КАРБИДОКРЕМНИЕВЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ИМПУЛЬСНЫМИ СЕКЦИОННЫМИ НАГРЕВАТЕЛЯМИ ДЛЯ ПЕЧИ ХЛЕБОПЕКАРНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкциям нагревательных элементов для теплообменных устройств хлебопекарных электрических печей.
В настоящее время наибольшее применение в электропечах нашли силитовые трубчатые электронагреватели (ТЭНы), состоящие из карбида кремния с небольшими добавками других металлов и сплавов, например устройства, описанные в патентах РФ №2246186, №2242096, №2237383, №2120199, патенте США US №8349218. Конструкции перечисленных устройств содержат трубчатый электронагреватель, содержащий корпус в виде трубки с наполнителем, токоввод для питания и нагревательный элемент, выполненный в виде толстопленочного резистора на металлодиэлектрической подложке, а наполнителем является трансформаторное масло. Основными недостатками описанных выше устройств являются низкий КПД и небольшой срок службы, что обусловлено постоянным воздействием электрического тока на толстопленочный резистор.
Существует техническое решение (патент РФ №132938) позволяющий существенно увеличить КПД ТЭНов. Однако применение его является ограниченным. Например, применение такого технического решения в печах хлебопекарного назначения приводит к недогреву центральной части камеры печи, что ведет к непропеканию внутренней части хлебобулочных изделий, а при увеличении температуры - к подгоранию их корки.
Общий вид ТЭНа, выбранного в качестве прототипа (RU 132938) представлен на фиг. 1.
Недостатком данного устройства является невозможность его использования в печах хлебопекарного назначения из-за неравномерности воздействия температурного поля на разные части выпекаемого хлебобулочного изделия.
Целью настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей прототипа для его применения в печах хлебопекарного назначения.
Поставленная цель достигается путем изменения конструкции карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями. При этом карбидокремниевый кожух цилиндрической формы заменяется на кожух переменной толщины, имеющий наружную форму усеченных конусов, диаметр которых увеличивается от торцов к центру конструкции, как показано на фиг. 2. Тем самым увеличивается мощность переноса тепла излучением в центральной части нагревательного элемента. При этом теплопроводность, конвекционные и излучающие способы передачи распределенного температурного поля адаптируются для технологического процесса выпечки хлебобулочного изделия.
Перечень рисунков на чертежах:
Фиг. 1. Общий вид карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями.
Фиг. 2. Общий вид карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями для печи хлебопекарного назначения.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
В настоящее время для нагрева электрических печей хлебопекарного назначения применяют ТЭНы с постоянным воздействием электрического тока на толстопленочный резистор. Существует техническое решение (патент РФ №132938), позволяющий существенно увеличить КПД и срок службы ТЭНов. Однако применение его является ограниченным из-за неравномерности воздействия температурного поля на разные части выпекаемого хлебобулочного изделия.
Для устранения этого недостатка конструкция ТЭНа изменяется путем замены карбидокремниевого кожуха цилиндрической формы на кожух переменной толщины, имеющий наружную форму усеченных конусов, диаметр которых увеличивается от торцов к центру конструкции.
2
При таком подходе распространение температурного поля в ТЭНе изменится и примет вид G (x, a, t,) [1, 2, 3, 4, 5]. Где: t - время c.; x - точка расположения датчика температуры, м.; ξ, ρ, ν - точка расположения нагревательного элемента, м.; s - момент включения точечного источника, с, a - заданный коэффициент температуропроводности материала объекта управления, м/с; n - количество членов ряда Фурье.
Такой закон распространения температурного поля позволяет рассчитать поведение температурного поля в карбидокремниевом нагревательном элементе после замены ТЭНа постоянного нагрева на секционный нагреватель с импульсным способом управления. В данное уравнение добавляется коэффициент изменения толщины кожуха:
И тогда управление нагревателем сведется к математической модели:
;
∗
где , , , , Δu=u-u
Технически это реализуется за счет изменения кожуха карбидокремниевого нагревательного элемента с импульсными секционными нагревателями с цилиндрического на кожух с утолщением в центральной части и уменьшением толщины в торцевой части (см. фиг. 2.). Нагревательный элемент представляет собой кожух с утолщением в центральной части и уменьшением толщины в торцевой части из карбидокремния 5, в который последовательно встроены секционные нагревательные элементы 4 с релейным принципом управления. Импульсные секционные нагреватели разделены между собой карбидокремниевыми переборками 2. Крайние секционные нагревательные элементы снаружи закрыты карбидокремниевыми заглушками 3, как показано на фиг.2. После установки предлагаемых нагревательных элементов в туннельную печь режим ее работы, по сравнению с исходным, следующим образом.
1. На начальном этапе - этапе прогрева и выхода на заданный температурный режим интенсивность температурного поля увеличилась.
2. В рабочем режиме - режиме поддержания заданной температуры изменилась интенсивность температурного поля в связи с утолщением центральной части, конвекционный обмен и обмен излучением увеличился. Тем самым увеличиться прогрев центральной части хлебобулочного изделия. А из-за уменьшения толщины к краям температурное поле уменьшиться к краям изделия, что уменьшило подгорание корки, и как следствие существенно снизит брак при производстве.
Для оценки уменьшения брака было проведено моделирование поведения хлебобулочного изделия в камере оборудованной нагревательными элементами с измененной конструкцией. Расчетные данные показали, что уровень брака снизиться на 10-20% в зависимости от типа хлебобулочного изделия. (Моделированию подверглись изделия: колхозный хлеб (массой 5 кг./шт.), хлеб обычный (массой 1 кг./шт.), батон (массой 500 грамм. /шт.)) [6].
Список используемой литературы
1. Tzafistas S.G. Bayesian approach to distributed-parameter filtering and smoothing. // Int. J. Control. - 1972. - V.15, No.2. - P.273-295.
2. Горбис З.Р. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями. - М.: Энергия, 1975. - 296 с.
3. http://okant.ru/product/konditjerskoje-i-hljebopjekarnoje-oborudovanije/hljebopjekarnyje-pjechi/tunnjelnyje-pjechi/tunnjelnaja-pjech-j4-dvuhetazhnaja/
4. Ильюшин Ю.В. Моделирование температурного поля на гибридном супер-компьютере по технологии CUDA // Материалы всероссийской научной конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому федеральному округу» / под. ред. Т.А. Шебзуховой, И.М. Першина, А.И. Чернобабова. - Пятигорск. ФГАОУ ВПО «СКФУ» (филиал) в г. Пятигорске 2013. - Т 2 (ч. I) - С 138-142
5. Патент РФ №132938, Карбидокремниевый нагревательный элемент с импульсными секционными нагревателями, Первухин Д.А., Першин И.М., Чернышев А.Б. Ильюшин Ю.В. Официальный Бюллетень Федеральной Службы по Интеллектуальной Собственности, Патентам и Товарным Знакам. Изобретения. Полезные модели, 27.09.13, №27. 2013
6. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2013614896, Моделирование замкнутой системы управления трехмерным объектом с распределенными параметрами, Ильюшин Ю.В., Чернышев А.Б., Официальный Бюллетень Федеральной Службы по Интеллектуальной Собственности, Патентам и Товарным Знакам. Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем, 20.06.2013, №2. 2013