Добрый вечер, уважаемые читатели! В своих статьях я часто упоминаю термин DECA, однако до данного момента так и не объяснил, что он собой представляет. Давайте исправим этот пробел в обсуждении!
Что такое ТЭН
Трубчатые электрические нагреватели, или ТЭНы, — это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в тепло. Они представляют собой металлические трубки, внутри которых размещена проводящая нить, изготовленная из закиси азота, окруженная изоляционным материалом. Эта конструкция позволяет достигать высокой эффективности в процессе нагрева.
Существуют различные формы ТЭНов, включая катушки, патроны с контактами по обеим сторонам, змеевики и удлиненные катушки (см. рисунок). Для изготовления этих устройств применяются различные металлы и сплавы:
- Титан;
- Алюминий;
- Цинк;
- Латунь;
- Нержавеющая сталь;
- Медь.
Однако не всегда можно точно определить, из какого материала изготовлен конкретный нагревательный элемент. Например, часто встречаются китайские производители, которые покрывают нагревательные элементы слоем металла, в то время как внутренняя часть может быть выполнена из совершенно иного материала. Несмотря на более низкую стоимость по сравнению с отечественной и европейской продукцией, такие элементы зачастую обладают значительно меньшим сроком службы.
По типу установки различаются два варианта ТЭНов — сухие (закрытые) и мокрые (открытые). Они отличаются не только конструкцией, но и принципом установки. Подробное объяснение этих различий представлено ниже.
Мокрый ТЭН
Мокрый ТЭН устанавливается в тех местах, где он напрямую контактирует с водой. Например, в кофемашинах применяются только сухие нагревательные элементы, поскольку контакт кофе с металлом может приводить к загрязнению и ухудшению вкусовых качеств напитка. В свою очередь, мокрые ТЭНы, установленные в нагревателях, котлах и горелках, подвержены заражению и коррозии. Металлические компоненты могут реагировать с веществами, растворенными в воде, что особенно актуально для использования в стиральных машинах.
Сухой ТЭН
Сухие ТЭНы, как следует из названия, не контактируют с водой. Они помещены в герметичные лампы (см. рисунок), которые могут быть заполнены различными веществами:
- Воздухом;
- Маслом;
- Песком;
- Другими изоляционными материалами.
Во время своей работы сухой нагревательный элемент прогревает окружающую среду — воздух или жидкость, которые затем передают нагретое тепло стенкам лампы. Эти стенки, в свою очередь, обогревают воду, воздух или теплоноситель. Обычно сухие ТЭНы поставляются в комплекте с лампами, однако также возможно их разборное использование.
ТЭН, что это? | Типы электрических ТЭНов
ТЭН — это сокращенное название для «трубчатого электронагревателя», которое описывает его функциональную суть как устройства, использующего электрическую энергию для нагрева. Эти нагревательные элементы чаще всего имеют форму керамических, стеклянных или металлических трубок, тем самым прямолинейно подчеркивая свою конструктивную особенность. По своей сути, это элементы, которые нагреваются при пропускании через них электрического тока, и применяются для обогрева окружающего пространства, различных жидкостей или материалов.
Нагревательные элементы нашли широкое применение в повседневной жизни и используются в большинстве кухонных приборов, которым необходим нагрев: электроплиты, чайники и посудомоечные машины используют электрические трубчатые нагреватели. Кроме того, стиральные машины, водонагреватели, утюги и множество других устройств в быту также зависят от работы нагревательных элементов.
Данная статья нацелена на то, чтобы детально разобрать, что такое ТЭНы, как они функционируют, какую конструкцию имеют, где их можно использовать и много других аспектов.
Конструкция ТЭНа
Подробное рассмотрение конструкции трубчатых электронагревателей можно увидеть на схеме ниже.
Ключевым элементом всех электрических нагревателей является нагреватель, чаще всего представленный никелевой нитью (1), которая проходит по центру трубки на всю ее длину и соединена с выходным штырем (6).
Эта нить обладает определенным внутренним сопротивлением, благодаря чему, когда через нее проходит электрический ток, начинается процесс нагрева.
Для нагрева важным является выбор материала, из которого изготовлен элемент, поскольку он должен иметь высокое сопротивление к проходящему через него току. Чаще всего для этого используются сплавы, такие как никель или константан.
Сопротивление нагревателя обязательно должно соответствовать необходимой мощности нагревательного элемента. Этот аспект регулируется с помощью закона Ома, который можно выразить формулой:
P = U*I, где I — сила тока, U — напряжение сети, а P — мощность.
Например, для создания нагревателя мощностью 1 кВт (или 1000 Вт) в зоне однофазного питания с напряжением 220 В, сопротивление нити накала рассчитывается следующим образом:
Сначала мы определяем силу тока:
Сопротивление можно определить по формуле:
R = U / I, где R обозначает сопротивление нагревательного элемента в омах, U — напряжение в вольтах, а I — сила тока в амперах.
Таким образом, сопротивление электрического нагревательного элемента закиси азота можно записать как R = 220/4.55 = 48.4 Ом.
Как видно, чем меньше сопротивление трубчатого электронагревателя, тем больше достигаемая им мощность, поскольку почти вся энергия расходуется на создание тепла в нити накала. Эффективность работы нагревательных элементов приближена к 100%, то есть чем мощнее они, тем быстрее и эффективнее происходит нагрев.
Нельзя не отметить, что между никелевой нитью и трубкой находится изолятор (2), который рассчитан на выдерживание высоких температур.
Трубка нагревательного элемента (3) изготавливается из коррозионно стойких металлов, которые наилучшим образом подходят как для бытового, так и для промышленного использования.
Стеклянные нагревательные элементы применяются в агрессивных средах, таких как лаборатории, в которых необходимо производить нагрев химических смесей. Стеклянные трубки также часто встречаются в радиаторах бытовых обогревателей, работающих на инфракрасном излучении, в то время как керамические конструкции крайне редко используются в нагревательных устройствах.
Вариации в диаметре трубок могут быть широкими, но обычно применяются трубы с диаметром от шести до двадцати четырех миллиметров.
Изоляционный материал должен обладать высокими изоляционными свойствами и в то же время обеспечивать передачу тепла от нагревателя к трубке.
Подвод электричества к нагревателю происходит через зажимы (4), располагающиеся на вставках изолятора (5).
Зажимы могут крепиться как на одном, так и на обоих концах нагревательного элемента. Важно отметить, что некоторые виды таких нагревателей могут иметь встроенные предохранители, что характерно для использования в стиральных и посудомоечных машинах.
Если ваш прибор перестал нагреваться, не исключено, что причина кроется в неисправности нагревательного элемента. Провести проверку можно с помощью мультиметра. Подробности об этом вы можете найти по ЭТОЙ ссылке. Замена нагревательного элемента может быть осуществлена самими пользователями практически в любом устройстве, что способно существенно сократить расходы на ремонт.
Основные типы ТЭНов и их назначение
Нагреватели можно классифицировать на основе типа и основной функции, выделяя следующие категории:
1. ТЭН для обогрева воздуха
Температура нагрева таких устройств может достигать 450 градусов Цельсия. Эти электрические трубчатые нагреватели используются для обогрева воздуха в промышленных и жилых помещениях.
Они служат основой для работы нагревателей, воздушно-тепловых завес и различных сушильных камер. Изготавливаются они как с гладкими, так и с оребренными трубками.
Ребра этих нагревателей сделаны из полосовой стали, которая крепится к трубе в виде спирали. Использование ребер увеличивает площадь поверхности нагревательного элемента и значительно снижает нагрузку на нить, почти в три раза увеличивая срок службы устройства.
2. ТЭН для воды
Эти электронагреватели используются в бойлерах и стиральных машинах, обеспечивая нагрев воды до температуры в 100 градусов Цельсия.
В случаях, где требуется высокая мощность для нагрева больших объемов воды, применяются теплоэлектроцентрали.
Стоит отметить, что в электрических нагревателях часто используются термостаты, которые отключают питание нагревателя, когда вода достигает установленной температуры. Когда температура воды понижается, термостат вновь включает нагревательный элемент.
3. Гибкие ТЭНы
Гибкие нагреватели находят свое применение в пресс-формах и горячеканальных установках. Они особенно полезны при настройке контуров систем горячего хода. Эти электронагреватели выпускаются в разных размерах.
Одним из наиболее распространенных видов гибких электрических радиаторов, с которыми мы сталкиваемся в быту, является саморегулирующийся кабель для теплых полов. Этот вид кабеля используется для обогрева помещений.
4. Патронные ТЭНП
Эта категория включает в себя кассетные нагреватели, которые обычно имеют разъем с одной стороны и могут достигать в длину до 350 см. Их основное отличие от других типов заключается в прочном корпусе, который обычно представляет собой гильзу из нержавеющей стали с интегрированной проволокой.
Данный тип нагревателей демонстрирует высокую плотность мощности. Тепло от нагревателя передается как путем прямого контакта, так и конвекционным способом.
Патронные ТЭНы находят широкое применение в различных отраслях, служа для нагрева масел или нагрева разных металлических форм через помещения в перфорированных отверстиях. Они востребованы в производственных отраслях, таких как обувная, литейная и автомобилестроительная.
Если у вас остались вопросы относительно классификации трубчатых нагревателей, их конструкции или основных областей применения, не стесняйтесь оставлять комментарии под статьей. Я с удовольствием приму любые конструктивные замечания, предложения или делитесь своим опытом.
Трубчатые электронагреватели с оребрением (тип ТЭНР)
Основное использование ТЭНов этого типа связано с нагревом движущегося или неподвижного воздуха, и они применяются в промышленности, в бытовых системах обогрева, радиаторах и тепловых насосах. Ребристые нагреватели реже применяются для нагрева жидкостей. Конструктивно ТЭН этого типа представляет собой трубчатый электрический нагреватель с круглым сечением и двумя концами, покрытыми ребрами, которые плотно прилегают к активной поверхности и сделаны из гофрированной стальной ленты, спирально намотанной на оболочку ТЭНа.
Для создания ребер применяется стальная лента толщиной 0.3 мм и шириной 10 мм. Чтобы избежать различий в коэффициентах теплового расширения между оболочкой нагревателя и лентой, используются ленты из нержавеющей стали или углеродной стали, что сохраняет однородность материала. Ребра увеличивают общую поверхность нагрева и тем самым могут снижать потребляемую мощность электронагревателя на 2-2.5 раза. ТЭНы могут быть как прямыми, так и изогнутыми, в большинстве случаев изогнутыми в одной плоскости.
Важно, чтобы активная часть ТЭНа располагалась полностью в области плавника!
Трубчатые электронагреватели угловые (тип ТЭНУ)
Угловые трубчатые электронагреватели представляют собой разновидность ТЭНов с жестким расположением проводников под углом 90 градусов к корпусу устройства.
Нагревательные элементы из коррозионно-стойких материалов изготавливаются с учетом специфики эксплуатации в определенных резервуарах, включая такие характеристики, как тип раствора, его концентрация, рабочая температура и время нагрева. Для оболочек стандартных ТЭНов, за исключением бесшовных труб из нержавеющей стали, которые рекомендуются для использования в условиях воздействия слабых кислот и щелочей, в агрессивных условиях применяются химически стойкие стали, наряду с такими металлами, как медь, свинец, титан, цирконий и тантал.
ТЭНы для агрессивных сред фторопластовые (ЭНФ)
Фторопластовые нагреватели имеют ряд ключевых преимуществ:
- Непроницаемость к кислотам, щелочам, окислителям и растворителям.
- Отсутствие явлений электрических пробоев и коротких замыканий, так как сам корпус устройства выступает в роли электрического изолятора.
- Минимизация адгезионных свойств, что позволяет использовать их для нагрева различных жидкостей, включая топлива и масла, в гальванических ваннах, химических установках, а также для нагрева растворов в электролизных ваннах.
- Фторопласт не подвержен воспламенению, имеет низкую гигроскопичность и является одним из лучших диэлектриков, принимая во внимание свое применение в подобных устройствах.
- Кроме того, материал обладает пластичностью, что дает возможность придавать ему любую необходимую форму вручную.
