當(dāng)前位置：電加熱器的加熱方式
發(fā)布時間：2020-04-17 10:55:00
電加熱器是一種國際流行的電加熱設(shè)備。用于對流動的液態(tài)、氣態(tài)介質(zhì)的升溫、保溫、加熱。當(dāng)加熱介質(zhì)在壓力作用下通過電加熱器加熱腔，采用流體熱力學(xué)原理均勻地帶走電熱元件工作中所產(chǎn)生的巨大熱量，使被加熱介質(zhì)溫度達(dá)到用戶工藝要求。
電阻加熱
利用電流的焦耳效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變成熱能以加熱物體。通常分為直接電阻加熱和間接電阻加熱。前者的電源電壓直接加到被加熱物體上，當(dāng)有電流流過時，被加熱物體本身（如電加熱熨平機）便發(fā)熱?？芍苯与娮杓訜岬奈矬w必須是導(dǎo)體，但要有較高的電阻率。由于熱量產(chǎn)生于被加熱物體本身，屬于內(nèi)部加熱，熱效率很高。間接電阻加熱需由專門的合金材料或非金屬材料制成發(fā)熱元件，由發(fā)熱元件產(chǎn)生熱能，通過輻射、對流和傳導(dǎo)等方式傳到被加熱物體上。由于被加熱物體和發(fā)熱元件分成兩部分，因此被加熱物體的種類一般不受限制，操作簡便。
間接電阻加熱的發(fā)熱元件所用材料，一般要求電阻率大、電阻溫度系數(shù)小，在高溫下變形小且不易脆化。常用的有鐵鋁合金、鎳鉻合金等金屬材料和碳化硅、二硅化鉬等非金屬材料。金屬發(fā)熱元件的工作溫度，根據(jù)材料種類可達(dá)1000～1500℃；非金屬發(fā)熱元件的工作溫度可達(dá)1500～1700℃。后者安裝方便，可熱爐更換，但它工作時需要調(diào)壓裝置，壽命比合金發(fā)熱元件短，一般用于高溫爐、溫度超過金屬材料發(fā)熱元件允許工作溫度的地方和某些特殊場合。
感應(yīng)加熱
利用導(dǎo)體處于交變電磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流）所形成的熱效應(yīng)使導(dǎo)體本身發(fā)熱。根據(jù)不同的加熱工藝要求，感應(yīng)加熱采用的交流電源的頻率有工頻（50～60赫）、中頻（60～10000赫）和高頻（高于10000赫）。工頻電源是通常工業(yè)上用的交流電源，世界上絕大多數(shù)的工頻為50赫。感應(yīng)加熱用的工頻電源加到感應(yīng)裝置上的電壓必須是可調(diào)的。根據(jù)加熱設(shè)備功率大小和供電網(wǎng)容量大小，可以用高壓電源（6～10千伏）通過變壓器供電；也可直接將加熱設(shè)備接在380伏的低壓電網(wǎng)上。
中頻電源曾在較長時間內(nèi)采用中頻發(fā)電機組。它由中頻發(fā)電機和驅(qū)動異步電動機組成。這種機組的輸出功率一般在50～1000千瓦范圍內(nèi)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已使用的是晶閘管變頻器中頻電源。這種中頻電源利用晶閘管先把工頻交流電變換成直流電，再把直流電轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電。由于這種變頻設(shè)備體積小，重量輕，無噪聲，運行可靠等，已逐漸取代了中頻發(fā)電機組。
高頻電源通常先用變壓器把三相380伏的電壓升高到約2萬伏左右的高電壓，然后用閘流管或高壓硅整流元件把工頻交流電整流為直流電，再用電子振蕩管把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l率、高電壓的交流電。高頻電源設(shè)備的輸出功率有從幾十千瓦到幾百千瓦。
感應(yīng)加熱的物體必須是導(dǎo)體。當(dāng)高頻交流電流通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，即導(dǎo)體表面電流密度大，導(dǎo)體中心電流密度小。
感應(yīng)加熱可對物體進(jìn)行整體均勻加熱和表層加熱；可熔煉金屬；在高頻段，改變加熱線圈（又稱感應(yīng)器）的形狀，還可進(jìn)行任意局部加熱。
電弧加熱
利用電弧產(chǎn)生的高溫加熱物體。電弧是兩電極間的氣體放電現(xiàn)象。電弧的電壓不高但電流很大，其強大的電流靠電極上蒸發(fā)的大量離子所維持，因而電弧易受周圍磁場的影響。當(dāng)電極間形成電弧時，電弧柱的溫度可達(dá)3000～6000K，適于金屬的高溫熔煉。
電弧加熱有直接和間接電弧加熱兩種。直接電弧加熱的電弧電流直接通過被加熱物體，被加熱物體必須是電弧的一個電極或是媒質(zhì)。間接電弧加熱的電弧電流不通過被加熱物體，主要靠電弧輻射的熱量加熱。電弧加熱的特點是：電弧溫度高，能量集中，煉鋼電弧爐溶池的表面功率可達(dá)560～1200千瓦/平方米。但電弧的噪聲大，其伏安特性為負(fù)阻特性（下降特性）。為了在電弧加熱時保持電弧的穩(wěn)定、在電弧電流瞬時過零時電路電壓的瞬時值大于起弧電壓值，同時為了限制短路電流，在電源回路中，必須串接一定數(shù)值的電阻器。
電子束加熱
利用在電場作用下高速運動的電子轟擊物體表面，使之被加熱。進(jìn)行電子束加熱的主要部件是電子束發(fā)生器，又稱電子槍。電子槍主要由陰極、聚束極、陽極、電磁透鏡和偏轉(zhuǎn)線圈等部分組成。陽極接地，陰極接負(fù)高位，聚焦束通常和陰極同電位，陰極和陽極之間形成加速電場。由陰極發(fā)射的電子，在加速電場作用下加速到很高速度，通過電磁透鏡聚焦，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)線圈控制，使電子束按一定的方向射向被加熱物體。
電子束加熱的優(yōu)點是：①控制電子束的電流值Ie，可以方便而迅速地改變加熱功率；②利用電磁透鏡可以自由地變更被加熱部分或可以自由地調(diào)整電子束轟擊部分的面積；③可增加功率密度，以使被轟擊點的物質(zhì)在瞬間蒸發(fā)掉。
紅外線加熱
利用紅外線輻射物體，物體吸收紅外線后，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏患訜帷?br /> 紅外線是一種電磁波。在太陽光譜中，處在可見光的紅端以外，是一種看不見的輻射能。在電磁波譜中，紅外線的波長范圍在0.75～1000微米之間，頻率范圍在3×10～4×10赫之間。在工業(yè)應(yīng)用中，常將紅外光譜劃分為幾個波段：0.75～3.0微米為近紅外線區(qū)；3.0～6.0微米為中紅外線區(qū)；6.0～15.0微米為遠(yuǎn)紅外線區(qū)；15.0～1000微米為極遠(yuǎn)紅外線區(qū)。不同物體對紅外線吸收的能力不同，即使同一物體，對不同波長的紅外線吸收的能力也不一樣。因此應(yīng)用紅外線加熱，須根據(jù)被加熱物體的種類，選擇合適的紅外線輻射源，使其輻射能量集中在被加熱物體的吸收波長范圍內(nèi)，以得到良好的加熱效果。
電紅外線加熱實際上是電阻加熱的一種特殊形式，即以鎢、鐵鎳或鎳鉻合金等材料作為輻射體，制成輻射源。通電后，由于其電阻發(fā)熱而產(chǎn)生熱輻射。常用的電紅外線加熱輻射源有燈型（反射式）、管型（石英管式）和板型（平面式）三種。燈型是一種紅外線燈泡，以鎢絲為輻射體，鎢絲密封在充有惰性氣體的玻璃殼內(nèi)，如同普通照明燈泡。輻射體通電后發(fā)熱（溫度比一般照明燈泡低），從而發(fā)射出大量波長為1.2微米左右的紅外線。若在玻璃殼內(nèi)壁鍍反射層，可將紅外線集中向一個方向輻射，所以燈型紅外線輻射源也稱為反射式紅外線輻射器。管型紅外線輻射源的管子是用石英玻璃做成，中間是一根鎢絲，故亦稱石英管式紅外線輻射器。燈型和管型發(fā)射的紅外線的波長在0.7～3微米范圍內(nèi)，工作溫度較低，一般用于輕、紡工業(yè)的加熱、烘烤、干燥和醫(yī)療中的紅外線理療等。板型紅外線輻射源的輻射表面是一個平面，由扁平的電阻板組成，電阻板的正面涂有反射系數(shù)大的材料，反面則涂有反射系數(shù)小的材料，所以熱能大部分由正面輻射出去。板型的工作溫度可達(dá)到1000℃以上，可用于鋼鐵材料和大直徑管道及容器的焊縫的退火。
由于紅外線具有較強的穿透能力，易于被物體吸收，并一旦為物體吸收，立即轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；紅外線加熱前后能量損失小，溫度容易控制，加熱質(zhì)量高，因此，紅外線加熱應(yīng)用發(fā)展很快。
介質(zhì)加熱
利用高頻電場對絕緣材料進(jìn)行加熱。主要加熱對象是電介質(zhì)。電介質(zhì)置于交變電場中，會被反復(fù)極化（電介質(zhì)在電場作用下，其表面或內(nèi)部出現(xiàn)等量而極性相反的電荷的現(xiàn)象），從而將電場中的電能轉(zhuǎn)變成熱能。
介質(zhì)加熱使用的電場頻率很高。在中、短波和超短波波段內(nèi)，頻率為幾百千赫到300兆赫，稱為高頻介質(zhì)加熱，若高于300兆赫，達(dá)到微波波段，則稱為微波介質(zhì)加熱。通常高頻介質(zhì)加熱是在兩極板間的電場中進(jìn)行的；而微波介質(zhì)加熱則是在波導(dǎo)、諧振腔或者在微波天線的輻射場照射下進(jìn)行的。
電介質(zhì)在高頻電場中加熱時，其單位體積內(nèi)吸取的電功率為P=0.566fEεrtgδ×10（瓦/厘米）
如果用熱量表示，則為：
H=1.33fEεrtgδ×10（卡/秒·厘米）
式中f為高頻電場的頻率，εr為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，δ為電介質(zhì)損耗角，E為電場強度。由公式可知，電介質(zhì)從高頻電場中吸取的電功率與電場強度E的平方、電場的頻率f以及電介質(zhì)的損耗角δ成正比。E和f由外加電場決定，而εr則取決于電介質(zhì)本身的性質(zhì)。所以介質(zhì)加熱的對象主要是介質(zhì)損耗較大的物質(zhì)。
介質(zhì)加熱由于熱量產(chǎn)生在電介質(zhì)（被加熱物體）內(nèi)部，因此與其他外部加熱相比，加熱速度快，熱效率高，而且加熱均勻。
介質(zhì)加熱在工業(yè)上可以加熱熱凝膠，烘干谷物、紙張、木材，以及其他纖維質(zhì)材料；還可以對模制前塑料進(jìn)行預(yù)熱，以及橡膠硫化和木材、塑料等的粘合。選擇適當(dāng)?shù)碾妶鲱l率和裝置，可以在加熱膠合板時只加熱粘合膠，而不影響膠合板本身。對于均質(zhì)材料，可以進(jìn)行整體加熱。
電阻加熱
利用電流的焦耳效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)變成熱能以加熱物體。通常分為直接電阻加熱和間接電阻加熱。前者的電源電壓直接加到被加熱物體上，當(dāng)有電流流過時，被加熱物體本身（如電加熱熨平機）便發(fā)熱?？芍苯与娮杓訜岬奈矬w必須是導(dǎo)體，但要有較高的電阻率。由于熱量產(chǎn)生于被加熱物體本身，屬于內(nèi)部加熱，熱效率很高。間接電阻加熱需由專門的合金材料或非金屬材料制成發(fā)熱元件，由發(fā)熱元件產(chǎn)生熱能，通過輻射、對流和傳導(dǎo)等方式傳到被加熱物體上。由于被加熱物體和發(fā)熱元件分成兩部分，因此被加熱物體的種類一般不受限制，操作簡便。
間接電阻加熱的發(fā)熱元件所用材料，一般要求電阻率大、電阻溫度系數(shù)小，在高溫下變形小且不易脆化。常用的有鐵鋁合金、鎳鉻合金等金屬材料和碳化硅、二硅化鉬等非金屬材料。金屬發(fā)熱元件的工作溫度，根據(jù)材料種類可達(dá)1000～1500℃；非金屬發(fā)熱元件的工作溫度可達(dá)1500～1700℃。后者安裝方便，可熱爐更換，但它工作時需要調(diào)壓裝置，壽命比合金發(fā)熱元件短，一般用于高溫爐、溫度超過金屬材料發(fā)熱元件允許工作溫度的地方和某些特殊場合。
感應(yīng)加熱
利用導(dǎo)體處于交變電磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流）所形成的熱效應(yīng)使導(dǎo)體本身發(fā)熱。根據(jù)不同的加熱工藝要求，感應(yīng)加熱采用的交流電源的頻率有工頻（50～60赫）、中頻（60～10000赫）和高頻（高于10000赫）。工頻電源是通常工業(yè)上用的交流電源，世界上絕大多數(shù)的工頻為50赫。感應(yīng)加熱用的工頻電源加到感應(yīng)裝置上的電壓必須是可調(diào)的。根據(jù)加熱設(shè)備功率大小和供電網(wǎng)容量大小，可以用高壓電源（6～10千伏）通過變壓器供電；也可直接將加熱設(shè)備接在380伏的低壓電網(wǎng)上。
中頻電源曾在較長時間內(nèi)采用中頻發(fā)電機組。它由中頻發(fā)電機和驅(qū)動異步電動機組成。這種機組的輸出功率一般在50～1000千瓦范圍內(nèi)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已使用的是晶閘管變頻器中頻電源。這種中頻電源利用晶閘管先把工頻交流電變換成直流電，再把直流電轉(zhuǎn)變成所需頻率的交流電。由于這種變頻設(shè)備體積小，重量輕，無噪聲，運行可靠等，已逐漸取代了中頻發(fā)電機組。
高頻電源通常先用變壓器把三相380伏的電壓升高到約2萬伏左右的高電壓，然后用閘流管或高壓硅整流元件把工頻交流電整流為直流電，再用電子振蕩管把直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l率、高電壓的交流電。高頻電源設(shè)備的輸出功率有從幾十千瓦到幾百千瓦。
感應(yīng)加熱的物體必須是導(dǎo)體。當(dāng)高頻交流電流通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，即導(dǎo)體表面電流密度大，導(dǎo)體中心電流密度小。
感應(yīng)加熱可對物體進(jìn)行整體均勻加熱和表層加熱；可熔煉金屬；在高頻段，改變加熱線圈（又稱感應(yīng)器）的形狀，還可進(jìn)行任意局部加熱。
電弧加熱
利用電弧產(chǎn)生的高溫加熱物體。電弧是兩電極間的氣體放電現(xiàn)象。電弧的電壓不高但電流很大，其強大的電流靠電極上蒸發(fā)的大量離子所維持，因而電弧易受周圍磁場的影響。當(dāng)電極間形成電弧時，電弧柱的溫度可達(dá)3000～6000K，適于金屬的高溫熔煉。
電弧加熱有直接和間接電弧加熱兩種。直接電弧加熱的電弧電流直接通過被加熱物體，被加熱物體必須是電弧的一個電極或是媒質(zhì)。間接電弧加熱的電弧電流不通過被加熱物體，主要靠電弧輻射的熱量加熱。電弧加熱的特點是：電弧溫度高，能量集中，煉鋼電弧爐溶池的表面功率可達(dá)560～1200千瓦/平方米。但電弧的噪聲大，其伏安特性為負(fù)阻特性（下降特性）。為了在電弧加熱時保持電弧的穩(wěn)定、在電弧電流瞬時過零時電路電壓的瞬時值大于起弧電壓值，同時為了限制短路電流，在電源回路中，必須串接一定數(shù)值的電阻器。
電子束加熱
利用在電場作用下高速運動的電子轟擊物體表面，使之被加熱。進(jìn)行電子束加熱的主要部件是電子束發(fā)生器，又稱電子槍。電子槍主要由陰極、聚束極、陽極、電磁透鏡和偏轉(zhuǎn)線圈等部分組成。陽極接地，陰極接負(fù)高位，聚焦束通常和陰極同電位，陰極和陽極之間形成加速電場。由陰極發(fā)射的電子，在加速電場作用下加速到很高速度，通過電磁透鏡聚焦，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)線圈控制，使電子束按一定的方向射向被加熱物體。
電子束加熱的優(yōu)點是：①控制電子束的電流值Ie，可以方便而迅速地改變加熱功率；②利用電磁透鏡可以自由地變更被加熱部分或可以自由地調(diào)整電子束轟擊部分的面積；③可增加功率密度，以使被轟擊點的物質(zhì)在瞬間蒸發(fā)掉。
紅外線加熱
利用紅外線輻射物體，物體吸收紅外線后，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏患訜帷?br /> 紅外線是一種電磁波。在太陽光譜中，處在可見光的紅端以外，是一種看不見的輻射能。在電磁波譜中，紅外線的波長范圍在0.75～1000微米之間，頻率范圍在3×10～4×10赫之間。在工業(yè)應(yīng)用中，常將紅外光譜劃分為幾個波段：0.75～3.0微米為近紅外線區(qū)；3.0～6.0微米為中紅外線區(qū)；6.0～15.0微米為遠(yuǎn)紅外線區(qū)；15.0～1000微米為極遠(yuǎn)紅外線區(qū)。不同物體對紅外線吸收的能力不同，即使同一物體，對不同波長的紅外線吸收的能力也不一樣。因此應(yīng)用紅外線加熱，須根據(jù)被加熱物體的種類，選擇合適的紅外線輻射源，使其輻射能量集中在被加熱物體的吸收波長范圍內(nèi)，以得到良好的加熱效果。
電紅外線加熱實際上是電阻加熱的一種特殊形式，即以鎢、鐵鎳或鎳鉻合金等材料作為輻射體，制成輻射源。通電后，由于其電阻發(fā)熱而產(chǎn)生熱輻射。常用的電紅外線加熱輻射源有燈型（反射式）、管型（石英管式）和板型（平面式）三種。燈型是一種紅外線燈泡，以鎢絲為輻射體，鎢絲密封在充有惰性氣體的玻璃殼內(nèi)，如同普通照明燈泡。輻射體通電后發(fā)熱（溫度比一般照明燈泡低），從而發(fā)射出大量波長為1.2微米左右的紅外線。若在玻璃殼內(nèi)壁鍍反射層，可將紅外線集中向一個方向輻射，所以燈型紅外線輻射源也稱為反射式紅外線輻射器。管型紅外線輻射源的管子是用石英玻璃做成，中間是一根鎢絲，故亦稱石英管式紅外線輻射器。燈型和管型發(fā)射的紅外線的波長在0.7～3微米范圍內(nèi)，工作溫度較低，一般用于輕、紡工業(yè)的加熱、烘烤、干燥和醫(yī)療中的紅外線理療等。板型紅外線輻射源的輻射表面是一個平面，由扁平的電阻板組成，電阻板的正面涂有反射系數(shù)大的材料，反面則涂有反射系數(shù)小的材料，所以熱能大部分由正面輻射出去。板型的工作溫度可達(dá)到1000℃以上，可用于鋼鐵材料和大直徑管道及容器的焊縫的退火。
由于紅外線具有較強的穿透能力，易于被物體吸收，并一旦為物體吸收，立即轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；紅外線加熱前后能量損失小，溫度容易控制，加熱質(zhì)量高，因此，紅外線加熱應(yīng)用發(fā)展很快。
介質(zhì)加熱
利用高頻電場對絕緣材料進(jìn)行加熱。主要加熱對象是電介質(zhì)。電介質(zhì)置于交變電場中，會被反復(fù)極化（電介質(zhì)在電場作用下，其表面或內(nèi)部出現(xiàn)等量而極性相反的電荷的現(xiàn)象），從而將電場中的電能轉(zhuǎn)變成熱能。
介質(zhì)加熱使用的電場頻率很高。在中、短波和超短波波段內(nèi)，頻率為幾百千赫到300兆赫，稱為高頻介質(zhì)加熱，若高于300兆赫，達(dá)到微波波段，則稱為微波介質(zhì)加熱。通常高頻介質(zhì)加熱是在兩極板間的電場中進(jìn)行的；而微波介質(zhì)加熱則是在波導(dǎo)、諧振腔或者在微波天線的輻射場照射下進(jìn)行的。
電介質(zhì)在高頻電場中加熱時，其單位體積內(nèi)吸取的電功率為P=0.566fEεrtgδ×10（瓦/厘米）
如果用熱量表示，則為：
H=1.33fEεrtgδ×10（卡/秒·厘米）
式中f為高頻電場的頻率，εr為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，δ為電介質(zhì)損耗角，E為電場強度。由公式可知，電介質(zhì)從高頻電場中吸取的電功率與電場強度E的平方、電場的頻率f以及電介質(zhì)的損耗角δ成正比。E和f由外加電場決定，而εr則取決于電介質(zhì)本身的性質(zhì)。所以介質(zhì)加熱的對象主要是介質(zhì)損耗較大的物質(zhì)。
介質(zhì)加熱由于熱量產(chǎn)生在電介質(zhì)（被加熱物體）內(nèi)部，因此與其他外部加熱相比，加熱速度快，熱效率高，而且加熱均勻。
介質(zhì)加熱在工業(yè)上可以加熱熱凝膠，烘干谷物、紙張、木材，以及其他纖維質(zhì)材料；還可以對模制前塑料進(jìn)行預(yù)熱，以及橡膠硫化和木材、塑料等的粘合。選擇適當(dāng)?shù)碾妶鲱l率和裝置，可以在加熱膠合板時只加熱粘合膠，而不影響膠合板本身。對于均質(zhì)材料，可以進(jìn)行整體加熱。