Что такое нагревательный элемент: Что такое нагревательный элемент, и какие виды существуют? Выбираем керамический нагреватель: характеристики и отзывы, цены.

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

В промышленной и бытовой технике нашло применение множество различных элементов и деталей, разработанных людьми. В рамках статьи будет рассмотрено, что такое нагревательный элемент. Что он собой представляет? Для чего они предназначены и какие виды их существуют?

Содержание

Где применяются современные нагревательные элементы?

Как было сказано, они являются составной частью промышленной и бытовой техники. Их можно встретить в электрических плитах, жарочных шкафах и духовках, электрочайниках, отопительных приборах, водонагревателях, электрокофеварках и многих других машинах. Замена нагревательного элемента может быть и простым, и весьма сложным делом. Всё зависит от техники, где они используются. В качестве основы нагревательного элемента используется проволока, обладающая высоким электрическим сопротивлением. В большинстве случаев она изготавливается из нихрома. Так какие электрические нагревательные элементы существуют и на данный момент широко используются?

Инфракрасные нагревательные элементы

Функционируя, они генерируют в окружающую среду инфракрасные лучи. Таким образом, осуществляется распространение тепла безопасным для человека образом. Инфракрасные нагревательные элементы способствуют постепенному и равномерному нагреву помещения (но приоритетной считается область, куда они направлены). Благодаря такому свойству они используются не только в домашних, но и в производственных и лабораторных условиях. К тому же данные приборы имеют низкую рабочую температуру (60-65 градусов), что позволяет использовать инфракрасные нагревательные элементы в качестве прибора для сушки для фруктов, овощей и грибов.

Карбоновая лампа

Является вакуумной трубкой, сделанной из кварцевого стекла. Внутри размещается излучающий элемент, который сделан из карбоновых (углеродсодержащих) волокон, свитых в жгут. Иногда его ещё называют спиралью, но это неправильно. Несмотря на то, что карбоновое волокно появилось относительно недавно, оно успешно завоевало себе место в ряде технологий, в том числе и при изготовлении нагревательных элементов. При подаче напряжения происходит моментальный разогрев. Благодаря волокнистой структуре увеличена площадь излучения, что ведёт к повышенной теплоотдаче. Это, в свою очередь, позволяет значительно экономить электроэнергию (по сравнению с использованием нихромовой основы).

Керамические инфракрасные излучатели

Являются обычными ТЭНами, которые размещены в керамическом корпусе. Теплом нагревается оболочка, а потом уже и внешняя среда. Благодаря значительной площади, которую имеет керамический нагревательный элемент, обогрев помещений осуществляется в ускоренном режиме (в сравнении с ТЭНом). Также их из-за размеров часто называют панельными инфракрасными нагревателями. Они могут быть вогнутыми, плоскими или выпуклыми. Рабочая температура, которую имеет керамический нагревательный элемент, колеблется обычно в диапазоне 700-750 градусов. Их параметры могут быть подобраны на все случаи. Существуют отдельные экземпляры, которые могут похвастаться значительными параметрами: так, открытый тип предназначен для быстрого обогрева помещения и может разогреваться до 900 градусов выше нуля!

Кварцевые и галогенные излучатели

Являются запаянной вакуумной трубкой, сделанной из кварцевого стекла. Внутри находится спираль, сделанная из металла, обладающего высоким сопротивлением. По сути, это галогенные лампы, у которых внутри вольфрамовая спираль. В зависимости от конструкции излучатели делят на два вида:

Со средневолновым.
С коротковолновым диапазоном.

В первых спираль выполнена в звездчатой форме. Во втором внутри кварцевой трубки расположена нить накала. Но почему были созданы различные конструкции? Дело в том, что галогенные излучатели, у которых поддерживается нить накала, могут нагреваться до температуры 2600 градусов. Данные элементы являются обладателями высокой мощности и имеют очень незначительное время реагирования. Где эти преимущества нашли применение? Они необходимы в кратких циклических процессах, в которых, тем не менее, необходима высокая удельная мощность, которую может дать указанный нагревательный элемент.

Силиконовые нагревательные элементы

Конструктивно они выглядят так: между двумя слоями силикона размещается вытравленная нагревательная пленка или провод. Несмотря на странность, таким образом можно получить элемент, который позволит получить разнообразные параметры готовой техники. Чтобы увеличить механическую прочность, производится армирование текстильным стекловолокном. Характеризируя их, следует сказать, что таким нагревателям требуется мало времени для нагрева и остывания. Они могут точно поддерживать температуру нагревательного элемента при помощи сенсора и термостата. Размеры их невелики: самые маленькие имеют толщину всего 0,7 миллиметра. Данный факт позволяет их использовать в различных областях: от подогрева бочек с красками или маслами, заканчивая аэрокосмическими аппаратами.

Силиконовые нагревательные элементы отличаются повышенной стойкостью к негативному воздействию сырости и влаги. Поэтому их используют в лабораторном оборудовании, сфере общественного питания и вообще в любых случаях, когда необходимо защитить аппаратуру от конденсата и замерзания. Единственное ограничение – температура рабочей среды: в большинстве случаев она не должна превышать 200 градусов.

Электрические нагревательные элементы.Виды и устройство

Всевозможные электроприборы для нагрева широко применяются в быту почти в каждом доме. Главным компонентом подобных устройств являются электрические нагревательные элементы (ТЕН)(Спираль).

Разновидности

Выделяют всего два типа нагревателей:

1. Открытые электрические нагревательные элементы:
К нагревателям открытого типа относятся спирали. Спиральные нагревательные элементы отдают тепло за счёт конвекции и излучения. Они в основном подвешиваются на кронштейне из электрически изоляционного материала. Ещё есть спирали, положенные в изоляционных канавках.
2. Закрытые электрические нагревательные элементы:
— герметичные. К герметичным нагревателям относятся трубчатые нагревательные элементы. Электрические нагревательные элементы работают на основе конвекции, излучения и теплопроводности, преобразовывая электроэнергию в тепловую энергию;
— негерметичные. Это спирали и ленты в защитной оболочке, выполненной из электроизоляционного материала. В качестве защиты могут применяться чешуйчатые бусы из керамики, надевающиеся прямо на спираль.

Особенности нагревательных спиралей

Для изготовления нагревательных спиралей применяют нихром или фехраль. Некоторые фирмы выпускают спирали из еврофехрали. Разные производители выпускают нагревательные элементы в зигзагообразной или круглой форме. Встречаются спирали, оборудованные по концам резьбовыми шпильками (винтами).

Свойства нихромовых спиралей:

Сохраняют пластичность после остывания.
Большое удельное сопротивление.
Не накаляются при нагревании.
Не потребляют кислород.
Превосходные механические свойства.
Сберегают свойства при длительной эксплуатации.

Нихромовые спирали с керамической основой можно неоднократно снимать, при необходимости поправлять и изменять их форму, подгоняя под нужные размеры. Эксплуатируют подобные нагреватели в быту, промышленности и прочих приборах.

Свойства фехралевых спиралей:

Высочайшая жароустойчивость.
Значительное удельное сопротивление.
Стойкость к воздействиям агрессивной среды.
Отсутствие окалины.
Механическая устойчивость.
Прочность на изгиб.
Большой срок службы.

Применяются эти спирали в электропечах почти во всех отраслях промышленности и в других электроприборах (калориферах, электроплитках). Эти нагревательные элементы имеют меньшую плотность, служат дольше и стоят дешевле от нихромовых спиралей.

Свойства фехралевых и спиралей из прочих многокомпонентных сплавов:

Высокое удельное сопротивление.
Однородность структуры.
Превосходная стойкость к воздействию разной среды (вакууму, воздуху, аргону и т.п.).
Высокая пластичность.\
Хороший предел ползучести.
Большой срок эксплуатации.

Подобные спирали служат дольше, имеют меньшую плотность, большую пластичность и лучшее качество поверхности от нихромовых и фехралевых. Они считаются более надёжными и выносливыми, поэтому используются в приборах, предназначенных для работы при высоких температурах (1200Со).

Преимущества и недостатки спиралей

Преимущества нагревателей открытого типа:

Простая конструкция.
Быстрый нагрев.
Лёгкость в ремонте.
Невысокая стоимость.

Недостатки:

Низкая электробезопасность.
Риск замыканий витков спирали.
Вероятность появления механических повреждений.

Ещё существуют спирали закрытого типа, они помещены в металлической оболочке, пространство которой заполнено порошком в качестве изоляции. Эти элементы разогреваются намного дольше, но они надёжнее и безопаснее в эксплуатации, самое распространённое применение таких элементов это электрические конфорки, для электрических плит.

Особенности ТЭНов: конструкция и принцип работы

ТЭНы (трубчатые электрические нагревательные элементы) представляют трубку, внутри которой посередине расположена токопроводящая нить или спираль. Трубка обычно изготовлена из металла, но есть приборы со стеклянной или керамической трубкой. ТЭНы с металлическими трубками предназначены для нагрева практически не агрессивных сред.

Стекло применяют для ТЭНов в промышленных установках, т.е. для химически сильноагрессивных сред. Керамические или из других благородных металлов трубки встречаются очень редко, изготавливаются они для особых случаев. Трубки бывают разного диаметра от 6 мм до 24 мм.

Нить из термоэлектрического сплава, может быть нихромовая или фехралевая. Эта деталь, хорошо запрессованная в сердцевине, имеет отменное сопротивление, поэтому сильно разогревается при прохождении электротока, но не плавиться.

Спираль (нить) исполняет роль нагревателя. Пространство между ней и трубкой наполнено теплоизолятором с хорошей теплопроводностью. В качестве него используют перикласт (кристаллическую окись магния MgO). MgO согласно ГОСТ 13236–83, обладает высокими диэлектрическими свойствами и стойкостью к высоким температурам. Изоляционный слой предотвращает контакт диэлектрика с трубкой и передаёт максимально эффективно тепловую энергию на поверхность.

Перед тем, как попасть в окружающую среду, тепловая энергия сначала проходит через диэлектрик, а потом через нержавеющие стенки трубки, нагревая воду или воздух.

Трубчатые электрические нагревательные элементы могут работать в следующих рабочих условиях:

Жидких.
Твёрдых.
Газообразных.

ТЭН оснащён группой контактных устройств, предназначенных для его включения. В качестве контактов обычно применяют проводящие клеммы, которые располагают на изолирующих вставках.

Основные детали ТЭНа:

Трубка.
Нагревательный элемент — спираль или нить.
Наполнитель.
Изолирующий слой.
Контактные устройства.

Подобная конструкция способна выдерживать длительную штатную нагрузку. При этом скачки напряжения кратковременные перегрузки сильно не влияют на работу нагревательного элемента. Некоторые группы ТЭНов оборудуются дополнительными деталями, к примеру, термопредохранителями или магниевыми анодными стержнями для продления срока работы.

Отличия нагревателей касаются не только материала исполнения, но также конструкции и их назначения. ТЭНы бывают разной длины и диаметра, выполняются из стали или титана, а также имеют разные электротехнические параметры.

Виды ТЭНов

Оребрённые ТЭНы (ТЭНР). Эти нагреватели предназначены для нагрева воздуха, поэтому их называют воздушными. Материалом их выполнения является нержавеющая и конструкционная сталь. ТЭНР оребряют лентой, а также наборными шайбами.

ТЭНы патронного типа (ТЭНП). Используются для нагревания пресс-форм, поэтому эксплуатируются в промышленных установках. Изготовлены из шлифованной нержавеющей трубы, имеют контактные выводы на одной стороне. Некоторые ТЭНП оснащены термоэлектрическим преобразователем. Иногда их применяют для нагревания газовых и жидких сред.
Блок электронагревателей (ТЭНБ). Блоки обеспечивают повышенной мощностью обогрев сыпучих и жидких веществ, поэтому их часто называют водяными ТЭНБ. Производятся из разного материала и различной мощности. Крепления фланцев бывают резьбовыми и болтовыми.

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

Кольцевые электрические нагревательные элементы (КНП). Эти устройства необходимы для обогрева литниковых втулок, прожекторов и т.п. Для производства оболочки используется нержавеющая сталь. КНП могут поставляться с оборудованной термопарой.

Маркировка ТЭНов

Пример; ТЭН 100 А 13 О 220 Ф2 R30 G1/2

Обозначения позиций в маркировке:

1- Трубчатый электронагреватель.
2- Развёрнутая длина 100 мм.
3- Длина контактного стержня А=40 мм,
(А=40, В= 65, С=100, D=125, E=160, F=250 (мм)).
4- Диаметр 13 мм, бывают следующие диаметры: 6,25; 8; 10; 13; 16; 22.
5- Потребительская мощность.
6- Устройство предназначено для обогрева подвижного воздуха (О).

Обозначение нагреваемой среды:

P— Вода, оболочка из черной стали.
J — Вода, оболочка из нержавейки.
S— Неподвижный воздух, оболочка из черной стали.
T— Неподвижный воздух, оболочка из нержавейки.
O— Движущийся воздух, оболочка из черной стали.
K— Движущийся воздух, из нержавеющей стали оболочка.
Z— Масло.
L— Литейные формы.
7— Номинальное напряжение равно 220В.
8— Форма ТЭНа Ф2 (формы см. на рис.1).
9— Радиус гибки равен 30 мм.
10— Наличие резьбовых штуцеров G1/2.

Преимущества и недостатки ТЭНов

ТЭНы эксплуатируются в промышленных печах и почти в любой обогревательной технике. Водонагреватели, переносные радиаторы отопления, стиральные машинки и прочие приборы, в функциях которых есть нагрев, работают на основе ТЭНов.

Преимущества ТЭНов следующие:

Универсальность и безопасность.
Надёжность работы.
Можно использовать в установках инфракрасного нагрева.
Можно помещать в любую жидкость.
Могут работать при различных ударных нагрузках.
Надёжная герметизация спиралей.
Разнообразие форм.

Трубчатые электрические нагревательные элементы обладают высокой стабильностью и прочностью, поэтому имеют длительный срок службы, но у них всё же есть и недостатки:

Высокая металлоемкость.
ТЭН с перегоревшей спиралью невозможно отремонтировать.

Эти устройства имеют более высокую стоимость от обычных открытых нагревательных спиралей. Но при эксплуатации подобных приборов лучше выбирать более безопасные варианты, не смотря на цену.

Инфракрасные нагревательные элементы

Применяются в различных устройствах, прежде всего инфракрасных обогревателях для отопления помещений. Попросту говоря, это отопительные приборы, создающие комфорт в доме, квартире, офисе или цехе. Для различных условий применяются самые разнообразные конструкции обогревателей. Инфракрасные нагреватели могут применяться также в различном технологическом оборудовании, где требуется нагрев каких-то предметов.

Ярким примером такого технологического оборудования являются инфракрасные паяльные станции и современные лабораторные нагревательные шкафы и печи. Широко используется ИК нагрев в групповой пайке печатных плат с компонентами SMD.

Описание этого процесса опубликовано в журнале «Технологии в электронной промышленности №3, 2007». Статья называется «Инфракрасный нагрев в технологии пайки поверхностного монтажа», автор статьи В. Ланин. В статье приводятся очень интересные факты, как уже ставшие историей, так и имеющие место быть. Схема установки для инфракрасной пайки показана на рис. ниже.

Установка групповой пайки с ИК нагревом: 1 — вытяжная вентиляция, 2 — матрица ИК ламп, 3 — плата, 4 — ИК лампа, 5 — отражатель, 6 — устройство охлаждения, 7 — конвейер

ИК излучение, что это, и как оно работает

Инфракрасное излучение является одной из составных частей солнечного спектра. ИК лучи находятся в самой низкочастотной зоне солнечного света. Именно они несут нам на Землю тепло. При этом инфракрасные лучи беспрепятственно проходят сквозь воздух, нисколько не нагревая его. Нагревается земная поверхность, и все, что встречается на пути солнечных лучей. И только потом, от теплых предметов согревается воздух. Вот почему утром воздух прохладен, пока не взойдет Солнце. В точности также работают инфракрасные нагреватели, являющиеся основой промышленных и бытовых обогревателей.

Конечно, спектр рукотворных ИК нагревателей не столь широк, как у солнечного света, и находится в длинноволновой области ИК диапазона с длиной волны λ = 50—2000 мкм. Причем, чем меньше температура нагретого тела, тем больше длина волны. Вообще, диапазон ИК излучения намного шире и делится на три поддиапазона:

коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм
средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм
длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм

Но инфракрасные нагревательные элементы работают только в длинноволновой части ИК спектра. Различные ИК нагревательные элементы являются основой для создания инфракрасных обогревателей. Поскольку тепло от инфракрасных нагревательных элементов передается в основном теплоизлучением, то их часто называют инфракрасными излучателями.

Как устроены ИК обогреватели

В сущности, конструкция ИК обогревателя проста и незатейлива: нагревательный элемент – излучатель помещен в корпус той или иной конструкции, внутри корпуса имеется рефлектор – отражатель, клеммы для подключения излучателя, а снаружи клеммы для внешних проводов. На рисунке показан именно такой простенький вариант обогревателя.

Конструкция ИК обогревателя: 1 — отражатель (рефлектор), 2 — защитная сетка, 3 — переключатель, 4 — крепежная скоба, 5 — инфракрасная карбоновая лампа, 6 — крышка, 7 — клеммная коробка, 8 — шнур питания, 9 — вилка.

Сразу бросается в глаза, что обогреватель данной конструкции очень похож на прожектор для галогенных ламп, применяемый для подсветки рекламы, фасадов зданий, ступенек крыльца, части двора возле дома. В общем, какого-то сравнительно небольшого участка, так называемое локальное освещение.

Поэтому с помощью ИК обогревателей тоже возможен обогрев не всей площади помещения, а лишь какой-то его части. Экономия электроэнергии заметна невооруженным глазом: зачем греть все помещение, если можно нагреть необходимый угол? Пример точечного обогрева показан на рисунке.

Точечный ИК обогрев

Если требуется сделать отопление, например на производстве, то понадобятся обогреватели несколько иной конструкции, которые можно установить в потолок, наподобие светильников с дневными лампами. Такой вариант показан на рисунке ниже.

Обогрев больших помещений

Подобных схем обогрева можно найти немало, ведь ИК обогреватели используются для отопления достаточно больших помещений: мастерских, складов, цехов, а то и вовсе небольших площадок на открытом воздухе. Например, это может быть беседка возле дома или веранда ресторана со столиками.

Нагревательные элементы на карбоновых лампах

Карбоновая лампа, представляет собой вакуумную трубку из кварцевого стекла, внутри которой размещен излучающий элемент, сделанный из углеродного (карбонового) волокна, точнее из нескольких волокон свитых в жгут. Иногда этот излучающий элемент называют карбоновой спиралью, хотя это и не совсем правильно.

Карбоновое волокно появилось сравнительно недавно, но завоевало большую популярность в различных технологиях. Из него делаются не только карбоновые излучатели. С помощью специальных технологий из карбоновых волокон делают углепластики.

Спектр применения углепластиков очень широк, примерно около двадцати направлений: от авиастроения и ракетной техники до струн для музыкальных инструментов. Широко применяются углепластики в автомобилестроении, главным образом, в спортивных автомобилях. Те, кто увлекается любительским и спортивным рыболовством, по достоинству оценили все прелести карбоновых удилищ.

Карбоновое волокно имеет волокнистую структуру, что значительно увеличивает площадь излучения. Эта площадь в десятки и сотни раз превышает площадь спирали из нихрома, вольфрама, керамики, фламентина или других материалов. Такая развитая площадь приводит к тому, что теплоотдача карбонового волокна на 30…40% выше, чем у обычных нагревательных элементов.

Работа карбонового обогревателя

При подаче напряжения карбоновое волокно разогревается мгновенно, сразу начинается выработка лучистого тепла, причем, без вредного излучения в ультрафиолетовой части спектра. Повышенная теплоотдача карбонового волокна приводит к более экономному расходу электроэнергии, нежели у обычных нагревателей из нихромовой спирали.

При одинаковой потребляемой мощности карбоновые нагреватели вырабатывают большее количество тепла. Тепло при этом не уходит под потолок, как в случае отопления, например, масляным радиатором или батареей центрального отопления.

Оптическое излучение карбоновых ламп совсем незначительно. Чуть видимое красное свечение вовсе не влияет на зрение, не ослепляет, но свечение все-таки заметно. На рисунке выше показан работающий бытовой обогреватель на основе карбоновых ламп.

В верхней части обогревателя находятся переключатели, задающие режимы работы. В подставке обогревателя имеется электропривод, создающий повороты обогревателя в разные стороны, наподобие того, как это делают вентиляторы. Этими поворотами достигается увеличение площади обогрева.

Керамические инфракрасные нагреватели (излучатели)

Представляют собой обычный ТЭН, «заточённый» в керамическую оболочку – корпус. Теплом от ТЭНа разогревается керамика, а уже от нее тепловые лучи излучаются во внешнюю среду. Керамическая оболочка имеет площадь в несколько раз превышающую площадь ТЭНа, поэтому тепло отдается более активно.

Внешний вид керамического обогревателя показан на рисунке. Подобные нагревательные элементы часто называют панельными инфракрасными нагревателями. Форма нагревательных панелей самая разнообразная. Нагреватель может быть плоским, вогнутым или, наоборот, выпуклым.

Внешний вид керамического нагревателя

На передней поверхности можно рассмотреть конфигурацию ТЭНа, на задней поверхности находятся проволочные выводы изолированные керамическими бусами. Рабочая температура керамических нагревателей 700…750 градусов, удельная поверхностная мощность до 64 Квт/м2. Мощность керамических нагревателей может находиться в пределах от нескольких десятков ватт, до нескольких киловатт. Что называется, на все случаи жизни.

Некоторые типы керамических нагревателей имеют открытую, видимую спираль, например типа HSR. Рабочая температура нагревателя 900 °C, нагреватель предназначен для быстрого разогрева. Внешний вид нагревателя HSR показан на рисунке.

Нагреватель типа HSR

Керамические ИК нагреватели бывают трех типов: объемные (сплошные), полые, а также нагреватели со встроенной термопарой. Объемные элементы достаточно инерционны, долго разогреваются и медленно остывают. В тех случаях, когда нужно периодическое включение/выключение нагревателя, применяются полые нагреватели.

Они менее инерционны, что позволяет применять их в различных технологических процессах, где требуется поддержание точной температуры рабочей среды с помощью периодического включения/выключения излучателя. За счет пониженной массы скорость разогрева пустотелых излучателей на 40% выше, чем у объемных.

В отличие от объемных излучателей большая часть излучения полых излучателей направлена вперед. Излучению назад препятствует полый тепловой барьер с задней стороны, что обеспечивает щадящий температурный режим для элементов корпусных конструкций, а также повышает КПД излучателя. По сравнению с объемными излучателями той же мощности снижение потребления электроэнергии достигает 15%.

При использовании объемного излучателя такое распределение тепла можно получить только с использованием рефлектора. Некоторые типы панельных ИК нагревателей имеют встроенную термопару типа K или J, что позволяет осуществлять точный контроль и регулирование температуры. Очень удобно для применения в технологических процессах.

Технологических процессов, где применяются ИК излучатели достаточно много. Вот только некоторые из них:

Сушка краски (двухкомпонентные краски, эпоксидные лаки),
Обработка пластмасс (вулканизация ПВХ, термоформовка пластиков АБС, полиэтилена, полистирола, части автокузова, порошковая покраска)
Сушка клеящих веществ,
Обработка продуктов питания (поддержание в нагретом состоянии, гриль, стерилизация и пастеризация),
Текстильные изделия (шелкография, переводные картинки на футболках, латексирование ковровых покрытий),
Красота и здоровье (инфракрасные тепловые кабины, сауны)

Инфракрасные керамические лампы Эдисона

Относятся к полым керамическим излучателям, выпускаются с цоколем E27, как у обычной лампы накаливания. Этот цоколь давным-давно был изобретен великим изобретателем Т. Эдисоном. Именно буква «E» в названии цоколя увековечивает имя изобретателя, а 27 это диаметр цоколя в миллиметрах. Конструкция очень удобная: просто ввернули в патрон вместо лампы накаливания, и сразу стало тепло!

Считается, что эти нагревательные элементы, чаще всего, применяются в животноводстве. Даже на китайских сайтах с бесплатной доставкой, из корявого машинного перевода с английского языка, можно понять, что эти обогреватели предназначены для коровников, птичников и свинарников.

Инфракрасная лампа Эдисона

Почему нельзя такой излучатель повесить если не дома, то хотя бы на рабочем месте? Ведь далеко не секрет, что наши работодатели не особо утруждают себя созданием нормальных условий на рабочих местах: летом не хватает кондиционера, а в осеннюю пору, пока еще не включили отопление, приходится в цехе, мастерской или в конструкторском отделе одеваться в ватную телогрейку.

Для обогревателей Эдисона выпускаются металлические рефлекторы, что позволяет увеличить теплоотдачу в нужном направлении и снизить тепловое воздействие на стены и потолки. Собственно для этих же целей служат и рефлекторы, используемые с другими типами нагревателей.

Естественно, что вкручивать такие «лампочки» надо в высокотемпературный керамический патрон.

Нагревательные элементы для обогрева плоскостей

Нагрев до столь высоких температур нужен далеко не всегда, и в этих случаях приходится применять другие нагреватели, которые передают тепло не излучением, а находясь в непосредственном контакте с нагреваемым предметом. При этом нагревается поверхность определенной площади и формы, как плоская, так и криволинейная. Одним из таких типов нагревателей являются плоские эластичные нагревательные элементы, изготовленные из силикона.

Силикон это кремнийорганический полимер, состоящий из атомов кремния и углерода. В зависимости от молекулярной массы эти полимеры могут быть жидкими (кремнийорганические жидкости), эластичными (кремнийорганические каучуки) или твердыми продуктами (кремнийорганические пластики).

Кремнийорганические полимеры обладают хорошими диэлектрическими характеристиками, отличаются высокой термостойкостью, хорошими водоотталкивающими свойствами, физиологической инертностью, что позволяет использовать их для создания плоских нагревательных элементов. Такая конструкция называется силиконовыми нагревательными матами, и применяется в тех случаях, когда необходим равномерный нагрев какой-либо поверхности.

Силиконовые нагревательные элементы

Представляют собой конструкцию из двух слоев силикона, между которыми размещается нагревательный провод или вытравленная нагревательная пленка, что позволяет получить самые различные параметры нагревателя. Для увеличения механической прочности силикон армируется текстильным стекловолокном.

Эти нагреватели обладают высокой скоростью реагирования (малое время нагрева/остывания), точность поддержания температуры достаточно высока, особенно, если нагреватель оснащен сенсором температуры и термостатом.

Геометрические размеры силиконовых матов невелики, толщина нагревателей начинается от 0,7 мм, что позволяет использовать их в самых различных областях, начиная от аэрокосмических аппаратов и заканчивая подогревом бочек с маслами или красками.

Силиконовые нагревательные элементы

Силиконовые нагреватели имеют повышенную устойчивость к влаге и сырости, поэтому они рекомендуются для лабораторного оборудования, применения в сфере общественного питания, а также для защиты электронной аппаратуры от замерзания и конденсата. Единственным ограничением к применению силиконовых нагревательных элементов может служить относительно низкая рабочая температура: 200 °C в режиме длительной эксплуатации и 230 °C кратковременно.

Нагреватель из вытравленной пленки показан на рисунке ниже. Естественно, что эта проводящая дорожка показана условно, на самом деле она закрыта другим слоем силикона.

Нагреватель из вытравленной пленки

Нагреватели с вытравленными элементами, также, как и нагреватели с нагревательным проводом выпускаются самых различных форм и размеров, однако, вытравленные элементы позволяют получить самые разнообразные схемы распределения тепла. Кроме того большая площадь вытравленного нагревательного элемента обеспечивает большую плотность мощности и равномерность распределения тепла. Расстояние между вытравленными проводниками можно получить несколько меньше, чем в случае применения нагревательного провода.

Для удобства монтажа многие силиконовые нагреватели с обратной стороны оснащаются самоклеющейся пленкой. Современные клеевые технологии позволяют создать прочные соединения даже при повышенной температуре, на которой работают силиконовые нагреватели, поэтому соединение получается надежным и долговечным.

Нагреватели для бочек часто называются тепловыми рубашками. Такие же рубашки существуют для обогрева контейнеров, а также днищ бочек и контейнеров. Естественно, что эти нагреватели плоские, а их размеры соответствуют размерам бочек или контейнеров.

Миканитовые нагреватели

Также относятся к плоским нагревательным элементам. Их основой служит миканит – слюдяная бумага. Ее основа крошка из природной слюды, скрепленная жаростойким связующим составом. Несколько слоев такой бумаги спрессовываются и подвергаются обработке под высоким давлением и температурой, в результате чего получаются пластины требуемого размера.

Миканитовые нагреватели

Для обеспечения эксплуатационных качеств и механической прочности миканитовые «сэндвичи» выпускаются в корпусе из тонкого металла, что позволяет создавать нагреватели различной формы. На рисунке показаны плоские миканитовые нагреватели, нагреватели в виде манжетов. Подобные нагреватели применяются в оборудовании для обработки пластмасс, температура плавления которых находится в диапазоне 180…240°C, что вполне допустимо для миканитовых нагревателей.

Для улучшения теплопередачи нагреватели в металлических корпусах прижимаются к нагреваемому элементу с помощью металлических скобок и хомутов, а то и просто обвязываются проволокой.

В настоящее время существует великое множество различных систем и конструкций нагревателей, позволяющих выполнять любые технологические задачи. В этой статье было рассказано лишь о незначительной их части. Если кто-то заинтересовался этой проблемой всерьез, конкретно каким-либо типом нагревателя, технологией его применения, то подобную информацию всегда можно найти в поисковых системах Интернета.

Электрические нагревательные элементы. Их виды, конструкция.

Электрические нагревательные элементы применяются в бытовой и промышленной технике. Применение различных нагревателей известно всем. Это электрические плиты, жарочные шкафы и духовки, электрокофеварки, электрические чайники и отопительные приборы всевозможных конструкций.

Электрические водонагреватели, чаще именуемые бойлерами, тоже содержат нагревательные элементы. Основой многих нагревательных элементов служит проволока с высоким электрическим сопротивлением. И чаще всего эта проволока изготовлена из нихрома.

Открытая нихромовая спираль

Самым старым нагревательным элементом является, пожалуй, обычная нихромовая спираль. Когда-то давно, в ходу были самодельные электрические плитки, кипятильники для воды и обогреватели типа «козёл». Имея под рукой нихромовый провод, которым можно было «разжиться» на производстве, изготовить спираль требуемой мощности не представляло никаких проблем.

Известно было, какого диаметра провод и какая длина требуется для намотки спирали нужной мощности. Эти магические числа до сих пор можно найти в сети интернет. На рисунке показана таблица, где приведены данные о спиралях различной мощности при напряжении питания 220В.

Расчет электрической спирали нагревательного элемента

Здесь все просто и понятно. Задавшись требуемой мощностью и диаметром нихромового провода, имеющимся под рукой, остается только отрезать кусок нужной длины и навить его на оправку соответствующего диаметра. При этом в таблице указана длина получившейся спирали. А что делать, если имеется провод с диаметром не указанным в таблице? В этом случае спираль придется просто рассчитать.

Как рассчитать нихромовую спираль

При необходимости рассчитать спираль достаточно просто. В качестве примера приведен расчет спирали из нихромовой проволоки диаметром 0,45 мм (такого диаметра в таблице нет) мощностью 600 Вт на напряжение 220 В. Все расчеты выполняются по закону Ома.

Сначала следует рассчитать ток, потребляемый спиралью.

I = P/U = 600/220 = 2,72 A

Для этого достаточно заданную мощность поделить на напряжение и получить величину тока, проходящего через спираль. Мощность в ваттах, напряжение в вольтах, результат в амперах. Все согласно системе СИ.

По известному теперь току рассчитать требуемое сопротивление спирали достаточно просто: R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом

Формула для подсчета сопротивления проводника R=ρ*L/S,

где ρ – удельное сопротивление проводника (для нихрома 1.0÷1.2 Ом•мм2/м), L — длина проводника в метрах, S – сечение проводника в квадратных миллиметрах. Для проводника диаметром 0,45 мм сечение составит 0,159 мм2.

Отсюда L = S * R / ρ = 0.159 * 81 / 1.1 = 1170 мм, или 11,7 м.

В общем, получается не столь уж сложный расчет. Да собственно и изготовление спирали не так уж и сложно, что, несомненно, является достоинством обычных нихромовых спиралей. Но это достоинство перекрывается множеством недостатков, присущих открытым спиралям.

Прежде всего, это достаточно высокая температура нагрева – 700…800˚C. Нагретая спираль имеет слабое красное свечение, случайное прикосновение к ней может причинить ожог. Кроме того возможно поражение электрическим током. Раскаленная спираль выжигает кислород воздуха, привлекает к себе пылинки, которые выгорая, дают весьма неприятный аромат.

Но главным недостатком открытых спиралей следует считать их высокую пожароопасность. Поэтому пожарная охрана попросту запрещает применение обогревателей с открытой спиралью. К таким обогревателям, прежде всего, относится, так называемый «козел», конструкцию которого можно посмотреть на видео.

Вот такой вот получился дикий «козел»: сделан он нарочито небрежно, просто, даже очень плохо. Пожара с таким обогревателем ждать придется недолго. Более совершенная конструкция подобного отопительного прибора показана на рисунке ниже.

Обогреватель типа ПЭТ 1 кВт, 220 В

Нетрудно видеть, что спираль закрыта металлическим кожухом, именно это предотвращает прикосновение к разогретым токоведущим частям. Пожароопасность такого устройства намного меньше, чем показанного на предыдущем видео.

Когда-то давно в СССР выпускались обогреватели-рефлекторы. В центре никелированного отражателя имелся керамический патрон, в который наподобие лампочки с цоколем E27, вворачивался нагреватель мощностью 500Вт. Пожароопасность такого рефлектора тоже очень высока. Ну, вот как-то не задумывались в те времена, к чему может привести использование таких обогревателей.

Обогреватель рефлекторного типа

Совершенно очевидно, что различные обогреватели с открытой спиралью можно, вопреки требованиям пожарной инспекции, использовать лишь под неусыпным присмотром: ушел из помещения – выключи обогреватель! Еще лучше просто отказаться от использования обогревателей подобного типа.

Электрические нагревательные элементы с закрытой спиралью

Чтобы избавиться от открытой спирали, были изобретены Трубчатые Электрические Нагреватели – ТЭНы. Конструкция ТЭНа показана на рисунке ниже.

Конструкция ТЭНа

Нихромовая спираль 1 спрятана внутри тонкостенной металлической трубки 2. Спираль изолирована от трубки наполнителем 3 с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего применяется периклаз (кристаллическая смесь окиси магния MgO, иногда с примесями других окислов).

После заполнения изолирующим составом трубку опрессовывают, и под большим давлением периклаз превращается в монолит. После такой операции спираль жестко фиксируется, поэтому электрический контакт с корпусом – трубкой исключен полностью. Конструкция получается настолько прочной, что любой ТЭН можно изгибать, если того требует конструкция отопительного прибора. Некоторые ТЭНы имеют весьма причудливую форму.

Спираль соединяется с металлическими выводами 4, которые выходят наружу через изоляторы 5. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов 4 с помощью гаек и шайб 7. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб 6, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.

При соблюдении условий эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна. Именно это и привело к весьма широкому применению ТЭНов в устройствах различного назначения и конструкции.

Трубчатые электрические нагревательные элементы

По условиям эксплуатации трубчатые электрические нагревательные элементы делятся на две большие группы: воздушные и водяные. Но это просто такое название. На самом деле воздушные ТЭНы предназначены для работы в различных газовых средах. Даже обычный атмосферный воздух является смесью нескольких газов: кислорода, азота, углекислого газа, имеются даже примеси аргона, неона, криптона и т.д.

Воздушная среда бывает самой разнообразной. Это может быть спокойный атмосферный воздух или поток воздуха, движущийся со скоростью до нескольких метров в секунду, как в тепловентиляторах или тепловых пушках.

Разогрев оболочки ТЭНа может достигать 450 ˚C и даже более. Поэтому для изготовления внешней трубчатой оболочки применяются различные материалы. Это может быть обычная углеродистая сталь, нержавеющая сталь или жаропрочная, жаростойкая сталь. Все зависит от окружающей среды.

Для улучшения теплоотдачи некоторые ТЭНы снабжаются ребрами на трубках в виде навитой металлической ленты. Такие нагреватели называются оребренными. Применение таких элементов наиболее целесообразно в движущейся воздушной среде, например, в тепловентиляторах и тепловых пушках.

Водяные трубчатые электрические нагревательные элементы также применяются не обязательно в воде, это общее название различных жидкостных сред. Это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Жидкостные трубчатые электрические нагревательные элементы применяются в электрических котлах, дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто в титанах для кипячения питьевой воды.

Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от ТЭНа. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.

Как избавиться от накипи и продлить срок жизни ТЭНа

Кроме химических средств для защиты от накипи используются различные устройства. Прежде всего, это магнитные преобразователи воды. В мощном магнитном поле кристаллы «жестких» солей меняют свою структуру, превращаются в хлопья, становятся мельче. Из таких хлопьев накипь образуется менее активно, большая часть хлопьев просто вымывается потоком воды. Этим и достигается защита нагревателей и трубопроводов от накипи. Магнитные фильтры-преобразователи выпускаются многими зарубежными фирмами, такие фирмы существуют и в России. Подобные фильтры выпускаются как врезного, так и накладного типа.

Электронные умягчители воды

В последнее время все более популярными становятся электронные умягчители воды. Внешне все выглядит очень просто. На трубу устанавливается небольшая коробочка, из которой выходят провода-антенны. Провода накручиваются вокруг трубы, при этом даже не надо счищать краску. Установить прибор можно в любом доступном месте, как показано на рисунке ниже.

Электронный умягчитель воды

Единственное, что потребуется для подключения прибора, это розетка на 220В. Прибор рассчитан на долговременное включение, его не надо периодически отключать, поскольку выключение приведет к тому, что вода снова станет жесткой, опять будет образовываться накипь.

Принцип работы прибора сводится к излучению колебаний в диапазоне ультразвуковых частот, которые могут достигать до 50КГц. Частота колебаний регулируется с помощью пульта управления прибора. Излучения производятся пакетами по нескольку раз в секунду, что достигается использованием встроенного микроконтроллера. Мощность колебаний невелика, поэтому никакой угрозы для здоровья человека подобные приборы не представляют.

Целесообразность установки подобных приборов определить достаточно легко. Все сводится к тому, чтобы определить, насколько жесткая вода течет из водопроводной трубы. Тут даже не надо никаких «заумных» приборов: если после мытья ваша кожа становится сухой, от брызг воды на кафельной плитке появляются белые разводы, в чайнике появляется накипь, стиральная машина стирает медленнее, чем в начале эксплуатации – однозначно из крана течет жесткая вода. Все это может привести к выходу из строя нагревательных элементов, и, следовательно, самих чайников или стиральных машин.

Жесткая вода плохо растворяет различные моющие средства – от обычного мыла до супермодных стиральных порошков. В результате порошков приходится класть больше, но это помогает мало, так как кристаллы солей жесткости задерживаются в тканях, качество стирки оставляет желать лучшего. Все перечисленные признаки жесткости воды красноречиво говорят о том, что необходимо устанавливать умягчители воды.

Подключение и проверка ТЭНов

При подключении ТЭНа должен использоваться провод подходящего сечения. Здесь все зависит от тока, протекающего через ТЭН. Чаще всего известны два параметра. Это мощность самого нагревателя и напряжение питания. Для того, чтобы определить ток, достаточно разделить мощность на напряжение питания.

Простой пример. Пусть имеется ТЭН мощностью 1 КВт (1000 Вт) на напряжение питания 220 В. Для такого нагревателя получается, что ток составит

I = P/U = 1000/220 = 4,545A.

Согласно таблицам, размещенным в ПУЭ, такой ток может обеспечить провод сечением 0,5 мм2 (11 А), но с целью обеспечения механической прочности лучше применить провод сечением не менее 2,5 мм2. Как раз таким проводом чаще всего выполняется подвод электричества к розеткам.

Но перед тем, как производить подключение, следует убедиться в исправности даже нового, только что купленного ТЭНа. Прежде всего, надо измерить его сопротивление и проверить целостность изоляции. Сопротивление ТЭНа достаточно просто рассчитать. Для этого надо напряжение питания возвести в квадрат, и поделить на мощность. Например, для нагревателя мощностью 1000 Вт этот расчет выглядит так:

220*220/1000=48,4 Ом.

Такое сопротивление должен показать мультиметр при подключении его к выводам ТЭНа. Если же спираль оборвана, то, естественно, мультиметр покажет обрыв. Если взять ТЭН иной мощности, то сопротивление, естественно, будет другим.

Проверка целостности изоляции

Для проверки целостности изоляции следует измерить сопротивление между любым из выводов и металлическим корпусом ТЭНа. Сопротивление наполнителя-изолятора таково, что на любом пределе измерений мультиметр должен показать обрыв. Если окажется, что сопротивление равно нулю, то спираль имеет контакт с металлическим корпусом нагревателя. Такое может случиться даже с новым, только купленным ТЭНом.

Вообще для проверки изоляции применяется специальный прибор мегаомметр, но не всегда и не у всех он есть под рукой. Так что вполне подойдет и проверка обычным мультиметром. Хотя бы такую проверку надо сделать обязательно.

Как уже было сказано, трубчатые электрические нагревательные элементы можно изгибать даже после наполнения изолятором. Существуют нагреватели самой разнообразной формы: в виде прямой трубки, U-образные, свернутые в кольцо, змейку или спираль. Все зависит от устройства нагревательного прибора, в который предполагается установить ТЭН. Например, в проточном водонагревателе стиральной машины применяются ТЭНы свитые в спираль.

Некоторые трубчатые электрические нагревательные элементы имеют элементы защиты. Самая простая защита это термопредохранитель. Уж если он сгорел, то приходится менять весь ТЭН, но до пожара дело не дойдет. Есть и более сложная система защиты, позволяющая использовать ТЭН после ее срабатывания.

Одной из таких защит является защита на основе биметаллической пластины: тепло от перегретого ТЭНа изгибает биметаллическую пластину, которая размыкает контакт и обесточивает нагревательный элемент. После того, как температура снизится до допустимого значения, биметаллическая пластина разгибается, контакт замыкается и ТЭН снова готов к работе.

Трубчатые электрические нагревательные элементы с терморегулятором

При отсутствии горячего водоснабжения приходится пользоваться бойлерами. Конструкция бойлеров достаточно проста. Это металлическая емкость, спрятанная в «шубу» из теплоизолятора, поверх которого находится декоративный металлический корпус. В корпус же врезан термометр, показывающий температуру воды. Конструкция бойлера показана на рисунке.

Бойлер накопительного типа

Некоторые бойлеры содержат магниевый анод. Его назначение защита от коррозии нагревателя и внутреннего бака бойлера. Магниевый анод является расходным материалом, его приходится периодически менять при обслуживании бойлера. Но в некоторых бойлерах, видимо, дешевой ценовой категории, такая защита не предусмотрена.

В качестве нагревательного элемента в бойлерах применяется ТЭН с терморегулятором, конструкция одного из них показана ниже.

ТЭН с терморегулятором

В пластмассовой коробке расположен микровыключатель, который срабатывает от жидкостного термодатчика (прямая трубка рядом с ТЭНом). Форма собственно ТЭНа может быть самой разнообразной, на рисунке показана самая простая. Все зависит от мощности и конструкции бойлера. Степень нагрева регулируется за счет положения механического контакта, управляемого белой круглой рукояткой, расположенной внизу коробки. Здесь же находятся клеммы для подвода электрического тока. Крепление нагревателя производится при помощи резьбы.

Мокрые и сухие ТЭНы

Подобный нагреватель находится в непосредственном контакте с водой, поэтому такой ТЭН называют «мокрым». Срок службы «мокрого» ТЭНа находится в пределах 2…5 лет, после чего его приходится менять. В общем-то, срок службы невелик.

Для увеличения срока службы нагревательного элемента и всего бойлера в целом французской компанией Atlantic в 90-х годах прошлого века была разработана конструкция «сухого» ТЭНа. Если сказать проще, то нагреватель был спрятан в металлическую защитную колбу, исключающую прямой контакт с водой: нагревательный элемент греется внутри колбы, которая передает тепло воде.

Естественно, что температура колбы намного ниже, чем собственно ТЭНа, поэтому образование накипи при той же жесткости воды происходит не столь интенсивно, в воду передается большее количество тепла. Срок службы таких нагревателей достигает 10…15 лет. Сказанное справедливо для хороших условий эксплуатации, прежде всего стабильности напряжения питания. Но даже и в хороших условиях «сухие» ТЭНы тоже вырабатывают свой ресурс, и их приходится менять.

Вот здесь обнаруживается еще одно достоинство технологии «сухого» ТЭНа: при замене нагревателя нет никакой необходимости сливать воду из бойлера, для чего следует отключать его от трубопровода. Достаточно просто вывернуть нагреватель и заменить его на новый.

Компания Atlantic, конечно же, запатентовала свое изобретение, после чего стала продавать лицензию другим фирмам. В настоящее время бойлеры с «сухим» нагревательным элементом выпускают и другие фирмы, например, Electrolux и Gorenje. Конструкция бойлера с «сухим» ТЭНом показана на рисунке.

Бойлер с «сухим» нагревателем

Кстати, на рисунке показан бойлер с керамическим стеатитовым нагревателем. Устройство такого нагревателя смотрите ниже.

Керамический нагреватель

На керамическом основании закреплена обычная открытая спираль из проволоки с высоким сопротивлением. Температура нагрева спирали достигает 800 градусов и передается в окружающую среду (воздух под защитной оболочкой) конвекцией и теплоизлучением. Естественно, что такой нагреватель применительно к бойлерам может работать только в защитной оболочке, в воздушной среде, прямой контакт с водой попросту исключен.

Спираль может быть намотана в несколько секций, о чем говорит наличие нескольких клемм для подключения. Это позволяет менять мощность нагревателя. Максимальная удельная мощность подобных нагревателей не превышает 9 Вт/см².

Условием нормальной работы такого нагревателя является отсутствие механических нагрузок, изгибов и вибраций. На поверхности не должно быть загрязнений в виде ржавчины и масляных пятен. И, конечно же, чем более стабильным будет напряжение питания, без выбросов и скачков, тем более долговечна работа нагревателя.

Но электротехника не стоит на месте. Технологии развиваются, усовершенствуются, поэтому кроме ТЭНов в настоящее время разработаны и успешно применяются самые разнообразные электрические нагревательные элементы. Это керамические нагревательные элементы, карбоновые нагревательные элементы, инфракрасные нагревательные элементы, но это будет темой для другой статьи.

Смотрите также по этой теме:

Конвектор электрический. Отопление помещения электричеством.

Экономичное электрическое отопление дома. Самый простой способ.

Обогреватели для дома. Их типы и особенности применения.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Нагревательный элемент — это… Что такое Нагревательный элемент?

Нагревательный элемент

1.2. Нагревательный элемент — металлический проводник, выполненный из сплава с высоким удельным сопротивлением.

3.110 нагревательный элемент (heating element): Нагреваемый проводник с жилой, на которую он накручен, и изоляцией вместе с любым другим присоединенным проводником.

5. Нагревательный элемент

Изделие из проводникового материала для преобразования электрической энергии в тепловую для дальнейшего использования

Смотри также родственные термины:

3.8.3 нагревательный элемент с видимым свечением (visibly glowing heating element): Нагревательный элемент, который виден снаружи прибора частично или полностью и температура которого по меньшей мере 650 °С после достижения прибором установившегося состояния при номинальной потребляемой мощности в условиях нормальной работы.

нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом (РТС heating element): Нагревательный элемент, состоящий из двух проводников, разделенных проводящим материалом, характеризующимся быстрым нелинейным увеличением сопротивления, при повышении температуры.

3.8.4 нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом (РТС heating element): Элемент, предназначенный для нагрева, состоящий в основном из сопротивлений с положительным температурным коэффициентом, обладающих такой термочувствительностью, что при росте температуры в определенном диапазоне у них происходит быстрое нелинейное увеличение сопротивления.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

нагревательный прибор
нагревательный элемент с видимым свечением

Смотреть что такое «Нагревательный элемент» в других словарях:

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

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

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

Содержание статьи:

ТЭН – что это, и для чего предназначен?

Большинство современных отопительных приборов оснащаются специальными электронагревателями.

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

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

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

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

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

Принцип работы нагревательных элементов и его внутреннее устройство

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

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

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

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

Типы ТЭНов

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

Трубчатые

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

Конвекцией;
Теплопроводностью;
Инфракрасным излучением.

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

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

Оребренные

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

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

Блочные

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

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

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

Патронные

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

Как выбрать ТЭН для отопительного оборудования

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

Определение мощности

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

Особенности конструкции

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

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

Длина трубки

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

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

Дополнительные функции

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

Нагревательный элемент 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.

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.

Трубчатый

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.

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.

Что такое нагревательный элемент? (с картинками)

Нагревательный элемент — это элемент электрического устройства, который преобразует электричество в тепло. Нагревательные элементы используются в таких вещах, как нагреватели, фены, печи, посудомоечные машины, духовки, кофеварки, тостеры и все виды других устройств, которые вырабатывают тепло для работы.

Печи содержат нагревательные элементы.

Нагревательные элементы состоят из катушек из проволоки, которые могут быть завернуты в изоляционные материалы или защитные материалы, в зависимости от того, где они используются. Когда электричество проходит по проводу, оно встречает сопротивление, выделяя тепло. Количество выделяемого тепла можно регулировать, изменяя количество тока, пропускаемого через провод, что может быть сделано с помощью автоматического термостата или с ручными настройками, управляемыми пользователем, например, когда кто-то поворачивает плиту до кипения воды или поддерживает это на низкой температуре, чтобы сделать тонкий соус.

Nichrome is a domestic heating element used in hair dryers.

Нихром является бытовым нагревательным элементом, используемым в фенах.

Нагревательные элементы обычно выгорают со временем.По этой причине они часто разрабатываются таким образом, чтобы можно было легко извлечь неисправный нагревательный элемент и заменить его новым. Поскольку замены иногда могут быть дорогостоящими, рекомендуется провести некоторые тесты, чтобы подтвердить, что нагревательный элемент является проблемой; например, тепло может не генерироваться, поскольку к элементу не поступает электричество, что может быть связано с перегоранием предохранителя, из-за проблем с проводкой или по другим причинам.

Dryers typically have a heating element, although spin units which do not require heat are available.

Сушилки обычно имеют нагревательный элемент, хотя имеются отжимные устройства, которые не требуют нагрева.

Нагревательные элементы могут сильно нагреваться. Они изготовлены из металлических сплавов, которые хорошо подходят для использования в качестве нагревательных элементов отчасти потому, что они могут выдерживать множество циклов нагрева и охлаждения.В средах, которые намокают, нагревательный элемент может быть спрятан за барьером для безопасности. Барьер рассеивает тепло, не позволяя воде вступать в непосредственный контакт с элементом.

Включение нагревательного элемента печи может вскипятить воду.

Хотя замена нагревательных элементов обычно относительно проста, рекомендуется обратиться за помощью к электрику. Если выход из строя нагревательного элемента сопровождается жгучими запахами, трескучими звуками, электрическими дугами или другими, например, фейерверками, это может указывать на наличие проблемы с электрической системой в устройстве, и это может быть небезопасно.Аналогично, если нагревательные элементы продолжают гореть, это указывает на основную электрическую проблему. Электрик может оценить устройство и нагревательный элемент, чтобы подтвердить, что элемент является проблемой, и выявить любые проблемы безопасности, которые необходимо устранить перед заменой элемента.

The heating element in a dishwasher functions as a dryer and a water heater.

Нагревательный элемент в посудомоечной машине выполняет функцию сушилки и водонагревателя.,

Что такое электрический нагревательный элемент? (с картинками)

Нагревательный элемент является основной частью любого электрического тепловыделяющего продукта. От фенов до тостеров и выплавки промышленного железа — электрический нагревательный элемент помогает каждому достичь нужной температуры. Нагревательные элементы, обычно производимые из металлической амальгамы под названием нихром, бывают разных типов, но все они служат одной цели. Существуют и другие материалы, используемые для создания нагревательных элементов, каждый из которых обладает уникальными характеристиками, которые помогают в конкретном стиле нагрева.

Нихром является бытовым нагревательным элементом, используемым в фенах.

Основной нагревательный элемент — это все, что электричество проходит через, встречает сопротивление и затем выделяет тепло.Количество выделяемого тепла зависит от количества электричества, которое проходит через электрический нагревательный элемент, и величины сопротивления. Например, элемент, который передает большое количество электричества, но не обеспечивает большого сопротивления, будет выделять небольшое количество тепла. С другой стороны, то, что использует много электричества и обладает большим сопротивлением, будет выделять больше тепла.

Nichrome wire is often found tightly coiled in the tubular heating elements of electric stove tops.

Нихромовая проволока часто обнаруживается плотно намотанной в трубчатых нагревательных элементах электроплиты столешниц.

Нихром является наиболее распространенным бытовым нагревательным элементом и встречается во многих домашних товарах. Обычно такие предметы, как тостеры, фены и обогреватели, используют нихромовые катушки для передачи электричества и выделения тепла. Нихром сделан из 80 процентов никеля и 20 процентов хрома, а его высокая температура плавления 1400 градусов по Цельсию (2552 градуса по Фаренгейту) делает его идеальным электрическим нагревательным элементом.

нихром также используется в трубчатом электронагревательном элементе. Эта плотно намотанная катушка упаковывает большее количество нагревательного провода в меньшем пространстве для создания более высоких температур. Пышные стержни нагревательного элемента электрической плиты являются отличным примером.

Керамический нагревательный элемент, обычно известный как PTC керамика, действует как собственный термостат, в отличие от электрического нагревательного элемента, состоящего из нихрома, которым необходимо управлять вручную.Температурный порог стойкости керамического нагревательного элемента обусловлен тем, что керамика позволяет электричеству легко проходить в холодном состоянии, но не в горячем. Это позволяет дизайнерам легче устанавливать максимальную температуру, и она используется для таких предметов, как антиобледенители заднего стекла в автомобилях.

Электрический нагревательный элемент, который должен нагреваться до гораздо более высоких температур, например, используемые при производстве чугуна, обычно используют материалы, отличные от нихрома и керамики.Промышленный нагревательный элемент может состоять из таких материалов, как платина, молибден или карбид кремния. Элементы печи достигают огромных температур и позволяют многим отраслям плавить металлы в жидкую форму, чтобы их можно было заливать в формы или использовать другими способами.

A water heater element is necessary for an electric water heater.

Водонагревательный элемент необходим для электрического водонагревателя.,

Производители нагревательных элементов | Поставщики нагревательных элементов

Список производителей нагревательных элементов

Области применения

Нагревательные элементы являются мощными нагревательными приборами современного поколения. Электрические обогреватели, фены, паяльники, душевые, водонагреватели, печи, тостеры, сушилки для белья и т. Д. — вот лишь несколько примеров бесчисленных 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, печи и жидкостные погружные нагреватели из нержавеющей стали.

Нагревательные элементы имеют важное значение для промышленности, не считая платы. Некоторые из наиболее известных из этих отраслей включают в себя: ОВКВ, электронику, здравоохранение, водоснабжение, отопление дома, бытовые приборы, промышленное производство, металлообработку, промышленное приготовление пищи, полупроводник, керамику и стекло.

История нагревательных элементов

В 1879 году Томас Эдисон использовал углеродную нить для освещения своей лампы накаливания. Поскольку эта нить также генерировала тепло, он получил кредит на разработку первого нагревательного элемента.Однако мы не стали использовать такие элементы специально для производства тепла до следующего столетия. Мы, однако, работали над формами отопления.

Процесс, с помощью которого отопительные работы был впервые описан и развит как первый закон термодинамики в конце 19-го века, Джулиусом Робертом Майером и Джеймсом Прескоттом Джоулем. Вскоре после этого изобретатели века начали применять термодинамику для создания нагревательных элементов. Например, в 1868 году художник из Лондона Бенджамин Уодди Мохан разработал первый газовый водонагреватель.Однако, поскольку у него не было системы вентиляции, с помощью которой можно было бы рассеивать пары, он был небезопасен для домашнего использования. 21 год спустя норвежский американец Эдвин Рууд изобрел первый электрический водонагреватель, который работал намного лучше.

Одним из самых ранних открытых нагревательных элементов, используемых до сих пор, является карбид кремния. Он был обнаружен в 1891 году американским изобретателем Эдвардом Г. Ачесоном, который обнаружил его случайно при попытке синтезировать алмазы. Вместо этого он получил синтетический материал, чрезвычайно прочный и идеально подходящий для высокотемпературных применений и полупроводников.В следующем десятилетии, в 1905 году, Альберт Марш открыл NiChrome (хромель). Поскольку NiChrome может нагреваться в 300 раз быстрее, чем конкурирующие нагревательные элементы того времени, он произвел революцию в отрасли. В 1906 году Марш запатентовал свое открытие. Всего три года спустя General Electric начала продавать первый успешный электрический тостер с использованием NiChrome. Вскоре производители электрифицировали чайники. Сначала их нужно было нагревать на элементах катушки, но позже внутри них были встроены нагревательные элементы.

Раньше нагревательные элементы использовались только состоятельными и прибыльными предприятиями. Однако во время экономического бума после Второй мировой войны электрические приборы с нагревательными элементами затопили рынок и стали обычным явлением в доме. Тремя типичными отопительными приборами того времени были: барные обогреватели, электрические радиаторы и переносные масляные радиаторы. В 1950-х годах лучистый нагреватель был невероятно популярен, потому что модели были портативными и могли быть подключены в любом месте. Кроме того, они обеспечивали тепло очень быстро.Однако, хотя они были менее опасны, чем обогреватели, работающие на топливе, они не имели достаточного защитного экранирования и подвергали пользователей возможности ожогов. Кроме того, если они были опрокинуты или кто-то накинул на них одежду, они могли легко разжечь огонь. Сегодня некоторые люди все еще используют барные обогреватели, хотя они должны соответствовать гораздо более высоким стандартам безопасности, чем в 1950-х годах. Из барного нагревателя родились многие другие проводные нагреватели, такие как инфракрасные нагреватели, которые мы используем сегодня.

В 1960-х, когда домовладельцы стали все больше полагаться на отопление домов, цены взлетели до небес.Чтобы снизить затраты на отопление, производители в США изобрели новый тип нагревателя — накопительный нагреватель. Нагреватели хранилища работали с использованием электрических нагревательных элементов, которые нагревали термоблоки внутри теплового корпуса в течение ночи. Затем, в течение дня, пользователи могут выпускать тепло по мере необходимости, не производя больше электричества. В 1970-е годы правительства всего мира столкнулись с нефтяным кризисом и поэтому обратились к большему количеству электрических нагревательных элементов. В конце концов, нагреватели хранения вышли из моды, потому что они должны были управляться вручную и требовали большого количества прогнозирующих действий со стороны пользователей.Кроме того, они не были энергоэффективными. После наступления 1990-х годов люди начали менять свои промышленные и бытовые системы отопления на более современные электрические радиаторы, которые легче контролировать, они быстрее нагреваются и более энергоэффективны. Еще одним нововведением 90-х годов стала трафаретная печать металлокерамических дорожек на металле с керамической изоляцией. Нагревательные элементы, созданные таким образом, широко используются в бытовой технике, такой как чайники.

Цифровой рост 21-го века позволил нагревательным элементам и системам, которым они служат, стать намного более чувствительными, интуитивно понятными и энергоэффективными.Сборки нагревательных элементов теперь включают в себя такие элементы, как светодиодные экраны, управление Wi-Fi, интеллектуальные счетчики, цифровые клавиатуры и цифровые программаторы для графиков температурного нагрева. Подобные функции позволяют современным нагревательным элементам работать с предельной точностью и сложностью. Другим отличием нагревательных элементов 21-го века является тот факт, что они в гораздо меньшей степени 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 джоулева 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 заданной длины элементного провода основано на сопротивлении на длину и площадь поперечного сечения. Инженеры измеряют это в Ом на метр.В свою очередь, они используют ом для расчета нагрузки киловатта (кВт) элемента. Нагрузка в кВт отражает количество электроэнергии, которое несет нагревательный элемент.

Типы нагревательных элементов

Разновидности нагревательных элементов, используемых в промышленных, коммерческих и бытовых применениях, включают: погружные, кварцевые, гибкие, инфракрасные, проволочные, керамические, электрические, металлические и композитные нагревательные элементы и многие другие.

Погружной нагревательный элемент
Погружные нагревательные элементы используются для нагрева газов и жидкостей; они имеют особую способность погружаться в материалы, которые они нагревают, без сбоев.Погружные нагреватели также характеризуются быстрыми, эффективными и экономичными решениями для отопления. Типы материалов, которые они обычно нагревают, включают гальванические ванны, слабые кислоты, масла, воду, соли, воздух и химические растворы. Погружные нагревательные элементы в основном имеют такие системы, как: технологические системы, котлы, водонагреватели, системы теплопередачи, масляные радиаторы и резервуары.

Кварцевый нагревательный элемент
Кварцевые нагревательные элементы преобразуют электрические токи в инфракрасные лучи, пропуская их 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 пленок, термоформование, порошковые покрытия, клеевое уплотнение и сушка краски, а также в приложениях управления зонами в автомобильной, печатной, нефтехимической, текстильной, стекольной и электронной промышленности.

Гибкий нагревательный элемент
Гибкие нагревательные элементы способны соединяться с различными составами и формами и обеспечивают 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, который известен для эффективной передачи тепла. Инфракрасные нагревательные элементы используются в сочетании с излучающими нагревателями, такими как канальные, погружные и трубчатые, которые в больших масштабах нагревают воздух или жидкость. Они поддерживают промышленные печи, отопление сосудов под давлением, обогрев резервуаров, котлы, водоочистные сооружения, производство пара и многое другое.

Проводной нагревательный элемент
Обычно нагревательные элементы, независимо от их типа, встречаются в виде катушек или проводов. Фактически, проволочные нагревательные элементы являются одними из наиболее широко используемых нагревательных элементов для промышленной и промышленной сушки. Чтобы сделать их, производители отображают их с помощью проводных диаграмм. Их можно найти в нагревателях для обработки поверхности, в печах и во 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, в том числе дисилицид молибдена и ПТК.

Элемент дисилицида молибдена
Дисилицид молибдена представляет собой материал, который демонстрирует характеристики как металла, так и керамики. С чрезвычайно высокой температурой плавления (точнее, 3690 º F) он считается идеальным для ряда нагревательных элементов большой емкости, используемых в различных отраслях промышленности, включая производство стекла.

PTC
PTC, который расширяется до положительного теплового коэффициента сопротивления, является высокопрофильным керамическим материалом, который используется в автомобильных обогревателях заднего стекла, обогревателях и дорогих фенах.Существует также доступная керамика на основе полимера PTC, которая используется во многих специальных нагревателях. Эти элементы увеличивают нагрев, поскольку их сопротивление усиливается. Управление нагревом этих элементов просто, потому что они являются выбором для саморегулирующихся электрических нагревателей.

Электрический нагревательный элемент
Электрические нагревательные элементы также широко распространены, особенно при обслуживании промышленных электрических нагревателей.

Патронный нагреватель
Патронные нагреватели подают локальное тепло к деталям оборудования при изготовлении металлов, производстве пеноматериалов, производстве пластмасс, обработке пищевых продуктов и упаковке.

Металлические нагревательные элементы
Как следует из названия, металлические нагревательные элементы состоят в основном из металлов. Поскольку металл, как правило, является таким хорошим проводником тепла и электричества, элементы на основе металла делают его одним из наиболее эффективных нагревательных элементов. Они используются как в бытовых, так и в промышленных приборах. Они могут быть классифицированы по многим подтипам, включая нагревательные элементы на основе нихрома и резистивные нагревательные элементы на основе проводов.

Нихромный нагревательный элемент
Большое количество электрических нагревателей имеют элементы из нихрома, который представляет собой сплав, состоящий в основном из никеля и хрома.В нагревателях на основе нихрома используются сплавы из 80% никеля и 20% хрома.

Нагревательный элемент резистивного провода
Некоторые металлические детали состоят из набора высокопрочных проводов и лент. Эти провода могут быть прямыми или спиральными, в зависимости от конструкции и теплопроизводительности 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 являются несколькими наиболее часто используемыми металлами в концепции резистивных проводов.

Катушечный нагреватель
Катушечные нагреватели, ленточные нагреватели или ленточные нагреватели помогают экструдируемым каналам и бункерам сохранять пластичность материалов по мере их экструзии.

Композитные нагревательные элементы
Композитные нагревательные элементы — это нагревательные элементы, состоящие из смеси металлических и керамических материалов. Эти нагревательные элементы доступны во многих типах, включая, среди прочего, трубчатые элементы, радиоактивные элементы и съемные нагревательные элементы с керамическим сердечником.
Трубчатый нагревательный элемент
Трубчатые элементы — это, в основном, металлические трубки с тонкой катушкой из нихрома, которая нагревает приложение. Трубчатые нагревательные элементы, названные по своей трубчатой форме, встречаются в духовках, посудомоечных машинах и многом другом. Они могут быть изменены в стандартную форму, или они могут принимать пользовательскую форму для конкретного применения.

Радиоактивный нагревательный элемент
Радиоактивные элементы, также известные как тепловые лампы, представляют собой мощные лампы накаливания, которые в основном излучают инфракрасные волны, а не видимый свет.Чаще всего они используются в лучистых обогревателях и многих типах мармитов. Они бывают двух основных стилей: трубчатые и рефлекторные лампы R40. Нагревательные элементы отражающей лампы бывают нескольких основных стилей: с золотым, рубиново-красным и прозрачным покрытием.

• Лампы с золотым покрытием имеют осажденную золотую дихроичную пленку внутри. Это уменьшает видимый свет и пропускает большинство коротких и средних инфракрасных волн. Они в основном используются для обогрева людей.
• Лампы с рубиновым покрытием имеют ту же функцию, что и лампы с золотым покрытием.Они намного дешевле, чем лампы с золотым покрытием, но они позволяют значительно сильнее видеть блики.
• Прозрачные лампы не имеют покрытия и используются главным образом в промышленных производственных процессах.

Съемный керамический сердечник
Эти нагревательные элементы состоят из спирального резистивного провода, пропущенного через один или несколько цилиндрических керамических сегментов, которые могут иметь или не иметь центральный стержень. Они работают, когда вставлены в металлическую трубку или оболочку, которая запечатана на одном конце. Благодаря этому пользователи могут легко заменять или ремонтировать съемные элементы, не опасаясь их поломки.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, термореактивная эпоксидная смола или термопластик, подобный PEEK. Карбоновые композитные элементы, как правило, устойчивы к коррозии, экстремальным температурам и легкие. Они часто используются для защиты от обледенения самолетов, бытового отопления и промышленного отопления.

Аксессуары

Если и какие аксессуары для нагревательных элементов вам нужны, будет полностью зависеть от вашего применения.Вот некоторые примеры из нескольких, с которыми вы можете столкнуться: 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 вы должны правильно соединить свой нагревательный элемент и его применение. Невыполнение этого требования может привести к короткому замыканию, пожару, повреждению продукта или потере оборудования.

Большинство нагревателей имеют тенденцию терять свою тепловую мощность с течением времени. Когда производительность нагревателя снижается, это просто означает, что есть проблема с его нагревательным элементом. Поэтому время от времени вам нужно будет заменить нагревательный элемент. Как правило, производители предложат варианты складских или заказных сменных элементов в зависимости от потребностей клиента. Чаще всего этот процесс замены занимает довольно короткое время и считается частью регулярного графика технического обслуживания.Если нагревательный элемент гаснет в предмете конечного пользователя, таком как фен, тем не менее, вероятно, более экономичным будет заменить весь элемент, а не его нагревательный элемент.

Производители могут предложить установить сменный элемент, или 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 попросить эксперта провести тестирование и замену.

1. Сначала выполните визуальный осмотр.Если вы видите какие-либо признаки обесцвечивания, повреждения или ожога на катушке, то элемент необходимо будет заменить. Если вы не заметили ничего необычного во время первоначальной оценки, тогда вы можете продолжить.
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 обозначает напряжение, а P обозначает мощность, которая необходима элементу.
3. Когда у вас есть сопротивление, пришло время проверить элемент с помощью измерительного инструмента — мультиметра. Настройте устройство на отображение сопротивления и выберите для этого подходящую шкалу измерения. Убедитесь, что нагреватель не подключен к источнику питания. Теперь измерьте сопротивление элемента, касаясь клемм нагревательных элементов проводами мультиметра.
4. Сопоставьте показание сопротивления, обеспечиваемое мультиметром, с тем, которое вы рассчитали.

Если есть совпадение, то нет проблем с элементом.В этом случае, если вы заметили какие-либо нарушения в работе вашего прибора в последнее время, то, вероятно, с этим связана другая проблема. Вы должны проверить это в сервисной службе.

Однако, если наблюдаемое значение выше или ниже того, что вы рассчитали, вам нужно будет заменить элемент. Вы можете сделать это с помощью профессиональной службы, или вы можете проверить видео-учебник для замены 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 аккуратно удалите электрические провода и откройте резервуар для проведения проверки и замены.

Стандарты

Все нагревательные элементы должны соответствовать стандартам безопасности UL (Underwriters Laboratories). UL имеет стандарты соответствия для широкого спектра применений нагревательных элементов, таких как электрическое отопление воздуховодов, коммерческие электрические нагревательные и нагревательные элементы и нагревательные элементы с электрической оболочкой. Мы также рекомендуем, чтобы все электрические нагревательные элементы соответствовали стандартам Национального электротехнического кодекса (NFPA 70).Хотя стандарты NFPA не применяются на национальном уровне, многие штаты приняли их в качестве закона. В зависимости от вашей отрасли, области применения и региона возможно, что ваши нагревательные элементы будут соответствовать дополнительным стандартам. Чтобы узнать больше, обсудите ваши спецификации с вашим поставщиком.

Как найти подходящего производителя

Нагревательные элементы могут создать или сломать ваше приложение. Более того, при неправильном подборе или установке они могут быть опасными. Поэтому важно, чтобы вы работали только с надежным и опытным профессионалом.Более того, для достижения наилучших результатов вам необходимо работать с производителем нагревательных элементов, который стремится производить для вас самые лучшие и самые полезные продукты. Найдите такого производителя, просмотрев множество компаний по производству нагревательных элементов, перечисленных на этой странице.

Нагревательные элементы Информационное видео

Оценка температуры провода сопротивления для нагревательного элемента с открытой катушкой

Для типичного применения конвекционного воздушного отопления температура воздуха и объемный воздушный поток, поступающий в нагревательный элемент, и мощность, производимая этим элементом, известны или могут быть указаны. Желаемая температура воздуха вне нагревательного элемента достигается за счет обычной регулировки мощности и / или воздушного потока. Оценка первого порядка температуры воздуха на выходе из элемента может быть легко получена по следующей формуле:

(1) P = m’cp (T _из -T _в)

Где:

P = мощность [Вт]

м ‘= массовый расход [кг / с] ₁

c _p = удельная теплоемкость воздуха при T _avg [Дж / кг * K]

T _avg = (T _из -T _в) / 2 [K]

T _вне = температура воздуха на выходе [K]

T _в = температура воздуха на входе [K]

Если кратко взглянуть на основное уравнение теплопередачи, представленное ниже (иногда его называют законом охлаждения Ньютона), то, по-видимому, было бы относительно просто определить температуру провода сопротивления нагревательного элемента с открытой катушкой.

(2) q = Q / A = h (T _{, провод} -T _{, воздух})

Где:

q = конвективный тепловой поток [Вт / м ²] ₂

Q = тепло, рассеиваемое конвекцией [Вт]

A = площадь конвективной поверхности [м ²]

ч = коэффициент теплопередачи [Вт / м ² * K] ₃

T _провод = температура сопротивления провода [K]

T _воздух = температура воздуха [K]

Однако в типичном базовом учебнике по теплопередаче (DeWitt, 1981) в начале раздела, посвященного конвективному нагреву, отсутствует то, что «h» не является простой константой, независимой от температуры.«h» обычно рассчитывается по эмпирической формуле ₄, в зависимости от температуры, скорости воздуха и геометрии. В обзоре любого базового учебника по теплопередаче будет приведен список различных формул для h (или числа Нуссельта, Nu, безразмерной постоянной, из которой можно рассчитать h) для различных геометрий. Для нашей проблемы нагревательного элемента с открытой катушкой формула для формы или геометрии спирали обычно не включена.

Формула для принудительной конвекции против катушки была первоначально опубликована Cjnacki (Hegbom, 1997).Он предназначен для катушек с коэффициентом растяжения от 1,3 до 5 и имеет форму:

(3) Nu = C = CRe ⁿ

Где:

Re = Vd / v = число Рейнольдса ₅

Nu = HD / λ = Нуссельта номер

V = скорость воздуха [м / с]; допустимый диапазон 2-22 м / с

d = диаметр проволоки [м]; допустимый диапазон 1-4мм

v = кинематическая вязкость воздуха [м ² / с]

ч = коэффициент теплопередачи [Вт / м ² * K]

λ = теплопроводность [Вт / м * К]

T _провод = температура провода сопротивления [° C]; допустимый диапазон 200-800 ° C

T _воздух = температура воздуха [° C]; допустимый диапазон 200-800 ° C

Решение для h урожаев:

(4) h = (λ / d) C (Vd) ⁿ

Для определения c и n:

Т _е = (273 + Т _провод) / (273 + Т _воздух)

lg (R1) = 3.368 — (0,278) Т _и

, если (T _e -3,328) ; n = 0,64 — (0,07) T _и

, если> R1: C = [1,84] ^{(T _e-4,25)}; n = 0,74 — (0,07) T _и

По мере повышения температуры проволоки рассеивание тепла из-за излучения становится все более заметным, и это также необходимо учитывать.

Мощность = I ² R = Мощность _{конвекции} + Мощность _{излучения}

Для открытого элемента катушки рассеивание теплового излучения нежелательно, так как большая часть излучаемого тепла теряется в окружающую среду, а не в воздушный поток, который мы пытаемся нагреть.

Давайте теперь рассмотрим пример, чтобы показать, как формула может использоваться для оценки температуры провода. Мы будем предполагать, что излучение пренебрежимо мало для этого случая.

Для данного применения нагревателя мы знаем:

T _воздух = 200 ° C

16 га. используется провод сопротивления: d = 0,0508 дюйма = 1,291 мм

q = 30 Вт / в ²

В = 15 м / с

С повсеместной доступностью вычислительных мощностей электронных таблиц я нашел наиболее продуктивный подход:

Оценить температуру провода, T _{, проволока}
Рассчитать коэффициент теплопередачи, используя уравнение (4)
С помощью уравнения (2) рассчитать q, конвективный тепловой поток или плотность ватт
Сравните разницу с известной ваттной плотностью катушки.Для следующей итерации корректируйте расчетную температуру провода, провод _{T _{, пока два значения q не станут приблизительно равными.}}

Для вышеупомянутых условий итерация с использованием электронной таблицы дала следующий результат.

Плотность Плотность

Расчетное	Рассчитано	Известный
T _провод	Вт, кв [Вт / дюйм ²]	Вт, кв [Вт / дюйм ²]
400	40.97	30,00
375	35,69	30,00
350	30,46	30,00
349	30,25	30,00
348	30,04	30,00

Расчетная температура сопротивления провода = 348 ° C.

В заключение, вышеупомянутая процедура может использоваться для оценки температуры проволочного сопротивления открытого элемента катушки, когда известно, что условия являются преимущественно конвективными.Это вычисление несколько утомительно даже при использовании электронной таблицы, но после ее создания будущие вычисления будут относительно простыми. Это также демонстрирует необходимость тщательного поиска литературы для уравнений, подходящих для условий, найденных с открытыми элементами катушки. На сегодняшний день я не видел подобных формул, применимых к нагревательным элементам с открытой катушкой, и был бы рад услышать от вас, чтобы обсудить, поделиться информацией, мыслями по этому поводу. Разработка более широких формул в целом будет полезна для широкого спектра промышленных и коммерческих применений.

₁ Объемный расход можно преобразовать в массовый расход, если известно давление воздуха на входе (часто p ≈ 1 атм) и температура воздуха на входе.

₂ Конвективный тепловой поток часто называют «плотностью ватт» с единицами ватт / в ² в США

₃ Коэффициент теплопередачи иногда называют также коэффициентом пленки.

₄ Предполагается, что не существует единой теории конвективного теплообмена.Данные получены из эксперимента, и формула разработана для соответствия данным

₅ Nu и Re основаны на характеристической длине диаметра проволоки, d.

DeWitt, I. (1981). Основы теплопередачи . Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc.

Diepholz, D. (2013, январь). SCFM, CFM В чем разница? Получено 18 июля 2013 г. с сайта www.farnam-custon.com: http://www.farnam-custom.com/library/engineertalk/scfm-cfm-whats-the-difference

Хегбом, Т.(1997). Интеграция электрических нагревательных элементов в конструкцию прибора . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Марсель Деккер.