюгах.

Конвекция происходит только в газах и жидкостях и состоит в том, что перенос теплоты осуществляется перемещающимися в пространстве макроскопическими объемами среды.(Например, при нагревании воды снизу нижние нагретые более легкие слои поднимаются вверх, а более тяжелые холодные слои опускаются вниз. Возникают так называемые конвекционные токи, температура воды постепенно выравнивается и повышается.)

Тепловое излучение – это процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением – тепловой энергии в лучистую и обратно (например, от электрокаминов).

Электронагревательные приборы состоят из корпуса, нагревательного элемента (НЭ), включающих и регулирующих устройств, контактных штифтов, электроизоляционных и теплоизолирующих материалов.

Требования к сплавам для НЭ:

· высокое удельное сопротивление;

· компактность конструкции;

· малая зависимость от температуры (температурный коэффициент сплава должен быть весьма мал);

· длительно выдерживать высокую температуру, не расплавляясь и не окисляясь.

Больше всего удовлетворяют этим требованиям специальные сплавы – константан, нихром и фехраль.

Константан – выпускается в виде проволоки или ленты соответственно диаметром или толщиной от 0,003 мм и более. Имеет низкуюй рабочую температуру в следствии чего применяется для изготовления нагревательных элементов кипятильников.

Нихром – выпускается в виде холоднокатаной проволоки диаметром 0,2...5,5 мм, горячекатаной проволоки диаметром 6...10 мм и ленты толщиной 0.2...3 мм при ширине 6...30 мм. Достоинство – высокая допустимая рабочая температура до 1100°С (электрические плитки, утюги, чайники).

Фехраль – выпускается в виде проволоки диаметром 0,2...6 мм. Достоинство – низкая стоимость (содержание железа 80%); недостаток – низкая допустимая рабочая температура до 850° (электрические плитки, чайники, утюги и др.).

Во всех нагревательных элементах предусмотрена изоляция токопроводящей проволоки и ленты от корпуса. От этого зависят качество и надежность электронагревательных приборов, а также их электробезопасность.

Требования к изоляционным материалам:

· высокие электро – и теплоизоляционные свойства;

· высокая механическая прочность (ввиду частых колебаний температур).

Классификация изоляционных материалов по Т нагрева

не выше 600°С: фарфор, натуральная слюда и жароупорный миканит (кусочки слюды склеенные жидким стеклом или борной кислотой);

от 700…900°С: алунд (почти чистый оксид алюминия) жженая маrнезия (порошок оксида маrния)

свыше 900°С: шамот (oгнeупорная глина), кварцевый песок (Si0₂) и периклаз (MgO).