Technik.elektryk 311[08] z2.06_u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
i NAUKI
Marek Szymański
Sprawdzanie urządzeń grzejnych i chłodniczych
311[08].Z2.06
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2005

1
Recenzenci:
mgr inż. Andrzej Rodak
mgr inż. Jan Bogdan
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Katarzyna Maćkowska
Konsultacja:
dr Bożena Zając
Korekta:
mgr inż. Jarosław Sitek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].Z2.06
„Sprawdzanie urządzeń grzejnych i chłodniczych” zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu technik elektryk.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005

2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 4
3. Cele kształcenia 5
4. Materiał nauczania 6
4.1. Klasyfikacja, budowa i charakterystyka urządzeń elektrotermicznych 6
4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów
6
38
39
44
4.2. Zasady doboru i obliczania rezystancyjnych elementów grzejnych 45
4.2.3. Ćwiczenia
45
54
54
56
4.3. Regulacja temperatury w urządzeniach grzejnych i chłodniczych 56
4.3.3. Ćwiczenia
56
68
69
71
4.4. Eksploatacja przemysłowych urządzeń grzejnych i chłodniczych 71
4.4.3. Ćwiczenia
71
75
76
79
5. Sprawdzian osiągnięć 80
6. Literatura 85

3
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności
z zakresu sprawdzania stanu technicznego, analizy pracy i uruchamiania elektrycznych
urządzeń grzejnych i chłodniczych
Szczególną uwagę zwróć na informacje zawarte w dokumentacji technicznej badanych
urządzeń oraz w instrukcjach ich obsługi.
Poradnik zawiera:
− wykaz literatury, z jakiej możesz korzystać podczas nauki,
− wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć przed przystąpieniem do nauki w wybranym
przez Ciebie zawodzie,
− wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym poradnikiem,
− materiał nauczania – czyli wiadomości dotyczące urządzeń elektrotermicznych,
− zestawy pytań, które pomogą Ci sprawdzić, czy opanowałeś podane treści o urządzeniach
elektrotermicznych,
− ćwiczenia, które umożliwią Ci nabycie umiejętności praktycznych,
− sprawdzian postępów.
W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące budowy, zasady
działania, zastosowania oraz sprawdzania urządzeń grzejnych i chłodniczych. Zakres treści
kształcenia jest bardzo szeroki, ponieważ na rynku urządzeń elektrotermicznych istnieje
wielka ich różnorodność.
Z rozdziałem Pytania sprawdzające możesz zapoznać się:
− przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania – poznając przy tej okazji
wymagania wynikające z potrzeb zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści,
odpowiadając na te pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonywania ćwiczeń,
− po zapoznaniu się z rozdziałem Materiał nauczania, aby sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Kolejnym etapem poznawania urządzeń elektrotermicznych będzie wykonywanie
ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie informacji o poznanych urządzeniach.
Wykonując ćwiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela,
poznasz urządzenia elektrotermiczne i ich sposób sprawdzania i uruchamiania.
Szczególną ostrożność musisz zachować podczas wykonywania ćwiczeń praktycznych
z urządzeniami zasilanymi bezpośrednio z sieci. Podczas tych ćwiczeń, zwróć szczególną
uwagę na zachowanie maksymalnego bezpieczeństwa, na organizację bezpiecznego
stanowiska pracy i postępowanie zgodne z zasadami bhp, ppoż. i ergonomii.
Po wykonaniu ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów rozwiązując test Sprawdzian
postępów, zamieszczony po ćwiczeniach. W tym celu:
− przeczytaj pytania i odpowiedz na nie,
− podaj odpowiedz wstawiając X w odpowiednie miejsce.
Odpowiedzi NIE wskazują na luki w Twojej wiedzy. Oznacza to także powrót do treści,
które nie są dostatecznie opanowane.
Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości o urządzeniach
elektrotermicznych będzie stanowiło dla nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu
poziomu przyswojonych wiadomości i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel
posłuży się Zestawem zadań testowych zawierającym równego rodzaju zadania.
W rozdziale 5. tego poradnika jest zamieszczony Zestaw zadań testowych. Zawiera on
Instrukcję oraz przykładową kartę odpowiedzi, w której, w przeznaczonych miejscach
zaznacz odpowiedzi na pytania; będzie to stanowić dla Ciebie trening przed sprawdzianem
zaplanowanym przez nauczyciela.

4
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− rozpoznawać urządzenia i podzespoły elektryczne i ich elementy na podstawie wyglądu
zewnętrznego, stosowanych na nich oznaczeń oraz na schematach,
− rozróżniać funkcje różnych elementów w układach elektrycznych,
− charakteryzować podstawowe parametry podzespołów elektrycznych,
− określać zastosowanie różnych elementów elektrycznych,
− analizować pracę urządzeń elektrycznych na podstawie schematów ideowych, blokowych
i montażowych,
− mierzyć parametry podstawowych urządzeń elektrycznych,
− oceniać stan techniczny elementów elektrycznych na podstawie oględzin i pomiarów,
− korzystać z literatury i kart katalogowych elementów elektrycznych,
− dobierać zamienniki elementów i podzespołów elektrycznych z katalogów,
− stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu zmiennego jedno-
i trójfazowego,
− opracowywać wyniki pomiarów,
− stosować zasady bhp, ochrony ppoż. i ergonomii obowiązujące na stanowisku pracy.

5
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− rozpoznać urządzenia grzejne i chłodnicze na podstawie ich budowy
i schematów,
− sklasyfikować elektryczne urządzenia grzejne i chłodnicze,
− scharakteryzować elektryczne urządzenia grzejne i chłodnicze,
− dokonać analizy pracy wybranych urządzeń grzejnych i chłodniczych,
− odczytać schematy urządzeń grzejnych i chłodniczych,
− dokonać analizy schematów połączeń elementów grzejnych w układach jednofazowych
i trójfazowych,
− skorzystać z danych umieszczonych na tabliczkach znamionowych urządzeń grzejnych
i chłodniczych,
− zorganizować stanowisko pracy zgodnie z przepisami bhp, ochrony ppoż., ochrony
środowiska i wymaganiami ergonomii,
− dokonać oględzin oraz przeglądów wybranych urządzeń grzejnych,
− uruchomić wybrane elektryczne urządzenia grzejne i chłodnicze,
− zlokalizować uszkodzenia wybranych urządzeń grzejnych i chłodniczych na podstawie
oględzin i pomiarów,
− skorzystać z poradników, materiałów reklamowych, katalogów i norm,
− zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na stanowisku
pracy.

6
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Klasyfikacja, budowa i charakterystyka urządzeń
elektrotermicznych
Klasyfikacja elektrotermicznych urządzeń grzejnych i chłodniczych
Urządzenia elektrotermiczne to urządzenia służące do przemiany energii elektrycznej
w ciepło do celów użytkowych.
Urządzenia elektrotermiczne dzielą się na:
− urządzenia grzejne – powodują wzrost temperatury środowiska,
− urządzenia chłodzące – powodują obniżenie temperatury środowiska.
Urządzenia grzejne
Ze względu na wartość temperatury roboczej (temperatury, w której ma się odbywać
proces grzejny) grzejnika, urządzenia grzejne klasyfikowane są następująco:
− urządzenia niskotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika nie
przekracza 3000
C (T≤ 3000
C),
− urządzenia średniotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika
zawiera się w granicach 3000
C <T<13000
C,
− urządzenia wysokotemperaturowe, w których wartość temperatury roboczej grzejnika
przekracza 13000
C (T≥ 13000
C),
Ze względu na częstotliwość pracy urządzenia elektrotermiczne dzielą na:
− urządzenia prądu stałego (f = 0)
− urządzenia małej częstotliwości (f = 50 Hz),
− urządzenia średniej częstotliwości (50 Hz < f ≤ 105
Hz),
− urządzenia wysokiej częstotliwości (105
Hz < f ≤ 109
Hz),
− urządzenia mikrofalowe (f > 109
Hz).
Ze względu na sposób nagrzewania urządzenia elektrotermiczne dzielą się na:
− nagrzewnice pośrednie (ciepło przepływa z ciała o wyższej temperaturze),
− nagrzewnice bezpośrednie (ciepło wytwarzane jest wewnątrz ciała nagrzewanego).
Ze względu na metodę nagrzewania rozróżnia się urządzenia grzejne:
− rezystancyjne (energia cieplna wytwarzana jest przez prąd płynący w przewodniku),
− promiennikowe (energia cieplna wytwarzana jest wskutek pochłaniania i przemiany
promieniowania temperaturowego (podczerwonego) wytworzonego w źródle zwanym
promiennikiem),
− elektrodowe (energia cieplna wytwarzana jest przez prąd płynący w cieczy pomiędzy
zanurzonymi w niej elektrodami),
− łukowe (energia cieplna wytwarzana jest przez prąd płynący w zjonizowanych gazach
w postaci łuku elektrycznego wytworzonego pomiędzy elektrodami),
− indukcyjne (energia cieplna wytwarzana jest przez prądy wirowe indukowane w materiale
przewodzącym wywołane indukcją elektromagnetyczną),

7
− pojemnościowe (energia cieplna wytwarzana jest w wyniku zjawisk związanych
z efektami polaryzacji dielektryka znajdującego się w zmiennym polu elektrycznym
o dużej częstotliwości wytworzonym pomiędzy elektrodami stanowiącymi wraz
z dielektrykiem kondensator),
− mikrofalowe (energia cieplna wytwarzana jest w wyniku zjawisk związanych z efektami
polaryzacji dielektryka, do którego energia doprowadzona jest w postaci fali
elektromagnetycznej o bardzo dużej częstotliwości),
− plazmowe (energia cieplna wytwarzana jest w wyniku wykorzystania strumienia plazmy
niskotemperaturowej – obojętnej elektrycznie mieszaniny zjonizowanego gazu
o określonej koncentracji ładunków dodatnich i ujemnych),
− elektronowe (energia cieplna wytwarzana jest wskutek pochłaniania wiązki elektronowej
o dużej energii kinetycznej),
− fotonowe, laserowe (energia cieplna wytwarzana jest wskutek pochłaniania
promieniowania elektromagnetycznego wytworzonego w laserach),
− ultradźwiękowe (energia cieplna wytwarzana jest wskutek pochłaniania fal
ultradźwiękowych).
Ze względu na przestrzeń grzejną urządzenia elektrotermiczne dzielą się na:
− komorowe – przestrzeń grzejna ograniczona jest ściankami utrudniającymi odpływ ciepła
do otoczenia,
− bezkomorowe – nie posiadają komory grzejnej.
Do urządzeń grzejnych bezkomorowych zalicza się:
− elektryczne narzędzia grzejne – spełniają zadanie narzędzia i na ogół wymagają
poruszania nimi przy użytkowaniu (żelazko, lutownica, opalarka, suszarka do włosów,
grzebienie elektryczne, zapalniczki),
− elektryczne przyrządy grzejne – wytwarzają ciepło i nie wymagają poruszania nimi przy
użytkowaniu. Najczęściej są to grzejniki przenośne lub dające się łatwo zdemontować
(ogrzewacze wnętrzowe, grzałki elektryczne, naczynia elektryczne, warniki, kuchenki,
poduszki elektryczne),
− elektryczne nagrzewnice – to urządzenia nieprzenośne służące do obróbki cieplnej,
w których ciepło wytworzone jest w grzejniku (płyty grzejne do podgrzewania
materiałów, nagrzewnice oporowe do podgrzewania stali, nagrzewnice indukcyjne do
hartowania stali).
Do urządzeń grzejnych komorowych zalicza się:
− piece elektryczne – to urządzenia przeznaczone do procesów technologicznych
związanych z:
zmianą stanu skupienia wsadu (piece do topienia materiałów),
zmianą struktury wsadu (piece hartownicze),
reakcjami chemicznymi (piece do spalania, piekarniki wykorzystywane
w przemyśle spożywczym),
− suszarki elektryczne – urządzenia przeznaczone do procesów suszenia (suszarki
lakiernicze, suszarki do drewna),
− cieplarki elektryczne – urządzenia przeznaczone do procesów o przebiegu
termostatycznym, w których temperatura jest czynnikiem wpływającym na procesy
biologiczne odbywające się w komorze grzejnej (wylęganie, kiełkowanie, sterylizacja).

8
Urządzenia chłodnicze
Ze względu na zasadę działania urządzenia chłodnicze dzielą się na trzy grupy:
− urządzenia sprężarkowe, w których czynnik chłodzący podlega procesowi sprężania,
− urządzenia absorpcyjne, w których czynnik chłodzący podlega procesowi pochłaniania,
− urządzenia termoelektryczne, w których wykorzystuje się zjawisko termoelektryczne.
Ze względu na zastosowanie urządzenia elektrotermiczne dzielą się na:
− urządzenia przemysłowe, zwykle dużych mocy przystosowane do określonych procesów
technologicznych,
− urządzenia domowe, o małych mocach, przeznaczone do stosowania w gospodarstwach
domowych.
Urządzenia elektrotermiczne rezystancyjne
Urządzenia elektrotermiczne rezystancyjne (oporowe) to urządzenia, w których ciepło
wytwarzane jest przez prąd elektryczny przepływający przez przewodnik. Moc cieplną
powstałą wskutek przemiany energii elektrycznej w ciepło wytworzone w elemencie
grzejnym o rezystancji R, można określić przy pomocy zależności 4.1.1.
R
U
RIP
2
2
== (4.1.1)
Symbole literowe w zależności 4.1.1 oznaczają:
P – moc cieplna wytworzona w elemencie grzejnym,
R – rezystancja elementu grzejnego,
I – natężenie prądu płynącego przez element grzejny,
U – napięcie występujące na elemencie grzejnym,
Element grzejny rezystancyjny, w którym zachodzi przemiana energii elektrycznej
w ciepło, wykonywany jest ze specjalnych materiałów rezystancyjnych (oporowych).
Materiały rezystancyjne stosowane jako elementy grzejne powinny charakteryzować się:
− dużą rezystywnością (można uzyskać określoną rezystancję elementu przy mniejszej jego
długości),
− wysoką temperaturą mięknięcia (umożliwia to uzyskiwanie wysokich temperatur pracy
przy zachowaniu dobrych właściwości mechanicznych),
− wysoką odpornością na wpływy chemiczne (szczególnie na utlenianie), które powodują
zmiany wymiarów (przekroju), parametrów elektrycznych (rezystancji) i mechanicznych
(wytrzymałości) elementów,
− małym współczynnikiem temperaturowym rezystancji, co zapewnia małe zmiany
rezystancji elementu podczas nagrzewania, a w konsekwencji małe zmiany prądu i mocy
grzejnej,
− małym współczynnikiem temperaturowym rozszerzalności zapewniającym małe zmiany
wymiarów elementu, przy znacznych zmianach temperatury, co w znacznym stopniu
zmniejsza naprężenia wewnętrzne podczas pracy,
− dostateczną wytrzymałością mechaniczną zapewniającą brak odkształceń przy
najwyższych temperaturach pracy,
− dużą odpornością na gwałtowne zmiany temperatury (nieuniknione przy włączaniu
i wyłączaniu grzejnika) powodujące zmniejszenie trwałości materiału,
Stosowane są dwa rodzaje materiałów rezystancyjnych:
− materiały metalowe,
− materiały niemetalowe.

9
Materiały metalowe
Materiały metalowe produkowane są w postaci drutów (przewodów o przekroju okrągłym)
oraz taśm (przewodów o przekroju prostokątnym). Najczęstsze zastosowanie w grzejnictwie
rezystancyjnym mają:
− nikielina (stop miedzi, niklu i manganu) – stosowana w przyrządach grzejnych
o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej 5000
C (np. niskotemperaturowe
ogrzewacze przewiewowe, poduszki i koce elektryczne),
− ferronichrom (zwany potocznie chromonikieliną – stop żelaza, niklu i chromu)
– stosowany w urządzeniach o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej
10500
C,
− nichrom (zwany potocznie chromonikieliną bezżelazową – stop niklu z chromem)
– stosowany w urządzeniach o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej
11500
C,
− ferrochromal (znany pod nazwą firmową kanthal – to stop żelaza, chromu i aluminium)
jest materiałem o najwyższej dopuszczalnej temperaturze roboczej grzejnika (nie
przekraczającej 13500
C) spośród materiałów metalowych rezystancyjnych stosowanych w
grzejnictwie przemysłowym. Ferronichrom i nichrom to materiały, które są odporne na
zmiany temperatur, czynniki zewnętrzne i dają się łatwo obrabiać i spawać.
W grzejnictwie laboratoryjnym mają zastosowanie:
− platyna stosowana w urządzeniach o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej
14000
C,
− molibden ze względu na łatwość utleniania musi pracować w atmosferze ochronnej,
temperatura robocza molibdenu wynosi 17000
C,
− wolfram, równie łatwo jak molibden utlenia się i dlatego musi również pracować
w atmosferze ochronnej. Temperatura robocza wolframu wynosi 22000
C. Wolfram jest
bardzo kruchy. Elementom grzejnym wykonanym z wolframu nadaje się najczęściej
kształt rurek.
Tabela 1. Własności wybranych metalowych materiałów rezystancyjnych (źródło: [4])
Rodzaj materiału
gęstość
[g/cm3
]
Rezystyw
ność
[Ωmm2
/m
]
Względny
przyrost
rezystancji
na 1000°C
Temperatura
topnienia [°C]
Najwyższa
dopuszczalna
temperatura robocza
[°C]
Nikielina 8,7 0,4 0,3 1000 500
Stal 7,8 0,12 7 1530 500
Ferronichrom
27% Fe, 55% Ni,
18% Cr
22% Fe, 60% Ni,
18% Cr
2%Fe,75%Ni,
23% Cr
8,4
8,3
8,4
1,05
1,1
1,05
0,1
0,17
0,1
1390
1400
1400
900
950
1050
Nichrom 8,36 1,08 0,1 1430 1150
Ferfochromal
„Kanthal D"
„Kanthal A"
„Kanthal Al"
7,25
7,15
7,1
1,35
1,39
1,45
0,05
0,05
0,06
1400
1500
1600
1150
1300
1350

10
Rodzaj materiału
gęstość
[g/cm3
]
Rezystyw
ność
[Ωmm2
/m
]
Względny
przyrost
rezystancji
na 1000°C
Temperatura
topnienia [°C]
Najwyższa
dopuszczalna
temperatura robocza
[°C]
Platyna 21,4 0,11 3,9 1770 1400
Molibden 10,2 0,045 5,5 2620 2000
Wolfram 19,3 0,05 5,5 3390 3000
Materiały niemetalowe
Materiały niemetalowe stosowane w przemysłowym grzejnictwie rezystancyjnym,
w porównaniu z materiałami metalowymi, są mniej wrażliwe na utleniające działanie
powietrza w wysokiej temperaturze. Do najbardziej rozpowszechnionych w grzejnictwie
rezystancyjnym materiałów niemetalowych należą:
− sylit (węglik krzemu SiC znany pod nazwą globar) stosowany jest w urządzeniach
o temperaturze roboczej grzejnika nie przekraczającej 14000
C. Sylitowe elementy grzejne
wytwarzane są w kształcie prętów i rur. Rezystywność sylitu jest wielokrotnie większa od
rezystywności materiałów metalowych. Jest materiałem kruchym. Ulega pod wpływem
tlenu z powietrza procesom starzenia, powodującym stopniowy wzrost rezystywności.
Spadek mocy grzejnej, spowodowany wzrostem rezystywności w wyniku procesu
starzenia, jest często rekompensowany przez podwyższanie napięcia zasilającego
elementy grzejne. Napięcie zasilające przewody grzejne zmienia się poprzez zmianę
połączeń odczepów transformatora zasilającego.
− antracyt (bezpostaciowa odmiana węgla występująca w węglu kamiennym) wykorzystuje
się do wyrobu rezystancyjnych elementów grzejnych, którym nadaje się kształt prętów,
rur, płyt i tygli. Przy nagrzewaniu w powietrzu antracyt łatwo ulega utlenianiu (od
temperatury 5000
C wzwyż), dlatego też elementy grzejne wykonane z tego materiału
powinny pracować przy wyższych temperaturach w osłonie atmosfery ochronnej.
Maksymalna temperatura robocza antracytowych elementów grzejnych pracujących
w atmosferze ochronnej wynosi 20000
C.
− grafit (krystaliczna odmiana węgla) stosowany jest do wyrobu rezystancyjnych elementów
grzejnych, których maksymalna temperatura robocza wynosi 25000
C, a w szczególnych
warunkach może wynosić nawet 30000
C. Rezystancyjnym elementom grzejnym
wykonanym z grafitu nadaje się kształt prętów, rur, płyt i tygli.
− kryptol jest sypkim materiałem rezystancyjnym uzyskanym przez rozkruszenie złomu
uzyskanego z wyeksploatowanych elektrod grafitowych lub antracytowych. Maksymalna
temperatura robocza rezystancyjnych elementów grzejnych wykonanych z kryptolu
wynosi 17000
C. Podczas pracy kryptol stopniowo wypala się, jednak jego niski koszt
rekompensuje tę wadę.
Przemysłowe rezystancyjne urządzenia komorowe
Wśród przemysłowych rezystancyjnych urządzeń komorowych największą i najbardziej
rozwiniętą grupę stanowią piece elektryczne.
Piec wannowy
Na rysunku 1 przedstawiono w sposób szkicowy budowę pieca wannowego stosowanego
do topienia aluminium, w którym zastosowano rezystancyjne elementy grzejne w postaci
skrętki wykonanej z kanthalu. Skrętki grzejne e umieszczone są w żłobkach sklepienia.

11
Piec ten posiada komorę o kształcie płaskiej wanny. Kształt taki ułatwia wydzielanie się
gazów zawartych w topionym metalu. Wsad umieszcza się na pochylni przedsionka p, skąd
w miarę topienia spływa do wanny w. Po ukończeniu topienia pochyla się piec na rolkach r
i zlewa się metal przez lej spustowy l. Piece tego typu budowane są o mocach kilkuset
kilowatów i o pojemności wsadu do 7 ton.
e – elementy grzejne,
w – wanna,
p – przedsionek,
d – drzwiczki ładownicze,
l – lej spustowy,
g – cegła ogniotrwała,
t – izolacja cieplna,
b – obudowa,
r – rolki.
Rys. 1. Piec wannowy – szkic budowy pieca (źródło: [4])
Piec muflowy
Na rysunku 2 przedstawiono w sposób szkicowy budowę pieca muflowego. Piece
muflowe są to piece, w których ciepło jest doprowadzone do komory od zewnętrznej strony
ścian ogniotrwałych otaczających komorę i stanowiących tzw. muflę.
m – mufla,
e – element grzejny,
zs – zaprawa szamotowa,
ps – proszek szamotowy,
b – obudowa metalowa,
c – czołowy pierścień
szamotowy,
d – drzwiczki.
Rys. 2 Piec muflowy – szkic budowy pieca (źródło: [4])
Na muflę m wykonaną z materiału ogniotrwałego (z szamotu, karborundu lub alundu)
nawinięty jest przewód grzejny e w postaci drutu lub taśmy. Aby zapobiec zwieraniu się
sąsiednich zwojów wskutek wydłużania się przewodu, układa się przewód grzejny w rowkach
ukształtowanych śrubowo na zewnętrznej powierzchni mufli. Zamiast w rowkach, można też
umieszczać zwoje przewodu grzejnego w cienkiej warstwie zaprawy szamotowej zs nałożonej
w tym celu na powierzchnię mufli. Element grzejny jest otoczony warstwą proszku
szamotowego ps oraz (w dolnej części) warstwą cegieł szamotowych. Obudowa b pieca jest
wykonana z blachy stalowej.

12
Ściany mufli oddzielają element grzejny od komory, zabezpieczając go w ten sposób od
uszkodzeń mechanicznych i wpływów chemicznych wsadu. Na ściankach mufli występuje
znaczny spadek temperatury sięgający 150 do 200 °C.
Piece muflowe najczęściej używane są jako piece warsztatowe, bądź jako piece
laboratoryjne o temperaturach roboczych do 11000
C.
Piec sylitowy
Na rysunku 3 przedstawiono w sposób szkicowy budowę pieca z elementami grzejnymi
wykonanymi w postaci prętów sylitowych e. Pręty umieszczone są poziomo
w dwóch rzędach pod sklepieniem. Każdy pręt sylitowy na obu swoich końcach jest
uchwycony w głowicy chłodzonej wodą i zaopatrzonej w sprężyny dociskowe
i doprowadzenia napięcia (szkic budowy takiego połączenia przedstawiony jest na
rysunku 4). Do ładowania wsadu służy otwór w. Do wprowadzenia termoelementu w celu
pomiaru temperatury wnętrza pieca służy otwór te. Ściany komory są utworzone z cegły
ogniotrwałej g, warstwy s materiału o mniejszej trwałości (np. szamot) i warstwy
termoizolacyjnej t.
e – pręty sylitowe,
g – cegła ogniotrwała,
s – szamota,
b – obudowa,
w – otwór ładowniczy,
te – otwór na termoelement.
Rys. 3. Piec sylitowy – szkic budowy pieca (źródło: [4])
Piece tego rodzaju są stosowane głównie jako piece kuźnicze do podgrzewania
półwyrobów stalowych.
W celu obniżenia temperatury pręta sylitowego w miejscach doprowadzenia napięcia dąży
się do zmniejszenia rezystancji na końcach pręta poprzez:
− zwiększenie przekroju poprzecznego stosując pręty o pogrubionych końcach,
− zmniejszenie rezystywności materiału w końcach pręta za pomocą specjalnej obróbki
chemicznej i metalizacji końców pręta.
Połączenie pręta o metalizowanych końcach z przewodem zasilającym wykonuje się
przez styk czołowy i chłodzi się wodą – rysunek 4.

13
s – pręt sylitowy o styku czołowym,
rp – rura przepustowa,
te – przewody wodne,
wr – wewnętrzna rurka chłodnicza,
zr – zewnętrzna rurka chłodnicza,
g – głowica zespołu rurek chłodniczych,
z – zacisk,
k – element stykowy,
u – uszczelka,
b – wspornik stalowy,
śr – śruba regulacyjna,
iz – nakładka izolacyjna,
d – sprężyna dociskowa
Rys. 4. Połączenie pręta sylitowego o styku czołowym z przewodem zasilającym – szkic budowy
połączenia (źródło: [4])
Śruba regulacyjna śr poprzez nakładkę izolacyjną iz i sprężynę dociskową d wywiera
nacisk na zespół dwóch współśrodkowych rurek chłodniczych wr i zr zakończony elementem
stykowym k, stykającym się z końcem pręta sylitowego s. Do doprowadzenia
i odprowadzenia wody chłodzącej służą przewody w.
Śruba regulacyjna śr służąca do docisku sprężyny d jest wkręcona w otwór gwintowany
wspornika stalowego b, przymocowanego do ściany pieca.
Głowica g zespołu rurek chłodzących jest zaopatrzona w zacisk z służący do podłączenia
przewodu zasilającego.
Konstrukcja połączenia zapewnia swobodne wydłużanie się pręta sylitowego podczas
nagrzewania. Bez tej możliwości pręt mógłby popękać.
Piec kryptolowy
Na rysunku 5 przedstawiono w sposób szkicowy budowę pieca kryptolowego.
k – komora grzejna,
w – wewnętrzna rura ogniotrwała,
t – zewnętrzna rura ogniotrwała,
c – kryptol,
a – izolacja cieplna,
b – obudowa z blachy stalowej,
e – elektrody,
p – pierścienic szamotowe
Rys. 5. Piec kryptolowy – szkic budowy pieca (źródło: [4])
W piecu tym elementem grzejnym jest kryptol równomiernie ubity między dwiema
rurami ogniotrwałymi (między wewnętrzną rurą w a zewnętrzną rurą z). Przestrzeń
zajmowana przez kryptol jest zamknięta od góry i od dołu przez pierścienie szamotowe p.
Między warstwą szamotu, a blachą b, stanowiącą obudowę pieca umieszcza się zwykle
warstwę izolacji cieplnej a w celu zmniejszenia strat cieplnych. Do doprowadzenia napięcia

14
służą stalowe, elektrody e w postaci dwóch walców (bywają również elektrody stożkowe), do
których przyspawane są płaskowniki służące do połączenia elektrod ze źródłem prądu.
Przy przepływie prądu przez warstwę kryptolu między elektrodami kryptol nagrzewa się,
przy czym najwyższa temperatura występuje w miejscu zwężonym odpowiadającym grzejnej
części komory. Większa szerokość warstwy kryptolu w pobliżu elektrod zapobiega ich
przegrzewaniu. Ponadto w celu obniżenia temperatury elektrod powinny one mieć dość dużą
powierzchnię, przy czym ziarnka kryptolu w pobliżu elektrod powinny być drobniejsze niż
w miejscu zwężonym (zmniejszenie rezystancji tej części elementu).
Wsad, umieszczony np. w małym tyglu, wkłada się do wnętrza rury w od spodu na
odpowiedniej podstawce.
Jednorazowy zasób kryptolu wypala się w przeciągu kilkudziesięciu godzin, po czym
zasób kryptolu powinien być odnowiony. Wprawdzie nie odgrywa to istotnej roli pod
względem kosztów, gdyż kryptol jest materiałem bardzo tanim, ale jest kłopotliwe.
Ze wzrostem temperatury rezystancja kryptolu znacznie maleje, toteż do zasilania pieca
kryptolowego potrzebny jest transformator umożliwiający obniżanie napięcia zasilającego
w stosunku 3:1.
Wskutek spalania kryptolu wydzielają się znaczne ilości tlenku węgla, toteż przy
większych piecach konieczne są urządzenia wentylacyjne dla ochrony obsługujących przed
zatruciem. Temperatura robocza pieców kryptolowych nie przekracza 1700 °C.
Moc pieców kryptolowych zawiera się zwykle w granicach od 5 do 25 kVA
Sprawność pieców kryptolowych jest bardzo mała i wynosi zaledwie od 0,05 do 0,1.
Z tego względu pieców tych nie stosuje się w przemyśle, lecz tylko w laboratoriach, gdzie
zużycie energii nie odgrywa istotnej roli.
Suszarka z rezystancyjnymi elementami grzejnymi
Na rysunku 6 przedstawiono w sposób szkicowy budowę suszarki z rezystancyjnymi
elementami grzejnymi służącą do suszenia przewiewowego.
e – elementy grzejne,
bw – obudowa wewnętrzna,
bz – obudowa zewnętrzna,
w – stojak do umieszczania wsadu,
ps – wlot suchego powietrza,
pw – wylot powietrza wilgotnego,
r – przesłona regulacyjna.
Strzałkami zaznaczono kierunek
ruchu powietrza.
Rys. 6. Suszarka z rezystancyjnymi elementami grzejnymi – szkic budowy suszarki (źródło: [4]}
Powietrze suche dopływające przez otwory ps u dołu suszarki nagrzewa się od
elementów grzejnych e, po czym przedostaje się przez liczne otwory w ściankach bocznych
i półkach stojaka w i opływa wsad umieszczony na tych półkach. Pod wpływem nagrzanego
powietrza następuje odparowanie wody lub innych cieczy zawartych we wsadzie bądź
pokrywających jego powierzchnię. Wilgotne powietrze odpływa przez otwór pw.
Do regulacji ilości powietrza przepływającego przez komorę suszarki służy przesłona

15
regulacyjna r. W przypadku, gdy zachodzi potrzeba wymuszonego przepływu powietrza
włącza się wentylatory.
W procesach suszenia temperatura robocza zwykle nie przekracza 3000
C.
Do ograniczenia strat cieplnych wystarcza warstwa materiału termoizolacyjnego,
umieszczonego między blachami stanowiącymi obudowę wewnętrzną bw i zewnętrzną bz.
Urządzenia elektrotermiczne przemysłowe
Urządzenia elektrodowe
Urządzenia elektrodowe to urządzenia, w których prąd płynie pomiędzy elektrodami
przyłączonymi do źródła napięcia zanurzonymi w cieczy stanowiącej przewodnik prądu
elektrycznego.
Wartość natężenia prądu płynącego przez ciecz zależy od:
− wartości napięcia przyłożonego między elektrody zanurzone w cieczy,
− wymiarów i kształtu elektrod,
− odległości w jakiej znajdują się elektrody,
− głębokości zanurzenia elektrod,
− wartości rezystywności cieczy.
W czasie przepływu prądu przez ciecz przewodzącą energia elektryczna zmienia się
w energię cieplną powodując nagrzewanie się cieczy.
Przepływowi prądu przez elektrolit, w zależności od rodzaju prądu (prąd stały, prąd
jednokierunkowy tętniący, prąd przemienny), towarzyszą dodatkowo inne zjawiska oprócz
zjawiska przemiany energii elektrycznej w energię cieplną. Są to zjawiska powodujące
zmiany rezystywności elektrolitu i zjawisko elektrolizy.
Pod względem energetycznym nagrzewanie elektrodowe jest podobne do nagrzewania
rezystancyjnego bezpośredniego.
Rozróżnia się dwie grupy urządzeń elektrodowych:
− urządzenia elektrodowe – urządzenia, w których zjawiska elektrolizy nie występują lub są
niepożądane. Do zasilania tych urządzeń stosuje się napięcie o częstotliwości sieciowej.
Do urządzeń tych zalicza się kotły elektrodowe i piece elektrodowe (piece elektrodowe
często nazywane są wannami elektrodowymi).
− urządzenia termoelektrolityczne – urządzenia, w których zjawiska elektrolizy są
konieczne. Termoelektrolizery – urządzenia, w których elektrolitem są stopione związki
metali. Zasila się je wyłącznie napięciem stałym.
Kocioł elektrodowy
Kotły elektrodowe to zbiorniki zaopatrzone w elektrody, służące do nagrzewania wody
wskutek przepływu przez nią prądu. Wykorzystywane są do nagrzewania wody do określonej
temperatury (kotły wodne) lub wytwarzania pary (kotły parowe).
Kotły elektrodowe zasila się wyłącznie napięciem zmiennym (najczęściej trójfazowym),
prąd stały bowiem wywołuje w wodzie zjawiska elektrolizy.
Na rysunku 7 przedstawiono w sposób szkicowy budowę kotła elektrodowego parowego.
Kocioł zawiera trzy elektrody e (po jednej na każdą fazę), do których prąd dopływa przez
doprowadzenia d. Nagrzewanie wody odbywa się wskutek przepływu prądu miedzy
elektrodami e, a przeciwelektrodami pe, tj. elektrodami połączonymi z uziemioną obudową
kotła.

16
e – elektroda,
pe – przeciwelektroda,
d – doprowadzenie prądu,
r – rura regulacyjna,
s – silnik,
p – pompa odśrodkowa,
z – zawór dopływu wody,
o – otwór wylotowy pary,
m – manometr,
w – wodowskaz,
t – izolacja cieplna
Rys. 7. Kocioł elektrodowy parowy – szkic budowy kotła (źródło: [4]}
Do regulacji prądu, a więc i mocy kotła, służy rura r, wykonana z materiału
elektroizolacyjnego. Obecność tej rury powoduje, że prąd między elektrodami płynie dwiema
drogami, omijając rurę r od góry i od dołu. Gdy elektrody e i pe usytuowane są w połowie
wysokości rury r, rezystancja wypadkowa obu dróg przepływu prądu jest największa, a moc
kotła najmniejsza. Podnoszenie rury regulacyjnej r od tego położenia powoduje zmniejszenie
wypadkowej rezystancji dróg przepływu prądu, wobec czego moc kotła wzrasta. Największą
moc kotła uzyskuje się przy całkowitym wysunięciu rury z przestrzeni międzyelektrodowej
(wówczas jest najmniejsza rezystancja pomiędzy elektrodami). Przesuwanie rury regulacyjnej
może odbywać się ręcznie lub za pomocą silnika s umieszczonego na obudowie kotła.
Regulacja mocy kotłów elektrodowych jest konieczna ponieważ:
− rezystywność wody znacznie zmniejsza się ze wzrostem temperatury,
− rezystywność wody maleje w miarę wzrostu stężenia soli zawartych w wodzie,
− rezystywność wody używanej do zasilania kotła może się znaczne różnić.
Do usuwania pęcherzyków pary przywierających do elektrod i tworzących w ten sposób
niepożądaną izolację elektrod konieczny jest przepływ wody omywającej elektrody.
Do wywołania takiego przepływu służy pompa odśrodkowa p.
Woda do zasilania kotła jest doprowadzona przez zawór z. Wytworzona para jest
odprowadzana przez otwór wylotowy o.
Sprawność kotłów elektrodowych jest rzędu 95% – 99%. Znalazły one zastosowanie
w zakładach, w których procesy technologiczne wymagały dużej czystości pary wodnej
i dokładnej regulacji procesów technologicznych (zakłady chemiczne, browary, farbiarnie,
wytwórnie celulozy), a także w rolnictwie do zasilania parą parników. Kotły zasilane są
napięciami od 230 V (małe o mocach kilku kW) do 30 kV (duże o mocach dochodzących do
10 MW).

17
Piec elektrodowy
Piece elektrodowe posiadają zbiorniki zaopatrzone w elektrody zanurzone w kąpieli
solnej, która nagrzewa się wskutek przepływu przez nią prądu, nagrzewając zanurzony w niej
wsad.
W zależności od wymaganej temperatury kąpieli dobiera się sole o odpowiedniej
temperaturze topienia. W piecach elektrodowych uzyskuje się temperatury robocze od 2000
C
do 13000
C. Ze względu na dużą rezystywność soli w stanie zimnym w procesie rozruchu
wykorzystuje się dodatkowe elektrody rozruchowe usytuowane blisko siebie, często
połączone elementami rezystancyjnymi (niemetalowymi).
Na rysunku 8 przedstawiono w sposób szkicowy budowę jednofazowego pieca
elektrodowego. Ściany wanny pieca są dwuwarstwowe. Warstwa ogniotrwała g jest
wykonana z cegły szamotowej. Jako izolację cieplną t stosuje się cegły diatomitowe.
Obudowa b wykonana jest z blachy stalowej. W celu zmniejszenia powierzchni oddawania
ciepła do otoczenia (zmniejszenie strat ciepła) urządzeniu nadano kształt cylindra.
W górnej części urządzenia znajdują się drzwiczki d i wyciąg w, służący do
odprowadzania gazów wydobywających Się z kąpieli solnej.
Przy uruchamianiu pieca opuszcza się elektrody pomocnicze p tak, by stykały się
z powierzchnią kąpieli. Wskutek przepływu prądu pomiędzy elektrodami pomocniczymi
wytwarza się ciepło powodując topnienie i rozprzestrzenianie się stopionej soli. Z chwilą, gdy
zacznie płynąć prąd pomiędzy elektrodami roboczymi, elektrody rozruchowe usuwa się
z kąpieli.
e – elektrody robocze,
p – elektrody pomocnicze,
k – kąpiel solna,
g – warstwa ogniotrwała,
b – obudowa,
d – drzwiczki,
w – wyciąg.
Rys. 8 Jednofazowy piec elektrodowy – szkic budowy pieca (źródło: [4])
Pod wpływem wytwarzającego się ciepła, w stopionej już warstwie soli, proces topienia
soli postępuje szybko, aż cała ilość soli przejdzie w stan ciekły. Z chwilą gdy temperatura
kąpieli osiągnie zadaną wartość obniża się wartość napięcia pomiędzy elektrodami roboczymi
(wartość rezystywności gorącej kąpieli jest znaczne mniejsza od wartości rezystywności soli
w stanie zimnym). Napięcie robocze między elektrodami utrzymywane jest na poziomie od
8 V do 25 V a moce tych urządzeń wynoszą od 10 kW do 150 kW.
Czas rozruchu zależy od wielkości pieca i wynosi od 0,5 do 4 godzin, co jest sporą wadą
tych urządzeń. Zaletą pieców elektrodowych jest równomierny rozkład wartości temperatury
kąpieli oraz szybkość nagrzewania wsadu wynikającą z małej rezystywności otaczającej go
kąpieli. W urządzeniach tych nie występuje niebezpieczeństwo utleniania wsadu dzięki temu,
że w stanie zanurzenia w kąpieli nie styka się on z powietrzem.

18
Piece elektrodowe znalazły zastosowanie głównie do hartownia narzędzi, jednak rozwój
innych technik hartowania (indukcyjne) powoduje coraz mniejsze ich zastosowanie.
Termoelektrolizer
Termoelektrolizery to urządzenia, w których prąd przepływając przez elektrolit nagrzewa
go utrzymując w stanie ciekłym. Występujące zjawiska elektrolityczne powodują rozkład
stopionych związków metali i wydzielenie się czystego metalu. Główne zastosowanie tych
urządzeń to procesy odtleniania, oczyszczania i otrzymywania aluminium.
Na rysunku 9 przedstawiono w sposób szkicowy budowę termoelektrolizera stosowanego
do rafinacji aluminium (oczyszczania z domieszek).
r – aluminium rafinowane,
e – elektrolit,
s – stop aluminium surowego z metalami,
a – anoda,
k – katoda,
g – warstwa ogniotrwała,
m – obmurze,
b – obudowa stalowa.
Rys. 9. Termoelektrolizer do rafinacji aluminium – szkic budowy (źródło: [4])
Obmurze m wanny w obudowie stalowej b jest wyłożone warstwą ogniotrwałą g z cegły
magnezytowej. Spód wanny jest wykonany z węgla i stanowi anodę a. Katodę stanowi blok
grafitowy k zawieszony u góry.
Zawartość wanny składa się z trzech warstw układających się odpowiednio do ich
gęstości. Na spodzie w bezpośredniej styczności z anodą znajduje się warstwa tzw. stopu
anodowego (stopu surowego aluminium z miedzią o gęstości). Pośrednie miejsce zajmuje
elektrolit o odpowiednim składzie. Temperatura topnienia tego elektrolitu jest stosunkowo
niska, dzięki czemu proces termoelektrolizy może się odbywać w temperaturze od 700°C do
750 °C. Górną warstwę stanowi oczyszczone aluminium.
Proces termoelektrolitycznej rafinacji aluminium polega na tym, że aluminium ze stopu
anodowego przechodzi w stan jonowy, przy czym jony glinu dążą do katody, gdzie ulegają
zobojętnieniu; w wyniku tego czyste aluminium wydziela się na katodzie jako górna warstwa
zawartości wanny. Sprzyja temu gęstość aluminium mniejsza od gęstości dwóch pozostałych
warstw.
Za pomocą tej metody można otrzymać aluminium o stopniu czystości sięgającym
99,9986%.
Napięcie zasilające elektrody wynosi około 7 V. W procesie technologicznym
otrzymywania aluminium wanny łączy się szeregowo (od 50 do 140) co umożliwia zasilanie
układu napięciami rzędu 250 V do 700 V przy poborze prądu rzędu 8 kA do 12 kA.
Urządzenia łukowe
Urządzenia łukowe to urządzenia w których wykorzystywane jest ciepło wytwarzane
w łuku elektrycznym. Wysoka temperatura łuku elektrycznego, osiągająca nieraz wartość
nawet 10000°C, wynika ze skupienia dużej mocy w niewielkiej przestrzeni. Wskutek tego
nagrzewanie łukowe charakteryzuje się bardzo nierównomiernym rozkładem temperatur
w nagrzewanym tę metodą wsadzie.

19
Właściwości łuku elektrycznego znalazły zastosowanie w procesie spawania (spawarki)
i topienia metali (piece łukowe). Odległości międzyelektrodowe w czasie pracy urządzenia są
regulowane.
W celu wywołania zapłonu łuku elektrody zbliża się aż do zetknięcia ze sobą (przy
metodzie nagrzewania pośredniego) lub ze wsadem (przy metodzie nagrzewania
bezpośredniego). Prąd zwarcia powoduje gwałtowne nagrzewanie się miejsca styku
wywołując jonizację otaczającego je powietrza. Następnie elektrody są odsuwane.
W zjonizowanym powietrzu pomiędzy oddalającymi się elektrodami powstaje łuk
elektryczny. Ruch elektrod powinien ustać, gdy łuk osiągnie odpowiednią długość. W czasie
pracy elektrody wypalają się i musi następować korekcja ich ustawienia, aby utrzymać
stabilną pracę łuku. Natomiast by łuk wygasić elektrody są oddalane.
Moce przemysłowych pieców łukowych wynoszą od setek kilowoltoamperów do
kilkudziesięciu megawoltoamperów. Napięcie łuku wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset
woltów, prąd zaś od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy amperów.
Do zasilania pieców łukowych stosuje się specjalne transformatory o dużych mocach
znamionowych i niskim napięciu wtórnym. Transformatory te zasilane są z sieci wysokiego
napięcia zasilającej zakład przemysłowy korzystający z pieca (nawet z sieci 110 kV).
W niektórych procesach napięcie w czasie pracy powinno być zmniejszane. Do tego celu
wykorzystuje się przełączenie uzwojenia transformatora trójfazowego z układu połączenia
w trójkąt na gwiazdę, po stronie napięcia górnego tego transformatora. Przy wymaganej
większej liczbie stopni regulacji napięcia (zwykle od 3 do 6) zmienia się przekładnię
napięciową transformatora wykorzystując odczepy uzwojenia transformatora znajdujące się
po stronie napięcia górnego tego transformatora.
W piecach łukowych stosowane są regulatory reagujące na napięcie i prąd łuku,
dostosowując odległość elektrod do optymalnych warunków pracy. Cechą charakterystyczną
toru silnoprądowego pieców łukowych jest to, że występują w nich dławiki indukcyjne
szeregowo włączone z uzwojeniami pierwotnymi transformatora zasilającego. Zadaniem
dławików jest ograniczenia wartości prądu zwarcia występującego podczas zetknięcia się
elektrod w celu zainicjowania łuku elektrycznego. Elementem końcowym toru są elektrody
łukowe.
Rozróżnia się trzy rodzaje pieców łukowych:
a) piece łukowe o nagrzewaniu pośrednim,
b) piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim,
c) piece rezystancyjno-łukowe.
Piec łukowy o nagrzewaniu pośrednim
Piece tego typu charakteryzują się tym, że łuk płonie pomiędzy grafitowymi elektrodami
umieszczonymi ponad wsadem. Ciepło, przez promieniowanie przenosi się do wsadu.
Promieniowanie łuku pada również na ściany komory powodując wzrost ich temperatury.
Piece o mocach do 500 kVA stosuje się głównie do topienia metali nieżelaznych (miedź,
mosiądz, brąz) w temperaturach rzędu 13000
C – 14000
C.
Szkic budowy pieca łukowego o nagrzewaniu pośrednim przedstawiono na rysunku 10.
Zbudowany jest w postaci bębna wykonującego ruchy wahadłowe dookoła osi poziomej,
dzięki czemu roztopiony metal omywając ściany pieca, chłodzi je. W pobliżu ścian
czołowych piec jest opasany dwiema obręczami p, z których każda wspiera się na dwóch
rolkach r. Jedna para rolek jest napędzana silnikiem przez przekładnię zmniejszającą
prędkość obrotową tak, ażeby piec obracał się z prędkością 1 do 2 obrotów na minutę. Piec
obraca się dzięki tarciu między rolkami, a obręczą. Pośrodku długości pieca znajduje się

20
prostokątny otwór stanowiący zarazem okno wsadowe i otwór spustowy pieca. Otwór ten
ukształtowany jest w postaci leja l i zamykany szczelnie drzwiczkami d.
Rys. 10. Piec łukowy o nagrzewaniu pośrednim – szkic budowy (źródło:[4])
b – obudowa, t – izolacja cieplna, g – wyprawa ogniotrwała, l – lej spustowy, d – drzwiczki, p – obręcze,
r – rolki, e – elektrody, ł – łuk, w – wsad
Elektrody e przeprowadzone są przez przepusty znajdujące się w osi pieca
i przymocowane za pośrednictwem uchwytów wykonanych z brązu do prowadnic, w których
można je przesuwać za pomocą śruby pociągowej (lub silnika). Przepusty i uchwyty elektrod
są chłodzone wodą. Uchwyty umożliwiają również przyłączenie elektrod do źródła zasilania
(transformatora).
Piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim
Piece łukowe o nagrzewaniu bezpośrednim charakteryzują się tym, że łuk płonie
pomiędzy elektrodami a wsadem, co zapewnia większą skuteczność nagrzewania wsadu.
Elektrody w tych piecach są usytuowane pionowo, zapewniając znacznie lepsze
mechaniczne warunki pracy, umożliwiając budowę urządzeń o mocach do 15000 kVA
i pojemnościach 60 ton. Piece te są stosowane do topienia materiałów trudnotopliwych
(wysokogatunkowych stali stopowych), przetapiania stali na odlewy, oczyszczania ciekłej
stali (temperatury robocze rzędu 16000
C – 17000
C).
Na rysunku 11 przedstawiono szkic budowy takiego pieca.
b – obudowa stalowa,
t – warstwa termoizolacyjna,
s – szamot,
c – cegły magnezytowe,
m – masa magnezytowa,
g – ściany ogniotrwałe z cegły
magnezytowej,
d – sklepienie z cegły dynasowej,
e – elektrody,
ł – łuk,
w – wsad,
o – okno wsadowe,
l – lej spustowy.
Rys. 11. Piec łukowy o nagrzewaniu bezpośrednim – szkic budowy (źródło: [4])

21
Położenie elektrod w czasie pracy pieca wymaga częstej korekty, która najczęściej
odbywa się automatycznie dzięki wykorzystywaniu odpowiednich regulatorów.
Piec rezystancyjno-łukowy
Piece rezystancyjno-łukowe charakteryzują się tym, że łuk płonie pomiędzy elektrodami,
których końce pogrążone są we wsadzie stałym o dużej rezystywności, dzięki czemu wsad
nagrzewa się zarówno wskutek płonącego łuku jak i pod wpływem prądu płynącego
pomiędzy elektrodami poprzez wsad. Elektrody w tych piecach nie wymagają specjalnych
właściwości mechanicznych (pracują w pionie i są ściskane), dlatego piece te budowane są
zarówno jako piece o małych, jak i o dużych mocach. Konstrukcje pieców zależą od tego,
która z metod nagrzewania dominuje (łukowa czy rezystancyjna).
Piece rezystancyjno-łukowe stosowane są do otrzymywania metali (mangan, chrom) na
drodze odtleniania ich tlenków. Często tego typu piece buduje się jako otwarte (nie posiadają
sklepienia i gazy przez otwór przedostają się do otoczenia). Temperatura robocza osiąga
nawet 40000
C, a ich moce mogą osiągać wartości nawet kilkudziesięciu MVA.
Na rysunku 12 przedstawiono szkic budowy jednofazowego pieca rezystancyjno-
łukowego.
Posiada on jedną ruchomą elektrodę e. Rolę drugiej elektrody odgrywa przeciwelektroda
pe, stanowiąca zarazem spód komory. Transformator zasilający tr jest umieszczony pod
komorą pieca. Jeden koniec wtórnego uzwojenia transformatora podłączony jest z elektrodą,
drugi zaś z przeciwelektrodą. Średnica elektrody pieców jednofazowych dochodzi do 4 m,
a masa do 100 ton. Przy mocy pieca 13 000 kVA i wartości napięcia bliskiej 90V między
elektrodą, a przeciwelektrodą wartość natężenia prądu płynącego przez elektrodę wynosi
około 150 kA
e – elektroda,
m – obmurze,
tr – transformator zasilający,
ws – wsad stały,
wt – wsad stopiony,
ł – przestrzeń łuku
Rys. 12. Pieca rezystancyjno-łukowy – szkic budowy (źródło: [4])
Średnica elektrod w piecach trójfazowych dochodzi do 1,1 m, a wartość napięcia
uzwojenia wtórnego transformatora zawiera się na ogół w granicach od 120 V do 200 V.
Urządzenia indukcyjne
Indukcyjne urządzenia grzejne to urządzenia, w których ciepło wytworzone jest przez
prądy wirowe indukowane w przewodniku (wsadzie metalowym) wskutek oddziaływania na
niego zmiennego pola magnetycznego, wytworzonego przez prądy płynące w cewce
(wzbudniku).
Zasada pracy
Prądy zmienne ze źródła (sieci, przetwornicy, generatora) doprowadzone są do
równoległego obwodu rezonansowego o częstotliwości rezonansowej dostrojonej do
częstotliwości źródła. Przez cewkę obwodu rezonansowego, pobudzonego do drgań, płynie
prąd o natężeniu większym od natężenia prądu zasilającego obwód tyle razy, ile wynosi
dobroć obwodu rezonansowego.

22
Prądy płynące przez cewkę (wzbudnik) wytwarzają w niej zmienne pole magnetyczne,
przy czym natężenie pola magnetycznego jest tym większe, im większy jest prąd płynący
w cewce i im większa jest liczba zwojów cewki. Zmienne pole magnetyczne bezpośrednio lub
za pośrednictwem rdzenia przenika wsad (element metalowy), indukując w nim prądy
wirowe. Indukowany prąd wirowy, przepływając przez fragment wsadu o określonej wartości
rezystancji R, powoduje wzrost energii cieplnej zawartej w tym fragmencie wsadu. Im
większa jest częstotliwość zmian strumienia magnetycznego, tym bliżej powierzchni wsadu
następuje wzrost gęstości prądów wirowych, a tym samym wzrost gęstości mocy czynnej
(rysunek 13).
Skutkiem tego zjawiska (zwanego zjawiskiem naskórkowości) jest nierównomierny
rozkład chwilowej wartości temperatury, do jakiej rozgrzewany jest wsad, w funkcji
odległości od powierzchni nagrzewanego wsadu.
z – zwój wzbudnika,
dw – średnica wsadu,
dc – średnica wewnętrzna wzbudnika,
Ic – prąd wzbudnika,
Iw –prąd we wsadzie (wirowy),
δw – głębokość wnikania prądu we wsadzie,
Rys. 13. Wzbudnik z wsadem walcowym – szkic ilustracji zjawiska naskórkowości (źródło: [8]) a) widok, b)
przekrój, c) widok z góry.
Często w urządzeniach indukcyjnych (zwłaszcza średniej i dużej częstotliwości)
elementem indukcyjnym obwodu rezonansowego jest transformator, którego uzwojenie
wtórne (często jeden zwój) przyłączone jest do wzbudnika (element, który wytwarza robocze
pole magnetyczne przenikające wsad).
Rozwiązanie to pozwala na zwiększenie natężenia prądu wzbudnika tyle razy, ile razy
liczba zwojów uzwojenia pierwotnego jest większa od liczby zwojów uzwojenia wtórnego
tego transformatora. Powoduje to zwielokrotnienie natężenia pola magnetycznego
przenikającego wsad i zwiększenie gęstości mocy czynnej we wsadzie..
Cechą charakterystyczną urządzeń indukcyjnych jest to, że ostatnim elementem toru
silnoprądowego jest obwód rezonansowy, którego wzbudnik (cewka wytwarzająca pole
magnetyczne przenikające wsad) jest elementem indukcyjnym tego obwodu.
Ze wzoru na częstotliwość rezonansową:
LC
f
π2
1
0 = (4.1.2)
f 0 – częstotliwość rezonansowa,
L – indukcyjność cewki,
C – pojemność kondensatora,
wynika pojemność baterii kondensatorów, którą należy przyłączyć:
Lf
C 2
0
2
4
1
π
= (4.1.3)
Ponieważ podczas procesu grzania materiałów ferromagnetycznych zmienia się
indukcyjność obwodu wskutek zmian przenikalności magnetycznej wsadu, wywołanych
zmianami temperatury, istnieje konieczność zmian parametrów obwodu podczas
nagrzewania.

23
Aby zapewnić optymalne warunki grzania, utrzymując obwód w rezonansie, dokonuje się
zmian poprzez:
− zmianę liczby przyłączonych kondensatorów (w układach małych częstotliwości),
− zmianę częstotliwości źródła zasilania (przetwornicy napięcia w układach średniej
częstotliwości),
− zmianę indukcyjności obwodu (w urządzeniach wielkiej częstotliwości).
Dobór urządzenia o określonej częstotliwości pracy zależy od procesu nagrzewania.
Związane jest to ze zjawiskiem naskórkowości, polegającym na zmniejszaniu się w sposób
wykładniczy gęstości prądu w kierunku od powierzchni do środka przewodnika. Im większa
jest częstotliwość prądu, tym większa jest jego gęstość przy powierzchni.
Głębokość wnikania prądu, nagrzewającego wsad, można określić następującą
zależnością:
frμ
ρ
δ 5030= (4.1.4)
δ – głębokość wnikania prądu w m,
ρ – rezystywność wsadu w Ωm,
μr – względna przenikalność magnetyczna wsadu,
f – częstotliwość prądu w Hz.
Ze względu na zastosowanie urządzenia indukcyjne dzielimy na:
− piece indukcyjne – urządzenia do topienia metali (urządzenia małej częstotliwości),
− nagrzewnice indukcyjne – do nagrzewania metali bez zmiany stanu skupienia.
Nagrzewnice indukcyjne, ze względu na głębokość nagrzewania, dzielimy na:
− nagrzewnice do nagrzewania skrośnego (nagrzewanie przebiega w całej objętości wsadu)
– nagrzewnice małej i średniej częstotliwości,
− nagrzewnice do nagrzewania powierzchniowego – nagrzewnice wysokiej częstotliwości.
W urządzeniach indukcyjnych małej i średniej częstotliwości wyróżniamy:
− nagrzewnice i piece rdzeniowe (wzbudnik umieszczony na rdzeniu magnetycznym),
− nagrzewnice i piece bezrdzeniowe (wsad umieszczony wewnątrz lub na zewnątrz
wzbudnika).
Na rysunku 14 przedstawiono w sposób szkicowy zasadę budowy tych urządzeń.
1 – wzbudnik,
2 – wsad,
3 – rdzeń
magnetyczny,
Rys. 14. Szkice budowy urządzeń grzejnych indukcyjnych (źródło: [8])
a) piec rdzeniowy,
b) piec bezrdzeniowy,
c) nagrzewnica bezrdzeniowa (nagrzewanie zewnętrzne),
d) nagrzewnica bezrdzeniowa (nagrzewanie wewnętrzne).

24
Piec rdzeniowy
W piecu rdzeniowym wzbudnik 1 odgrywający rolę uzwojenia pierwotnego
transformatora wytwarza zmienny strumień magnetyczny zamykający się w rdzeniu
magnetycznym 3. Jako uzwojenie wtórne (zwarty zwój) występuje wsad 2 (topiony metal)
umieszczony w pierścieniowym korycie stanowiącym komorę pieca i wykonanym z materiału
ogniotrwałego. Pod wpływem zmian strumienia magnetycznego powstają we wsadzie prądy
indukowane przyczyniające się do nagrzewania i topienia wsadu. Na rysunku 15
przedstawiono szkic budowy indukcyjnego pieca rdzeniowego stosowanego do topienia
aluminium.
p – wzbudnik,
r – rdzeń,
pr – pień rdzenia,
k – kanał,
z – zbiornik,
b – obudowa,
a – rura termoizolacyjna,
g – wyprawa ogniotrwała,
c – korek ceramiczny.
Rys. 15. Piec indukcyjny rdzeniowy do topienia aluminium – szkic budowy (przekrój) (źródło: [4])
W piecu tym rolę zwoju zwartego stanowi metal znajdujący się w kanale k. Przy
rozpoczęciu każdego wytopu kanał musi być wypełniony metalem, dlatego podczas każdego
zlewu pozostawia się w kanale resztkę stopionego metalu o poziomie zapewniającym
tworzenie zwoju zwartego. Metal przeznaczony do topienia ładowany jest do zbiornika
znajdującego się w górnej części pieca i nagrzewany jest kosztem ciepła wytworzonego
w metalu wypełniającym kanał. Ciepło przenosi się do wsadu przez unoszenie wywołane
krążeniem metalu między kanałem a zbiornikiem.
Rdzeń pieca wykonany jest z izolowanych blach transformatorowych i jest chłodzony
wodą.
Piece rdzeniowe zasila się napięciem o częstotliwości sieciowej i wartości od 230 V do
500 V, otrzymanych z transformatora obniżającego wartość napięcia sieci
wysokonapięciowej.
Piec bezrdzeniowy
W piecu bezrdzeniowym wsad znajduje się w tyglu ogniotrwałym otoczonym zwojami
wzbudnika. Wobec braku rdzenia żelaznego strumień magnetyczny wytworzony przez
wzbudnik musi zamykać się przez powietrze i wsad. Oporność magnetyczna drogi strumienia
magnetycznego w powietrzu jest duża, dlatego wartość strumienia magnetycznego w piecach
bezrdzeniowych jest mała.
Uzyskanie odpowiedniej wartości siły elektromotorycznej indukowanej we wsadzie przy
zmniejszonym strumieniu magnetycznym jest możliwe przy odpowiednio zwiększonej
częstotliwości jego zmian. Z tego względu piece bezrdzeniowe wymagają zasilania napięciem
o częstotliwości większej niż to jest możliwe w piecach rdzeniowych.
W praktyce piece indukcyjne bezrdzeniowe zasilane są napięciem zmiennym
o częstotliwościach od 500 Hz d0 3000 Hz. Przy takich częstotliwościach występuje dość
wyraźnie zjawisko naskórkowości. Największe wartości gęstości prądów indukowanych we
wsadzie występują w cienkiej warstwie przyściennej. W tabeli 2 przedstawiono głębokości
wnikania prądu dla roztopionej stali i miedzi dla trzech częstotliwości.

25
Tabela 2. (źródło: [4])
Głębokość wnikania prądu w mm przy częstotliwości:
metal
50 Hz 500 Hz 3000 Hz
stal 70 21 9
miedź 33 11 5
Na rysunku 16 przedstawiono szkic budowy indukcyjnego pieca rdzeniowego
stosowanego do topienia stali.
p – wzbudnik,
w – wsad,
tg – tygiel,
a – izolacja cieplna,
m – mikanit,
s – podstawa szamotowa,
d – rama drewniana,
sp – lej spustowy,
op – oś przechylenia pieca,
ch – rurociągi wody chłodzącej.
Rys. 16. Indukcyjny piec rdzeniowy stosowany do topienia stali – szkic budowy (źródło: [4])
W piecu tym wzbudnik p i tygiel tg umocowane są na podstawie szamotowej s osadzonej
na ramie drewnianej d. Elementy obudowy pieca wykonywane są ze stali niemagnetycznej,
żeby nie nagrzewały się zbytnio pod wpływem zmiennego strumienia magnetycznego
wytworzonego przez wzbudnik. Również metalowe elementy konstrukcyjne wykonuje się
tak, aby zapobiec tworzeniu się zamkniętych obwodów dla prądów wirowych (izolowanie
miejsc połączeń). Wzbudnik wykonuje się z rury miedzianej, której wnętrze wykorzystuje się
do przepływu wody chłodzącej.
Zlewu roztopionego metalu dokonuje się poprzez obrót pieca wokół osi przechylenia op.
Piece te, w odróżnieniu od pieców kanałowych, nie wymagają pozostawiania części
roztopionego metalu podczas opróżniania.
Wartość napięcia zasilającego wzbudnik wynosi od 500 V do 2000 V.
Zalety nagrzewania indukcyjnego:
− małe koszty w porównaniu z innymi rodzajami nagrzewania,
− możliwość uzyskania dużej gęstości mocy grzejnej we wsadzie,
− możliwość regulacji głębokości nagrzewania,
− łatwa regulacja wartości temperatury i jej rozkładu we wsadzie,
− łatwa regulacja szybkości nagrzewania,
− łatwe i szybkie uruchamianie procesu grzania, bez długotrwałych procesów rozgrzewania
i studzenia urządzeń,
− powtarzalność procesów grzejnych,
− nagrzewanie bezpłomieniowe,
− możliwość budowania urządzeń o dużym zakresie mocy (od kilkuset woltoamperów do
kilku megawoltoamperów).

26
Urządzenia indukcyjne są stosowane do:
− nagrzewania skrośnego wyrobów przed obróbką plastyczną (kucie, tłoczenie),
− nagrzewania miejscowego do łączenia metali (lutowania lutem twardym i miękkim,
zgrzewania),
− nagrzewania powierzchniowego do hartowania powierzchniowego przedmiotów
stalowych,
− topienia metali,
− nagrzewania łatwopalnych substancji (umieszczonych w zbiornikach stalowych)
wykorzystywanych w procesach technologicznych przemysłu chemicznego (np.
łatwopalne składniki stosowane do produkcji farb i lakierów).
Źródłem napięcia przemiennego w urządzeniach średniej częstotliwości są różnego
rodzaju przetwornice napięcia. Starsze rozwiązania to przetwornice elektromaszynowe
wytwarzające napięcia o częstotliwościach do 1000 Hz.
Obecnie powszechne zastosowanie mają przetwornice budowane w oparciu o elementy
półprzewodnikowe. Urządzenia o mocach do kilkudziesięciu kilowoltoamperów posiadają
przetwornice tranzystorowe, a urządzenia większych mocy posiadają przetwornice
tyrystorowe (falowniki). Źródłem prądów zmiennych w urządzeniach dużych częstotliwości
są generatory lampowe.
W wielu zastosowaniach grzania indukcyjnego urządzenia muszą umożliwiać regulację
mocy potrzebną w czasie nagrzewania albo przy dopasowaniu układu do różnych wsadów.
Obecnie produkowane urządzenia grzejne umożliwiają płynną regulację mocy w pełnym
zakresie (od 0 do mocy znamionowej). Regulację tę uzyskuje się poprzez płynną regulację
napięcia stałego, którym zasilana jest przetwornica lub generator. Zmiana napięcia zasilania
przetwornicy (generatora) powoduje zmianę amplitudy wytworzonego napięcia
przemiennego, którym zasilany jest wzbudnik. To zaś prowadzi do zmiany amplitudy prądu
płynącego przez wzbudnik i zmiany amplitudy natężenia pola magnetycznego wytworzonego
przez ten prąd a przenikającego wsad. Skutkiem tego jest zmiana mocy czynnej
przekazywanej do wsadu za pośrednictwem pola magnetycznego.
W urządzeniach indukcyjnych powszechne są dwa rozwiązania regulacji napięcia stałego
(a poprzez to regulację mocy grzania):
− stosowanie regulowanego prostownika tyrystorowego, najczęściej zasilanego
bezpośrednio z sieci jedno- lub trójfazowej,
− stosowanie regulowanego regulatora napięcia przemiennego, włączony pomiędzy zaciski
sieci zasilającej, a zaciski uzwojeń strony dolnego napięcia transformatora
podwyższającego napięcie. Uzwojenia górnego napięcia tego transformatora są
przyłączone do prostownika diodowego, z którego zasilana jest przetwornica (lub
generator). Rozwiązanie to stosowane jest w urządzeniach, w których wymagane jest, aby
przetwornica (lub generator) zasilana była wysokim napięciem stałym (powyżej 1kV).
Urządzenia pojemnościowe
Pojemnościowe urządzenia grzejne to urządzenia, w których ciepło wytworzone jest
w dielektryku znajdującym się w zmiennym polu elektrycznym kondensatora.
Szybkozmienne pole elektryczne powoduje ruchy drgające cząstek dielektryka (dipoli),
czemu towarzyszy powstawanie ciepła (straty dielektryczne). Metodę tę stosuje się do
nagrzewania materiałów nieprzewodzących (dielektryków). Szkic budowy pojemnościowego
urządzenia grzejnego przedstawiono na rysunku 17.

27
G – generator napięcia w.cz.
e – elektrody,
w – wsad.
Rys. 17. Szkic budowy urządzenia grzejnego pojemnościowego (źródło: [4])
Elektrody metalowe e, do których doprowadzone jest napięcie o bardzo dużej
częstotliwości z generatora G, stanowią okładziny kondensatora, między którymi
umieszczony jest nagrzewany materiał w. Taki układ grzejny można przedstawić jako
szeregowe połączenie idealnego kondensatora C (bez strat) z rezystorem o rezystancji R,
dobranej tak, aby moc cieplna wytworzona w tym rezystorze pod wpływem przepływającego
prądu była równoważna mocy cieplnej stanowiącej straty dielektryczne kondensatora.
Rys. 18. Schemat zastępczy pojemnościowego układu grzejnego (a) i jego wykres wskazowy (b)
δ – kąt strat dielektrycznych (źródło: opracowanie własne)
Kondensator C, jako bezstratny, mocy czynnej nie pobiera.
Moc czynna układu (moc cieplna) jest mocą wytwarzaną w rezystorze:
P = I UR (4.1.5)
Składowa czynna napięcia UR = U sinδ (4.1.6)
Składowa bierna napięcia UC = U cosδ = I XC (4.1.7)
XC – reaktancja kondensatora
fC
Xc
π2
1
= (4.1.8)
f – częstotliwość napięcia zasilającego.
Z zależności (4.1.7) i (4.1.8) wynika: I = U 2πfC cos δ (4.1.9)
A więc moc cieplna P = I UR = 2πfCU2
cosδ sinδ (4.1.10)
Korzystając z zależności trygonometrycznych:
δ
δ
δ 2
1
sin
tg
tg
+
= (4.1.11) oraz
δ
δ 2
1
1
cos
tg+
= (4.1.12)
Można napisać:
δ
δ
π 2
2
1
2
tg
tg
fCUP
+
= (4.1.13)
tg δ – nazywa się współczynnikiem strat dielektrycznych.
R C
U
UR UC
I
a)
δ
UC
U
b) UR I

28
W praktyce grzejnictwa pojemnościowego kąt strat dielektrycznych δ jest na tyle mały,
że czynnik tg2
δ jest wielokrotnie mniejszy od 1 i można go pominąć, gdyż nie odgrywa on
istotnej roli, więc moc grzejną można wyrazić zależnością:
P = 2πfC U2
tg δ (4.1.14)
Nazwa „nagrzewanie pojemnościowe” wiąże się z zależnością mocy cieplnej od wartości
pojemności C występującej w powyższym wzorze.
Moc grzejna rośnie z kwadratem wartości napięcia zasilającego. Maksymalna wartość
napięcia jest ograniczona wytrzymałością elektryczną dielektryka, w praktyce wartości napięć
dochodzą nawet do kilkudziesięciu kV.
Moc cieplna jest proporcjonalna do częstotliwości, dlatego dąży się do zasilania tego typu
urządzeń z napięciem o dużej częstotliwości (powyżej 1MHz).
Przy procesach nagrzewania posługuje się pojęciem mocy jednostkowej wyrażonej jako
stosunek mocy cieplnej do objętości wsadu.
δπfCtg
V
U
V
P
p 2
2
== (4.1.15)
Objętość wsadu V = Sd
S – powierzchnia wsadu (elektrod)
d – wysokość wsadu (odległość między elektrodami)
W praktyce bardzo często elektrody nagrzewnicy pojemnościowej i wsad stanowią
kondensator płaski.
Pojemność kondensatora płaskiego wyraża zależność:
d
S
C
ε
= (4.1.16)
ε – przenikalność elektryczna dielektryka (wsadu).
Uwzględniając powyższe zależności otrzymamy:
δεπδ
ε
π tgf
d
U
tg
d
S
f
Sd
U
V
P
p 22 2
22
=== (4.1.17)
Pole elektryczne między elektrodami kondensatora płaskiego jest równomierne, a jego
natężenie E wyraża zależność:
d
U
E = (4.1.18)
Stąd moc jednostkowa:
δεπ tgEfp 2
2= (4.1.19)
Wielkość mocy jednostkowej ograniczana jest przez:
− maksymalne dopuszczalne natężenie pola elektrycznego (wytrzymałość elektryczną
wsadu),
− maksymalną częstotliwość pracy ograniczaną konstrukcją generatorów i zjawiskami
fizycznymi, powodującymi nierównomierne nagrzewanie przy bardzo dużych
częstotliwościach (powstawanie fal stojących), problemami przesyłu energii przy bardzo
dużych częstotliwościach.
W nagrzewnicach pojemnościowych pobór mocy i wartość temperatury wadu można
regulować przez:
− zmianę wartości napięcia zasilającego,
− zmianę częstotliwości napięcia zasilającego,
− zmianę położenia elektrod (rozsunięcie, zbliżenie).

29
Zaletą pojemnościowej metody nagrzewania jest krótki czas nagrzewania wsadu oraz
uzyskiwanie równomiernego rozkładu wartości temperatur wewnątrz nieprzewodzącego
materiału w stopniu nieosiągalnym żadną inną metodą.
Nagrzewanie pojemnościowe zwane jest również nagrzewaniem dielektrycznym ze
względu na zjawiska występujące w dielektryku. Na rysunku 19 przedstawiono szkic budowy
pojemnościowej suszarki do drewna, a na rysunku 4.1.20 szkic budowy zgrzewarki
pojemnościowej.
e – elektrody robocze,
pe – przeciwelektrody,
w – wsad,
pw – podstawa wózka,
d – belki dociskowe,
s – ściągacze,
sw – szczeliny wentylacyjne.
Rys. 19. Pojemnościowa suszarka drewna – szkic budowy (źródło: [4])
W suszarce do drewna poziomo umieszczone elektrody mają postać siatki wykonanej
z drutu mosiężnego o średnicy od 0,5 mm do 1,5 mm. Elektrody są połączone z jednym
biegunem źródła a przeciwelektrody z drugim – połączonym z konstrukcją urządzenia.
Elektrody, wsad i przeciwelektrody ułożone są na przemian tworząc zespół równolegle
połączonych kondensatorów. Stos jest ściśnięty belkami dociskowymi d i podstawą wózka pw
za pomocą ściągaczy s. Między belkami (deskami) każdej warstwy wsadu pozostawia się
pionowe szczeliny wentylacyjne sw umożliwiające krążenie powietrza i odbieranie wilgoci
wydzielającej się z nagrzewanego drewna.
e – elektroda,
w1, w2 – wsad (spajane materiały).
Rys. 20. Spajarka pojemnościowa do tworzyw sztucznych – szkic budowy (źródło: [4])
Spajarka pojemnościowa zawiera dwie elektrody w postaci kółek metalowych, między
którymi przesuwa się spajane ze sobą materiały. Za pomocą spawarek pojemnościowych
można ze sobą spajać materiały o grubości do 3 mm. Tego typu urządzenia budowane są
o mocach od kilku do 100 VA i częstotliwościach od 50 MHz do 200 MHz. Natężenie pola
elektrycznego przy spajaniu elektrycznym nie powinno przekraczać 1000 V/m.
Nagrzewanie pojemnościowe jest stosowane do:
− podgrzewania tworzyw sztucznych konstrukcyjnych przed operacjami tłoczenia;
Stosowane są nagrzewnice o mocach rzędu kilowatów przy napięciach do 3 kV
i częstotliwościach 20 – 25 MHz przy temperaturach do 1800
C,
− suszenie drewna (częstotliwość pracy do 5 MHz, temperatury pracy do 1500
C),
− klejenia drewna (wyrobu sklejek, płyt pilśniowych, kształtowych materiałów
konstrukcyjnych), zakres temperatur od 60 do 1500
C,

30
− spajania tworzyw sztucznych (temperatura pracy od 60 – 1500
C przy częstotliwościach
od 25 – 250 MHz i mocach od 5 – 100 W),
− suszenia i sterylizacji produktów spożywczych i farmaceutycznych,
− pasteryzacji mleka,
− nagrzewania żywności.
Cechą charakterystyczną nagrzewnic pojemnościowych jest to, że tor silnoprądowy
zakończony jest kondensatorem (którego okładziny stanowią elektrody robocze) zasilanym
z generatora bardzo dużej częstotliwości.
Urządzenia grzejne domowe
Istnieje duża różnorodność elektrycznych urządzeń grzejnych różniących się wielkością,
konstrukcją, przeznaczeniem i mocą grzejną. Moc grzejna urządzeń domowych zwykle nie
przekracza 1 kW.
Ze względu na przeznaczenie można wyróżnić następujące grupy elektrycznych
domowych urządzeń grzejnych:
− grzejniki do ogrzewania pomieszczeń (konwekcyjne, akumulacyjne, wentylatorowe,
kominkowe, promiennikowe, panelowe, podłogowe, podgrzewacze łazienkowe),
− grzejniki do nagrzewania cieczy (bojlery, ogrzewacze przepływowe, grzałki nurkowe,
podgrzewacze),
− naczynia grzejne (garnki, patelnie, naczynia do smażenia, szybkowary),
− kuchenki do nagrzewania naczyń i ich zawartości (kuchnie, kuchenki, kuchenki
mikrofalowe, płyty grzejne, piekarniki, podstawki),
− przyrządy do nagrzewania żywności (piece chlebowe, rożna, frytkownice, opiekacze),
− narzędzia grzejne (lutownice, żelazka, parniki, zapalarki, opalarki, suszarki do włosów,
poduszki, koce, buty, suszarki łazienkowe, suszarki do naczyń).
Urządzenia grzejne stosowane w gospodarstwach domowych powinny być tak
skonstruowane i posiadać tak opracowaną instrukcję obsługi, aby ich uruchamianie i obsługa
w czasie normalnego użytkowania nie sprawiała kłopotów przeciętnym użytkownikom, nie
mającym wykształcenia technicznego.
Domowe urządzenia elektrotermiczne stanowią szczególne zagrożenie porażeniowe
i pożarowe dla osób je użytkujących, ze względu na: powszechność stosowania, łatwą
dostępność dla dzieci, użytkowanie w pomieszczeniach wilgotnych, przenoszenie
i użytkowanie w ruchu, wysoką temperaturę pracy, częste są użytkowanie przez osoby nie
posiadające nawet podstawowej wiedzy technicznej.
Energooszczędne urządzenia grzejne
Energooszczędne urządzenia grzejne to urządzenia, w których do niezbędnego minimum
ograniczone są straty energii, pozwalające na racjonalną i oszczędną gospodarkę energią
cieplną, wykorzystywaną w różnych dziedzinach techniki.
Oszczędność energii w eksploatacji urządzeniach grzejnych można uzyskać poprzez:
− zasilanie urządzeń z tanich, odnawialnych źródeł energii,
− budowę urządzeń o dużej sprawności energetycznej,
− odpowiednie dobieranie urządzeń do procesu technologicznego,
− prowadzenie racjonalnej eksploatacji.

31
Ograniczenie strat energii urządzeń i procesów grzejnych można uzyskać poprzez:
1. Przekazywanie energii cieplnej do odbiornika z maksymalną sprawnością:
a) przy ogrzewaniu cieczy stosowanie elementów bezpośrednio zanurzonych w cieczy
– grzałki zanurzeniowe, elektryczne garnki do podgrzewania wody, podgrzewacze
przepływowe,
b) przy ogrzewaniu pomieszczeń i dużych przestrzeni – stosowanie wymuszonego ruchu
czynnika grzejnego przez wentylatory, pompy,
c) przy ogrzewaniu miejscowym – stosowanie nagrzewania bezpośredniego lub
kierunkowego – nagrzewanie indukcyjne wsadów metalowych, nagrzewanie
pojemnościowe wsadów dielektrycznych, nagrzewanie promieniowe stanowisk
w dużych halach,
d) przy ogrzewaniu komorowym – stosowanie na izolację cieplną komory materiałów
o bardzo małej przewodności cieplnej, szczelnych konstrukcji i wymuszonego ruchu
czynnika cieplnego,
2. Utrzymywanie temperatury tylko na niezbędnym poziomie:
a) stosowanie skutecznych regulatorów temperatury o charakterystykach regulacji
dostosowanych do parametrów nagrzewanych obiektów, zapewniających optymalne
jej oscylacje (z punktu widzenia pobierania mocy i wymagań procesu grzejnego),
b) w procesach charakteryzujących się wymaganą zmiennością temperatury, stosowanie
regulatorów programowalnych – np. w systemach całodobowego ogrzewania
pomieszczeń.
3. Nagrzewanie obiektów tylko w czasie niezbędnym dla danego procesu grzejnego
– stosowanie programatorów czasowych.
4. Skracanie czasu rozruchu (czasu uzyskania wymaganej temperatury roboczej):
a) stosowanie urządzeń o bardzo małej bezwładności cieplnej (nagrzewnice indukcyjne,
pojemnościowe, ogrzewacze przepływowe),
b) wykorzystywanie ciepła stygnących wsadów do wstępnego podgrzewania zimnych
wsadów przed głównym procesem nagrzewania.
5. Wykorzystywanie nowoczesnych technik elektronicznego przetwarzania energii
w urządzeniach, w których systemy grzejne nie są zasilane napięciami o częstotliwości
sieciowej.
Ze względu na różnorodne technologie nagrzewania, które stawiają bardzo różne
wymagania urządzeniom grzejnym, nie ma jednoznacznych kryteriów porównywania
oszczędności energetycznej urządzeń wykorzystywanych do różnych procesów.
Można jedynie porównywać urządzenia przeznaczone i wykorzystywane do takich
samych lub podobnych procesów grzejnych.
Za energooszczędne urządzenia grzejne uważa się te urządzenia, które stosowane do tego
samego procesu grzejnego (zapewniają taką samą technologię nagrzewania), zużywają
znacznie mniej energii (mają większą sprawność energetyczną), niż inne urządzenia grzejne
przeznaczone do tego samego celu.
Stosowanie nowoczesnych i bardziej wydajnych podzespołów oraz technologii
nagrzewania sprzyja budowie coraz bardziej wydajnych i oszczędnych urządzeń grzejnych,
ale ich koszty nie zawsze uzasadniają ich stosowanie.
Urządzenia chłodnicze stosowane w przemyśle, handlu i gospodarstwie domowym
Zadaniem urządzeń chłodniczych jest obniżenie temperatury ciała poniżej temperatury
otoczenia.

32
Urządzenia chłodnicze mają zastosowanie do:
− przechowywania żywności (chłodziarki, zamrażarki, chłodnie, chłodziarki do napojów,
lady chłodnicze),
− do utrzymywania warunków komfortu w pomieszczeniach (urządzenia klimatyzacyjne),
− do przemysłowych procesów technologicznych (przemysł spożywczy, farmaceutyczny,
chemiczny, elektroniczny, medyczny).
Powszechnie stosowane są następujące rodzaje urządzeń chłodniczych:
− urządzenia sprężarkowe,
− urządzenia absorpcyjne,
− urządzenia termoelektryczne.
Urządzenia sprężarkowe
W urządzeniach sprężarkowych sprężarka, napędzana silnikiem elektrycznym, spręża
parę ośrodka chłodniczego, czemu towarzyszy wzrost energii pary i jej temperatury powyżej
temperatury otoczenia.
Sprężona para doprowadzona jest do wymiennika ciepła (skraplacza), którego
temperatura jest niższa niż temperatura pary (w urządzeniach domowych i handlowych jest to
temperatura otoczenia).
W skraplaczu para oddaje ciepło do otoczenia skraplacza i przechodzi w stan ciekły.
Ciecz chłodząca gromadzona jest w zbiorniku. Ze zbiornika ciecz doprowadzona jest poprzez
zawór redukcyjny do chłodnicy, w której panuje ciśnienie, przy którym ciecz paruje
w temperaturze 12 do 150
C. Podczas parowania cieczy w chłodnicy występuje pochłanianie
ciepła z jej otoczenia i oziębianie przy tym przedmiotów znajdujących się w komorze
chłodzenia. Z chłodnicy czynnik chłodzący zasysany jest do sprężarki i wprowadzony
ponownie do obiegu.
W wyniku tych procesów odbywa się odbieranie ciepła z przedmiotów oziębianych
i rozproszenie go w otoczeniu. Dzieje się to kosztem energii elektrycznej doprowadzonej do
silnika sprężarki.
Na rysunku 21 przedstawiono w sposób schematyczny budowę chłodniczego urządzenia
sprężarkowego, zaznaczając strzałką kierunek obiegu czynnika chłodzącego.
m – silnik napędzający sprężarkę,
sp – sprężarka,
mw – manometr wysokiego ciśnienia,
s – skraplacz,
z – zbiornik cieczy chłodzącej,
zr – zawór redukcyjny
ch – chłodnica
mn – manometr niskiego ciśnienia.
Rys. 21. Chłodzące urządzenie sprężarkowe – szkic budowy urządzenia (źródło: [4])
Urządzenia tego typu posiadają dwie części ciśnieniowe:
− niskoprężną, od zaworu zwrotnego poprzez chłodnicę do sprężarki,
− wysokoprężną, od sprężarki poprzez wymiennik ciepła i zbiornik cieczy do zaworu
redukcyjnego.
Zaletą chłodziarek sprężarkowych jest ich wysoka sprawność (w porównaniu z innymi
chłodziarkami), wadą natomiast jest występowanie silnika.

33
Cechą charakterystyczną chłodziarek sprężarkowych jest występowanie silnika
napędzającego sprężarkę.
Urządzenia absorpcyjne
Chłodziarki absorpcyjne różnią się od chłodziarek sprężarkowych tym, że do
przeprowadzania cyklu chłodzenia wykorzystywana jest energia cieplna zamiast energii
mechanicznej, w związku z czym nie posiadają silnika. Sprężarki te posiadają element
grzejny.
Zasada działania chłodziarek absorpcyjnych oparta jest na zjawisku silnego pochłaniania
(absorpowania) pewnych gazów przez niektóre ciała (np. amoniak jest silnie pochłaniany
przez chlorek srebra i wodę).
Na rysunku 22 przedstawiono w sposób schematyczny budowę chłodniczego urządzenia
absorpcyjnego, zaznaczając strzałką kierunek obiegu czynnika chłodzącego.
W pochłaniaczu urządzenia znajduje się ciało nasycone gazowym czynnikiem
chłodzącym, najczęściej amoniakiem. Pochłaniacz podgrzewany jest grzejnikiem
elektrycznym. Pod wpływem ciepła czynnik chłodzący wydziela się z ośrodka absorpującego
i przedostaje się do skraplacza chłodzonego wodą, gdzie wskutek chłodzenia przechodzi
w stan ciekły i spływa do zbiornika pod ciśnieniem czynnika gazowego dopływającego do
skraplacza. Gdy dostateczna ilość czynnika chłodzącego przejdzie do zbiornika, nagrzewanie
pochłaniacza zostaje przerwane i pochłaniacz stygnie. Po ostygnięciu pochłaniacza,
znajdujące się w nim ciało pochłaniające zaczyna ponownie pochłaniać czynnik chłodzący
doprowadzony tylko z chłodnicy (dzięki zaworom zwrotnym).
Chłodnica zbudowana jest w postaci płaszcza otaczającego komorę chłodziarki, w której
umieszczany jest wsad do oziębiania. Czynnik chłodzący wypełniający płaszcz chłodnicy
parując odbiera ciepło z komory chłodnicy, oziębiając jej wnętrze. W miarę parowania
czynnika w chłodnicy i pochłaniania go w pochłaniaczu ciekły czynnik dopływa ze zbiornika.
Gdy odpowiednia ilość czynnika przejdzie do pochłaniacza włącza się ponownie
podgrzewanie pochłaniacza i cały obieg się powtarza.
Chłodziarki absorpcyjne posiadają skraplacz, zbiornik cieczy i chłodnicę w zasadzie takie
same, jak chłodziarki sprężarkowe, a zamiast sprężarki mają pochłaniacz z grzejnikiem.
g – grzejnik,
p – pochłaniacz,
s – skraplacz,
dw – dopływ wody,
ow – odpływ wody,
zz – zawór zwrotny,
z – zbiornik cieczy chłodzącej,
ch – chłodnica
Rys. 22. Chłodzące urządzenie absorpcyjne – szkic budowy urządzenia (źródło: [4])
W urządzeniach chłodniczych, oprócz układu chłodzenia, stosuje się również elementy
grzejne, które mają za zadanie cykliczne odszranianie wnętrza chłodziarek w czasie przerw w
pracy układu chłodzenia.

34
Urządzenia termoelektryczne
Zasada pracy termoelektrycznych urządzeń chłodniczych oparta jest na wykorzystaniu
zjawisk termoelektrycznych. Podstawowym zjawiskiem wykorzystywanym w urządzeniach
chłodniczych jest zjawisko Peltiera.
Zjawisko Peltiera polega na pochłanianiu ciepła na jednym ze spojeń połączonych
przewodników (półprzewodników), a wydzielanie go na drugim (w zależności od kierunku
prądu), gdy w obwodzie przewodników (półprzewodników) płynie prąd stały. Ilość
wydzielonego lub pochłoniętego ciepła jest proporcjonalna do natężenia płynącego prądu
i temperatury bezwzględnej styku i zależy od rodzaju materiałów, z których wykonane jest
spojenie.
Budowa modułu chłodniczego
W celu zwiększenia efektywności chłodzenia (grzania) elementy termoelektryczne łączy
się w grupy (od kilku do stukilkudziesięciu) i umieszcza w jednej konstrukcji, pomiędzy
zewnętrznymi kontaktowymi płytami ceramicznymi (lub z innego materiału dielektrycznego)
o dużym współczynniku przewodzenia ciepła.
Na rysunku 23 przedstawiono szkic budowy modułu termoelektrycznego.
Termoelementy, poprzez pośrednie, stykowe płytki miedziane, oddziałują termicznie na
płyty zewnętrzne. Spoiny „zimne” na jedną płytę (strona zimna modułu), a spoiny „ciepłe” na
drugą (strona ciepła modułu). Ze skrajnych termoelementów wyprowadzone są
podłączeniowe przewody (lub zaciski wyjściowe). Wewnętrzne połączenia termoelementów
zależą od napięcia pracy i mocy modułu.
Rys. 23. Szkic budowy modułu termoelektrycznego i moduł (źródło: [1])
Pojedyncze moduły mogą zapewnić różnicę temperatur strony zimnej i gorącej rzędu 50
– 60 stopni.
W celu uzyskania większej różnicy temperatur stosuje się kaskadowe układy modułów
(umieszczone jeden nad drugim). W sześciostopniowym układzie kaskadowym można
osiągnąć temperaturę rzędu – 1000
C. Na rysunku 24 przedstawiono 3-stopniowy kaskadowy
moduł termoelektryczny.
Rys. 24. Moduł kaskadowy 3-stopniowy (źródło: [1])

35
Do zalet chłodzenia termoelektrycznego można zaliczyć:
− brak płynnego czynnika chłodzącego i podzespołów pracujących pod ciśnieniem,
− brak części ruchomych,
− cicha praca,
− mniejsza masa i wymiary,
− możliwość pracy w dwóch stanach (chłodzenie lub podgrzewanie) i łatwa zmiana trybu
pracy (przez zmianę kierunku przepływu prądu),
− bardzo mała bezwładność cieplna i wysoka dokładność utrzymywania i regulowania
temperatury,
− brak obsługi podczas pracy oraz wysoka niezawodność,
− odporność na wstrząsy i udary mechaniczne oraz dowolna pozycja pracy.
Do wad tych urządzeń należy zaliczyć niską sprawność energetyczną i ograniczoną moc
(z przyczyn ekonomicznych) do mocy rzędu 1 kW.
Moduły z dołączonymi do nich wymiennikami ciepła (radiatory z wentylatorami)
i dodatkowymi elementami konstrukcyjnymi stanowią tak zwane agregaty termoelektryczne.
W tabeli 3 dane techniczne wybranych modułów termoelektrycznych.
Tabela 3. Dane techniczne wybranych kaskadowych modułów termoelektrycznych (źródło: [1])
Typ
Liczba
stopni
kaskady
Qomax
[W]
ΔTmax
[0C]
Iopt
[A]
Uopt
[V]
Wymiary
gabarytowe
modułu, [mm]
Producent
Altec-2 2 40 84 7,2 18,0 ITE
K2-158-1T,5 2 5,2 95* 2,8 15,0 30 x 30 x 7,2 OSTERM
2MC10-075-10 2 7,2 98 4,2 6,9 15x18x3,6 Thermion
2MT4,7-1,6-127 2 50 83 9,5 14,4 62 x 62 x 7,5 Moduł
M 12060 2 1,1 96* 5,5 0,8 Marlow x
M12063T 2 14,6 91* 5,0 8,4 Marlow
K3-322-0,7 1,5 3 4,1 108* 1,0 24,0 24,2x24,2x10, OSTERM
2CP085 065-127-
71
2 60 82 9,5 15,7 Melcor
M13021T 3 0,33 110* 1,3 1,9 Marlow x
SP1056 3 5,6 105 4,5 7,3 Melcor
3CP085 065-127-
71-31
3 30 98 8,3 15,5 Melcor
4MC10-089-10 4 1,0 129 3,4 6,5 15 x 18x6,7 Thermion x
M 14040 4 2,7 120* 4,0 6,8 Marlow x
4CP085 065-127-
71-31-17
4 16,5 108 7,43 14,8 Melcor
6CP085 065-127-
71-31-17-7-2
6 2,95 132 7,15 14,6 62x62x21,4 Melcor
Uwagi: l) * – wartości uzyskane w próżni,
2) x – moduły przeznaczone dla zastosowań w urządzeniach elektronicznych.
Podstawowe parametry użytkowe modułów termoelektrycznych to:
Q0max [W] – maksymalna wydajność chłodnicza – określana jest jako moc cieplna
pochłaniana przez moduł (jego stronę zimną) przy zerowej różnicy temperatur
strony zimnej i gorącej oraz stałej temperaturze strony gorącej (najczęściej 270
C).

36
ΔTmax [0
C] – maksymalna różnica temperatur – określana jest jako różnica temperatur strony
zimnej i gorącej przy braku obciążenia cieplnego i stałej temperaturze strony
gorącej (najczęściej 270
C). Brak obciążenia cieplnego oznacza, że strona zimna
modułu nie pobiera ciepła z otoczenia. Parametr ten mierzony jest w urządzeniach
próżniowych posiadających zabezpieczenia osłabiające również wpływ
zewnętrznego promieniowania cieplnego.
Iopt [A] – optymalna wartość natężenia prądu zasilającego – natężenie prądu zasilającego
któremu odpowiadają wielkości ΔTmax i Q0max.
Uopt [V] – optymalna wartość napięcia zasilania – wartość napięcia zasilania
odpowiadająca optymalnej wartości natężenia prądu zasilającego Iopt (czasami
nazywana napięciem maksymalnym).
Upr [V] – zalecana wartość napięcia roboczego.
Ipr [A] – zalecana wartość natężenia prądu roboczego.
W zależności od środków uczestniczących w wymianie ciepła po obu stronach modułu
termoelektrycznego rozróżnia się następujące typy agregatów (pierwsze miejsce oznaczenia
dotyczy strony zimnej):
AA – powietrze–powietrze,
AL – powietrze–ciecz,
LL – ciecz–ciecz,
LA – ciecz–powietrze,
DA – płyta kontaktowa–powietrze,
DL – płyta kontaktowa–ciecz,
DD – płyta kontaktowa–płyta kontaktowa.
Urządzenia termoelektryczne budowane są o mocach do 1 kW, dlatego ich zastosowanie
w przemyśle jest jeszcze ograniczone.
Urządzenia termoelektryczne, ze względu na swoje zalety, wypierają stopniowo
urządzenia chłodnicze sprężarkowe i absorpcyjne małych mocy (do 1 kW).
Zakres ich zastosowań jest coraz większy, a w szczególności obejmuje:
− chłodziarki domowe i samochodowe,
− termostaty kuchenne, barowe i balkonowe,
− inkubatory i szafy suszarnicze,
− chłodziarki i podgrzewacze napojów,
− klimatyzatory, w tym samochodowe,
− aparaturę medyczną,
− termostaty w sprzęcie RTV, AGD i w komputerach,
− mini wytwornice lodu.
− elementy wspomagające pracę innych chłodziarek (sprężarkowych i absorpcyjnych).
Cechą charakterystyczną chłodziarek termoelektrycznych jest to, że brak jest w nich
silników, sprężarek i elementów grzejnych, a moduły termoelektryczne zasilane są napięciem
stałym wygładzonym. Układ zasilania zmiennoprądowego zawiera prostownik i filtr
wygładzający.
Uruchamianie urządzeń grzejnych i chłodniczych stosowanych w handlu
i gospodarstwie domowym i sprawdzanie ich stanu technicznego
Użytkowanie i obsługiwanie urządzeń elektrotermicznych przeznaczonych dla handlu
i gospodarstw domowych powinno być zgodne z informacjami producenta zawartymi
w danych technicznych i instrukcji obsługi, dołączanych do każdego wyrobu. Bardzo ważne
jest częste sprawdzanie stanu technicznego tych urządzeń ze szczególnym uwzględnieniem

37
stanu obwodu zabezpieczenia przeciwporażeniowego i izolacji elektrycznej przewodów
zasilających.
Przy uruchamianiu urządzenia należy postępować zgodnie z zaleceniami producenta,
zawartymi w instrukcji obsługi.
Każda instrukcja obsługi powinna zawierać:
− przeznaczenie i zastosowanie urządzenia,
− charakterystykę techniczną (podstawowe dane techniczne, opis zasady działania,
zapotrzebowanie mocy, napięcie zasilania, wymiary gabarytowe),
− warunki eksploatacji (rodzaj sieci zasilającej i zalecane zabezpieczenia, usytuowanie
podczas pracy),
− sposób przygotowania do użytkowania (niezbędne czynności wykonane przed włączeniem
do sieci zasilającej),
− uwagi o bezpieczeństwie przeciwpożarowym i przeciwporażeniowym oraz zalecenia bhp,
− opis czynności wykonywanych podczas uruchamiania z uwzględnieniem ich kolejności,
− informacje dotyczące obsługi podczas użytkowania,
− informacje dotyczące konserwacji i przechowywania.
Przed każdym włączeniem urządzenia elektrycznego do sieci zasilającej należy dokonać
jego dokładnych oględzin. Szczególną uwagę należy poświęcić dostępnym elementom
obwodu elektrycznego.
Oględziny przeprowadza się podczas pracy lub postoju urządzenia.
Podczas oględzin należy sprawdzić:
− stan połączeń elektrycznych i mechanicznych,
− stan izolacji przewodów zasilających,
− stan ochrony przeciwporażeniowej i przeciwpożarowej,
− temperaturę powierzchni obudów i stan przestrzeni roboczej,
− poziom drgań i hałasu,
− stan instalacji wraz z ich wyposażeniem,
− działanie aparatury sygnalizacyjnej, sterowniczej i zabezpieczającej,
− czystość urządzenia, jego wyposażenia i urządzeń współpracujących.
W razie stwierdzenia nieprawidłowości należy je usunąć lub przekazać urządzenie do
naprawy.
Sprawdzanie stanu technicznego
Aby zapewnić bezpieczną i bezawaryjną pracę domowych urządzeń grzejnych
i chłodniczych należy co pewien czas sprawdzać ich stan techniczny. Sprawdzenie stanu
technicznego tych urządzeń jest konieczne każdorazowo po wystąpieniu objawów zakłóceń
ich normalnej pracy oraz przed uruchomieniem po dłuższej przerwie w pracy (gdy przerwa ta
mogła mieć niekorzystny wpływ na stan techniczny urządzenia – złe warunki
przechowywania, korozja).
Sprawdzenie stanu technicznego polega na przeprowadzeniu dokładnych oględzin
i przeglądu obejmującego również badania urządzenia, a w szczególności:
− sprawdzenie wszystkich podzespołów urządzenia ze szczególnym uwzględnieniem
elementów pracujących w wysokich temperaturach,
− czynności konserwacyjne,
− sprawdzenie stanu technicznego i ocenę skuteczności ochrony przeciwporażeniowej,
− wymianę zużytych części i usunięcie stwierdzonych uszkodzeń,
− pomiar rezystancji izolacji,
− pomiary wartości prądów zasilających i poboru mocy w różnych stanach pracy.

38
Sprawdzenie stanu technicznego wymaga często demontażu niektórych podzespołów
urządzenia (osłony, pokrywy, przegrody). Podczas dokonywania przeglądów należy
zachować szczególną ostrożność i bezwzględnie stosować się do zasad bhp obowiązujących
podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych. Szczególną uwagę należy zwrócić na
bezpieczną i ergonomiczną organizację stanowiska pracy.
Tabliczka znamionowa
Każde urządzenie elektrotermiczne posiada tabliczkę znamionową, która powinna być
przymocowana w miejscu łatwo dostępnym, a jednocześnie nieszpecącym wyglądu
urządzenia (szczególnie w urządzeniach domowych).
Na tabliczce znamionowej podawane są dane identyfikujące producenta (nazwa), typ
i model urządzenia, rok produkcji (często kwartał lub miesiąc), numer seryjny, moc
znamionowa, znamionowe napięcie zasilające (rodzaj, wartość, częstotliwość), wartość prądu
znamionowego, współczynnik mocy, rodzaj pracy, częstotliwość pracy, masa, znaki
bezpieczeństwa i certyfikacji.
Na tabliczce znamionowej mogą być podawane również inne informacje przewidziane
przez producenta.
Dane umieszczone na tabliczce znamionowej umożliwiają:
− jednoznaczną identyfikację urządzenia,
− egzekwowanie praw konsumenckich (reklamacje, naprawy gwarancyjne),
− dobór sposobu i środka transportu (ręczny, mechaniczny),
− określenie dodatkowego obciążenia prądowego sieci zasilającej,
− określenie rodzaju zasilania i zabezpieczeń.
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do zaplanowania
przebiegu ćwiczeń i ich wykonania.
1. Jakie zjawiska fizyczne wykorzystywane są do nagrzewania w elektrotermicznych
urządzeniach grzejnych?
2. Jaka jest różnica pomiędzy urządzeniami grzejnymi, a chłodzącymi?
3. Według jakich kryteriów klasyfikowane są urządzenia grzejne?
4. Jak klasyfikujemy urządzenia grzejne ze względu na zasadę nagrzewania?
5. Jak klasyfikujemy urządzenia chłodnicze ze względu na zasadę chłodzenia?
6. Jakie są charakterystyczne cechy budowy poszczególnych rodzajów urządzeń grzejnych
i chłodniczych?
7. Jaka jest zasada działania poszczególnych urządzeń grzejnych?
8. Jakie charakterystyczne bloki funkcjonalne znajdują się na schematach poszczególnych
urządzeń grzejnych? Jakie elementy elektryczne są widoczne na tych schematach?
9. Jakie są podobieństwa i różnice w budowie i zasadzie działania pomiędzy urządzeniami
do nagrzewania indukcyjnego i pojemnościowego?
10. Jakie są podobieństwa i różnice w budowie i zasadzie działania pomiędzy piecami
grzejnymi i suszarkami przemysłowymi?
11. Jakie są różnice w elektrycznych schematach ideowych chłodziarek?
12. Na czym polega zjawisko Peltiera i gdzie jest wykorzystywane?
13. Czy urządzenia chłodnicze mogą pracować jako urządzenia grzejne?
14. Jakie są przykłady typowych zastosowań poszczególnych urządzeń elektrotermicznych?
15. Jaki dokument jest niezbędny przy uruchamianiu elektrotermicznych urządzeń
gospodarstwa domowego?

39
16. Jakie są wymagane kwalifikacje osób zajmujących się uruchamianiem elektrycznego
sprzętu gospodarstwa domowego?
17. Jakie informacje zawiera instrukcja obsługi elektrotermicznych urządzeń gospodarstwa
domowego?
18. W jaki sposób należy postępować podczas uruchamiania elektrotermicznych urządzeń
gospodarstwa domowego?
19. Dlaczego ważne jest utrzymywanie domowych urządzeń elektrotermicznych w dobrym
stanie technicznym?
20. Jakie czynności są wykonywane podczas oględzin?
21. Na czym polega sprawdzenie stanu technicznego urządzeń domowych?
22. Jakie informacje są podawane na tabliczce znamionowej urządzeń elektrotermicznych?
23. Do czego przydatne są informacje podawane na tabliczkach znamionowych?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj urządzenia i podzespoły elektryczne toru mocy na schemacie ideowym
przemysłowych urządzeń grzejnych takich jak:
a) piec hartowniczy,
b) suszarka przemysłowa,
c) nagrzewnica indukcyjna,
d) nagrzewnica pojemnościowa,
e) przemysłowy ogrzewacz wentylatorowy,
f) inne dowolne przemysłowe urządzenie grzejne.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) określić na podstawie schematu rodzaj urządzenia grzejnego,
2) zidentyfikować elementy toru mocy urządzeń na podstawie ich schematów ideowych,
3) znaleźć w katalogach zidentyfikowane elementy urządzenia,
4) znaleźć informację o zidentyfikowanych elementach i ich producentach w Internecie,
5) objaśnić, jaką funkcję spełniają te elementy w danym układzie,
6) podać ich podstawowe parametry.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− schematy ideowe przemysłowych urządzeń grzejnych,
− dokumentacja techniczna przemysłowych urządzeń grzejnych,
− karty katalogowe przemysłowych urządzeń grzejnych,
− katalogi elementów elektrycznych,
− komputer z dostępem do Internetu,
− zeszyt do ćwiczeń,
− ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

40
Ćwiczenie 2
Na podstawie schematów ideowych narysuj schematy blokowe następujących urządzeń
grzejnych:
a) piec hartowniczy,
b) suszarka przemysłowa,
c) nagrzewnica indukcyjna,
d) nagrzewnica pojemnościowa,
e) przemysłowy ogrzewacz wentylatorowy,
f) inne, dowolne, przemysłowe urządzenie grzejne.
1) określić rodzaj urządzenia grzejnego,
2) zidentyfikować podstawowe elementy układu na podstawie schematu ideowego,
3) zidentyfikować podstawowe elementy układu na podstawie katalogu,
4) objaśnić, jaką funkcję spełniają te elementy w danym układzie,
5) zdefiniować ich podstawowe parametry,
6) objaśnić różnice występujące w schematach blokowych.
− schematy ideowe przemysłowych urządzeń grzejnych,
− dokumentacja techniczna przemysłowych urządzeń grzejnych,
− karty katalogowe przemysłowych urządzeń grzejnych,
− katalogi elementów elektrycznych,
− zeszyt do ćwiczeń, ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.
Ćwiczenie 3
Rozpoznaj podzespoły elektryczne na schemacie ideowym chłodziarki:
a) chłodziarka sprężarkowa,
b) chłodziarka absorpcyjna,
c) chłodziarka termoelektryczna.
1) określić rodzaj chłodziarki,
2) zidentyfikować elementy układu na podstawie katalogu,
3) znaleźć informację o zidentyfikowanych elementach i ich producentach w Internecie,
4) objaśnić jaką funkcję spełniają elementy w danym układzie,
5) zdefiniować ich parametry.
− schematy ideowe chłodziarek,
− schematy ideowe układów elektrycznych,
− katalog elementów elektrycznych,
− zeszyt do ćwiczeń,
− ołówek, linijka, inne przyrządy kreślarskie.

Technik.elektryk 311[08] z2.06_u

Technik.elektryk 311[08] z2.06_u

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Technik.elektryk 311[08] z2.06_u

Similar to Technik.elektryk 311[08] z2.06_u (20)

More from Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe

More from Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe (20)

Technik.elektryk 311[08] z2.06_u