Thiết bị cấp nhiệt

3.1.1 Nguyên lý chung

Các thiết bị cấp nhiệt là thiết bị sử dụng dây điện trở nhằm mục đích biến đổi điện năng thành nhiệt năng. Đặc điểm của dây điện trở là cĩ điện trở suất lớn, chịu được nhiệt độ cao, chống oxy hĩa và ăn mịn hĩa học lớn. Thí nghiệm của hai nhà bác học Joule – Lenxơ cho thấy: khi cho dịng điện đi qua điện trở R, kết quả cho thấy điện trở nĩng lên và tỏa nhiệt ra mơi trường xung quanh. Đĩ là tác dụng nhiệt của dịng điện. Dây dẫn phát nhiệt nhiều hay ít phụ thuộc vào điện trở.

Ta cĩ thể tính được điện trở của thiết bị cấp nhiệt khi biết được vật liệu cấu tạo nên điện trở, chiều dài và tiết diện của nĩ:

S l

ρ

R 

Trong đĩ: l: chiều dài dây điện trở (m) S: tiết diện mặt cắt dây dẫn (mm2) ρ: điện trở suất (Ωmm2/m)

Đối với kim loại đồng: ρ = 0,018 (Ωmm2/m) thường sử dụng làm dây dẫn điện. Dây đốt nĩng là hợp kim niken – crom cĩ ρ = 1,1 (Ωmm2/m) cĩ nhiệt độ làm việc bình thường từ 10000C ÷ 11000C, thường dùng làm dây điện trở, mỏ hàn điện. Dây đốt nĩng là hợp kim sắt – crom cĩ ρ = 1,3 (Ωmm2/m), độ bền kém, nhiệt độ làm việc từ 1800C ÷ 2000C, thường dùng làm mỏ hàn chì.

Các thiết bị cấp nhiệt như: bàn ủi điện, nồi cơm điện, bếp điện thường sử dụng dây đốt nĩng là hợp kim niken – crom được đúc trong ống kim loại.

Ta cĩ thể tính nhiệt năng của thiết bị cấp nhiệt khi biết thơng số của chúng theo trình tự sau:

- Tính cơng suất: P = U.I.cosφ (3.1) P: cơng suất (W)

55 U: hiệu điện thế

I: dịng điện (A)

cosφ: hệ số cơng suất, với thiết bị cấp nhiệt cosφ = 1 Mặt khác, ta cĩ: U = I.R (3.2)

R: điện trở của dây dẫn (Ω)

Thay (3.1) vào (3.2) ta cĩ: P = I.R.I = I2R (do cosφ = 1)

Từ đĩ ta tính được nhiệt lượng của thiết bị cấp nhiệt là cơng của cơng suất theo thời gian t (s): Q = P.t = I2Rt (Jun) hoặc Q = 0,24 I2Rt (Calo).

Trong các thiết bị cấp nhiệt nhiệt lượng mà nĩ tỏa ra phụ thuộc vào sơ đồ đấu dây các điện trở. Để cĩ thể tính được điện trở gia nhiệt ta cần biết thơng số của thiết bị: cơng suất định mức (W) và điện áp định mức (V).

Từ cơng thức: P = U.I suy ra: U

P I

cosφ là hệ số cơng suất (với thiết bị gia nhiệt cosφ = 1)

Mà U = I.R thay (2) vào (1) ta cĩ: P = I.R.I = I2R (vì cosφ = 1) suy ra I

U

R  Khi tính được R ta dùng cơng thức

S l ρ R  suy ra ρ RS l

Do nhiệt độ của điện trở phụ thuộc vào độ lớn điện trở vì vậy người ta cĩ thể mắc nối tiếp hoặc song song các điện trở để thay đổi nhiệt độ.

Ví dụ: ta cĩ thể thay đổi nhiệt độ của bếp điện bằng cách thay đổi cách đấu dây điện trở như sau:

Hình 3.1a. Cấp nhiệt độ trung bình Hình 3.1b. Cấp nhiệt độ mạnh nhất

Hình 3.1c. Cấp nhiệt độ: thấp nhất khi cầu dao nối với chấu 3 và mạnh nhất khi nối với chấu 2.

56

3.2.1 Bàn ủi điện

Cấu tạo:

Gồm các bộ phận chính: mặt bàn ủi, vỏ bọc, bộ phận gia nhiệt và rơle tự động, bộ phận phun nước (nếu cĩ), dây dẫn.

Hình 3.2. Sơ đồ mạch điện bàn ủi 1. Dây gia nhiệt 4. Thanh lưỡng kim

2. Đèn báo 5. Tiếp điểm 3. Vít điều chỉnh nhiệt độ

- Mặt bàn ủi: cấu tạo bằng hợp kim nhơm trên mặt cĩ phủ một lớp chống dính, mặt trên cĩ lắp rơle tự ngắt và đèn báo.

- Dây gia nhiệt: là dây cĩ điện trở suất lớn và chịu được nhiệt độ cao. Thơng thường bàn ủi, bếp điện, nồi cơm điện dùng dây hợp kim niken – nhơm được đúc kín trong ống kim loại bằng nhơm hoặc sắt. Để tăng độ bền của dây gia nhiệt trong ống kim loại cĩ thêm các chất cách điện, cĩ tính chịu nhiệt và dẫn nhiệt tốt, cĩ khả năng chống oxy hĩa... Bộ phận này được đặt nằm trong bề mặt của bàn ủi.

* Nguyên lý hoạt động

Bàn ủi hoạt động dựa trên nguyên tắc của thiết bị cấp nhiệt là biến đổi điện năng thành nhiệt năng. Khi đưa điện vào bàn ủi thì dây điện trở tỏa nhiệt lên mặt bàn ủi và thanh lưỡng kim của rơle nhiệt. Thanh lưỡng kim bị nung nĩng đến một nhiệt độ nào đĩ (tùy thuộc vào nhiệt độ chọn ở núm chọn nhiệt độ của bàn ủi) sẽ bị cong lên, mở tiếp điểm của rơle nhiệt cắt điện vào điện trở. Khi đĩ, nhiệt độ của dây điện trở giảm làm nhiệt độ của thanh lưỡng kim giảm theo, thanh lưỡng kim trở về trạng thái ban đầu làm đĩng tiếp điểm của rơle và điện lại được cấp vào rơle. Quá trình làm việc tiếp tục lặp lại.

Đèn báo được mắc song song với điện trở (điện áp 2,5V) hoặc 1 phần điện trở (điện áp 220V) để báo trạng thái làm việc của bàn ủi. Cam lệch tâm

57

dùng để điều chỉnh độ căng của thanh lưỡng kim (4) để duy trì nhiệt độ của bàn ủi cho phù hợp với đồ cần ủi.

Bàn là cĩ bộ phận điều chỉnh nhiệt độ bằng rơle nhiệt. Giới hạn này cĩ thể lựa chọn được tùy thuộc vào loại vải cần là như sau:

Bảng 3.1: Nhiệt độ lựa chọn cho các loại vải

Loại vải Nhiệt độ (0C)

Sợi hĩa học 85  115

Tơ lụa 115  140

Len 140  165

Băng, vải sợi 165  190 Lanh, vải bạt 190  230 * Giới thiệu một số loại bàn ủi

- Bàn ủi cĩ điều chỉnh nhiệt độ

Hình 3.3 Hình dáng bên ngồi

58 - Bàn ủi hơi nước

Hình 3.5 Hình dáng bên ngồi

Trong đĩ :

Spray outlet : đầu phun

Water tank assembly : phần lắp vào hộp chứa nước Water tank release : nút mở hộp chứa

Power Indicator : đèn báo nguồn

Thermostat control : bộ điều chỉnh nhiệt Soleplate : mặt dưới bàn ủi

Hình 3.6 Cấu tạo bên trong

Khác với bàn là khơng cĩ bộ phận phun nước, bàn là cĩ bộ phận phun nước cĩ thêm bộ phận tạo hơi nước phun vào lớp vải cần làm phẳng.

Ưu điểm của bàn ủi hơi nước là cĩ khả năng ủi nhanh hơn hẳn so với bàn ủi thường nhờ vào luồng hơi nước mạnh giúp xĩa các nếp nhăn trên vải nhanh chĩng, ngay cả những vết nhăn thuộc hàng “cứng đầu” nhất. Ngồi ra, bàn ủi

59

hơi nước khơng kén vải, ngay cả những loại vải khĩ chịu như lụa, nhung, nỉ, len hoặc vest

Bàn ủi hơi nước cĩ nhều tính năng đặc biệt : Tia hơi

Chức năng “Tia hơi nước” (Jet of Steam) cho luồng hơi nước mạnh phun sâu vào quần áo, giúp xử lý rất hiệu quả những vết nhăn cứng đầu.

Chức năng phun sương

Chức năng phun sương đặc biệt giúp xử lý những vết nhăn cứng đầu và khi cần ủi ở độ ẩm cao.

Chức năng tự làm sạch

Chức năng này cĩ thể cuốn trơi các cặn khống chất đĩng trong buồng tạo hơi và đường thổi hơi nước, mỗi lần lại làm mới bàn ủi, cho thời gian sử dụng lâu dài.

Chức năng chống đĩng vơi (Calc Cut)

Hệ thống chống đĩng vơi trong bình nước liên tục khử tích tụ cặn tại buồng hơi hĩa của bàn ủi.

Hệ thống này cho phép chức năng hơi nước sử dụng lâu bền và giúp các đường thổi hơi khơng bị nghẽn.

3.2.2 Nồi cơm điện

Cấu tạo

60 Gồm 3 phần:

- Vỏ nồi: thường bằng kim loại mỏng cĩ tráng men hoặc sơn tĩnh điện cĩ gắn rơle tự động, chân đế, tay xách. Vỏ nồi cơm điện cĩ 2 lớp, ử giữa cĩ lớp cách nhiệt. Nồi cơm được đặt vào trong vỏ nồi, nồi cơm được đúc bằng nhơm, phía trong cĩ tráng lớp men chống dính.

- Bộ phận cấp nhiệt (dây gia nhiệt): được đúc bằng hợp kim nhơm bên ngồi bọc lớp cách điện. Dây gia nhiệt nằm ở đáy nồi, đúc liền với mâm gia nhiệt tiếp xúc trực tiếp với đáy nồi. Ngồi ra cịn cĩ bộ phận cấp nhiệt phụ nĩ chỉ làm việc khi dây gia nhiệt cắt, bộ phận này chỉ làm nhiệm vụ hâm nĩng (giữ nhiệt luơn nĩng đều, cơng suất của nĩ nhỏ hơn so với dây gia nhiệt chính).

- Rơle nhiệt: tự động cắt mạch điện khi nhiệt độ cao. Nguyên lý làm việc:

Nhấn K, nam châm hút, tiếp điểm S2 đĩng cấp điện vào dây gia nhiệt, đèn báo sáng, cấp nhiệt cho nồi cơm sơi (1000C), sau đĩ cạn hết nước nhiệt độ trong nồi tăng >1000C làm cho sức hút nam châm giảm khơng thắng lực kéo của lị xo làm tiếp điểm S2 nhả và tiếp điểm S1 đĩng dây gia nhiệt hâm làm việc.

3.2.3 Sử dụng các thiết bị cấp nhiệt nĩi chung

Ấm điện

Một thiết bị gần gũi chúng ta nữa là ấm điện. Đây là thiết bị truyền nhiệt trực tiếp qua nước chứ khơng gián tiếp như bếp điện. Vì vậy điện trở cĩ trị số nhỏ và cần phải tản nhiệt nhanh vì dịng điện qua tương đối cao. Vì vậy khơng nên để cho ấm bị khơ nước vì như vậy khơng thể tản nhiệt được và làm cháy điện trở. Cần chú ý là nên thường xuyên kiểm tra độ rị của điện trở vì nĩ cĩ thể gây nguy hiểm chết người.

Máy sấy tĩc

Nguyên tắc của máy sấy tĩc là dùng một động cơ gắn cánh quạt để thổi hơi nĩng từ điện trở sấy làm khơ tĩc. Nếu khơng cĩ động cơ thổi giĩ để tản nhiệt thì

61

điện trở sẽ nĩng đỏ và đứt. Trường hợp cũng xảy ra khi động cơ bị yếu hay bị kẹt do tĩc bám vào cánh quạt.

Sơ đồ mạch điện máy sấy tĩc như sau:

Trong sơ đồ này ta nhận thấy rằng máy sấy tĩc làm việc ở hai chế độ: - Chế độ giĩ mát: Lúc này chỉ cĩ động cơ quạt giĩ và điện trở cản R1 làm việc. Điện trở này cĩ hai chức năng vừa cản điện áp cho động cơ vừa tạo ra một nhiệt lượng vừa phải đủ làm khơ tĩc sau khi sấy.

- Chế độ sấy: Lúc này điện trở sấy R2 tham gia làm việc nên luồng giĩ được thổi ra sau khi qua điện trở này sẽ nĩng hơn và làm khơ tĩc mau hơn.

- Hư hỏng thường gặp ở máy sấy là điện trở sấy bị đứt và động cơ bị hỏng vì nếu động cơ bị hỏng khơng phát hiện sớm sẽ phá luơn điện trở sấy.

Bếp điện

Bếp điện cũng là loại thiết bị điện nhiệt. Bếp điện cĩ nhiều loại: loại hở, loại kín (nếu phân theo lớp vỏ bảo vệ); loại bếp đơn, loại bếp đơi (nếu phân theo số lượng bếp nấu); loại cĩ điều chỉnh nhiệt độ, loại khơng cĩ điều chỉnh nhiệt độ) nếu phân theo thiết bị và cách điều chỉnh nhiệt độ).v.v.... Loại bếp hở và khơng cĩ điều chỉnh nhiệt độ khơng an tồn cho người sử dụng và tiêu tốn điện năng nên trong thực tế ít dùng.

Cấu tạo nguyên lý làm việc của bếp điện: - Bếp điện cĩ cơng suất khơng đổi:

R 1 R 2 Động cơ DC quạt giĩ Điện trở sấy

Hình 3.9: Sơ đồ mạch điện máy sấy tĩc Nguồn điện vào

220V AC

Cơng tắc sấy nĩng,

nguội

Điện trở

cản Cầu đi-ốt

62

Cấu tạo

Hình 3.10 Bếp điện cĩ cơng suất khơng đổi 1. Đèn báo 2. Dây điện trở 3. Thân bếp

Tương tự các thiết bị điện nhiệt khác, các loại bếp điện cũng cĩ cấu tạo cơ bản giống nhau gồm dây điện trở gia nhiệt, vỏ bảo vệ, và bộ phận đĩng cắt điện, đèn tín hiệu. Hình 3.10 giới thiệu cấu tạo của bếp điện đơn cĩ cơng suất khơng đổi.

Bếp điện cĩ cơng suất khơng đổi cĩ cấu tạo đơn giản gồm: một dây điện trở gia nhiệt (thường được làm bằng Nicrơm cĩ đường kính 0,2 đến 0,5mm, cấu tạo dạng lị xo, bên ngồi cĩ vỏ bọc hoặc khơng). Dây điện trở được đặt trên thân bếp (cách điện được làm bằng sứ hoặc đất nung) theo các rãnh xoắn tạo nên mặt phẳng bếp hình trịn. Hai đầu dây điện trở được nối cố định với một đầu nối qua một đèn báo, rồi đưa ra ngồi bằng một dây dẫn và phích cắm.

Nguyên lý làm việc

Khi cắm điện, cấp nguồn cho bếp điện, đèn tín hiệu sáng, cĩ dịng điện qua điện trở sẽ làm dây điện trở nĩng lên, tỏa nhiệt theo hiệu ứng phát nhiệt của dịng điện. Nhiệt lượng tỏa ra được xác định theo định luật Jun-Lenxơ.

- Bếp điện cĩ cơng suất thay đổi được:

63

Hình 3.11 Bếp điện đơn cĩ điều chỉnh nhiệt độ 1. Đèn báo 2. Dây điện trở

3. Núm điều chỉnh nhiệt độ 4. Thân bếp

Bếp điện cĩ cơng suất thay đổi được cĩ cấu tạo khác bếp điện cĩ cơng suất khơng đổi ở cầu dao gạt thay đổi cách nối hai dây điện trở gia nhiệt và bộ phận điều chỉnh nhiệt độ. Thường dây điện trở gia nhiệt là hai dây Nicrơm cĩ đường kính 0,2 đến 0,5mm, cấu tạo dạng lị xo, bên ngồi cĩ vỏ bọc hoặc khơng. Hai dây điện trở cĩ thể được mắc song song nhau bằng một cơng tắc gạt hoặc chỉ nối một dây. Cả hai dây điện trở đều được đặt trên thân bếp (cách điện được làm bằng sứ hoặc đất nung) theo các rãnh xoắn tạo nên mặt phẳng bếp hình trịn. Ngồi ra cịn cĩ thêm bộ phận điều chỉnh nhiệt độ để tự ngắt khi nhiệt độ qua giới hạn. Hai đầu dây điện trở được nối cố định với một đầu nối qua một đèn báo, rồi đưa ra ngồi bằng một dây dẫn và phích cắm.

Nguyên lý làm việc:

Hình 3.12 Rơle nhiệt

1,2. Dây điện trở; 3,4. Bộ phận cách điện

64

Để hiểu được nguyên lý làm việc của bếp điện, trước hết ta tìm hiểu nguyên lý làm việc của rơle nhiệt cĩ cấu tạo như hình 3.12

Từ hình 3.12 ta thấy, dây điện trở 1 và 2 được nối với nhau thơng qua tiếp điểm động 5 và tĩnh 6. Khi cĩ điện qua các dây điện trở, chúng sẽ nĩng lên, thanh lưỡng kim 7 (chế tạo bằng cách ghép 2 kim loại cĩ sự dãn nở nhiệt khác nhau) cũng nĩng lên. Đến một nhiệt độ nào đĩ, thanh 7 cong lên đến mức tác động vào vít 8 đẩy tiếp điểm động 6 rời khỏi tiếp điểm tĩnh 5 ngắt điện vào các dây điện trở làm nhiệt độ khơng tăng lên nữa mà sẽ giảm dần làm cho thanh 7 cũng dần dần cong trở lại. Đến nhiệt độ nào đĩ, vít 8 khơng tác dụng vào 6 nữa, làm cho 6 tiếp xúc với 5 đĩng mạch điện cho các dây điện trở làm chúng nĩng trở lại. Qúa trình cứ thế lặp đi lặp lại, giữ cho nhiệt độ khơng vượt qúa trị số chỉnh định. Nguyên lý này được ứng dụng vào việc điều chỉnh nhiệt độ của bếp điện trên hình 3.11 như sau:

Dây điện trở 1 của bếp điện được nối tiếp với các tiếp điểm 5 và 6 của rơle nhiệt. Vít điều chỉnh 8 của rơle nhiệt được nối ra ngồi với núm điều chỉnh 3 của bếp. Núm này cĩ tác dụng chỉnh cho vít 8 vào gần hay ra xa tiếp điểm 6 do đĩ làm thay đổi thời gian đĩng, mở các tiếp điểm 5 và 6 kéo theo làm thay đổi nhiệt độ của bếp. Trong thực tế, người ta cĩ thể khơng dùng dây điện trở 2 ở những thiết bị như bàn là, bếp điện mà lợi dụng nhiệt độ của các thiết bị này để tác động vào thanh lưỡng kim 7, đĩng mở các tiếp điểm 5 và 6.

Cấu tạo, nguyên lý làm việc của tủ sấy:

- Tủ sấy cĩ khống chế nhiệt độ bằng rơle nhiệt

Cấu tạo

Hình 3.13 Tủ sấy cĩ khống chế nhiệt độ bằng rơle nhiệt. Dây điện trở gia nhiệt

Rơle nhiệt

Mơi trường cần cấp nhiệt Vỏ cách điện U 1 2 3 4 RGN

65

Cấu tạo tủ sấy đơn giản gồm dây điện trở gia nhiệt 1, được nối với rơle nhiệt 2 đưa ra ngồi qua dây dẫn và phích cắm. Dây điện trở được đặt trong tủ sấy, thường đặt dưới đáy tủ và cách điện với tủ. Để hiệu suất cao thì tủ phải kín. Nhiều khi người ta bố trí thêm một đèn chiếu sáng trong tủ.

Nguyên lý làm việc:

- Khi dây điện trở 1 được cấp điện sẽ nĩng lên, toả nhiệt làm mơi trường cần cấp nhiệt 3 nĩng lên. Đến nhiệt độ nào đĩ (đã được điều chỉnh nhờ rơle 2), rơle nhiệt 2 tác động ngắt dịng điện vào dây điện trở 1. Khi nhiệt độ xuống thấp