какие типы нагревательных элементов вам известны и как они устроены

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:

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:

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:

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:

Недостатки:

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:

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

Основные детали ТЭНа:

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

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:

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

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

Источник

Нагревательные элементы

На фото: электрический нагреватель с открытой спиралью. При нагревании спираль начинает светиться красным.

Производство тепла из электричества

На фото: крупный план скрученной вольфрамовой нити в лампе накаливания, которая излучает свет, выделяя большое количество тепла. Количество света, излучаемого нитью накала, напрямую зависит от ее длины: чем длиннее нить, тем больше света она излучает. Вот почему он скручен: катушка помещает больше длины (и света) в то же пространство.

Что такое нагревательный элемент?

Типичный нагревательный элемент обычно представляет собой катушку, ленту (прямую или гофрированную) или полоску проволоки, которая излучает тепло, как нить накала лампы. Когда через него протекает электрический ток, он накаляется докрасна и преобразует проходящую через него электрическую энергию в тепло, которое излучается во всех направлениях.

Нагревательные элементы обычно изготавливаются на основе никеля или железа. Сплавы на основе никеля обычно представляют собой нихром, сплав, состоящий примерно из 80 процентов никеля и 20 процентов хрома (доступны другие составы нихрома, но смесь 80–20 является наиболее предпочтительной). Нихром является наиболее популярным материалом для нагревательных элементов по разным причинам:

он имеет высокую температуру плавления (около 1400 ° C),

не окисляется (даже при высоких температурах),

не слишком расширяется при нагревании,

имеет разумное (не слишком низкое, не слишком высокое и достаточно постоянное) сопротивление (оно увеличивается только примерно на 10 процентов между комнатной температурой и максимальной рабочей температурой).

Сплав на основе железа называется фехраль. Это железо-хромо-алюминиевый сплав с незначительным включением никеля (примерно 0,6%). Он также часто используется в нагревательных элементах, потому как имеет ряд преимуществ перед нихромом:

Низкая стоимость (в несколько раз ниже, чем у нихрома)

Высокая температура плавления (около 1500° C)

Однако у фехрали есть и недостатки:

Меньшая прочность, повышенная хрупкость

Меньший срок службы нагревателей из этого материала

Типы нагревательных элементов

Есть много разных видов нагревательных элементов. Иногда спирали из нихрома или фехрали используется как таковой; в других случаях спирали встроены в керамический материал, чтобы сделать его более прочным и долговечным (керамика отлично справляется с высокими температурами и не боится большого нагрева и охлаждения), или изолированы в миканите и помещены в металлический корпус (к примеру, кольцевые и плоские нагреватели для экструдеров).

Размер и форма нагревательного элемента в значительной степени определяется размерами прибора, внутри которого он должен помещаться, и площадью, на которой он должен производить тепло. Щипцы для завивки волос имеют короткие спиральные элементы, потому что они должны выделять тепло через тонкую трубку, вокруг которой можно обернуть волосы. Электрические радиаторы имеют длинные стержневые элементы, потому что они должны рассеивать тепло через большую площадь комнаты. Электрические плиты имеют спиральные нагревательные элементы, подходящие по размеру для нагрева кастрюль и сковородок (часто элементы плиты покрыты металлическими, стеклянными или керамическими пластинами, чтобы их было легче чистить). Нагреватели нефтепродуктов для больших емкостей или цистерн представляют собой огромные металлические трубы с керамическими нагревательными элементами, потому что они должны производить мягкий нагрев на большой площади соприкосновения с легко воспламеняемыми жидкостями.

На фото: два вида нагревательных элементов. 1) Светящиеся нихромовые ленты внутри инфракрасного кварцевого нагревателя для сушки. 2) Вы можете четко видеть спиральный электрический ТЭН внизу чайника. Он никогда не накаляется докрасна так же, как провода ик обогревателя, потому что обычно он недостаточно нагревается. Однако, если вы достаточно глупы, чтобы включить чайник без воды внутри (как я однажды случайно сделал), вы обнаружите, что элемент чайника вполне может раскалиться докрасна. Этот опасный и катастрофический эпизод навсегда повредил мой чайник и мог поджечь мою кухню.

В некоторых приборах нагревательные элементы хорошо видны: в электрическом тостере легко заметить ленты из нихрома, встроенные в стенки тостера, потому что они раскалены докрасна. Электрические радиаторы выделяют тепло с помощью светящихся красных полос (по сути, просто спиральные, проволочные нагревательные элементы, которые выделяют тепло за счет излучения), в то время как электрические конвекторные нагреватели обычно имеют концентрические круглые нагревательные элементы, расположенные перед электрическими вентиляторами (поэтому они быстрее переносят тепло за счет конвекции).

У некоторых приборов есть видимые элементы, которые работают при более низких температурах и не светятся; электрические чайники, которым никогда не нужно работать выше точки кипения воды (100 ° C), являются хорошим примером. В других приборах нагревательные элементы полностью скрыты, как правило, из соображений безопасности. Электрический душ и щипцы для завивки волос имеют скрытые элементы, поэтому (надеюсь) нет риска поражения электрическим током.

Проектирование нагревательных элементов

Все это делает нагревательные элементы очень простыми и понятными, но на самом деле существует множество различных факторов, которые инженеры-электрики должны учитывать при их проектировании. В своей превосходной книге по этому вопросу Тор Хегбом перечисляет примерно 20–30 различных факторов, которые влияют на работу типичного нагревательного элемента, включая такие очевидные вещи, как напряжение и ток, длина и диаметр элемента, тип материала и рабочая температура. Есть также определенные факторы, которые необходимо учитывать для каждого типа элемента. Например, для витого элемента из круглой проволоки диаметр проволоки и форма витков (диаметр, длина, шаг, растяжение и т. д.) являются одними из факторов, которые критически влияют на производительность. С элементом ленты толщина и ширина ленты.

Если вы разрабатываете что-то вроде электрического камина с несколькими близко расположенными нагревательными элементами, что произойдет, когда они будут использоваться по отдельности или в комбинации? Если вы разрабатываете нагревательный элемент, через который проходит воздух (например, конвекторный обогреватель или фен), сможете ли вы создать достаточный поток воздуха, чтобы остановить его перегрев и значительно увеличить срок его службы? Все эти факторы должны быть сбалансированы, чтобы сделать продукт эффективным, экономичным, долговечным и безопасным.

Нужно ли нагревательному элементу высокое или низкое сопротивление?

Математически.

Несложно подсчитать, что сопротивление нити накаливания типичной лампы накаливания составляет несколько сотен Ом.

Нагреватели сопротивления?

Источник

Типы нагревательных элементов

Один только нагревательный элемент не составляет всей системы нагрева. Помимо нагревательного элемента, нагреватель состоит из контактных выводов, изоляции, утеплителей, оболочки и уплотнений. Эти нагреватели имеют различные формы и конфигурации для соответствия конкретному оборудованию. Ниже перечислены наиболее распространенные нагреватели и их области применения.

Воздухонагреватели

Патронные нагреватели

В ТЭНах этого типа резистивный провод наматывается на керамический сердечник, обычно изготовленный из уплотненного оксида магния. Также доступны прямоугольные конфигурации, в которых катушки из проволоки сопротивления проходят от трех до пяти раз по длине цилиндра. Резистивный провод или нагревательный элемент расположен возле стенок из материала оболочки для максимальной теплопередачи. Для защиты внутренних частей оболочка обычно изготавливается из коррозионно-стойких материалов, таких как нержавеющая сталь. Выводы обычно гибкие из термостойких проводов, причем оба вывода в патронных ТЭНах расположены на одном конце нагревателя. Патронные нагреватели используются для нагрева штампов или пресс-форм, нагрева жидкости (погружные нагреватели) и нагрева металлических поверхностей.

Трубчатые нагреватели (ТЭНы)

Внутреннее устройство трубчатых нагревателей схоже с патронными ТЭНами. Основное отличие металлических ТЭНов от патронных нагревателей состоит в том, что выводы находятся на противоположных концах трубки и спираль помещается в трубку нагревателя без керамического сердечника. Мощность металлических ТЭНов также значительно ниже, чем у пальчиковых нагревателей.

Всю трубчатую конструкцию ТЭНа можно сгибать в различные формы, чтобы обеспечить распределение тепла, необходимое для обогреваемого пространства или поверхности. Кроме того, ТЭНы могут иметь ребра, которые механически прикреплены к поверхности оболочки, чтобы способствовать эффективной теплопередаче. Трубчатые нагреватели очень универсальны, они используются в самом различном промышленном оборудовании и в бытовых приборах.

Кольцевые нагреватели

Эти нагревательные элементы предназначены для обертывания цилиндрических металлических поверхностей или контейнеров, таких как трубы, бочки, барабаны, экструдеры и т. д. Они обычно оснащены фиксаторами на болтах для надежного зажима на поверхности контейнера. Внутри корпуса нагреватель представляет собой тонкий резистивный провод или ленту, обычно изолированную слоем миканита. Обшивка изготавливается из нержавеющей стали или латуни. Также кольцевые нагреватели бывают керамическими, в которых спирали помещаются в пазы стеатитовых блоков, или литыми из алюминия.

Еще одно преимущество использования ленточных нагревателей заключается в том, что хомутовый ТЭН косвенно нагревает жидкость внутри емкости. Это означает, что нагреватель не подвергается химическому воздействию технологической жидкости. Возможное возгорание также предотвращается при использовании для обслуживания масла и смазки.

Плоские нагреватели

Этот тип нагревателей имеет плоскую и прямоугольную форму и крепится к нагреваемой поверхности. Его внутреннее устройство похоже на кольцевой нагреватель. Так же, как и в кольцевых нагревателях, изоляционным материалом, помимо миканита, может быть керамика.

Канальные ТЭны

В нагревателях этого типа керамический материал используется в качестве изолятора для концентрации тепла на нагреваемой поверхности для предотвращения потерь в системе. Плиты из керамики имеют отверстия (каналы), в которые помещаетя намотанный в спираль резистивный провод. Канальные Тэны применяются для нагрева в различных печах.

Сухие керамические ТЭНы

Данные нагреватели состоят из стеатитовых блоков, в отверстия которых продевается нихромовая греющая спираль. При нагреве жидкостей данный нагреватель помещается внутрь металлической колбы. Сухие ТЭНы часто используются в печах, гальванических ваннах, варочных котлах, пивоварнях, бойлерах, водонагревателях.

Спиральные нагреватели

Компактные и мощные спиральные ТЭНы представляют собой трубки с круглым или прямоугольным сечением с помещенной внутрь нихромовой спиралью. ТЭН завивается в спирали различного диаметра, таким образом получается нагреватель с очень восокой удельной мощносью, обеспечивающий нагрев до высоких температур при совсем малых габаритах. Спиральные нагреватели используются для нагрева литников горячеканальных систем в пресс-формах.

В данной статье перечислены далеко не все типы нагревателей, которые производит компания Элемаг. Если вы хотите узнать больше о нагревательных элементах, посмотрите наш каталог товаров или читайте подробно о каждом типе нагревателей в наших статьях. Получить консультацию по выбору нагревательных элементов вы можете по телефону или по электронной почте, указанной на сайте в контактах.

Источник

Презентация по технологии на тему: «Электронагревательные приборы»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Описание презентации по отдельным слайдам:

БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

В зависимости от назначения электроприборы условно разделяют на следующие группы: Для приготовления пищи (электрические и индукционные плиты, миксеры, овощерезки, соковыжималки, кофеварки, тостеры, блендеры и т.д.); Нагрева жидкости (чайники, самовары, кипятильники, водонагреватели); Дополнительного обогрева и вентиляции помещений (радиаторы, камины, конвекторы, обогреватель, рефлекторы, вентиляторы, кондиционеры); Личной гигиены (утюги, фены, грелки); Проведения досуга (музыкальные центры, магнитофоны, телевизоры); Бытовая техника (стиральные машины, холодильники, пылесосы); Средства связи (телефоны, радиотелефоны); Электроинструменты (паяльники, выжигатели, глянцеватели, дрели и т.д.).

Индукционные плиты Благодаря английскому физику Майклу Фарадею, о явлении электромагнитной индукции знает весь мир. Поверхность плиты – стеклокерамическая. Под ней находится индукционная катушка, под которой течет электроток с частотой 20-60 кГц. Индукционная катушка является первичной обмоткой, а посуда, которую ставят на плиту – вторичной обмоткой. В её днище подаются токи индукции. Нагревается посуда, а значит, и продукты, которые в ней находятся.

Терморегулятор В основе биметаллического терморегулятора лежит биметаллическая пластина. Медная или латунная пластина спаена со стальной пластиной, у которых различный температурный коэффициент расширения. Поэтому, при нагревании медная часть удлиняется больше стальной, что приводит к изгибанию биметаллической пластины, контакты то размыкаются, то замыкаются.

Электроотопительные приборы В качестве дополнительного обогрева применяют два типа электроотопительных приборов: инфракрасные обогреватели (электрокамины), отдающие тепло в отапливаемое помещение излучением, и электроконвекторы, отдающие тепло в основном путём конвекции – вместе с восходящими потоками нагретого прибором воздуха (отдают конвекцией до 90% тепла). К смешанному типу отопительных приборов относятся электрорадиаторы (отдают конвекцией до 50% тепла).

Правила безопасной эксплуатации бытовых электроприборов Нельзя оставлять без присмотра работающие электроприборы; Перед работой проверить исправность розетки и шнура; Нельзя проводить ремонт при включенной сети; Включать или выключать прибор только за корпус вилки; Нельзя хранить и использовать электронагревательные приборы в помещениях с повышенной влажностью (ванные комнаты, подвалы); Нельзя использовать электро- нагревательные приборы в помещениях с бетонными или токопроводящими полами, в помещениях с горючими материалами; Нельзя накрывать работающие электрорадиаторы материалами, нарушающими теплообмен.

Электрический фен Прибор, который по своей электрической схеме сопоставим к некоторым бытовым обогревающим устройствам с нагнетанием теплого воздуха. Фен обычно выполняется в виде отрезка трубы, внутри которой располагаются вентилятор и электронагреватель. Часто корпус фена оснащается пистолетной рукояткой. Вентилятор втягивает воздух через один из срезов трубы, поток воздуха проходит мимо электронагревателя, нагревается и покидает трубу через противоположный срез. На выходной срез трубы фена могут быть установлены различные насадки, изменяющие конфигурацию воздушного потока.

Электрический фен Принцип действия- одинаков. Различие в температуре и скорости потока воздуха на выходе прибора Разновидности: 1.фен для сушки волос 2.технический фен.

Вопросы самоконтроля: На какие классы по своему назначению подразделяются электронагревательные приборы? Какие требования предъявляются к нагревательному элементу электронагревательного прибора? Какие проводниковые материалы используют для изготовления нагревателя? Какие типы нагревательных элементов вам известны и как они устроены? Какие типы конфорок вы знаете? Какие коэффициенты полезного действия имеют конфорки электроплит и при каких условиях реализуются такие коэффициенты? Как можно регулировать температуру нагрева и потребляемую мощность конфорки?

Спасибо за внимание!

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Технология: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Актуальные вопросы преподавания технологии в условиях реализации ФГОС

Номер материала: ДБ-271500

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

В Тюменской области студенты и школьники перейдут на дистанционное обучение

Время чтения: 2 минуты

Роспотребнадзор продлил действие санитарных правил для образовательных учреждений

Время чтения: 1 минута

Москалькова предложила создать рекомендации подросткам по использованию соцсетей

Время чтения: 1 минута

В школе в Пермском крае произошла стрельба

Время чтения: 1 минута

«Спутник» объявили словом года в России

Время чтения: 2 минуты

Рособрнадзор открыл горячую линию по вопросам контрольных в школах

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник