42. Конструкции и материалы электронагревательных элементов.

Электронагревательный прибор — устройство, в котором энергия электрического тока превращается в тепловую энергию.

Нагрев за счет проводников высокого сопротивления подчиняется закону Джоуля-Ленца. При этом могут использоваться электронагревательные элементы открытого, защищенного и закрытого типов. В открытых электронагревателях электронагревательный элемент изоляции не имеет; в защищенных — проводник имеет изоляцию (керамические бусы, слюда и т. п.); в нагревателях закрытого типа проводник, в котором выделяется тепло, полностью защищен от внешней среды и является несменным. К нагревателям последнего типа относят трубчатые электронагреватели (ТЭНы), нагреватели, вмонтированные в ситалловые панели. Для изготовления нагревательных элементов используют либо нихромы (Х20Н30; Х15Н60 — данный вид сплавов более дорогой, термостойкий и долговечный), либо фехрали (Х13Ю4 — они дешевле, выдерживают нагрев до температуры 800°С.

Приборы с инфракрасным нагревом работают на проводниках высокого сопротивления, максимум излучения которых приходится на область спектра с длиной волн от 0,76 до 3 мкм (инфракрасная зона). Используют данный вид нагрева в грилях, электрокаминах.

Индукционный нагрев основан на излучении джоулевого тепла и вихревых токов, возникающих в обмотках трансформатора броневого типа. Эти нагреватели имеют температуру до 500°С, они дорогие, но обеспечивают высокую безопасность. Данный вид нагрева применяется в приборах, осуществляющих нагрев воды (кипятильники; ранее применялся в стиральных машинах — электробезопасный способ нагрева).

Высокочастотный (микроволновой) нагрев используют в приборах для тепловой обработки пищевых продуктов. Принцип работы высокочастотных нагревателей сводится к следующему: магнетрон (высокочастотный генератор) излучает высокочастотные электромагнитные волны (2300-2700 МГц), которые через волнопровод попадают в рабочую камеру, где происходит облучение продукта. При этом происходит поляризация молекул вещества, в результате чего внутри массы продукта выделяется тепловая энергия.

Электронагрев проводников высокого сопротивления наиболее распространен, его используют в преобладающем большинстве электронагревательных приборов. Этот вид электронагрева основан на выделении тепла при прохождении электрического тока через проводники высокого сопротивления по закону Джоуля—Ленца.

В качестве материалов для нагревательных сопротивлений применяют хромоникелевые сплавы, в меньшей степени — железо-хромоалюминиевые сплавы. Для изготовления низкотемпературных нагревателей (до 100 °С) применяют константан, графит, сажу, электропроводящее стекло, двуокись олова и др.

Основной частью электронагревательного прибора является электронагреватель (электронагревательный элемент). Его изготовляют в виде проволочной спирали или ленты из никелина, нихрома, фехраля. Эти материалы выдерживают рабочую температуру накала до 1 000 °С. Нагревательные элементы на теплостойких (преимущественно керамических) изоляторах. По конструкции нагревательные элементы подразделяют на открытые и закрытые спиральные, пластинчатые.

Электронагреватель состоит из нагревательного сопротивления (чаще всего в виде проволочной спирали), электроизоляции и каркаса, или оболочки. Иногда роль каркаса выполняет электроизоляция.