Разновидности электронагревателей
На сегодняшний день существует огромное многообразие нагревательных элементов, в данной статье мы рассмотрим некоторые из них.
Трубчатый электронагреватель (ТЭН)
Электрический нагреватель сопротивления, состоящий из нагревательного элемента, имеющего на концах контактные стержни, запрессованного вместе с наполнителем в металлическую оболочку в соответствии с чертежом. В зависимости от области применения и требований заказчика ТЭНы могут иметь различную конфигурацию (форму).
Конструкция трубчатого нагревательного элемента:
1 - Клеммы
Используются для подключения к источнику питания.
2 - Контактный стержень
Находясь внутри нагревательного элемента, остается ненагретым и определяет его холодную (нерабочую) зону. Может быть выполнен из никелированной, нержавеющей или обыкновенной стали.
3 - Трубчатая оболочка
Чаще всего изготавливается из нержавеющей стали, меди или титана.
4 - Нагревательная спираль
Представляет собой одну, две или три проволоки, выполненные из сплава с высоким удельным сопротивлением, например хромоникелевого или феррохромового.
5 - Изолирующий наполнитель
Обеспечивает передачу тепла от спирали к оболочке, изолирует от оболочки, а в многоспиральных ТЭН изолирует спирали.
Обычно используется порошок оксида магния (периклаз), который имеет хорошую теплопроводность и диэлектрическую прочность в ходе прессования.
6 - Герметик
Предотвращает попадание влаги внутрь нагревателя.
7 - Изолятор стержня
Изготавливается из керамики или термопласта.
Принцип работы: В оболочку (3) вставлен контактный стержень (2), имеющий токоподводящие клеммы (1). К стержню (2) приварена нагревательная спираль (4) с высоким омическим сопротивлением, которая и определяет рабочую (горячую) зону нагревателя. Чтобы избежать замыкания на корпус, спираль (4) изолирована от него наполнителем (5), который является диэлектриком с хорошей теплопроводностью. С концов стержень также изолирован специальными пробками (7). При нагревании спирали (4) тепло сквозь изоляцию (5) доходит до оболочки (3), которая и нагревает внешнюю среду (газ, жидкость, твердые тела).
Области применения:
- в машиностроении: для нагрева пресс-форм, штампов, литейных форм, ванн с кислотами и щелочами, в покрасочных камерах, для плавления легкоплавких металлов и т.д.;
- в пищевой промышленности: для варочных котлов, для кондитерского производства, хлебопекарной области, молочного производства и т.д.;
- в химической промышленности: для производства резины, каучука, в целлюлозно-бумажной отрасли, в нефтеперерабатывающей отрасли и т.д.;
- в медицине: для стерилизаторов, дистилизаторов и т.д.;
- в быту: для отопления помещений, в домашних электроприборах (чайники, утюги и др.)
В настоящее время в России существуют три государственных стандарта на ТЭН
- ГОСТ 13268-88 - Электронагреватели трубчатые;
- ГОСТ 19108-81 - Электронагреватели трубчатые (ТЭН) для бытовых нагревательных электроприборов;
- ГОСТ 4.150-85 - Система показателей качества продукции. Электронагреватели трубчатые (ТЭН).
Оребренные ТЭНы
Их отличительная особенность — наличие металлических пластин — ребер. Оребрение намного увеличивает рабочую поверхность и теплоотдачу ТЭНа. Применяются для нагрева потока воздуха или газа в промышленных и бытовых электрокалориферах, конвекторах, тепловых пушках и в других установках.
Трубчатые электронагреватели патронного типа
Их отличительная особенность заключается в том, что выводы контактного стержня расположены с одной стороны, что значительно упрощает монтаж нагревателей. Применяются для нагрева пресс-форм, литейных форм, воды, жиров и масел, слабых растворов кислот и щелочей, воздуха и используются в качестве комплектующих изделий в промышленных установках и бытовых нагревательных приборах.
Нагревательные элементы для гальваники
Изготавливаются с оболочкой из кварцевого стекла, нержавеющей стали или титана и предназначены для подогрева различных веществ и растворов, в том числе агрессивных. В основном применяются в гальванотехнике и в химической промышленности. На оболочку изделия наносится метка минимальной глубины погружения. Во время эксплуатации необходимо чтобы уровень нагреваемой жидкости был выше этой метки. Погружаемые нагревательные элементы используются для нагрева органических кислот, растворов с содержанием металлов никеля Ni, хрома Cr, железа Fe, меди Cu, цинка Zn и т.д., водопроводной и морской воды, флюсов и др.
Высокотемпературные нагревательные элементы
Широко применяются в электропечах при температурах до 1700°С, а порой и до 1800°С. В зависимости от рабочих температур, их изготавливают на основе хромита лантана, карбида кремния, дисилицида молибдена и других сплавов, которые обладают высокой температурой окисления и высокой коррозионной стойкостью. Они могут использоваться как в непрерывном, так и в периодическом режиме эксплуатации с полным охлаждением в межцикловый период.
На рисунке изображены следующие нагревательные элементы:
а - на основе хромита лантана (рабочая температура до 1800°С);
б - на основе карбида кремния
(до 1400°С);
в - на основе дисилицида молибдена (до 1800°С);
г - фехралевый (до 1400°С).
Элементы с открытой нагревательной спиралью
Состоят из проводов и лент, прошитых и укрепленных на слюдяных пластинах.
Благодаря небольшому весу их успешно применяют в аппаратах бытового и
промышленного сектора: в мобильных и настенных конвекторах, бытовых вентиляторах, сушильных установках, масляных радиаторах, кондиционерах.
Гибкие нагревательные элементы
Их принцип действия основан на выделении тепла проводами, обладающими высоким сопротивлением при прохождении по ним электрического тока. Могут сгибаться в любую форму непосредственно пользователем.
Есть варианты крепления к поверхности с помощью самоклеящейся пленки. При оптимальной теплопередаче рабочая температура достигает 200°C (краткосрочно до 230°C). Обычно применяются для отопления помещений, в системах «теплый пол», в защитах от обледенения, в медицинской, пищевой и аэрокосмической промышленностях.
Гибкие нагревательные кабели и ленты
Предназначены для поддержания заданных температур (до 180°С), в том числе во взрывоопасных зонах.
Они представляют собой волокнистый нагревательный элемент из нихрома, оплетенный стекловолокном и покрытый герметизирующей
оболочкой из полиэтилена или резины. Благодаря большой поверхности обогрева,
надежной электро- и гидроизоляции, малому весу и эластичности применяются в газовой, химической, нефтяной промышленности для разогрева и компенсации теплопотерь трубопроводов, теплообменников, а также в быту.
Плоские нагревательные элементы
Их конструкция представляет собой корпус из листового металла толщиной 0,25–0,5 мм, изготовленный из
углеродистой или нержавеющей стали, внутри которого расположен нагревательный элемент из материала, обладающего высоким электрическим
сопротивлением (нихромовая проволока, лента). Витки изделия изолированы друг от друга и от корпуса при помощи
изоляционного материала (керамика (a), силикон(б), миканит(в) и др.).
Основные достоинства: малая толщина, равномерный нагрев по всей поверхности, экономичность,
экологическая безопасность, высокая надежность и
долговечность. Применяются для обогрева помещений (конвекторы, калориферы, тепловые пушки, тепловые завесы), в штамповочных и вулканизационных
прессах, в химической промышленности (обогрев ванн с агрессивной средой), в бытовых изделиях (сушка обуви, кипятильные кружки и т.д.)
Манжетные нагревательные элементы
Изготавливаются из миканита или керамики, с оболочкой из нержавеющей стали
или латуни. Использование миканита позволяет добиться минимальной толщины
изделия, а керамики — высоких изоляционных свойств и продолжительного ресурса работы.
Область применения: нагрев деталей литьевых прессов,
трубопроводы, сопла, упаковочные и деревообрабатывающие машины, медицинские и научные приборы.
Прозрачные элементы обогрева
Представляют собой оптически прозрачную стеклянную пластину, на одну из сторон которой нанесен
электропроводящий слой. Выводы ПЭО расположены, как правило, в соседних или противоположных
углах пластины на специальных выводных площадках. Изделия предназначены для подогрева приборных окон и ЖК-дисплеев при работе в условиях
пониженных температур (до -60°C).
Керамические нагревательные элементы
Они способны автоматически контролировать температуру, изменяя при этом потребляемую мощность
(функция энергосбережения). Их тепловыми ресурсами являются компоненты на основе позисторов, а в качестве радиатора выступает
рифленая пластина из алюминиевого сплава. Обычно используются в переносных нагревателях, сушильных устройствах,
тепловых воздушных генераторах.
Керамические инфракрасные нагревательные элементы
Такие изделия состоят из керамического корпуса, в который вмонтированы нихромовые спирали. Под действием электрического тока этот элемент разогревается до температуры 450-470°С. Энергия нагретой спирали разогревает керамический корпус, поверхность которого в свою очередь начинает излучать поток инфракрасной энергии, выступая как фильтр и нормализуя излучение спирали. Широко применяются в инфракрасных кабинах/саунах, в химической промышленности,
в оборудовании для изготовления стекла и т.д.
Инфракрасные кварцевые излучатели
Излучатели представляют собой кварцевые трубки с резистивной спиралью внутри. Тепловое излучение, исходящее от нагревательного элемента поглощается окружающими предметами, которые разогреваясь отражают тепло, в результате этого повышается и температура воздуха.
За счет короткого времени реагирования рекомендуется использовать такие
приборы, прежде всего, в цикличных или часто прерываемых рабочих процессах: сушка фруктов и овощей/краски/лака/тканей,
пастеризация, стерилизация, термо- и вакуумформовка, поддержание блюд в горячем состоянии. Также с их помощью обогревают помещения.
Нагревательные элементы на основе ПТК-термисторов
Изготавливаются в виде нагревателей в алюминиевом профиле, нагревательных дисков и ребристых нагревателей. Обладая эффектом самоограничения температуры, такие приборы пожаробезопасны, не сушат воздух и не перегреваются. Широко используются в тепловентиляторах, приборах конверторного и контактного типа для поддержания микроклимата (тепловые завесы и пушки, системы удаления влаги и сушки воздуха).