液體介質的電極加熱

用於電熱絲 II mil 的電極加熱方法：水、牛奶、水果和漿果汁、土壤、混凝土等。電極加熱廣泛應用於電極鍋爐、熱水和蒸汽鍋爐，以及液體和濕介質的巴氏殺菌和滅菌過程，飼料的熱處理。

材料被放置在電極之間，並被從一個電極穿過材料的電流加熱到另一個電極。電極加熱被認為是直接加熱——在這裡，材料充當將電能轉化為熱能的介質。

電極加熱是加熱材料最簡單、最經濟的方式；它不需要特殊的電源或由昂貴合金製成的加熱器。

電極向要加熱的介質提供電流，它們本身實際上不被電流加熱。電極由無缺陷材料製成，最常見的是金屬，但也可以是非金屬（石墨、碳）。為避免電解，僅使用 交流電.

濕材料的電導率由含水量決定，因此，在下文中，電極加熱將主要考慮加熱水，但給定的依賴關係也適用於加熱其他濕介質。

在電解液中加熱

在機械工程和維修生產中，他們在電解液中加熱……將金屬產品（零件）放入電解槽（5-10% 的溶液 Na2CO3 等）中並連接到直流電源的負極。電解的結果是，氫氣在陰極釋放，氧氣在陽極釋放。覆蓋零件的氫氣泡層代表高電流電阻。大部分熱量釋放到其中，加熱零件。在具有更大表面積的陽極處，電流密度較低。在某些條件下，零件會被氫層中發生的放電加熱。氣體層同時起到隔熱作用，防止部件的電解液冷卻。

在電解液中加熱的優點是顯著的能量密度（高達 1 kW / cm2），可提供高加熱速率。然而，這是通過增加功耗來實現的。

電線的電阻 II mil

導體 II 類稱為電解質...它們包括酸、鹼、鹽的水溶液，以及各種液體和含水材料（牛奶、濕飼料、土壤）。

可用蒸餾水 電阻 大約 104 歐姆 x 米，幾乎不導電，化學純水是一種很好的電介質。 “普通”水含有溶解的鹽和其他化合物，這些化合物的分子在水中分解成離子，從而提供離子（電解質）導電性。水的比電阻取決於鹽分的濃度，可由經驗公式近似確定

p20 = 8 x 10 / C,

式中p20——200℃時水的電阻率，歐姆×米，C——總鹽濃度，mg/g

大氣水含有不超過 50 毫克/升的溶解鹽，河水 - 500 - 600 毫克/升，地下水 - 從 100 毫克/升到每升幾克。水的有效電阻 p20 的最常見值在 10 — 30 Ohm x m 範圍內。

II 類導體的電阻在很大程度上取決於溫度。隨著它的增加，鹽分子離解成離子的程度及其遷移率增加，結果電導率增加，電阻降低。對於明顯蒸發開始前的任何溫度 T，水的特定電導率 Ohm x m -1 由線性相關性確定

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

式中 y20——水在 20 o C 溫度下的電導率，a——電導率溫度係數等於 0.025 — 0.035 o°C-1。

在工程計算中，他們通常使用電阻而不是電導率。

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

及其簡化的相關性 p (t)，取 a = 0.025 o° C-1。

那麼耐水性由公式決定

pt = 40 p20 / (t +20)

在 20 — 100 OS 的溫度範圍內，防水性能增加了 3 — 5 倍，同時改變了網絡消耗的功率。這是電極加熱的顯著缺點之一，它會導致高估電源線的橫截面並使電極加熱裝置的計算複雜化。

水的電阻率僅在明顯蒸發開始之前服從依賴關係 (1)，其強度取決於電極中的壓力和電流密度。蒸汽不是電流的導體，因此在蒸發過程中水的電阻會增加。在計算中，根據壓力和電流密度的係數 bv 考慮了這一點：

桌面 pcm = strv b = pv a e k J

其中 desktop m — 水 — 蒸汽混合物的電阻率，strc — 沒有明顯蒸發的水的電阻率，a — 水的常數等於 0.925，k — 取決於鍋爐壓力的值（您可以取 k = 1.5 ), J——電極上的電流密度，A/cm2。

在常壓下，蒸發效果在75℃以上的溫度下才有效。對於蒸汽鍋爐，係數b達到1.5的值。

電極系統及其參數

電極系統——一組電極，它們以某種方式相互連接並連接到電源網絡，旨在為加熱環境提供電流。

電極系統的參數是：電極的相數、形狀、尺寸、數量和材料、它們之間的距離、 電路 連接（«star»、«delta»、混合連接等）。

在計算電極系統時，確定了它們的幾何參數，以確保在加熱環境中釋放給定的功率並排除異常模式的可能性。

為星形連接的三相電極系統供電：

P = U2l / Rf = 3Uf / Re

為帶三角形連接的三相電極系統供電：

P = 3U2l / Re

在給定電壓 Ul 下，功率電極系統 P 由相電阻 Rf 確定，相電阻 Rf 是閉合在形成相的電極之間的加熱體的電阻。身體的形狀和大小取決於電極之間的形狀、大小和距離。對於每個帶有扁平電極的最簡單電極系統 b，高度 h 和它們之間的距離：

Rf = pl / S = pl / (bh)

其中，l、b、h——平面平行系統的幾何參數。

對於復雜系統，Re 對幾何參數的依賴性似乎並不那麼容易表達。在一般情況下，可以表示為Rf = s x ρ，其中c是由電極系統的幾何參數決定的係數（可以從參考書上確定）。

如果已知電極間電場的分析描述，以及 p 對確定它的因素（溫度、壓力等）的依賴性，則可以計算出確保所需 Rf 值的電極尺寸。

電極系統的幾何係數為 k = Re h / ρ

任何三相電極系統的功率可以表示為P = 3U2h / (ρ k)

此外，重要的是要確保電極系統的可靠性，以排除產品損壞和電極之間的電氣擊穿。通過限制電極間空間的場強、電極上的電流密度和正確選擇電極材料來滿足這些條件。

電極間允許的電場強度受防止電極間電擊穿和乾擾設備運行的要求的限制。允許應力 Eadd 根據介電強度 Epr 選擇場 根據材料的介電強度 Epr 選擇場，同時考慮安全係數：Edop = Epr / (1.5 … 2)

Edon 值決定電極之間的距離：

l = U / Edop = U / (Jadd ρT),

其中 Jadd——電極上允許的電流密度，ρt 是水在工作溫度下的電阻。

根據電極式熱水器的設計和運行經驗，Edon 的取值範圍為 (125 ... 250) x 102 W / m，最小值對應於 20 ℃ 時水的電阻О. 在小於 20 Ohm x m 時，最大值為 20 OC 溫度下水的電阻大於 100 Ohm x m。

允許的電流密度是有限的，因為加熱環境可能會被電極處的有害電解產物污染，水會分解成氫氣和氧氣，在混合物中形成爆炸性氣體。

允許的電流密度由以下公式確定：

Jadd = Edop / ρT,

其中 ρt 是最終溫度下的水阻。

最大電流密度：

Jmax = kn AzT / C,

其中，kn = 1.1 ... 1.4 — 考慮電極表面電流密度不均勻性的係數，Azt 是在最終溫度下從電極流出的工作電流的強度，C 是面積電極的活性表面。

在所有情況下，必須滿足以下條件：

ДжаNS 添加

電極材料必須相對於加熱環境呈電化學中性（惰性）。用鋁或鍍鋅鋼製造電極是不可接受的。電極的最佳材料是鈦、不銹鋼、電石墨、石墨化鋼。當工藝需要加熱水時，使用普通（黑色）碳素鋼。這樣的水不適合飲用。

通過改變 U 和 R 值可以調整電極系統的功率...大多數情況下，在調整電極系統的功率時，他們求助於改變電極的工作高度（活性區域電極表面）通過在電極之間引入介電屏或改變電極系統的幾何係數（根據電極系統的圖表由參考書確定）。