Что такое нагревательный элемент: Электрические нагревательные элементы.Виды и устройство

Содержание

Электрические нагревательные элементы.Виды и устройство

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:

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.

Нагревательные элементы :: информационная статья компании Полимернагрев

Огонь был одним из самых ранних и величайших открытий человечества — примерно один или два миллиона лет назад. В наш современный век реактивных двигателей, космических ракет, стальных небоскребов и синтетических пластмасс дым и пламя могут показаться доисторическими. Но все четыре из этих изобретений — и десятки других — в той или иной степени полагаются на огонь.

Иногда на то, чтобы разжечь огонь, уходит много времени: например, угольные паровозы нужно разжечь за несколько часов до того, как они потянут поезда. В других случаях пожар вспыхивает тогда, когда вы меньше всего этого ожидаете, угрожая жизни, зданиям и всему, что вам дорого. Разве не было бы замечательно, если бы огонь можно было контролировать так же легко, как электричество, чтобы вы могли включать и выключать его в любой момент? Это основная идея нагревательных элементов.

Они — «огонь» внутри таких вещей, как электрические обогреватели, душевые , тостеры , плиты, фены, сушилки для одежды, паяльники и всякая другая бытовая техника. Нагревательные элементы дают нам силу огня с удобством электричества. Давайте подробнее разберемся, что это такое и как они работают!

На фото: электрический нагреватель с открытой спиралью. При нагревании спираль начинает светиться красным.

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

Типы нагревательных элементов

Есть много разных видов нагревательных элементов. Иногда спирали из нихрома или фехрали используется как таковой; в других случаях спирали встроены в керамический материал, чтобы сделать его более прочным и долговечным (керамика отлично справляется с высокими температурами и не боится большого нагрева и охлаждения), или изолированы в миканите и помещены в металлический корпус (к примеру, кольцевые и плоские нагреватели для экструдеров).

Размер и форма нагревательного элемента в значительной степени определяется размерами прибора, внутри которого он должен помещаться, и площадью, на которой он должен производить тепло. Щипцы для завивки волос имеют короткие спиральные элементы, потому что они должны выделять тепло через тонкую трубку, вокруг которой можно обернуть волосы. Электрические радиаторы имеют длинные стержневые элементы, потому что они должны рассеивать тепло через большую площадь комнаты. Электрические плиты имеют спиральные нагревательные элементы, подходящие по размеру для нагрева кастрюль и сковородок (часто элементы плиты покрыты металлическими, стеклянными или керамическими пластинами, чтобы их было легче чистить).

Нагреватели нефтепродуктов для больших емкостей или цистерн представляют собой огромные металлические трубы с керамическими нагревательными элементами, потому что они должны производить мягкий нагрев на большой площади соприкосновения с легко воспламеняемыми жидкостями.

На фото: два вида нагревательных элементов. 1) Светящиеся нихромовые ленты внутри инфракрасного кварцевого нагревателя для сушки. 2) Вы можете четко видеть спиральный электрический ТЭН внизу чайника. Он никогда не накаляется докрасна так же, как провода ик обогревателя, потому что обычно он недостаточно нагревается. Однако, если вы достаточно глупы, чтобы включить чайник без воды внутри (как я однажды случайно сделал), вы обнаружите, что элемент чайника вполне может раскалиться докрасна. Этот опасный и катастрофический эпизод навсегда повредил мой чайник и мог поджечь мою кухню.

В некоторых приборах нагревательные элементы хорошо видны: в электрическом тостере легко заметить ленты из нихрома, встроенные в стенки тостера, потому что они раскалены докрасна. Электрические радиаторы выделяют тепло с помощью светящихся красных полос (по сути, просто спиральные, проволочные нагревательные элементы, которые выделяют тепло за счет излучения), в то время как электрические конвекторные нагреватели обычно имеют концентрические круглые нагревательные элементы, расположенные перед электрическими вентиляторами (поэтому они быстрее переносят тепло за счет конвекции).

У некоторых приборов есть видимые элементы, которые работают при более низких температурах и не светятся; электрические чайники, которым никогда не нужно работать выше точки кипения воды (100 ° C), являются хорошим примером. В других приборах нагревательные элементы полностью скрыты, как правило, из соображений безопасности. Электрический душ и щипцы для завивки волос имеют скрытые элементы, поэтому (надеюсь) нет риска поражения электрическим током.

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.

Нужно ли нагревательному элементу высокое или низкое сопротивление?

Вы можете подумать, что нагревательный элемент должен иметь действительно высокое сопротивление — в конце концов, именно сопротивление позволяет материалу выделять тепло. Но на самом деле это не так. Тепло генерирует ток, протекающий через элемент, а не сопротивление, которое он испытывает. Получение максимального тока, протекающего через нагревательный элемент, намного важнее, чем проталкивание этого тока через большое сопротивление. Это может показаться запутанным и нелогичным, но довольно легко понять, почему это (и должно быть) истина, как интуитивно, так и математически.

Интуитивно …

Предположим, вы сделали сопротивление вашего нагревательного элемента настолько большим, насколько это возможно — фактически бесконечно большим. Тогда закон Ома (напряжение = ток ∙ сопротивление или V = I ∙ R) говорит нам, что ток, протекающий через ваш элемент, должен быть бесконечно малым (если I = V / R, I приближается к нулю, когда R приближается к бесконечности). У вас будет колоссальное сопротивление, отсутствие тока и, следовательно, отсутствие тепла. Итак, что, если мы впадем в противоположную крайность и сделаем сопротивление бесконечно маленьким. Тогда у нас была бы другая проблема. Хотя ток I может быть огромным, R будет практически равным нулю, поэтому ток будет проходить через элемент, как скоростной поезд, даже не останавливаясь, не производя тепла вообще.

Поэтому в нагревательном элементе нам нужен баланс между двумя крайностями: сопротивление, достаточное для выработки тепла, но не такое, чтобы оно слишком сильно уменьшало ток. Нихром и фехраль — отличный выбор. Сопротивление нихромовой проволоки (примерно) в 100 раз выше, чем у проволоки того же диаметра, сделанной из меди (отличный проводник), но только на четверть меньше, чем у графитового стержня аналогичного размера (довольно хороший изолятор) и может быть, только в миллионную триллионную часть меньше действительно хорошего изолятора, такого как стекло. Цифры говорят сами за себя: нихром — это средний проводник с умеренным сопротивлением, и никак не изолятор!

Математически…

Мы можем прийти к точно такому же выводу с помощью математики. Мощность, производимая или потребляемая потоком электричества, равна напряжению, умноженному на ток (ватты = вольт∙ ампер или P = V ∙ I). Мы также знаем из закона Ома, что V = IR. Исключите V из этих уравнений, и мы обнаружим, что мощность, рассеиваемая в нашем элементе, равна I² R. Другими словами, тепло пропорционально сопротивлению, но также пропорционально квадрату тока. Таким образом, ток оказывает гораздо большее влияние на выделяемое тепло, чем сопротивление. Удвойте сопротивление, и вы удвоите мощность (отлично!), Но удвоите ток, и вы увеличите мощность в четыре раза (фантастически!). Так что ток — вот что действительно важно.

Несложно подсчитать, что сопротивление нити накаливания типичной лампы накаливания составляет несколько сотен Ом.

Нагреватели сопротивления?

Мы часто называем электрический нагрев — то, что делают нагревательные элементы — «джоулевым нагревом» или «резистивным нагревом», как будто сопротивление является единственным фактором, который имеет значение. Но на самом деле, как я объяснил выше, существует множество взаимосвязанных факторов, которые следует учитывать при разработке нагревательного элемента, который эффективно работает в конкретном приборе. Сопротивление не всегда является тем, что вы контролируете и определяете: оно часто определяется для вас вашим выбором материала, размерами нагревательного элемента и т. д.

Что такое нагревательный элемент, и какие виды существуют? :: SYL.ru

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.

Электрические нагревательные элементы для отопительных приборов: что это такое, виды

Электрические ТЭНы (расшифровка: трубчатый электронагреватель) в течение многих десятилетий не меняют свои конструкционные особенности, и по сей день остаются востребованными. Единственное, что может измениться – форма приборов и материал их изготовления. Эффективность и принцип действия остаются неизменными.

Содержание статьи:

ТЭН – что это, и для чего предназначен?

Большинство современных отопительных приборов оснащаются специальными электронагревателями.

ТЭН – это нагревательный элемент, который устанавливается внутри радиаторов водяного отопления и других обогревателей. Именно благодаря этому устройству осуществляется нагрев теплоносителей, которые отдают свое тепло для обогрева частного дома или квартиры.

ТЭН для обогрева пользуется популярностью из-за своей универсальности и максимального КПД. Вся энергия, которая потребляется таким электронагревателем, расходуется на обогрев помещений.

Выделяют несколько приборов, в которых могут быть установлены электрические ТЭНы для отопления:

Масляные электрические обогреватели;
Электрокотлы;
Конвекторные котлы;
Водяной отопительный радиатор;
Электрический камин.

Перечисленное оборудование часто используется в повседневной жизни и может выступать в качестве дополнительного или основного источника тепла.

Принцип работы нагревательных элементов и его внутреннее устройство

Чтобы разобраться с тем, что такое нагревательный ТЭН, необходимо детально ознакомиться с его внутренним устройством. Это металлическая или керамическая трубка, внутри которой залит специальный термический проводник. В местах соединения детали с фланцем располагаются изоляционные втулки. Электротэны для отопления водяного типа оснащаются ими, чтобы корпус не соприкасался с внутренней спиралью.

Чаще всего, электронагреватели крепятся фланцевым методом. Благодаря этому удается лучше защитить внутреннюю часть ТЭНа от воздействия окружающей среды. Главным минусом такого крепления считается сложность замены перегоревшей внутренней спирали.

Принцип работы у электрических ТЭНов для отопления довольно простой. После подключения к источнику электроэнергии их внутренняя спираль нагревается, после чего наружная оболочка начинает обмениваться энергией с термопроводкой. Затем подключенные электротэны для домашнего отопления начинают активно передавать тепло. При этом, трубка элемента нагревается равномерно за счет того, что во время работы вокруг нее создаются конвекционные потоки.

В безжидкостных электрических ТЭНах для системы отопления температурные показатели нагрева ограничены. Это предотвращает поверхностное повреждение детали, которое может привести к возникновению пожара.

Типы ТЭНов

Существуют различные виды ТЭНов, которые отличаются друг от друга способами крепления и формой. Поэтому люди, которые собираются в будущем приобрести ТЭНы для приборов отопления и котлов, должны ознакомиться с основными конструктивными вариантами.

Трубчатые

Воздухонагреватели трубчатого типа считаются наиболее распространенными устройствами, которые устанавливаются в настенных радиаторах и мобильных обогревателях. Особенностью таких моделей является то, что в них тепло передается несколькими способами:

Конвекцией;
Теплопроводностью;
Инфракрасным излучением.

Длина и форма трубки могут отличается, в зависимости от конструктивных особенностей. Чаще всего встречаются ТЭНы змеевидной формы, которые после нагрева излучают инфракрасное тепло.

Важно! Раскаленный трубчатый электронагреватель нельзя помещать в воду, так как это может спровоцировать взрывной эффект.

Оребренные

Многие не знают ничего об оребренных ТЭНах и не понимают, что это такое. Эти ТЭНы используются для воздушного отопления, являются модификацией трубчатых электронагревателей. Главная особенность оребренной конструкции – наличие нескольких тонких пластинок, которые располагаются вдоль трубки. Эта разновидность электротенов для отопления, по сравнению с трубчатыми изделиями, обеспечивает более высокую скорость нагрева окружающей среды.

Среди недостатков оребренных конструкций выделяют их дороговизну и высокое потребление электроэнергии.

Блочные

Конструкции блочного типа состоят из нескольких нагревателей, которые совмещены на одном трубчатом креплении. Этот ТЭН можно использовать в следующих случаях:

Необходимость увеличения скорости подогрева воздуха за счет использования более мощного прибора.
Невозможность своевременно передать тепловую энергию из-за нехватки площади оболочки.

Мощность некоторых блочных электронагревателей достигает 7–10 кВт. Поэтому прежде чем размещать их в помещении, нужно протянуть дополнительный электрический кабель.

Патронные

Патронные, как и ТЭНы трубчатого типа, имеют вид трубки. Поверхность таких изделий изготовлена из отполированного стального металла. Благодаря этому оболочка индуктивного нагревателя будет максимально плотно прилегать к окружающему материалу. Главный недостаток этого тена – небольшая поверхность для теплоотдачи. Это значит, что при использовании таких устройств придется пользоваться дополнительными устройствами для отведения тепла.

Как выбрать ТЭН для отопительного оборудования

При выборе ТЭНа для радиатора или водонагревателя стиральной машины, нужно обращать внимание на конструкционные особенности детали, ее мощность и длину трубки. Поэтому прежде чем купить электронагреватель, надо детально ознакомиться с его характеристиками.

Определение мощности

Перед выбором необходимо определить, сколько мощности должно быть у электронагревателя. Некоторые считают, что, например, подогреть воду в радиаторе можно только мощным ТЭНом. Однако не всегда большая мощность подходит для достижения поставленных целей. Не рекомендуется покупать нагреватели, мощность которых на 75–80% превышает теплоотдачу оборудования для отопления. Сильная нагрузка может негативно сказаться на функционировании отопительных приборов.

Особенности конструкции

Рекомендуется выбирать детали, которые имеют стальную оболочку. Дело в том, что такие ТЭНы более прочные и устойчивые к появлению ржавчины на поверхности.

Еще одна конструкционная особенность, которую нужно учитывать при выборе – направление резьбовой заглушки. Они могут быть направлены в левую или в правую сторону.

Длина трубки

Многих людей при выборе ТЭНа интересует оптимальная длина трубки. Желательно выбирать детали, которые проходят вдоль всей рабочей зоны отопительного устройства.

Обратите внимание! Трубка не должна дотрагиваться до поверхности противоположных стенок на 5–7 сантиметров.

Дополнительные функции

Некоторые разновидности электрических тенов для системы отопления имеют дополнительный функционал. Чаще всего встречаются модели с установленным терморегулятором. Его можно приобрести, если в самом конвекторе или радиаторе нет встроенного термодатчика. В остальных случаях переплачивать за дополнительные функции не имеет смысла.

нагревательный элемент — с английского на русский

См. также в других словарях:

нагревательный элемент — Изделие из проводникового материала для преобразования электрической энергии в тепловую для дальнейшего использования. [ГОСТ 16382 87] Тематики электротермическое оборудование … Справочник технического переводчика
Нагревательный элемент — 1.2. Нагревательный элемент металлический проводник, выполненный из сплава с высоким удельным сопротивлением. Источник: ГОСТ 13268 88: Электронагреватели трубчатые оригинал документа 3.110 нагревательный элемент (heating element): Нагреваемый… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
нагревательный элемент — kaitinamasis elementas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. heating element vok. Heizelement, n rus. нагреватель, m; нагревательный элемент, m pranc. élément chauffant, m; réchauffeur, m … Automatikos terminų žodynas
нагревательный элемент — kaitinamasis elementas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heating element vok. Heizelement, n rus. нагревательный элемент, m pranc. élément chauffant, m … Fizikos terminų žodynas
нагревательный элемент — kaitinimo elementas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Strypas ar gyvatukas, pagamintas iš karščiui atsparaus didelės varžos metalo. atitikmenys: angl. heating element vok. Heizelement, n rus. нагревательный элемент, m pranc. élément… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом — (РТС heating element): Нагревательный элемент, состоящий из двух проводников, разделенных проводящим материалом, характеризующимся быстрым нелинейным увеличением сопротивления, при повышении температуры. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
нагревательный элемент с видимым свечением — Нагревательный элемент, который виден снаружи прибора частично или полностью и температура которого по меньшей мере 650 оС после достижения прибором установившегося состояния при номинальной потребляемой мощности в условиях нормальной работы.… … Справочник технического переводчика
Нагревательный элемент прибора с видимым свечением — Нагревательный элемент с видимым свечением нагревательный элемент, который в подготовленном для эксплуатации приборе виден снаружи прибора частично или полностью и температура которого не менее 650 C после достижения установившегося режима в… … Официальная терминология
нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом — Элемент, предназначенный для нагрева, состоящий в основном из сопротивлений с положительным температурным коэффициентом, обладающих такой термочувствительностью, что при росте температуры в определенном диапазоне у него происходит быстрое… … Справочник технического переводчика
нагревательный элемент испарителя — — [А. С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN calandria … Справочник технического переводчика
нагревательный элемент патронного типа — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN heating cartridge unit … Справочник технического переводчика

Нагревательные элементы в конвекторах: монолит, ТЭН в рубашке, ститч

Всем привет!

Порой смотришь — конвектор, стоит тысяч под 10, ждешь там последние технологии, применимые астронавтами NASA, видишь супер-изысканный дизайн, такой только на прием к Королеве Англии ставить в Букингемском Дворце, а внутри оказывается нагревательный элемент, выполненный по технологии 50-летней давности, пожароопасность которого вполне себе сопоставима с игрой в спички вблизи бензоколонки.

Беда в том, что даже старые технологии до сих пор используются в современных отопительных приборах. Как избежать неправильно решения и не купить фигню с морально устаревшим нагревательным элементом — читайте здесь. Мы сделали краткий обзор трех разных нагревательных элементов, упорядочив их от худшего к лучшему. Также уместно сказать, что их расположение в этом тексте идет от старого к новому (в плане технологичности).

Слева направо — Monlan, Atlantic, Electrolux Rapid (инверторный конвектор)

Повествование будет идти на примере трех электрических конвекторов:

Ститч-нагревательный элемент.

Ститч-нагревательный элемент — стальная проволока на диэлектрической основе. Технология, которой больше полувека. Нагревательный элемент представляет собой металлическую нить, уложенную зигзагом. Она раскаляется до очень высокой температуры (250-300ºC), проходящий через неё воздух согревается и выходит наружу в теплом виде. Из плюсов – мгновенный выход на рабочую tº, буквально 5-10 секунд. На этом плюсы закончились.

Вот так выглядит ститч нагревательный элемент.

Из минусов – безопасность, низкая эффективность вкупе с несоразмерным энергопотребление, недолговечность, дискомфорт в процессе эксплуатации. Безопасность. Проволока, которая раскаляется до красна. Пожароопасность вполне себе сопоставима с игрой в спички вблизи бензоколонки. Да, эта металлическая нить также быстро остывает, как и разогревается, но иметь дома что-то с температурой работы под 300ºC – такая себе идея. Низкая эффективность обусловлена в первую очередь маленькой площадью нагревательного элемента. Воздух, который проходит по конвекционной камере, не успевает нагреться в достаточной мере, так как площадь соприкосновения его с нагревательным очень мала. Энергопотребление – оно несоразмерно велико теплоотдаче.

Также ститч-нагревательный элемент известен как игольчатый. Теперь вы понимаете, почему он называется именно так)

Площадь нагревательного элемента должна быть большой, тогда и будет нормальный теплосъем. Так что греть он будет долго, неэффективно, при этом забирая электроэнергию согласно своей номинальной мощности. Дискомфорт во время использования – следствие высокой температуры нагревательного элемента. Когда мимо него вместе с воздухом проходит пыль и прочие мелкие частицы (ведь они тоже участвуют в режиме конвекции), то они сгорают, кислород окисляется, выделяется CO2 и появляется ощущение нехватки O2 и начинаем чувствовать посторонние запахи. На самом деле кислорода хватает и его более чем достаточно, просто деструктивно влияет образование CO2, но на этот счет всегда можно поставить приточную вентиляцию и проблема свежего воздуха будет решена навсегда.

Что касается долговечности, то пыль и грязь, которая оседает на нагревательном элементе в выключенном состоянии, сгорает моментально, а эти участки металлической нити просто перегорают, постепенно выводя прибор из строя. Эта самая устаревшая технология, но которая в виду удешевления продукции часто встречается даже в дорогих электрических конвекторах.

Стальной ТЭН в алюминиевой рубашке.

На стальную трубку надета алюминиевая рубашка, которая позволяет забрать тепло со стальной трубки и участвует в процессе теплообмена. Не такая старая технология, как ститч, но ей тоже очень много лет. Каких-то ярко выраженных плюсов здесь нет, но и сказать что этот нагревательный элемент однозначно плохой тоже нельзя. Морально старый? Однозначно. Был адекватен своему времени, но теперь уже просто эта технология устарела.

Стальной ТЭН в алюминиевой рубашке.

По сравнению со ститчем здесь значительно ниже рабочая температура, поэтому нет какого-то ощущения выжигания O2 и посторонних запахов. Основной минус – шум работы. Состоит нагревательный элемент из двух составляющих – стальной трубки и алюминиевой рубашки. Стальная трубка разогревается и передает тепло алюминию. Поскольку у них разная температура расширения, то алюминий будет при нагреве и остывании расширяться и сужаться, издавая металлические звука, которые реально громкие, в ночи они могут разбудить, а во время работы или вечернего отдыха изрядно так смещать ваш фокус внимания с чего-то полезного и хорошего на себя

Монолитный нагревательный элемент.

Монолит – самый продвинутый и дорогой. Выполнен из монолитного состава силумина, который отлит в единой форме. Форма нагревательного элемента X-образная, поэтому их часто называют X-образными нагревательными элементами. Хотя встречается и V-образный нагревательный элемент, но используется такой уже в тех же плинтусный конвекторах (где X-образный нагревательный элемент будет избыточен). За счет того что структура монолитная, в отличие от ТЭНа в алюминиевой рубашке он не вызывает никаких щелчков и хрустов в процессе разогрева и остывания.

Монолитный нагревательный элемент.

Монолитная структура позволяет равномерно разогреть весь элемент до единой температуры и весь нагревательный элемент полностью участвует в процессе теплообмена. Сердечник на фото выше (образующий цилинд по центру) — нагревательный элемент и с него уже тепло расходится по соседним рёбрам.

Правды ради стоит сказать, что и монолитных нагревательных элементов есть много вариантов, но мы демонстрируем вам самый совершенный, который сейчас есть в мире (на момент публикации) нагревательного элемента лучше чем этот, просто не существует. Второй повод для гордости – его придумали наши ученые из Ижевска, окрестив свою разработку «ТурбоЁж», так как он имеет щетинистую фактуру и напоминает ежа. Для большей убедительности его назвали Хэджхог, что тоже переводится как «Ёж».

Вот такой компактный нагревательный элемент на целых 1.5 кВт — всего 50 см (когда в других по меньшей мере 64 см).

У него самая большая площадь, поэтому здесь идет самый большой теплосъем и он быстрее всех прогреет помещение. Скорость выхода на рабочую температуру составляет всего 75 секунд. Его температура работы среди всех нагревательных элементов самая низкая и у качественных монолитных нагревательных элементов не превышает 125ºC при пиковой нагрузке. Они не боятся отрицательных температур и их можно включать даже тогда, когда они замерзли. Срок службы монолитного нагревательного элемента составляет порядка 25 лет, что очень, очень долго.

Подведем итоги:
Хуже всех – ститч. Имеет право на существование только в тепловентилятороах, да и и то лучше покупать тепловетерки с керамическим нагревательным элементом. Конвектор со стальным ТЭНом в алюминиевой рубашке – морально старые, но кто-то почему-то их проивзодит и использует, хотя, лучше их, чем ститч. Монолит – самый передовой нагревательный элемент, но при этом качество монолитного элемента зависит от завода-изготовителя, так как они все отличаются. Если вы сейчас находитесь в поиске хорошего обогревателя, рекомендуем купить инверторный конвектор. Это самые технологичные электрические обогреватели на текущий момент, внутри которых кроме того что установлен монолитный нагревательный элемент, так еще и инверторное управление позволяет экономить на электроэнергии, оптимизируя его в среднем на 30-35%.

Как работает нагревательный элемент

11 дек. Как работает нагревательный элемент?

(Последнее обновление: 11 декабря 2018 г.)

Одним из самых влиятельных изобретений в современном отоплении и электричестве является нагревательный элемент. Например, электрические обогреватели, тостеры, души, сушилки и многое другое полагаются на нагревательные элементы. Но что такое нагревательный элемент и как он работает?