Тэн это нагревательный элемент: ТЭНы для водонагревателей

Содержание

ТЭН

ТЭН – трубчатый электрический нагревательный элемент, который изготавливается из металла, стекла или же керамики. Внутри полой трубки располагается нагреватель – нихромовая спираль или нить. Промежуток между нитью и стенками трубки заполняется изолятором, который должен быть теплопроводным, обладать высокими диэлектрическими характеристиками и устойчивостью к повышению температурного режима. Спираль из нихрома обязательно должна иметь такой показатель сопротивления, который способен дать тепло необходимой мощности, чтобы ТЭН достиг нужной температуры.

Впервые патент на производство ТЭНов был получен Джорджом Симпсоном в 1959 году.

Любой ТЭН состоит из трубки, нихромовой спирали или нити, изоляции и контактной группы. Все перечисленные элементы являются основными комплектующими любого трубчатого электрического нагревательного элемента.

Металлические ТЭНы

как правило применяются в нагреве не агрессивных сред (трубки изготавливаются из защищенных от коррозии металлов).

Обнаружить данные изделия можно практически в каждом бытовом приборе для нагрева, реже в установках промышленного назначения.

Стекло, как известно, отличается инертностью, что позволяет использовать стеклянные ТЭНы в промышленном оборудовании, которое служит для нагрева сред с высокой степенью химической агрессивности. ТЭН со стеклянной трубкой также используется в обогревателях бытового назначения и в ИК-пушках.

Керамические ТЭНы – очень редкое явление, которое в большей степени является исключением для специфических ситуаций.

Размеры трубки напрямую зависят от того, для какой цели они предназначены. В целом, диаметр трубок варьируется в диапазоне 6-24 мм. Иногда нить или спираль изготавливается из константана, который своими свойствами схож с нихромом.

Изоляционный слой выполняет очень важную роль в устройстве ТЭНа – предотвращение возникновения контакта между нитью нагрева и стенками трубками. При этом необходимо максимально полно передать все тепло на поверхность ТЭНа.

Контактная группа обеспечивает подключение ТЭНа к электросети. Как правило данный элемент конструкции представлен проводящими клеммами, которые располагаются на вставках изоляции. Выводы могут быть как одноконцевыми, так и двухконцевыми. При одноконцевой конфигурации ввод располагается с одной стороны ТЭНов, в при двухконцевой, соответственно, с обоих сторон.

Существуют такие категории ТЭНов, которые обязательным образом должны иметь дополнительные элементы. Например, ТЭН, который используется в посудомоечной или же стиральной машине, оснащается

термопредохранителем. Магниевый анодный стержень входит в конструкцию нагревательных элементов для водонагревателей.

Виды ТЭНов, исходя из их предназначения:

для нагрева воздуха

Такие ТЭНы входят в калориферы (бытового и промышленного применения), в тепловые завесы, в конструкцию сушильных камер и конвекторов. Внешне могут быть гладкими, ребристыми или изогнутыми. Максимальная температура нагрева данного типа ТЭНов — 450⁰С. Нагрев воздуха является основным предназначением оребренных ТЭНов. Также они могут использоваться и в нагреве жидкостей. В конструкцию ТЭНов с ребристой поверхностью входит двуконцевая трубка с сечением круглой формы, на которой монтируются ребра. Материалом изготовления данных «ребер» является гофрированная лента из стали (толщина – 0,3 мм, ширина – 10 мм), наложенная спиральным образом на трубку. При помощи оребрения расширяется площадь поверхности, следовательно, происходит существенное снижение нагрузки (2,5 раза). По форме данный тип ТЭНа бывает прямым и изогнутым (U-образный), длина варьируется в диапазоне 32 – 100 см.

для нагрева жидкости

Сферой применения являются такие устройства, как бойлеры, автоклавы, стиральные машины, посудомоечные машины и т.п. То есть, то оборудование, которое нагревает жидкость до температуры кипения. Данный тип ТЭНов, которые используются в бытовых приборах, оснащается терморегулятором, препятствующим нагреву воды свыше 80⁰С. Также необходимо наличие плотной герметизации от попадания влаги, а также хорошая диэлектрическая изоляция контактных стержней.

гибкие

ТЭНы гибкого типа не имеют замены в горячеканальных системах, а также в пресс-формах. Главная положительная характеристкика – удобство за счет возможности изгиба и придания ТЭНу любой формы. То есть, изгибая трубку до нужного состояния, проще добиться равномерного нагрева. Бывают различных размеров, а укладка осуществляется в канавках. Греющий кабель для теплого пола – это также гибкий ТЭН. Кроме того, к данному типу относятся саморегулирующиеся кабели.

патронный ТЭН

Предназначены для агрегатов, которые используются в литейной промышленности, обувном производстве, выпуске медицинских аппаратов, в автомобильной, древесной и других отраслях. Крепятся ТЭНы с помощью планок и штуцеров.

Выбор ТЭНа на замену — очень ответственное дело, к которому нужно подходить с особым вниманием и с определенными знаниями. Приобретать трубчатый нагревательный элемент лучше всего в специализированных магазинах электротехники. Торговая сеть «Планета Электрика» имеет в своем ассортимент огромное число

климатического оборудования, которое включает в себя ТЭНы. В торгово-выставочных залах «Планета Электрика» Вы найдете для себя необходимое изделие, а наши высококвалифицированные специалисты подберут модель ТЭНа, исходя из ваших потребностей и возможностей. В случае, если нужного товара не оказалось в ТВЗ «Планета Электрика» вашего города, Вы можете совершить заказ на нашем сайте.

ТЭНы для водонагревателей

Как выбрать Как смонтировать или подключить Как это работает Обзоры, релизы, тесты Энергосбережение в быту Это интерестно

Цены на ТЭНы в нашем магазине

Устройство ТЭНа для водонагревателя

Устройство стеатитового нагревательно элемента

От мокрого к сухому ТЭНу

Разновидности ТЭНов для водонагревателей

Выводы

Нагревательный элемент – это сердце электрического водонагревателя. Назначение нагревательного элемента – нагрев воды. Электрический ток, проходя через нагревательный элемент, нагревает его, и вследствие этого происходит нагрев воды в водонагревателе.

Нагревательные элементы для водонагревателя делятся на находящиеся непосредственно в воде «мокрые» и не находящиеся «сухие». На сегодняшний день известно два принципиально отличных по конструкции друг от друга нагревательных элемента в электрических водонагревателях: ТЭНы (трубчатые электрические нагреватели) и стеатитовые нагревательные элементы.

Устройство ТЭНа для водонагревателя

ТЭН для водонагревателя – это водяной нагревательный элемент, который состоит из нагревательной спирали Г с контактными стержнями В на концах. Нагревательная спираль запрессована в металлическую оболочку А (медную или из нержавеющей стали). Во избежание короткого замыкания на металлическую оболочку тэна водонагревателя (пробоя на корпус тэна), спираль имеет изоляцию от него наполнителем тэна Б, который является диэлектриком т.

е. не дает замкнуть на корпус ТЭНа, но при этом имеет хорошую теплопроводность. В качестве наполнителя чаще всего используют порошок оксида магния или кварцевый песок. Контактные стержни также имеет изоляцию из герметика и керамики или термопласта по концам ТЭНа. При прохождении электрического тока через нагревательную спираль, вследствие ее большого омического сопротивления, практически вся электрическая энергия преобразуется в тепло. Тепло от спирали сквозь изоляционную засыпку доходит до медной или нержавеющей оболочки тэна, которая и нагревает воду в баке водонагревателя.

Устройство стеатитового нагревательно элемента

Предназначенные для помещения в металлические оболочки, керамические тэны с открытой спиралью изготавливаются из проволоки высокого сопротивления, которая натягивается на стеатитовый цилиндр или скобки. Нагрев осуществляется посредством конвекции воздуха и/или излучением. Температура проволоки может достигать 800°С. Нагревательные элементы могут изготавливаться с неравномерным распределением мощности по длине. При этом плотность мощности поверхности нагревателя — не более 9 Вт/см2.

Предостережение: керамический тэн должен быть защищен от повышенных вибрационных нагрузок и любого загрязнения материала (ржавчина, масло и т.д.)

Керамический элемент — с круглым сечением, представляет одиночный модуль цилиндрического нагревателя, а количество данных модулей зависит от длины (L), диаметра (Ø), мощности и предназначения нагревателя. Модули соединены между собой по оси, прикреплённые к фланцу, к которому можно подсоединить провода питания, либо из которого выходят непосредственно, если есть такое требование. Расстояние (Lm) — холодная зона, её длинна может меняться в зависимости от конструктивных особенностей водонагревателя.

Стеатитовый нагревательный элемент вставляется в железный кожух (колбу), которая контактирует с водой.

От мокрого к сухому ТЭНу

ТЭН при нагреве может непосредственно контактировать с водой («мокрый ТЭН»), а может и не контактировать. В этом случае его вставляют в специальную герметичную металлическую колбу повышенной прочности, и тепло от ТЭНа передается воде через посредника (кожух). Такой ТЭН для водонагревателя называется «сухой».

Врагами «мокрого» ТЭНа являются накипь и электролитическая коррозия. Содержащиеся в воде соли жесткости налипают на его поверхность в виде накипи. Накипь уменьшает теплопередачу от поверхности нагревателя к воде. Вследствие этого, во-первых, увеличивается время нагревания воды и, соответственно, расход электроэнергии. А во-вторых – имеет место недостаточный отвод тепла от поверхности ТЭНа: его температура оказывается выше нормальной рабочей. Это приводит к поломке водонагревателя.

Чтобы избежать ремонта накопительных водонагревателей, на трубопроводе холодной воды перед нагревателем устанавливают специальные фильтры для защиты от накипи. Но, пожалуй, наиболее эффективным способом борьбы с накипью является использование «сухого ТЭНа» – нагревательного элемента в защитной колбе, ограждающей его от прямого контакта с водой. Наличие кожуха привдит к тому, что температура воды у нагревающегося кожуха много меньше, чем температура ТЭНа, вследствии чего накипь образуются в гораздо меньших количествах. Также внутренняя поверхность водонагревателя получается однородной, что исключает гальваническую и электролитическую коррозию между ТЭНом и материалом внутреннего бака. Это повышает долговечность водонагревателя.

Если «мокрый» ТЭН может работать 2-5 лет, то «сухие» нагревательные элементы работают 10-15 лет. Разумеется при стабильном напряжении и хороших условиях эксплуатации.

Но рано или поздно даже такие нагревательные элементы вырабатывают свой ресурс. И тут обнаруживается второе приемущество технологии «сухого ТЭНа». Это возможность замены нагревательного элемента без слива воды из водонагревателя. Другими словами Вы можете выкрутить ТЭН из фланца и поехать в сервис-центр для его замены.

Технологию «сухого» нагревательного элемента разработали в середине 90-х годов. Родоначальником этой технологии считается французская компания Atlantic,

Почти сразу лицензию на применение этой инновации купила компания AEG, и успешно применяла в некоторых моделях своих баков. После покупки компании AEG концерном Stiebel Eltron, лицензия была потеряна, поэтому в настоящий момент баки с «сухим ТЭНом» не выпускаются под этим брендом. Лицензия также была приобретена компанией Electrolux и Gorenje.

Узнать подробнее о водонагревателях AEG с «сухим ТЭНом» можно здесь. О водонагревателях Electrolux здесь.

Разновидности ТЭНов для водонагревателей

В зависимости от модели водонагревателя, нагревательные элементы в них могут иметь различную конфигурацию (форму) и мощность.

«Мокрые» нагревательные элементы всегда выполнены на основе ТЭНа. Отличаются типом крепления, наличием гнезда анода, формой ТЭНа и материалом.

Тип крепления — способ монтажа ТЭНа в бойлере.

Существуют ТЭНы на гайке (например Аристон — гайка 1,1/4), ТЭНы на фланце — например, ТЭНы на фланце диаметром 48мм, 63мм, 72мм, 82мм, 92мм (Тип Термекс). Различают литые фланцы тэна или штампованные фланцы тэна в зависимости от производителя водонагревателя.

наличие гнезда анода — наличие на фланце/гайке места для крепления анода и его диаметр. Есть ТЭНы без крепления под анод, а есть с резьбовым креплением под анод размерами резьбы М4, М5, М6, М8 (наиболее распространенные).

по форме ТЭН — зависит от типа бака бойлера, бывают прямые, гнутые в разном виде.

материалу ТЭНа — медные или нержавеющей стали

«Сухие» нагревательные элементы могут быть выполнены как на основе ТЭНов, так и на основе стеатитовых нагревательных элементов. Сухие ТЭНы как правило выполнены в виде стержня и различаются длиной и диаметром. Оболочка у этих ТЭНов как правило из нержавейки.

Стеатитовые нагревательные элементы не универсальны и изготавливаются конкретно под каждую модель водонагревателя.

Выводы

Накопительный водонагреватель — это прибор, работающий довольно в жестких условиях. Он испытывает постоянные измененения температуры (нагрев, остывание), и, как следствие, постоянные деформации внутреннего бака. Кроме того, он работает как большой грязевик отстойник, в который все время выпадает осадок из воды. Состав осадка агрессивен. Он делает воду коррозионно активной. Коррозионно активная вода плюс соли жесткости, скачки напряжения в электросети, электролитическая и гальваническая коррозии неизбежно со временем выводят нагревательный элемент из строя. Важно понимать, что ТЭН водонагревателя — это расходный элемент.

«Мокрые» ТЭНы выходят из строя чаще, но они дешевле. «Сухие ТЭНы» надежнее. Они редко выходят из строя. Исходя из нашего опыта, в водонагревателях с «сухими ТЭНами» чаще всего прогорает колба ТЭНа. Этот элемент — довольно дорогая и редкая запчасть. К счастью, колба прогорает довольно редко.

Наличие «сухих ТЭНов» не избавляет владельца от облуживания водонагревателя и замены магниевого анода, однако бойлер с «сухими ТЭНами» гораздо дольше проработает без обслуживания.

Водонагреватели с «мокрыми ТЭНами» практичнее в обслуживании.

Если покупатель не собирается обслуживать бойлер, то накопительный водонагреватель с «сухими ТЭНами» — это его выбор.

Ключевые слова: тэны для водонагревателей, защита от накипи, водонагреватели, обслуживание водонагревателя

Как заменить нагревательный элемент электрического водонагревателя

Боб Формисано

Боб Формисано — лицензированный архитектор и строитель с почти 40-летним опытом строительства новых домов и восстановления старых домов. Одной из его специальностей является ремонт старых систем, построенных еще в 1920-х годах, в том числе оцинкованных водопроводных труб, трубчатой электропроводки и многого другого. Его статьи о ремонте дома для The Spruce написаны более 10 лет назад.

Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс

Обновлено 07.08.22

Рассмотрено

Ричард Эпштейн

Рассмотрено Ричард Эпштейн

Ричард Эпштейн — лицензированный мастер-сантехник с более чем 40-летним опытом работы в сфере сантехники для жилых и коммерческих помещений. Он специализируется на оценке, а также проектировании и инжиниринге сантехнических систем и работает в одной из крупнейших профсоюзных строительных компаний Нью-Йорка.

Узнайте больше о The Spruce’s Наблюдательный совет

Факт проверен

Джессика Врубель

Факт проверен Джессика Врубель

Джессика Врубель имеет богатый опыт работы писателем и редактором, работала в различных изданиях, газетах и публичных библиотеках, помогая со справками, исследованиями и специальными проектами. В дополнение к своему журналистскому опыту, она более 15 лет занимается просветительской деятельностью на темы здоровья и хорошего самочувствия как в классе, так и за его пределами.

Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс

Ель / Кевин Норрис

Обзор проекта

Если у вас есть электрический водонагреватель, который не производит достаточно горячую воду или если горячая вода быстро заканчивается, вероятно, один или оба из двух нагревательных элементов не работают должным образом. В отличие от газовых водонагревателей, в которых для нагрева воды используются газовые горелки, электрические водонагреватели используют пару верхних и нижних металлических нагревательных элементов для нагрева воды. Эти нагревательные элементы проходят горизонтально через боковую стенку бака и доступны под крышкой сбоку прибора.

Подобно тому, как работают нагревательные элементы духовки, нагревательные элементы водонагревателя нагреваются, когда через них проходит электрический ток. Каждый из нагревательных элементов управляется отдельным термостатом. Когда любой из этих компонентов выходит из строя, результатом может быть снижение температуры воды или уменьшение количества доступной горячей воды.

Хотя перспектива замены нагревательного элемента может показаться пугающей, опытный домовладелец, безусловно, может выполнить эту работу самостоятельно. Поскольку это считается ремонтом, а не заменой, в большинстве сообществ нет кодовых ограничений или разрешений на замену нагревательных элементов водонагревателя.

Прежде чем начать

Замена неисправного нагревательного элемента на водонагревателе не представляет особой сложности, но считается передовым проектом, поскольку требует как механических навыков, так и удобных знаний в вопросах электропроводки. Он включает в себя три различных этапа проекта:

Проверка нагревательного элемента
Удаление старого нагревательного элемента
Установка нового нагревательного элемента

Предупреждение

Поскольку для этого проекта требуются знания в области электротехники, эту работу лучше доверить профессиональному электрику, если вы не знакомы с электромонтажными работами. Это проект не для самодельщиков, которые не разбираются в схемах или не знают, как использовать инструменты для электрических испытаний, так как вы будете работать с проводами под высоким напряжением, что сопряжено с неотъемлемыми рисками.

Нагревательные элементы не особенно дороги, поэтому вы можете заменить их оба, даже если только один оказался неисправным. Если один нагревательный элемент вышел из строя, возможно, другой вскоре последует за ним, и замена обоих может заранее предотвратить повторный ремонт в ближайшем будущем. Некоторые производители продают ТЭНы в ремонтных комплектах, включающих как ТЭНы, так и терморегуляторы.

Оборудование/инструменты

Мультиметр
Отвертки
Бесконтактный тестер цепей
Садовый шланг
Трещоточный ключ и розетки

Материалы

Тряпки
Новый нагревательный элемент (при необходимости)

Ель / Кевин Норрис

Как проверить нагревательный элемент

Чтобы проверить нагревательный элемент электрического водонагревателя, вам необходимо уметь пользоваться мультиметром.

Выключить питание
Отключите питание электрического водонагревателя на главном щите питания, выключив автоматический выключатель или удалив предохранитель, контролирующий подачу питания в цепь водонагревателя.
Дождитесь, пока вода в баке остынет; это может занять два часа или больше. Это очень важно, потому что нагревательные элементы контролируются термостатами, а горячая вода в баке будет влиять на подачу электричества к нагревательным элементам.
Откройте кран с горячей водой и включите воду, чтобы убедиться, что она холодная.
Ель / Кевин Норрис
Открытие нагревательного элемента
Снимите панель крышки доступа и изоляцию, закрывающую клеммную колодку нагревательного элемента. Отогните изоляцию наружу и в сторону от нагревательного элемента. Это обнажит винтовые клеммы, где провода цепи подключены к нагревательному элементу.
Используйте бесконтактный тестер цепи, чтобы проверить провода на наличие питания. Убедившись, что питание отключено, ослабьте винты, крепящие провода к каждому из двух клеммных винтов, и отсоедините провода цепи.
Ель / Кевин Норрис
Проверка нагревательного элемента
Чтобы проверить нагревательный элемент, установите мультитестер на настройку OHMs (непрерывность), затем подключите красный провод к одной винтовой клемме, а черный провод к другой винтовой клемме на нагревательном элементе.
Если на цифровом мультитестере показания ома равны 0 или если стрелка показывает бесконечность (не двигается) на аналоговом циферблате, ток через нагревательный элемент отсутствует. Это свидетельствует о том, что нагревательный элемент неисправен и требует замены.
Если вы сделаете и получите значение сопротивления в омах с помощью мультитестера, то сам ТЭН неисправен. Проблема может быть в другом нагревательном элементе или в термостате верхнего или нижнего нагревательного элемента.
Ель / Кевин Норрис

Как снять нагревательный элемент

Снятие нагревательного элемента можно приступить сразу же после его проверки (см. выше).

Отключить электричество и воду
Если вы еще этого не сделали, отключите питание электрического водонагревателя на главном щите питания, выключив автоматический выключатель или предохранитель, питающий нагреватель (см. выше).
Перекрыть подачу холодной воды, подающей воду к водонагревателю. Этот запорный клапан обычно находится прямо над водонагревателем, на трубе холодной воды, которая входит в водонагреватель.
Ель / Кевин Норрис
Открытие нагревательного элемента
Если вы еще этого не сделали, снимите панель крышки доступа и изоляцию, закрывающую клеммную колодку нагревательного элемента. Отогните изоляцию наружу и в сторону от нагревательного элемента. Проверьте, чтобы убедиться, что питание отключено, используя бесконтактный тестер цепи.
При необходимости снимите крышку термостата с термостата. Убедитесь, что точка крепления, соединяющая термостат с нагревательным элементом, отсоединена.
Ослабьте винты, крепящие провода к каждому из двух винтов клемм, и отсоедините провода цепи.
Ель / Кевин Норрис
Слив водонагревателя
Чтобы слить воду из водонагревателя, пропустите садовый шланг от сливного патрубка водонагревателя к стоку в полу. Откройте сливной кран и слейте воду из бака водонагревателя.
Ель / Кевин Норрис
Снимите нагревательный элемент
Снимите нагревательный элемент ввинчиваемого типа , повернув элемент против часовой стрелки с помощью ключа с храповым механизмом и гнезда 1 1/2 дюйма. Некоторые ремонтные комплекты поставляются с гнездом, которое подходит для нагревательного элемента. Снимите прокладку, которая герметизирует нагревательный элемент на баке водонагревателя.
Снимите нагревательный элемент фланцевого типа , удалив четыре винта, удерживающие элемент на месте. Снимите прокладку. Сняв крепежные винты и прокладку, извлеките нагревательный элемент из бака водонагревателя.
Ель / Кевин Норрис

Как установить новый нагревательный элемент

Новый нагревательный элемент можно установить сразу после того, как вы протестировали и удалили старый неисправный нагревательный элемент (см. выше).

Проверить технические характеристики
Убедитесь, что сменный элемент имеет правильное напряжение и номинальную мощность для вашего водонагревателя. Вы можете найти эту информацию на фланце или клеммной колодке нагревательного элемента или на паспортной табличке водонагревателя.
Ель / Кевин Норрис
Вставьте новый нагревательный элемент
Очистите область вокруг места крепления прокладки к баку с помощью тряпки. Поместите новую прокладку на нагревательный элемент и вставьте узел в бак водонагревателя. Затяните ввинчиваемый нагревательный элемент, ввернув его по часовой стрелке в отверстие бака с помощью торцевого ключа до упора. Для нагревательных элементов фланцевого типа вставьте четыре крепежных винта и надежно затяните их.
Ель / Кевин Норрис
Заполните бак водонагревателя
Закройте сливной кран на водонагревателе. Откройте впускной клапан холодной воды и ближайший кран горячей воды. Держите кран горячей воды открытым в течение трех минут после получения постоянного потока воды. Это очистит линии от избыточного воздуха и отложений.
Проверьте, нет ли утечек вокруг нагревательного элемента.
Ель / Кевин Норрис
Подсоединение проводов
Подсоедините черный и белый провода цепи, обернув провода вокруг винтовых клемм на нагревательном элементе по часовой стрелке. Нет никакой разницы, какой провод к какому винтовому зажиму подсоединен. Полностью затяните винты, затем потяните за провода, чтобы убедиться, что они затянуты.
Ель / Кевин Норрис
Сборка крышки
Установите на место крышку термостата, затем установите изоляцию на место и снова прикрепите крышку нагревательного элемента к баку водонагревателя.
Ель / Кевин Норрис
Включите питание и проверьте
Включите питание, включив автоматический выключатель водонагревателя. Дайте воде нагреться в течение нескольких часов, затем проверьте температуру воды. Внесите необходимые корректировки термостата.
Ель / Кевин Норрис

производителей нагревательных элементов | Поставщики нагревательных элементов

Список производителей нагревательных элементов

Применение
ТЭНы силовые отопительные приборы современного поколения. Электрические обогреватели, фены, паяльники, душевые кабины, водонагреватели, печи, тостеры, сушилки для белья и т. д. — это лишь несколько примеров бесчисленного множества приборов, в которых используются нагревательные элементы. Нагревательные элементы также чрезвычайно важны в промышленных и коммерческих условиях, где они используются для питания таких механизмов, как: диффузионные насосы, печи для обжига, печи и погружные нагреватели жидкости из нержавеющей стали.
Нагревательные элементы необходимы во всех отраслях промышленности. Некоторые из наиболее известных из этих отраслей включают: HVAC, электронику, здравоохранение, водоснабжение, отопление дома, бытовую технику, промышленное производство, металлообработку, коммерческое приготовление пищи, полупроводники, керамику и стекло.
История нагревательных элементов
В 1879 году Томас Эдисон использовал угольную нить, чтобы зажечь свою лампу накаливания. Поскольку эта нить также выделяла тепло, он получил признание за изобретение первого нагревательного элемента. Однако мы начали использовать такие элементы специально для выработки тепла только в следующем столетии. Однако мы работали над формами отопления.
Процесс, посредством которого работает отопление, был впервые описан и разработан как первый закон термодинамики в конце 19 века Джулиусом Робертом Майером и Джеймсом Прескоттом Джоулем. Вскоре после этого изобретатели того времени начали применять термодинамику для создания нагревательных элементов. Например, в 1868 году художник из Лондона Бенджамин Уодди Моган разработал первый газовый водонагреватель. Однако, поскольку у него не было системы вентиляции для рассеивания паров, он был небезопасен для домашнего использования. 21 год спустя Эдвин Рууд, американец норвежского происхождения, изобрел первый электрический водонагреватель, который работал намного лучше.
Одним из самых ранних обнаруженных нагревательных элементов, которые до сих пор используются, является карбид кремния. Он был открыт в 1891 году американским изобретателем Эдвардом Г. Ачесоном, который обнаружил его случайно при попытке синтезировать алмазы. Вместо этого он получил синтетический материал, чрезвычайно твердый и идеально подходящий для высокотемпературных применений и полупроводников. В следующем десятилетии, в 1905 году, Альберт Марш открыл NiChrome (хромель). Поскольку NiChrome может достигать температуры в 300 раз выше, чем у конкурирующих нагревательных элементов того времени, он произвел революцию в отрасли. В 1906 марта Марш запатентовал свое открытие. Всего три года спустя General Electric начала продавать первый успешный электрический тостер с использованием NiChrome. Вскоре после этого производители электрифицировали чайники. Сначала их нужно было нагревать на змеевиковых элементах, но позже в них встроили нагревательные элементы.
Раньше нагревательные элементы использовались только богатыми и прибыльными предприятиями. Однако во время экономического бума после Второй мировой войны электрические приборы с нагревательными элементами наводнили рынок и стали обычным явлением в доме. Типичными отопительными приборами того времени были: барные обогреватели, электрические радиаторы и переносные масляные радиаторы. В 19В 50-х годах лучистое отопление бара было невероятно популярным, потому что модели были портативными и их можно было подключить где угодно. Кроме того, они очень быстро давали тепло. Однако, хотя они были менее опасны, чем нагреватели, работающие на топливе, они не имели достаточной защиты и подвергали пользователей возможности ожогов. Кроме того, если их опрокинуть или кто-то накинул на них одежду, они легко могли вызвать пожар. Сегодня некоторые люди все еще используют барные нагреватели, хотя они должны соответствовать гораздо более высоким стандартам безопасности, чем в 19-м веке.50-е годы. Из стержневого нагревателя родились многие другие нагреватели с проволочными элементами, такие как инфракрасные обогреватели, которые мы используем сегодня.
В 1960-х годах, когда домовладельцы стали все больше и больше полагаться на домашнее отопление, цены взлетели до небес. Чтобы снизить расходы на отопление, производители в Великобритании изобрели новый тип обогревателя — аккумулирующий. Накопительные нагреватели работали с использованием электрических ТЭНов, которые нагревали термокирпичи внутри теплового тела в течение ночи. Затем в течение дня пользователи могли бы отдавать тепло по мере необходимости, не вырабатывая больше электроэнергии. В 19В 70-х правительства всего мира столкнулись с нефтяным кризисом и поэтому обратились к большему количеству электрических нагревательных элементов. В конце концов, накопительные нагреватели вышли из моды, потому что ими приходилось управлять вручную и требовалось много предупредительных действий со стороны пользователей. Кроме того, они не были энергоэффективными. С наступлением 1990-х годов люди начали заменять свои промышленные и домашние системы отопления на более современные электрические радиаторы, которыми легче управлять, они быстрее нагреваются и более энергоэффективны. Еще одно нововведение 90s — трафаретная печать металлокерамических дорожек на металле с керамической изоляцией. Нагревательные элементы, созданные таким образом, широко используются в бытовой технике, например, в чайниках.
Цифровой рост 21 века позволил нагревательным элементам и системам, которые они обслуживают, стать намного более чувствительными, интуитивными и энергоэффективными. Узлы нагревательных элементов теперь включают в себя такие элементы, как светодиодные экраны, управление Wi-Fi, интеллектуальные счетчики, цифровые клавиатуры и цифровые программаторы для температурных графиков нагрева. Подобные функции позволяют современным нагревательным элементам работать с предельной точностью и сложностью. Еще одним отличием нагревательных элементов 21-го века является тот факт, что они гораздо меньше зависят от ископаемого топлива, поскольку устойчивость, энергоэффективность и здоровье стали гораздо важнее.
Характеристики
Нагревательные элементы отвечают за преобразование электричества в тепло. Для перевода энергии они следуют теории джоулевого нагрева. Когда электрическая энергия проходит через элемент, она попадает на сопротивление большой емкости. Сопротивление преобразуется в электрическую энергию, которая преобразуется в тепловую энергию. Количество произведенной тепловой энергии коррелирует с тем, насколько материал сопротивляется приложенному электрическому току. Измерение удельного сопротивления провода элемента данной длины основано на сопротивлении по длине и площади поперечного сечения. Инженеры измеряют это в омах на метр. В свою очередь, они используют омы для расчета киловаттной (кВт) нагрузки элемента. Нагрузка в кВт показывает, сколько электроэнергии несет нагревательный элемент.
Типы нагревательных элементов
Разновидности нагревательных элементов, используемых в промышленных, коммерческих и потребительских целях, включают: погружные, кварцевые, гибкие, инфракрасные, проволочные, керамические, электрические, металлические и композитные нагревательные элементы, среди многих других.
Погружной нагревательный элемент
Погружной нагревательный элемент используется для нагрева газов и жидкостей; у них есть особая способность погружаться в материалы, которые они нагревают, без сбоев. Погружные нагреватели также характеризуются быстрыми, эффективными и экономичными решениями для обогрева. Типы материалов, которые они обычно нагревают, включают гальванические ванны, слабые кислоты, масла, воду, соли, воздух и химические растворы. Погружные нагревательные элементы в основном используются в таких системах, как: технологические системы, котлы, водонагреватели, системы теплопередачи, масляные нагреватели и резервуары для хранения.
Кварцевый нагревательный элемент
Кварцевый нагревательный элемент преобразует электрический ток в инфракрасное излучение, пропуская его через специальные резисторы. При этом они обеспечивают быстрый нагрев. Эти высокие скорости процесса делают их очень популярными для использования в промышленных приложениях, таких как отверждение пленки, термоформование, порошковые покрытия, герметизация клеем и сушка краски, а также приложения зонного контроля в автомобильной, полиграфической, нефтехимической, текстильной, стекольной и электронной промышленности.
Гибкий нагревательный элемент
Гибкие нагревательные элементы могут соединяться с различными соединениями и формами и обеспечивать прямой нагрев. Эта универсальность возможна, потому что они очень тонкие и гибкие.
Инфракрасный нагревательный элемент
Инфракрасные нагревательные элементы излучают тепло в виде инфракрасных волн, которые представляют собой тип электромагнитного излучения, известного своей эффективной передачей тепла. Инфракрасные нагревательные элементы используются в сочетании с излучающими нагревателями, такими как канальные, погружные и трубчатые нагреватели, которые нагревают воздух или жидкость в больших масштабах. Они поддерживают промышленные печи, обогрев сосудов под давлением, обогрев резервуаров для хранения, бойлеры, водоочистные сооружения, производство пара и многое другое.
Проволочный нагревательный элемент
Обычно нагревательные элементы любого типа имеют форму змеевиков или проводов. Фактически, проволочные нагревательные элементы являются одними из наиболее широко используемых нагревательных элементов для промышленной и коммерческой сушки. Чтобы сделать их, производители наносят на них электрические схемы. Их можно найти в нагревателях для обработки поверхностей, печах и многих других сушилках.
Керамический нагревательный элемент
Другой тип нагревательного элемента, керамический нагревательный элемент, используется в конвекционном нагреве; керамические элементы встроены в обогреватели, печи и полупроводники. Существует несколько типов керамических нагревательных элементов, включая дисилицид молибдена и PTC.
Элемент дисилицида молибдена
Дисилицид молибдена представляет собой материал, который демонстрирует характеристики как металла, так и керамики. Обладая чрезвычайно высокой температурой плавления (точнее, 3690 ºF), он считается идеальным для ряда нагревательных элементов большой мощности, используемых в различных отраслях промышленности, включая производство стекла.
PTC
PTC, который распространяется на положительный термический коэффициент сопротивления, представляет собой высококачественный керамический материал, который используется в автомобильных обогревателях заднего стекла, обогревателях помещений и дорогих фенах. Также доступна керамика PTC на полимерной основе, которая используется во многих нагревателях специального назначения. Эти элементы увеличивают нагрев, так как их сопротивление усиливается. Управлять нагревом этих элементов просто, потому что они подходят для саморегулирующихся электронагревателей.
Электрический нагревательный элемент
Электрические нагревательные элементы также широко распространены, особенно при обслуживании промышленных электрических нагревателей.
Патронный нагреватель
Патронные нагреватели обеспечивают локальную подачу тепла к частям оборудования при производстве металлов, пенопласта, пластика, пищевой промышленности и упаковки.
Металлические нагревательные элементы
Как следует из названия, металлические нагревательные элементы состоят в основном из металлов. Поскольку металл, как правило, является хорошим проводником тепла и электричества, элементы на основе металла являются одним из наиболее эффективных нагревательных элементов. Они используются как в бытовой, так и в промышленной технике. Их можно разделить на множество подтипов, включая нагревательные элементы на основе нихрома и нагревательные элементы на основе проволоки с резистивным элементом.
Нихромовый нагревательный элемент
Многие электрические нагреватели имеют элементы из нихрома, который представляет собой сплав, состоящий в основном из никеля и хрома. В нагревателях на основе нихрома используются сплавы, содержащие 80% никеля и 20% хрома.
Нагревательный элемент с резистивной проволокой
Некоторые детали на металлической основе состоят из набора высокопрочных проволок и лент. Эти провода иногда могут быть прямыми или спиральными, в зависимости от конструкции и нагревательной способности прибора. Эти провода используются в качестве сопротивления. Приложения, в которых вы можете найти такое обеспечение, — это тостеры и ручные массажеры для тела. Кантал, нихром и мельхиор — несколько наиболее часто используемых металлов в конструкции проводов сопротивления.
Спиральный нагреватель
Спиральные нагреватели, ленточные нагреватели или ленточные нагреватели помогают экструзионным каналам и бункерам поддерживать пластичность материалов во время их экструзии.
Композитные нагревательные элементы
Композитные нагревательные элементы представляют собой нагревательные элементы, состоящие из смеси металлических и керамических материалов. Эти нагревательные элементы доступны во многих типах, включая, среди прочего, трубчатые элементы, радиоактивные элементы и нагревательные элементы со съемным керамическим сердечником.
Трубчатый нагревательный элемент
Трубчатые элементы в основном представляют собой металлические трубки с тонкой спиралью из нихрома, которая нагревает изделие. Названные в честь своей трубчатой формы, трубчатые нагревательные элементы используются в духовках, посудомоечных машинах и т. д. Им можно придать стандартную форму, или они могут принять индивидуальную форму для конкретного приложения.
Радиоактивный нагревательный элемент
Радиоактивные элементы, также известные как тепловые лампы, представляют собой мощные лампы накаливания, излучающие преимущественно инфракрасные волны, а не видимый свет. Чаще всего они используются в лучистых обогревателях и многих типах подогревателей пищи. Они бывают двух основных видов: трубчатые и рефлекторные R40. Нагревательные элементы рефлекторных ламп бывают нескольких основных стилей: с золотым покрытием, рубиново-красным покрытием и прозрачными.
• Лампы с золотым покрытием имеют внутреннюю золотую дихроичную пленку. Это уменьшает видимый свет и пропускает большую часть коротких и средних инфракрасных волн. Они в основном используются для обогрева людей.
• Лампы с рубиновым покрытием выполняют те же функции, что и лампы с золотым покрытием. Они намного дешевле, чем лампы с золотым покрытием, но дают гораздо более сильное видимое свечение.
• Прозрачные лампы не имеют покрытия и используются в основном в промышленных производственных процессах.
Съемный керамический сердечник
Эти нагревательные элементы состоят из намотанной проволоки сопротивления, продетой через один или несколько цилиндрических керамических сегментов, которые могут иметь или не иметь центральный стержень. Они работают, когда вставлены в металлическую трубку или оболочку, запаянную с одного конца. Благодаря этому пользователи могут легко заменять или ремонтировать съемные элементы, не опасаясь что-либо сломать. Обычно они используются для нагрева жидкости под давлением.
Композитный элемент из углеродного волокна
Эти нагревательные элементы состоят из комбинации углеродного волокна и резистивного материала, такого как никель, термореактивного материала, такого как эпоксидная смола, или термопласта, такого как PEEK. Композитные элементы из углеродного волокна, как правило, устойчивы к коррозии, устойчивы к экстремальным температурам и имеют малый вес. Они часто используются для защиты от обледенения самолетов, бытового и промышленного отопления.
Принадлежности
Какие аксессуары для нагревательных элементов вам потребуются, зависит только от вашего применения. Вот несколько примеров того, что вы можете встретить: держатели проводов и элементов, термовыключатели, ручные соединительные зажимы, плоскогубцы, плетеный провод, силиконовые уплотнительные кольца, болты, адаптеры, удлинители, шнуры питания и электрические коробки.
Правильный уход за нагревательными элементами
Для обеспечения безопасной и эффективной работы необходимо правильно соединить нагревательный элемент и его применение. Невыполнение этого требования может привести к короткому замыканию, возгоранию, повреждению продукта или потере оборудования.
Большинство обогревателей со временем теряют свою теплотворную способность. Когда производительность нагревателя снижается, это просто означает, что возникла проблема с его нагревательным элементом. Таким образом, время от времени вам нужно будет заменить ваш нагревательный элемент. Как правило, производители предлагают варианты запасных элементов, которые можно приобрести или изготовить на заказ, в зависимости от потребностей клиента. Чаще всего этот процесс замены занимает довольно короткое время и считается частью регулярного графика технического обслуживания. Однако, если нагревательный элемент выходит из строя в предмете конечного пользователя, таком как фен, вероятно, более экономично заменить весь предмет, а не его нагревательный элемент.
Производители могут предложить установить сменный элемент, либо вы можете сделать это самостоятельно. Чтобы получить пошаговое руководство по тестированию и замене старого нагревательного элемента, продолжайте читать. Наши советы способствуют безопасности пользователей; однако, если вы не уверены, вам следует обратиться к специалисту для проверки и замены.
1. Сначала выполните визуальный осмотр. Если вы видите какие-либо признаки обесцвечивания, повреждения или горения на катушке, элемент необходимо заменить. Если вы не заметите ничего необычного при первоначальной оценке, то можете приступать.
2. Рассчитайте сопротивление элемента. Это математическое упражнение; Вы можете использовать калькулятор, чтобы найти сопротивление детали. Простая формула для этого расчета: R = (V x V) ÷ P. В этом уравнении R обозначает сопротивление, V — напряжение, а P — мощность, которая требуется элементу.
3. Как только вы определили сопротивление, пришло время проверить элемент с помощью измерительного прибора – мультиметра. Настройте прибор на отображение сопротивления и выберите для этого подходящую измерительную шкалу. Убедитесь, что нагреватель не подключен к источнику питания. Теперь измерьте сопротивление элемента, прикоснувшись к клеммам нагревательных элементов проводами мультиметра.
4. Сопоставьте показания мультиметра с рассчитанными значениями сопротивления.
Если совпадение есть, то с элементом проблем нет. В этом случае, если в последнее время вы заметили какие-либо неравномерности нагрева вашего прибора, то, вероятно, с ним связана какая-то другая проблема. Вам нужно проверить это в ремонтной службе.
Однако, если наблюдаемое значение выше или ниже расчетного, элемент необходимо заменить. Вы можете сделать это с помощью профессиональной службы или посмотреть видео-учебник по замене элемента.
ПРИМЕЧАНИЕ. Если вы выполняете этот тест в водонагревателе, вам необходимо слить всю воду из бака и дать ей полностью высохнуть. Вы также должны отключить устройство и выключить панель выключателя. После этого осторожно отсоедините электрические провода и откройте бак, чтобы выполнить проверку и замену.
Стандарты
Все нагревательные элементы должны соответствовать стандартам безопасности UL (Underwriters Laboratories). UL имеет стандарты соответствия для широкого спектра применений нагревательных элементов, таких как электрический нагрев воздуховодов, коммерческое электрическое приготовление пищи и обогрев, а также электрические нагревательные элементы в оболочке. Мы также рекомендуем, чтобы все электрические нагревательные элементы соответствовали стандартам Национального электротехнического кодекса (NFPA 70).