Нагревательные приборы НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Нагревательные приборы НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Важнейшими энергетическими параметрами теплового излучателя являются: температура поверхности тела накала и излучателя, потребляемая мощность на единицу длины или поверхности, потребляемая мощность излучателя, КПД, срок службы (ресурс). Температура поверхности излучателя устанавливается в результате термодинамического равновесия между количеством тепловой энергии, выделенной в теле накала, и количеством энергии, рассеянной его поверхностью. Если удельная поверхностная нагрузка постоянна, то температура будет тем выше, чем меньше значение интегрального коэффициента излучения. Таким образом, на значение теплового потока излучателя существенно влияет не только температура поверхности, но и значение поверхностной удельной нагрузки источника тепла. Среди традиционных теплоизлучателей наибольшую температуру поверхности имеют открытые тела накала. У комбинированных устройств она значительно ниже, так как определяется свойствами теплопроводящей электрической изоляции, конструкцией и материалом кожуха (оболочки). А самые высокие температуры поверхности достигаются на новом виде теплоизлучателей – полупроводниковых. (NNT)
Среди других теплоизлучателей эти устройства отличаются высоким значением допустимой температуры (около 1300°С при работе на воздухе и 1650°С — в вакууме или инертной среде). Им присуще низкое значение энергии активации процесса старения, что объясняется удачным сочетанием электрических, механических и тепловых свойств, а также коррозионной стойкостью материала оболочки. Даже в условиях интенсивного теплоотбора (работа в воде) температура излучающей поверхности у полупроводникового излучателя остается высокой.
Для увеличения температуры поверхности теплоизлучения в условиях естественного теплообмена на 1°С цельнокерамическому полупроводниковому излучателю необходимо затратить 0,125—0,22 Вт при температуре поверхности до 1000°С. Открытой металлической спирали в этом же случае нужно 1,45 Вт, а позисторному элементу — 2,15 Вт. Предельным значением температуры поверхности теплоизлучения в условиях естественного теплообмена для полупроводникового теплоизлучателя следует считать 1350°С, которую на его поверхности создает удельный тепловой поток 18 Вт/см2. Эта же температура составляет 900°С для металлической спирали, 180°С для позистора и 1300°С для градиентного нагревателя. Для позисторной керамики тепловой переходный процесс длится около 1,5 мин. В нагревателе с телом накала из проводов высокого сопротивления температура поверхности устанавливается через 3—5 мин. Для теплоизлучателей на основе полупроводниковых материалов процесс нагрева поверхности завершается за 0,6—1 мин.
Интенсивность теплообмена между телом накала и изоляционной оболочкой определяется разностью температур теплообменивающихся тел и тем тепловым сопротивлением, которое создается на пути теплового потока. Снижение теплового сопротивления изоляции у градиентных излучателей создает условия
для увеличения плотности теплового потока от тела накала к окружающей среде и снижения перепада температур на изоляционном слое до 25—80°С по сравнению с 200—280°С у ТЭНов. Если у последних не удается создать интенсивный тепловой поток от тела накала к оболочке из-за высокого теплового сопротивления изоляции, то у полупроводниковых излучателей такого ограничения нет. Кроме того, они полностью прозрачны для генерируемого излучения, а перепад температур между телом накала и окружающей средой небольшой. Поэтому возникает дополнительный тепловой поток, обеспечивающий более высокую температуру поверхности полупроводниковых теплоизлучателей даже в условиях интенсивного теплоотбора. Максимум спектрального коэффициента излучения этих теплоизлучателей приходится на длину волны 7,5 мкм. Высокая интенсивность коэффициента излучения у них сохраняется в интервале длин волн 4—15 мкм (в том диапазоне, который «несет» тепло, а не свет), то есть это «правильный» нагреватель, не расходующий энергию на «холодное» освещение. Спектральный коэффициент излучения полупроводниковых теплоизлучателей растет с температурой и достигает значений 0,85—0,95 при ее величине, равной 1100°С.

Объективная реальность
Самым понятным и распространенным критерием эффективности в любой технической области является коэффициент полезного действия. Для нагревательных приборов он рассчитывается как отношение теплового потока с поверхности излучателя к объемной плотности теплоты, выделенной в теле накала за единицу времени. При одной и той же потребляемой мощности температура поверхности полупроводниковых теплоизлучателей намного выше, чем у нагревательных элементов других типов. Это обеспечивает большие, чем у других тепловых приборов, значения КПД во всем температурном диапазоне. Даже при работе в условиях интенсивного теплоотбора в проточной воде коэффициент полезного действия полупроводниковых теплоизлучателей составляет 0,95—0,98 (у других типов электронагревателей — 0,42—0,77).

577
Комментарии (0)

Выберите из списка
2011
2011