Электронагревательные установки имеют значительные преимущества по сравнению с другими нагревательными приборами. Отсутствие продуктов горения, неизбежных в обычных тепловых установках со сжиганием топлива, уменьшает степень загрязненности окружающей среды. В эксплуатации электронагревательные установки высоконадежны и долговечны. При небольших габаритных размерах они обладают большой механической прочностью и безопасностью пользования в условиях повышенной тряски и вибрации, обеспечивают возможность регулирования температуры.
Быстрота замены вышедших из строя нагревательных элементов позволяет легко выполнять ремонт. Несложная конструкция и простота регулирования работы элементов гарантируют широкое внедрение автоматизации температурных режимов установок.
Электронагревательные установки работают бесшумно и способствуют созданию комфорта в судовых условиях.
Виды электронагревательных приборов
По принципу действия электрические нагревательные элементы делятся на проводниковые, электродные и радиационного нагрева.
Проводниковые нагревательные элементы, применяемые на судах, выполняют спиральными, пластинчатыми и трубчатыми. Материалом нагревательных элементов служат проводники из сплавов с большим удельным сопротивлением, которые должны иметь высокую температуру плавления, достаточную механическую прочность при нагреве, малую окисляемость на воздухе, малый температурный коэффициент сопротивления.
Указанными свойствами обладают хромоникелевые сплавы Х15Н60, Х25Н12, называемые нихромами, или фехрали (железохромоалюминиевые) с удельным сопротивлением, равным 1,2*10-6 Ом*м.
Спиральные элементы представляют собой спираль, навитую из нихромовой проволоки, на которую в качестве изоляции нанизаны керамические (фарфоровые) бусы. Пластинчатые элементы состоят из жаростойких пластин (слюда, миканит), на которые уложена лента из нихрома. Нагревательные элементы трубчатого типа представляют собой металлическую трубку, в центре которой вдоль оси расположена спираль из нихромовой проволоки.
Электронагревательные элементы электродного типа используют для получения горячей воды и пара в значительных количествах. Нагрев воды осуществляется за счет протекания электрического тока между электродами в нагреваемой воде. Удельное электрическое сопротивление речной воды в зависимости от наличия примесей в ней колеблется в пределах 50 — 250 Ом*м. Дистиллированная вода имеет удельное сопротивление 600 Ом*м. Электронагревательные устройства (котлы) электродного типа бывают значительной мощности.
Так, например, котел вместимостью 1,5 м3 имеет мощность 200 кВт. Устройства электродного типа используют только на переменном токе, так как при постоянном токе может происходить электролитическое разложение воды с образованием гремучей смеси.
В качестве электронагревательных элементов радиационного нагрева используют зеркальные лампы накаливания (термоизлучатели), а также отражательные излучатели. Зеркальные лампы представляют собой газонаполненные лампы накаливания с вольфрамовой нитью в виде спирали (инфракрасные лампы). Часть баллона лампы имеет зеркальное покрытие для концентрации тепловых лучей в нужном направлении.
Трубчатые электронагреватели (ТЭНы)
В судовых электронагревательных устройствах преимущественное распространение получили трубчатые электронагреватели (ТЭНы), конструкция которых показана на рис. 1. По центру стальной или латунной трубки 1 диаметром 12 мм прочно фиксируется спираль 4 сильно спрессованным наполнителем 3, который обладает электроизоляционными свойствами и хорошей теплопроводностью. Подключение спирали ТЭНа к электрической сети осуществляется с помощью присоединенных к ее концам металлических контактных стержней 2, выведенных наружу через герметизирующие уплотнения 5. Нагревательные спирали изготавливают из нихромовой или константановой проволоки диаметром 0,2—2,0 мм. В качестве наполнителя применяют кварцевый песок или кристаллическую окись магния — периклаз. Так как наполнитель отделяет спираль от теплоотдающей металлической трубки, его теплопроводность должна быть хорошей при высоких диэлектрических свойствах. Свои физико-химические и электрические свойства наполнитель должен сохранять при многократных нагревах до температуры 500 — 800 °С. При высокой стойкости к резким сменам температур наполнитель должен иметь возможно малую гигроскопичность и достаточную влагонепроницаемость. Всеми этими свойствами в значительной степени обладает периклаз.
Рис. 1. Конструкция трубчатого электронагревателя
ТЭНы имеют следующие преимущества:
- токопроводящая спираль не подвергается разрушающему действию воздуха и влаги, а наполнитель не оказывает вредного воздействия, в результате чего значительно увеличивается срок службы элементов;
- наружная металлическая трубка надежно защищает спираль от механических повреждений;
- хорошая теплопроводность наполнителя создает условия для интенсивной отдачи теплоты от спирали к металлической трубке, имеющей большую площадь поверхности для отвода теплоты. Поэтому спираль в ТЭНе работает в менее напряженном режиме, чем открытая.
