液体介质的电极加热

用于电热丝 II mil 的电极加热方法：水、牛奶、水果和浆果汁、土壤、混凝土等。电极加热广泛应用于电极锅炉、热水和蒸汽锅炉，以及液体和湿介质的巴氏杀菌和灭菌过程，饲料的热处理。

材料被放置在电极之间，并被从一个电极穿过材料的电流加热到另一个电极。电极加热被认为是直接加热——在这里，材料充当将电能转化为热能的介质。

电极加热是加热材料最简单、最经济的方式；它不需要特殊的电源或由昂贵合金制成的加热器。

电极向要加热的介质提供电流，它们本身实际上不被电流加热。电极由无缺陷材料制成，最常见的是金属，但也可以是非金属（石墨、碳）。为避免电解，仅使用 交流电.

湿材料的电导率由含水量决定，因此，在下文中，电极加热将主要考虑加热水，但给定的依赖关系也适用于加热其他湿介质。

在电解液中加热

在机械工程和维修生产中，他们在电解液中加热……将金属产品（零件）放入电解槽（5-10% 的溶液 Na2CO3 等）中并连接到直流电源的负极。电解的结果是，氢气在阴极释放，氧气在阳极释放。覆盖零件的氢气泡层代表高电流电阻。大部分热量释放到其中，加热零件。在具有更大表面积的阳极处，电流密度较低。在某些条件下，零件会被氢层中发生的放电加热。气体层同时起到隔热作用，防止部件的电解液冷却。

在电解液中加热的优点是显着的能量密度（高达 1 kW / cm2），可提供高加热速率。然而，这是通过增加功耗来实现的。

电线的电阻 II mil

导体 II 类称为电解质...它们包括酸、碱、盐的水溶液，以及各种液体和含水材料（牛奶、湿饲料、土壤）。

可用蒸馏水 电阻 大约 104 欧姆 x 米，几乎不导电，化学纯水是一种很好的电介质。 “普通”水含有溶解的盐和其他化合物，这些化合物的分子在水中分解成离子，从而提供离子（电解质）导电性。水的比电阻取决于盐分的浓度，可由经验公式近似确定

p20 = 8 x 10 / C,

式中p20——200℃时水的电阻率，欧姆×米，C——总盐浓度，mg/g

大气中的溶解盐含量不超过 50 毫克/升，河水 - 500 - 600 毫克/升，地下水 - 从 100 毫克/升到每升几克。水的有效电阻 p20 的最常见值在 10 — 30 Ohm x m 范围内。

II 类导体的电阻在很大程度上取决于温度。随着它的增加，盐分子离解成离子的程度及其迁移率增加，结果电导率增加，电阻降低。对于明显蒸发开始前的任何温度 T，水的特定电导率 Ohm x m -1 由线性相关性确定

yt = y20 [1 + a (t-20)],

式中 y20——水在 20 o C 温度下的电导率，a——电导率温度系数等于 0.025 — 0.035 o°C-1。

在工程计算中，他们通常使用电阻而不是电导率。

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

及其简化的相关性 p (t)，取 a = 0.025 o° C-1。

那么耐水性由公式决定

pt = 40 p20 / (t +20)

在 20 — 100 OS 的温度范围内，防水性能增加了 3 — 5 倍，同时改变了网络消耗的功率。这是电极加热的显着缺点之一，它会导致高估电源线的横截面并使电极加热装置的计算复杂化。

水的电阻率仅在明显蒸发开始之前服从依赖关系 (1)，其强度取决于电极中的压力和电流密度。蒸汽不是电流的导体，因此在蒸发过程中水的电阻会增加。在计算中，根据压力和电流密度的系数 bv 考虑了这一点：

桌面 pcm = strv b = pv a e k J

其中 desktop m — 水 — 蒸汽混合物的电阻率，strc — 没有明显蒸发的水的电阻率，a — 水的常数等于 0.925，k — 取决于锅炉压力的值（您可以取 k = 1.5 ), J——电极上的电流密度，A/cm2。

在常压下，蒸发效果在75℃以上的温度下才有效。对于蒸汽锅炉，系数b达到1.5的值。

电极系统及其参数

电极系统——一组电极，它们以某种方式相互连接并连接到电源网络，旨在为加热环境提供电流。

电极系统的参数是：电极的相数、形状、尺寸、数量和材料、它们之间的距离、 电路 连接（«star»、«delta»、混合连接等）。

在计算电极系统时，确定了它们的几何参数，以确保在加热环境中释放给定的功率并排除异常模式的可能性。

为星形连接的三相电极系统供电：

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

为带三角形连接的三相电极系统供电：

P = 3U2l / Re

在给定电压 Ul 下，功率电极系统 P 由相电阻 Rf 确定，相电阻 Rf 是闭合在形成相的电极之间的加热体的电阻。身体的形状和大小取决于电极之间的形状、大小和距离。对于每个带有扁平电极的最简单电极系统 b，高度 h 和它们之间的距离：

Rf = pl / S = pl / (bh)

其中，l、b、h——平面平行系统的几何参数。

对于复杂系统，Re 对几何参数的依赖性似乎并不那么容易表达。在一般情况下，可以表示为Rf = s x ρ，其中c是由电极系统的几何参数决定的系数（可以从参考书上确定）。

如果已知电极间电场的分析描述，以及 p 对确定它的因素（温度、压力等）的依赖性，则可以计算出确保所需 Rf 值的电极尺寸。

电极系统的几何系数为 k = Re h / ρ

任何三相电极系统的功率可以表示为P = 3U2h / (ρ k)

此外，重要的是要确保电极系统的可靠性，以排除产品损坏和电极之间的电气击穿。通过限制电极间空间的场强、电极上的电流密度和正确选择电极材料来满足这些条件。

电极间允许的电场强度受防止电极间电击穿和干扰设备运行的要求的限制。允许应力 Eadd 根据介电强度 Epr 选择场 根据材料的介电强度 Epr 选择场，同时考虑安全系数：Edop = Epr / (1.5 … 2)

Edon 值决定电极之间的距离：

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

其中 Jadd——电极上允许的电流密度，ρt 是水在工作温度下的电阻。

根据电极式热水器的设计和运行经验，Edon 的取值范围为 (125 ... 250) x 102 W / m，最小值对应于 20 ℃ 时水的电阻О. 在小于 20 Ohm x m 时，最大值为 20 OC 温度下水的电阻大于 100 Ohm x m。

允许的电流密度是有限的，因为加热环境可能会被电极处的有害电解产物污染，水会分解成氢气和氧气，在混合物中形成爆炸性气体。

允许的电流密度由以下公式确定：

Jadd = Edop / ρT,

其中 ρt 是最终温度下的水阻。

最大电流密度：

Jmax = kn AzT / C,

其中，kn = 1.1 ... 1.4 — 考虑电极表面电流密度不均匀性的系数，Azt 是在最终温度下从电极流出的工作电流的强度，C 是面积电极的活性表面。

在所有情况下，必须满足以下条件：

ДжаNS 添加

电极材料必须相对于加热环境呈电化学中性（惰性）。用铝或镀锌钢制造电极是不可接受的。电极的最佳材料是钛、不锈钢、电石墨、石墨化钢。当工艺需要加热水时，使用普通（黑色）碳素钢。这样的水不适合饮用。

通过改变 U 和 R 值可以调整电极系统的功率...大多数情况下，在调整电极系统的功率时，他们求助于改变电极的工作高度（活性区域电极表面）通过在电极之间引入介电屏或改变电极系统的几何系数（根据电极系统的图表由参考书确定）。