Elektromos fűtési módszerek

Az elektromos energia hővé alakításának alapvető módszerei és módszerei az alábbiak szerint osztályozva. Megkülönböztetünk direkt és közvetett elektromos fűtést.

Közvetlen elektromos fűtésnél az elektromos energia hőenergiává történő átalakulása az elektromos áramnak közvetlenül a fűtött testen vagy közegen (fém, víz, tej, talaj stb.) keresztül történő áthaladása következtében megy végbe. A közvetett elektromos fűtés során egy speciális fűtőberendezésen (fűtőelemen) elektromos áram halad át, amelyből a hőt vezetés, konvekció vagy sugárzás útján adják át egy felmelegített testnek vagy közegnek.

Az elektromos energia hővé alakításának többféle típusa létezik, amelyek meghatározzák az elektromos fűtés módszereit.

Ellenállás fűtés

Az elektromosan vezető szilárd anyagokon vagy folyékony közegeken keresztül áramló elektromos áram hőfejlődéssel jár. A Joule-Lenz törvény szerint a hőmennyiség Q = I2Rt, ahol Q a hőmennyiség, J; I — silatok, A; R egy test vagy közeg ellenállása, Ohm; t – folyási idő, s.

Az ellenállásfűtés történhet kontakt és elektróda módszerekkel.

Érintkezési módszer Fémek melegítésére mind a közvetlen elektromos fűtés elve alapján, például az elektromos kontakthegesztő készülékekben, mind a közvetett elektromos fűtés elve alapján - fűtőelemekben.

Elektróda módszer Nem fémes vezető anyagok és közegek melegítésére szolgál: víz, tej, lédús takarmány, talaj stb. A felmelegített anyagot vagy közeget az elektródák közé helyezik, amelyekre váltakozó feszültséget kapcsolnak.

Az elektródák között az anyagon áthaladó elektromos áram felmelegíti azt. A közönséges (nem desztillált) víz elektromos áramot vezet, mert mindig tartalmaz bizonyos mennyiségű sókat, bázisokat vagy savakat, amelyek elektromos töltést hordozó ionokká, azaz elektromos árammá disszociálnak. A tej és más folyadékok elektromos vezetőképességének jellege, a talaj, a zamatos takarmány stb. hasonló.

Az elektródák közvetlen melegítése csak váltakozó árammal történik, mivel az egyenáram a felmelegített anyag elektrolízisét és annak romlását okozza.

Az elektromos ellenállásfűtés széles körben alkalmazható a gyártásban egyszerűsége, megbízhatósága, rugalmassága és a fűtőberendezések alacsony költsége miatt.

Elektromos ívfűtés

A gáznemű közegben két elektróda között fellépő elektromos ívben az elektromos energia hővé alakul.

Az ív meggyújtásához az áramforráshoz csatlakoztatott elektródákat röviden meg kell érinteni, majd lassan szétválasztani. Az érintkező ellenállását az elektródák szétválásának pillanatában erősen felmelegíti a rajta áthaladó áram.A fémben folyamatosan mozgó szabad elektronok az elektródák érintkezési pontján a hőmérséklet emelkedésével felgyorsítják mozgásukat.

A hőmérséklet emelkedésével a szabad elektronok sebessége annyira megnő, hogy elszakadnak az elektródák fémétől és a levegőbe repülnek. Mozgásuk során levegőmolekulákkal ütköznek, és pozitív és negatív töltésű ionokra választják szét őket. Az elektródák közötti légtér ionizálódik és elektromosan vezetőképessé válik.

A forrásfeszültség hatására a pozitív ionok a negatív pólusra (katódra), a negatív ionok pedig a pozitív pólusra (anódra) rohannak, így hosszú kisülést - elektromos ívet - hőkibocsátással kísérnek. Az ív hőmérséklete nem azonos a különböző részein, és a fémelektródákon van: a katódon - körülbelül 2400 ° C, az anódon - körülbelül 2600 ° C, az ív közepén - körülbelül 6000 - 7000 ° C .

Különbséget kell tenni a közvetlen és a közvetett elektromos ívfűtés között. A fő gyakorlati alkalmazás az elektromos ívhegesztő berendezések közvetlen ívmelegítésében található. A közvetett fűtési rendszerekben az ívet az infravörös sugárzás erős forrásaként használják.

Indukciós fűtés

Ha egy fémdarabot váltakozó mágneses térbe helyezünk, akkor váltakozó e indukálódik benne. d. s, amelynek hatására örvényáramok keletkeznek a fémben. Ezen áramok áthaladása a fémbe felmelegszik. A fém melegítésének ezt a módját indukciónak nevezik. Egyes indukciós fűtőtestek tervezése a felületi hatás jelenségén és a közelségi hatáson alapul.

Az indukciós fűtéshez ipari (50 Hz) és nagyfrekvenciás (8-10 kHz, 70-500 kHz) áramokat használnak. A fémtestek (alkatrészek, részletek) indukciós melegítése leginkább a gépgyártásban és a berendezésjavításban, valamint a fém alkatrészek edzésére terjed ki. Az indukciós módszer víz, talaj, beton melegítésére és tej pasztőrözésére is használható.

Dielektromos fűtés

A dielektromos fűtés fizikai lényege a következő. A gyorsan változó elektromos térbe helyezett, gyenge elektromos vezetőképességű szilárd és folyékony közegekben (dielektrikumok) az elektromos energia hővé alakul.

Minden dielektrikum tartalmaz elektromos töltéseket, amelyeket intermolekuláris erők kötnek össze. Ezeket a töltéseket kötött töltéseknek nevezzük, szemben a vezető anyagok szabad töltéseivel. Az elektromos tér hatására a kapcsolódó töltések a tér irányába orientálódnak vagy elmozdulnak. A kapcsolódó töltések elmozdulását külső elektromos tér hatására polarizációnak nevezzük.

A váltakozó elektromos térben a töltések és ezáltal a hozzájuk kapcsolódó molekulák intermolekuláris erői folyamatos mozgása zajlik. A forrás által a nem vezető anyagok molekuláinak polarizálására fordított energia hő formájában szabadul fel. Egyes nem vezető anyagok kis mennyiségű szabad töltést tartalmaznak, amelyek elektromos mező hatására kis vezetési áramot hoznak létre, amely hozzájárul az anyagban lévő további hő felszabadulásához.

Dielektrikummal történő hevítéskor a felmelegítendő anyagot fémelektródák - kondenzátorlemezek közé helyezik, amelyekre egy speciális nagyfrekvenciás generátor nagyfrekvenciás feszültséget (0,5-20 MHz és magasabb) juttat. A dielektromos fűtőtest egy nagyfrekvenciás lámpagenerátorból, egy teljesítménytranszformátorból és egy elektródákkal ellátott szárítóberendezésből áll.

A nagyfrekvenciás dielektromos hevítés ígéretes fűtési módszer, főként fa, papír, élelmiszerek és takarmányok szárítására és hőkezelésére (gabona, zöldségek és gyümölcsök szárítására), tej pasztőrözésére és sterilizálására stb.

Elektronsugaras fűtés (elektronikus)

Amikor egy elektromos térben felgyorsult elektronáram (elektronnyaláb) felmelegedett testtel találkozik, az elektromos energia hővé alakul. Az elektronikus fűtésre jellemző a nagy, 5×108 kW/cm2-es energiakoncentrációs sűrűség, ami több ezerszer nagyobb, mint az elektromos ívfűtésnél.Az elektronikai fűtést az iparban nagyon apró alkatrészek hegesztésére és ultratiszta fémek olvasztására használják.

A termelésben és a mindennapi életben az elektromos fűtés figyelembe vett módszerei mellett infrafűtést (besugárzást) alkalmaznak.