Электрические нагревательные элементы широко применяются в бытовой технике. Использование электронагревателей мы прекрасно видим в электрических плитах, водонагревателях, жарочных шкафах и духовках, электрокофеварках, электрических чайниках, электрообогревателях и т.п.
Содержание
Нагревательные элементы с закрытой спиралью
Чтобы закрыть раскаленную спираль, были изобретены трубчатые электрические нагреватели – ТЭНы.
Конструкция ТЭНа
Нихромовая спираль помещена внутрь тонкостенной металлической трубки. Спираль изолируется от металла наполнителем с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего используется периклаз.
После заполнения трубки изолирующим материалом их опрессовывают и под воздействия давления периклаз превращается в монолит. После этого спираль жестко фиксируется, поэтому ее контакт с корпусом невозможен.
Спираль соединяется с металлическими выводами, которые выходят наружу через изоляторы. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов с помощью гаек и шайб. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.
При соблюдении правил эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна, что и послужило широкому применению ТЭНов в нагревательных приборах различного назначения.
По среде применения трубчатые нагреватели делятся на две группы: воздушные и водяные.
Разогрев оболочки воздушного трубчатого нагревателя может достигать 450C и даже более. Поэтому для ее изготовления применяются различные материалы. Это может быть обычная углеродистая сталь, нержавеющая сталь или жаропрочная, жаростойкая сталь.
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 ТЭНы также применяются не обязательно в воде, это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Данные нагреватели применяются в электрических котлах, дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто для кипячения питьевой воды.
Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, чем у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от нагревателя. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.
Водяные ТЭНы ни в коем случае нельзя применять для работы в воздушной среде. Воздушные же нагреватели для нагрева жидкости использовать можно.
Подключение и проверка трубчатых электрических нагревателей
При подключении ТЭНа должен использоваться провод соответствующего сечения. Здесь все зависит от тока, протекающего через ТЭН. Лучше всего использовать медный провод в двойной изоляции сечением жилы в 2.5 мм. кв.
Перед подключением нагревателя, необходимо убедиться в его исправности, даже только что купленного ТЭНа. Прежде всего, надо измерить его сопротивление и проверить целостность изоляции. Сопротивление нагревателя 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 ТЭН имеет другую мощность, то и сопротивление, естественно, будет другим.
Для проверки целостности изоляции следует измерить сопротивление между любым из выводов и металлическим корпусом нагревателя. 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.
Некоторые ТЭНы 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.
ТЭНы 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.
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.
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 нагреватели
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.
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» трубчатые нареватели 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.
