Основные показатели нихрома и фехраля

Марка сплава	Удельное электрическое сопротивление при 20 ˚С, Омּм	Температурный коэффициент сопротивления, Омּм/˚С	Максимально допустимая температура, ˚С	Рекомендуемая температура, ˚С
Нихром Х15Н60	(1,02…1,18)ּ10^-6	0,17ּ10^-9
Нихром Х15Н80	(1,07…1,12)ּ10^-6	0,15ּ10^-9
Нихром Х20Н80Т	(1,04…1,17)ּ10^-6	0,14ּ10^-9
Фехраль 1Х2505	(1,30…1,50)ּ10^-6	0,65ּ10^-9
Фехраль Х13104	(1,18…1,34)ּ10^-6	0,12ּ10^-9

Рассмотрим баланс тепловой мощности токопроводящей проволоки

P = αּFּ(t_пр – t_ср), (4.1)

где P – тепловая мощность, Вт;

α – коэффициент теплоотдачи от поверхности проволоки в нагреваемую среду, Вт/(м² ּ К);

F – площадь поверхности проволоки, м²;

t_пр, t_cp – температуры соответственно поверхности проволоки и нагреваемой среды, °С.

Данное уравнение выражает условие эквивалентности тепловой мощности электронагревателя тепловому потоку, передаваемому нагреваемой среде через поверхность токопроводящей проволоки.

Поделим левую и правую части данного уравнения на площадь поверхности проволоки F, в результате получим

P/F = αּ(t_пр – t_ср). (4.2)

Величина P/F = ω называется удельной поверхностной мощностью проволоки. Очевидно, что при постоянной удельной поверхностной мощности постоянна и величина удельного теплового потока, передаваемого проволокой нагреваемой среде, выражаемая правой частью уравнения. Из этого следует, что любое изменение условий теплообмена между проволокой электронагревателя и нагреваемой средой приведет к изменению разности температур проволоки и среды. После замены P/F = ω и несложных преобразований уравнения 4.2 получим выражение для температуры на поверхности проволоки

t_пр = t_ср, (4.3)

где ω – удельная поверхностная мощность на проволоке, Вт/м² (Вт/см²).

Из полученного выражения видно, что температура на поверхности нагревателя прибавляется к температуре нагреваемой среды и зависит от удельной поверхностной мощности и коэффициента теплоотдачи от этой поверхности к нагреваемой среде.

В качестве примера на рис. 4.3 представлена зависимость температуры спирали в воздухе от удельной поверхностной мощности при различных условиях теплоотдачи. Из графика видно, что при постоянных условиях теплоотдачи необходимую температуру на нагревателе можно получить обеспечив соответствующую удельную поверхностную мощность на спирали. При этом при различных условиях теплоотдачи одна и та же температура может быть получена на нагревателе при различной удельной поверхностной мощности. Соответственно для различных нагреваемых сред, характеризующихся различными коэффициентами теплоотдачи, должны применяться спирали с соответствующими значениями удельной поверхностной мощности.

Наиболее тяжелые условия работы характерны для открытых нагревателей, когда проволока находится непосредственно в воздухе. В этом случае (при естественной конвекции) теплопередача от нее к нагреваемой среде (поверхности) осуществляется в основном излучением через воздух. Спираль в воздухе при высоких температурах сильно окисляется и быстро выходит из строя.

В тепловых аппаратах предприятий общественного питания температура нагреваемого воздуха не превышает 350 ˚С, а при рабочей температуре нихромовой проволоки 850…950 ˚С и коэффициенте теплоотдачи не менее 50 Вт/(м²ּ˚С) следует, что допустимая величина удельной поверхностной мощности проволоки в этом случае составляет (2,5…3,0)ּ10⁴ Вт/м² (2,5…3,0 Вт/см²).

Конструктивно металлические электронагреватели сопротивления открытого типа обычно представляют собой спирали закрепленные на несущий элемент, выполненный из диэлектрического материала (чаще всего из керамики). Наиболее распространены варианты, при которых спираль укладывается в специальные канавки в керамической плите или в канавки металлического корпуса в керамических изоляторах, наматывается на керамический стержень, размещается внутри диэлектрической трубки.

Существенным недостатком электронагревателей открытого типа кроме термической коррозии спирали и, как следствие малого срока службы (до 2000 ч), являются их повышенная электрическая опасность, малая механическая прочность, возможность возникновения термических ударов при попадании влаги на незащищенную поверхность.

Однако электронагреватели открытого типа просты по устройству, ремонтопригодны, имеют малую стоимость и инерционность, что определяет их использование в электрических конфорка плит, сковородах и инфракрасных аппаратах.

В нагревателях сопротивления закрытого типа проволока спирали размещена в изоляционной массе, что защищает ее от непосредственного контакта с воздухом. Соответственно окислительные процессы на спирали при высоких температурах заторможены. Теплопередача от спирали к нагреваемой поверхности (обычно корпуса) осуществляется теплопроводностью через изоляционный слой, что приводит к улучшению условий теплоотдачи от спирали и, как следствие, к снижению температура на проволоке.

Улучшение условий теплоотдачи позволило увеличить удельную поверхностную мощность на спирали до 6 ּ 10⁴ Вт/м² (6 Вт/см²) при снижении температуры нихромовой проволоки до 600…700 ˚С.

К недостатком электронагревателей закрытого типа относятся: сложность конструкции, большая тепловая инерционность, неремонтопригодность, высокая стоимость, низкая устойчивость к температурным перепадам и громоздкость.

Однако электронагреватели закрытого типа имеют большой срок службы (до 10000 ч), обладают достаточной механической прочностью и в них снижена до минимума возможность появления потенциала на корпусе, что определяет их широкое использование в конфорках для электрических плит, сковородах и кофеварках.

В герметичных нагревателях сопротивления спираль запрессована в изоляционной массе без доступа воздуха. Соответственно окислительные процессы на спирали при высоких температурах сведены до минимума. Опрессовка изоляционной массы значительно улучшает теплопередачу от спирали к корпусу в сравнении с закрытыми нагревателями, что приводит к значительному снижению температуры на проволоке и, как следствие, возможности значительного увеличения удельной поверхностной мощности на спирали (до 25 ּ 10⁴ Вт/м²). К герметичным нагревательным элементам относится трубчатый электрический нагреватель – тэн.

Тэны являются наиболее совершенными нагревателями. Они имеют большой срок службы (до 60000 ч), компактны, малоинерционны, обладают достаточной механической прочностью, удобны в монтаже и пригодны для работы в различных условиях. Поэтому они нашли самое широкое распространение в тепловых аппаратах предприятий общественного питания.

К недостатка этих нагревателей следует отнести сложность изготовления и высокую стоимость.

Дата добавления: 2015-06-30