Новые типы нагревательных элементов

Теория о нагревательных элементах. Принципы работы, особенности изготовления. Статья простым доступным языком, понятно всем

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:

1- Трубчатый электронагреватель.
2- Развёрнутая длина 100 мм.
3- Длина контактного стержня А=40 мм,
(А=40, В= 65, С=100, D=125, E=160, F=250 (мм)).
4- Диаметр 13 мм, бывают следующие диаметры: 6,25; 8; 10; 13; 16; 22.
5- Потребительская мощность.
6- Устройство предназначено для обогрева подвижного воздуха (О).

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.

Похожие темы:

• Силиконовые нагреватели. Виды и особенности. Применение
• Миканитовые нагреватели. Особенности. Виды и применение
• Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект
• Сухие ТЭНы. Устройство и особенности. Виды и преимущества
• Провод ПНСВ. Устройство и применение. Маркировка и параметры
• Греющий кабель. Виды и устройство. Применение и установка. Работа

Какие ТЭНы лучше – основные критерии выбора

Чтобы определить, какие ТЭНы лучше справятся с поставленными задачами, нужно учитывать назначение объекта, где будет установлен водонагреватель. Также в расчет берется множество других факторов, среди которых:

• Предполагаемое количество пользователей.
• Объем бака.
• Допустимая скорость нагревания.
• Экономичность расхода электроэнергии.

Выбирая ТЭНы широкого применения основным показателем, на который обращают внимание пользователи, является мощность. Изучив отзывы владельцев техники, и проконсультировавшись со специалистами, вы сможете подобрать надежные и долговечные модели. Среди недорогих и качественных производителей большой популярностью пользуются нагревательные элементы «Термекс».

Разнообразные варианты конфигураций формы ТЭНов

Открытые нагревательные элементы

К данному типу относят устройства-спирали, открыто размещенные в специальных каналах электроизоляционного материала. Путь тепловой энергии в них совершается путем конвекции и излучения.

Преимущественные стороны открытого нагревательного элемента очевидны:

быстрый нагрев;простая конструкция;доступная стоимость;легкий ремонт.Недостатком конструкции открытого типа являются простота механического повреждения спиралей, их замыкание. Такие нагревательные элементы используют чаще для нагрева воды, но в наше время их применение стало крайне редким, так как на смену пришли более усовершенствованные модели.

ТЕХНОЛОГИЯ

      

Большинство бытовых электронагревательных приборов работает на основе теплового действия электрического тока, которое впервые было изучено русским академиком Э.Х. Ленцем и английским физиком Дж. Джоулем.

Электронагрев по сравнению с нагревом от открытого пламени имеет ряд неоспоримых преимуществ. Так, если сравнивать электронагрев с наиболее совершенным нагревом от газовой плиты, то для её разжигания требуются дополнительные источники открытого пламени. Кроме того, газ ядовит и взрывоопасен, при его горении расходуется кислород и выделяются вредные для жизни человека продукты. Открытое пламя чаще становится источником пожара.

По своему назначению электронагревательные приборы делятся на приборы для приготовления пищи, кипячения воды, дополнительного обогрева жилища, для личной гигиены и глажения, а также электронагревательные инструменты (паяльник, электроглянцеватель и др.).

Основной частью всех электронагревательных приборов является нагревательный элемент. Материал для его изготовления подбирается в зависимости от назначения электронагревательного прибора.

Нагревательные элементы в приборах для приготовления пищи, кипячения воды, во многих приборах для обогрева жилища работают при высоких температурах (800-850 °С), поэтому материал для их нагревателей должен иметь высокую температуру плавления (1000 °С и выше).

Лечебно-гигиенические приборы (электрогрелки, электробинты, электроодеяла), а также приборы для поддержания пищи в горячем состоянии (мармиты) работают при температурах, не превышающих нескольких десятков градусов, но предъявляют повышенные требования к качеству изоляционных материалов нагревателя.

Выбор материала для нагревателей определяется также габаритами изделия. Чем меньше размеры нагревательного элемента, тем выше должно быть его удельное сопротивление. В этом случае применяют сплавы нихром и фехраль, удельное сопротивление которых в 8-10 раз превышает удельное сопротивление стали и тантала (табл. 12).

Таблица 12.
Характеристики металлов и сплавов, применяемых в электронагревательных элементах

Это интересно

Первые электронагревательные приборы появились в конце XIX века и получили широкое распространение после создания в 1905 году сплава никеля, хрома и железа — нихрома, обладающего большим удельным сопротивлением и способного длительное время выдерживать высокую температуру, не расплавляясь и не окисляясь. Этим требованиям удовлетворяют также константан, фехраль и железо-хромалюминиевые сплавы, 500, 900 и 1400 °С соответственно.

Для изготовления нагревательных элементов используют проволоку или ленту из сплавов с высоким удельным сопротивлением, которая быстро нагревается при прохождении электрического тока. Для придания электронагревательному элементу компактности проволоку 00,3-0,6 мм свивают в спираль, а ленту наматывают на пластины из твёрдых диэлектриков.

Нагревательный элемент изолируют от корпуса прибора. Для этого используют материалы с высокими диэлектрическими свойствами — твёрдые и порошкообразные. К твёрдым диэлектрикам относят слюду, фарфор и шамот (огнеупорная глина), к порошкообразным — алунд (окись алюминия), кварцевый песок и окись магния.

Электронагревательные элементы бывают открытого и закрытого типа, а также герметизированные.

Что такое нагревательный элементcolor>

Что такое нагревательный элемент — это устройство, применяемое при решении инженерных задач связанных с использованием нагрева физического вещества.Оно может иметь различные формы в зависимости от конкретных условии и способов применения при протекании термических процессов, а так же изготавливаться из разнообразных токопроводящих материалов.color>

Использование его в бытовых приборах позволяет обеспечивать нагрев какой-либо среды гарантирующей необходимые условия функционирования технических процедур связанных с употреблением тепла.Нагрев физического вещества до нужной температуры процесс весьма затратный требующий, как правило, использования больших объёмов энергии. Поэтому немаловажным является применение нагревательного элемента с высокой производительностью и надёжностью при его эксплуатации.Тем самым можно добиться высоких показателей рентабельности выпускаемой продукции связанной с потреблением тепла.

Тепловые нагревательные элементыcolor>

Тепловые нагревательные элементы, как правило (за некими исключениями) создают тепло, преобразуя электричество.Ток проходя через разные преобразователи преобразуется в термическую энергию, которая непосредственно принимает участие в работе по разогреву того или иного вещества путём распространения тепловой энергии в твёрдой материи, жидкостях и газах через конвекцию, теплопроводность, или излучение.Таким образом, появляется возможность произвести нагрев в тех местах (объёмах) оборудования, где это необходимо и исключить ненужный расход электроэнергии там, где этого не потребуется.При протекании некоторых термических циклов придаётся особое значение равномерности вырабатываемого тепла обеспечивающего высокое качество производимой продукции.Добиться такого итога можно с помощью тепловыделяющие поверхности плоской формы и лучше с маленькими расстояниями меж витками греющего провода, что позволяет создать наиболее неизменный тепловой поток сообразно всей площади обогревателя.Однако, как правило, создать тепловые нагревательные элементы с небольшими интервалами между проводами очень проблематично из-за возможности электрического пробоя.Приходится усиливать толщину изолятора, что в свою очередь ведёт к наращиванию межвиткового расстояния, а это может привести к скачкообразному распределению подогрева по всей площади.Некоторые примеры эффективного применения нагревательных элементовcolor>нового вида при решении технических задач с внедрением тепловых процессов представлены ниже по тексту.

Материалы нагревательных элементовcolor>

Материалы нагревательных элементов это совокупность химических материалов периодической таблицы обладающих выраженными металлическими свойствами с хорошей электрической и тепловой проводимостью применяемые при изготовлении нагревательных элементов. Тепловыделяющие поверхности являются основными источниками повышения температуры при протекании термических процессов в промышленном производстве. Поэтому выбор применяемого термоэлемента во многом зависит от вида и характеристики среды, в котором он будет использоваться. В соответствии со средой выбирается состав сплава.Производительность и срок службы нагревательных элементов зависят от природы материала применяемого при его изготовлении, который должен удовлетворять следующим качествам: высокая температура плавления; защита от окисления в открытой атмосфере; большая прочность на разрыв; достаточная пластичность; большое электрическое сопротивление; низкий температурный коэффициент. Материал нагревателяcolor>по конструктивным особенностям может представлять собой проволочную спираль, ленты либо полосы открытой или закрытой формы, гибкую плёнку с нанесённой на её плоскость резистивной дорожки, жёсткое плоское основание, испускающее инфракрасное излучение.Спираль, как правило, изготавливают из проволоки с высоким резистивным сопротивлением. Материалы нагревательных элементов представляют собой хромоникелевые прецизионные сплавы (80% никеля, 20% хрома) или сплав фехраль. Сочетание нихрома 80/20 считается оптимальным при изготовлении, так как оно имеет большое сопротивление и способно при первом нагреве образовать липкий слой из оксида хрома, что защищает поверхность от окисления. Из этого сплава изготавливается большинство плоских термических приборов, таких как на металле или керамике.В этих случаях спираль, имеющая большое сопротивление помещается в керамику либо запрессовывается в электрический изолятор и закрывается оболочкой из металла. Таким образом, получается греющая плоскость, испускающий неравномерный тепловой поток, возникающий в результате неоптимальной излучающей поверхности.Технология нагревательных элементовcolor>нового типа значительно отличается. Поэтому и материалы, применяемые для их производства, берутся другие.В состав материала нагревательного элемента входит: основа (металл, керамика или плёнка); диэлектрическая паста; контактная паста; резистивная плёночная дорожка; защитный диэлектрический слой. При этом тепловыделяющая поверхность получается в виде набора многослойных схем уложенных в определённом порядке на подложку (основу). Нагреватели, полученные с использованием новой технологии, делают возможным получения сплошного равномерного теплового поля на тепловыделяющей поверхности.

Изготовление нагревательных элементовcolor>

Изготовление нагревательных элементов это процесс производства высококачественных нагревательных элементов с хорошими техническими параметрами и большой надёжностью в работе.Гибкие плёночные нагревателиcolor>так же могут изготавливаться из проволочной спирали, помещённой в силикон, полиэтилен или стекловолокно. Им присуще те же проблемы что и для плоских термоэлементов.Решить вопрос неравномерности выделяемой энергии можно с помощью травления фольги. Используемый способ травления фольги в цикле производства гибких тепловыделяющих приборов даёт возможность разработать электронагреватель с учётом всех условий предоставленных заказчиком. При этом возникает высокая вероятность того что большинство требовании будет выполнено таким образом что электрообогреватель получится с оптимальными электрическими характеристиками. Гравированные электрообогреватели из фольги, как правило, сделаны из тех же сплавов что и сопротивление проволочных обогревателей, но изготавливаются с помощью фотоцинкографической операции, которая начинается с непрерывного листа металлической фольги и заканчивается сложным резистивным рисунком.Этот процесс весьма затратный, что в конечном итоге слишком дорого для производителя. Таким же эффектом равномерного распределения тепла обладают устройства выполнение по энергосберегающей технологии на основе токопроводящих паст, в то же время расходы напроизводство нагревательных элементовcolor> с хорошими техническими параметрами и большой надёжностью в работе значительно ниже.

Производство тепла из электричества

В школе мы узнаем, что одни материалы хорошо переносят электричество, другие — плохо. Хорошие носители электричества называются проводниками, а плохие носители — изоляторами. Проводники и изоляторы часто лучше описывать, говоря о том, какое сопротивление они оказывают, когда через них протекает электрический ток. Таким образом, проводники имеют низкое сопротивление (через них легко проходит электричество), в то время как изоляторы имеют гораздо более высокое сопротивление (это настоящая борьба за прохождение электричества). В электрической или электронной схеме мы можем использовать устройства, называемые резисторами, для контроля протекания тока; используя циферблат, чтобы увеличить сопротивление и снизить ток. В схеме громкоговорителя, например, это способ уменьшения громкости.

На фото: крупный план скрученной вольфрамовой нити в лампе накаливания, которая излучает свет, выделяя большое количество тепла. Количество света, излучаемого нитью накала, напрямую зависит от ее длины: чем длиннее нить, тем больше света она излучает. Вот почему он скручен: катушка помещает больше длины (и света) в то же пространство.

Резисторы работают путем преобразования электрической энергии в тепловую; другими словами, они нагреваются, когда через них проходит электричество. Но это делают не только резисторы. Даже тонкий кусок проволоки нагреется, если вы пропустите через него достаточное количество электричества. Это основная идея ламп накаливания (старомодных ламп в форме лампочек). Внутри стеклянной колбы находится очень тонкий моток проволоки, называемый нитью накала. Когда через него проходит достаточно электричества, он становится раскаленным добела, очень ярко — так что он действительно излучает свет, выделяя тепло. Около 95 процентов энергии, потребляемой такой лампой, превращается в тепло и полностью расходуется (при использовании энергосберегающей люминесцентной лампы намного более эффективен, потому что большая часть потребляемой лампой электроэнергии преобразуется в свет без потери тепла).

А теперь забудьте о свете — что, если бы нас действительно интересовало тепло? Внезапно мы обнаруживаем, что наша расточительная лампа накаливания на самом деле очень эффективна, потому что она преобразует 95 процентов энергии, которую мы в нее подаем, в тепло. Фантастика! Только вот проблема. Если вы когда-либо приближались к лампе накаливания, вы знаете, что она становится достаточно горячей, чтобы обжечь вас, если вы дотронетесь до нее (не поддавайтесь соблазну попробовать). Но если вы встанете даже на метр или около того, тепло от чего-то вроде 100-ваттной лампы будет слишком слабым, чтобы достичь вас.

Итак, что, если бы мы хотели создать электрический обогреватель по той же схеме, что и электрическую лампу? Нам понадобится что-то вроде увеличенной в масштабе нити накала лампы — может быть, в 20–30 раз мощнее, чтобы мы действительно могли чувствовать тепло. Нам понадобится довольно прочный материал (тот, который не плавится и прослужит долгое время при многократном нагревании и охлаждении), и он нам понадобится, чтобы выделять много тепла при разумной температуре. Здесь мы говорим о сути нагревательного элемента: прочного электрического компонента, предназначенного для отвода тепла, когда через него протекает большой электрический ток.

Что такое нагревательный элемент?

На фото: нагревательный элемент, скрытый внутри керамической варочной панели. Это один непрерывный элемент, начинающийся с синей точки и изгибающийся в форме лабиринта, пока не достигнет красной точки. Нет никакого смысла в том, чтобы этот элемент имел другую форму или размер: он должен концентрировать тепло именно под сковородой — и это наиболее эффективный способ добиться этого.

Типичный нагревательный элемент обычно представляет собой катушку,  ленту (прямую или гофрированную) или полоску проволоки, которая излучает тепло, как нить накала лампы. Когда через него протекает электрический ток, он накаляется докрасна и преобразует проходящую через него электрическую энергию в тепло, которое излучается во всех направлениях.

Нагревательные элементы обычно изготавливаются на основе никеля или железа. Сплавы на основе никеля обычно представляют собой нихром, сплав, состоящий примерно из 80 процентов никеля и 20 процентов хрома (доступны другие составы нихрома, но смесь 80–20 является наиболее предпочтительной). Нихром является наиболее популярным материалом для нагревательных элементов по разным причинам:

• он имеет высокую температуру плавления (около 1400 ° C),

• не окисляется (даже при высоких температурах),

• не слишком расширяется при нагревании,

• имеет разумное (не слишком низкое, не слишком высокое и достаточно постоянное) сопротивление (оно увеличивается только примерно на 10 процентов между комнатной температурой и максимальной рабочей температурой).

Сплав на основе железа называется фехраль. Это железо-хромо-алюминиевый сплав с незначительным включением никеля (примерно 0,6%). Он также часто используется в нагревательных элементах, потому как имеет ряд преимуществ перед нихромом:

• Низкая стоимость (в несколько раз ниже, чем у нихрома)

• Высокая температура плавления (около 1500° C)

• Высокая жаростойкость

Однако у фехрали есть и недостатки:

• Меньшая прочность, повышенная хрупкость

• Подвержен окислению

• Меньший срок службы нагревателей из этого материала

Нагревательные элементы для гальваники

Изготавливаются с оболочкой из кварцевого стекла, нержавеющей стали или титана и предназначены для подогрева различных веществ и растворов, в том числе агрессивных. В основном применяются в гальванотехнике и в химической промышленности. На оболочку изделия наносится метка минимальной глубины погружения. Во время эксплуатации необходимо чтобы уровень нагреваемой жидкости был выше этой метки. Погружаемые нагревательные элементы используются для нагрева органических кислот, растворов с содержанием металлов никеля Ni, хрома Cr, железа Fe, меди Cu, цинка Zn и т.д., водопроводной и морской воды, флюсов и др.

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.

Купить нагревательные элементы от производителя

В нашем интернет-магазине промышленных электрических нагревателей можно подобрать греющий элемент для любого промышленного и бытового оборудования по доступным ценам. При отсутствии в каталоге нагревателей с необходимыми параметрами, можно оформить заказ на их изготовление. Срок изготовления составляет от 5 дней, а гарантия на всю нашу продукцию – 1 год.

Мы производим различные промышленные электронагреватели, а также нагревательные элементы для бытовых электроприборов, бойлеров нагрева воды, оборудования для предприятий общественного питания. Вся представленная продукция соответствует международным стандартам качества и электробезопасности, а также экологическим нормам.

При необходимости вы можете обратиться за консультацией к нашему менеджеру и получить советы относительно выбора оптимально подходящего в вашем конкретном случае товара.

Классификация

Рассмотрим основные типы обогревающих устройств, их преимущества, недостатки и способы использования. Всего существуют четыре вида бытовых обогревателей с разными принципами работы:

1. Масляные радиаторы.
2. Конвекторы (электрические, водяные, газовые), которые работают по принципу конвекции, перемещая нагретый воздух вверх и засасывая холодный воздух снизу для последующего нагрева.
3. ИК обогреватели, нагревающие длинноволновыми лучами (по принципу солнца в природе) стены, полы и различные вещи в квартире.
4. Тепловентиляторы, создающие теплый направленный поток воздуха.

Обогреватель в интерьере квартиры

Проектирование нагревательных элементов

Все это делает нагревательные элементы очень простыми и понятными, но на самом деле существует множество различных факторов, которые инженеры-электрики должны учитывать при их проектировании. В своей превосходной книге по этому вопросу Тор Хегбом перечисляет примерно 20–30 различных факторов, которые влияют на работу типичного нагревательного элемента, включая такие очевидные вещи, как напряжение и ток, длина и диаметр элемента, тип материала и рабочая температура. Есть также определенные факторы, которые необходимо учитывать для каждого типа элемента. Например, для витого элемента из круглой проволоки диаметр проволоки и форма витков (диаметр, длина, шаг, растяжение и т. д.) являются одними из факторов, которые критически влияют на производительность. С элементом ленты толщина и ширина ленты.

И это только часть истории, потому что нагревательный элемент не работает изолированно: вы должны учитывать, как он впишется в более крупный прибор и как он будет вести себя во время использования (когда он используется или неправильно используется по-разному) . Как, например, ваш элемент будет поддерживаться внутри устройства изоляторами? Насколько большими и толстыми они должны быть, и повлияет ли это на размер производимого вами прибора? Например, подумайте о различных типах нагревательных элементов, которые вам понадобятся в паяльнике, размере ручки и большом нагревателе конвектора. Если у вас есть элемент, «задрапированный» между опорными изоляторами, что произойдет с нагревательным элементом при сильном нагреве? Не будет ли он слишком сильно провисать, и это вызовет проблемы? Вам нужно больше изоляторов, чтобы это не произошло, или вам нужно изменить материал или элемент? размеры?

Если вы разрабатываете что-то вроде электрического камина с несколькими близко расположенными нагревательными элементами, что произойдет, когда они будут использоваться по отдельности или в комбинации? Если вы разрабатываете нагревательный элемент, через который проходит воздух (например, конвекторный обогреватель или фен), сможете ли вы создать достаточный поток воздуха, чтобы остановить его перегрев и значительно увеличить срок его службы? Все эти факторы должны быть сбалансированы, чтобы сделать продукт эффективным, экономичным, долговечным и безопасным.

Преимущества ТЭНа мокрого типа

Эти греющие элементы имеют прямой контакт с водой в баке. Внутри колбы они заполняются теплопроводным материалом — магниевым оксидом или песком. Базой нагревателя — витая проволока из нихрома.

Особенности открытых ТЭНов:

• Тип крепления — гаечные/фланцевые. Последние могут выполняться путем литья или штамповки.
• Устройство гнезда для анода с резьбой М4.
• Конструкционная форма — прямые/гнутые, в зависимости от конструкции накопительного бака агрегата.

Основными преимуществами таких конструкций является скорость нагрева, простота и низкие цены.

Плохое качество водопроводной воды способно значительно снизить срок эксплуатации. Фланцевое крепление таких конструкций также способствует высокой коррозионной скорости и накипеотложения, что приводит к преждевременному выходу элемента из строя и повышенному расходу электроэнергии на нагрев единицы горячей воды.

Масляные радиаторы

Очень хороши для обогрева частного дома или квартиры масляные обогреватели, представляющие собой достаточно мобильные батареи, заполненные внутри минеральным маслом. Нагрев поверхности батареи происходит за счет нагревания масла, с помощью нагревательных элементов (подключены 1 или 2 ТЭНа). Такие радиаторы состоят из нескольких секций, и чем их больше, тем больше тепла отдает такая батарея.

Выбирая масляный домашний обогреватель, обращайте внимание на его мощность. Расчет необходимой мощности производится так: 1 кВт сможет отопить комнату в 10 м 2 (с высотой потолка до 3 м).

Также в масляных обогревателях иногда бывают встроены тепловентиляторы, что намного уменьшает время прогревания помещения. К преимуществам масляных обогревающих приборов относят:

1. Наличие термостата, которым можно регулировать мощность устройства (если ТЭНа два, то ручек термостата тоже должно быть две).
2. Комплектация таймером (в большинстве современных моделей) для задания времени включения или выключения установки.
3. Относительно невысокую стоимость.
4. Мобильность (их можно свободно передвигать по комнате или в другие помещения).
5. Возможность работать некоторое время без потребления электричества (за счет уже нагретого масла, которое очень медленно остывает), что может давать ощутимую экономию.

К недостаткам этого вида бытовых обогревателей относят:

1. Долгое нагревание (что компенсируется медленным остыванием).
2. Немалые габариты и вес устройства.
3. Сильное нагревание поверхности корпуса (однако большинство моделей снабжены в целях безопасности специальным защитным кожухом).

Гибкие нагревательные кабели и ленты

Предназначены для поддержания заданных температур (до 180°С), в том числе во взрывоопасных зонах. Они представляют собой волокнистый нагревательный элемент из нихрома, оплетенный стекловолокном и покрытый герметизирующейоболочкой из полиэтилена или резины. Благодаря большой поверхности обогрева, надежной электро- и гидроизоляции, малому весу и эластичности применяются в газовой, химической, нефтяной промышленности для разогрева и компенсации теплопотерь трубопроводов, теплообменников, а также в быту.

Справка

Этот калькулятор высчитает сколько денег, электроэнергии и времени тратится на нагрев воды. Вам не потребуется ни формул, ни коэффициентов: просто введите ваши данные и получите ответ.

Для расчета потребленной электроэнергии надо указать температуру холодной и горячей воды, а также её объём (массу). Вы можете указать КПД нагревательного прибора, если он вам известен. Если задать КПД 100%, то расчет покажет только полезную мощность затраченную на нагрев воды. При указании реального КПД расчет выдаст полную мощность потребленную от сети.

Чтобы высчитать полную стоимость нагрева воды, необходимо задать ваш тариф на электроэнергию в рублях.

Чтобы оценить сколько времени занимает нагрев, укажите мощность электроприбора, которым вы греете воду, в киловаттах (кВт). Мощность часто указана на корпусе прибора, а также в его руководстве по эксплуатации или паспорте.

Биметаллический терморегулятор

Многие бытовые электронагревательные приборы снабжены устройством для регулирования температуры — терморегулятором. Наиболее распространённым является биметаллический терморегулятор.

В основе устройства биметаллического терморегулятора лежит биметаллическая пластина (рис. 94). Это небольшая пластина, спаянная или склёпанная из полосок двух видов металлов с различной теплопроводностью (обычно стали и меди). Тепловое расширение пластин из разных металлов неодинаково, у медной пластины оно больше, поэтому при нагревании медная часть удлиняется больше стальной, что приводит к изгибанию биметаллической пластины. Если на биметаллической пластине установить контакты, то при нагревании они будут замыкаться или размыкаться в зависимости от положения неподвижного контакта, расположенного вне пластины.

Рис. 94. Биметаллическая пластина

Принцип работы биметаллического регулятора показан на рисунке 95.

Рис. 95. Биметаллический терморегулятор: 1 — биметаллическая пластина, 2 — толкатель, 3 — упругая пластина с подвижным контактом, 4 — электроплита, 5 — проводник тепла в виде металлического предмета, 6 — амперметр

При периодическом нагревании и охлаждении биметаллической пластины её температура будет колебаться около некоторого среднего значения Тср. Для изменения указанной средней температуры можно:

• увеличить зазор между толкателем и подвижной пластиной;
• изменить силу давления между контактами с помощью винта, как показано на рисунке 96.

Рис. 96. Регулировка силы давления между контактами терморегулятора: 1 — регулировочный винт, 2 — биметаллическая пластина, 3 — подвижный контакт, 4 — неподвижный контакт

Рассмотрим устройство современного электроутюга.

Наибольшее распространение в настоящее время получили утюги с терморегулятором, которые быстро нагреваются до рабочей температуры. Они обладают небольшой массой, удобны в эксплуатации, экономичны: сокращают расход электроэнергии при глажении на 10-15%. Такие утюги позволяют обрабатывать ткани в заданном тепловом режиме, что способствует их сохранению. На ручке терморегулятора отмечены положения, соответствующие температурам обработки различных видов тканей (рис. 97).

Рис. 97. Принципиальная электрическая схема утюга: Тр — терморегулятор, R — резистор, EL — сигнальная лампа

Практическая работа № 35

Задание. Изучить устройство и принцип действия электроутюга с терморегулятором.

1. Ознакомьтесь с устройством различных нагревательных элементов (открытых, закрытых, герметизированных), предложенных учителем.
2. Рассмотрите устройство электроутюга и зарисуйте в рабочей тетради его электрическую схему.
3. Используя «пробник», проверьте исправность нагревательного элемента утюга и соединительного шнура.

Практическая работа № 36

Задание 1. Изготовить биметаллическую пластину.

Инструменты и материалы: две полоски размерами 0,2 х 8 х 80 мм: одна из белой жести, другая из латуни; ручная дрель, сверло на 2,0-2,5 мм, подкладная доска, кусочки алюминиевой проволоки под заклёпки, молоток, пассатижи.

1. Сложите пластины вместе.
2. Разметьте и просверлите 4-5 отверстий ∅ 2,0-2,5 мм.
3. Скрепите пластины заклёпками из алюминиевой проволоки.
4. Одно отверстие оставьте свободным для подсоединения провода.

Задание 2. Собрать и испытать термореле — модель пожарной сигнализации.

Инструменты и материалы: биметаллическая пластина, металлические стойки, монтажная панель, источник питания напряжением не выше 42 В, электролампа, электропатрон, выключатель, монтажные провода, регулировочный винт, две гайки.

1. Соберите модель теплового реле, как на рисунке 98. Для этого биметаллическую пластину закрепите на стойке, предварительно повернув жестяной стороной к электролампе. Фиксация регулировочного винта обеспечивается гайками.

Рис. 98. Модель теплового реле: 1 — биметаллическая пластина, 2 — электрическая лампа, 3 — стойка, 4 — монтажная панель, 5 — регулировочный винт, 6 — гайка

1. Соберите электрическую цепь по схеме:

   

2. После проверки учителем подключите собранную цепь к источнику питания напряжением не выше 42 В (питающее напряжение должно соответствовать напряжению электролампы).
3. Выполните наладку термореле. Для этого, медленно вращая регулировочный винт, доведите его до касания с биметаллической пластиной. Цепь замыкается, и лампа загорается.
4. Понаблюдайте за работой термореле и убедитесь, что по мере нагревания биметаллическая пластина изгибается. При этом латунная сторона её удлиняется больше жестяной, поэтому изгиб происходит в сторону последней. При определённой температуре нагрева биметаллической пластины электрическая цепь размыкается, лампочка гаснет. По мере остывания пластина будет выпрямляться и через некоторое время вновь замкнёт цепь.
5. Отключите источник тока. Разберите схему.
6. Ответьте на вопрос: погаснет ли лампа, если термореле развернуть к лампе латунной пластиной?
7. Приведите в порядок рабочее место.

Новые слова и понятия

Герметизированные, открытые и закрытые нагревательные элементы; конфорка; терморегулятор; биметаллическая пластина.

Проверяем свои знания

1. На какие классы по своему назначению подразделяются электронагревательные приборы?
2. Какие требования предъявляются к нагревательному элементу электронагревательного прибора?
3. Какие проводниковые материалы используют для изготовления нагревателя?
4. Какие типы нагревательных элементов вам известны и как они устроены?
5. Какие типы конфорок вы знаете?
6. Какие коэффициенты полезного действия имеют конфорки электроплит и при каких условиях реализуются такие коэффициенты?
7. Как можно регулировать температуру нагрева и потребляемую мощность конфорки?
8. Назовите основные элементы электроутюга и нарисуйте его электрическую схему.

ТЭНы шведской компании Электролюкс

Шведская компания Электролюкс использует ТЭНы собственного производства и изделия итальянского завода Thermowatt. Качественная продукция производится в большом ассортименте, надёжна и не сильно обрастает. Приходят в негодность ТЭНы для нагревателей Электролюкс по причинам:

• лопается металлическая трубка от длительного температурного перегрева или высокого напряжения;
• корродируют места крепления;
• отсутствует магниевый анод;
• нагреватель не полностью погружён в воду.

Все случаи выхода из строя нагревательных элементов связаны с нарушениями правил эксплуатации прибора.

Правила установки и эксплуатации ТЭН

Одним из главных параметров для каждого электроприбора является его номинальная мощность. Корректная установка тена в систему отопления осуществляется только после расчета этой величины. Для этого необходимо использовать простую формулу:

Р=0.0011*м(Тк-Тн)/Т

Где м – масса энергоносителя, кг, Тк и Тн – значение температуры воды после и до нагрева, Т – требуемое время повышения температуры до оптимальной Тк.

Для 6-ти секционного алюминиевого радиатора м будет равно 0,45*6=2,7 кг. Предположим, что Тк=80°С, а Тн=20°С. Время нагрева должно составлять 10 мин. В таком случае оптимальная мощность, которой должны обладать электрические тэны для радиаторов отопления будет составлять:

Р=0.066*2,7(80-20)/10=1,06 кВт

При этом учитывается, что теплоносителем является вода. С применением антифриза номинальная мощность тена для батареи отопления должна быть увеличена с поправкой 1,44 – 1,06*1,44=1,52 кВт.

Затем необходимо ознакомиться с правилами монтажа электрических тэнов для отопления дома.

Качество теплоносителя

Вышедший из строя ТЭН

Лучше всего использовать дистиллированную воду, так как она содержит минимальный % примесей. При нагреве они формируют на поверхности защитной оболочки слой накипи. Это приводит не только к потере эффективности работы устройства, но и является основной причиной коррозии.

Герметизация стыков

Во время установки тена в систему отопления нужно предварительно ознакомиться с инструкцией от производителя. Если в ней указано, что торцевые стыки электродов должны быть дополнительно герметизированы – это обязательно выполняется. В противном случае при попадании воды на поверхность нагревательной спирали повышается опасность для проживающих в доме. Ознакомившись с этими правилами можно приступать к установке тэна для отопления.

Отзывы

Многие люди пользуются приборами с плоским нагревательным элементом.

Самым простым из них является чайник. Изделия таких моделей пользуются популярностью, так как они нагревают воду за короткий промежуток времени. Кроме того, из-за удобного дискового элемента элемент легко чистится от накипи, в чем значительно превосходит свои аналоги. Единственным отрицательным моментом является шум, который издается при работе. Однако на этот момент многие закрывают глаза.

Внутреннее покрытие водонагревателя

Внутреннее покрытие бака условно можно расположить по крутости, и, соответственно, по цене. Нержавеющая сталь, титановая эмаль, эмаль, стеклоэмаль, пластик – материал покрытия влияет на долговечность водонагревателя.

Пластик – дешевый, но не самый надежный вариант.

Эмаль и стеклоэмаль – это покрытие на обычной стали. Могут со временем образовывать микротрещины, но цены вполне доступные.

Нержавеющая сталь и титановая эмаль – это отличные варианты и за приемлемые деньги. У них одно потенциально слабое место: швы, где может образовываться ржавчина.

Также периодически появляются новые типы покрытий, вроде Аргентум плюс (AG+), которые обещают улучшенную защиту от коррозии и очищения воды. Впрочем, дело вообще не в возможных минусах или плюсах, по каждому нагревателю стоит почитать отзывы в интернете. Есть недорогие модели, которые служат годами, еще и фору дают своим навороченным братьям. Обращайте внимание и на срок гарантии. Чем он больше, тем лучше.

Инфракрасные кварцевые излучатели

Излучатели представляют собой кварцевые трубки с резистивной спиралью внутри. Тепловое излучение, исходящее от нагревательного элемента поглощается окружающими предметами, которые разогреваясь отражают тепло, в результате этого повышается и температура воздуха. За счет короткого времени реагирования рекомендуется использовать такиеприборы, прежде всего, в цикличных или часто прерываемых рабочих процессах: сушка фруктов и овощей/краски/лака/тканей,пастеризация, стерилизация, термо- и вакуумформовка, поддержание блюд в горячем состоянии. Также с их помощью обогревают помещения.