Виды нагревательных элементов | Электрика в квартире, ремонт бытовых электроприборов
Главная » Статьи » Электрика
Электрика
Просмотров 2.1k. Опубликовано Обновлено
В современном мире в нашем с вами быту очень широкое применение получили всевозможные нагревательные электроприборы. Главной деталью любого такого устройства является электрический нагревательный элемент. Он изготавливается из различных сплавов, которые обладают значительно большим удельным сопротивлением, что и позволяет элементу нагреваться при прохождении через него электрического тока.
На сегодняшний день существует несколько видов нагревательных элементов.
Электрические нагревательные элементы делятся на два вида:
- открытые;
- закрытые:
- герметичные;
- негерметичные.
Рассмотрим, что из себя представляют элементы открытого типа. Это спирали, которые либо подвешены на кронштейнах из электроизоляционного материала, либо открыто проложены в канавках в изоляционном материале. Тепло они отдают путем конвекции и излучения. Нагревательные элементы открытого типа имеют ряд преимуществ — это быстрый нагрев, относительно простая конструкция, легкий ремонта и низкая стоимость. Но есть и минусы, главным из которых является недостаточная электробезопасность, а также возможное замыкание витков спирали внешними предметами, как и механическое повреждение спирали.
Нагревательные негерметичные элементы закрытого типа. Они состоят из спирали или ленты, которые помещены в защитную оболочку из электроизоляционного материала, что служит защитой от механических повреждений.
Также существуют нагревательные элементы закрытого типа в виде спирали из нихромовой или фехралевой проволоки. Они размещены в металлическом кожухе, который состоит из двух кольцевых чашек, запрессованных одна в другой. Внутренняя часть кожуха заполняется изоляционной массой в виде порошка. Такие элементы нагреваются сравнительно долго, но зато они надежны в эксплуатации.
Герметичные трубчатые нагревательные элементы закрытого типа. В них используются трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы), которые работают по принципу передачи тепла излучением, конвекцией и теплопроводностью.
ТЭН — это тонкостенная металлическая трубка, внутри которой находится спираль, изготовленная из проволоки с высоким удельным сопротивлением. Концы проволочной спирали соединены с контактными стержнями.
Между самой трубкой и контактным стержнем находится специальный изолятор, а между трубкой и спиралью — специальный изоляционный порошок (наполнитель). В контактные стержни вмонтированы клеммы.
Наполнитель обеспечивает не только надёжную электроизоляцию, но и обладает большой теплопроводимостью и используется также для сглаживания перепада температур между внешней трубкой и нагревательной спиралью.
Оболочка ТЭНа изготавливается из нержавеющей жаростойкой стали, углеродистой стали, либо алюминиевых сплавов.
ТЭН имеет ряд бесспорных преимуществ перед другими видами нагревателей. В данной конструкции поверхность электронагревателя не находится под электрическим напряжением, а значит он является электробезопасным (необходимо заземление внешней трубки и правильно подобранные предохранители). ТЭН можно безопасно помещать в любую жидкость. Нагревательная спираль, запрессованная в наполнителе (при достаточной герметизации торцов нагревателя), имеет малый диаметр проволоки и значительный срок службы.
Электрические нагревательные элементы | Электрика в квартире, ремонт бытовых электроприборов
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
- Конструкция ТЭНа
- Подключение и проверка трубчатых электрических нагревателей
- ТЭНы с терморегулятором
- Мокрые и сухие нагреватели
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.
Нагревательные элементы Globar® — Kanthal®
Информация
Информация о геометрии
- Диаметры от 10 мм до 55 мм
- Горячие зоны до 4,2 м
- Общая длина от 100 мм до 6 м
Стандартные марки
| Марка | Описание |
|---|---|
| Глобар ® SD | Элементы, подходящие для большинства применений, в которых используются элементы из карбида кремния. Глобар 9Нагревательные элементы SiC 0029® SD имеют горячие зоны из рекристаллизованного карбида кремния, оптимизированные для устойчивости к окислению и обычным технологическим газам. Доступны в стержневой или многоножевой конструкции. |
| Глобар ® AS | Плотный рекристаллизованный материал SiC с примерно 20-процентной пористостью, высоким модулем Вейбулла, намного прочнее, чем SD и продукты наших конкурентов, и особенно полезен в циклических приложениях, на больших пролетах или в условиях сильной механической вибрации. |
| Глобар ® HD | Нагревательные элементы из карбида кремния предназначены для самых сложных применений, где обычные элементы из карбида кремния не подходят. Нагревательные элементы Globar ® HD SiC имеют горячие зоны из карбида кремния с высокой плотностью, низкой проницаемостью, химически связанного карбида кремния, который обладает высокой устойчивостью к окислению и химическому воздействию технологических летучих веществ и реактивных атмосфер. Доступны в стержневой или многоножевой конструкции. |
| Globar ® SG и SR | Трубчатые спиралевидные элементы SiC из материала Globar ® HD. |
Характеристики
Конфигурация элемента
Тип B: ориентация обогрева крыши/крышки; ограниченное пространство
Тип U: Вертикальная или горизонтальная ориентация; удобные соединения
Тип W: Флоат-стекло, стандартное; 3-фазный элемент
Тип SG: Спиральный HZ, длительный срок службы; агрессивные среды
Тип SR: Спираль HZ, долгий срок службы; применение при высоких температурах
применение
Лабораторная печь
Читать далееОтжиговые печи
Читать далее Агломерационные печи
Читать далееПлавильные, дозирующие и раздаточные печи
Читать далееПроизводство литий-ионных аккумуляторов
Читать далееСжигание отходов
Читать далееЗагрузки
Связанные продукты
Другие продукты, которые могут вас заинтересовать
Диапазон точности Globar®
Продукция Kanthal ® Precision Range разработана для конкретных применений или сегментов и обеспечивает дополнительную ценность для наших клиентов.
Элементы из флоат-стекла
Нагревательные элементы из карбида кремния, предназначенные для использования во флоат-ваннах для производства натриево-кальциевого листового стекла для архитектурных, автомобильных и солнцезащитных стекол. Срок службы элементов из флоат-стекла Globar ® составляет до 18 лет.
См. сведения о продуктеПримеры из практики
Более прочная связь
Читать далееМожет ли выбор нагревательного элемента повысить энергоэффективность печи?
Читать далееНадежные нагревательные элементы улучшают производство катодов
Читать далееЭлектрические нагревательные элементы — Wattco
Нагреватели для промышленных помещений обычно питаются от источника электроэнергии.
Нагреватели производства WATTCO™ все электрические нагреватели с нагревательными элементами, изготовленными из специально разработанных электрических нагревательных стержней. Типичные нагревательные элементы изготавливаются из стали или нержавеющей стали. Они используются для нагрева воды или аналогичной жидкой среды общего назначения и обычно не подвержены коррозии. Другие используемые коррозионно-стойкие материалы представляют собой сплавы, такие как медь или титан. Они наиболее устойчивы к высоким температурам и выдерживают воздействие высокоагрессивных сред. Недавно для более продвинутого применения были представлены специально изготовленные сплавы, такие как Inconel® и Incoloy®.
Нагревательные элементы являются жизненно важной частью промышленного нагревателя с различными дополнительными преимуществами в зависимости от конкретного применения. Выбор нагревательных элементов во многом зависит от типа и характера среды, для которой они используются. В дополнение к среде, тип нагревателя, который он будет устанавливать, также имеет отношение к тому, из какого сплава он должен быть изготовлен.
Эти элементы изготавливаются на заводе любой формы и размера. Они работают при чрезвычайно высокой температуре, так как некоторые нагревательные элементы должны работать значительно выше рабочей температуры 1600⁰F. Материал для нагревательных элементов варьируется в зависимости от его применения. Для погружных нагревателей часто требуется материал, обладающий высокой устойчивостью к разрушению при экстремальных температурах и способный оставаться в погруженном состоянии, не поддаваясь эрозионному фактору. Учитывая эти условия, нержавеющая сталь является идеальным выбором для нагрева воды и других подобных химикатов. Нержавеющая сталь изготавливается из стального сплава с содержанием хрома не менее 10,5%, более вероятно, от 13% до 26% по массе. (Источник: Википедия) Самым большим преимуществом нержавеющей стали по сравнению с обычной углеродистой сталью, очевидно, является устойчивость к окислению. Однако нержавеющая сталь ни в коем случае не является полностью устойчивой к эрозии. Существуют определенные внешние условия, такие как низкий уровень кислорода, высокая соленость или плохая циркуляция, при которых нержавеющая сталь становится уязвимой для пассивной пленки оксидов хрома.
Использование экзотических сплавов еще больше повышает способность нагревательных элементов противостоять присущей им эрозионной природе. Медь, например, не реагирует на воду, чтобы избежать нормального окисления. Однако при длительном использовании он в конечном итоге реагирует с кислородом воздуха и образует слой оксида меди, а не оксида железа. Использование титана значительно снижает риск коррозии, поскольку одним из его свойств является высокая коррозионная стойкость. Дополнительным преимуществом титана является его легкий вес по сравнению с другими металлами.
Для экстремальных условий WATTCO™ производит нагревательные элементы из суперсплавов, таких как Inconel® или Incoloy®. Суперсплавы в основном на основе никеля представляют собой превосходные коррозионностойкие материалы, обычно подходящие для сред с особенно высоким давлением и кинетической энергией. Они также полностью устойчивы к экстремальным температурам и особенно устойчивы к определенным химическим веществам, в противном случае неустойчивые к обычным сплавам нагревательных элементов.