По причине масштабного развития промышленной индустрии электрические нагревательные элементы стали очень востребованными и незаменимыми в работе оборудования для обработки различных материалов требующих высоких температурных воздействий. Корпус нагревательных приборов может быть выполнен из самых различных термостойких сплавов. Сопротивление материала обеспечивается нагревом токопроводящего элемента при прохождении по нему электричества.
Зависимо от конструкции самого нагревателя и требований к его работе существует несколько типов электронагревательных элементов:
Нагреватели с открытой спиралью
Открытые нагреватели представлены в виде спирального нагревательного элемента, который размещают в специальные изоляционные канавки или подвешивают с помощью кронштейнов. Тепловая подача от таких нагревателей производится за счет излучения либо конвекции. Данные нагреватели имеют простую схему, быстро вырабатывают необходимое тепло, недорогие и их просто ремонтировать. Главными недостатками есть их невысокая электробезопасность, незащищенность от механических повреждений и возможные замыкания.
Для примера, нагреватели с открытой спиралью — это:
проволочные нагреватели и пр.
Негерметичные нагреватели
Негерметичные нагреватели относятся к одному из подвидов нагревательных устройств закрытого типа. В конструкцию таких устройств входят нагревательные элементы в виде ленты либо спирали, которые защищены изоляционными материалами, предотвращающими непосредственный контакт элемента нагрева с нагреваемым объектом, но не предотвращающих контакт с воздухом. Зачастую в качестве изоляторов применяют керамические бусы. Конструкция таких приборов считается несложной, но не отличается особой прочностью. Негерметичные элементы нагрева, работающие за счет нихромовой или фехральной спиральной проволоки размещают в специальные кожухи из металла. Это уже совсем другой вид конструкции негерметичного нагревателя. Кожух наполняют изоляционным порошкообразным веществом. Такой вариант нагревателя является более надежным в эксплуатации, но дольше прогревается.
Негерметичнымии нагревателями также можно назвать:
Герметичные нагреватели
Герметичные нагреватели закрытого типа способны вырабатывать тепловую энергию разными способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью. К данной категории устройств относятся ТЭНы. Конструкция ТЭНа состоит из тоненькой металлической оболочки трубчатого типа со спиралью из проволоки, обладающей высоким сопротивлением. Во внутренней части оболочки находится изоляционный материал. В стержни обеспечивающие контакт вмонтированы клеммы.
Также к герметичным нагревателям относятся:
Преимуществом данной категории устройств по нагреву есть их высокая электрическая безопасность, длительный период службы, возможность использования в различных средах (даже самых агрессивных).
Выбирая нагреватель, следует ориентироваться на такие показатели как место монтажа, желаемая температурная величина нагрева, среда применения, скорость нагрева и ряд индивидуальных факторов работы. В некоторых производствах требуется высокотемпературный быстрый нагрев, в других длительная непрерывная тепловая подача. Поэтому определяясь с выбором электронагревателя, в первую очередь обращайте внимание не на стоимость устройства, а на требования к нему. В противном случае пытаясь сэкономить Вы, подвергаете себя еще большим растратам. Неправильно подобранный прибор будет систематически выходить из строя.
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.
Покупая обогревающее устройство для своего дома, многие сталкиваются с огромным их ассортиментом. Как среди множества представленных приборов выбрать наиболее подходящий? Какие же виды обогревателей для дома наиболее экономичны, и для каких целей подходят?
Классификация
Рассмотрим основные типы обогревающих устройств, их преимущества, недостатки и способы использования. Всего существуют четыре вида бытовых обогревателей с разными принципами работы:
- Масляные радиаторы.
- Конвекторы (электрические, водяные, газовые), которые работают по принципу конвекции, перемещая нагретый воздух вверх и засасывая холодный воздух снизу для последующего нагрева.
- ИК обогреватели, нагревающие длинноволновыми лучами (по принципу солнца в природе) стены, полы и различные вещи в квартире.
- Тепловентиляторы, создающие теплый направленный поток воздуха.
Обогреватель в интерьере квартиры
Масляные радиаторы
Очень хороши для обогрева частного дома или квартиры масляные обогреватели, представляющие собой достаточно мобильные батареи, заполненные внутри минеральным маслом. Нагрев поверхности батареи происходит за счет нагревания масла, с помощью нагревательных элементов (подключены 1 или 2 ТЭНа). Такие радиаторы состоят из нескольких секций, и чем их больше, тем больше тепла отдает такая батарея.
Выбирая масляный домашний обогреватель, обращайте внимание на его мощность. Расчет необходимой мощности производится так: 1 кВт сможет отопить комнату в 10 м 2 (с высотой потолка до 3 м).
Также в масляных обогревателях иногда бывают встроены тепловентиляторы, что намного уменьшает время прогревания помещения. К преимуществам масляных обогревающих приборов относят:
- Наличие термостата, которым можно регулировать мощность устройства (если ТЭНа два, то ручек термостата тоже должно быть две).
- Комплектация таймером (в большинстве современных моделей) для задания времени включения или выключения установки.
- Относительно невысокую стоимость.
- Мобильность (их можно свободно передвигать по комнате или в другие помещения).
- Возможность работать некоторое время без потребления электричества (за счет уже нагретого масла, которое очень медленно остывает), что может давать ощутимую экономию.
К недостаткам этого вида бытовых обогревателей относят:
- Долгое нагревание (что компенсируется медленным остыванием).
- Немалые габариты и вес устройства.
- Сильное нагревание поверхности корпуса (однако большинство моделей снабжены в целях безопасности специальным защитным кожухом).
Конвекционные обогреватели
Работа таких приборов основана на принципе конвекции. В нижнюю решетку конвектора входит холодный воздух и, хорошо нагреваясь теном, выходит сквозь верхнюю решетку прибора и поднимается к потолку. Затем, прогревая стены и потолок и тем самым охлаждаясь, воздух опять спускается вниз и проходит сквозь нижнюю решетку для последующего нагрева (подробнее — в статье как работает электрический конвектор).
Конвекторные установки разделяются по разным признакам. К примеру, они могут классифицироваться по типу монтажа:
- Напольные, легко передвигаемые в любую сторону.
- Настенные (вертикальные, горизонтальные), отличающиеся небольшой толщиной и привлекательным дизайном. Их можно крепить под окном, аналогично батареям.
- Потолочные. Их можно монтировать подобно настенным.
- Встраиваемые. Их часто монтируют просто в пол, чтобы улучшить равномерный обогрев всего помещения. Для этого заранее нужно проложить в полу ниши для прокладки трубопроводов, подающих горячий теплоноситель. Сверху же такие конвекторы прикрывают красивой решеткой для проникновения теплого воздуха.
Также их разделяют по типу нагревания:
- Водяные. Требуют иногда специальной установки котла и трубопроводов.
- Электрические. Наиболее простые и быстрые в отоплении устройства, легко монтируются, не требуют дополнительных установок.
- Газовые. В жилых домах используют редко.
И даже по типу циркуляции:
- Естественная, основанная на простой конвекции.
- Принудительная, со встроенным вентилятором для лучшего и быстрого прогрева.
К достоинствам обогревателей конвекторного типа относятся:
- Бесшумность в работе.
- Температура корпуса обычно не выше 60-65 градусов, что делает их достаточно безопасными.
- Встроенный термостат для регулировки автоматического самовыключения и включения.
- Встроенная аварийная защита от перегревания.
Ими удобно пользоваться. Самые удобные из них – это напольные конвекторы. Они довольно мобильные, их можно свободно передвигать в нужные зоны. Главное, чтобы хватало длины электрического шнура, так как все они работают от сети.
Они иногда сложны в монтаже. Электрические, водяные и газовые конвекторы часто выступают альтернативой центральной системе отопления. Для них, как правило, предусмотрен специальный монтаж (особенно для водяных и газовых), подразумевающий установку котла, проводку труб и вентиляционных ходов.
Электрическими обогревателями конвекторного типа сложно прогреть большие помещения.
Инфракрасные обогревающие установки
Данные виды электрических обогревателей содержат внутри корпуса специальные лампы:
- Галогенные, содержащие трубку с нитью, заполненную инертным газом.
- Карбоновые, имеющие нити из углеродного волокна.
- Кварцевые с вольфрамовыми нитями.
Эти лампы способны излучать длинноволновые инфракрасные лучи, незаметные для человеческого глаза. От них, как и от солнца (по аналогии с природой), нагреваются все объекты в помещении (полы, стены, мебель), а затем уже воздух. По своему исполнению эти обогреватели бывают:
Устанавливать их можно не только в жилых комнатах, но и при необходимости на балконах, террасах, оранжереях и т.д.
Преимущества инфракрасных обогревателей:
- Бесшумность в работе.
- Экономное потребление электроэнергии.
- Способность обогревать, не поднимая пыли в воздух.
- Устройства не пересушивают воздух и не жгут кислород.
- Равномерное прогревание воздуха во всем помещении (подробнее о схеме работы — в статье принцип работы обогревателя с инфракрасным излучением).
- При включении прибора помещение начинает прогреваться мгновенно.
К недостаткам этих устройств можно отнести разве что их довольно высокую стоимость.
Тепловентиляторы
Самыми доступными по цене и простыми в использовании считаются тепловые вентиляторы, которые обычно бывают настольными или напольными. При прохождении воздуха сквозь нагревательные элементы прибора обеспечивается быстрый прогрев любого помещения. Нагревательные элементы в тепловентиляторе выполняют в виде:
- Электрической открытой спирали с температурой до 800 градусов.
- Электрического нагревателя в форме трубки с температурой свыше 200 градусов.
- Плиток керамических, имеющих температуру до 200 градусов.
Тепловые вентиляторы с керамическими нагревательными элементами обеспечивают более чистую подачу воздуха, без выброса продуктов сгорания. Приборы популярны ввиду своей невысокой стоимости и легкости в переноске. Они почти мгновенно нагревают помещение до нужной температуры.
Тепловентиляторы экономичны: 1 кВт мощности устройства может прогреть помещение площадью до 20-25 м 2 .
Кроме указанных характеристик к их достоинствам можно причислить наличие термостата, который мгновенно отключает прибор при перегреве.
К недостаткам тепловых вентиляторов можно отнести их шумность и способность поднимать пыль в комнате.
Есть еще такая разновидность обогревателей, как воздуходувки или тепловые пушки. В системе такой теплопушки задействованы накаляющиеся спирали и мощный вентилятор. Воздуходувки очень эффективны в непрогретых помещениях, например, гаражах.
Заключение
Среди огромного количества разных видов обогревателей для квартиры и дома всегда можно выбрать прибор, наиболее удовлетворяющий всем требованиям, если знать все его технические характеристики, плюсы и минусы. Он не только прогреет помещение, но и придаст ему уют, создаст необходимый микроклимат в помещении. Главное, соразмерять цену с качеством, мощность с отапливаемой площадью, а удобство использования с легкостью ухода за прибором.