Elektrický ohřev – odporový, dielektrický, obloukový, elektronový a laserový (4)

Elektrický ohřev
odporový, dielektrický, obloukový, elektronový a laserový (4)

prof. Václav Černý

2.4 Odporové pece

Odporové pece mají široké uplatnění ve strojírenském, sklářském i potravinářském průmyslu, v laboratořích i v drobné výrobě uměleckých předmětů. Na obr. 4^*) je znázorněno schematické uspořádání některých typů odporových pecí. Topné odpory bývají uloženy ve stěnách, ve stropě i v podlaze pece. Na obr. 5 je průmyslová komorová pec s topnými články ve stěnách, podlaze i ve stropě. Na obr. 6 je řez akumulační pekařskou pecí. Tato pec je v noci vyhřívána při zvýhodněné noční sazbě – teplo se akumuluje v šamotové akumulační vyzdívce. Délka středních pekařských pecí je 2 až 4 m a jejich elektrický příkon je několik desítek kilowattů. Velké pekařské pece mají délku až 40 m a jejich příkon činí až 800 kW. Na denní dávku 60 kg chleba je zapotřebí asi 1 m² sázecí plochy.

Obr. 5. Průmyslová komorová pec s topnými články ve stěnách, podlaze i ve stropě [2] (1 – dveře, 2 – buben s protizávažím, 3 – otvor pro termočlánky, 4 – kovový plášť pece, 5 – tepelná izolace, 6 – topné články ve stěnách, 7 – topné články ve stropě, 8 – žáruvzdorná deska, 9 – topné články v podlaze)
Obr. 6. Řez akumulační pekařskou pecí [3] (1 – akumulační šamotová vyzdívka, 2 – nádržka na vodu na napařování chleba, 3 – větrák, 4 – vodní ventil, 5 – teploměr, 6 – dvířka, 7 – odstavovací rošt, 8 – izolační bloky, 9 – nosná keramika, 10 – ocelové pláty, 11 – topné odpory, 12 – šachta pro odvod páry, 13 – klapka

3. Dielektrický ohřev

3.1 Princip

Elektricky nevodivé látky lze ohřívat ve vysokofrekvenčním elektromagnetickém poli tepelnou energií, která vzniká na základě elektrických ztrát uvnitř těchto látek. Elektricky nevodivé látky obsahují polarizované molekuly a disociované kladné a záporné ionty. Molekuly a ionty se chovají jako elektrické dipóly a snaží se sledovat rychlé změny polarizace elektrického pole. V důsledku vzájemného tření těchto částic vzniká tzv. dielektrické teplo.

Obr. 7. Deskový kondenzátor s vloženým dielektrikem [1]
Obr. 8. Náhradní schéma kondenzátoru se ztrátovým dielektrikem [1]
Obr. 9. Fázorový diagram dielektrických ztrát [1]

3.2 Základní vztahy

Na obr. 7 je naznačen deskový kondenzátor, jehož dielektrikum je tvořeno elektricky nevodivou látkou, která je charakterizována relativní permitivitou e_r (–) a ztrátovým činitelem tg d (–). Ztrátový činitel tg d lze odvodit z náhradního schématu na obr. 8 a z fázorového diagramu na obr. 9.

Kapacita kondenzátoru je dána vztahem C = e₀e_rSd^–1          (F; F·m^–1, –, m², m)          (24)
kde e₀ je permitivita vakua (8,859·10^–12 F·m^–1), e_r relatiní permitivita materiálu (relativní permitivita je poměr kapacity C kondenzátoru vyplněného dielektrikem a kapacity C₀ stejného kondenzátoru vakuového), S plocha desky kondenzátoru (m²), d vzdálenost desek (m).

Kapacita kondenzátoru tvaru jednotkové krychle bude C = e₀e_r          (25)

Z náhradního schématu plyne výsledná vodivost G = R^–1 + jwC          (26)

Výsledná vodivost jednotkové krychle je g = (r^–1 + jwe₀e_r) = (g + je_r)          (27)
kde r(W·m) je rezistivita (měrný odpor), g(S·m^–1) konduktivita (měrná vodivost).

^*) Pozn. red.: Obrázek je otištěn v předchozí, tj. třetí části seriálu v ELEKTRO č. 1/05.

(pokračování)