Нагревательный элемент 12В - чиним обогрев зеркала в автомобиле

В очень многих бытовых приборах присутствуют детали, которые необходимы для нагрева их и окружающей среды. В зависимости от области использования и материала изготовления, существуют различные нагревательные элементы.

Классификация устройств

Нагревательный элемент – это часть механизма определенного устройства, которая используется для нагрева окружающей среды, конкретного прибора или вещества. Схема простого кипятильника имеет следующий вид:

Существуют такие типы деталей:

Открытые(Lukey);
Закрытые (Галант), X-DUOS);
Герметичные (РТС – PTC, ЭНГЛ-1).

Открытые нагревательные микатермические элементы (СТИЧ) чаще всего выполняются из нихрома. Например, как портативные обогреватели или кипятильники. Нихромовая проволока накручивается сверху металлической рабочей поверхности. Иногда даже использовался ручной нагреватель, его легко можно было сделать своими руками, отрезок проволоки пропускался через деревянные держатели и подключался к питанию.

Фото — пример использования нихромой нити

Раньше у каждого электрика в своем запасе имелось порядочное количество мотков проволоки самых разных сечений. Благодаря простым расчетам, можно было быстро рассчитать, сколько и какую проволоку нужно накрутить для получения определенной мощности.

Фото — диаметр проволоки и требуемая мощность

Но у открытых нагревателей очень много недостатков:

Высокая пожароопасность. Если на раскаленную проволоку попадет немного пыли – то может появиться искра и начаться пожар;
Высокая вероятность короткого замыкания. Некоторые умельцы включают от одной розетки несколько подобных нагревателей, что сильно перегружает сеть;
Низкий КПД. Такие проволочные обогревательные элементы считаются крайне не экономными.

Несмотря на то, что сделать такой бытовой кипятильник можно за считанные минуты, сейчас они используются крайне редко.

Фото — нагревательная пленка

На смену подобным средствам отопления пришел трубчатый нагревательный элемент или ТЭН, который сейчас используется для бойлера, стиральной машины, котлов и прочих приборов. ТЭН – это закрытая труба, в которой размещен контакт или термопара. Бывает два типа ТЭНов: «мокрые» и «сухие». Мокрые соприкасаются с жидкостью, поэтому часто страдают от вредного воздействия воды на металл. Сухие же от неё ограждены специальной поверхностью, стеной. У них немного больше время нагрева воды, но за то гораздо продолжительнее срок службы. В среднем, «мокрые» нагреватели заменяются каждый год.

Эти приборы редко используются для отопления, но зато отлично справляются с функцией обогрева воды. Главной рабочей деталью является также нихромовая спираль, но она защищена трубкой. Соответственно, с ней не может быть никаких контактов. Свободное место в трубе заполняется определенными химическими составами, вследствие чего образуется плотная и закрытая трубка.

ТЭН сейчас часто оснащаются терморегулятором.

Герметичные нагреватели – это те же ТЭН, но они полностью закрыты от воздействия окружающей среды, не считая 2 контактов. Используются для нагрева воды, различных поверхностей и т. д. Керамический нагревательный элемент безопасен, быстро нагревается и хорошо держит температуру.

Фото — тэн для плиты

Также классифицировать нагревательные элементы можно по области использования, для духовки, электроплиты, конвектора и паяльника используются разные типы. Для духовой и варочной поверхности применяются гибкие спирали. Они могут покрывать большую площадь, при этом, не нарушая целостности электрической дуги. В духовке, аэрогриле и инкубаторе используются нагревательные элементы одного типа, но с разными параметрами мощности.

Виды нагревательных элементов для плит:

Чугунные блины;
High Light;
Галогенки.

Чугунные нагреватели используются в самых простых плитах и духовках. Они могут располагаться в верхней части шкафа или нижней. Под чугунной плитой находится спираль из хрома, никеля и других проводящих сплавов, иногда, карбидокремниевые нагревательные элементы (КЭН). Благодаря такой конструкции, диск долго нагревается, но при этом медленно остывает.

High Light – это ленточный нагревательный инфракрасный элемент, часто такой карбоновый нагреватель на 12 вольт используется для подогрева инкубатора или небольшой комнаты как электроконвектор (Double-U-Force). Кольцевой ленточный обогреватель можно устанавливать для бытового конвектора, электропечей, духовок, тостеров Wasteland.

Галогеновый и кварцевый нагревательные элементы используются в большинстве современных электрических плит. Они известны высокой скоростью нагрева и остывания, это обеспечивает высокую температуру и безопасность устройства. Высокотемпературные спирали часто сравнивают с газовыми конфорками, потому что они быстро нагреваются и работают строго до выключения.

Фото — нагреватель из нихрома и трубки

Для совершенствования работы нагревательных приборов часто используются дополнительные элементы, например, для муфельной печи это электронагреватели отжига, а для бойлеров – специальные термослоя. Подобные толстопленочные «обертки» помогают сохранить температурный баланс на определенном уровне даже после выключения питания. Создается термос-эффект, без нагрева воздуха.

Видео: нагревательные элементы для паяльного оборудования

Ремонт и замена

Электрические плоские и гибкие нагревательные элементы водонагревателя, термопота или электропечей довольно часто ломаются. Их ремонт должен производить специалист, но некоторые работы можно сделать своими руками. Промышленные нагреватели имеют свойство перегорать из-за высоких нагрузок, в то время как низковольтные карбоновые или углеродные спиральные элементы стиральных машин и бойлеров перегорают из-за накипи.

В большинстве случаев, можно просто заменить деталь на такую же. Например, многие компании, производящие бойлеры (Термекс, Бош), предлагают своим клиентам широкий выбор продукции. Но иногда, скажем, для изготовления термостата, нужно рассчитать сопротивление резисторов и напряжение. Предположим, для работы какого-то абстрактного прибора (пускай это будет обогреватель для растений, ГЭН для зеркала или руля автомобиля), нужно мощность 20 Ватт и напряжение нагревательного элемента 12 Вольт. Выходит, что ток будет находиться в пределах 1,2 (20/12).

Фото — ТЭН от стиральной машины

Отсюда, сопротивление составит 7 Ом (12*1,7). Резисторов потребуется около 40 штук, желательно брать одноваттные. Сумма их сопротивления должна составить 7 Ом, исходя из этого, их нужно соединять комбинированным способом для получения нужного результата.

Такой расчет можно использовать для ремонта паяльной лампы, автомобильных элементов или небольшого обогревателя. Но как быть, если перестал работать ТЭН у стиральной машины или бойлера?

Как производится замена ТЭН в бойлере:

Для начала Вам нужно выяснить, где расположен нагреватель. Он может находиться с нижней стороны крышки или сбоку, в зависимости от конструкции. Это подробно описывается в инструкции пользователя;
Вам нужно закрыть воду в бойлер и при возможности, слить её, просто открыв кран (некоторые марки делают водонагреватели защищенными, т. е. с них нельзя слить жидкость). Будьте готовы к такому и заранее установите возле себя емкость для сбора воды;
После открутите все болты возле крышки, осторожно снимите её;
Под болтами могут находиться силиконовые прокладки или хомутовые зажимы, будьте внимательны, чтобы их не повредить;
Если нагревательный элемент находиться на дне, то он снимется вместе с крышкой. Иногда эта деталь встроена в корпус. Вас интересует игольчатый термоэлемент. В старых бойлерах используется патронный, он как бы вставлен в основание устройства.

Если в водонагревателе есть защитная трубка – то достать ТЭН будет легко, но если он «мокрого» типа, то предварительно нужно будет его очистить от грязи и накипи. Теперь просто замените старую деталь на новую и установите все в обратном порядке. Если потерялись силиконовые прокладки, то задуть щели можно при помощи клеевого пистолета.

Ремонт нагревательного элемента стиральной машины более сложен из-за большого количества съемных частей. Закрытая деталь очень близко находится к барабану, поэтому нужно быть осторожными при демонтаже. Вам нужно перевернуть стиралку и открутить два или четыре болта (в зависимости от марки), с внешней стороны. После аккуратно выдвиньте деталь. Очень важно не задеть барабан и воздушный фильтр. Перед Вами самый обычный нагреватель, напоминающий старые кипятильники. Его и нужно заменить. Иногда используется современный дисковый аналог, но его нельзя снимать самому.

Купить нагревательные элементы на замену можно в любом магазине электрических товаров, цена зависит от марки и технических параметров (их расчет лучше производить заранее).

В промышленной и бытовой технике нашло применение множество различных элементов и деталей, разработанных людьми. В рамках статьи будет рассмотрено, что такое нагревательный элемент. Что он собой представляет? Для чего они предназначены и какие виды их существуют?

Где применяются современные нагревательные элементы?

Как было сказано, они являются составной частью промышленной и бытовой техники. Их можно встретить в электрических плитах, жарочных шкафах и духовках, электрочайниках, отопительных приборах, водонагревателях, электрокофеварках и многих других машинах. Замена нагревательного элемента может быть и простым, и весьма сложным делом. Всё зависит от техники, где они используются. В качестве основы нагревательного элемента используется проволока, обладающая высоким электрическим сопротивлением. В большинстве случаев она изготавливается из нихрома. Так какие электрические нагревательные элементы существуют и на данный момент широко используются?

Инфракрасные нагревательные элементы

Функционируя, они генерируют в окружающую среду инфракрасные лучи. Таким образом, осуществляется распространение тепла безопасным для человека образом. Инфракрасные нагревательные элементы способствуют постепенному и равномерному нагреву помещения (но приоритетной считается область, куда они направлены). Благодаря такому свойству они используются не только в домашних, но и в производственных и лабораторных условиях. К тому же данные приборы имеют низкую рабочую температуру (60-65 градусов), что позволяет использовать инфракрасные нагревательные элементы в качестве прибора для сушки для фруктов, овощей и грибов.

Карбоновая лампа

Является вакуумной трубкой, сделанной из кварцевого стекла. Внутри размещается излучающий элемент, который сделан из карбоновых (углеродсодержащих) волокон, свитых в жгут. Иногда его ещё называют спиралью, но это неправильно. Несмотря на то, что карбоновое волокно появилось относительно недавно, оно успешно завоевало себе место в ряде технологий, в том числе и при изготовлении нагревательных элементов. При подаче напряжения происходит моментальный разогрев. Благодаря волокнистой структуре увеличена площадь излучения, что ведёт к повышенной теплоотдаче. Это, в свою очередь, позволяет значительно экономить электроэнергию (по сравнению с использованием нихромовой основы).

Керамические инфракрасные излучатели

Являются обычными ТЭНами, которые размещены в керамическом корпусе. Теплом нагревается оболочка, а потом уже и внешняя среда. Благодаря значительной площади, которую имеет керамический нагревательный элемент, обогрев помещений осуществляется в ускоренном режиме (в сравнении с ТЭНом). Также их из-за размеров часто называют панельными инфракрасными нагревателями. Они могут быть вогнутыми, плоскими или выпуклыми. Рабочая температура, которую имеет керамический нагревательный элемент, колеблется обычно в диапазоне 700-750 градусов. Их параметры могут быть подобраны на все случаи. Существуют отдельные экземпляры, которые могут похвастаться значительными параметрами: так, открытый тип предназначен для быстрого обогрева помещения и может разогреваться до 900 градусов выше нуля!

Кварцевые и галогенные излучатели

Являются запаянной вакуумной трубкой, сделанной из кварцевого стекла. Внутри находится спираль, сделанная из металла, обладающего высоким сопротивлением. По сути, это галогенные лампы, у которых внутри вольфрамовая спираль. В зависимости от конструкции излучатели делят на два вида:

Со средневолновым.
С коротковолновым диапазоном.

В первых спираль выполнена в звездчатой форме. Во втором внутри кварцевой трубки расположена нить накала. Но почему были созданы различные конструкции? Дело в том, что галогенные излучатели, у которых поддерживается нить накала, могут нагреваться до температуры 2600 градусов. Данные элементы являются обладателями высокой мощности и имеют очень незначительное время реагирования. Где эти преимущества нашли применение? Они необходимы в кратких циклических процессах, в которых, тем не менее, необходима высокая удельная мощность, которую может дать указанный нагревательный элемент.

Силиконовые нагревательные элементы

Конструктивно они выглядят так: между двумя слоями силикона размещается вытравленная нагревательная пленка или провод. Несмотря на странность, таким образом можно получить элемент, который позволит получить разнообразные параметры готовой техники. Чтобы увеличить механическую прочность, производится армирование текстильным стекловолокном. Характеризируя их, следует сказать, что таким нагревателям требуется мало времени для нагрева и остывания. Они могут точно поддерживать температуру нагревательного элемента при помощи сенсора и термостата. Размеры их невелики: самые маленькие имеют толщину всего 0,7 миллиметра. Данный факт позволяет их использовать в различных областях: от подогрева бочек с красками или маслами, заканчивая аэрокосмическими аппаратами.

Силиконовые нагревательные элементы отличаются повышенной стойкостью к негативному воздействию сырости и влаги. Поэтому их используют в лабораторном оборудовании, сфере общественного питания и вообще в любых случаях, когда необходимо защитить аппаратуру от конденсата и замерзания. Единственное ограничение – температура рабочей среды: в большинстве случаев она не должна превышать 200 градусов.

Нагревательный элемент для конвектора — что это такое

Под ТЭНом подразумевается малогабаритное устройство, которое встраивается в нижнюю часть корпуса радиатора. Принцип действия прибора основан на преобразовании электрической энергии в тепловую. Так как расходный ресурс относительно дорогой, такие конвекторы чаще применяются в качестве дополнительного обогрева воздуха.

Все нагревательные элементы условно подразделяются на 2 группы. Устройство открытого типа характеризуется степенью электрозащищенности с маркировкой IP21. Управление осуществляется посредством механического термостата. Прибор закрытого типа оснащен электронным терморегулятором, запрограммированным на конкретные или настраиваемые значения температур. Для конвекторов с подобным оборудованием свойственны экономичное потребление энергии и защищенность на уровне IP24.

Типы электрических нагревателей

Конструктивно нагревательные элементы представлены в разном исполнении. Соответственно от того, какой именно встроен ТЭН, принцип действия и технические характеристики конвектора имеют свои отличительные черты, достоинства, недостатки. Перед выбором того или иного конвекторного радиатора важно заранее ознакомиться с этими аспектами.

Stitch (Стич)

Название нагревательного элемента в переводе с английского языка означает «шить» или «стегать». В России чаще встречается понятие игольчатый ТЭН. Конструктивно прибор представлен диэлектрической пластиной и непрерывной токопроводящей нитью накаливания. Она изготавливается из сплава никеля с хромом, покрывается изоляционным от кислорода термостойким лаком. Проволока образует множество петель по обе стороны плоского основания.

Производители, как правило, устанавливают 2 подобных нагревателя. Электрический конвектор с игольчатыми ТЭНами имеют следующие достоинства:

нагревание до +250 и более градусов по Цельсию и остывание нити накаливания происходит в течение нескольких секунд;
работа оборудования сопровождается бесшумностью;
потребление энергии экономичное.

Из недостатков отмечается прямой контакт с кислородом, что способствует понижению показателя влажности в помещении. При попадании на раскаленную проволоку пыли существует риск образования искрения и возгорания. Тонкая нить накаливания характеризуется хрупкостью, поэтому радиаторы служат недолго.

Важно! Нагревательный элемент типа стич не имеют дополнительной защиты от прямого контакта с водой. Этот факт ограничивает область применения только сухими помещениями.

Трубчатый

Элементы трубчатого типа представлены колбой из высокопрочной стали. Наполнителем емкости является мелкофракционный песок из кварца, керамики или магния. Чтобы смесь не высыпалась прибор оснащен заглушками. Нагревание минерального диэлектрика происходит посредством пропущенной внутри нихромовой нити.

Для увеличения диапазона охватываемого воздуха дополнительно к колбе закрепляются плоские или спиралевидные элементы из алюминия с высоким коэффициентом проводимости тепла. Оребрение каждый производитель разрабатывает по своей технологии. Однако теплоотдача конвекторов с трубчатым нагревателем различного исполнения практически одинакова.

Сравнительно с игольчатым ТЭНом нить накаливания у трубчатого элемента изолирована от пыли, влаги и кислорода. Это позволяет увеличить срок ее эксплуатации примерно в 1,5-2 раза. Использование радиатора во влажных помещениях допускается, так как чаще производители обеспечивают степень защиты с маркировкой IP24.

Важно! Несмотря на защиту от брызг конвекторы относительно источников воды рекомендуется ставить на расстоянии более 0,6-1 м.

Теплоотдача нагревательного элемента с оребрением происходит через несколько минут, которые уходят на передачу энергии минеральному наполнителю (то же самое можно сказать и про остывание). Прилегает алюминиевый рефлектор к основной рабочей части неплотно, поэтому происходит частичная потеря тепла. Из-за этого энергопотребление увеличивается. Металл во время теплового расширения и сужения нередко издает потрескивающий звук, так как процесс протекает неравномерно.

Монолитный

Нагреватель в сплошном исполнении исключает недостатки игольчатого и трубчатого типа. Причиной тому является расположение нити накаливания внутри цельнолитой конструкции силуминовой колбы с Х-образным оребрением. В качестве наполнителя чаще используется кварц.

Все достоинства радиатора обуславливает монолитный тип нагревателя и однородность металлической конструкции. В частности, отсутствует звуковое сопровождение, никель-хромовая проволока изолирована от окружающей среды и долго служит, потери тепла сведены к минимуму, на относительную влажность оборудования влияния не оказывает. Область применения ограничений относительно внутренних помещений практически не имеет. К недостаткам относится сравнительно высокая стоимость.

Какой конвектор выбрать, на что обращать внимание

Определиться с тем, монолитный нагреватель, стич или тэн — что лучше выбрать, позволяет осведомленность относительно устройства, энергопотребления и теплоотдачи электрических элементов, обслуживания. В инструкции к применению конкретного продукта, производитель всегда указывает мощность оборудования, степень влагозащищенности, оснащение теми или иными приборами: регуляторы, датчики, таймеры, выключатели. В качестве дополнения устройство может быть оснащено ионизатором, увлажнителем воздуха, защитой от опрокидывания, блокировкой от детей и пультом дистанционного управления.

Мощность радиатора рассчитывается исходя из применения относительно основного или второстепенного источника тепла. Так, для постоянного использования конвектора в маленькой спальне достаточно 0,5 кВт/ч, для гостиной в 20 кв. метров хватит 1,5 кВт/ч, а для двух помещений понадобится не менее 3 кВт/ч. Для дополнительного обогрева расчеты делятся примерно на 1,7-2.

Рекомендации по выбору

В независимости от типа нагревательного элемента устанавливать конвектор нужно там, где воздух может свободно циркулировать. Если заставить радиатор мебелью и зашторить, то КПД заметно снизится. Достаточно придерживаться расстояния в 0,5 м.

Если выбор останавливается на недорогом игольчатом ТЭНе, то важно исключать скопление пыли. А также необходимо следить за относительной влажностью, так как открытая нить накаливания способствует высушиванию воздуха. Трубчатый элемент не всегда достаточно защищен от влаги, чтобы обогревать кухню или сантехническое помещение.

Всевозможные электроприборы для нагрева широко применяются в быту почти в каждом доме. Главным компонентом подобных устройств являются электрические нагревательные элементы (ТЕН)(Спираль).

Разновидности

Выделяют всего два типа нагревателей:

1.Открытые электрические нагревательные элементы: К нагревателям открытого типа относятся спирали. Спиральные нагревательные элементы отдают тепло за счёт конвекции и излучения. Они в основном подвешиваются на кронштейне из электрически изоляционного материала. Ещё есть спирали, положенные в изоляционных канавках.2. Закрытые электрические нагревательные элементы: — герметичные. К герметичным нагревателям относятся трубчатые нагревательные элементы. Электрические нагревательные элементы работают на основе конвекции, излучения и теплопроводности, преобразовывая электроэнергию в тепловую энергию; — негерметичные. Это спирали и ленты в защитной оболочке, выполненной из электроизоляционного материала. В качестве защиты могут применяться чешуйчатые бусы из керамики, надевающиеся прямо на спираль.

Особенности нагревательных спиралей

Для изготовления нагревательных спиралей применяют нихром или фехраль. Некоторые фирмы выпускают спирали из еврофехрали. Разные производители выпускают нагревательные элементы в зигзагообразной или круглой форме. Встречаются спирали, оборудованные по концам резьбовыми шпильками (винтами).

Свойства нихромовых спиралей:

Сохраняют пластичность после остывания.
Большое удельное сопротивление.
Не накаляются при нагревании.
Не потребляют кислород.
Превосходные механические свойства.
Сберегают свойства при длительной эксплуатации.

Нихромовые спирали с керамической основой можно неоднократно снимать, при необходимости поправлять и изменять их форму, подгоняя под нужные размеры. Эксплуатируют подобные нагреватели в быту, промышленности и прочих приборах.

Свойства фехралевых спиралей:

Высочайшая жароустойчивость.
Значительное удельное сопротивление.
Стойкость к воздействиям агрессивной среды.
Отсутствие окалины.
Механическая устойчивость.
Прочность на изгиб.
Большой срок службы.

Применяются эти спирали в электропечах почти во всех отраслях промышленности и в других электроприборах (калориферах, электроплитках). Эти нагревательные элементы имеют меньшую плотность, служат дольше и стоят дешевле от нихромовых спиралей.

Свойства фехралевых и спиралей из прочих многокомпонентных сплавов:

Высокое удельное сопротивление.
Однородность структуры.
Превосходная стойкость к воздействию разной среды (вакууму, воздуху, аргону и т.п.).
Высокая пластичность.
Хороший предел ползучести.
Большой срок эксплуатации.

Подобные спирали служат дольше, имеют меньшую плотность, большую пластичность и лучшее качество поверхности от нихромовых и фехралевых. Они считаются более надёжными и выносливыми, поэтому используются в приборах, предназначенных для работы при высоких температурах (1200Со).

Преимущества и недостатки спиралей

Преимущества нагревателей открытого типа:

Простая конструкция.
Быстрый нагрев.
Лёгкость в ремонте.
Невысокая стоимость.

Недостатки:

Низкая электробезопасность.
Риск замыканий витков спирали.
Вероятность появления механических повреждений.

Ещё существуют спирали закрытого типа, они помещены в металлической оболочке, пространство которой заполнено порошком в качестве изоляции. Эти элементы разогреваются намного дольше, но они надёжнее и безопаснее в эксплуатации, самое распространённое применение таких элементов это электрические конфорки, для электрических плит.

Особенности ТЭНов: конструкция и принцип работы

ТЭНы (трубчатые электрические нагревательные элементы) представляют трубку, внутри которой посередине расположена токопроводящая нить или спираль. Трубка обычно изготовлена из металла, но есть приборы со стеклянной или керамической трубкой. ТЭНы с металлическими трубками предназначены для нагрева практически не агрессивных сред.

Стекло применяют для ТЭНов в промышленных установках, т.е. для химически сильноагрессивных сред. Керамические или из других благородных металлов трубки встречаются очень редко, изготавливаются они для особых случаев. Трубки бывают разного диаметра от 6 мм до 24 мм.

Нить из термоэлектрического сплава, может быть нихромовая или фехралевая. Эта деталь, хорошо запрессованная в сердцевине, имеет отменное сопротивление, поэтому сильно разогревается при прохождении электротока, но не плавиться.

Спираль (нить) исполняет роль нагревателя. Пространство между ней и трубкой наполнено теплоизолятором с хорошей теплопроводностью. В качестве него используют перикласт (кристаллическую окись магния MgO). MgO согласно ГОСТ 13236–83, обладает высокими диэлектрическими свойствами и стойкостью к высоким температурам. Изоляционный слой предотвращает контакт диэлектрика с трубкой и передаёт максимально эффективно тепловую энергию на поверхность.

Перед тем, как попасть в окружающую среду, тепловая энергия сначала проходит через диэлектрик, а потом через нержавеющие стенки трубки, нагревая воду или воздух.

Трубчатые электрические нагревательные элементы могут работать в следующих рабочих условиях:

Жидких.
Твёрдых.
Газообразных.

ТЭН оснащён группой контактных устройств, предназначенных для его включения. В качестве контактов обычно применяют проводящие клеммы, которые располагают на изолирующих вставках.

Основные детали ТЭНа:

Трубка.
Нагревательный элемент — спираль или нить.
Наполнитель.
Изолирующий слой.
Контактные устройства.

Подобная конструкция способна выдерживать длительную штатную нагрузку. При этом скачки напряжения кратковременные перегрузки сильно не влияют на работу нагревательного элемента. Некоторые группы ТЭНов оборудуются дополнительными деталями, к примеру, термопредохранителями или магниевыми анодными стержнями для продления срока работы.

Отличия нагревателей касаются не только материала исполнения, но также конструкции и их назначения. ТЭНы бывают разной длины и диаметра, выполняются из стали или титана, а также имеют разные электротехнические параметры.

Виды ТЭНов

Оребрённые ТЭНы (ТЭНР). Эти нагреватели предназначены для нагрева воздуха, поэтому их называют воздушными. Материалом их выполнения является нержавеющая и конструкционная сталь. ТЭНР оребряют лентой, а также наборными шайбами.

ТЭНы патронного типа (ТЭНП). Используются для нагревания пресс-форм, поэтому эксплуатируются в промышленных установках. Изготовлены из шлифованной нержавеющей трубы, имеют контактные выводы на одной стороне. Некоторые ТЭНП оснащены термоэлектрическим преобразователем. Иногда их применяют для нагревания газовых и жидких сред.
Блок электронагревателей (ТЭНБ). Блоки обеспечивают повышенной мощностью обогрев сыпучих и жидких веществ, поэтому их часто называют водяными ТЭНБ. Производятся из разного материала и различной мощности. Крепления фланцев бывают резьбовыми и болтовыми.

ТЭНы с терморегулятором. Эти электроустройства применяют для нагрева воды в любой ёмкости подходящего объёма с возможностью поддержания конкретно заданной температуры (электрокотлы и пр. оборудование).

Кольцевые электрические нагревательные элементы (КНП). Эти устройства необходимы для обогрева литниковых втулок, прожекторов и т.п. Для производства оболочки используется нержавеющая сталь. КНП могут поставляться с оборудованной термопарой.

Маркировка ТЭНов

Пример; ТЭН 100 А 13 О 220 Ф2 R30 G1/2

Обозначения позиций в маркировке:

Обозначение нагреваемой среды:

P— Вода, оболочка из черной стали.J — Вода, оболочка из нержавейки.S— Неподвижный воздух, оболочка из черной стали.T— Неподвижный воздух, оболочка из нержавейки.O— Движущийся воздух, оболочка из черной стали.K— Движущийся воздух, из нержавеющей стали оболочка.Z— Масло.L— Литейные формы.7— Номинальное напряжение равно 220В.8— Форма ТЭНа Ф2 (формы см. на рис.1).9— Радиус гибки равен 30 мм.10— Наличие резьбовых штуцеров G1/2.

Преимущества и недостатки ТЭНов

ТЭНы эксплуатируются в промышленных печах и почти в любой обогревательной технике. Водонагреватели, переносные радиаторы отопления, стиральные машинки и прочие приборы, в функциях которых есть нагрев, работают на основе ТЭНов.

Преимущества ТЭНов следующие:

Универсальность и безопасность.
Надёжность работы.
Можно использовать в установках инфракрасного нагрева.
Можно помещать в любую жидкость.
Могут работать при различных ударных нагрузках.
Надёжная герметизация спиралей.
Разнообразие форм.

Трубчатые электрические нагревательные элементы обладают высокой стабильностью и прочностью, поэтому имеют длительный срок службы, но у них всё же есть и недостатки:

Высокая металлоемкость.
ТЭН с перегоревшей спиралью невозможно отремонтировать.

Эти устройства имеют более высокую стоимость от обычных открытых нагревательных спиралей. Но при эксплуатации подобных приборов лучше выбирать более безопасные варианты, не смотря на цену.

Открытая нихромовая спираль

Самым старым нагревательным элементом является, пожалуй, обычная нихромовая спираль. Когда-то давно, в ходу были самодельные электрические плитки, кипятильники для воды и обогреватели типа «козёл». Имея под рукой нихромовый провод, которым можно было «разжиться» на производстве, изготовить спираль требуемой мощности не представляло никаких проблем.

Известно было, какого диаметра провод и какая длина требуется для намотки спирали нужной мощности. Эти магические числа до сих пор можно найти в сети интернет. На рисунке показана таблица, где приведены данные о спиралях различной мощности при напряжении питания 220В.

Расчет электрической спирали нагревательного элемента

Здесь все просто и понятно. Задавшись требуемой мощностью и диаметром нихромового провода, имеющимся под рукой, остается только отрезать кусок нужной длины и навить его на оправку соответствующего диаметра. При этом в таблице указана длина получившейся спирали. А что делать, если имеется провод с диаметром не указанным в таблице? В этом случае спираль придется просто рассчитать.

Как рассчитать нихромовую спираль

При необходимости рассчитать спираль достаточно просто. В качестве примера приведен расчет спирали из нихромовой проволоки диаметром 0,45 мм (такого диаметра в таблице нет) мощностью 600 Вт на напряжение 220 В. Все расчеты выполняются по закону Ома.

Сначала следует рассчитать ток, потребляемый спиралью.

I = P/U = 600/220 = 2,72 A

Для этого достаточно заданную мощность поделить на напряжение и получить величину тока, проходящего через спираль. Мощность в ваттах, напряжение в вольтах, результат в амперах. Все согласно системе СИ.

По известному теперь току рассчитать требуемое сопротивление спирали достаточно просто: R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом

Формула для подсчета сопротивления проводника R=ρ*L/S,

где ρ – удельное сопротивление проводника (для нихрома 1.0÷1.2 Ом•мм2/м), L — длина проводника в метрах, S – сечение проводника в квадратных миллиметрах. Для проводника диаметром 0,45 мм сечение составит 0,159 мм2.

Отсюда L = S * R / ρ = 0.159 * 81 / 1.1 = 1170 мм, или 11,7 м.

В общем, получается не столь уж сложный расчет. Да собственно и изготовление спирали не так уж и сложно, что, несомненно, является достоинством обычных нихромовых спиралей. Но это достоинство перекрывается множеством недостатков, присущих открытым спиралям.

Прежде всего, это достаточно высокая температура нагрева – 700…800˚C. Нагретая спираль имеет слабое красное свечение, случайное прикосновение к ней может причинить ожог. Кроме того возможно поражение электрическим током. Раскаленная спираль выжигает кислород воздуха, привлекает к себе пылинки, которые выгорая, дают весьма неприятный аромат.

Но главным недостатком открытых спиралей следует считать их высокую пожароопасность. Поэтому пожарная охрана попросту запрещает применение обогревателей с открытой спиралью. К таким обогревателям, прежде всего, относится, так называемый «козел», конструкцию которого можно посмотреть на видео.

</span></p>

Вот такой вот получился дикий «козел»: сделан он нарочито небрежно, просто, даже очень плохо. Пожара с таким обогревателем ждать придется недолго. Более совершенная конструкция подобного отопительного прибора показана на рисунке ниже.

Обогреватель типа ПЭТ 1 кВт, 220 В

Нетрудно видеть, что спираль закрыта металлическим кожухом, именно это предотвращает прикосновение к разогретым токоведущим частям. Пожароопасность такого устройства намного меньше, чем показанного на предыдущем видео.

Когда-то давно в СССР выпускались обогреватели-рефлекторы. В центре никелированного отражателя имелся керамический патрон, в который наподобие лампочки с цоколем E27, вворачивался нагреватель мощностью 500Вт. Пожароопасность такого рефлектора тоже очень высока. Ну, вот как-то не задумывались в те времена, к чему может привести использование таких обогревателей.

Обогреватель рефлекторного типа

Совершенно очевидно, что различные обогреватели с открытой спиралью можно, вопреки требованиям пожарной инспекции, использовать лишь под неусыпным присмотром: ушел из помещения – выключи обогреватель! Еще лучше просто отказаться от использования обогревателей подобного типа.

Электрические нагревательные элементы с закрытой спиралью

Чтобы избавиться от открытой спирали, были изобретены Трубчатые Электрические Нагреватели – ТЭНы. Конструкция ТЭНа показана на рисунке ниже.

Конструкция ТЭНа

Нихромовая спираль 1 спрятана внутри тонкостенной металлической трубки 2. Спираль изолирована от трубки наполнителем 3 с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего применяется периклаз (кристаллическая смесь окиси магния MgO, иногда с примесями других окислов).

После заполнения изолирующим составом трубку опрессовывают, и под большим давлением периклаз превращается в монолит. После такой операции спираль жестко фиксируется, поэтому электрический контакт с корпусом – трубкой исключен полностью. Конструкция получается настолько прочной, что любой ТЭН можно изгибать, если того требует конструкция отопительного прибора. Некоторые ТЭНы имеют весьма причудливую форму.

Спираль соединяется с металлическими выводами 4, которые выходят наружу через изоляторы 5. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов 4 с помощью гаек и шайб 7. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб 6, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.

При соблюдении условий эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна. Именно это и привело к весьма широкому применению ТЭНов в устройствах различного назначения и конструкции.

Трубчатые электрические нагревательные элементы

По условиям эксплуатации трубчатые электрические нагревательные элементы делятся на две большие группы: воздушные и водяные. Но это просто такое название. На самом деле воздушные ТЭНы предназначены для работы в различных газовых средах. Даже обычный атмосферный воздух является смесью нескольких газов: кислорода, азота, углекислого газа, имеются даже примеси аргона, неона, криптона и т.д.

Воздушная среда бывает самой разнообразной. Это может быть спокойный атмосферный воздух или поток воздуха, движущийся со скоростью до нескольких метров в секунду, как в тепловентиляторах или тепловых пушках.

Разогрев оболочки ТЭНа может достигать 450 ˚C и даже более. Поэтому для изготовления внешней трубчатой оболочки применяются различные материалы. Это может быть обычная углеродистая сталь, нержавеющая сталь или жаропрочная, жаростойкая сталь. Все зависит от окружающей среды.

Для улучшения теплоотдачи некоторые ТЭНы снабжаются ребрами на трубках в виде навитой металлической ленты. Такие нагреватели называются оребренными. Применение таких элементов наиболее целесообразно в движущейся воздушной среде, например, в тепловентиляторах и тепловых пушках.

Водяные трубчатые электрические нагревательные элементы также применяются не обязательно в воде, это общее название различных жидкостных сред. Это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Жидкостные трубчатые электрические нагревательные элементы применяются в электрических котлах, дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто в титанах для кипячения питьевой воды.

Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от ТЭНа. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.

Как избавиться от накипи и продлить срок жизни ТЭНа

Кроме химических средств для защиты от накипи используются различные устройства. Прежде всего, это магнитные преобразователи воды. В мощном магнитном поле кристаллы «жестких» солей меняют свою структуру, превращаются в хлопья, становятся мельче. Из таких хлопьев накипь образуется менее активно, большая часть хлопьев просто вымывается потоком воды. Этим и достигается защита нагревателей и трубопроводов от накипи. Магнитные фильтры-преобразователи выпускаются многими зарубежными фирмами, такие фирмы существуют и в России. Подобные фильтры выпускаются как врезного, так и накладного типа.

Электронные умягчители воды

В последнее время все более популярными становятся электронные умягчители воды. Внешне все выглядит очень просто. На трубу устанавливается небольшая коробочка, из которой выходят провода-антенны. Провода накручиваются вокруг трубы, при этом даже не надо счищать краску. Установить прибор можно в любом доступном месте, как показано на рисунке ниже.

Электронный умягчитель воды

Единственное, что потребуется для подключения прибора, это розетка на 220В. Прибор рассчитан на долговременное включение, его не надо периодически отключать, поскольку выключение приведет к тому, что вода снова станет жесткой, опять будет образовываться накипь.

Принцип работы прибора сводится к излучению колебаний в диапазоне ультразвуковых частот, которые могут достигать до 50КГц. Частота колебаний регулируется с помощью пульта управления прибора. Излучения производятся пакетами по нескольку раз в секунду, что достигается использованием встроенного микроконтроллера. Мощность колебаний невелика, поэтому никакой угрозы для здоровья человека подобные приборы не представляют.

Целесообразность установки подобных приборов определить достаточно легко. Все сводится к тому, чтобы определить, насколько жесткая вода течет из водопроводной трубы. Тут даже не надо никаких «заумных» приборов: если после мытья ваша кожа становится сухой, от брызг воды на кафельной плитке появляются белые разводы, в чайнике появляется накипь, стиральная машина стирает медленнее, чем в начале эксплуатации – однозначно из крана течет жесткая вода. Все это может привести к выходу из строя нагревательных элементов, и, следовательно, самих чайников или стиральных машин.

Жесткая вода плохо растворяет различные моющие средства – от обычного мыла до супермодных стиральных порошков. В результате порошков приходится класть больше, но это помогает мало, так как кристаллы солей жесткости задерживаются в тканях, качество стирки оставляет желать лучшего. Все перечисленные признаки жесткости воды красноречиво говорят о том, что необходимо устанавливать умягчители воды.

Подключение и проверка ТЭНов

При подключении ТЭНа должен использоваться провод подходящего сечения. Здесь все зависит от тока, протекающего через ТЭН. Чаще всего известны два параметра. Это мощность самого нагревателя и напряжение питания. Для того, чтобы определить ток, достаточно разделить мощность на напряжение питания.

Простой пример. Пусть имеется ТЭН мощностью 1 КВт (1000 Вт) на напряжение питания 220 В. Для такого нагревателя получается, что ток составит

I = P/U = 1000/220 = 4,545A.

Согласно таблицам, размещенным в ПУЭ, такой ток может обеспечить провод сечением 0,5 мм2 (11 А), но с целью обеспечения механической прочности лучше применить провод сечением не менее 2,5 мм2. Как раз таким проводом чаще всего выполняется подвод электричества к розеткам.

Но перед тем, как производить подключение, следует убедиться в исправности даже нового, только что купленного ТЭНа. Прежде всего, надо измерить его сопротивление и проверить целостность изоляции. Сопротивление ТЭНа достаточно просто рассчитать. Для этого надо напряжение питания возвести в квадрат, и поделить на мощность. Например, для нагревателя мощностью 1000 Вт этот расчет выглядит так:

220*220/1000=48,4 Ом.

Такое сопротивление должен показать мультиметр при подключении его к выводам ТЭНа. Если же спираль оборвана, то, естественно, мультиметр покажет обрыв. Если взять ТЭН иной мощности, то сопротивление, естественно, будет другим.

Проверка целостности изоляции

Для проверки целостности изоляции следует измерить сопротивление между любым из выводов и металлическим корпусом ТЭНа. Сопротивление наполнителя-изолятора таково, что на любом пределе измерений мультиметр должен показать обрыв. Если окажется, что сопротивление равно нулю, то спираль имеет контакт с металлическим корпусом нагревателя. Такое может случиться даже с новым, только купленным ТЭНом.

Вообще для проверки изоляции применяется специальный прибор мегаомметр, но не всегда и не у всех он есть под рукой. Так что вполне подойдет и проверка обычным мультиметром. Хотя бы такую проверку надо сделать обязательно.

Как уже было сказано, трубчатые электрические нагревательные элементы можно изгибать даже после наполнения изолятором. Существуют нагреватели самой разнообразной формы: в виде прямой трубки, U-образные, свернутые в кольцо, змейку или спираль. Все зависит от устройства нагревательного прибора, в который предполагается установить ТЭН. Например, в проточном водонагревателе стиральной машины применяются ТЭНы свитые в спираль.

Некоторые трубчатые электрические нагревательные элементы имеют элементы защиты. Самая простая защита это термопредохранитель. Уж если он сгорел, то приходится менять весь ТЭН, но до пожара дело не дойдет. Есть и более сложная система защиты, позволяющая использовать ТЭН после ее срабатывания.

Одной из таких защит является защита на основе биметаллической пластины: тепло от перегретого ТЭНа изгибает биметаллическую пластину, которая размыкает контакт и обесточивает нагревательный элемент. После того, как температура снизится до допустимого значения, биметаллическая пластина разгибается, контакт замыкается и ТЭН снова готов к работе.

</span></p>

Трубчатые электрические нагревательные элементы с терморегулятором

При отсутствии горячего водоснабжения приходится пользоваться бойлерами. Конструкция бойлеров достаточно проста. Это металлическая емкость, спрятанная в «шубу» из теплоизолятора, поверх которого находится декоративный металлический корпус. В корпус же врезан термометр, показывающий температуру воды. Конструкция бойлера показана на рисунке.

Бойлер накопительного типа

Некоторые бойлеры содержат магниевый анод. Его назначение защита от коррозии нагревателя и внутреннего бака бойлера. Магниевый анод является расходным материалом, его приходится периодически менять при обслуживании бойлера. Но в некоторых бойлерах, видимо, дешевой ценовой категории, такая защита не предусмотрена.

В качестве нагревательного элемента в бойлерах применяется ТЭН с терморегулятором, конструкция одного из них показана ниже.

ТЭН с терморегулятором

В пластмассовой коробке расположен микровыключатель, который срабатывает от жидкостного термодатчика (прямая трубка рядом с ТЭНом). Форма собственно ТЭНа может быть самой разнообразной, на рисунке показана самая простая. Все зависит от мощности и конструкции бойлера. Степень нагрева регулируется за счет положения механического контакта, управляемого белой круглой рукояткой, расположенной внизу коробки. Здесь же находятся клеммы для подвода электрического тока. Крепление нагревателя производится при помощи резьбы.

Мокрые и сухие ТЭНы

Подобный нагреватель находится в непосредственном контакте с водой, поэтому такой ТЭН называют «мокрым». Срок службы «мокрого» ТЭНа находится в пределах 2…5 лет, после чего его приходится менять. В общем-то, срок службы невелик.

Для увеличения срока службы нагревательного элемента и всего бойлера в целом французской компанией Atlantic в 90-х годах прошлого века была разработана конструкция «сухого» ТЭНа. Если сказать проще, то нагреватель был спрятан в металлическую защитную колбу, исключающую прямой контакт с водой: нагревательный элемент греется внутри колбы, которая передает тепло воде.

Естественно, что температура колбы намного ниже, чем собственно ТЭНа, поэтому образование накипи при той же жесткости воды происходит не столь интенсивно, в воду передается большее количество тепла. Срок службы таких нагревателей достигает 10…15 лет. Сказанное справедливо для хороших условий эксплуатации, прежде всего стабильности напряжения питания. Но даже и в хороших условиях «сухие» ТЭНы тоже вырабатывают свой ресурс, и их приходится менять.

Вот здесь обнаруживается еще одно достоинство технологии «сухого» ТЭНа: при замене нагревателя нет никакой необходимости сливать воду из бойлера, для чего следует отключать его от трубопровода. Достаточно просто вывернуть нагреватель и заменить его на новый.

Компания Atlantic, конечно же, запатентовала свое изобретение, после чего стала продавать лицензию другим фирмам. В настоящее время бойлеры с «сухим» нагревательным элементом выпускают и другие фирмы, например, Electrolux и Gorenje. Конструкция бойлера с «сухим» ТЭНом показана на рисунке.

Бойлер с «сухим» нагревателем

Кстати, на рисунке показан бойлер с керамическим стеатитовым нагревателем. Устройство такого нагревателя смотрите ниже.

Керамический нагреватель

На керамическом основании закреплена обычная открытая спираль из проволоки с высоким сопротивлением. Температура нагрева спирали достигает 800 градусов и передается в окружающую среду (воздух под защитной оболочкой) конвекцией и теплоизлучением. Естественно, что такой нагреватель применительно к бойлерам может работать только в защитной оболочке, в воздушной среде, прямой контакт с водой попросту исключен.

Спираль может быть намотана в несколько секций, о чем говорит наличие нескольких клемм для подключения. Это позволяет менять мощность нагревателя. Максимальная удельная мощность подобных нагревателей не превышает 9 Вт/см².

Условием нормальной работы такого нагревателя является отсутствие механических нагрузок, изгибов и вибраций. На поверхности не должно быть загрязнений в виде ржавчины и масляных пятен. И, конечно же, чем более стабильным будет напряжение питания, без выбросов и скачков, тем более долговечна работа нагревателя.

Но электротехника не стоит на месте. Технологии развиваются, усовершенствуются, поэтому кроме ТЭНов в настоящее время разработаны и успешно применяются самые разнообразные электрические нагревательные элементы. Это керамические нагревательные элементы, карбоновые нагревательные элементы, инфракрасные нагревательные элементы, но это будет темой для другой статьи.

Смотрите также по этой теме:

Конвектор электрический. Отопление помещения электричеством.

Экономичное электрическое отопление дома. Самый простой способ.

Обогреватели для дома. Их типы и особенности применения.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Используемые источники:

https://www.asutpp.ru/nagrevatelnye-elementy.html
https://www.syl.ru/article/228169/new_chto-takoe-nagrevatelnyiy-element-i-kakie-vidyi-suschestvuyut
https://www.tproekt.com/konvektor-nagrevatelniy-element/
https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/elektricheskie-nagrevatelnye-elementy/
https://powercoup.by/stati-po-elektromontazhu/elektricheskie-nagrevatelnyie-elementyi

Нагревательные элементы для зеркала, стиральной машины, электроплиты