Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

лучающей способности лампы; после 30—40 ч работы у 30% ламп стеклянная колба отходит от цоколя, в результате чего лампы выходят из строя [5].

Более удачной является трубчатая кварцевая лампа накали­ вания КИ-1000. Она предназначена для включения в сеть пере­ менного тока напряжением 220 В. Лампа смонтирована в квар­ цевой трубке, по оси которой на танталовых дисках (поддерж­ ках) расположено тело накала (вольфрамовая моноспираль, см.

Рис. 52. Электрический кварцевый излучатель КИ-1000:

/ — вольфрамовая ыоноспирзль; 2 — кварцевая трубка; 3 — электрический ввод.

рис. 52). Электроды, впай в кварц и внешние выводы выполнены из молибдена. Лампы изготовляют двух типов: с металлическим цилиндрическим цоколем и без цоколя. В лампах с цоколем внешние выводы электродов приварены к корпусу цоколей, с по­ мощью которых осуществляется контакт с электрической цепью. В лампах без цоколя контакт с электрической цепью произво­ дится посредством молибденовых выводов.

Характеристика лампы КИ-1000 приведена ниже.

Средняя продолжительность горения лампы около 5000 ч при среднем световом потоке в конце срока службы не менее 5000 лм. Максимум излучения такой лампы (рис. 53) приходится на длину волны 1 мкм, однако в процессе ее эксплуатации он сдвигается в область более длинных волн — до 1,4 мкм.

Если в качестве материала трубки используют плавленый кварц, то получают более однородный поток излучения, так как кварц поглощает лучи с длиной волны более 3,5 мкм. Для умень­ шения испарения вольфрама, который, оседая на стенках квар­ цевой трубки темным налетом, ухудшает эксплуатационные ка­ чества излучателя, лампу заполняют инертным газом и поме­ щают незначительное количество йода.

С помощью кварцевых излучателей можно создавать очень высокие плотности энергии — до 60 кВт/м2. По длине излучате­ ля удельная мощность составляет 30—40 Вт/см.

196

Кварцевые лампы обладают повышенной чувствительностью к изменению напряжения в питающей сети [8]. ь', Вследствие их практической безынерционное™ лампы очень удобны для применения в схемах с использованием импульсного способа облучения, что особенно важно для термолабильных

пищевых продуктов.

Кварцевые излучатели в открытом исполнении представляют собой нихромовую спираль, помещенную в открытую полупро-

Р,%

Рис. 53. Спектральная характеристика лампы КИ-1000:

1 —новой; 2 — после 800 ч работы.

зрачную кварцевую трубку диаметром 12—18 мм. В данном слу­ чае кварц играет роль фильтра, ограничивающего диапазон излучения. Температура нихромовых спиралей изменяется в диа­ пазоне 1000—1300° К и для газонаполненной лампы параметры излучения открытых кварцевых излучателей зависят от напря­ жения питания (табл. 52).

197

Как видно из табл. 52, открытые кварцевые излучатели не­ сколько уступают кварцевым лампам в плотности теплового по­ тока, кроме того, длина волны максимального излучения боль­ ше примерно в 2 раза, однако конструктивно они значительно доступнее и проще.

Часто в качестве излучателей используют открытые металли­ ческие моноспирали. Излучающую спираль закрепляют на отра­ жателе с помощью простых керамических вкладок, использова­ ние которых значительно упрощает крепление излучающего эле­ мента, фиксируемого в центре параболического отражателя. В качестве материала для спирали применяют ряд сплавов, обладающих большим электрическим сопротивлением и доста­ точной окалиностойкостью. Плотность теплового потока, созда­ ваемого открытыми спиральными излучателями при температу­ рах 1000—1350° К, колеблется в интервале 0,8—2,0 Вт/см2. Для увеличения интенсивности излучения, часто используют не про­ волоку, а ленту из тех же материалов. Преимущества открытых спиралей — простота исполнения, большая плотность теплового потока, отсутствие стекла; недостатки— возможность коротко­ го замыкания и не совсем равномерное распределение лучистого потока.

Для металлических спиралей удельную энергию излучения

=1,47).

Вдиапазоне длин волн от 4 мкм и более можно воспользо­ ваться более удобным соотношением между удельной энергией

излучения и температурой металла Т:

где ро— удельное сопротивление металла, Ом-см.

Для того же диапазона длин волн энергия, соответствующая максимуму излучения,

Выпускаются панельные излучатели, работающие при тем­ пературах 650—720° К, что соответствует длине волны макси­ мального излучения около 4 мкм. Такое излучение полностью относится к средневолновому диапазону. В качестве излучаю­ щей поверхности в панелях используют керамику или чугун.

198

Электрическая мощность, потребляемая одной панелью, ~1 кВт. Панели создают ровный поток инфракрасного излучения, долго­ вечны. Однако использование их в ряде аппаратов весьма за­ труднительно, так как они обладают большой инерционностью —. на разогрев панели до рабочего состояния требуется более 1,5 ч.

Изготовляют излучатели, выполненные в виде герметически закрытой металлической трубы с замурованной внутри электри­ ческой спиралью (рис. 54, а). Излучатель устанавливают с от-

Рис. 54. Излучатели:

ражателем из полированного алюминия. Температура излучате­ ля 650—800° К, плотность теплового потока 1—1,2 Вт/см2.

Темные излучатели могут иметь одну или несколько нагрева­ тельных спиралей, расположенных в трубе плоскоовальной фор­ мы (рис. 54, б). Применение таких излучателей позволяет пол­ ностью использовать излучение от внутренней поверхности ус­ тановки, если прижимать плоские излучатели к ее металличе­ ской облицовке. Излучатели изготовляют длиной до 2 м. Если же трубы изготовлены из хромоникелевой стали, то рабочая температура может достигать 750° С.

Разъемные металлические генераторы [8], применяемые в кондитерской промышленности, представляют собой разборную конструкцию (рис. 54, в), в которой в случае ремонта можно заменить нагревательные элементы. ТЭНы в излучателе уложе­ ны в специальные гнезда в задней стенке чугунной плиты и уп­ лотнены шамотной массой. Для повышения к.п.д. генератора стенка плиты, противоположная облучаемому объекту, изоли­ рована асбестом и покрыта полированным алюминиевым листом

[22].

199

При гибкой регулировке режима процесса панельные излу­ чатели применять нецелесообразно.

Спектры излучения нихромовой спирали ТЭНа по форме ана­ логичны спектру абсолютно черного тела. При Т — 1270° К максимум излучения спирали приходится на 1,9 мкм, а при 1030° К — на 2,4 мкм [21]. Максимум излучения ТЭНа при нормальном напряжении приходится на 4,5 мкм (рис. 55).

Известны стеклянные пластинчатые темные излучатели [48]. Если на лист стекла нанести тонким слоем электропроводящий состав, то при пропускании через пленку электрического тока последняя нагревается и разогревает стекло. Для уменьшения тепловых потерь такой лист монтируют на теплоизоляционном основании, образуя панельный генератор ИК-лучей, температу­ ра которого определяется термостойкостью теплопроводящего слоя и самого стекла (рис. 56). Преимущество стеклянного из­ лучателя— высокая излучающая способность: если у окислен­ ного чугуна степень черноты 0,8, то у стекла она равна 0,9— 0,95. По данным фирмы «Рурех» использование таких излучате­ лей обеспечивает широкий диапазон регулирования мощности, ускорение процесса обработки, экономию площади, легкий мон­ таж и др.

ГАЗОВЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ

Перспективными являются керамические излу­ чатели с газовым обогревом. Они надежны в эксплуатации, мо­ гут работать от общих газовых сетей и, кроме того, долговечны

200

[29]. Для устойчивой работы горелки на природном метановом газе необходимое минимальное давление в сети составляет .всего 1 000 Па. Наружная керамическая поверхность горелки имеет температуру 1000—1200° К, при этом энергия газа на 50—55% переходит в инфракрасное излучение с длиной волны максималь­ ного излучения 2,7—2,9 мкм.

Керамическая газовая горелка конструктивно очень проста (рис. 57, а). Через форсунку газ поступает в инжектор, при

Рис. 57. Керамические излучатели:

этом за счет кинетической энергии потока подсасывается воздух. Подготовленная смесь со скоростью 0,1—0,14 м/с [26] поступает на распределитель давления, помещенный в корпус, а затем под керамическую насадку, где она и сгорает. Факел практиче­ ски отсутствует, поэтому такое сгорание называют беспламен­ ным.

Беспламенная горелка с керамической насадкой может быть и другой конструкции (рис. 57, б). Она состоит из форсунки, смесительной камеры и керамической насадки с отверстиями, причем насадка может быть любой герметической формы в за­ висимости от назначения.

Горелки устойчивы в работе. Так, при снижении расхода газа в 3 раза температура панели снижается всего до 770° К [25].

В настоящее время выпускают газовые инфракрасные горел­ ки нескольких типов. На рис. 58 показаны горелки типа ГИИ-3 и КГ-ЗМ.

201