Меню

Конспект урока по технологии 8 класс Бытовые нагревательные приборы и светильники

Конспект урока по технологии 8 класс. Бытовые нагревательные приборы и светильники

Принцип работы лампы накаливания

Первое, самое известное применение теплового действия, – это свечение лампы, нагрев проводника до белого каления.

Широко распространенные на сегодняшний день лампы накаливания устроены достаточно просто (рис. 1).

Рис. 1. Лампа накаливания

Главная часть лампы – это нить накаливания, которая выполняется из вольфрама (или из сплава, в который входит вольфрам). Вольфрам используют потому, что это очень тугоплавкий материал, температура плавления вольфрама составляет более 30000С. Вольфрамовая нить, нагреваясь, ярко светится и создает интенсивное световое излучение.

Кроме нити накаливания в лампе существуют подводящие контакты.

Вольфрамовая нить, если ее нагревать в воздухе, достаточно быстро перегорит. Это происходит потому, что при нагревании она окисляется и разрушается. Поэтому в лампе накаливания вольфрамовую нить помещают внутрь стеклянной колбы, из которой удаляют воздух. Концы вольфрамовой нити подключают к контактам. Два контакта подключаются к двум важным точкам лампы – один контакт присоединяется к спирали, которая вворачивается в патрон, второй контакт подсоединяется к одному из контактов в нижней части цоколя. Так обеспечивается протекание электрического тока.

При протекании электрического тока нить лампы накаливания может нагреваться до , что обеспечивает достаточно яркое свечение.

Есть различные лампы: одни горят ярко, дают много света, другие – достаточно тускло. Это зависит от того, какая используется спираль. Если спираль будет более тонкая, лампа будет гореть ярче. Если спираль толще, соответственно, сопротивление у нее другое, гореть эта лампа будет тусклее.

Другие нагревательные приборы

Кроме ламп накаливания существуют и другие нагревательные приборы. Это различные обогреватели, ковры-обогреватели, электрические плиты. На нагревании, то есть на законе Джоуля-Ленца, основаны такие приборы, как кипятильники, утюги, фены и т. д.

Во все этих приборах используется один и тот же принцип: нагревание проводника при протекании электрического тока. Во всех нагревательных приборах используется нагревательный элемент, который представлен либо в виде ленты, либо достаточно мощного провода (рис. 2).

Рис. 2. Различные нагревательные элементы

Электрические приборы используют нагревательные элементы разной формы и конфигурации. В утюгах это может быть один нагревательный элемент, а в электрической плите – другой. Во всех нагревательных приборах преследуется цель создания удобного и большого количества теплоты, которое можно использовать.

Как используется тепловая энергия?

Электрическая энергия может быть легко преобразована в тепловую. Электрический ток нагревает проводник, через который проходит. На этом принципе работают все нагревательные приборы.

Не имеет смысла подробно описывать устройство отдельных нагревательных приборов, так как даже при весьма скудных знаниях можно разобраться в их конструкции.

Например, утюг. В пазы металлической подошвы уложена спираль, на которую надеты фарфоровые бусы. Сверху располагается пластиковый корпус, с выведенным на него регулируемым резистором. Если по каким-то причинам утюг перестал работать, его следует отключить от сети, разобрать, сменить спираль, и снова собрать прибор.

Принцип работы вышеперечисленных устройств достаточно прост, поэтому с ними редко возникают проблемы. Если по каким-то причинам устройство перестало работать, причина неполадки, как правило, заключается в износе деталей, плохом контакте. Это происходит из-за перегрева корпуса бытового прибора в процессе эксплуатации.

В пример можно привести обогреватель. В большинстве случаев металлический корпус нагревается при работе. С внутренней стороны корпуса к нему крепится терминал из пластика. С течением времени пластик разрушается, при этом размыкаются контакты. Бывает и так, что при перемещении прибора с места на место электрический провод соприкасается с корпусом, из-за чего сгорает изоляция и происходит короткое замыкание.

Электронагревательные устройства могут быть опасными. Например, электрическая плитка. В пазах керамического основания подставки располагается спираль. Во время приготовления пищи на плитку может быть пролита вода, молоко и т. д. Это сокращает срок службы спирали, а в некоторых случаях является причиной удара электричеством.

Однако в последнее время такие устройства, как электрическая плитка с открытой спиралью, практически не применяются. В большинстве случаев нагревательный элемент тэновый, это защищает спираль от нежелательных контактов.

Бытовые приборы выпускаются в соответствии с принятыми стандартами безопасности. Все чаще применяются тентовые спирали, закрытые корпуса, некоторые приборы выпускаются с заземлением.

В чем отличие тэновых спиралей от обычных?

Нагревательные элементы могут иметь самые разные конструкции, но все их можно разделить на две группы: тэновые и обычные. Тэн расшифровывается как «трубчатый электронагреватель».

Обычные нагревательные элементы представляют собой спираль или набор металлических пластин, имеющих соответствующее сопротивление. В обогревательных приборах, плитках, утюгах это, как правило, спираль, которая устанавливается в специальный диэлектрический корпус: стеклянную трубку, керамическую подставку или просто находится в подвешенном состоянии, например в калорифере или фене.

Тэновые нагревательные элементы хотя и работают по тому же принципу, но имеют немного другое устройство. Металл, который выступает в качестве сопротивления, находится в оболочке соответствующего диэлектрика, хорошо проводящего тепло, все это находится в металлической трубке, имеющей, как правило, специальное покрытие.

Наглядным примером тэнового нагревательного элемента является кипятильник. Также тэновые нагревательные элементы устанавливаются в чайниках, утюгах.

Преимущество обычных нагревательных элементов перед тэновыми в том, что в случае повреждения их легче заменить. Если тэновый нагревательный элемент испортился, то можно считать все устройство негодным. Как правило, оказывается, что стоимость нагревательного элемента составляет большую часть стоимости самого прибора, поэтому легче купить новый, чем ремонтировать старый.

Чем опасны «козел» и самодельный кипятильник?

Как правило, многие в армии или в студенческие годы узнают различные способы «кустарного» применения электрической энергии. Такими способами и являются «козел» и самодельный кипятильник. Приведенное ниже описание этих устройств помещено в книге не для того, чтобы вы самостоятельно «экспериментировали» с электричеством, чтобы объяснить, насколько грубо и непрофессионально в таком случае используется электричество и какие неприятные последствия такая изобретательность может повлечь за собой.

Во всех случаях используется тепловое действие электрического тока. Как уже упоминалось, электрическая энергия способна нагревать проводник, по которому проходит. Поэтому, если пустить через соответствующий материал электрический ток, можно добиться теплового эффекта. На этом принципе и работают «козел» и самодельный кипятильник.

«Козел» представляет собой трубу из асбеста, установленную на металлические ножки, которые легко изготовить самостоятельно. Вокруг трубы обернута дверная пружина, к разным концам которой подсоединен двужильный провод. При включении в розетку «козел» сильно нагревается, им можно пользоваться как обогревательным прибором.

«Козел» можно часто встретить на складах, в производственных помещениях, в хозяйственных постройках. Это объясняется тем, что расход энергии там учитывать сложнее, чем в отдельной квартире, поэтому энергоемкости такого устройства просто не придается большого значения. Организация оплачивает расходы по электричеству, так как для большой организации это относительно небольшая сумма.

Другое дело квартира. Включение «козла» очень заметно по работе счетчика электроэнергии, который в таком случае крутится как бешеный. К тому же частенько выбивает пробки, так как самодельное устройство потребляет очень много энергии.

Отрицательным качеством «козла» является то, что он очень пожароопасен. Если бытовой обогревательный прибор имеет корпус, защищающий от возгораний, то «козел» такого корпуса не имеет, и если он опрокинется, что бывает довольно часто из-за пьянства, халатности, – возможен пожар.

Более того, по жизни встречаются такие индивидуумы, которые не понимают, что данный обогревательный прибор опасен, и относятся к нему пренебрежительно, располагая его поблизости от мебели, обоев, пожароопасных материалов.

Другое самодельное устройство – кипятильник. Его можно соорудить с помощью двух лезвий, двух спичек, нитки, выдернутой из одежды, куска провода. Традиция устраивать такие кипятильники пришла к нам из армии и из исправительно-трудовых учреждений.

Лезвия связываются между собой так, чтобы между ними было расстояние (чтобы не касались друг друга). Этого несложно добиться, если положить между ними спички. Потом двужильный провод крепится к лезвиям. Помещенный в воду, такой кипятильник довольно исправно греет воду.

Если собрать кипятильник из более серьезного металла, например, из оконных шпингалетов, получается весьма устрашающая картина: представляете себе кипятильник, из которого бьют искры, во всем доме мигает свет, трехлитровая банка воды вскипает за полторы минуты?

Естественно, что энергоемкость такого кипятильника впечатляет. Особенно опасен кипятильник в том случае, если вода соленая. При включении в сеть моментально раздается взрыв, в результате которого выплескивается большая часть воды. Теперь представьте, что будет, если сыпануть соли в кипящую воду?

Если вам когда-нибудь придется столкнуться с подобными устройствами, лучше откажитесь сразу, так как вы подвергаетесь сразу нескольким опасностям. Во-первых, вы портите государственное имущество, за что предусмотрена соответствующая ответственность по законодательству. Во-вторых, вы рискуете жизнью: вас может ударить током, или обрызгать кипятком. Будьте осторожны, не подвергайте свою жизнь опасности!

Постоянная температура нагревания электрических приборов

Почему во всех нагревательных приборах температура нагревания остается постоянной?

Нагревание проводника связано с электрическим сопротивлением. А электрическое сопротивление проводника зависит от температуры. Чем температура проводника ниже, тем сопротивление проводника меньше. Если проводник нагревается, его сопротивление увеличивается. Изменение электрического сопротивления при нагревании приводит к тому, что все время поддерживается одна и та же мощность, которая выделяется при нагревании в проводнике.

На сегодняшний день нагревательные элементы приобретают особое значение. В ближайшее время можно ожидать появления обогреваемых тротуаров, отапливаемых улиц, а не только использование нагревательных приборов в помещениях.

Классификация электронагревательных устройств

Существуют различные виды электронагревательных приборов, наиболее подробно классификация такого оборудования описана в действующих нормативах ГОСТа, хотя на практике этой квалификацией пользуются достаточно редко. Сложность разделения электронагревательного оборудования на отдельные виды заключается в огромном количестве таких приборов, использующихся людьми в повседневной жизни. Опираясь на действующие в нашей стране нормативные документы, можно сделать вывод, что классифицировать электронагреватели можно по различным принципам.

Читайте также:  Свойства покрытия нитрид титана

Простейший вариант классификации предполагает разделение электронагревательного оборудования на несколько групп по конструктивным особенностям нагревательных элементов. По типам конструкции нагревательных элементов можно выделить три группы электронагревательных устройств:

  • Нагревательные элементы открытого типа.
  • Нагревательные элементы закрытого типа.
  • Герметически закрытые нагревательные элементы.

С технической точки зрения такой вариант классификации абсолютно точен, но он не позволяет определить назначение оборудования и особенности его эксплуатации.

Второй вариант классификации электронагревателей – по продукту нагрева. Такая классификация позволяет выделить:

  • Водонагревательное оборудование.
  • Воздухонагревательные устройства.

Данная квалификация дает больше информации о принципах использования приборов, но сегодня существует электронагревательное оборудование, которое сложно отнести к водо- или воздухонагревателям, к примеру, электрические кухонные плиты или печи СВЧ.

Наиболее точную, исчерпывающую информацию о видах электронагревательных приборов дает классификация оборудования по сфере использования, выделяют устройства:

  1. Для нагрева воды (в системах водоснабжения, отопления, для стирки и приготовления пищи).
  2. Для нагрева воздуха (в сушильном и отопительном оборудовании).
  3. Для приготовления пищи (за счет нагрева поверхностей с посудой и непосредственного нагрева посуды).
  4. Ручные инструменты и приборы с электронагревательными элементами (паяльники, пирографы, утюги).
  5. Для обогрева человеческого тела.

Данный вариант классификации позволяет охватить практически все представленные на рынке электронагревательные устройства.

Источник



Электронагревательные приборы

Электронагревательный прибор — устройство, в котором энергия электрического тока превращается в тепловую энергию.

Электрический нагрев по сравнению с другими видами нагрева (с использованием газа, жидкого или твердого топлива) имеет ряд существенных преимуществ. Он значительно улучшает санитарно-гигиенические условия жилых помещений. Газ значительно уступает электрическому нагреву в санитарно-гигиеническом отношении. При открытом горении газа выделяются как продукты полного его сгорания (углекислый газ, вода), так и продукты неполного сгорания, вредно действующие на здоровье людей (окись углерода, формальдегид, смолистые вещества и др.). При электронагреве таких вредных выделений нет. По сравнению с газовыми электроприборы взрывобезопасны.

В электронагревательных приборах электрическая энергия преобразуется в тепловую. В бытовых приборах используют различные виды электронагрева: за счет использования проводников высокого сопротивления, инфракрасный, индукционный и высокочастотный.

Нагрев за счет проводников высокого сопротивления подчиняется закону Джоуля-Ленца. При этом могут использоваться электронагревательные элементы открытого, защищенного и закрытого типов. В открытых электронагревателях электронагревательный элемент изоляции не имеет; в защищенных — проводник имеет изоляцию (керамические бусы, слюда и т. п.); в нагревателях закрытого типа проводник, в котором выделяется тепло, полностью защищен от внешней среды и является несменным. К нагревателям последнего типа относят трубчатые электронагреватели (ТЭНы), нагреватели, вмонтированные в ситалловые панели. Для изготовления нагревательных элементов используют либо нихромы (Х20Н30; Х15Н60 — данный вид сплавов более дорогой, термостойкий и долговечный), либо фехрали (Х13Ю4 — они дешевле, выдерживают нагрев до температуры 800°С.

Приборы с инфракрасным нагревом работают на проводниках высокого сопротивления, максимум излучения которых приходится на область спектра с длиной волн от 0,76 до 3 мкм (инфракрасная зона). Используют данный вид нагрева в грилях, электрокаминах.

Индукционный нагрев основан на излучении джоулевого тепла и вихревых токов, возникающих в обмотках трансформатора броневого типа. Эти нагреватели имеют температуру до 500°С, они дорогие, но обеспечивают высокую безопасность. Данный вид нагрева применяется в приборах, осуществляющих нагрев воды (кипятильники; ранее применялся в стиральных машинах — электробезопасный способ нагрева).

Высокочастотный (микроволновой) нагрев используют в приборах для тепловой обработки пищевых продуктов. Принцип работы высокочастотных нагревателей сводится к следующему: магнетрон (высокочастотный генератор) излучает высокочастотные электромагнитные волны (2300-2700 МГц), которые через волнопровод попадают в рабочую камеру, где происходит облучение продукта. При этом происходит поляризация молекул вещества, в результате чего внутри массы продукта выделяется тепловая энергия.

Электронагрев проводников высокого сопротивления наиболее распространен, его используют в преобладающем большинстве электронагревательных приборов. Этот вид электронагрева основан на выделении тепла при прохождении электрического тока через проводники высокого сопротивления по закону Джоуля—Ленца.

В качестве материалов для нагревательных сопротивлений применяют хромоникелевые сплавы, в меньшей степени — железо-хромоалюминиевые сплавы. Для изготовления низкотемпературных нагревателей (до 100 °С) применяют константан, графит, сажу, электропроводящее стекло, двуокись олова и др.

Основной частью электронагревательного прибора является электронагреватель (электронагревательный элемент). Его изготовляют в виде проволочной спирали или ленты из никелина, нихрома, фехраля. Эти материалы выдерживают рабочую температуру накала до 1 000 °С. Нагревательные элементы на теплостойких (преимущественно керамических) изоляторах. По конструкции нагревательные элементы подразделяют на открытые и закрытые спиральные, пластинчатые.

Электронагреватель состоит из нагревательного сопротивления (чаще всего в виде проволочной спирали), электроизоляции и каркаса, или оболочки. Иногда роль каркаса выполняет электроизоляция.

Инфракрасным нагревом обладают все электронагреватели сопротивления. Под инфракрасными нагревателями понимают такие, у которых максимум излучения приходится на инфракрасную область спектра. Инфракрасные электронагреватели подразделяют на «светлые», излучающие помимо инфракрасных видимые лучи, и «темные», излучающие преимущественно инфракрасные лучи.

К «светлым» излучателям относятся лампы накаливания типа ИКЗ (инфракрасная зеркальная) с внутренней зеркальной поверхностью для получения направленного лучевого потока, кварцевая лампа с йодным заполнением (лампа накаливания инфракрасная кварцевая — НИК).

К «темным» излучателям инфракрасных волн относят открытые спирали и трубчатые электронагреватели (ТЭНы) с температурой на поверхности 700. 750 °С.

При использовании приборов с инфракрасным нагревом для выпечки и жаренья повышается качество кулинарной обработки (хорошо поджаривается поверхность изделий).

Все большее использование для приготовления пищи находит высокочастотный нагрев.

Особенностью высокочастотного нагрева является использование диэлектрических свойств пищевых продуктов. Посуда, окружающий воздух и аппарат остаются холодными. При высокочастотном нагреве температура поверхностных слоев продукта ниже, чем внутренних. На поверхности не образуется специфической корочки, характерной для инфракрасного нагрева. Продукт приобретает вкус печеных изделий.

К основным достоинствам высокочастотного нагрева относится быстрота приготовления пищи. По сравнению с поверхностным нагревом продолжительность приготовления разных блюд сокращается в 4. 10 рази может составлять всего несколько минут. При этом пища не теряет своей пищевой ценности, исключается ее подгорание, облегчается мойка посуды. Печи, работающие на излучении сверхвысоких частот (СВЧ), не излучают тепло в окружающее пространство.

Источник

Что такое нагревательный элемент, и какие виды существуют?

Конструкция и виды электронагревателей

Под каждый вид оборудования и необходимые температурные значения разработан свой тип электронагревателя. Разное исполнение нагревателей позволяет их применять абсолютно во всех сферах деятельности, где необходим электронагрев. Основным условием производства элементов нагрева является высокая термоустойчивость, тепловая отдача и надежность. Оболочки нагревателей изготавливают из сплавов с определенной температурной стойкостью, а сопротивление прибора обеспечивает элемент проводящий ток после подключения устройства к сети.
В промышленности и в быте используют три основных категории нагревателей: открытые, закрытые и герметичные. Каждая из категорий разделяется на разные виды нагревательных устройств, которые предназначаются для нагрева определенных зон оборудования в разной окружающей среде.

Открытые спиральные нагреватели

Элементы нагрева открытого типа представляют собой открытую резистивную спираль, по которой проходит электрическая энергия, перерабатывающаяся в тепло. Контакт с объектом нагрева непосредственный. Конструкция такого устройства очень проста, а функциональность находится на достаточно высоком уровне. Для обеспечения безопасного использования и эффективной выработки тепла открытый нагреватель устанавливают в специально отведенные канавки в оборудовании. Фиксация его происходит с помощью кронштейнов. Отдача тепла может осуществляться конвекционным методом или излучением. Но, все же отнести к электробезопасным устройствам открытый нагреватель нельзя, при его эксплуатации необходимо строго придерживаться технических правил, что и относится к недостаткам нагревателей данного типа. Также они механически не ударопрочные, и при их использовании возможны частые замыкания.

К открытым спиральным нагревателям относят:

• Трубчатые элементы нагрва для печей отжига;

• Нагреватели на основе открытой проволоки и т.т

Негерметичные нагревательные элементы

Это один из подвидов закрытых нагревателей, не выделяющийся герметичными свойствами. Элементом нагрева может выступать лента либо спираль высокого сопротивления. Защиту от контакта с нагреваемым объектом обеспечивает изоляционный материал. Но, такой изолятор не исключает контакт резистивного элемента с воздушной средой. Конструкция нагревателя не сложная и ее не можно отнести к высокопрочной. В качестве изолирующих элементов зачастую используют бусины из керамики.

Иногда для повышения прочности такой нагреватель помещают в металлический кожух, но это уже совсем другой тип закрытых элементов нагрева. Пространство между кожухом и нихромом/фехралью заполняют изоляционным порошком, повышая, таким образом, надежность нагревательного устройства. Стоит отметить, что в такой сборке негерметичный нагреватель будет набирать температуру дольше обычного.

К негерметичным электронагревателям относят:

Герметичные нагревательные устройства

Это только закрытые нагреватели, конструкция которых позволяет полностью исключить непосредственный контакт резистивного элемента с объектом нагрева и воздушной средой. Такой нагреватель можно использовать в самых разных агрессивных средах не боясь попадания на его оболочку расплавленных масс, которые перерабатывает оборудование. Выработка тепла может осуществляться одним из следующих способов: конвекцией, излучением и теплопроводностью. В качестве корпуса у таких нагревателей используют тонкостенные трубчатые металлы. Элементом, перерабатывающим электроэнергию в тепло, выступает резистивная проволока, намотанная по спиральному типу. Внутри корпуса пространство заполнено изолирующим порошковым наполнителем. Контакт обеспечивают установленные клеммы.

К герметичным нагревателям относят:

• Литые алюминиевые нагреватели (в исполнении плоских и хомутовых элементов);

Читайте также:  Оборудования для поперечной резки металла в Москве

Неотъемлемым преимуществом герметичных нагревателей есть высокая электробезопасность, длительные сроки эксплуатации и возможность эффективной работы в различных по составу средах.

Каждый вид нагревателя предназначается для работы в определенной среде. Также каждая категория элементов нагрева способна вырабатывать определенный диапазон температур. Основными правилами выбора электронагревателей есть не только эти критерии, а и индивидуальные требования к монтажу, длительности беспрерывной работы и техническим параметрам нагрева.

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:

  1. Со средневолновым.
  2. 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.

Нагревательный элемент для конвектора — что это такое

Под ТЭНом подразумевается малогабаритное устройство, которое встраивается в нижнюю часть корпуса радиатора. Принцип действия прибора основан на преобразовании электрической энергии в тепловую. Так как расходный ресурс относительно дорогой, такие конвекторы чаще применяются в качестве дополнительного обогрева воздуха.

Все нагревательные элементы условно подразделяются на 2 группы. Устройство открытого типа характеризуется степенью электрозащищенности с маркировкой IP21. Управление осуществляется посредством механического термостата. Прибор закрытого типа оснащен электронным терморегулятором, запрограммированным на конкретные или настраиваемые значения температур. Для конвекторов с подобным оборудованием свойственны экономичное потребление энергии и защищенность на уровне IP24.

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!

Типы электрических нагревателей

Конструктивно нагревательные элементы представлены в разном исполнении. Соответственно от того, какой именно встроен ТЭН, принцип действия и технические характеристики конвектора имеют свои отличительные черты, достоинства, недостатки. Перед выбором того или иного конвекторного радиатора важно заранее ознакомиться с этими аспектами.

Stitch (Стич)

Название нагревательного элемента в переводе с английского языка означает шить или стегать. В России чаще встречается понятие игольчатый ТЭН. Конструктивно прибор представлен диэлектрической пластиной и непрерывной токопроводящей нитью накаливания. Она изготавливается из сплава никеля с хромом, покрывается изоляционным от кислорода термостойким лаком. Проволока образует множество петель по обе стороны плоского основания.

Производители, как правило, устанавливают 2 подобных нагревателя. Электрический конвектор с игольчатыми ТЭНами имеют следующие достоинства:

  • нагревание до +250 и более градусов по Цельсию и остывание нити накаливания происходит в течение нескольких секунд;
  • работа оборудования сопровождается бесшумностью;
  • потребление энергии экономичное.

Из недостатков отмечается прямой контакт с кислородом, что способствует понижению показателя влажности в помещении. При попадании на раскаленную проволоку пыли существует риск образования искрения и возгорания. Тонкая нить накаливания характеризуется хрупкостью, поэтому радиаторы служат недолго.

Важно! Нагревательный элемент типа стич не имеют дополнительной защиты от прямого контакта с водой. Этот факт ограничивает область применения только сухими помещениями.

Элементы трубчатого типа представлены колбой из высокопрочной стали. Наполнителем емкости является мелкофракционный песок из кварца, керамики или магния. Чтобы смесь не высыпалась прибор оснащен заглушками. Нагревание минерального диэлектрика происходит посредством пропущенной внутри нихромовой нити.

Для увеличения диапазона охватываемого воздуха дополнительно к колбе закрепляются плоские или спиралевидные элементы из алюминия с высоким коэффициентом проводимости тепла. Оребрение каждый производитель разрабатывает по своей технологии. Однако теплоотдача конвекторов с трубчатым нагревателем различного исполнения практически одинакова.

Сравнительно с игольчатым ТЭНом нить накаливания у трубчатого элемента изолирована от пыли, влаги и кислорода. Это позволяет увеличить срок ее эксплуатации примерно в 1,5-2 раза. Использование радиатора во влажных помещениях допускается, так как чаще производители обеспечивают степень защиты с маркировкой IP24.

Важно! Несмотря на защиту от брызг конвекторы относительно источников воды рекомендуется ставить на расстоянии более 0,6-1 м.

Теплоотдача нагревательного элемента с оребрением происходит через несколько минут, которые уходят на передачу энергии минеральному наполнителю (то же самое можно сказать и про остывание). Прилегает алюминиевый рефлектор к основной рабочей части неплотно, поэтому происходит частичная потеря тепла. Из-за этого энергопотребление увеличивается. Металл во время теплового расширения и сужения нередко издает потрескивающий звук, так как процесс протекает неравномерно.

Монолитный

Нагреватель в сплошном исполнении исключает недостатки игольчатого и трубчатого типа. Причиной тому является расположение нити накаливания внутри цельнолитой конструкции силуминовой колбы с Х-образным оребрением. В качестве наполнителя чаще используется кварц.

Все достоинства радиатора обуславливает монолитный тип нагревателя и однородность металлической конструкции. В частности, отсутствует звуковое сопровождение, никель-хромовая проволока изолирована от окружающей среды и долго служит, потери тепла сведены к минимуму, на относительную влажность оборудования влияния не оказывает. Область применения ограничений относительно внутренних помещений практически не имеет. К недостаткам относится сравнительно высокая стоимость.

Виды электронагревательных приборов

Наиболее используемыми источниками тепла для теплоснабжения домов являются электричество, газ, уголь или дрова. Несмотря на техническую доступность каждого из них, применение того или иного обусловлено некоторыми факторами, такими как: экономическая целесообразность, место и периодичность использования, безопасность. В наше время первые два вида энергии из перечисленных пользуются наибольшей популярностью. Рассмотрим аспекты использования электроэнергии, а также виды электронагревательных приборов.

Преимущества и недостатки использования электроэнергии для целей отопления

Сразу нужно отметить, что использование электрических нагревательных приборов для отопления – не самый дешевый вариант, так как стоимость самого оборудования, а также издержки при эксплуатации слишком высоки. Поэтому его чаще всего рассматривают в качестве альтернативного, на случай перебоев с подачей газа или, если газификации вообще нет. В то же время, отопление дома с помощью электроприборов имеет и некоторые очевидные достоинства:

  • Практически повсеместная доступность.
  • Очень быстрый и простой монтаж.
  • Удобное управление.
  • Компактное устройство приборов.
  • Полное отсутствие каких-либо продуктов сгорания.

Таким образом, при всех своих недостатках, связанных, главным образом, с экономической составляющей вопроса, электроприборы обладают массой полезных качеств, которыми не могут похвастаться отопительные устройства, основанные на сжигании топлива.

По каким принципам осуществляется классификация электронагревательных приборов

Все современные электрические отопительные устройства классифицируются следующим образом.

По способу монтажа прибора:

  • Переносные или мобильные, к которым можно отнести масляные радиаторы и различные конвекторы.
  • Установленные на одном месте или стационарные, включающие в себя бойлеры, кондиционеры, электрические котлы и камины, инфракрасные нагреватели.

По виду теплоносителя, который нагревается в приборе:

  • Воздушные – обогрев окружающего пространства осуществляется посредствам прогревания воздуха. К ним можно отнести конвекторы, радиаторы, электрокамины и многие другие устройства.
  • Жидкостные – теплоносителем в них служит какая-либо жидкость, имеющая хорошую теплоемкость: вода, масло, антифриз. Наиболее известными приборами с таким принципом работы являются электрокотлы и бойлеры.
  • Твердотельные или излучательные – тепло в этих устройствах передается от источника на какую-нибудь твердую поверхность, которая затем нагревает воздух в окружающем помещении. К ним относятся лучистые и инфракрасные нагреватели.

По типу нагревательного элемента (ТЭНа):

  • Стандартные трубчатые элементы с успехом используют во многих видах отопительных приборов, которые работают на электроэнергии. Они могут иметь очень широкий диапазон технических характеристик, как по производительности, так и по мощности. Производят их из стали и титана.

Стандартный трубчатый тип нагревательных элементов

  • Оребренные трубчатые – похожи на предыдущие, но имеют ребристую поверхность, повышающую теплоотдачу. Они используются только в приборах, где теплоносителем является газовая среда (тепловые завесы и конвекторы). Делают такие элементы из нержавеющей или конструкционной стали.

Так выглядят оребренные ТЭНы

  • Блочные электронагреватели представляют собой несколько ТЭНов, соединенных в один конструктивный узел. Такие устройства устанавливают в приборы, где существует возможность регулировки мощности. Теплоносителями в них может выступать жидкость или сыпучие твердые вещества.

Блок электронагревателей, собранный в один узел

  • Оборудованные терморегулятором – являются самым распространенным видом бытовых электронагревателей для отопления, имеющего жидкостный теплоноситель. Их делают из меди, стали, или никеле-хромового сплава.

Оборудованный терморегулятором ТЭН

Все рассмотренные нагревательные элементы являются только главными деталями устройств, об особенностях которых читайте далее.

Воздушные конвекторы

Эти приборы выполняют в виде компактных переносных устройств, снабженных ножками или колесиками для установки на полу или стене. Рабочим элементом в них выступают оребренные ТЭНы, закрытые декоративным металлическим корпусом с прорезями для циркуляции воздуха. Их используют в квартирах или частных домах, главным образом, как дополнительные источники тепла.

Принцип действия таких приборов основывается на том, что холодный воздух, свободно или принудительно поступает в прибор и проходит через все нагревательные элементы (ТЭНы). Затем он, как и положено нагретым газам, поднимается вверх и проходит через специальную решетку. Конвекторы могут оборудоваться встроенными вентиляторами для принудительной циркуляции воздуха. Данные приборы не имеют никаких ограничений для применения.

Читайте также:  Спутниковые технологии VSAT что это и в чем их преимущества для корпоративных клиентов

Какой конвектор выбрать, на что обращать внимание

Определиться с тем, монолитный нагреватель, стич или тэн — что лучше выбрать, позволяет осведомленность относительно устройства, энергопотребления и теплоотдачи электрических элементов, обслуживания. В инструкции к применению конкретного продукта, производитель всегда указывает мощность оборудования, степень влагозащищенности, оснащение теми или иными приборами: регуляторы, датчики, таймеры, выключатели. В качестве дополнения устройство может быть оснащено ионизатором, увлажнителем воздуха, защитой от опрокидывания, блокировкой от детей и пультом дистанционного управления.

Мощность радиатора рассчитывается исходя из применения относительно основного или второстепенного источника тепла. Так, для постоянного использования конвектора в маленькой спальне достаточно 0,5 кВт/ч, для гостиной в 20 кв. метров хватит 1,5 кВт/ч, а для двух помещений понадобится не менее 3 кВт/ч. Для дополнительного обогрева расчеты делятся примерно на 1,7-2.

Рекомендации по выбору

В независимости от типа нагревательного элемента устанавливать конвектор нужно там, где воздух может свободно циркулировать. Если заставить радиатор мебелью и зашторить, то КПД заметно снизится. Достаточно придерживаться расстояния в 0,5 м.

Если выбор останавливается на недорогом игольчатом ТЭНе, то важно исключать скопление пыли. А также необходимо следить за относительной влажностью, так как открытая нить накаливания способствует высушиванию воздуха. Трубчатый элемент не всегда достаточно защищен от влаги, чтобы обогревать кухню или сантехническое помещение.

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:

Источник

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.

Konforki dlia plit

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.

Ustroistvo trubchatogo TENa

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.

Orebrennye TENy

  • 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.

Elektricheskie nagrevatelnye elementy blok

  • ТЭНы с терморегулятором . Эти электроустройства применяют для нагрева воды в любой ёмкости подходящего объёма с возможностью поддержания конкретно заданной температуры (электрокотлы и пр. оборудование).

Elektricheskie nagrevatelnye elementy s termoreguliatorom

  • 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.

Elektricheskie nagrevatelnye elementy kolevye

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.

Источник