Электрические нагревательные элементы

Электрические нагревательные элементы — это такие теплогенерирующие устройства, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую. Электронагреватели являются рабочими органами тепловых аппаратов. На предприятиях общественного питания в настоящее время наибольшее распространение получило оборудование с электрическим обогревом. Использование оборудования с электрообогревом дает значительные преимущества перед газовым и огневым обогревом, так как позволяет:

· повысить производительность труда;

· осуществить полную автоматизацию работы теплового оборудования;

· осуществлять регулирование температуры нагрева продукта в широких пределах;

· создавать хорошие санитарно-гигиенические условия для обслуживающего персонала;

· использовать оборудование с высоким КПД;

· снижать расходы на профилактическое обслуживание и ремонт оборудования;

· понижать вероятность взрыво- и пожароопасности самого предприятия.

Преобразование электрической энергии в тепловую может осуществляться одним из трех основных способов.

В отечественном оборудовании предприятий общественного питания основным электронагревателем первого вида является электронагреватель с металлическим сопротивлением. По конструктивному исполнению такие электронагреватели подразделяются на открытые, закрытые, но с доступом воздуха; герметичные (без доступа воздуха). Недостаток, а поэтому достаточно ограниченное применение открытых и закрытых нагревателей в тепловых аппаратах, заключается во взаимодействии нагретых спиралей с кислородом воздуха, что вызывает окисление спирали (ее медленное сгорание) при высоких температурах и ограниченный срок службы. Поэтому наибольшее применение среди электронагревателей первого вида нашли герметичные электронагреватели.

К герметичным электронагревателям относятся: трубчатые (тэны) и ребристые (рэны) электронагреватели.

Тэны и рэны имеют одинаковое устройство, отличие только в том, что рэн имеет большую наружную поверхность по сравнению с тэном за счет ребер, накатанных из тела самой трубки. Развитая наружная поверхность рэна позволяет значительно уменьшить его удельную поверхностную мощность по сравнению с таким же показателем тэна при условии одинаковой мощности нихромовых спиралей. Изменяя наружную поверхность рэна путем накатки ребер различной высоты и шага, можно получать различную удельную поверхностную мощность при одной и той же мощности спирали и соответственно различные значения температур на поверхности рэна.

Малая удельная поверхностная мощность рэнов (при большой мощности спирали) позволяет использовать их для нагрева сред в условиях естественной конвекции без опасения перегрева и перегорания спирали.

К недостаткам рэнов следует отнести трудности изготовления различных конфигураций, что значительно сокращает их область применения в различных видах тепловых аппаратов.

Тэны могут иметь различную конфигурацию (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Конфигурация тэнов

Спирали тэнов изготовляют из сплава никеля с хромом (нихромы), а также из железохромалюминиевых сплавов (фехрали). Концы спирали плотно навивают на контактные стержни из малоуглеродистой или нержавеющей стали. Для предотвращения проникновения влаги внутрь трубки торцы тэнов обрабатывают герметиком.

Лучшим материалом для спиралей является нихром, так как он допускает высокие температуры нагрева и механически прочен в нагретом и коллоидном состоянии. Температура его плавления 1340—1420 С. Стойкость нихромов к высокой температуре объясняется тем, что температурный коэффициент линейного расширения сплава и его оксидных пленок одинаков. Поэтому при нагреве нихрома оксидная пленка не растрескивается. Однако при резких изменениях температуры из-за частого включения и выключения аппаратов пленка может растрескиваться, поскольку она быстрее охлаждается и медленнее нагревается, чем нихромовая спираль. В образовавшиеся микротрещины попадает кислород. Кислород выделяется из периклаза, засыпаемого в трубку в качестве электроизолятора, в процессе его нагрева.

В качестве электроизоляторов используется не только периклаз, но и кварцевый песок, шамот и др. Изоляционные материалы должны обладать большим удельным сопротивлением, высокой теплопроводностью, не вступать в химические реакции с нагревательным элементом, иметь низкую влагопоглощаемость, быть механически прочными.

Периклаз представляет собой кристаллический порошок плавленой окиси магния с содержанием последнего до 96%. Его получают путем плавления в электродуговых печах увлажненной магнезии.

Кварцевый песок по химическому составу представляет собой почти чистую окись кремния (98—99%).

Шамот — это прокаленная и измельченная огнеупорная глина.

Тэны изготавливаются различных видов в зависимости от вида теплового оборудования (котлы с промежуточным обогревом, водонагреватели, кипятильники, жарочные и пекарные шкафы, фритюрницы и др.), а именно:

· для нагрева воды, растворов щелочей;

· для нагрева воздуха и газовых смесей;

· для нагрева масла, жира.

Вид нагреваемой среды, температура нагрева, химическая активность среды по отношению к поверхности тэна определяют материал, конфигурацию и диаметр трубки, удельную мощность, ресурс работы. Тэны в основном рассчитаны на напряжение 220 В. Одной из главных характеристик тэна является его удельная поверхностная мощность (W, Вт/м2).

Изменять удельную поверхностную мощность можно за счет как увеличения скорости обдува воздуха, так и повышения температуры наружной поверхности тэна, например до 450 — 650°С. При таком повышении температуры наружной оболочки тэна возрастает лучистый теплообмен.

Тэн, предназначенный для нагрева воды, нельзя использовать для нагрева воздуха или масла, поскольку это приведет к повышению температуры на наружной поверхности тэна, его перегреву, потери герметичности и, как следствие, к быстрому перегоранию спирали. Удельная мощность тэнов для нагрева воды, воздуха или масла колеблется в определенных пределах. Например, для нагрева воды или слабых растворов щелочей поверхностная мощность составляет (9—11) • 104 Вт/м2; для нагрева воздуха — (2,2—6,0) • 104; для нагрева масла, жира — (3,0—3,5) • 104 Вт/м2. Большинство тэнов имеют наружный диаметр от 8 до 16 мм.