Электрический котел

Контрольная работа

Электрический котел

1. Назначение электрокотла

Электрический котёл — прибор, предназначенный для нагрева электрическим током (посредством передачи тепла от поверхности ТЭНа — явление конвекции) теплоносителя (воды) в момент протекания через ТЭН. Электрокотлы, нагревающие санитарную воду для нужд ГВС, чаще называются электрическими водонагревателями (электробойлерами).

Отличаются электричееские котлы между собой способом нагрева теплонасителя. Основные их типы:

— косвенного нагрева: нагревательный элемент — реостатный патрон (тен). Устанавливается в баке-теплообменнике;

— прямого нагрева — электродный водонагревательный котлы электрические. Ток, проходя через воду и выделяя тепло нагревает её;

— индукционные.

Рассмотрим ТЭ Новый электрокотёл

Реостатные одни из распространённых видов котлов и чаще имеют настенное исполнение.

котел электрический физический Рисунок 1 «ТЭ Новый электрокотёл»

Главное достоинство данного типа котлов — отсутствие электрического контакта тепловыделяющего элемента и теплоносителя, соответственно, ток утечки практически отсутствует, а это значит, что наряду с ними можно применять аварийную автоматику, например, УЗО (устройства защитного отключения), а также реостатные электрокотлы намного дешевле других видов электрических котлов.

Данный вид имеет свои недостатки:

— в баке если часть ТЭНа находится над поверхностью воды, он может быстро выйти из строя;

— на ТЭНе образуется накипь, которая ухудшает его теплопроводность, вследствие чего потребление мощности остаётся неизменным, а нагрев со временем всё хуже;

— необходимо предпринимать меры по снижению жесткости воды

2. Функции элементов котла

а) ТЭН для водонагревателя (согласно закону Джоуля — Ленца: выделение в проводнике при протекании через него электрического тока определённого количества теплоты, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока), (преобразования электрической энергии в тепловую) — трубчатый электронагреватель, а для эл. котла водяной нагревательный элемент, который состоит из нагревательной спирали Г с контактными стержнями В на концах. Нагревательная спираль запрессована в металлическую оболочку А (медную или из нержавеющей стали). Во избежание короткого замыкания на металлическую оболочку тэна водонагревателя (пробоя на корпус тэна), спираль имеет изоляцию от него наполнителем тэна Б, который является диэлектриком т. е. не дает замкнуть на корпус ТЭНа, но при этом имеет хорошую теплопроводность. В качестве наполнителя чаще всего используют порошок оксида магния или кварцевый песок. Контактные стержни также имеет изоляцию из герметика и керамики или термопласта по концам ТЭНа. При прохождении электрического тока через нагревательную спираль, вследствие ее большого омического сопротивления, практически вся электрическая энергия преобразуется в тепло. Тепло от спирали сквозь изоляционную засыпку доходит до медной или нержавеющей оболочки тэна, которая и нагревает воду в баке водонагревателя.

Рисунок 2 «Трубчатый электронагреватель ТЭН»

б) бак обогревателя — в нём находится ТЭН который нагревает воду (по закону теплопроводности Фурье) и он отвечает за накопление в баке воды перед запуском его в систему трубопроводов Рисунок 3 «Бак»

в) Блок управления электрокотлом (закон Ома) (ТЭК-3.2) — предназначен для регулирования и поддержания температуры электрокотлом в отапливаемом помещении. Регулировка температуры осуществляется коммутацией питания ТЕНов электрокотла и циркуляционного насоса, на основании измеренной температуры «обратка» или «подача».

Рисунок 4 «Блок управления электрокотлом»

г) Контакты ТЭН или клеммы — для подключения проводов и подаче напряжения на ТЭН (закон Ома) Рисунок 5 «Клеммы ТЭНа»

3. Физический принцип действия ТЭНового электрокотла

Холодная вода по трубкам поступает в бак электрического котла где вмонтирован ТЭН (в котором идёт превращение электрической энергии в тепловую) и к которому подведено напряжение (закон Ома). ТЭН теплоотдачей (конвекцией) нагревает теплоноситель (воду), которой циркулируя посредством циркуляционного насоса в отопительной системе обогревает помещения.

Контроль за налаженной работой аппарата осуществляет блок управления. Отопление же контролируется комнатным регулятором температуры: он реагирует на понижение температуры сигналом о необходимости включения режима нагрева. Необходимое рабочее давление теплоносителя достигается при помощи циркуляционного насоса. Внутренний температурный датчик поддерживает температуру теплоносителя. По достижении в помещениях необходимых температурных величин, режим нагрева отключается, а затем, спустя некоторое время, отключается и циркуляционный насос, благодаря которому осуществляется «движение» теплоносителя.

Электронагрев сопротивлением характеризуется тем, что электрическая энергия в твердых или жидких проводниках, включенных в электрическую цепь, при протекании по ним электрического тока преобразуются в тепловую. Причиной нагрева является взаимодействие носителей электричества (электронов или ионов) с кристаллическими решётками или атомами и молекулами нагреваемой среды.

Косвенный нагрев, когда электрическим током нагреваются специальные устройства — электрические нагреватели, а уже от них тепло путем теплопроводности, конвекции, излучения или их сочетания передается нагреваемой среде.

Электрические нагреватели сопротивления. Косвенный электронагрев наиболее распространен в низкои среднетемпературных процессах, а также в некоторых высокотемпературных процессах ремонтного производства и промышленности.

Преобразования электрической энергии в тепловую: Закон Джомуля — Лемнца «Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряжённости электрического поля».

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

В электронагревательных приборах используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

4. Электрический котёл с использованием «Операций Колера»

Рисунок 5. Электрический котёл с использованием Операции Коллера котел электрический физический

5. Закономерность функционирования электрического котла (законы)

Вода поступает в бак через трубки и циркуляционный насос, далее протекает через разогретый ТЭН в котором происходит преобразования электрической энергии в тепловую (Закон Джомуля — Лемнца) в результате теплоотдачи между жидкостью и ТЭНом (по закону Ньютона-Рихмана) вода нагревается, далее по естественной конвекции горячая вода уходит в верхнюю часть бака и оттуда на выход из электрического котла.

Закон теплопроводности Фурье Теплопровомдность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела.

Конвекция — передача теплоты Передача теплоты конвекцией осуществляется перемещением в пространстве неравномерно нагретых объемов жидкости. Обычно при инженерных расчетах определяется конвективный теплообмен между жидкостью и твердой стенкой, называемый теплоотдачей. Согласно закону Ньютона-Рихмана, тепловой поток Q от стенки к жидкости пропорционален поверхности теплообмена и разности температур между температурой твердой стенки и температурой жидкости.

Закон Ома — согласно закону Ома: под электрическим сопротивлением понимают отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику. Возникновение в проводнике электрического тока, плотность которого пропорциональна напряжённости поля)

Закон Джоуля — Ленца: выделение в проводнике при протекании через него электрического тока определённого количества теплоты, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока; преобразование электрической энергии в тепловую.

6. Критерии развития

Развитие Электрического котла: В древние века чтобы согреться человек научился разжигать костёр Использовали печи для обогрева В Древнем Египте Источником отопления служили городские бани: в полу банных помещений делались стоки для нагретой воды, уходящей в общий водосток города и обеспечивавшей египтян теплом В конце 1 века до н.э. система воздушного отопления, получившую распространение на территории Древнего Рима — это была первая система искусственного отопления городских помещений при помощи горячих газов. Для обогрева римских терм и жилых помещений применялся гипокауст — отопительное устройство, состоявшее из печи, расположенной вне отапливаемого помещения, и системы труб, проводящих нагретый воздух. Наружный воздух, поступающий в гипокауст, нагревался горячими газами и по системе труб и каналов под полом здания поступал в отапливаемое помещение XV век ознаменовался появлением так называемой «Русской» системы. Устройство отопления было такое: холодный воздух через воздухозаборную шахту подводился к установленной на первом или цокольном этаже печи, где, касаясь её раскалённой поверхности, нагревался, а после по горизонтальным и вертикальным кирпичным воздухораспределяющим каналам подводился в обогреваемые помещения. Оттуда через вытяжные каналы отдавший теплоту воздух выводился обратно в атмосферу. Циркуляция воздуха была естественной, за счёт разности плотностей горячего и холодного. Плюс система обеспечивала жилые помещения «чистым теплом», а также осуществляла вентиляцию В 1777 году французским инженером Боннеманом была изобретена первая водная система отопления. Она имела естественную циркуляциюПаровое отоплениеЭлектрическое отопление.

Функциональные Критерий надёжности — большой срок службы и задан срок службы Критерий точности — можно нагреть воду до требуемой температуры Критерий производительности — можно измерить расход электроэнергии Технологические Критерии трудоёмкости изготовления — автоматезированое производство Критерий технологических возможностей — широко распространены и доступны Критерий использования материалов — металоёмкое производство Экономические Критерий расходования материалов — развиваются новые технологии и уменьшение размеров Критерий расхода энергии — расход электроэнергии зависит от мощности нагревательных элементов Критерий габаритных размеров — становятся компактней Антропологические Критерий эргономичности — приспособлены для использования в быту Критерий красоты — зависит от типа электронагревателя (настеные) и монтажа Критерий экологичности — не требуют специальной утилизации

1. Басов А. М. и др. — Электротехнология. М.: Агропромиздат, 1985.

2. Кудрявцев И. Ф., Карасенко В. А. Электрический нагрев и электротехнология. М.: «Колос», 1975.

3. Изаков Ф. Я., Козинский В. А., Яснов Г. А. — Практикум по применению электрической энергии в сельском хозяйстве. — М.: «Колос», 1972.

4. Справочник инженера — электрика сельскохозяйственного производства. Учебное пособие. — М.: Информагротех, 1999.