1、第1章 厨房器具厨房器具是一种电能转换为热能的家用电器，它属于电热器具，具有电热器具的共同性质。本章先介绍电热器具的一些共性，然后再介绍几种有代表性的厨房器具。近十多年来，随着人民生活水平的不断提高，电热器具工业得到了很快的发展，而且品种越来越多，质量越来越好，外观设计也随来越漂亮，据国外有关资料表明，电热器具的使用量约占家用电器的1/3左右。电热器具主要具有以下几个优点：(1)体积小，重量轻，使用方便，维修容易。(2)控温方便，精确度高，容易实现自动控制。(3)热效率高，约为50%95%（煤的热效率为1220%，液体燃料为20%40%，气体燃料为5060%)(4）热惯性小。(5)干净卫生，没
2、有油烟污染。由于电热器具具有这些优点，因而使用面很广。电热器具常常根据用途不同，制造成各种类型及功能的家用电热器具，例如，电饭锅、电烤箱、电磁灶、微波炉、电热水器、电热毯、电暖器、电熨斗和电热梳等。除此之外，电热器具也可把多种功能综合在一起，例如，带微波炉烹调的电冰箱，带干衣装置的全自动洗衣机，带制热的空气调节器，带吹热风的电风扇，等等。1.1电热器具的结构与分类1.1.1 电热器具的基本结构电热器具的基本结构包括三部分：电热元件、控制元件和器具结构件。1.电热元件电热元件是指由电能转换成热能的装置，一般由电热材料和绝缘保护层组成。它是电热器具的心脏，它的质量好坏关系到电热器具的使用寿命和安全
3、性能。2.控制元件控制元件是指电热器具中用于控制电流、温度或时间等参数的元器件。它决定了产品的技术性能和使用功能，产品的功能越多、性能越好，控制机构也就越复杂。3.器具结构件器具结构件是指满足用途和功能的壳体构件，如电饭锅的锅体、电烤箱的箱体和微波炉的炉体等。它与不同的电热元件和控制元件配合，就构成不同的电热器具。它的质量好坏，关系到产品的安全性能、使用寿命和功率。一般把用途、安全、效率、造型和成本列为器具结构件的五要素。1.1.2 电热器具的分类电热器具品种很多，分类通常采用两种方法：按用途分类和按加热原理分类。1电热器具按用途分成如下几类：(1)厨房电热器具。例如，电饭锅、电炒锅、电烤箱、
4、电灶、电磁灶和微波炉等。(2)取暖电热器具。例如，电暖器、电热毯、电热衣、电热鞋和红外线取暖器等。(3)热水电热器具。例如，电水壶、电热怀、咖啡壶、暖乳器、自动沸水器和速热器等。(4)熨烫电热器具。例如，电熨斗等。(5)美容电热器具。例如，电吹风、烘发器、烫发器和电热梳等。(6)保健电热器具。例如，红外线电灸器、热敷器和家庭消毒器等。(7）其他专用电热器具。例如，电烙铁、电热笔等。2按加热原理分成如下几类：(1)电阻式电热器具电阻式电热器具的加热方式有直接电加热方式和间接电加热方式两种。直接电加热方式是直接把电压加在被加热物体的两端，让电流流过被加热物体，利用被加热物体的电阻发热达到加热的目的
5、。间接电加热是把电压加在专门的电热元件两端，利用电热元件的电阻发热，通过热传递的方式使被加热物体升温。由于这种加热方式安全可靠，使用方便，目前已被广泛采用。电阻式电热器具有电饭锅、电炒锅、电水壶、电热毯、电暖器、电吹风和电熨斗等。(2）红外式电热器具红外式电热器具是把电能转换成红外能来进行加热的器具。红外线是一种电磁波，波长介于可见光与无线电波之间，可分近红外与远红外两种，也可分近红外、中红外和远红外三种。红外式电热器具是通过加热红外线辐射物质，使其辐射出红外线来，然后加热物体。红外式电热器具，如远红外电烤箱、红外线取暖器和红外线电灸器等。(3)感应式电热器具感应式电热器具是利用导体在交变磁场
6、中产生的感应电流（即涡流）在导体内部克服内阻而产生热量的原理制成的电热器具，如电磁灶、感应式电烙铁等。(4)微波式电热器具微波也是一种电磁波，频率较高。微波式电热器具是把电能转换成微波能量来进行加热的电热器具，主要代表是微波灶。1.1.3电热器具的通用技术要求电热器具的安全主要是电的安全和热的安全。在考虑安全问题时，不但要考虑正常使用情况下的安全，还要考虑意外情况下的安全。因此，电热器具的设计、制造、安装和维修都应考虑下列国家规定的主要的通用技术要求（GB标准）。1.功率电热器具的输人功率和可拆开的电热元件的输入功率，在额定电压和正常工作温度下，一般偏差不应大于10%。2温升电热器具中所有电热
7、元件都接人电路，并在充分发热的条件下，其输人功率超过额定功率，并等于额定功率的1.5倍的情况下工作，人们握持的手柄、旋钮、夹子等零部件的温升不得超过1535（环境温度以40为基准）。3在工作温度下的泄漏电流电热器具在工作温度下的泄漏电流，按其额定输入功率计算，每千瓦应该不大于0.75 mA,但整个电热器具的最大泄漏电流值不大于5mA。4绝缘电气强度电热器具的绝缘电气强度应进行50Hz的交流电压试验，历时1min，要求不发生闪烁和击穿现象，试验电压的数值如表1-1所示。表1-1绝缘电气强度的试验电压值施加试验电压的部位 试验电压/V带电部件和仅用基本绝缘与带电部件隔离的壳体之间 1250带电部件
8、和用加强绝缘与带电部件隔离的壳体之间 37505.防触电保护带电部件和仅用基本绝缘与带电部件隔离的壳体之间电热器具的结构和外壳应有良好的防触电保护。6耐热、耐燃电热器具的外部零件和非金属材料的部件均应有足够的耐热性和耐燃性。7接地装置电热器具的外壳应永久地、可靠地安装接地装置或者连接到电器进线装置的接地极上。1.1.4电热材料、绝热材料和绝缘材料1电热材料电热器具中使用的核心材料是电热材料，它是电热转换的关键部件。常用的电热材料按材质不同可分金属、非金属和半导体三大类。(1)金属电热材料金属电热材料按其电阻率的大小可分为三大类：高电阻材料（电阻率 ），中电阻材料（电阻率m610）和低电阻材料（
9、电阻率 ）。610)2.( m6102.按其材质又可分为如下几类：贵金属及其合金（如铂、铂铱等）；重金属及其合金（如钨、钥等）；镍基合金（如镍铬、镍铬铁等）；铁基合金（如铁铬铝、铁铝等）；铜基合金（如康铜、新康铜等）。这些合金电热材料中，常用的是镍基合金和铁基合金。铁基合金使用得比较普遍，镍基合金常用在高温、高强度、高磁性能及特殊的场合。常用合金电热材料的性能、特性如表1-2所示。表1-2常用合金电热材料的性能镍铬合金 铁铬铝合金性能Cr2ONi80 Cr15Ni60 LCr13Al4 OCr13Al6M02 OCr25A15 OCr27Al7MO2线膨胀系数(201 000)/（ 10-6）
10、14 13 15.4 15.6 16 16比热容 /(kJ/(kg） 0.440 0.461 0.490 0.490 0.490 0.490导热系数 （kJ/(m 2） 60.3 45.2 52.8 40.0 46.1 45.2熔点约值/（） 1 400 1 390 1450 1 500 1 500 1 520电阻率 (20） /(mm2/m)1.09士0.05 1.12士0.05 1.29士0.08 1.40士0.10 1.40士0.10 1.50士0.10正常使用温度() 1 0001 050 900950 900950 1 0501200 1 0501200 1 2001 300最高使用
11、温度() 1 150 1 050 1 050 1 300 1 300 1 400特性奥氏体组织，基本无磁性， 加工性能好，高温强度好， 不变脆铁素体组织，有磁性，电阻率高，用料省，价格低，但加工性能 差，高温强度高，用后会变脆合金材料中还有一类是变阻材料，如镍铁合金的电阻温度系数极高，这一点刚好与镍铬合金、铁铬铝合金相反，通常镍铁合金的电阻温度系数是镍铬和铁铬铝合金材料的60-100倍。因此，变阻材料是既具有电加热功能，又具有控制温度功能的新型电热元件。它常与上述合金材料结合使用（如串联使用），也可单独使用，构成自动调节的民热元件。目前常被用于热水器、自动沸水器等家用电器中。(2)非金属电热材
12、料非金属电热材料可分硅类和石墨类两类。常用的非金属材料有硅钼棒、碳化硅和多孔玻璃态碳。硅钼棒的主要原料是二硅化钼和二氧化硅，用粉末合金法制成，在国际上又称“超级康太尔” 电热元件。它是瑞典康太尔厂1957年研制成功的一种新的耐高温电热元件，可在1 600温下长期工作，它的电阻率 随温度升高而急剧增加，因此，很有利于快速加热和限温。碳化硅电热元件又称为硅碳棒或硅碳管，它是用碳化硅作为原料，经高温结晶而成。工作温度为1 250-1 400，极限值1 500。它的电阻率在900左右时，由大变小；在900一1 450范围内则由小变大。它的特点是高温强度高，硬而脆，电阻值一致性差，易老化，电阻值随使用时
13、间延长而增大。多孔玻璃态碳是另一种非金属电热元件，其结构如图1-1所示。多孔玻璃态碳的主要特性是机械强度大，不需添加耐热的绝缘支架而能自承，并能自己形成结构件。它的传热性好，传热面积大，因此，耗电省，热效率高。由于热惯性小，升温和降温都比较容易，也便于温度控制。多孔玻璃态碳还有一个显著特点是能吸附太阳能、微波能及其他辐射热能等电磁能，从而成为放热源。(3)半导体电热材料半导体电热材料又称为PTC (POSITIVETEMPERATURE 1顶盖 2金属薄层 3多孔玻璃态碳交热体图1-1多孔玻璃态碳COEFFICIENT OF RESISTIV-ITY)电热材料，其特性请参阅PTC电热元件一节。
14、2绝热材料绝热材料是电热器具中必不可少的材料，主要作用是保护人身安全和防止火灾。其性能要求是比热容和密度小；吸湿性小；电导率低；耐热、耐火；化学性质稳定。常用的绝热材料有保温材料、耐热材料和耐火材料三大类。保温材料要求能耐100以下的低温，如木材、软木、泡沫塑料和毛毡等。耐热材料要求能承受150500的中温，如石棉、石棉云母等。耐火材料要求能承受600以上的高温，如矿棉、硅藻土等。3绝缘材料绝缘材料也是电热电器中不可缺少的一种材料，电热电器中使用的绝缘材料还需有一定的耐热性能。绝缘材料又称为电介质，用于电气绝缘。其性能应具有绝缘强度大、机械强度高、耐热性能好、吸湿度小、化学性能稳定和导热性好等
15、优点。表1-3给出了家用电热器具中常用的几种绝缘材料的绝缘性能，表1-4列出了它们的工作温度，供读者参考。表1-3 常用绝缘材料的绝缘性能材料绝缘强度云母 玻璃 瓷 电木 绝缘体 大理石 氧化镁F击穿(kV/cm) 8002000 100400 80150 100200 70100 2535 301一4常用绝缘材料的工作温度材料名称 一般陶瓷制品 云母及云母胶合板 电工陶瓷及耐火粘土 氧化镁和石英沙温度范围 500 700800 4001 600 5001 7001.2电热元件电热材料与绝热材料、导热材料、绝缘材料等组合构成既能通电发热，又能满足特定用途的独立的零部件称为电热元件。电热元件按其
16、材质与空气接触程度可分为开启式电热元件、半封闭式电热元件和封闭式电热元件三种。开启式电热元件的电热材料完全裸露在空气中，其结构简单，制造容易，应用广泛，但表面带电，需注意安全。半封闭式电热元件的电热材料与空气不完全隔绝，有一定的绝缘层，安全性能和机械强度相对提高，寿命也较长。封闭式电热元件的电热材料与空气完全隔绝，可以加热各种介质，安全性能好，热效率高，寿命更长。电热元件按电热转换方式不同可分为电阻式、红外式、电磁感应式和微波式四大类。其中，电阻式电热元件又可分为电阻式电热元件和PTC电热元件两种。电热元件按其外观形状又可分为裸露电热元件、管状电热元件、板状电热元件、带状电热元件和薄膜状电热元
17、件等。1.2.1 裸露电热元件裸露电热元件是利用金属材料按一定的形状绕制而成（如开启式电炉的电炉丝），外部不加任何绝缘物质，完全裸露于空气中。裸露电热元件一般利用金属电热材料制成。可以使用铂、铱一类贵金属及其合金，或者使用钨、钼等重金属及其合金制作，也可以使用镍铬、镍铬铁基合金，或者使用铁铬铝、铁铝等铁基合金制作，还可使用铜基合金制作。由于镍基合金和铁基合金电热材料价格比较便宜，具有电流热效应好、机械强度高和能耐高温等优点，因此被广泛使用。镍基合金与铁基合金电热材料相比，镍基合金比较贵重，其优点是延展性好，容易缠绕加工；经高温加热后冷却，也不会变脆，不容易氧化起皮，使用寿命长。因此，常用在温度比较高的场合。在一般性的电热元件上使用，铁基合金比镍基合金优越，主要表现在用料长度可减少21%,重量减轻1/3，表面功率增大27%。由于铁基合金的电阻率大30，还可在保持长度和总电阻相同的条件下，增天截面积，降低表面负荷，增加有效辐射面积来提高寿命。电热器具中一般根据使用的工作温度和电热材料的常用温度范围来确定电热材料的种类，而后根据表面负荷、额定功率和工作电压来计算选取长度和线径。1.2.2 管状电热元件管状电热元件有金属管状电热元件、石英辐射管状电热元件、陶瓷包覆式电热元件和远红外电热元件等多种。
