Устройство тэнов

Тепловой электронагреватель – он же ТЭН – прибор трубчатой формы, изготовленный из разных материалов:

• стекло;
• жаропрочная керамика;
• металлы – в чистом виде и сплавах.

В центре трубок имеются нити или спирали. Обычно материалом изготовления является нихром. Хотя есть и модели ТЭНов, спираль в которых произведена из других материалов.

Свободное место между корпусом и спиралью заполняется диэлектриком с достаточными показателями теплопроводимости. Он должен обеспечивать изоляцию от поражения электрическим током и показывать устойчивость к воздействию со стороны высоких температур.

Спираль из нихрома имеет показатели электросопротивления как раз в таких параметрах, чтобы можно было обеспечивать нужную мощность и соответствующие температуры на трубке нагревателя.

Простейшие конструкции ТЭНа

ТЭНы не относятся к современным изобретениям. Патент на изобретение был вручен еще в 1859 году изобретателю Джорджу Симпсону (Соединенные Штаты).

Это была обыкновенная спираль, ничем не защищенная. Она не могла обеспечить безопасность во время эксплуатации, но со своими прямыми обязанностями по нагреванию среды справлялась. В основе функционирования лежало тепловое воздействие электрического тока. Движущиеся внутри проводника заряженные частицы разгонялись до такой скорости, что приобретали кинетическую энергию, преобразуемую затем во внутреннюю самого нагревательного элемента.

Благодаря конструктивной простоте первых ТЭНов, изготовить их мог каждый, кто имел под рукой несложные инструменты и заготовку для спирали.

Если знать, какой длины провод и его диаметр, то можно было более-менее верно рассчитать спираль для необходимой мощности нагревателя. Приведем одну из таблиц расчета для напряжения 220 вольт:

Первые ТЭНы примерно так и производились. Имея представление о необходимой мощности, зная значение диаметра провода, оставалось отрезать нужный по длине фрагмент, осуществить его навивку на болванку требуемой толщины.

Ни о какой защите такого ТЭНа говорить не приходилось. И если учесть, что температурные нагревы сопровождались достаточно высокими значениями – порядка 800 и даже больше градусов Цельсия, то был риск получения ожогов и поражения током.

Раскаленные докрасна спирали сжигали кислород, привлекая к себе соринки и пылинки из окружающего воздуха, издавали неприятные запахи, в отдельных случаях такие ТЭНы могли послужить и причиной пожара. Поэтому изобретатели (и сам Симпсон) занялись поиском защиты спирали. Сейчас использование открытой спирали в нагревателях любого типа запрещено.

Общая конструкция ТЭНа

На приведенной выше схеме даны основные элементы ТЭН:

1. Защитная трубка.
2. Нагревательная спираль.
3. Изолирующие слои.
4. Контактные группы.

Если планируется эксплуатировать трубчатые ТЭНы в агрессивных средах или обычной воде, то саму трубку производят из материала, не подверженного коррозийным явлениям. Как раз такие трубки и встречаются в большинстве моделей нагревательных приборов бытового и промышленного назначения.

Стекло является почти стопроцентно химически неактивным, и трубки из него могут быть применены в разных промышленных эксплуатационных условиях. Реже используются трубки, изготовленные из керамических компонентов, тем более – из металлов и сплавов.

Значения диаметра трубок могут быть разными, по назначению нагревательного элемента и прибора (в большинстве случаев, от 6 до 24 миллиметров).

Непременным конструктивным элементом любого ТЭНа является изолирующий слой. Его задача – не допустить проведения тока от спирали к поверхности трубки, чтобы пользователь не получил электроудар. Однако при этом материал, из которого данный слой был реализован, должен отличаться хорошей теплопроводностью для эффективной передачи тепла.

Нетрудно догадаться, что контактные группы служат для подключения ТЭНа к источнику электричества. Как правило, они представлены в виде проводящих клемм, которые размещаются на токоизолирующих вставках. Выводы могут быть реализованы как в одноконцевом, так и в двухконцевом вариантах. В первом случае контактные выводы располагаются с одной стороны нагревательного элемента, во втором – сразу с двух.

Некоторые трубчатые ТЭНы могут конструктивно предусматривать наличие дополнительных элементов. К примеру, современные модели бытовой техники обязаны иметь термопредохранители, а ТЭН для бойлерного нагревателя еще и дополняется анодным стержнем (как правило, из магния), который способствует увеличению срока службы изделия.

ТЭН для нагревания воздуха и газообразных сред

Данная разновидность ТЭНов может применяться в промышленных и бытовых калориферах, для формирования тепловых воздушных завес, а также в конвекторных устройствах, сушилках воздушного типа. Такие нагревательные элементы используются как в гладком трубчатом исполнении, так и в изогнутом, оребренном. Температурный показатель их функционирования находится примерно на отметке 450 градусов Цельсия.

ТЭН оребренного типа предназначается, как правило, именно для осуществления нагрева воздушных масс. Лишь изредка их используют для работы внутри жидких сред. Такой прибор представлен в виде двухконцевой круглой трубки, к активной поверхности которой прилегает специальная ребристая стальная лента. В толщину лента составляет порядка 0.3 миллиметров, а в ширину – 1 сантиметр.

Суть в том, что ребристая поверхность формирует увеличенную площадь, благодаря чему показатели нагрузок непосредственно на нагревательный элемент можно снизить в 2-3 раза.

ТЭН для нагрева воды и жидких сред

Данная разновидность ТЭНов, как нетрудно догадаться, используется во всевозможных автоклавах, бойлерных бытовых и промышленных нагревателях, в посудомоечных и стиральных машинах и т.п. устройствах, где необходимо обеспечить прогрев воды.

Применяемый ТЭН в быту оснащается терморегулирующим устройством с целью ограничения температуры нагрева ниже точки кипения. Это необходимо и для обеспечения безопасности, и для экономии электроэнергии.

ТЭН гибкой конструкции

Гибкий ТЭН незаменим, например, в горячеканальной системе и пресс-форме. Удобство таких элементов состоит в возможности придать им любые формы, при этом можно будет обеспечить равномерный прогрев поверхностей. В плане типоразмеров такие элементы бывают разными в зависимости от области своего применения.

ТЭН патронного типа

Такие ТЭНы находят применение во всевозможных промышленных агрегатах. Малоразмерные элементы используют, к примеру, во время переработки полимеров, в соплах литьевых прессовых установок. Всевозможные термоспайки также проводятся посредством данных ТЭНов.

Разнообразие форм

В зависимости от предназначения, габаритов установки и других параметров, нагревательные элементы могут иметь разные формы. Это стало возможным благодаря тому, что внешняя трубка и имеющаяся внутри нее спираль поддаются свободным деформациям.

Формы элементов подвергают изменениям с целью увеличения теплообменной площади. Кроме того, изогнутые ТЭНы отличаются большей компактностью, что позволяет поместить их внутри самых разных устройств.

При необходимости замены фигурного нагревательного элемента нужно приобретать ТЭН той формы, которая была у прежней модели.

Плюсы и минусы

Распространенность трубчатых ТЭНов обусловлена их многочисленными достоинствами:

• высокая надежность при повседневной эксплуатации;
• повышенная устойчивость к вибрационным и физическим ударным воздействиям;
• способность выдерживать температуры в сотни градусов;
• универсальность применения;
• отличные показатели безопасности для потребителя.

Однако устройства обладают повышенными показателями металлоемкости. Наиболее значимым недостатком по-прежнему считается невозможность ремонта ТЭНа в случае его перегорания. Замена возможна лишь на элемент той же самой модели.

Сфера применения

Области использования ТЭНов обширны – бытовое во всевозможных нагревательных приборах и промышленное. Сталелитейная промышленность, изготовление обуви, автомобилей, мебели, изделий из древесины, организация сушек, промышленного и бытового нагрева воды, отопление – вот лишь небольшой список сфер применения.