Что лежит в основе работы электронагревательных приборов
Перейти к содержимому

Что лежит в основе работы электронагревательных приборов

  • автор:

Электронагревательные приборы — греемся электричеством

Главным недостатком централизованного отопления является сложность регулирования температуры в помещении и недостаток тепла в межотопительный период. Поэтому приходится применять электронагревательные приборы, которые призваны повысить температуру в комнате и сделать жизнь комфортной. К ним можно отнести тепловентиляторы, масляные нагреватели, конвекторы и инфракрасные обогреватели. Рассмотрим их достоинства и недостатки.

Самые недорогие и компактные – тепловентиляторы. Являясь, по сути своей вентиляторами, они помогают быстро нагреть воздух в комнате.

Их устройство не отличается сложностью: вентилятор формирует воздушный поток, проходящий через нагретую спираль. Быстрота нагрева воздушного потока является в то же время их главным недостатком, ведь усиленное движение воздушной массы создает быстрое охлаждение. Но в целом, при условии эксплуатации в небольшом помещении, тепловентилятор вполне справляется со своей задачей.

Главным недостатком является быстрое остывание. Пока пользуетесь тепловентилятором – тепло, выключили – практически сразу – холодно. Это — плата за компактность и направленность теплового потока. Из-за наличия вентилятора и его мощности тепловентиляторы могут быть довольно шумными.

В продаже можно встретить как бюджетные, так и достаточно дорогие модели с большим количеством опций. Дополнительные опции: скрытая спираль, увлажнение, ионизация, таймер, термостат и прочие, могут быть очень полезными. Функция увлажнения воздуха будет очень кстати для тех, кто плохо переносит сухой нагретый воздух.

Обязательно следует поинтересоваться встроенными защитами от перегрева, опрокидывания, перегрузки электрической сети. Если в доме есть дети или домашние питомцы, то лучше отдать предпочтение модели со скрытой спиралью.

Масляные обогреватели в магазинах чаще всего бывают в форме маслонаполненного радиатора. Имитируя радиатор центрального отопления, он имеет некоторые схожие характеристики: во всяком случае, при отключении электроэнергии, достаточно хорошо держит тепло, не остывая сразу.

Площадь обогрева зависит от количества секций и мощности масляного обогревателя. При этом в более дорогих моделях может быть встроен вентилятор для ускоренного прогревания воздуха. Довольно бесшумны.

В случае приобретения, стоит поинтересоваться мощностью, наличием защиты от опрокидывания, защиты от скачка напряжения. Защитное отключение при опрокидывании является важным — нагревательный элемент должен быть постоянно расположен в масле, поэтому необходимым условием является вертикальное расположение обогревателя. Иначе – возможен перегрев, что может быть причиной возгорания и даже взрыва. А раскаленное масло лучше на сковороде, чем не на стенах и мебели.

Электрические конвекторы представляют собой несложное устройство. Наружный корпус из металла прикрывает спираль нагрева. Спираль раскаляется, греет корпус и выделяет тепло. При этом, по законам конвекции, холодный воздух поступает снизу, а нагретый поднимется вверх.

Главное их достоинство – бесшумность и отсутствие жидких теплоносителей. Их можно крепить к стене или устанавливать на колеса, что повышает их мобильность. Обычно комплектуются двумя независимыми спиралями, регулятором температуры и переключателем мощности. В отличие от тепловентиляторов, после отключения, еще некоторое время удерживают и отдают тепло за счет нагретой поверхности.

При покупке лучше отдать предпочтение моделям с закрытой спиралью нагрева (меньше выжигают кислород и пыль в помещении). И, конечно же, защита от перегрева, отключение при опрокидывании. В случае перекрытия вентиляционных щелей, конвектор должен отключиться, иначе – перегрев и возгорание.

Главными достоинствами инфракрасных нагревателей является бесшумность работы, компактность и небольшое потребление энергии.

Принцип работы их построен на прохождении тепловых волн через воздух без его нагрева. Нагреваются только предметы, на которые направлен нагреватель, а уж эти предметы обогревают и воздух. Поэтому инфракрасные нагреватели являются устройствами локального нагрева. Всю комнату обогреть с помощью инфракрасного нагревателя будет сложно. Пока вы нежитесь в его лучах, будет тепло. Вышли из зоны нагрева – холодно. Обогрев всего помещения обычно решается применением нескольких нагревателей в одной комнате.

Шум при работе и сквозняки отсутствуют. Компактность обусловлена снижением мощности, но для локальных зон это не недостаток вовсе. Также есть в продаже довольно мощные модели, но они не слишком компактные. Обычно их выбирают для обогрева рабочего места. С этой задачей они справляются великолепно.

На что обратить внимание при покупке электронагревателя

При покупке электрического нагревателя следует придерживаться простого правила: для нагрева каждых десяти квадратных метров стандартной площади придется затратить около 1 кВт мощности. Это значение не учитывает множества факторов (толщина стен, наличие стеклопакетов, количество стекол, состояние полов, наличие мебели и т.п.). Оно просто для ориентира при выборе. Недостаточно мощный обогреватель будет постоянно работать, неэффективно нагружая электросеть. Избыточно мощный обогреватель будет создавать излишнюю нагрузку на внутриквартирную электросеть.

При выборе электронагревателя стоит задуматься о наличии двух режимов потребления – пониженного и повышенного. Потребляемая мощность бытовых электроприборов достаточно высока (от 1 до 3 кВт), а электрическая проводка квартир чаще всего не рассчитана на повышенные нагрузки. А количество электроприборов, создающих комфорт, велико. Придется выбирать – обогревать помещение, постирать белье или нагреть воду накопительным бойлером.

Лучше отдать предпочтение моделям с встроенным датчиком температуры. Довольно полезная опция, позволяющая обогревателю после того, как воздух в помещении прогреется до заданной температуры, самостоятельно отключаться, а при падении температуры – самостоятельно включаться.

Как всякие устройства, использующие для работы электрический ток, электроотопительные приборы могут быть источником опасности. Следует неукоснительно соблюдать правила эксплуатации электронагревателей и не оставлять без присмотра на длительный срок.

Электронагревательные приборы: правила эксплуатации, пожарная безопасность при эксплуатации

Электронагревательные приборы – это такие приспособления, которые могут преобразовывать ток в тепловую энергию. В быту мы сталкиваемся с ними постоянно, причем к этой категории относят, не только, средства для обогрева, но все существующие бытовые вещи. Это и чайники, и плиты, и фены, и многое другое. Основой таких приборов является нагревательный элемент.

Использование всех этих предметов связано с повышенным вниманием. Эксплуатация электронагревательных приборов должна осуществляться в соответствии с правилами пожарной безопасности. Группы по назначению в зависимости от сферы своего применения электронагревательные приборы подразделяются на следующие группы:

· для обогрева людей;

· инструменты электронагревательного типа;

· для приготовления и разогрева пищи;

· для глажки; для обогрева помещений;

· для нагревания воды.

Типы конструкций

Приборы данного вида имеют свою классификацию, которая подробно описана в существующих нормативах ГОСТ. Однако, несмотря на это, практически она применяется не так уж и часто. Иногда электронагревательные приборы очень сложно поделить на те, или иные виды, поскольку их в последние годы появилось очень много.

Разделение этих предметов в зависимости от типа их конструкций:

· открытые нагревательные элементы;

Такой вариант классификации приборов достаточно хорошо характеризует их в плане техническом, но не дает понять, как именно их нужно использовать. Применение электронагревательных приборов по назначению мы рассмотрели чуть выше. А ниже рассмотрим еще одну систему их разделения.

Приборы в зависимости от продукта нагрева согласно такой классификации, электрические приборы подразделяются на: водонагревательные и воздухонагревательные.

Но она тоже не совсем будет полной, потому, что некоторое оборудование трудно отнести к первой или второй группе. Например, микроволновые или электрические печи. Поэтому первая классификация является наиболее точной, где электронагревательные приборы классифицированы по своему назначению.

Особенности нагрева

Такой способ нагрева приборов имеет ряд видимых преимуществ по сравнению с другими. В частности, с газовым или же с применением твердого либо жидкого топлива. Прежде всего, он способен улучшить условия пребывания людей в месте своего применения.

Электронагревательные приборы для обогрева помещений не взрывоопасны, в отличие от газовых, и не оставляют после себя вредные выделения, которые могут представлять потенциальную опасность для здоровья человека.

Помимо этого, данные приспособления имеют такие преимущества по сравнению с аналогами другого происхождения:

· высокий КПД (в отдельных случаях достигающий более 95 процентов) и многое другое.

Бытовые электронагревательные приборы оснащены нагревом инфракрасного типа, высокого сопротивления или же высокочастотным.

Изделия для приготовления блюд

По сравнению с другими приспособлениями для готовки, те, которые работают посредством высокочастотного нагрева, делают это гораздо быстрее. Сами блюда от этого не теряют свои пищевые качества, исключается их пригорание, мыть посуду будет проще. А еще микроволновые печи не излучают тепло в окружающую среду, что очень важно, когда на кухне очень жарко.

Электронагревательные приборы для готовки и разогрева блюд подразделяются на такие категории:

· изделия общего назначения;

· для жарки, выпечки и тушения;

На чем можно приготовить еду

Готовить и греть блюда разного вида можно с помощью микроволновых печей, напольных и переносных приборов, мармитов, а также специальных приспособлений для разогрева детского питания. Чтобы сварить что-то или приготовить напитки, обычно используются:

· кофейники и кофеварки;

· самовары и многое другое.

Чайники могут иметь корпус из алюминия, пластика или латуни. Нагреватель чаще всего трубчатый и размещен внутри. Для лучшей передачи тепла его могут прижимать диском или винтом к внутреннему дну.

Кофейник несколько отличается по форме, также он оснащен специальным гейзером. Нагревательный элемент располагается в двойном дне прибора. А вот кофеварка предназначена для готовки напитков под давлением. Она включает в себя два сосуда. Один – для кипячения воды, а второй для сбора готового напитка. Вода нагревается и под давлением проходит через кофе из одного сосуда в другой. Самовары в настоящее время практически не используют, чаще всего они являются декоративным элементом интерьера в национальном стиле. Они имеют традиционную форму и изготавливаются на основе латуни.

Изделия бытового назначения

Под категорию электронагревательных приборов попадают и всевозможные бытовые вещи, которые мы используем если не ежедневно, то достаточно часто. В частности, изделия для глажки, такие как специальные машины и электрические утюги. Широко применяются и приборы, нагревающие воду – это и погруженные кипятильники, и водонагреватели проточного и аккумулирующего типа.

К нагревательным элементам относят приборы для сварки и выжигания, вулканизаторы, паяльники и многое другое. Также бытовые приборы используются для сушки волос (фены) и для белья (сушилки, подставки, специальные раздвижные шторы).

Классы защиты

Обязательно должна соблюдаться пожарная безопасность при эксплуатации электронагревательных приборов. При их использовании нужно знать, к какому классу защиты принадлежит каждое изделие:

нулевой – приборы, оснащенные рабочей изоляцией, с отсутствием дополнительных средств защиты;

ноль первый – изделия, оснащенные такой изоляцией и подключенные к контуру заземления нетоковедущими металлическими частями;

· первый – присутствует дополнительное соединение с токопроводящими частями, благодаря чему если изоляция будет повреждена, то эти части не будут подвержены напряжению;

· второй – защитного соединения здесь нет, но есть двойная изоляция;

· корпус сделан из материала, который не проводит ток;

· третий класс – изделие имеет низковольтное питание, встречается крайне редко.

Требования к эксплуатации и монтажу

Контакты с данным типом оборудования должны осуществляться в соответствии с требованиями специальных нормативных документов. Это касается его проектировки, установки и запуска в эксплуатацию. Причем речь идет не только о самих изделиях бытового назначения, но и об электрических сетях и установках.

Также следует периодически осуществлять контроль их технического состояния. Нужно соблюдать правила эксплуатации электронагревательных приборов. Например, в помещениях, где в нерабочее время не присутствует дежурный, их следует обесточивать. Исключение составляет лишь базовая подсветка, установки против пожара и охранная сигнализация.

Если говорить о жилых помещениях, то изделия можно оставлять под напряжением, если это допускает инструкция или таково их назначение.

Не допускайте прокладку и применение воздушных линий передач рядом с горючими кровлями или навесами, а также складами с взрывоопасными веществами и изделиями.

Требования пожарной безопасности

Чтобы не допустить возгораний, соблюдайте следующие правила:

· не применяйте приемники электроэнергии в местах и условиях, которые не соответствуют требованиям инструкции от их изготовителей;

· не используйте изделия с неисправностью, которые могут стать причиной пожара;

· не эксплуатируйте провода и кабеля с поврежденной изоляцией или без защиты; нельзя применять по назначению сломанные розетки, рубильники и прочие изделия;

· не оборачивайте лампы и светильники бумагой, тканевыми повязками и прочими горючими материалами,

· запрещено использовать источники света без колпаков, если они предусмотрены их конструкцией; запрещено использовать плитки, утюги, чайники и другие электронагревательные приборы, если на них нет тепловой защиты и подставок на основе теплоизоляционных негорючих материалов, которые могут не допустить возгорание;

· не эксплуатируйте самодельные приборы, плавкие некалиброванные вставки и другие нестандартные изделия защиты от короткого замыкания;

· не ставьте и не складируйте горючие и легковоспламеняющиеся вещества и изделия рядом со щитами, двигателями и пусковой аппаратурой;

· если помещение взрывоопасно, то нельзя использовать в нем все виды бытовых приборов.

Однако не всегда знание правил пожарной безопасности может защитить от возгорания. Естественно, нужно применять все электрические приборы в соответствии с существующими требованиями, чтобы не допустить порчи имущества и более серьезных последствий.

Если же возгорание все-таки происходит, то его можно вовремя остановить, позвонив в пожарную охрану по номерам 01 или 101. Также присутствует экстренный номер 112, который можно вызывать даже с мобильного телефона, когда на нем нет средств и даже при отсутствии сим-карты.

Однако таких ситуаций лучше не допускать. Для этого при покупке того или иного изделия внимательно изучайте его инструкцию, чтобы не приобрести бракованный товар.

Помните, что использование электронагревательных приборов должно не приводить к неприятным последствиям, а приносить пользу.

Бытовые электронагревательные приборы

Давайте посмотрим вокруг. Можете ли вы представить свою жизнь без утюга? Или, например, у многих есть фены, электрические чайники, электрические плиты и так далее. Все эти приборы относятся к бытовым электронагревательным приборам. На этом уроке мы узнаем, что по сравнению с нагревом от открытого пламени электронагрев имеет несколько преимуществ. Поговорим о видах электронагревательных приборов.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Бытовые электронагревательные приборы»

Давайте посмотрим вокруг. Можете ли вы представить свою жизнь без утюга? Или, например, у многих есть фены, электрические чайники, электрические плиты и так далее.

Все эти приборы относятся к бытовым электронагревательным приборам.

Большинство из них работает на основе теплового действия электрического тока. Впервые это действие было изучено русским академиком Эмилием Ленцем и английским физиком Джеймсом Джоулем.

В чём же отличие электронагрева от нагрева открытого пламени? Сравним электронагрев с нагревом от газовой плиты. Для того, чтобы разжечь газовую плиту нужны дополнительные источники открытого пламени. Например, спички или зажигалка.

Помимо этого, при горении газа расходуется кислород и в воздух выделяются вредные для человека продукты, а открытое пламя чаще становится источником пожара.

Давайте познакомимся с основными видами бытовых электронагревательных приборов.

Приборы для приготовления и разогревания пищи. К ним относятся: электрическая плита, микроволновка, мультиварка, тостер.

Приборы для нагрева воды. Это и электрические чайники и кипятильники, термопоты, водонагреватели.

Электронагревательные приборы для дополнительного обогрева жилища. К ним относятся обогреватели, электрокамины.

Следующий вид приборов – для личной гигиены. К ним относятся фены, плойки и прочие устройства.

Приборы для глажения. Это и утюги и отпариватели одежды, гладильные машины.

К приборам для обогрева можно отнести медицинские грелки, электроодеяла, и другие подобные приспособления.

И последний вид – электронагревательные инструменты. К ним можно отнести паяльник, тепловую пушку.

Как понятно из названия, основной частью всех этих приборов можно назвать нагревательный элемент.

Материал для изготовления нагревательного элемента выбирается в зависимости от назначения прибора.

Поскольку нагревательные элементы в приборах для приготовления пищи, кипячения воды и обогрева жилища работают при высоких температурах, примерно 800° – 850°, то материал для изготовления нагревательных элементов должен иметь температуру плавления от 1000°.

Если говорить о лечебно-гигиенических приборах, то к температуре плавления нагревательного элемента особых требований нет, но к качеству изоляционных материалов нагревателя предъявляются повышенные требования.

Ещё одной характеристикой от которой зависит выбор материала для нагревательного элемента можно назвать размеры прибора. Понятно, что чем больше устройство, тем больше в нем должен быть нагревательный элемент. Обратите внимание, что чем меньше размеры нагревательного элемента, тем выше должно быть его удельное сопротивление. Напомним, что удельное сопротивление – это физическая величина, которая характеризует способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Для увеличения удельного сопротивления применяют сплавы нихром и фехроль. Их удельное сопротивление превышает сопротивление стали и тантола в 8 – 10 раз.

Нихром – это сплав, в котором содержится от пятидесяти пяти до семидесяти восьми процентов никеля, от пятнадцати до двадцати трёх процентов хрома и присутствуют добавки марганца, кремния, железа и алюминия.

Фехраль – это сплав, в котором содержится от двенадцати до двадцати семи процентов хрома, от трёх с половиной до пяти с половиной процентов алюминия, кремний, марганец и железо.

Давайте посмотрим на таблицу характеристик металлов и сплавов, которые используются в электронагревательных элементах.

Нагревательные элементы бытовых электронагревательных приборов изготавливают из проволоки или сплавов с высоким удельным сопротивлением, которые быстро нагреваются, когда через них проходит электрический ток. Чтобы размеры нагревательного элемента были небольшими, проволоку диаметром от нуля целых трёх десятых до нуля целых шести десятых миллиметра свивают в спираль, а ленту из сплавов наматывают на пластины из твёрдых диэлектриков.

Сам нагревательный элемент обязательно надо изолировать от корпуса прибора. Делают это с помощью тв ёрдых или порошкообразных материалов, которые имеют высокие диэлектрические свойства.

Примеры твёрдых диэлектриков – слюда и фарфор.

Порошковые диэлектрики – это так называемый алунд – окись алюминия, кварцевый песок и окись магния.

Существует три основных вида нагревательных элементов: открытого типа, закрытого и герметизированные.

Познакомимся с каждым из видов поближе.

Начнём с нагревательных элементов открытого типа. Они, как правило, имеют вид спирали, которая размещена в канавках электроизоляционного материала или подвешена на изоляторах.

У них есть ряд достоинств и недостатков. Перечислим их.

К достоинствам можно отнести простоту конструкции, дешевизну и доступность нагревательных элементов для ремонта.

Недостатки. Поскольку спираль интенсивно окисляется кислородом воздуха, то возможно замыкание её витков. При перегорании может произойти замыкание спирали на корпус прибора или соприкосновение с нагреваемым объектом. Велика возможность случайного касания нагретой спирали, которая влечёт за собой ожог.

Нагревательные элементы открытого типа во много раз увеличивают опасность поражения электрическим током.

Поговорим об электронагревательных элементах закрытого типа.

Спираль в таких элементах имеет защищённую оболочку из изоляционного материала. В качестве оболочки можно использовать керамические бусы, которые не только защищают спираль от механических повреждений, но и препятствуют замыканию на корпус при перегорании спирали.

Но такие бусы не закрывают доступ воздуха к спирали и не защищают её от окисления.

Чаще всего такие нагревательные элементы устанавливают в утюгах, электрочайниках и электроплитках.

Но не все нагревательные элементы закрытого типа имеют защитную оболочку, некоторые их них могут помещаются в специальные канавки, которые проложены в чугунном корпусе.

В таком случае, пространство между корпусом и спиралью заполняется порошкообразным наполнителем, закрывается асбестовым листом и железной крышкой.

Нагревательные элементы закрытого типа более надёжны в работе, но самым главным их недостатком можно назвать то, что при неисправности они не подлежат ремонту или замене.

Существует ещё один вид нагревательных элементов закрытого типа – со спиралью, размещённой в кварцевой трубке. Приборы с такими нагревателями используют, как правило в аквариумах.

Поговорим о герметизированных нагревательных элементах. К ним относят трубчатые электронагревательные элементы или сокращённо – ТЭНы.

На сегодняшний день они наиболее совершенны. Как понятно из названия, их нагревательную спираль помещают в трубку. От стенок трубки спираль изолируется кварцевым песком или порошком окиси алюминия.

Чаще всего в качестве материала для изготовления трубки используют латунь или нержавеющую сталь.

Чтобы защитить спираль от воздействия воздуха, концы трубки герметизируют электроизоляционными втулками. Их заливают стекловидной термостойкой эмалью.

Поскольку ТЭНы долговечны и надёжны, то их широко применяют в различных современных бытовых электронагревательных приборах.

Давайте поближе познакомимся с устройством утюга и электроплитки.

Важной частью электроплитки естественно считается конфорка. Наиболее распространены чугунные и трубчатые конфорки.

Чугунная конфорка имеет очень массивный корпус. Это придаёт электроплитке стойкость при резких колебаниях температуры и защищает поверхность конфорки от коробления. Чугунные конфорки имеют хороший тепловой контакт с посудой.

В пазы на внутренней стороне чугунной конфорки укладывают два три проволочных нагревательных элемента. Их концы соединяют с переключателем, который может включать нагревательные элементы поочерёдно, последовательно или параллельно.

При этом можно регулировать мощность конфорки и количества тепла, которое она выделяет.

Регулировать температуру нагрева можно даже тогда, когда в конфорке располагается только один нагревательный элемент. Для этого нужно одновременно с ним включить терморегулятор.

Максимальная температура на поверхности конфорки, составляет 500°.

В трубчатых же конфорках обычно располагаются один или два ТЭНа в форме спирали. Чтобы теплообмен с посудой был лучше, поверхность ТЭНа делают плоской. Чтобы повысить коэффициент полезного действия конфорки под ТЭН необходимо установить отражатель из нержавеющей стали. Температура в трубчатой конфорки больше чугунной и составляет от 650° до 800° градусов цельсия. КПД чугунных конфорок составляет 65%, в то время как КПД трубчатых конфорок равен 75%.

Однако, стоит обратить внимание, что такое высокое КПД конфорки показывают только в том случае, когда используется высококачественная посуда с ровным, плоским дном. Размер дна должен быть немного больше чем размер конфорки. Если дно посуды имеет какую-нибудь неровность, то между конфоркой и посудой возникает зазор, в результате чего КПД конфорки падает на 35% – 50%, что влечёт за собой перерасход электроэнергии.

Чтобы такого не происходило, в домах с электроплитами рекомендуется иметь другие электронагревательные приборы. КПД таких приборов достаточно велик, а кипячение воды в таких приборах намного экономичнее чем кипячение воды на электроплите.

Во многих бытовых электронагревательных приборах есть терморегулятор – устройство для регулирования температуры. Самым распространённым можно назвать биметаллический терморегулятор.

В его основе лежит биметаллическая пластина. Это маленькая пластина, спаянная или склёпанная из полосок двух металлов с различной теплопроводимостью. Чаще всего для неё берут сталь и медь. Поскольку тепловое расширение пластин из разных металлов разное, например, у меди оно больше, то при нагревании медная часть удлиняется больше стальной. Это приводит к изгибанию биметаллической пластины. Если на неё установить контакты, то при нагревании они будут замыкаться или размыкаться в зависимости от того, где находится неподвижный контакт, располагаемый вне пластины.

На схеме показан принцип работы биметаллического регулятора.

Если пластину периодически нагревать и охлаждать, то её температура будет колебаться около некоторого среднего значения. Чтобы это значение изменить, нужно или увеличить зазор между толкателем и подвижной пластиной или изменить силу давления между контактами с помощью винта.

Про электроплитку мы с вами поговорили, а теперь поговорим об устройстве утюга.

Вряд ли вы найдёте утюг без терморегулятора. Как правило, все современные утюги им оснащены. Терморегулятор быстро нагревается до рабочей температуры. Такие утюги, удобны в эксплуатации и экономичны. При глажении электрическим утюгом расход электроэнергии уменьшается на десять пятнадцать процентов. А поскольку такие утюги гладят каждую ткань в нужном для нее режиме, то качество ткани сохраняется дольше. Для легкого управления, на ручке терморегулятора показаны положения для выбора правильной температуры для того или иного материала.

Посмотрите на электрическую схему утюга.

Подведём итоги урока.

Сегодня мы узнали, что по сравнению с нагревом от открытого пламени электронагрев имеет несколько преимуществ. Для его включения не нужен источник открытого пламени и такие приборы более безопасные.

Существует несколько видов электронагревательных приборов. Приборы для приготовления и разогревания пищи. К ним относятся: электрическая плита, микроволновка, мультиварка, тостер.

Приборы для нагрева воды. Это и электрические чайники и кипятильники, термопоты, водонагреватели.

Электронагревательные приборы для дополнительного обогрева жилища. К ним относятся обогреватели, электрокамины.

Следующий вид приборов – для личной гигиены. К ним относятся фены, плойки и прочие устройства.

Приборы для глажения. Это и утюги и отпариватели одежды, гладильные машины.

К приборам для обогрева можно отнести медицинские грелки, электроодеяла, и другие подобные приспособления.

И последний вид – электронагревательные инструменты. К ним можно отнести паяльник, тепловую пушку.

Нагревательный элемент приборов может быть трёх видов: открытого типа, закрытого типа, герметизированный.

Помимо этого, мы познакомились с устройством электрической плитки и утюга.

Промышленные электронагреватели

Предлагаем Вашему вниманию серию статей о теплообменных системах на основе трубчатых электронагревателей (ТЭН), широко используемых в технологических процессах различных отраслей промышленности. Эти системы логично дополняют имеющийся комплекс технических решений в области электрообогрева и занимают достойное место в перечне продуктов компании.

В данной статье, открывающей серию, мы представим Вам общие понятия, а также акцентируем внимание на важных моментах при выборе оборудования. В следующих выпусках нашего журнала об истории, производстве и возможностях компании Masterwatt (Италия) расскажет ее генеральный директор Фабрицио Бурджио. В заключительной статье серии мы планируем рассказать о конкретных областях применения промышленных электронагревателей и представить некоторые реализованные объекты. Электронагреватели уже давно вошли во многие сферы нашей жизни, достаточно вспомнить бытовые приборы, в которых они используются: чайники, электроплиты, грили различных конфигураций, кипятильники, электроотопительные приборы, бойлеры и так далее. Однако существует совершенно другой класс электронагревателей, которые предоставляют уникальные возможности для промышленности – это промышленные электронагреватели на основе ТЭНов, мощность которых может доходить до нескольких мегаватт. По принципу устройства электронагреватели данного вида наиболее схожи с кожухотрубчатыми теплообменниками с промежуточным теплоносителем.

Давайте разберемся, какие же преимущества имеют электронагреватели по сравнению с ними:

  • Максимально точное регулирование температуры продукта, а значит четкое соблюдение параметров технологического процесса.
  • Возможность комплектации системы нагрева полноценной АСУ с функциями дистанционного управления, регулирования, защиты и контроля. Возможна интеграция в АСУ ТП верхнего уровня.
  • Немедленный запуск и интенсивный разогрев продукта. Плавное регулирование мощности от 0 до 100 %.
  • Поддержание разных технологических (температурных) режимов в одной установке нагрева.
  • Минимальные затраты на подключение, пуско-наладку и обслуживание. Высокая экономическая эффективность, КПД установки до 98 %. Высокая надежность и расчетный срок службы до 25 лет.
  • Возможность разогрева любых сред – от газов до металлов.
  • Более компактные размеры при одинаковой мощности по сравнению с кожухотрубчатыми теплообменниками.

Все перечисленные преимущества электронагревателей дают возможность применять их в самых различных отраслях промышленности:

  • На нефтеперерабатывающих заводах;
  • На предприятиях химической промышленности;
  • На объектах добычи и переработки нефти и газа;
  • При транспортировке нефти, газа и других жидкостей;
  • На объектах хранения нефти, газа и прочих продуктов;
  • В электроэнергетике;
  • В металлургической промышленности и т.д.

Промышленные электронагреватели можно классифицировать по нескольким признакам: по виду исполнения, по типу нагреваемой среды, по наличию взрывозащиты и другим. Классификация промышленных электронагревателей по виду исполнения выглядит следующим образом:

  1. погружные электронагреватели,
  2. проточные электронагреватели жидкости и газа,
  3. канальные электронагреватели воздуха и газа,
  4. прочие электронагреватели (плоские контактные, инфракрасные и т.д.).

Несмотря на разнообразие исполнений электронагревателей, их принцип работы схож, как и их составные части. В основе любого электронагревателя лежит трубчатый электронагреватель. Трубчатый электронагреватель (ТЭН) — электронагревательный прибор в виде металлической трубки, заполненной теплопроводящим электрическим изолятором (как правило, это один из видов оксидной керамики). Точно по центру электрического изолятора (сердцевины ТЭНа), проходит токопроводящая нихромовая нить высокого сопротивления, в которой и выделяется тепло при протекании тока. Конструкция ТЭНа показана на рис. 3.

Рис.3. Конструкция трубчатого электронагревателя

Рис.3. Конструкция трубчатого электронагревателя

За счет высокой теплопроводности изоляционного керамического порошка перепад температуры между нагревательной нитью и оболочкой ТЭНа невелик.

Самой распространенной формой ТЭНов можно назвать U-образную (рис. 4), именно на её основе создаются пучки нагревательных элементов широкого диапазона мощностей. Кроме формы, ТЭН также имеет такие характеристики как: диаметр, длина, поверхность теплопередачи, удельное тепловыделение, общая мощность, материал оболочки, длина холодной зоны, рабочее давление.

Рис. 4. Трубчатый электронагреватель U-образной формы

Рис. 4. Трубчатый электронагреватель U-образной формы

Остановимся более подробно на каждом из видов промышленных электронагревателей.

Погружные электронагреватели

Конструкция погружного электронагревателя представлена на рис. 5. Мощности таких электронагревателей могут достигать нескольких мегаватт, а температура поверхности нагревательных элементов – до 750˚С. Нагревательные элементы могут иметь длину до 8 м.

Рис. 5. Погружной промышленный электронагреватель

Рис. 5. Погружной промышленный электронагреватель

Сфера применения погружных электронагревателей чрезвычайно широка: обогрев и разогрев самых различных емкостей с нефтепродуктами, нагрев воды (например, в промышленных промывочных резервуарах), ребойлеры гликоля, нагрев оборотной воды на атомных электростанциях, разогрев масла в закалочных ваннах, разогрев щелочных и кислотных растворов в химической промышленности, разогрев патоки и шоколада в пищевой промышленности и так далее.

Рис. 6. Пример установки погружных электронагревателей, обогревающих резервуар с битумом

Пример реализации обогрева (Рис. 6):

  • Задача: Поддержание температуры и разогрев для частичного слива битума из резервуара типа РВС 1000.
  • Суммарная мощность системы электрообогрева: 300 кВт.
  • Количество нагревателей: 10 шт. по 30 кВт.
  • Тип электронагревателей: взрывозащищенный, погружной, низкое удельное тепловыделение – 0,5 Вт/см².
  • Способ установки: на фланец по периметру резервуара на высоте 0,5 м.
  • Система управления: на контакторах с защитой от перегрева битума и нагревательных элементов.

Рис. 6. Пример установки погружных электронагревателей, обогревающих резервуар с битумом

Проточные электронагреватели

В состав проточного электронагревателя (рис. 7) входит погружной электронагреватель, помещенный в сосуд высокого давления. В сосуде предусмотрены входной и выходной патрубки. Мощность проточных электронагревателей может достигать 5 МВт, температура нагрева до 750°С, рабочее давление до 250 бар.

Рис. 7. Проточный электронагреватель

Рис. 7. Проточный электронагреватель

Также может быть скомпонована система из нескольких проточных электронагревателей гидравлически соединенных друг с другом (рис. 2). Таким образом можно достичь практически неограниченной мощности системы.

Рис. 2. Система гидравлически соединенных проточных электронагревателей.

Рис. 2. Система гидравлически соединенных проточных электронагревателей

Сферы применения: путевые нагреватели нефти, путевые нагреватели газа, нагрев газа после дросселирования и нагрев газа перед подачей на газоперекачивающее оборудование, разогрев водорода и азота на НПЗ, разогрев масляных присадок, пароперегреватели и так далее.

Существует несколько типичных схем применения проточных электронагревателей в составе систем электрообогрева, они показаны на рис. 8.

Рис. 8. Использование проточных электронагревателей

Рис. 8. Использование проточных электронагревателей

Рис. 9. Эскиз проточного электронагревателя водорода

Пример реализации обогрева (рис. 9):

  • Задача: Разогрев потока водорода под высоким давлением от +90˚С до +450˚С на нефтеперерабатывающем заводе.
  • Суммарная мощность системы электрообогрева: 940 кВт.
  • Количество нагревателей: 1 шт.
  • Тип электронагревателей: взрывозащищенный, проточный, низкое удельное тепловыделение – 0,7 Вт/см²
  • Способ установки: горизонтально, встраивается в технологическую схему.
  • Система управления: тиристорная с защитой от перегрева водорода и нагревательных элементов, с возможностью плавного регулирования мощности; вывод сигналов на АСУ Заказчика.

Рис. 9. Эскиз проточного электронагревателя водорода

Канальные электронагреватели

Канальные электронагреватели воздуха и газов (рис. 10) используются в технологических процессах, когда требуется постоянная температура нагретого воздуха или другого газа независимо от начальной температуры исходной среды. Такого типа нагреватели используются также для обогрева промышленных помещений, оборудования, цехов, сушильных камер, ангаров, щитовых комнат, складов с взрывоопасными или влажными материалами в тех случаях, когда требуется поддерживать заданный температурный режим.

Рис. 10. Канальный электронагреватель воздуха

Рис. 10. Канальный электронагреватель воздуха

Если недостаточно скорости естественной тепловой конвекции, то процесс интенсифицируется посредством специального нагнетающего вентилятора, который помимо интенсификации процесса, обеспечивает ещё и равномерность прогрева пространства. Нагревательные элементы для канальных электронагревателей изготавливаются из обычной, либо нержавеющей стали с оребренной, либо гладкой поверхностью. Нагревательные элементы монтируются на пластинчатые или стержневые опоры особым образом для облегчения
конструкции вентиляционных воздуховодов и улучшения теплообмена со средой. Нагревательные элементы для таких электронагревателей обычно выполняются с оребрением для интенсификации теплообмена, но если нагреваемый газ/воздух содержит взвешенные частицы, которые могут попасть между ребрами, то устанавливаются ТЭНы без оребрения.

Рис. 11. Канальный электронагреватель воздуха

Пример реального объекта (рис.11):

  • Задача: обеспечение микроклимата цеха лакокрасочного производства.
  • Суммарная мощность системы электрообогрева: 300 кВт.
  • Количество нагревателей: 2 шт.
  • Тип электронагревателей: взрывозащищенный, канальный, встроенный вентилятор.
  • Способ установки: встраивается в предусмотренную систему вентиляции.
  • Система управления: контакторная с контролем температуры входящего и исходящего потока воздуха, защита от перегрева нагревательных элементов.

Рис. 11. Канальный электронагреватель воздуха

Система управления

Каждая из вышеперечисленных систем нагрева может быть укомплектована современной системой управления и питания, в том числе АСУ. Управление работой системы электрообогрева может осуществляться как локально, так и дистанционно. Контроль ведется путем снятия данных с термопар, уровнемеров, клапанов, расходомеров и т.д. Выбранный алгоритм управление может быть установлен на заводе-изготовителе либо на объекте. Имеются возможности для интегрирования системы электрообогрева в АСУ более высокого уровня, таким образом, можно запрограммировать систему так, чтобы её работа была полностью автономной и не требовала вмешательства персонала. При этом возможна реализация нескольких алгоритмов и режимов работы системы на базе программируемых логических контроллеров и специального программного обеспечения. Для защиты, как нагревательных элементов, так и разогреваемого продукта применяется специальная система защиты от перегрева. Это позволяет максимально точно дозировать тепловыделение с поверхности нагревательных элементов, тем самым обеспечивая бесперебойную работу всей системы. Эффективное внедрение нагревателей в производственные технологические процессы, особенно если речь идет о взрывоопасных зонах, требует проведения точных расчетов, проектирования индивидуальной конструкции, разработку надежной системы питания и управления. Ниже показаны важные моменты, которым необходимо уделять максимум внимания.

На что обратить внимание при заказе промышленного электронагревателя

1. Тепловые расчеты. Необходимо корректно провести тепловой расчет и определить мощность. Эта, казалось бы, тривиальная задача является ключевой, ведь зачастую отказ от реализации электрообогрева по экономической причине происходит из-за неверно поставленной задачи и переоценки требуемых мощностей. К тому же, помимо мощности, необходимо подобрать соответствующий алгоритм работы системы, чтобы она функционировала максимально эффективно и была экономически выгодна. Например, для разогрева емкости типа РВС 1000 с замерзшим мазутом за сутки требуется мощность не менее 6-7 МВт, а для поддержания его температуры сразу после закачки на уровне 140˚С не более 100-150 кВт, естественно при условии наличия теплоизоляции. Для решения подобных задач требуются профессиональное программное обеспечение и опытные специалисты, способные провести необходимые тепловые расчеты и подобрать оптимальные с экономической точки зрения технические решения электрообогрева.

2. Наличие в перечне продуктов поставщика различных технических решений в области обогрева. Чем большую номенклатуру технических решений имеет в своем арсенале поставщик, тем более оптимальное решение с экономической точки зрения он сможет предложить Заказчику.

3. Удельное тепловыделение нагревательных элементов (УТ, Вт/см²). Данный параметр является ключевым для следующих продуктов: нефтепродукты; масла; любые жидкости, гели и суспензии, склонные к пригоранию или коксованию; взрывоопасные газы. Дело в том, что разогреть поверхность нагревательного элемента до необходимой температуры – это лишь первый этап задачи разогрева, затем необходимо это тепло с поверхности передать продукту. Здесь и начинается сложность, если продукт не может обеспечивать хороший теплоотвод ввиду своих теплофизических особенностей. Например для битумов и мазутов идеальным является значение удельного тепловыделения от 0,5 до 0,8 Вт/см². Казалось бы, всё ясно, и необходимо просто выбирать самое низкое удельное тепловыделение, но не все так просто. Уменьшая удельное тепловыделение, увеличивается общая поверхность теплообмена, тем самым увеличивая размеры и количество требуемых нагревательных элементов, что ведет к значительному удорожанию системы. Например, необходим нагреватель мощностью 1 кВт для разогрева некоторого продукта. При УТ = 0,5 Вт/см² общая поверхность нагревательных элементов составит 2000 см², а при УТ = 2 Вт/см² всего 500 см². Таким образом, мощность у данных нагревателей одинаковая, а габариты отличаются в 4 раза, что естественно влияет на цену нагревателя. Поэтому при выборе электронагревателей следует быть крайне внимательным к этому параметру, ведь лучше приобрести изначально эффективно работающую систему, чем недорогой «аналог», эксплуатация которого выльется в порчу продукта и проблемы с постоянной очисткой ТЭНов. А для взрывоопасных жидкостей и продуктов, бесконтрольный выбор нагревателей с завышенным удельным тепловыделением может привести к катастрофе. Замечу, что данный аспект актуален не только для электронагревателей, но и для паровых и жидкостных теплообменников.

4. Качество и соблюдение технологии изготовления ТЭНов производителем, широкий выбор материалов. Каждый продукт имеет свои особенности при взаимодействии с металлическими поверхностями. Соответственно материал ТЭНов и резервуаров необходимо выбирать исходя из характера продукта и температуры эксплуатации. Например, я бы рекомендовал использовать ТЭНы как минимум из нержавеющей стали марки AISI 304 для неагрессивных сред, это не вызовет сильного удорожания нагревателя и при этом значительно увеличит срок службы изделия. Для агрессивных сред требуется применения никелевых сплавов или титана. Резервуары менее подвержены коррозии, т.к. не нагреваются до столь высоких температур как ТЭНы. Поэтому чаще применяются не нержавеющие, а специальные конструкционные стали. Конечно применение «нержавейки» желательно, однако здесь вступает в силу фактор удорожания системы из-за большой металлоемкости корпуса. Но без нержавеющих сталей не обойтись для агрессивных сред и при работе с высокими и низкими температурами.

5. Вид взрывозащиты. Взрывозащита промышленных электронагревателей обеспечивается конструкцией ТЭНов и клеммных коробок, входящих в состав нагревателей. Как правило, для клеммных коробок электронагревателей используется два типа взрывозащиты – Ex-d и Ex-e. Взрывозащита типа Ex-d является предпочтительной, ввиду универсальности и может применяться во всех взрывоопасных зонах, не требуя высокой квалификации персонала при монтаже, а также она менее требовательна к условиям эксплуатации. Однако клеммная коробка Ex-d является более массивной нежели Ex-e, поэтому для обеспечения уровня взрывозащиты Ex-d зачастую приходится разбивать систему электрообогрева на 2 или несколько электронагревателей, т.к. может просто не существовать клеммной коробки Ex-d нужных размеров (речь идет от нагревателях мощностью от 300-500 кВт в одном пучке). Это может привести к удорожанию системы. Подобных трудностей не возникает с коробкой Ex-e, однако данный тип взрывозащиты требует более бережной эксплуатации.

6. Система управления. В нагревателе должна быть в обязательном порядке предусмотрена автоматическая система защиты от перегрева нагревательных элементов и нагреваемого продукта. Также важную роль играет система управления и питания нагревателя, а также алгоритм работы. Возможность дистанционного управления и контроля, интеграция в АСУ ТП Заказчика.

7. Система питания. Тиристорное или контакторное управление? Главное отличие в том, что тиристоры позволяют плавно управлять мощностью нагревателей, соответственно и температурой продукта, контактор же работает в режиме ВКЛ/ВЫКЛ. Система на тиристорах значительно дороже, однако она необходима для работы с мощностями более 100 кВт и для систем, нагревающих взрывоопасные продукты, например водород или бензин.

Рис. 12. Типовой регулятор температуры

Рис. 12. Типовой регулятор температуры

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что подбор оптимальной системы электронагревателей для Вашей задачи являет отнюдь не тривиальным вопросом, и требует высокой квалификации. Квалифицированные специалисты инжиниринговой компании «ССТэнергомонтаж» всегда готовы выполнить любые по сложности задачи в сфере электрообогрева. «ССТэнергомонтаж» является эксклюзивным представителем компании Masterwatt s.r.l. (Италия) в России и странах ближнего зарубежья, а также авторизованным сервисным центром. Компания Masterwatt s.r.l. специализируется на производстве широкого перечня промышленных электронагревателей. Уникальные технологии, применяемые на предприятии, позволяют производить электронагреватели высочайшего качества. Masterwatt s.r.l. работает в этой области уже более 30 лет и в настоящее время является лидирующим итальянским производителем на мировом рынке.

Инжиниринговая компания «ССТэнергомонтаж» обладает исключительным правом представлять интересы компании Masterwatt s.r.l. на территории России, Казахстана, Белоруссии и Украины в области промышленного взрывозащищенного оборудования следующих типов: — погружные электронагреватели;
— комплектные проточные нагреватели;
— воздухонагреватели всех типов;
— шкафы питания и управления для электронагревателей.

Рис. 13 Пример шкафа питания и управления проточным нагревателем большой мощности

Рис. 13 Пример шкафа питания и управления проточным нагревателем большой мощности

Специалисты «ССТэнергомонтаж» аттестованы компанией Masterwatt для проведения шеф-монтажных и пусконаладочных работ по всем типам нагревателей, а также сервисного и гарантийного обслуживания.

Основным потребителем взрывозащищенных электронагревателей являются предприятия добычи, переработки и транспортировки нефтегазовой отрасли

Основным потребителем взрывозащищенных электронагревателей являются предприятия добычи, переработки и транспортировки нефтегазовой отрасли

Источник:
Журнал «Промышленный электрообогрев и электроотопление», № 1 / 2012

Автор:
— .И. Пилипенко, менеджер направления отдела развития ООО «ССТэнергомонтаж»

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *