ความร้อนอิเล็กโทรดของตัวกลางที่เป็นของเหลว

วิธีการทำความร้อนอิเล็กโทรดที่ใช้สำหรับลวดความร้อน II mil: น้ำ นม ผลไม้และน้ำผลไม้เบอร์รี่ ดิน คอนกรีต ฯลฯ การให้ความร้อนด้วยอิเล็กโทรดแพร่หลายในหม้อไอน้ำอิเล็กโทรด หม้อไอน้ำสำหรับน้ำร้อนและไอน้ำ ตลอดจนในกระบวนการพาสเจอร์ไรซ์และการฆ่าเชื้อของของเหลวและสื่อเปียก การรักษาความร้อนของอาหารสัตว์

วัสดุถูกวางไว้ระหว่างอิเล็กโทรดและให้ความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวัสดุจากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรด การให้ความร้อนด้วยอิเล็กโทรดถือเป็นการให้ความร้อนโดยตรง ในที่นี้ วัสดุทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน

การให้ความร้อนด้วยอิเล็กโทรดเป็นวิธีที่ง่ายและประหยัดที่สุดในการให้ความร้อนกับวัสดุ ไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟพิเศษหรือเครื่องทำความร้อนที่ทำจากโลหะผสมราคาแพง

อิเล็กโทรดจ่ายกระแสให้กับตัวกลางเพื่อให้ความร้อนและตัวมันเองไม่ได้ถูกทำให้ร้อนด้วยกระแส อิเล็กโทรดทำจากวัสดุที่ไม่ขาด ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นโลหะ แต่ก็สามารถเป็นอโลหะได้เช่นกัน (กราไฟต์ คาร์บอน) เพื่อหลีกเลี่ยงการแยกด้วยไฟฟ้า ให้ใช้เท่านั้น กระแสสลับ.

ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุที่เปียกจะถูกกำหนดโดยปริมาณน้ำ ดังนั้น ต่อไปนี้ การให้ความร้อนด้วยอิเล็กโทรดจะพิจารณาสำหรับการให้ความร้อนแก่น้ำเป็นหลัก แต่การพึ่งพาที่กำหนดยังสามารถใช้ได้กับการให้ความร้อนแก่สื่อที่เปียกอื่นๆ

การให้ความร้อนในอิเล็กโทรไลต์

ในวิศวกรรมเครื่องกลและการผลิตการซ่อมแซม พวกเขาใช้ความร้อนในอิเล็กโทรไลต์... ผลิตภัณฑ์โลหะ (ชิ้นส่วน) ถูกวางในอ่างอิเล็กโทรไลต์ (สารละลาย Na2CO3 และอื่น ๆ 5-10%) และเชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง จากผลของการอิเล็กโทรลิซิส ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทดและออกซิเจนที่แอโนด ชั้นของฟองไฮโดรเจนที่ปกคลุมชิ้นส่วนแสดงถึงความต้านทานกระแสไฟฟ้าสูง ความร้อนส่วนใหญ่ถูกปล่อยออกมาทำให้ชิ้นส่วนร้อนขึ้น ที่ขั้วบวกซึ่งมีพื้นที่ผิวกว้างกว่ามาก ความหนาแน่นกระแสจะต่ำ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ชิ้นส่วนจะได้รับความร้อนจากการปล่อยไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในชั้นไฮโดรเจน ในขณะเดียวกันชั้นก๊าซก็ทำหน้าที่เป็นฉนวนกันความร้อน ป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์ของชิ้นส่วนเย็นลง

ข้อดีของการทำความร้อนในอิเล็กโทรไลต์คือความหนาแน่นของพลังงานที่สำคัญ (สูงถึง 1 กิโลวัตต์ / ซม. 2) ซึ่งให้อัตราการให้ความร้อนสูง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น

ความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟ II ล้าน

ตัวนำ II ประเภทที่เรียกว่า อิเล็กโทรไลต์... ประกอบด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของกรด เบส เกลือ รวมถึงวัสดุที่มีของเหลวและความชื้นต่างๆ (นม อาหารเปียก ดิน)

น้ำกลั่นสามารถใช้ได้ ความต้านทานไฟฟ้า ประมาณ 104 โอห์ม x ม. และไม่นำไฟฟ้าจริง และน้ำบริสุทธิ์ทางเคมีเป็นไดอิเล็กตริกที่ดี น้ำ "ธรรมดา" ประกอบด้วยเกลือที่ละลายอยู่และสารประกอบทางเคมีอื่นๆ ซึ่งโมเลกุลแตกตัวในน้ำเป็นไอออน ทำให้เกิดไอออน (อิเล็กโทรไลต์)ความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะของน้ำขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของเกลือและสามารถคำนวณได้จากสูตรเอมพิริคัล

p20 = 8 x 10 / C

โดยที่ p20 — ความต้านทานจำเพาะของน้ำที่ 200 C, โอห์ม x ม., C — ความเข้มข้นรวมของเกลือ, mg / g

น้ำในบรรยากาศมีเกลือละลายอยู่ไม่เกิน 50 มก./ล. น้ำในแม่น้ำ - 500 - 600 มก./ล. น้ำบาดาล - ตั้งแต่ 100 มก./ล. ถึงหลายกรัมต่อลิตร ค่าความต้านทานไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ p20 ของน้ำโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 10 — 30 โอห์ม x ม.

ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำประเภท II ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก เมื่อเพิ่มขึ้น ระดับการแยกตัวของโมเลกุลเกลือออกเป็นไอออนและการเคลื่อนที่ของเกลือจะเพิ่มขึ้น อันเป็นผลมาจากการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและความต้านทานลดลง สำหรับอุณหภูมิ T ใดๆ ก่อนเริ่มการระเหยที่สังเกตได้ ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของน้ำ โอห์ม x ม. -1 จะถูกกำหนดโดยการขึ้นต่อกันเชิงเส้น

yt = y20 [1 + ก (t-20)],

โดยที่ y20 — ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของน้ำที่อุณหภูมิ 20 o C, a — ค่าสัมประสิทธิ์การนำไฟฟ้าเท่ากับ 0.025 — 0.035 o° C-1

ในการคำนวณทางวิศวกรรม มักใช้ความต้านทานมากกว่าการนำไฟฟ้า

pt = 1/yt = p20 / [1 + a (t-20)] (1)

และการพึ่งพาอย่างง่าย p (t) รับ a = 0.025 o° C-1

จากนั้นค่าการกันน้ำจะถูกกำหนดโดยสูตร

pt = 40 p20 / (t +20)

ในช่วงอุณหภูมิ 20 — 100 OS การกันน้ำจะเพิ่มขึ้น 3 — 5 เท่า ในขณะเดียวกันก็เปลี่ยนพลังงานที่ใช้โดยเครือข่ายนี่เป็นหนึ่งในข้อเสียที่สำคัญของการให้ความร้อนด้วยอิเล็กโทรด ซึ่งนำไปสู่การประเมินค่าภาคตัดขวางของสายไฟสูงเกินไป และทำให้การคำนวณการติดตั้งการทำความร้อนอิเล็กโทรดซับซ้อนขึ้น

ความต้านทานเฉพาะของน้ำเป็นไปตามการพึ่งพา (1) ก่อนเริ่มการระเหยที่เห็นได้ชัดเจนเท่านั้น ความเข้มของน้ำจะขึ้นอยู่กับความดันและความหนาแน่นกระแสในอิเล็กโทรด ไอน้ำไม่ได้เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า ดังนั้นความต้านทานของน้ำจึงเพิ่มขึ้นระหว่างการระเหย ในการคำนวณจะคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ bv ขึ้นอยู่กับความดันและความหนาแน่นกระแส:

desktop pcm = strv b = pv a e k J

โดยที่เดสก์ท็อป m — ความต้านทานเฉพาะของน้ำผสม — ไอน้ำ, strc — ความต้านทานจำเพาะของน้ำโดยไม่มีการระเหยที่สังเกตได้, a — ค่าคงที่เท่ากับ 0.925 สำหรับน้ำ, k — ค่าขึ้นอยู่กับแรงดันในหม้อไอน้ำ (คุณสามารถใช้ k = 1.5 ), J - ความหนาแน่นกระแสบนขั้วไฟฟ้า, A / cm2

ที่ความดันปกติ ผลการระเหยจะมีผลที่อุณหภูมิสูงกว่า 75 °C สำหรับหม้อไอน้ำ ค่าสัมประสิทธิ์ b ถึงค่า 1.5

ระบบอิเล็กโทรดและพารามิเตอร์

ระบบอิเล็กโทรด — ชุดของอิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งระหว่างกันและกับเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งออกแบบมาเพื่อจ่ายกระแสให้กับสภาพแวดล้อมที่ร้อน

พารามิเตอร์ของระบบอิเล็กโทรด ได้แก่ จำนวนเฟส รูปร่าง ขนาด จำนวนและวัสดุของอิเล็กโทรด ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด วงจรไฟฟ้า การเชื่อมต่อ («ดาว», «เดลต้า», การเชื่อมต่อแบบผสม ฯลฯ)

เมื่อทำการคำนวณระบบอิเล็กโทรด จะมีการกำหนดพารามิเตอร์ทางเรขาคณิต ซึ่งรับประกันการปล่อยพลังงานที่กำหนดในสภาพแวดล้อมที่ร้อน และไม่รวมความเป็นไปได้ของโหมดที่ผิดปกติ

การจัดหาระบบอิเล็กโทรดสามเฟสในการเชื่อมต่อแบบดาว:

P = U2l / Rf = 3Uf / เรื่อง

การจัดหาระบบอิเล็กโทรดสามเฟสพร้อมการเชื่อมต่อแบบเดลต้า:

P = 3U2l / เรื่อง

ที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ระบบอิเล็กโทรดกำลัง Ul P ถูกกำหนดโดยความต้านทานเฟส Rf ซึ่งเป็นความต้านทานของตัวทำความร้อนที่ปิดระหว่างอิเล็กโทรดที่สร้างเฟส รูปร่างและขนาดของร่างกายขึ้นอยู่กับรูปร่าง ขนาด และระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้า สำหรับระบบอิเล็กโทรดที่ง่ายที่สุดที่มีอิเล็กโทรดแบน แต่ละ b, ความสูง h และระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด:

Rf = pl / S = pl / (bh)

โดยที่ l, b, h — พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของระบบระนาบขนาน

สำหรับระบบที่ซับซ้อน การพึ่งพา Re กับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตดูเหมือนจะไม่ง่ายนักที่จะแสดงออก ในกรณีทั่วไป สามารถแสดงเป็น Rf = s x ρ โดยที่ c คือสัมประสิทธิ์ที่กำหนดโดยพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของระบบอิเล็กโทรด (สามารถกำหนดได้จากหนังสืออ้างอิง)

ขนาดของอิเล็กโทรดเพื่อให้แน่ใจว่าได้ค่า Rf ที่ต้องการ สามารถคำนวณได้หากทราบคำอธิบายเชิงวิเคราะห์ของสนามไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด รวมทั้งการพึ่งพา p กับปัจจัยที่กำหนด (อุณหภูมิ ความดัน ฯลฯ)

หาค่าสัมประสิทธิ์ทางเรขาคณิตของระบบอิเล็กโทรดเป็น k = Re h / ρ

กำลังของระบบอิเล็กโทรดสามเฟสสามารถแสดงเป็น P = 3U2h / (ρ k)

นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องมั่นใจในความน่าเชื่อถือของระบบอิเล็กโทรด เพื่อไม่รวมความเสียหายของผลิตภัณฑ์และการเสียทางไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด เงื่อนไขเหล่านี้เกิดขึ้นได้โดยการจำกัดความแรงของสนามในพื้นที่ระหว่างอิเล็กโทรด ความหนาแน่นกระแสบนอิเล็กโทรด และการเลือกวัสดุอิเล็กโทรดที่ถูกต้อง

ความแรงของสนามไฟฟ้าที่อนุญาตในพื้นที่ระหว่างขั้วไฟฟ้าถูกจำกัดโดยข้อกำหนดเพื่อป้องกันการพังทางไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าและรบกวนการทำงานของการติดตั้ง ความเค้นที่อนุญาต Eadd ฟิลด์จะถูกเลือกตามความเป็นฉนวน Epr ฟิลด์จะถูกเลือกตามความเป็นฉนวน Epr ของวัสดุ โดยคำนึงถึงปัจจัยด้านความปลอดภัย: Edop = Epr / (1.5 … 2)

ค่า Edon กำหนดระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด:

l = U / Edop = U / (จาดด์ ρT),

โดยที่ Jadd — ความหนาแน่นกระแสที่อนุญาตบนขั้วไฟฟ้า ρt คือความต้านทานของน้ำที่อุณหภูมิการทำงาน

จากประสบการณ์ในการออกแบบและการทำงานของเครื่องทำน้ำอุ่นอิเล็กโทรด ค่าของ Edon อยู่ในช่วง (125 ... 250) x 102 W / m ค่าต่ำสุดสอดคล้องกับความต้านทานของน้ำที่อุณหภูมิ 20 О ที่น้อยกว่า 20 โอห์ม x ม. สูงสุดคือความต้านทานของน้ำที่อุณหภูมิ 20 OC มากกว่า 100 โอห์ม x ม.

ความหนาแน่นกระแสที่อนุญาตมีจำกัดเนื่องจากความเป็นไปได้ของการปนเปื้อนของสภาพแวดล้อมที่ร้อนด้วยผลิตภัณฑ์ที่เป็นอันตรายของอิเล็กโทรไลซิสที่ขั้วไฟฟ้า และการสลายตัวของน้ำเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งก่อตัวเป็นก๊าซระเบิดในส่วนผสม

ความหนาแน่นกระแสที่อนุญาตถูกกำหนดโดยสูตร:

จัดด์ = เอด็อป / ρT,

โดยที่ ρt คือความต้านทานต่อน้ำที่อุณหภูมิสุดท้าย

ความหนาแน่นกระแสสูงสุด:

Jmax = kn AzT / C

โดยที่ kn = 1.1 ... 1.4 — ค่าสัมประสิทธิ์ที่คำนึงถึงความไม่สม่ำเสมอของความหนาแน่นกระแสบนพื้นผิวของอิเล็กโทรด Azt คือความแรงของกระแสทำงานที่ไหลจากอิเล็กโทรดที่อุณหภูมิสุดท้าย C คือพื้นที่ของ ​​พื้นผิวที่ใช้งานของอิเล็กโทรด

ในทุกกรณี จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

เพิ่ม

วัสดุอิเล็กโทรดต้องเป็นกลางทางไฟฟ้าเคมี (เฉื่อย) ตามสภาพแวดล้อมที่ร้อน การทำอิเล็กโทรดจากอะลูมิเนียมหรือเหล็กอาบสังกะสีเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับอิเล็กโทรดคือไททาเนียม สแตนเลส กราไฟท์ไฟฟ้า เหล็กกราไฟท์ เมื่อต้องการให้ความร้อนแก่น้ำสำหรับความต้องการด้านเทคโนโลยี จะใช้เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา (สีดำ) น้ำดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับการดื่ม

ปรับกำลังของระบบอิเล็กโทรดได้โดยเปลี่ยนค่า U และ R... ส่วนใหญ่เมื่อปรับกำลังของระบบอิเล็กโทรด พวกเขาหันไปเปลี่ยนความสูงในการทำงานของอิเล็กโทรด (พื้นที่ที่ใช้งานอยู่ พื้นผิวของอิเล็กโทรด) โดยการแนะนำหน้าจอไดอิเล็กตริกระหว่างอิเล็กโทรดหรือการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์ทางเรขาคณิตของระบบอิเล็กโทรด (กำหนดโดยหนังสืออ้างอิงขึ้นอยู่กับไดอะแกรมของระบบอิเล็กโทรด)