Основное устройство и принцип работы электрических нагревателей
Garant-vl.ru

Строительный портал

Основное устройство и принцип работы электрических нагревателей

Трубчатые электрические нагреватели — ТЭНы: устройство, выбор, эксплуатация, подключение ТЭНов

Любой электрический нагреватель сопротивления представляет собой высокоомное сопротивление (нагревательный элемент), оборудованный вспомогательными устройствами для подвода тока, электроизоляции, защиты от механических повреждений, крепления.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) являются наиболее распространенными электротермическими устройствами установок низко- и среднетемпературного нагрева. Они полностью защищены от внешних воздействий, в том числе от доступа воздуха.

Обычно ТЭН состоит из тонкостенной (0,8 — 1,2 мм) металлической трубки (оболочки), в которой размещена спираль из проволоки большого удельного электрического сопротивления. Концы спирали соединены с контактным стержнем, наружные выводы которого служат для подключения нагревателя к питающей сети. Материалом трубки может быть углеродистая сталь, если температура поверхности ТЭНа в рабочем режиме не превышает 450 гр. С, и нержавеющая сталь при более высоких температурах или при работе ТЭНа в агрессивных средах.

Устройство ТЭНа. Трубчатый электронагреватель (ТЭН) герметического исполнения: 1 — нихромовая спираль, 2 — трубка, 3 — наполнитель, 4 — выводная шпилька, 5 — герметизирующая уплотнительная втулка, 6 — гайка для крепления, 7 — выводы.

Спираль изолируют от трубки наполнителем, имеющим высокие электроизоляционные свойства и хорошо проводящим теплоту. В качестве наполнителя, чаще всего, применяют периклаз (кристаллическая смесь магния). После заполнения наполнителя трубку ТЭНа опрессовывают. Под большим давлением периклаз превращается в монолит, надежно фиксирующий спираль по оси трубки ТЭНа. Опрессованный ТЭН может быть изогнут для придания необходимой формы. Контактные стержни ТЭНа изолируют от трубки изолятором, торцы герметизируют влагозащищенным кремнийограническим лаком.

Достоинства и недостатки ТЭНов

Преимущество ТЭНов — универсальность, надежность и безопасность обслуживания. Их можно использовать при контакте с газообразными и жидкими средами. ТЭны не боятся вибраций и ударов, но не являются взрывобезопасными. Рабочая температура ТЭНов может достигать 800 гр. С, что удовлетворяет использовать их не только в установках кондуктивного и конвекционного нагрева, но и в качестве излучателей в установках лучистого (инфракрасного) нагрева. Вследствие герметизации спиралей срок службы ТЭНов достигает 10 тысяч часов.

ТЭНы выпускают разнообразной конструкции, что позволяет встраивать их в самые разные установки, начиная от промышленных печей и до бытовых электронагревательных приборов. Помимо обычного исполнения выпускают одноконцевые ТЭНы патронного типа с диаметром от 6,5 до 20 мм, отличающиеся высокой удельной поверхностной мощностью, а также плоские ТЭНы с развитой теплоотдающей поверхностью.

К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую металлоемкость и стоимость из-за использования дорогостоящих материалов (нихром, нержавеющая сталь), не очень высокий срок службы, невозможность ремонта при перегорании спирали.

Трубчатый электронагреватель из трех элементов НВ-5,4 / 9,0

Как выбрать ТЭН

Выпускаются ТЭНы мощностью от 15 Вт до 15 кВт в единице, развернутой длиной от 250 до 6300 мм, наружным диаметром от 7 до 19 мм и номинальным напряжением от 12 до 380 В в одно или трехэлементном исполнении.

При выборе ТЭНов необходимо учитывать: назначение ТЭНа, его мощность, питающее напряжение, условия эксплуатации (нагреваемая среда, характер нагрева, условия теплообмена, необходимую температуру).

Мощность, которую можно снять с единицы поверхности трубки ТЭНа (удельная нагрузка), ависит от условий работы, материала трубки и материала наполнителя.

ТЭНы выбирают из расчетной мощности необходимой для нагрева среды: P расч = (Кз х Рпол) / кпд, где Кз — коэффициент запаса (1,1 — 1,3), кпд — КПД, учитывающий потери мощности.

Из каталога находят ТЭН, соответствующий условиям эксплуатации по напряжению, мощности. температуре оболочки и нагреваемой среде, а аткже форме, возможности размещения ТЭНа в рабочем пространстве. Затем определяют число ТЭНов в зависимости от Ррасч и единичной мощности ТЭНов.

Основные причины отказы ТЭНов в процессе эксплуатации — нарушение герметизации выводных концов, коррозионное нарушение оболочки, разрыв спирали из-за перегрева. Эти причины вызваны чрезмерными усилиями на контактные стержни при подключении проводов к ТЭНам, образование слоя накипина поверхности трубки ТЭНа.

Надежность работы трубчатых электронагревателей можно увеличить при выполнении следующих рекомендаций:

1) При подключении проводов к ТЭНам не следует прикладывать к гайкам контактных стержней излишнее усилие, в результате которого нарушается герметичность выводных концов ТЭНа.

2) Необходимо исключить работу ТЭНов без воды.

3) Необходимо очищать накипь с поверхности ТЭНов 1 раз в 2-3 месяца, не допуская отложений на ТЭНе толщиной более 2 мм.

Устройство и принцип работы водонагревателя

Бесперебойный доступ к горячей воде обеспечивает человеку комфорт в жилых, производственных и офисных помещениях. Наличие возможности подключения к централизованным сетям горячего водоснабжения не гарантирует постоянную подачу подогретой воды в связи с профилактическими работами и аварийными ситуациями. Для загородных домов, дач и других строений, где нет магистральных тепловых сетей эта проблема многократно усиливается. Есть ли выход из этой ситуации? Конечно, есть! Необходимо просто установить водонагреватель и доступ к горячей воде будет обеспечен практически круглогодично.

Современное водонагревательное оборудование использует в своей работе различные виды энергоносителей: электроэнергию, природный газ, жидкое и твердое топливо. Одним из самых распространенных видов водонагревателей являются электрические приборы в разнообразных исполнениях. В этой статье мы рассмотрим основные типы такого электротермического оборудования, принцип работы водонагревателей, а также их конструктивные и технологические особенности. В заключение будут приставлены наиболее популярные модели бойлеров и водонагревателей на российском рынке такой техники.

Типы электрических водонагревателей

Наиболее экономичный способ нагрева холодной воды — это использование газовой колонки, но в большинстве случаев этот нагревательный прибор просто невозможно установить. В многоэтажных домах чаще всего отсутствуют специальные системы отвода отходов горения природного газа, а многие частные дома и дачи не газифицированы. Поэтому в этом случае монтаж электрических приборов для получения горячей воды не имеет альтернативы. Все электрические водонагреватели делятся всего на два типа: накопительные (бойлеры) и проточные. Ниже мы кратко рассмотрим принцип действия каждого типа по отдельности.

  1. Электрический накопительный водонагреватель (бойлер). Этот прибор чаще всего называют бойлером. Устройство представляет собой простой бак для воды с установленными нагревательными элементами (ТЭНами) и электронными или механическими системами управления. Сама емкость имеет термоизоляцию от внешней среды, что позволяет существенно экономить электроэнергию. Принцип работы накопительного водонагревателя статический. Бак заполняется холодной водой и она нагревается с помощью ТЭНов. Весь процесс нагрева и поддержания необходимой температуры происходит под управлением блока автоматики.

  1. Проточный электрический водонагревательный прибор. Принцип работы проточного водонагревателя динамический. В этом устройстве нет накопительной емкости для холодной воды. Процесс нагрева воды ТЭНами происходит в специальных трубах и змеевиках при постоянном потоке водной среды через эти элементы. Как и в накопительных системах, в проточных водонагревателях реализован принцип механического или автоматического управления с помощью электронного блока. Для быстрого нагрева сильного потока воды до необходимой температуры проточный электронагреватель должен иметь достаточную мощность, что является определенным недостатком.

Эти два типа электрических водонагревателей могут иметь различное исполнение. Существуют приборы с косвенным нагревом, где тепловая энергия передается воде через дополнительный теплоноситель в теплообменном модуле. В этом случае нагревательные элементы подогревают специальную жидкость, которая, в свою очередь, передает тепло холодной воде в теплообменнике. Кроме того, в качестве элементов нагрева могут использоваться не только ТЭНы, но и другие устройства, например, инфракрасные источники.

Но все эти устройства намного дороже, поэтому в основном используются проточные и накопительные водонагреватели с прямым подогревом воды нагревательными элементами сопротивления, то есть ТЭНами. Ниже мы более подробно рассмотрим устройство, принцип работы, преимущества и недостатки обеих типов электрического водонагревательного оборудования. Это позволит вам сделать правильный выбор устройства для бесперебойного обеспечения горячей водой своего жилья, офиса или хозяйственного помещения.

Накопительный водонагреватель

Устройство накопительного водонагревателя довольно простое. Главным элементом прибора является емкость для воды, изготовленная из нержавеющей стали или алюминия. Если бак изготовлен из простой стали, то его внутренняя поверхность бака покрывается специальными материалами, улучшающими его эксплуатационные характеристики коррозионную стойкость. В накопительном баке устанавливается нагревательный модуль, состоящий из одного или нескольких ТЭНов. ТЭНы могут быть «мокрыми» или «сухими». В первом случае нагревательный элемент контактирует непосредственно с водой, а во втором он помещается в трубку, которая и нагревает воду.

Вся эта конструкция помещается во внешний кожух и изолируется от него специальным термоизоляционным материалом. В баке устанавливается термостат и другие необходимые датчики, подключенные к системе автоматики и информационным модулям. На внешней оболочке прибора монтируется система управления, механическая или электронная. Ниже представлена классическая схема накопительного водонагревателя в разрезе с минимально-необходимым набором элементов.

Как работает накопительный водонагреватель? Все довольно просто! Принцип действия бойлера построен на свойствах воды с разной температурой. Как мы знаем из школьного курса физики теплая жидкость стремится вверх, а холодная вниз. Именно на этом физическом явлении и построена работа всех накопительных водонагревателей. Снизу прибора подается холодная вода и нагревается ТЭНом. Поднимаясь она удаляется из бака через высокий патрубок забора горячей воды. Сам процесс простой, но для надежного функционирования всей системы требуется установка дополнительных элементов и систем как внутри бака, так и на защитном кожухе.

Читать еще:  Крыльцо из бревен своими руками

Внутри накопительной емкости устанавливается магниевый анод, который необходим для уменьшения количества свободных ионов в воде. Этот элемент позволяет заметно уменьшить коррозию внутренних частей бойлера. А также в баке устанавливается термостат, позволяющий регулировать температуру воды и отключать ТЭНы при достижении необходимого температурного режима. Весь процесс нагрева и отбора горячей воды в бойлере представлен на следующем рисунке.

В большинстве электрических накопительных водонагревателей устанавливаются датчики температуры, с выводом показаний на электронный дисплей или механический термометр. Подача холодной воды осуществляется через кран с обратным предохранительным клапаном. Управление режимами работы бойлера осуществляется как электронными модулями, так и механическими регуляторами в более простых моделях. К достоинствам накопительных электрических водонагревателей можно отнести возможность нагрева больших масс воды и низкое энергопотребление, а к недостаткам высокую стоимость.

Проточный водонагреватель

Устройство проточного водонагревателя полностью отличается от схемы принципа действия накопительного оборудования. Этот прибор не имеет емкости для накопления воды, а ее нагрев происходит при постоянном потоке жидкости через нагревательный модуль. В качестве такого модуля используется конструкция из труб с ТЭНами, которые могут располагаться как снаружи, так и внутри конструкции. Лучшим материалом для изготовления нагревательного модуля является медь, но в более дешевых моделях может быть использована нержавеющая сталь или алюминий.

Кроме модуля для нагрева воды в состав прибора входят различные дополнительные устройства. Датчик потока воды необходим для определения минимального напора воды, при котором можно эксплуатировать водонагреватель. Температурный датчик, регулятор температуры (термостат) предназначены для управления режимами работы. Тепловой предохранитель отключает систему при превышении максимально возможных температурах потока воды. На нижеприведенной картинке показана классическая схема электрического проточного водонагревателя в разрезе.

Как работает проточный водонагреватель? Этот процесс будет понятен даже школьнику! Из представленной схемы понятно, что холодная вода попадает в прибор через патрубок, а доступ в нагревательный модуль ей открывает реле давления. При низком давлении водонагреватель функционировать не будет. Регулятор температуры управляет процессом нагрева. Вода, нагретая до необходимой температуры, выводится наружу и подается в смеситель для использования потребителем. К достоинствам проточных электрических водонагревателей можно отнести невысокую стоимость и мгновенный нагрев воды, а к недостаткам высокое электропотребление и особые условия к электропроводке.

Обзор рынка электрических водонагревателей

В настоящее время на российском рынке электрического водонагревательного оборудования присутствует большее количество производителей как отечественных, так и иностранных. Конечно в основном доминируют иностранные производители такие как MTS и Lorenzi Vasco, но называть их продукцию чистым импортом нельзя. Большинство компаний открывает в России собственные производственные мощности полного цикла, с изготовлением основных комплектующих изделий. Это позволяет снизить себестоимость продукции и сделать ее доступной широкому кругу покупателей. Одной из таких компаний является итальянская корпорация Thermex, продукция которой уже практически стала российским брендом.

Более двадцати лет компания «Термекс» успешно работает в России, открывает собственные заводы и обеспечивает наш рынок электрическими водонагревателями высокого качества. Модельный ряд от этого производителя включает все типы электрического оборудования для нагрева воды. Популярность водонагревателя Термекс среди потребителей очень высока за счет инновационных идей, используемых при его изготовлении. Принцип работы водонагревателя Термекс, независимо от типа устройства, не отличается от аналогичных изделий других производителей. Но сразу следует сказать, что продукция компании завоевала доверие российского покупателя своими техническими характеристиками и доступной ценой.

Чем же так хороши водонагреватели от корпорации «Термекс»? Все очень просто! Модельный ряд продукции очень широк и позволяет практически любому потребителю подобрать оборудование для нагрева воды под свои нужды. Электрические накопительные водонагреватели Термекс выпускаются в широком диапазоне внутренних объемов от 10 до 300 литров. Проточные нагреватели различной мощности позволяют практически мгновенно нагреть проточную холодную воду до необходимой температуры.

К другим преимуществам электрических водонагревателей Термекс можно отнести следующие технологические и конструктивные особенности:

  • модельный ряд накопительных водонагревателей состоит как из круглых, так и плоских моделей различного объема с лаконичным дизайном;
  • качественная теплоизоляция изделий и автоматический контроль режимов работы позволяют значительно экономить электроэнергию;
  • в различных моделях используется как электронное, так и механическое управление, что позволяет оптимизировать весь процесс нагрева воды;
  • баки накопительных водонагревателей изготавливаются из специальной нержавеющей стали с высокой антикоррозионной стойкостью;
  • в проточных водонагревателях нагревательный модуль полностью производится из меди, что повышает его надежность и долговечность;
  • в некоторых моделях накопительных водонагревателей внутренняя поверхность баков покрывается биостеклофарфором, который полностью исключает коррозию емкости.

Кроме этого, в модельный ряд продукции от компании «Термекс» входят электрические водонагреватели с комбинированной системой нагрева воды.

Заключительная часть

Выбор типа оборудования для нагрева вода зависит от условий использования данной техники и финансовых возможностей потребителя. Если вам необходима основательная система с большими объема, то следует отдать предпочтение накопительным приборам, невзирая на затраты. Для тех кому горячая вода необходима здесь и сейчас в небольших объемах отлично подойдут проточные водонагреватели.

Видео по теме

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.

Читать еще:  Что есть в любой печке

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.

Устройство и принцип работы накопительного электрического водонагревателя

Стандартный принцип работы накопительного электрического водонагревателя объясняется взаимосвязью между конструктивными элементами водогрейного оборудования и простыми законами элементарной физики.

Температура и скорость нагрева, а также объём воды напрямую зависят от нескольких факторов, которые обязательно должны учитываться при выборе бойлера.

Устройство электрического водонагревателя накопительного

Базовая комплектация накопительного водогрейного оборудования электрического типа представлена:

  • стандартным корпусом;
  • баком с теплоизолирующим слоем;
  • нагревательными элементами в виде ТЭНов;
  • защитным магниевым анодом;
  • термостатом;
  • блоком для управления;
  • системой безопасности;
  • индикаторным элементом;
  • электрическим кабелем.

В подобном типе оборудования использование горячей воды возможно исключительно после полного нагрева, поэтому предварительный процесс подготовки жидкости является обязательным.

Корпус водогрейного прибора

Электрические накопительные бойлеры, как правило, характеризуются наличием внешней оболочки, представленной стальным корпусом. Водогрейные приборы с минимальным полезным объемом, который не превышает 15 л, чаще всего выпускаются с высокопрочным пластиковым корпусом.

Горизонтальный накопительный водонагреватель

Модельный ряд, представленный водонагревательными приборами с объемом в 30 л, чаще всего имеют комбинированный металло-пластиковый корпус. По форме в настоящее время выпускаются приборы цилиндрического, прямоугольного и slim типа.

Как производится установка водонагревателя в ванной комнате, вы узнаете на нашем сайте. Общие правила и рекомендации.

Критерии выбора электрического бойлера для воды представлены здесь.

Какой водонагреватель лучше выбрать – проточный или накопительный? Сравнение этих приборов приведено по ссылке.

Особенности бака

Наиболее современные накопительные водонагреватели обладают баком, выполненным на основе стабилизированных и высокопрочных стальных сплавов, которые характеризуются устойчивостью к коррозийным изменениям.

Внутренняя поверхность покрывается слоем стеклофарфора, который подвергается высокотемпературному обжигу. Стеклофарфоровое покрытие является химически нейтральным и коррозионно-устойчивым.

Устройство накопительного водонагревателя для вертикального монтажа

Особая кристаллическая структура стеклофарфорового бака способна выдержать даже очень высокие деформирующие нагрузки. Защиту внутреннего бака осуществляет магниевый анод, который эффективно предотвращает процессы коррозии электрохимического типа.

Нагревательные элементы и магниевый анод

Одним из основных конструктивных элементов водогрейного оборудования является стальной фланец, используемый для фиксации термо-электронагревателя в виде нихромовой спирали в медном кожухе, а также магниевого жертвенного анода и термостата.

Особенностью опорного фланца съемного типа является его закрепление на корпусе оборудования посредством обычного резьбового или болтового соединения.

Блок управления

Блок, отвечающий за управление и контроль водогрейной системы, включает в себя целый набор датчиков и специальных приборов, что позволяет осуществлять выбор и последующий контроль температурного режима нагреваемой воды, а также расход холодного и горячего водоснабжения. Также посредством специальных приборов производится контроль наполненности бака водой.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает накопительный водонагреватель электрический. Накопительное водогрейное оборудование электрического типа отличается особым принципом функционирования, основанным на перемещении наиболее горячих водяных слоев вверх, и сдвиге холодной воды, обладающей высокой плотностью, в нижнюю часть резервуара с нагревательными элементами.

Первичное подключение водонагревательного прибора к электрической сети сопровождается включением ТЭНа и подогревом воды до температурного режима, при котором термостатные контакты провоцируют размыкание электрической цепи.

Принцип работы водонагревателя

Процессу инверсии подогретой до заданных показателей воды в подающую магистральную систему препятствует установленное обратное клапанное устройство. Именно благодаря наличию такой арматуры движение водного потока происходит только в одном направлении.

Открывание расходного крана в водоразборной точке вызывает поступление горячей воды к потребителям посредством специального патрубка, что сопровождается снижением показателей давления внутри накопительного резервуара. В результате происходит заполнение водогрейного бака холодной водой из водопроводной системы.

Присутствие на входном патрубке функционального рассекателя не позволяет горячей воде смешиваться с поступающими внутрь водогрейного резервуара холодными водяными потоками. Рассекающее устройство распределяет струю и одновременно снижает скорость её перемещения. Именно по этой причине поток холодной воды равномерно распределяется по самой нижней части водогрейного прибора, что позволяет установленному ТЭНу осуществлять эффективный нагрев.

Схема работы накопительного водонагревателя

Стандартная схема работы водогрейного оборудования базируется на принципе разделения нескольких водных слоев, отличающихся разным температурным режимом. Отбор горячей жидкости из водонагревателя производится через патрубок горячего водоснабжения.

Такая трубка имеет строго определенную длину, достигающую верхнего, наиболее прогретого слоя. Законы физики не позволяют располагать параллельно водогрейный прибор вертикальной конструкции.

Электрическая схема накопительного водонагревателя

Факторы, от которых зависит скорость нагрева

В любых накопительных водогреях, функционирующих с использованием электрической энергии, процесс нагрева воды осуществляется одним или двумя нагревательными элементами, которые могут обладать различными показателями мощности.

Комплектация небольших по объёму резервуаров (не более 15 л) представлена, как правило, одним нагревательным элементом мощностью 1,0 кВт. В накопительных электрических водонагревателях полезным объёмом 50 л чаще всего устанавливается ТЭН на 1,5 кВт. Высокомощные водогрейные конструкции, имеющие резервуар на уровне 100 л, оснащаются нагревательным элементом с мощность в 2,0-2,5 кВт.

Такой вариант нагревательного элемента носит название «мокрый».

Вода нагревается при соприкосновении с нагревательным элементом.

Время нагрева воды напрямую зависит от таких факторов, как мощность бойлера, площадь поверхности нагревательного элемента, а также коэффициент тепловой отдачи.

Читать еще:  Плотность разных видов строительного щебня в кг/м3

Современные проточники очень удобны в эксплуатации. Подключение проточного водонагревателя к электросети можно произвести своими руками, нужно лишь знать некоторые тонкости.

О том, что такое магниевый анод, для чего он нужен и как его заменить, читайте в этой публикации.

Чтобы сохранить воду в нагретом состоянии в условиях уже отключенного нагревательного элемента, необходимо изолировать накопительный резервуар от тепловых потерь. Поэтому крайне важно приобретать современное накопительное водогрейное оборудование, обладающее достаточным количеством высококачественного и долговечного теплоизоляционного материала.

Трубчатый электронагреватель

Трубчатый электронагреватель (ТЭН) — универсальное устройство, которое используется в различных бытовых приборах. Впервые такая конструкция была предложена американским изобретателем Симпсоном в 1859 году. Промышленное производство ТЭНов в исполнении, которое позволяет изгибать изделие под требуемым углом, было налажено фирмой General Electric в 1918 году. Конструкция этого устройства обеспечивает эффективный нагрев.

Принцип работы

В трубчатых электронагревателях происходит преобразование электроэнергии в тепловую. При этом рабочая среда нагревается конвекцией, излучением или за счет теплопроводности. Простота конструкции и надежность делает возможным использование устройства в бытовых приборах для нагрева различных рабочих сред. Его уникальность заключается в возможности использования при непосредственном контакте с нагреваемой средой в условиях атмосферного и повышенного давления. Трубчатые электронагреватели обладают устойчивостью к ударам и вибрациям.

Водонагревательные устройства

Трубчатый электронагреватель — основной элемент конструкции бойлеров, благодаря которому обеспечивается нагрев воды в баке. В его работе использован общий для подобных устройств принцип — при прохождении электрического тока по нагревательному элементу выделяется тепло, которое передается рабочей среде.

Особенности конструкции

Трубчатые электронагреватели подразделяются на «мокрые», которые имеют контакт с рабочей средой, и «сухие», не соприкасающиеся с ней.

Первый вариант исполнения называется открытым и предусматривает в своей конструкции стальную или медную трубку, которая заполнена веществом с высокой теплопроводностью. Во внутренней части находится нихромовая спираль, обладающая отличными электротехническими свойствами.

Второй вариант — закрытый. В нем используется специальная колба с особыми свойствами. Она изготавливается из магниевого силиката или стеатита. В этом случае передача тепла рабочей среде осуществляется посредством этого кожуха, который имеет с ней непосредственный контакт.

Мокрые ТЭНы

Трубчатые электронагреватели этого типа различаются имеют различную конфигурацию и отличаются мощностью. В зависимости от конструкции они предусматривают гаечное или фланцевое крепление. Производители бойлеров могут использовать фланцы путем литья или штамповки.

Некоторые модели предусматривают крепление для анода. В более простых конструкциях анод не используется. Тип бака бойлера определяет форму трубчатого электронагревателя. ТЭН может быть прямым или гнутым под определенным углом. Материалом нагревательного элемента, как правило, служит сталь или медь.

Сухие ТЭНы

Конструкция представляет собой стержень определенной длины и диаметра. Это менее универсальные устройства, так как изготавливаются для определенной модели водонагревателя. Они обеспечивают быстрый нагрев воды и бесперебойной водоснабжение при возрастании водозабора.

Сравнение «мокрой» и «сухой» конструкций

При фланцевой установке контакт трубчатого электронагревателя с жидкостью неизбежен. В процессе эксплуатации на нем образуется накипь и ржавчина, что приводит к снижению эффективности работы прибора и увеличению потребления электроэнергии. Кроме того, нарушается теплоотвод от поверхности ТЭНа, что приводит к отклонению от нормы термических показателей. Совокупность этих факторов обуславливает быстрый износ устройства. Для увеличения срока службы выполняют мероприятия по сервисному обслуживанию, которые связаны с определенными трудностями, и требуют слива воды из бака.

Фланец и колба «сухого» ТЭНа представляет собой единую конструкцию. Благодаря специальному покрытию внутренней части фланца, обеспечивается надежная защита от развития коррозии и не допускается появление отложений. Для заполнения пространства между элементами устройства используется масло или песок. Масляный вариант обеспечивает высокую скорость нагрева воды в баке за счет большей теплопроводности масла по сравнению с воздухом. За счет этого снижаются затраты электроэнергии. Модели, в которых используется песок, облегчают конструкцию без снижения ее эффективности.

Безопасность эксплуатации «мокрых» трубчатых электронагревателей снижается по мере увеличения слоя отложений на нем. Накипь может стать причиной пробоя, вследствие которого возникает вероятность электрического удара. Закрытые модели исключают возникновение подобного явления. Керамика или стеклокерамика, используемая для изготовления колб, не создает условий для скопления отложений и не допускает перегрева устройства. При этом упрощается сервисное обслуживание ТЭНа, так как нет необходимости удалять воду из бака при выполнении этой операции.

Изделия сухого типа — компактные, поэтому имеется возможность установки в один бойлер двух нагревательных элементов. Это способствует увеличению надежности и срока эксплуатации водонагревателя, который составляет около 15 лет. При использовании «мокрых» нагревательных элементов срок службы не превышает 5 лет.

Стиральные машины

Для выполнения своей функции стиральной машине требуется только холодная вода, так как конструкция агрегата предусматривает в своем составе трубчатый электронагреватель. Нагрев воды до требуемой температуры осуществляется благодаря ТЭНу, встроенному в бак.

Как правило, для нагревательного элемента отводится место в нижней части аппарата, которое защищено передней или задней крышкой. В некоторых моделях ТЭН устанавливается сбоку и закрыт стенкой стиральной машины.

Принцип действия

Внутри нагревательного элемента находится проводник, который обладает высоким электрическим сопротивлением, и способен нагреваться до высокой температуры. Он имеет оболочку из диэлектрика с высокой теплопроводностью, который предназначен для передачи тепла в рабочую среду. Нагревательная спираль имеет на концах контакты, которые соединяются с электрической сетью, и подают напряжение. Для определения температуры нагрева воды рядом установлен термодатчик.

Одновременно с запуском определенной программы стирки управляющий блок стиральной машины подает команду на трубчатый электронагреватель, которая обеспечивает поступление тока на устройство. При прохождении тока ТЭН нагревается и отдает тепло воде в баке. При достижении температуры, заданной программой, с датчика поступает сигнал на управляющий блок, и он прекращает подачу электроэнергии на ТЭН.

Основные характеристики

Основной параметр трубчатого электронагревателя — это его мощность, которая может достигать величины в 2,2 кВт. Скорость нагрева воды в баке стиральной машины напрямую зависит от этой характеристики. Электрическое сопротивление элемент находится в диапазоне 20-40 Ом. Непродолжительные изменения напряжения в сети не оказывает влияния на работу прибора, так как он обладает большим сопротивлением и инерционностью.

Причины выхода из строя

Заводской брак — редкая, но вероятная причина поломки трубчатого электронагревателя. Для устранения неисправности необходимо заменить элемент на новый с подходящими параметрами.

Основная проблема, возникающая при эксплуатации стиральной машины, связана с образованием накипи на поверхности ТЭНа. Присутствие отложений на поверхности устройства приводит к снижению его эффективности. Кроме этого, накипь обеспечивает условия для развития коррозионных процессов, которые становятся причиной разгерметизации металлического корпуса и короткого замыкания.

В обоих случаях ТЭН не подлежит ремонту, а требует замены.

Особенности конструкции

Конфигурация ТЭНа зависит от модели стиральной машины. Чаще всего, эта деталь принимает W- и U-образную форму. Кроме того, существуют варианты исполнения в виде спирали.

Для крепления трубчатого электронагревателя используются различные способы, а для соединения с электросетью используются клеммы разной высоты. Нередко для фиксации устройства применяется штуцер, диаметр фланца которого зависит от модели аппарата.

В конструкцию могут входить предохранители, которые защищают от перегрева, и температурный датчик.

При замене трубчатого электронагревателя следует обратить внимание на мощность новой детали. При несоответствии этого параметра правильность выполнения программы стирки, требуемая скорость и степень нагрева не гарантируются.

Холодильники

Казалось бы, что может быть общего у холодильников и нагревательных элементов, ведь они выполняют противоположные функции. Однако трубчатые электронагреватели играют важную роль в холодильном оборудовании. Они имеют специфическую конструкцию и обладают гибкостью, и выполняют несколько функций.

Назначение

Вода способна конденсироваться на охлажденных поверхностях, что в полной мере проявляется при работе холодильника. Рабочее пространство агрегата имеет значительно меньшую температуру, чем температура помещения, в котором он установлен. При открывании двери холодильника более теплый воздух проникает во внутреннее пространство холодильника и приводит к образованию конденсата.

В современных холодильниках используется система NO FROST, для реализации которой используется трубчатый электронагреватель. Это устройство рассчитано на режим работы, учитывающий условия эксплуатации агрегата, и предназначено для удаления конденсата, образующегося в испарителе.

Система NO FROST

В морозильных камерах холодильников с системой NO FROST отсутствует статический испаритель, что принципиально отличает их от устройств, в которых предусмотрено статическое охлаждение. Система состоит из таких элементов как испаритель, трубчатый электронагреватель, тепловое реле, таймер, вентилятор и слив воды.

Работа системы построена по следующему принципу. Испаритель находится под управлением электронного блока, который оборудован таймером. Он производит отключение компрессора и подает напряжение на ТЭН с определенным интервалом, что позволяет осуществлять оттаивание испарителя. Подача тока на нагревательный элемент прекращается при срабатывании термодатчика при достижении определенной температуры.

Трубчатый электронагреватель холодильника отличается надежностью, но при перепадах напряжения в сети возможен его выход из строя. Ремонт этого устройства нецелесообразен, поэтому производят его замену.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector