Электрические нагревательные элементы

Электрические нагревательные элементы — теплогенерирующие устройства, преобразующие 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 способов.

В отечественном оборудовании предприятий общественного питания основным электронагревателем является электронагрева­тель с металлическим сопротивлением. По конструктивному ис­полнению такие электронагреватели подразделяются на открытые, закрытые, но с доступом воздуха и 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 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 них-ромовых 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 м,| поверхности рэна.

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

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

Тэны могут иметь различную конфигурацию

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 спиральв 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 т. п. Изоляционные мате­риалы должны обладать большим удельным сопротивлением, вы­сокой теплопроводностью, не вступать в химические реакции с на­гревательным элементом, иметь низкую влагопоглошаемость, быть механически прочными.

Периклаз — 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 — 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 шелочей;

• нагрева воздуха и газовых смесей;

• 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. Одна из главных характеристик тэна — 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.

Приборы контроля и управления электротепловых аппаратов

Для автоматического поддержания заданных величин — тем­пературы, давления, уровня жидкости — применяются различные приборы: терморегуляторы, манометры, реле уровня. Значение за­данного параметра поддерживается автоматически. Рассмотрим работу этих приборов.

Терморегулятор Т 32 предназначен для поддержания заданной температуры в электротепловых аппаратах (тепловых, жарочных шкафах, фритюрницах). Он состоит из термобаллона, капилляр­ной трубки, мембранной коробки, контактной группы с подвиж­ными и неподвижными контактами и задающего механизма. Положение подвижных контактов зависит от положе­ния толкателя. В свою очередь толкатель жестко связан с фигурной пружиной, которая им и управляет.

Термобаллон помещают в среду, температуру которой необхо­димо контролировать. Давление, возникающее в термобаллоне, по капиллярной трубке передается на мембранную коробку. При до­стижении заданной температуры в камере мембранная коробка воздействует на пружину и происходит резкое изменение ее поло­жения. Левый конец пружины переместится вниз, толкатель также опустится и отожмет подвижные контакты от неподвижных. Цепь разрывается и тэны обесточиваются. Когда температура в камере понизится, упадет давление в термобаллоне, мембранная коробка поднимется вверх и пружина вернется в исходное положение. Под­вижные контакты замкнутся с неподвижными контактами.

При положении ручки «Окл» винт, вращаясь в неподвижной Гайке, воздействует на мембранную коробку, которая в свою оче­редь оказывает давление на пружину и опускает толкатель. Все контакты будут разомкнуты. Для того чтобы включить тэны, ручку поворачивают по часовой стрелке, винт вывертывается из гайки, давление на пружину ослабевает и пружина поднимает толкатель, замыкая контакты. Фигурная пластинчатая пружина обеспечивает резкий переход из одного крайнего состояния в другое, что позво­ляет значительно уменьшить искровой разряд между подвижными и неподвижными контактами.

Электроконтактный термометр ЭКТ. Принцип его работы ана логичен принципу работы описанного выше терморегулятора тем­пературы. Термометр ЭКТ состоит из чувствительного элемента (баллона, соединенного капиллярной трубкой с манометрической трубкой) и контактной группы.

Электроконтактный манометр ЭКМ относится к показывающим и регулирующим приборам давления. От электроконтактного термометра ЭКМ отличается отсутствием термобаллона и капил­лярной трубки. Электроконтактный манометр имеет такую же контактную группу, что и ЭКТ, но контакты его замыкаются и раз­мыкаются под действием давления не в собственной замкнутой системе чувствительного элемента, а во внешней (измеряемой) среде.

Датчик-реле давления РД-4 относится к регулирующим прибо­рам и состоит из чувствительного элемента — мембраны — и кон­тактной группы микропереключателя. Резиновая мембрана за­креплена между корпусом и крышкой. Давление к чувствительному элементу подается снизу. Противодействие ему создает пружи­на, сжатие которой производят регулировочным винтом. Чем включается. Контакты пускателя включают двигатель насоса или соленоидный вентиль подачи воды. При повыше­нии уровне сжата пружина, тем при большем давлении произойдет переключение контактов микропереключателя, на кнопку которого передается от мембраны через золотник и рычаг. Для защиты от повреждений и загрязнений реле закрыто крышкой (колпаком). Укрепляется реле с помощью кронштейна.

Реле уровня. Регулирование уровня воды и некоторых других жидкостей можно осуществлять по следующей схеме. Один вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора подсоединяли к металлическому корпусу резервуара, другой — к обмотке реле уровня. Вторую клемму обмотки реле уровня подсоединяют к электроду, введенному в резервуар через изоляционную втулку. Когда электрод находится в воде, цепь обмотки реле замкнута. Размыка­ющий контакт отключает обмотку магнитного пускателя и поступление воды прекращается.

После понижения уровня воды ниже электрода цепь обмотки реле размыкается. Обмотка реле отключается, и насос или соленоидный вентиль от­ключается.

Электрическое реле уровня применяется и для защиты тэнов от «сухого хода», т. е. для отключения электронагревателей при по­нижении уровня воды и оголении тэнов в оборудовании. При от­сутствии воды (на воздухе) такие тэны быстро нагреваются до очень высокой температуры и выходят из строя.