Разновидности электронагревателей

Конвектор – это прибор, применяемый для обогрева жилых помещений. Конструкция предусматривает использование собственного нагревательного элемента для отопления комнаты. Это позволяет миновать посредничество какого-либо теплоносителя, делая ТЭН для конвектора центральной частью агрегата. Именно поэтому системы без использования воды или масла в качестве посредника выносят в отдельный класс. Современная схема сборки конвектора позволяет обеспечить эффективную работу при довольно низкой температуре нагревателя.

Трубчатый электронагреватель (ТЭН)

Электрический нагреватель сопротивления, состоящий из нагревательного элемента, имеющего на концах контактные стержни, запрессованного вместе с наполнителем в металлическую оболочку в соответствии с чертежом. В зависимости от области применения и требований заказчика ТЭНы могут иметь различную конфигурацию (форму).

Конструкция трубчатого нагревательного элемента:

1 — Клеммы Используются для подключения к источнику питания.

2 — Контактный стержень Находясь внутри нагревательного элемента, остается ненагретым и определяет его холодную (нерабочую) зону. Может быть выполнен из никелированной, нержавеющей или обыкновенной стали.

3 — Трубчатая оболочка Чаще всего изготавливается из нержавеющей стали, меди или титана.

4 — Нагревательная спираль Представляет собой одну, две или три проволоки, выполненные из сплава с высоким удельным сопротивлением, например хромоникелевого или феррохромового.

5 — Изолирующий наполнитель Обеспечивает передачу тепла от спирали к оболочке, изолирует от оболочки, а в многоспиральных ТЭН изолирует спирали. Обычно используется порошок оксида магния (периклаз), который имеет хорошую теплопроводность и диэлектрическую прочность в ходе прессования.

6 — Герметик Предотвращает попадание влаги внутрь нагревателя.

7 — Изолятор стержня Изготавливается из керамики или термопласта.

Принцип работы: В оболочку (3) вставлен контактный стержень (2), имеющий токоподводящие клеммы (1). К стержню (2) приварена нагревательная спираль (4) с высоким омическим сопротивлением, которая и определяет рабочую (горячую) зону нагревателя. Чтобы избежать замыкания на корпус, спираль (4) изолирована от него наполнителем (5), который является диэлектриком с хорошей теплопроводностью. С концов стержень также изолирован специальными пробками (7). При нагревании спирали (4) тепло сквозь изоляцию (5) доходит до оболочки (3), которая и нагревает внешнюю среду (газ, жидкость, твердые тела).

Области применения:

в машиностроении: для нагрева пресс-форм, штампов, литейных форм, ванн с кислотами и щелочами, в покрасочных камерах, для плавления легкоплавких металлов и т.д.;
в пищевой промышленности: для варочных котлов, для кондитерского производства, хлебопекарной области, молочного производства и т.д.;
в химической промышленности: для производства резины, каучука, в целлюлозно-бумажной отрасли, в нефтеперерабатывающей отрасли и т.д.;
в медицине: для стерилизаторов, дистилизаторов и т.д.;
в быту: для отопления помещений, в домашних электроприборах (чайники, утюги и др.)

В настоящее время в России существуют три государственных стандарта на ТЭН

ГОСТ 13268-88 — Электронагреватели трубчатые;
ГОСТ 19108-81 — Электронагреватели трубчатые (ТЭН) для бытовых нагревательных электроприборов;
ГОСТ 4.150-85 — Система показателей качества продукции. Электронагреватели трубчатые (ТЭН).

Нагревательные элементы для гальваники

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

Классификация устройств

Нагревательный элемент – это часть механизма определенного устройства, которая используется для нагрева окружающей среды, конкретного прибора или вещества. Схема простого кипятильника имеет следующий вид:

Фото — схема кипятильника

Существуют такие типы деталей:

Открытые(Lukey);
Закрытые (Галант), X-DUOS);
Герметичные (РТС – PTC, ЭНГЛ-1).

Открытые нагревательные микатермические элементы (СТИЧ) чаще всего выполняются из нихрома. Например, как портативные обогреватели или кипятильники. Нихромовая проволока накручивается сверху металлической рабочей поверхности. Иногда даже использовался ручной нагреватель, его легко можно было сделать своими руками, отрезок проволоки пропускался через деревянные держатели и подключался к питанию.

Фото — пример использования нихромой нити

Раньше у каждого электрика в своем запасе имелось порядочное количество мотков проволоки самых разных сечений. Благодаря простым расчетам, можно было быстро рассчитать, сколько и какую проволоку нужно накрутить для получения определенной мощности.

Фото — диаметр проволоки и требуемая мощность

Но у открытых нагревателей очень много недостатков:

Высокая пожароопасность. Если на раскаленную проволоку попадет немного пыли – то может появиться искра и начаться пожар;
Высокая вероятность короткого замыкания. Некоторые умельцы включают от одной розетки несколько подобных нагревателей, что сильно перегружает сеть;
Низкий КПД. Такие проволочные обогревательные элементы считаются крайне не экономными.

Несмотря на то, что сделать такой бытовой кипятильник можно за считанные минуты, сейчас они используются крайне редко.

Фото — нагревательная пленка

На смену подобным средствам отопления пришел трубчатый нагревательный элемент или ТЭН, который сейчас используется для бойлера, стиральной машины, котлов и прочих приборов. ТЭН – это закрытая труба, в которой размещен контакт или термопара. Бывает два типа ТЭНов: «мокрые» и «сухие». Мокрые соприкасаются с жидкостью, поэтому часто страдают от вредного воздействия воды на металл. Сухие же от неё ограждены специальной поверхностью, стеной. У них немного больше время нагрева воды, но за то гораздо продолжительнее срок службы. В среднем, «мокрые» нагреватели заменяются каждый год.

Эти приборы редко используются для отопления, но зато отлично справляются с функцией обогрева воды. Главной рабочей деталью является также нихромовая спираль, но она защищена трубкой. Соответственно, с ней не может быть никаких контактов. Свободное место в трубе заполняется определенными химическими составами, вследствие чего образуется плотная и закрытая трубка.

ТЭН сейчас часто оснащаются терморегулятором.

Герметичные нагреватели – это те же ТЭН, но они полностью закрыты от воздействия окружающей среды, не считая 2 контактов. Используются для нагрева воды, различных поверхностей и т. д. Керамический нагревательный элемент безопасен, быстро нагревается и хорошо держит температуру.

Фото — тэн для плиты

Также классифицировать нагревательные элементы можно по области использования, для духовки, электроплиты, конвектора и паяльника используются разные типы. Для духовой и варочной поверхности применяются гибкие спирали. Они могут покрывать большую площадь, при этом, не нарушая целостности электрической дуги. В духовке, аэрогриле и инкубаторе используются нагревательные элементы одного типа, но с разными параметрами мощности.

Виды нагревательных элементов для плит:

Чугунные блины;
High Light;
Галогенки.

Чугунные нагреватели используются в самых простых плитах и духовках. Они могут располагаться в верхней части шкафа или нижней. Под чугунной плитой находится спираль из хрома, никеля и других проводящих сплавов, иногда, карбидокремниевые нагревательные элементы (КЭН). Благодаря такой конструкции, диск долго нагревается, но при этом медленно остывает.

High Light – это ленточный нагревательный инфракрасный элемент, часто такой карбоновый нагреватель на 12 вольт используется для подогрева инкубатора или небольшой комнаты как электроконвектор (Double-U-Force). Кольцевой ленточный обогреватель можно устанавливать для бытового конвектора, электропечей, духовок, тостеров Wasteland.

Галогеновый и кварцевый нагревательные элементы используются в большинстве современных электрических плит. Они известны высокой скоростью нагрева и остывания, это обеспечивает высокую температуру и безопасность устройства. Высокотемпературные спирали часто сравнивают с газовыми конфорками, потому что они быстро нагреваются и работают строго до выключения.

Фото — нагреватель из нихрома и трубки

Для совершенствования работы нагревательных приборов часто используются дополнительные элементы, например, для муфельной печи это электронагреватели отжига, а для бойлеров – специальные термослоя. Подобные толстопленочные «обертки» помогают сохранить температурный баланс на определенном уровне даже после выключения питания. Создается термос-эффект, без нагрева воздуха.

Видео: нагревательные элементы для паяльного оборудования

Высокотемпературные нагревательные элементы

Широко применяются в электропечах при температурах до 1700°С, а порой и до 1800°С. В зависимости от рабочих температур, их изготавливают на основе хромита лантана, карбида кремния, дисилицида молибдена и других сплавов, которые обладают высокой температурой окисления и высокой коррозионной стойкостью. Они могут использоваться как в непрерывном, так и в периодическом режиме эксплуатации с полным охлаждением в межцикловый период.

На рисунке изображены следующие нагревательные элементы: а — на основе хромита лантана (рабочая температура до 1800°С); б — на основе карбида кремния (до 1400°С); в — на основе дисилицида молибдена (до 1800°С); г — фехралевый (до 1400°С).

Гибкие нагревательные элементы

Их принцип действия основан на выделении тепла проводами, обладающими высоким сопротивлением при прохождении по ним электрического тока. Могут сгибаться в любую форму непосредственно пользователем. Есть варианты крепления к поверхности с помощью самоклеящейся пленки. При оптимальной теплопередаче рабочая температура достигает 200°C (краткосрочно до 230°C). Обычно применяются для отопления помещений, в системах «теплый пол», в защитах от обледенения, в медицинской, пищевой и аэрокосмической промышленностях.

Гибкие нагревательные кабели и ленты

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

Сфера применения ленточных нагревателей

ЭНГЛ используют и в быту, и в промышленности. Ленты позволяют избежать замерзания водопроводных и канализационных труб. Более того, при выборе нагревателя с повышенной мощностью и увеличении количества витков можно получать воду, иную жидкость или субстанцию с заданной температурой.

Помимо этого, гибкие ленточные нагреватели применяют:

для утепления чердаков, веранд, мансард;
для сохранения температуры продуктов нефтепереработки. Например, битум при качественном утеплении резервуаров не придется растапливать перед использованием;
в металлообрабатывающей промышленности для нагрева тиглей, пресс-форм, штамповочного оборудования;
в печах полимеризации на фабриках, производящих лаки и краски;
в термопластавтоматах и экструдерах;
в сушильных автоматах, жарочных шкафах;
в системах противопожарной защиты.

Повсеместному использованию лент способствует их безопасность, простота в монтаже, способность принимать практически любую форму. Так, минимальный радиус изгиба составляет всего 20 мм, а установку можно проводить при -50 0С.

Плоские нагревательные элементы

Их конструкция представляет собой корпус из листового металла толщиной 0,25–0,5 мм, изготовленный из углеродистой или нержавеющей стали, внутри которого расположен нагревательный элемент из материала, обладающего высоким электрическим сопротивлением (нихромовая проволока, лента). Витки изделия изолированы друг от друга и от корпуса при помощи изоляционного материала (керамика (a), силикон(б), миканит(в) и др.). Основные достоинства: малая толщина, равномерный нагрев по всей поверхности, экономичность, экологическая безопасность, высокая надежность и долговечность. Применяются для обогрева помещений (конвекторы, калориферы, тепловые пушки, тепловые завесы), в штамповочных и вулканизационных прессах, в химической промышленности (обогрев ванн с агрессивной средой), в бытовых изделиях (сушка обуви, кипятильные кружки и т.д.)

Керамические инфракрасные нагревательные элементы

Такие изделия состоят из керамического корпуса, в который вмонтированы нихромовые спирали. Под действием электрического тока этот элемент разогревается до температуры 450-470°С. Энергия нагретой спирали разогревает керамический корпус, поверхность которого в свою очередь начинает излучать поток инфракрасной энергии, выступая как фильтр и нормализуя излучение спирали. Широко применяются в инфракрасных кабинах/саунах, в химической промышленности, в оборудовании для изготовления стекла и т.д.

Какой конвектор выбрать

Если говорить о том, какой нагреватель лучше выбрать, ответ будет неоднозначным. При всех очевидных плюсах, каждый тип обладает своими недостатками. К примеру, трубчатый элемент имеет самое долгое время накаливания. При активной работе он может издавать щелкающие звуки и скрипы, вызванные расширением конструкции. В свою очередь монолитный элемент отпугивает большинство покупателей свой высокой стоимостью. Не все готовы переплачивать за значительную степень защиты и минимальную теплопотерю.

Чаще всего консультанты в магазинах рекомендуют приобретать конвекторы с монолитным элементом или ТЭНом.

Решение о том какой конвектор эффективнее, следует принимать исходя из характеристик обогреваемого помещения.

Если комната не влажная, а скорость прогрева воздуха не играет ключевой роли, лучше всего подойдет обычный ТЭН.
Однако если в помещении необходимо постоянно поддерживать комфортные условия, правильнее будет отдать предпочтения монолитному элементу. Эффективная система конвекции позволит вам немного сэкономить на электроэнергии.
Также можно обратить свое внимание на модели комбинированного типа, как инфракрасный обогреватель с функцией конвекции. Этот прибор сочетает нагрев посредством ТЭНа и инфракрасного элемента, что позволяет добиться быстрого прогрева помещения при незначительном расходе электрической энергии.

Специалисты советуют обращать внимание не только на нагревательный элемент. Максимальная мощность работы, пространственное расположение, мобильность и эргономия корпуса также вносят существенный вклад в эффективность. Внимательно изучите технические характеристики прибора, и сможете легко подобрать подходящий вам конвектор.

Инфракрасные кварцевые излучатели

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

Сферы применения и отрасли

Области применения нагревателей разнообразны. Один из способов охарактеризовать применение нагревателей — разделить использование по тому, является ли функция нагревателя прямым нагревом воздуха, нагреванием воды, безконтактным или контактным нагревом. Имея это в виду, общие области применения обогревателей включают:

Подогрев воздуха
в домах, зданиях, автомобилях, грузовиках, поездах, самолетах или других закрытых конструкциях для общего экологического комфорта с помощью конвекции
Читайте также: Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?
Нагрев воды для бытового использования
или потребления за счет теплопроводности, включая воду для купания, бассейнов и спа, прачечной или других применений
Нагревание таких материалов, как клеи, адгезивы, пластмассы, каучуки или другие формуемые вещества
, как часть производственного процесса для улучшения пластичности или текучести материалов или для облегчения отверждения
Нагревание бочек, контейнеров и других твердых форм
, которые могут содержать жидкости или твердые вещества и которые нагреваются за счет теплопроводности от нагревателя к контейнеру и его содержимому
Нагрев труб и клапанов
для улучшения потока материалов в трубопроводных системах и предотвращения повреждений из-за низкотемпературных условий.
Обогрев предметов и людей с использованием инфракрасной энергии
для ускорения сушки, термоформования или использования конвективного обогрева в открытых помещениях.
Нагрев жидкости
за счет прямого контакта
с погруженным источником нагрева