Как работают электронагревательные приборы

Электронагревательные приборы

Электронагревательный прибор — устройство, в котором энергия электрического тока превращается в тепловую энергию.

Электрический нагрев по сравнению с другими видами нагрева (с использованием газа, жидкого или твердого топлива) имеет ряд существенных преимуществ. Он значительно улучшает санитарно-гигиенические условия жилых помещений. Газ значительно уступает электрическому нагреву в санитарно-гигиеническом отношении. При открытом горении газа выделяются как продукты полного его сгорания (углекислый газ, вода), так и продукты неполного сгорания, вредно действующие на здоровье людей (окись углерода, формальдегид, смолистые вещества и др.). При электронагреве таких вредных выделений нет. По сравнению с газовыми электроприборы взрывобезопасны.

В электронагревательных приборах электрическая энергия преобразуется в тепловую. В бытовых приборах используют различные виды электронагрева: за счет использования проводников высокого сопротивления, инфракрасный, индукционный и высокочастотный.

Нагрев за счет проводников высокого сопротивления подчиняется закону Джоуля-Ленца. При этом могут использоваться электронагревательные элементы открытого, защищенного и закрытого типов. В открытых электронагревателях электронагревательный элемент изоляции не имеет; в защищенных — проводник имеет изоляцию (керамические бусы, слюда и т. п.); в нагревателях закрытого типа проводник, в котором выделяется тепло, полностью защищен от внешней среды и является несменным. К нагревателям последнего типа относят трубчатые электронагреватели (ТЭНы), нагреватели, вмонтированные в ситалловые панели. Для изготовления нагревательных элементов используют либо нихромы (Х20Н30; Х15Н60 — данный вид сплавов более дорогой, термостойкий и долговечный), либо фехрали (Х13Ю4 — они дешевле, выдерживают нагрев до температуры 800°С.

Приборы с инфракрасным нагревом работают на проводниках высокого сопротивления, максимум излучения которых приходится на область спектра с длиной волн от 0,76 до 3 мкм (инфракрасная зона). Используют данный вид нагрева в грилях, электрокаминах.

Индукционный нагрев основан на излучении джоулевого тепла и вихревых токов, возникающих в обмотках трансформатора броневого типа. Эти нагреватели имеют температуру до 500°С, они дорогие, но обеспечивают высокую безопасность. Данный вид нагрева применяется в приборах, осуществляющих нагрев воды (кипятильники; ранее применялся в стиральных машинах — электробезопасный способ нагрева).

Высокочастотный (микроволновой) нагрев используют в приборах для тепловой обработки пищевых продуктов. Принцип работы высокочастотных нагревателей сводится к следующему: магнетрон (высокочастотный генератор) излучает высокочастотные электромагнитные волны (2300-2700 МГц), которые через волнопровод попадают в рабочую камеру, где происходит облучение продукта. При этом происходит поляризация молекул вещества, в результате чего внутри массы продукта выделяется тепловая энергия.

Электронагрев проводников высокого сопротивления наиболее распространен, его используют в преобладающем большинстве электронагревательных приборов. Этот вид электронагрева основан на выделении тепла при прохождении электрического тока через проводники высокого сопротивления по закону Джоуля—Ленца.

В качестве материалов для нагревательных сопротивлений применяют хромоникелевые сплавы, в меньшей степени — железо-хромоалюминиевые сплавы. Для изготовления низкотемпературных нагревателей (до 100 °С) применяют константан, графит, сажу, электропроводящее стекло, двуокись олова и др.

Основной частью электронагревательного прибора является электронагреватель (электронагревательный элемент). Его изготовляют в виде проволочной спирали или ленты из никелина, нихрома, фехраля. Эти материалы выдерживают рабочую температуру накала до 1 000 °С. Нагревательные элементы на теплостойких (преимущественно керамических) изоляторах. По конструкции нагревательные элементы подразделяют на открытые и закрытые спиральные, пластинчатые.

Электронагреватель состоит из нагревательного сопротивления (чаще всего в виде проволочной спирали), электроизоляции и каркаса, или оболочки. Иногда роль каркаса выполняет электроизоляция.

Инфракрасным нагревом обладают все электронагреватели сопротивления. Под инфракрасными нагревателями понимают такие, у которых максимум излучения приходится на инфракрасную область спектра. Инфракрасные электронагреватели подразделяют на «светлые», излучающие помимо инфракрасных видимые лучи, и «темные», излучающие преимущественно инфракрасные лучи.

К «светлым» излучателям относятся лампы накаливания типа ИКЗ (инфракрасная зеркальная) с внутренней зеркальной поверхностью для получения направленного лучевого потока, кварцевая лампа с йодным заполнением (лампа накаливания инфракрасная кварцевая — НИК).

К «темным» излучателям инфракрасных волн относят открытые спирали и трубчатые электронагреватели (ТЭНы) с температурой на поверхности 700. 750 °С.

При использовании приборов с инфракрасным нагревом для выпечки и жаренья повышается качество кулинарной обработки (хорошо поджаривается поверхность изделий).

Все большее использование для приготовления пищи находит высокочастотный нагрев.

Особенностью высокочастотного нагрева является использование диэлектрических свойств пищевых продуктов. Посуда, окружающий воздух и аппарат остаются холодными. При высокочастотном нагреве температура поверхностных слоев продукта ниже, чем внутренних. На поверхности не образуется специфической корочки, характерной для инфракрасного нагрева. Продукт приобретает вкус печеных изделий.

К основным достоинствам высокочастотного нагрева относится быстрота приготовления пищи. По сравнению с поверхностным нагревом продолжительность приготовления разных блюд сокращается в 4. 10 рази может составлять всего несколько минут. При этом пища не теряет своей пищевой ценности, исключается ее подгорание, облегчается мойка посуды. Печи, работающие на излучении сверхвысоких частот (СВЧ), не излучают тепло в окружающее пространство.

Классификация нагревательных электроприборов. По виду регулирования нагревательные приборы подразделяют на четыре группы: без регулирования; с регулированием температуры нагрева; с регулированием мощности; автоматические с программным управлением.

Для регулирования температуры в приборах устанавливают термоограничители или терморегуляторы. Термоограничителем называется устройство, ограничивающее температуру нагрева электроприбора путем автоматического размыкания цепи электропитания. Терморегуляторы позволяют автоматически поддерживать в определенных пределах предварительно заданную температуру.

Регулирование мощности прибора может быть ступенчатое и бесступенчатое (плавное). Ступенчатое регулирование осуществляется с помощью пакетного переключателя; электронагреватель в этом случае имеет несколько ступеней мощности. При бесступенчатом регулировании мощности электронагреватель работает циклично (включен — выключен).

Бытовые электронагревательные приборы по назначению можно подразделить на следующие группы: приборы для приготовления и подогрева пищи, приборы для глаженья, отопительные, приборы для нагрева воды, нагревательный инструмент, сушильные и приборы для обогрева тела человека.

Приборы для приготовления и подогрева пищи подразделяют на подгруппы: для приготовления и подогрева пищи общего назначения, для жаренья, тушения и выпечки, для варки пищи и приготовления напитков.

К приборам для приготовления и подогрева пищи общего назначения относят напольные электроплиты, переносные плитки, СВЧ-печи, мармиты, подогреватели детского питания.

Рабочей частью плит и переносных электроплиток являются конфорки, которые могут быть двух типов исполнения: закрытого и защищенного. В выпускаемых плитках устанавливают чугунные конфорки со спиралью, запрессованной вместе с изоляцией в канавки чугунного диска снизу; со спиралью в керамических бусах, прикрытой сверху чугунным диском (плитки высокой теплоемкости); со спиралью, уложенной в канавки керамического основания и прикрытой сверху стальным листом; со спиралью, уложенной вместе с изоляцией в стальной кольцеобразный корпус (штампованная конфорка), и конфорки из ТЭНов.

Переносные плитки могут быть одно- и двухконфорочными. Стандартные диаметры конфорок — 145 и 180 мм.

Основными параметрами конфорок являются их размеры, мощность, температура нагрева, КПД, а показателями эксплуатационных свойств — продолжительность разогрева до рабочего состояния, расход электроэнергии, продолжительность приготовления пищи, гарантийная наработка на отказ.

Использование посуды с утолщенным термораспределительным дном при эксплуатации плиток с чугунными конфорками способствует экономии электроэнергии, снижению эксплуатационных расходов, уменьшению затрат времени на приготовление пищи. При черном матовом дне посуды КПД увеличивается на 12. 15 % по сравнению с дном блестящим или покрытым стеклоэмалью.

Расход электроэнергии меньше, если диаметр посуды больше диаметра конфорки примерно на 20 мм. При ином соотношении диаметров посуды и конфорки расход электроэнергии на приготовление одного и того же блюда увеличивается.

Электроплиты подразделяют по виду конфорок; виду регулирования; числу конфорок; наличию жарочного шкафа. Электроплиты бывают напольными и настольными.

Приборы для жаренья, тушения и выпечки. В ассортимент изделий этой подгруппы входят грили, ростеры, тостеры.

Грили представляют собой жарочные шкафы с инфракрасным нагревом. Инфракрасный излучатель (ТЭН или вольфрамовая спираль в трубке из кварцевого стекла) размещают под сводом. Через боковые стенки шкафа пропускают приспособления для крепления приготовляемых продуктов — вертела для птицы и сосисок, шампура для шашлыков, сетки для котлет и т. п. Привод вращающихся приспособлений может быть пружинный или электрический.

Лучшие модели грилей имеют регуляторы нагрева, передние застекленные дверцы, лампочки подсвечивания, контактные часы для регулирования времени жаренья, верхнюю откидную стенку, под которой размещают поддон для разогрева пищи.

Ростеры служат для подогрева и поджаривания ломтиков хлеба, но в них нагревательный элемент закрыт и поэтому нагрев осуществляется более равномерно.

Тостеры служат для поджаривания ломтиков хлеба, в некоторых можно поджаривать сандвичи. Различают тостеры с ручным управлением, полуавтоматические, автоматические.

В тостерах с ручным управлением ломтики хлеба помещают в ниши и извлекают из них вручную. Продолжительность поджаривания устанавливает потребитель. Поджаривание может быть как с одной, так и с двух сторон.

В полуавтоматических тостерах закладывают и вынимают хлеб вручную, но время обжаривания контролируется термоограничителем или реле времени.

У автоматических тостеров автоматизируется не только время поджаривания, но и выемка поджаренных ломтиков за счет установки пружинных толкателей.

Приборы для варки пищи и приготовления напитков. В эту подгруппу приборов входят кофеварки, кофейники, самовары, чайники и т.п.

Кофеварки предназначены для приготовления кофе под давлением. Состоят из двух сосудов, в одном из них кипятится вода, в другом — собирается готовый кофе. Процесс приготовления кофе заключается в прохождении горячей воды под давлением через кофе из первой емкости во вторую. Кофеварка снабжена плотно закрывающейся крышкой.

Кофейники отличаются от чайников формой (высота больше диаметра) и наличием гейзера для заварки кофе. Нагревательный элемент размещают в двойном дне.

Самовары имеют традиционную русскую форму. Изготовляют их из латуни с покрытиями.

Чайники имеют латунные, алюминиевые или пластиковые корпуса цилиндрической или полушаровидной формы. В большинстве выпускаемых чайников нагреватель трубчатый, расположен внутри чайника. Некоторые чайники изготовляют с нагревателями пластинчатого типа в двойном дне. Для лучшей теплопередачи нагреватель прижимают к внутреннему дну с помощью металлического диска и винта. Такие чайники имеют ножки из теплоизоляционного материала.

По назначению электронагревательные приборы подразделяются на следующие подгруппы:

• приборы для приготовления и подогрева пищевых продуктов;

• приборы для нагрева воды;

• приборы для обогрева помещений;

• приборы для глажения;

• приборы для обогрева тела человека;

Кроме этого, электронагревательные приборы можно различать по способу нагрева; степени электробезопасности; степени защиты от воздействия влаги; климатическим условиям эксплуатации; по возможности регулировки температуры и другим признакам.

Наиболее представительной подгруппой электронагревательных приборов является первая — приборы для приготовления и подогрева пищевых продуктов. В ней выделяют приборы для приготовления пищи общего назначения: электроплиты и электроплитки (электроплиты отличаются наличием жарочного шкафа); конфорочные панели и жарочные шкафы; приборы специального назначения: СВЧ-печи, тостеры (используют для обжаривания ломтиков хлеба, имеют вертикальную загрузку), ростеры (применяют для получения горячих бутербродов — имеют горизонтальную загрузку); фритюрницы (для приготовления пищи во фритюре — кипящем жиру); электрошашлычницы; блинницы; вафельницы; электросковороды и электрокастрюли; приборы для приготовления напитков: чайники, кофейники, самовары; приборы для подогрева пищи и напитков: мармиты (плоские нагревательные панели); подогреватели детского питания (принцип работы основан на водяной бане).

Ассортимент электронагревательных приборов разнообразен, каждому виду присущи свои признаки классификации, которые обычно предусмотрены в действующих стандартах.

В быту используют электронагрев проводников высокого сопротивления, инфракрасный нагрев, высокочастотный.

Электронагрев проводников высокого сопротивления наиболее распространен, его используют в преобладающем большинстве нагревательных электроприборов. Этот вид электронагрева основан на выделении тепла при прохождении электрического тока через проводники высокого сопротивления по закону Джоуля—Ленца.

Материалы для нагревательных сопротивлений применяют хромоникелевые сплавы (нихромы марок Х20Н80 и Х15Н60), в меньшей — железо-хромоалюминиевые сплавы (фехраль Х13Ю4). Для изготовления низкотемпературных нагревателей (до 100°С) применяют константан, графит, сажу, электропроводящее стекло, диоксид олова и др.

Основной частью нагревательного электроприбора сопротивления является электронагреватель (электронагревательный элемент) Электронагреватель состоит из нагревательного сопротивления, электроизоляции и каркаса, или оболочки. Иногда роль каркасе выполняет электроизоляция.

В каждом данном приборе тепло от электронагревателя нагреваемому телу может передаваться за счет теплопроводности конвекции, лучеиспускания, т. е. всех трех существующих способом или, преимущественно, одним либо двумя способами.

Инфракрасным нагревом обладают все электронагреватели сопротивления. В практике под инфракрасными нагревателями понимают такие, у которых максимум излучения приходится на инфракрасную область спектра с длинами волн от 0,76 до 3 мкм. Инфракрасные электронагреватели подразделяют на «светлые»

излучающие, помимо инфракрасных, видимые лучи, и «темные», излучающие преимущественно инфракрасные лучи. К «светлым» излучателям относят лампы накаливания типа ИКЗ (инфракрасная зеркальная) с внутренней зеркальной поверхностью для получения направленного лучевого потока (мощность ламп 250 и 500 Вт, Тц равна 2300 ± 100 К), кварцевая лампа с йодным заполнением НИК-1000—220 тр (лампа накаливания, инфракрасная, кварцевая, 1000 Вт, 220 В, трубчатая. Вольфрамовая спираль в ней натянута по всей трубке; Тц ее составляет 2550 К).

К «темным» излучателям инфракрасных волн относят открытые спирали и ТЭНы с температурой на поверхности 700-750° С.

При использовании приборов с инфракрасным нагревом для выпечки и жаренья повышается качество кулинарной обработки (хорошо поджаривается поверхность изделий).

Высокочастотный нагрев, находит все большее использование для приготовления и подогрева пищи.

Особенностью высокочастотного нагрева является использование диэлектрических свойств пищевых продуктов. Посуда, окружающий воздух и аппарат остаются холодными. При высокочастотном нагреве температура поверхностных слоев продукта ниже, чем внутренних. На поверхности не образуется специфической корочки, характерной для инфракрасного нагрева. Продукт приобретает вкус печеных изделий.

Основным преимуществом высокочастотного нагрева является быстрота приготовления пищи. По сравнению с поверхностным нагревом время приготовления продуктов сокращается в 4—10 раз и составляет всего несколько минут. При этом пища не теряет своей пищевой ценности, исключается ее подгорание, облегчается мойка посуды. Печи СВЧ (рис.) не излучают тепло в окружающее помещение.

Классификация нагревательных электроприборов. По виду регулировки нагревательные приборы подразделяют на четыре группы: без регулировки; с регулировкой температуры нагрева; с регулировкой мощности; автоматические с программным управлением.

Для регулировки температуры в приборах устанавливают термоограничители или терморегуляторы. Термоограничителем называется устройство, ограничивающее температуру нагрева электроприбора путем автоматического размыкания цепи электропитания. Терморегуляторы позволяют автоматически поддерживать в определенных пределах предварительно заданную температуру.

Регулировка мощности прибора может быть ступенчатой и бесступенчатой(плавной). Ступенчатая регулировка осуществляется с помощью пакетного переключателя; электронагреватель в этом случае имеет несколько ступеней мощности. При бесступенчатой регулировке мощности электронагреватель работает циклично (включен-выключен). Период включения (ПВ) может изменяться в широких пределах в зависимости от необходимого количества подводимой энергии.

Бытовые электронагревательные приборы по назначению можно подразделить на следующие группы: приборы для приготовления и подогрева пищи, приборы для глаженья, отопительные, приборы для нагрева воды, нагревательный инструмент, сушильные и приборы для обогрева тела человека.

Приборы для приготовления и подогрева пищи. Их можно разделить на четыре подгруппы: для приготовления и подогрева пищи общего назначения, для жаренья, тушения и выпечки, для варки пищи, для приготовления напитков.

К приборам для приготовления и подогрева пищи общего назначения относят напольные электроплиты, переносные плитки, мармиты, подогреватели детского питания. Наиболее распространенными являются электроплитки.

Рабочей частью плит и переносных электроплиток являются конфорки, которые могут быть двух типов исполнения: закрытого и защищенного. В выпускаемых плитках устанавливают чугунные конфорки со спиралью, запрессованной вместе с изоляцией в канавки чугунного диска снизу; со спиралью в керамических бусах, прикрытой сверху чугунным диском (плитки высокой теплоемкости); со спиралью, уложенной в канавки керамического основания и прикрытой сверху стальным листом; со спиралью, уложенной вместе с изоляцией в стальной кольцеобразный корпус (штампованная конфорка), и конфорки из ТЭНов.

Большинство электроплит и плиток, выпускаемых за рубежом, имеют два типа конфорок: чугунные облегченные (европейские страны) и ТЭНы (США).

Основными параметрами конфорок являются их размеры, мощность, температура нагрева, к.п.д., а показателями эксплуатационных свойств — время разогрева до рабочего состояния, расход электроэнергии, время приготовления пищи, гарантийная наработка на отказ.

Использование посуды с утолщенным термораспределителным дном при эксплуатации плиток с чугунными конфорками способствует экономии электроэнергии, снижению эксплуатационных расходов, уменьшению затрат времени на приготовление пищи. При черном матовом дне посуды к.п.д. увеличивается на 12—15% по сравнению с дном блестящим или покрытым стеклоэмалью.

Расход электроэнергии меньше, если диаметр посуды больше диаметра конфорки примерно на 20 мм. При ином соотношении диаметров посуды и конфорки расход электроэнергии на приготовление одного и того же блюда увеличивается.

Электроплиты подразделяют по виду конфорок (чугунные — Ч, из трубчатых электронагревателей — Т); виду регулировки (ступенчатая — С, бесступенчатая — Б, комбинированная — Р, с элементами автоматики — А); числу конфорок (2; 3; 4); наличию жарочного шкафа (Ш). Условное обозначение плит включает все названные признаки. Электроплиты бывают напольными и настольными.

Переносные плитки могут быть одно- и двухконфорочными. Стандартные диаметры конфорок 145 и 180 мм. Номинальная мощность конфорок диаметром 145 мм составляет 600, 800, 1000 Вт, а диаметром 180 мм — 800 (только штампованные конфорки), 1200, 1500 и 1800 Вт.

Приборы для жаренья, тушения и выпечки. В ассортимент изделий этой подгруппы входят грили, тостеры, сковороды.

Грили представляют собой жарочные шкафы с инфракрасным нагревом. Инфракрасный излучатель (ТЭН или вольфрамовая спираль в трубке из кварцевого стекла) размещает под сводом. Через боковые стенки шкафа пропускают приспособления для крепления приготовляемых продуктов: вертела для птицы и сосисок, шампуры для шашлыков, сетки для котлет и т. п. Привод вращающихся приспособлений может быть пружинный или электрический. Скорость вращения 3—4 об./мин.

Лучшие модели грилей имеют регуляторы нагрева, передние застекленные дверцы, лампочки подсвечивания, контактные часы для регулирования времени жаренья, верхнюю откидную стенку, под которой размещают поддон для разогрева пищи. Мощность грилей 1,3—1,5 кВт.

Тостеры (рис.) служат для поджаривания ломтиков хлеба, в некоторых можно поджаривать сандвичи. Различают тостеры с ручным управлением, полуавтоматические, автоматические.

Рис. Тостер фирмы PHILIPS HD 4585

В тостерах с ручным управлением ломтики хлеба помещают в ниши и извлекают из них вручную. Время поджаривания устанавливает потребитель. Поджаривание может быть как с одной, так и с двух сторон.

В полуавтоматических тостерах закладывают и вынимают хлеб вручную, но время обжаривания контролируется термоограничителем или реле времени.

У автоматических тостеров автоматизируется не только время поджаривания, но и выемка поджаренных ломтиков за счет установки пружинных толкателей.

Тостеры различают и по числу одновременно закладываемых ломтиков хлеба (1; 2; 3; 4).

В качестве электронагревателей в тостерах чаще всего используют открытые спирали. Потребляемая мощность тостеров 700-1200 Вт, время поджаривания хлеба не более 2-3 мин.

Приборы для варки пищи и приготовления напитков. В подгруппу приборов для варки пищи и приготовления напитков входят чайники, кофейники, кофеварки, самовары и т.п.

Чайники имеют латунные, алюминиевые или пластиковые корпуса цилиндрической или полушаровидной формы. В большинстве выпускаемых чайников нагреватель трубчатый, расположен внутри чайника. Некоторые чайники изготавливают с нагревателями пластинчатого типа в двойном дне. Для лучшей теплопередачи нагреватель прижимают к внутреннему дну с помощью металлического диска и винта. Такие чайники имеют ножки из теплоизоляционного материала.

В настоящее время широкое распространение получили чайники из поликарбоната .

Стандартная емкость чайников 1; 1,6; 1,8; 2 и 2,5 л.

Кофейники отличаются от чайников формой и наличием гейзера для заварки кофе. Нагревательный элемент размещают в двойном дне. Емкость кофейников не превышает 1,5 л.

Кофеварки предназначены для приготовления кофе под давлением. Состоят из двух сосудов, в одном из них кипятится вода, в другом — собирается готовый кофе. Процесс приготовления кофе заключается в прохождении горячей воды под давлением через кофе из первой емкости во вторую. Кофеварка снабжена плотно закрывающейся крышкой.

Самовары имеют традиционную русскую форму. Изготавливают их из латуни с покрытиями. Выпускают самовары емкостью 2; 2,5; 3 и 4 л, мощность электронагревателя патронного типа или ТЭНа соответственно 0,8; 1; 1,25 и 1,6 кВт.

Приборы для глаженья. Глаженье текстильных изделий, основано на способности нитей, волокон получать высокоэластические деформации под воздействием тепла, влаги и давления. Временный эффект глаженья объясняется тем, что высокоэластические деформации являются обратимыми, поскольку с течением времени текстильные волокна, нити возвращаются к первоначальным размерам, форме, т. е. происходит процесс релаксации.

К приборам для глаженья относят электроутюги и гладильные машины.

Электрические утюги. Ассортимент выпускаемых утюгов характеризуется значительным разнообразием конструкций и технических показателей (мощность, масса, размеры и т.п.). Вследствие этого они имеют разные потребительные свойства. Промышленность выпускает следующие типы утюгов:

— с терморегулятором и стальной либо алюминиевой подошвой;

— с терморегулятором и пароувлажнителем тканей, алюминиевой подошвой ;

Утюги с терморегулятором — при глаженье тканей на подошве поддерживаются оптимальные температуры. Расход электроэнергии зависит от съема тепла с подошвы. При отсутствии нагрузки средняя потребляемая мощность утюгов с терморегулятором не превышает 135 Вт, при глаженье разных по волокну и влажности тканей колеблется в пределах 500-850 Вт.

Такие утюги при нормальной работе терморегулятора безопасны в пожарном отношении, так как максимальная температура на подошве не превышает 260 °С. Для обеспечения быстрого разогрева в них устанавливают нагреватели большой мощности.

Более совершенными являются утюги с терморегулятором и пароувлажнителем. Они бывают двух типов: капельного и бойлерного.

У утюгов капельного типа под крышкой или снаружи размещен бачок для воды. В дне бачка имеется отверстие, в которое входит коническая игла штока управления. При подъеме иглы вода каплями стекает в камеру парообразования, а из нее пар выходит через отверстия в подошве утюга, увлажняя ткань. Такие утюги следует заполнять дистиллированной или кипяченой водой. При использовании жесткой воды в коническом отверстии образуется накипь, перекрывающая его.

В утюгах бойлерного типа вода испаряется непосредственно в бачке, нагреваясь от утюга или от самостоятельного электронагревателя. В таких утюгах допускается использование жесткой воды, но в них нельзя приостановить парообразование.

Гладильные машины. Основное преимущество таких машин по сравнению с электроутюгами состоит в том, что при работе на них не требуется приложение усилий на их перемещение, глаженье производят сидя. Таким образом, значительно снижается трудоемкость процесса глажения.

Рабочими органами гладильных машин является каток и башмак. Вращающийся каток имеет цилиндрическую форму длиной до 85 см (наиболее распространенные машины имеют длину катка 55— 65 см), он покрыт эластичной оболочкой. Башмак с металлической полукруглой прессующей поверхностью прижимают к цилиндрической поверхностью катка. При глажении ткань пропускают между катком и башмаком. Электронагреватель размещают в башмаке.

Отопительные приборы. Через торговую сеть реализуются переносные электроприборы, предназначенные для кратковременного вспомогательного отопления. По способу преимущественной отдачи тепла приборы для отопления подразделяют на излучающие и конвекционные.

Излучающие приборы для отопления (камины, отражательные печи) изготовляют с нагревательными элементами, имеющими рабочую температуру 600—900° С. В качестве нагревательных элементов в них используют открытые спирали, укрепленные на керамических конусных или цилиндрических держателях, или ТЭНы. Отражатели имеют сферическую, цилиндрическую или параболическую форму; изготавливают их из хромированной или алитированной изнутри стали, а также из полированного алюминия.

Конвекционные отопительные приборы выпускают с естественной (конвекторы, масляные электрорадиаторы и с принудительной конвекцией (электротепловентиляторы).

Конвекторы имеют открытый нагревательный элемент или ТЭН без видимого свечения, который встраивают в перфорированный корпус. Передача тепла в основном осуществляется конвекцией воздуха, поступающего в нижнюю часть корпуса.

Масляные электрорадиаторы представляют собой сварные плоские герметические стальные конструкции, заполненные минеральным (трансформаторным) маслом.

В нижней части радиаторов размещают ТЭН. Температура на поверхности радиатора не превышает 95° С.

За 2-3 ч работы в помещении площадью 10 м 2 радиатор мощностью 500 Вт может поднять температуру воздуха на 3—4°С.

Теплоэлектровентиляторы для отопления относят к конвекционным приборам с принудительной вентиляцией. Они объединяют в одном корпусе нагревательный элемент открытого типа или ТЭН, осевой или центробежный вентилятор, который приводится во вращение электродвигателем. При выключенном электронагревателе тепловентиляторы могут использоваться как вентиляторы.

Корпус теплоэлектровентилятора с двух сторон имеет перфорацию. Вращающийся вентилятор создает поток воздуха, который омывает электронагреватель и подогретым до 55—90 °С выбрасывается в помещение.

Приборы для нагрева воды. В нашей стране выпускают в большом количестве погружные электрокипятильники и в меньшем— емкостные водонагреватели.

Погружные электрокипятильники представляют собой трубчатый электронагревательный элемент, свернутый в спираль, с пластмассовой ручкой, через которую проходит несъемный соединительный шнур. Исполнение водонепроницаемое.

Емкостные водонагреватели подразделяют на проточные и аккумулирующие.

В проточных водонагревателях, осуществляющих нагрев потока воды, устанавливают более мощные электронагреватели.

Аккумулирующие водонагреватели (бойлеры) позволяют нагревать воду при установленной мощности нагревателя до температуры 85° С. Нагретую воду используют затем в течение дня по мере необходимости.

Нагревательный инструмент. В ассортимент этой группы входят паяльники, вулканизаторы, приборы для сваривания полимерной пленки, выжигания по дереву и др.

Паяльники различают по режиму нагрева, типу электронагревателя, конструкции паяльного стержня, возможности его замены, назначению, напряжению.

Паяльники могут быть непрерывного (ПЦН и ПСН), форсированного (ПСФ) и импульсивного (ПЦИ, ПСИ) режимов нагрева.

Вулканизаторы предназначены для ремонта резиновых изделий, например, для устранения проколов шин автомобилей, мотоциклов и велосипедов.

Приборы сушильные. К этой группе относятся приборы для сушки волос и сушки белья и др.

Приборы для сушки волос — фены являются теплоэлектровентиляторами. В отличие от тепловентиляторов для отопления они имеют меньшую мощность нагревательного элемента и производительность.

Приборы для сушки белья бывают разных конструкций: в виде барабанных сушилок, шкафов, раздвижных вертикальных подставок, раздвижных штор на раме и т. п.

Приборы для обогрева тела человека. К ним относят медицинские грелки, электроодеяла, матрацы, электробинты, грелки для ног, электроковрики и т. п.

Особенность всех этих изделий состоит в том, что они являются гибкими и непосредственно соприкасаются с телом человека.

Требования к качеству нагревательных приборов. Ручки переключателей, регуляторов, терморегуляторов, которыми во время эксплуатации пользуются кратковременно, не должны перегреваться сверх температуры окружающего воздуха более чем на 35 °С, если они изготовлены из металла, на 45 °С для фарфоровых и стеклянных и на 60 °С для пластмассовых, резиновых и деревянных. Ручки приборов, которые во время эксплуатации держат длительное время, не должны перегреваться сверх температуры окружающего воздуха более чем на 20 °С — для металлических, 40°С — для фарфоровых и стеклянных и 50 °С — для пластмассовых, резиновых, деревянных.

Приборы для глаженья. Глаженье текстильных изделий, их формование основано на способности нитей и волокон испытывать высокоэластические деформации под воздействием тепла, влаги и давления. Особенность глажения заключается в том, что высокоэластические деформации являются обратимыми, т.е. с течением времени текстильные волокна, нити возвращаются к первоначальным размерам, форме, т.е. происходит процесс релаксации. К приборам для глаженья относят электроутюги и гладильные машины.

Электрические утюги. Ассортимент выпускаемых утюгов характеризуется значительным разнообразием конструкций и технических показателей (мощность, масса, размеры и др.). Вследствие этого они имеют разные потребительские свойства.

Выпускают следующие типы утюгов:

? утюги с терморегулятором и чугунной либо алюминиевой подошвой;

? утюги с терморегулятором и пароувлажнителем тканей, алюминиевой подошвой.

У утюгов с терморегулятором при глажении тканей на подошве поддерживаются оптимальные температуры. Расход электроэнергии зависит от съема тепла с подошвы. Такие утюги при нормальной работе терморегулятора безопасны в пожарном отношении, так как максимальная температура на подошве не превышает 260 °С. Для обеспечения быстрого разогрева в них могут устанавливать нагреватели большой мощности.

Более совершенными являются утюги с терморегулятором и пароувлажнителем. Они бывают двух типов: капельного и бойлерного.

У утюгов капельного типа под крышкой или снаружи размещен бачок для воды. В дне бачка имеется отверстие, в которое входит коническая игла штока управления. При подъеме иглы вода каплями стекает в камеру парообразования, а из нее пар выходит через отверстия в подошве утюга, увлажняя ткань. Такие утюги следует заполнять дистиллированной или кипяченой водой. При использовании жесткой воды в коническом отверстии образуется накипь, перекрывающая его.

В утюгах бойлерного типа вода испаряется непосредственно в бачке, нагреваясь от утюга или от самостоятельного электронагревателя. В таких утюгах допускается использование жесткой воды, но в них нельзя приостановить парообразование.

Гладильные машины. Основное преимущество таких машин по сравнению с электроутюгами состоит в том, что при работе на них не требуется приложение усилий на их перемещение, глаженье производят сидя. Таким образом, значительно снижается трудоемкость процесса глаженья.

Рабочими органами гладильных машин является каток и башмак. Вращающийся каток имеет цилиндрическую форму длиной до 85 см (наиболее распространенные машины имеют длину катка 55. 65 см), он покрыт эластичной оболочкой. Башмак с металлической полукруглой прессующей поверхностью прижимают к цилиндрической поверхности катка. При глажении ткань пропускают между катком и башмаком. Электронагреватель размещают в башмаке.

Отопительные приборы. Через торговую сеть реализуют переносные электроприборы, предназначенные для кратковременного вспомогательного отопления. По способу преимущественной отдачи тепла приборы для отопления подразделяют на излучающие и конвекционные.

К излучающим приборам для отопления относят камины с нагревательными элементами, имеющими рабочую температуру 600. 900 °С. В качестве нагревательных элементов в них используют открытые спирали, укрепленные на керамических конусных или цилиндрических держателях, или ТЭНы. Отражатели имеют сферическую, цилиндрическую или параболическую форму; изготовляют их из хромированной или алитированной изнутри стали, а также из полированного алюминия.

Конвекционные отопительные приборы выпускают с естественной (конвекторы, масляные электрорадиаторы) и с принудительной конвекцией (электротепловентиляторы).

Конвекторы имеют открытый нагревательный элемент или трубчатый электронагреватель (ТЭН) без видимого свечения, который встраивают в перфорированный корпус. Передача тепла в основном осуществляется конвекцией воздуха, поступающего в нижнюю часть корпуса.

Масляные электрорадиаторы представляют собой сварные плоские герметические стальные конструкции, заполненные минеральным (трансформаторным) маслом. В нижней части радиаторов размещают ТЭН. Температура на поверхности радиатора не превышает 95 °С.

Теплоэлектровентиляторы для отопления относят к конвекционным приборам с принудительной вентиляцией. Они объединяют в одном корпусе нагревательный элемент открытого типа или ТЭН, осевой или центробежный вентилятор, который приводится во вращение электродвигателем. При выключенном электронагревателе тепловентиляторы могут использоваться как вентиляторы.

Корпус теплоэлектровентилятора с двух сторон имеет перфорацию. Вращающийся вентилятор создает поток воздуха, который омывает электронагреватель и подогретым до температуры 55. 90 °С, выбрасывается в помещение.

Приборы для нагрева воды. Выпускают погружные электрокипятильники и емкостные водонагреватели (проточные и аккумулирующие).

Погружной электрокипятильник представляет собой трубчатый электронагревательный элемент, свернутый в спираль, с пластмассовой ручкой, через которую проходит несъемный соединительный шнур. Исполнение водонепроницаемое.

В проточных емкостных водонагревателях, осуществляющих нагрев потока воды, устанавливают более мощные электронагреватели.

Аккумулирующие емкостные водонагреватели (бойлеры) позволяют нагревать воду при установленной мощности нагревателя до температуры 85 °С. Нагретую воду используют затем в течение дня по мере необходимости.

Нагревательный инструмент. В ассортимент этой группы входят паяльники, вулканизаторы, приборы для сваривания полиэтиленовой пленки, выжигания по дереву и др.

Паяльники различают по режиму нагрева, типу электронагревателя, конструкции паяльного стержня, возможности его замены, назначению, напряжению тока.

Паяльники могут быть непрерывного, форсированного и импульсного режимов нагрева.

Вулканизаторы предназначены для ремонта резиновых изделий, например для устранения проколов шин автомобилей, мотоциклов и велосипедов.

Приборы сушильные. К этой группе относят приборы для сушки волос и сушки белья и др.

Приборы для сушки волос (фены) являются теплоэлектровентиляторами. В отличие от тепловентиляторов для отопления они имеют меньшую мощность нагревательного элемента и производительность.

Приборы для сушки белья бывают разных конструкций: в виде барабанных сушилок, шкафов, раздвижных вертикальных подставок, раздвижных штор на раме и т.п.

Приборы для обогрева тела человека. К ним относят медицинские грелки, электроодеяла, матрацы, электробинты, грелки для ног, электроковрики и др. Особенность этих изделий состоит в том, что они являются гибкими и непосредственно соприкасаются с телом человека.

Что такое нагревательный элемент, и какие виды существуют?

Под каждый вид оборудования и необходимые температурные значения разработан свой тип электронагревателя. Разное исполнение нагревателей позволяет их применять абсолютно во всех сферах деятельности, где необходим электронагрев. Основным условием производства элементов нагрева является высокая термоустойчивость, тепловая отдача и надежность. Оболочки нагревателей изготавливают из сплавов с определенной температурной стойкостью, а сопротивление прибора обеспечивает элемент проводящий ток после подключения устройства к сети.
В промышленности и в быте используют три основных категории нагревателей: открытые, закрытые и герметичные. Каждая из категорий разделяется на разные виды нагревательных устройств, которые предназначаются для нагрева определенных зон оборудования в разной окружающей среде.

Открытые спиральные нагреватели

Элементы нагрева открытого типа представляют собой открытую резистивную спираль, по которой проходит электрическая энергия, перерабатывающаяся в тепло. Контакт с объектом нагрева непосредственный. Конструкция такого устройства очень проста, а функциональность находится на достаточно высоком уровне. Для обеспечения безопасного использования и эффективной выработки тепла открытый нагреватель устанавливают в специально отведенные канавки в оборудовании. Фиксация его происходит с помощью кронштейнов. Отдача тепла может осуществляться конвекционным методом или излучением. Но, все же отнести к электробезопасным устройствам открытый нагреватель нельзя, при его эксплуатации необходимо строго придерживаться технических правил, что и относится к недостаткам нагревателей данного типа. Также они механически не ударопрочные, и при их использовании возможны частые замыкания.

К открытым спиральным нагревателям относят:

• Трубчатые элементы нагрва для печей отжига;

• Нагреватели на основе открытой проволоки и т.т

Негерметичные нагревательные элементы

Это один из подвидов закрытых нагревателей, не выделяющийся герметичными свойствами. Элементом нагрева может выступать лента либо спираль высокого сопротивления. Защиту от контакта с нагреваемым объектом обеспечивает изоляционный материал. Но, такой изолятор не исключает контакт резистивного элемента с воздушной средой. Конструкция нагревателя не сложная и ее не можно отнести к высокопрочной. В качестве изолирующих элементов зачастую используют бусины из керамики.

Иногда для повышения прочности такой нагреватель помещают в металлический кожух, но это уже совсем другой тип закрытых элементов нагрева. Пространство между кожухом и нихромом/фехралью заполняют изоляционным порошком, повышая, таким образом, надежность нагревательного устройства. Стоит отметить, что в такой сборке негерметичный нагреватель будет набирать температуру дольше обычного.

К негерметичным электронагревателям относят:

Герметичные нагревательные устройства

Это только закрытые нагреватели, конструкция которых позволяет полностью исключить непосредственный контакт резистивного элемента с объектом нагрева и воздушной средой. Такой нагреватель можно использовать в самых разных агрессивных средах не боясь попадания на его оболочку расплавленных масс, которые перерабатывает оборудование. Выработка тепла может осуществляться одним из следующих способов: конвекцией, излучением и теплопроводностью. В качестве корпуса у таких нагревателей используют тонкостенные трубчатые металлы. Элементом, перерабатывающим электроэнергию в тепло, выступает резистивная проволока, намотанная по спиральному типу. Внутри корпуса пространство заполнено изолирующим порошковым наполнителем. Контакт обеспечивают установленные клеммы.

К герметичным нагревателям относят:

• Литые алюминиевые нагреватели (в исполнении плоских и хомутовых элементов);

Неотъемлемым преимуществом герметичных нагревателей есть высокая электробезопасность, длительные сроки эксплуатации и возможность эффективной работы в различных по составу средах.

Каждый вид нагревателя предназначается для работы в определенной среде. Также каждая категория элементов нагрева способна вырабатывать определенный диапазон температур. Основными правилами выбора электронагревателей есть не только эти критерии, а и индивидуальные требования к монтажу, длительности беспрерывной работы и техническим параметрам нагрева.

Кварцевые и галогенные излучатели

Являются запаянной вакуумной трубкой, сделанной из кварцевого стекла. Внутри находится спираль, сделанная из металла, обладающего высоким сопротивлением. По сути, это галогенные лампы, у которых внутри вольфрамовая спираль. В зависимости от конструкции излучатели делят на два вида:

1. Со средневолновым.
2. С коротковолновым диапазоном.

В первых спираль выполнена в звездчатой форме. Во втором внутри кварцевой трубки расположена нить накала. Но почему были созданы различные конструкции? Дело в том, что галогенные излучатели, у которых поддерживается нить накала, могут нагреваться до температуры 2600 градусов. Данные элементы являются обладателями высокой мощности и имеют очень незначительное время реагирования. Где эти преимущества нашли применение? Они необходимы в кратких циклических процессах, в которых, тем не менее, необходима высокая удельная мощность, которую может дать указанный нагревательный элемент.

Нагревательный элемент для конвектора — что это такое

Под ТЭНом подразумевается малогабаритное устройство, которое встраивается в нижнюю часть корпуса радиатора. Принцип действия прибора основан на преобразовании электрической энергии в тепловую. Так как расходный ресурс относительно дорогой, такие конвекторы чаще применяются в качестве дополнительного обогрева воздуха.

Все нагревательные элементы условно подразделяются на 2 группы. Устройство открытого типа характеризуется степенью электрозащищенности с маркировкой IP21. Управление осуществляется посредством механического термостата. Прибор закрытого типа оснащен электронным терморегулятором, запрограммированным на конкретные или настраиваемые значения температур. Для конвекторов с подобным оборудованием свойственны экономичное потребление энергии и защищенность на уровне IP24.

Керамические инфракрасные излучатели

Являются обычными ТЭНами, которые размещены в керамическом корпусе. Теплом нагревается оболочка, а потом уже и внешняя среда. Благодаря значительной площади, которую имеет керамический нагревательный элемент, обогрев помещений осуществляется в ускоренном режиме (в сравнении с ТЭНом). Также их из-за размеров часто называют панельными инфракрасными нагревателями. Они могут быть вогнутыми, плоскими или выпуклыми. Рабочая температура, которую имеет керамический нагревательный элемент, колеблется обычно в диапазоне 700-750 градусов. Их параметры могут быть подобраны на все случаи. Существуют отдельные экземпляры, которые могут похвастаться значительными параметрами: так, открытый тип предназначен для быстрого обогрева помещения и может разогреваться до 900 градусов выше нуля!

Типы электрических нагревателей

Конструктивно нагревательные элементы представлены в разном исполнении. Соответственно от того, какой именно встроен ТЭН, принцип действия и технические характеристики конвектора имеют свои отличительные черты, достоинства, недостатки. Перед выбором того или иного конвекторного радиатора важно заранее ознакомиться с этими аспектами.

Stitch (Стич)

Название нагревательного элемента в переводе с английского языка означает шить или стегать. В России чаще встречается понятие игольчатый ТЭН. Конструктивно прибор представлен диэлектрической пластиной и непрерывной токопроводящей нитью накаливания. Она изготавливается из сплава никеля с хромом, покрывается изоляционным от кислорода термостойким лаком. Проволока образует множество петель по обе стороны плоского основания.

Производители, как правило, устанавливают 2 подобных нагревателя. Электрический конвектор с игольчатыми ТЭНами имеют следующие достоинства:

• нагревание до +250 и более градусов по Цельсию и остывание нити накаливания происходит в течение нескольких секунд;
• работа оборудования сопровождается бесшумностью;
• потребление энергии экономичное.

Из недостатков отмечается прямой контакт с кислородом, что способствует понижению показателя влажности в помещении. При попадании на раскаленную проволоку пыли существует риск образования искрения и возгорания. Тонкая нить накаливания характеризуется хрупкостью, поэтому радиаторы служат недолго.

Важно! Нагревательный элемент типа стич не имеют дополнительной защиты от прямого контакта с водой. Этот факт ограничивает область применения только сухими помещениями.

Элементы трубчатого типа представлены колбой из высокопрочной стали. Наполнителем емкости является мелкофракционный песок из кварца, керамики или магния. Чтобы смесь не высыпалась прибор оснащен заглушками. Нагревание минерального диэлектрика происходит посредством пропущенной внутри нихромовой нити.

Для увеличения диапазона охватываемого воздуха дополнительно к колбе закрепляются плоские или спиралевидные элементы из алюминия с высоким коэффициентом проводимости тепла. Оребрение каждый производитель разрабатывает по своей технологии. Однако теплоотдача конвекторов с трубчатым нагревателем различного исполнения практически одинакова.

Сравнительно с игольчатым ТЭНом нить накаливания у трубчатого элемента изолирована от пыли, влаги и кислорода. Это позволяет увеличить срок ее эксплуатации примерно в 1,5-2 раза. Использование радиатора во влажных помещениях допускается, так как чаще производители обеспечивают степень защиты с маркировкой IP24.

Важно! Несмотря на защиту от брызг конвекторы относительно источников воды рекомендуется ставить на расстоянии более 0,6-1 м.

Теплоотдача нагревательного элемента с оребрением происходит через несколько минут, которые уходят на передачу энергии минеральному наполнителю (то же самое можно сказать и про остывание). Прилегает алюминиевый рефлектор к основной рабочей части неплотно, поэтому происходит частичная потеря тепла. Из-за этого энергопотребление увеличивается. Металл во время теплового расширения и сужения нередко издает потрескивающий звук, так как процесс протекает неравномерно.

Монолитный

Нагреватель в сплошном исполнении исключает недостатки игольчатого и трубчатого типа. Причиной тому является расположение нити накаливания внутри цельнолитой конструкции силуминовой колбы с Х-образным оребрением. В качестве наполнителя чаще используется кварц.

Все достоинства радиатора обуславливает монолитный тип нагревателя и однородность металлической конструкции. В частности, отсутствует звуковое сопровождение, никель-хромовая проволока изолирована от окружающей среды и долго служит, потери тепла сведены к минимуму, на относительную влажность оборудования влияния не оказывает. Область применения ограничений относительно внутренних помещений практически не имеет. К недостаткам относится сравнительно высокая стоимость.

Виды электронагревательных приборов

Наиболее используемыми источниками тепла для теплоснабжения домов являются электричество, газ, уголь или дрова. Несмотря на техническую доступность каждого из них, применение того или иного обусловлено некоторыми факторами, такими как: экономическая целесообразность, место и периодичность использования, безопасность. В наше время первые два вида энергии из перечисленных пользуются наибольшей популярностью. Рассмотрим аспекты использования электроэнергии, а также виды электронагревательных приборов.

Преимущества и недостатки использования электроэнергии для целей отопления

Сразу нужно отметить, что использование электрических нагревательных приборов для отопления – не самый дешевый вариант, так как стоимость самого оборудования, а также издержки при эксплуатации слишком высоки. Поэтому его чаще всего рассматривают в качестве альтернативного, на случай перебоев с подачей газа или, если газификации вообще нет. В то же время, отопление дома с помощью электроприборов имеет и некоторые очевидные достоинства:

• Практически повсеместная доступность.
• Очень быстрый и простой монтаж.
• Удобное управление.
• Компактное устройство приборов.
• Полное отсутствие каких-либо продуктов сгорания.

Таким образом, при всех своих недостатках, связанных, главным образом, с экономической составляющей вопроса, электроприборы обладают массой полезных качеств, которыми не могут похвастаться отопительные устройства, основанные на сжигании топлива.

По каким принципам осуществляется классификация электронагревательных приборов

Все современные электрические отопительные устройства классифицируются следующим образом.

По способу монтажа прибора:

• Переносные или мобильные, к которым можно отнести масляные радиаторы и различные конвекторы.
• Установленные на одном месте или стационарные, включающие в себя бойлеры, кондиционеры, электрические котлы и камины, инфракрасные нагреватели.

По виду теплоносителя, который нагревается в приборе:

• Воздушные – обогрев окружающего пространства осуществляется посредствам прогревания воздуха. К ним можно отнести конвекторы, радиаторы, электрокамины и многие другие устройства.
• Жидкостные – теплоносителем в них служит какая-либо жидкость, имеющая хорошую теплоемкость: вода, масло, антифриз. Наиболее известными приборами с таким принципом работы являются электрокотлы и бойлеры.
• Твердотельные или излучательные – тепло в этих устройствах передается от источника на какую-нибудь твердую поверхность, которая затем нагревает воздух в окружающем помещении. К ним относятся лучистые и инфракрасные нагреватели.

По типу нагревательного элемента (ТЭНа):

• Стандартные трубчатые элементы с успехом используют во многих видах отопительных приборов, которые работают на электроэнергии. Они могут иметь очень широкий диапазон технических характеристик, как по производительности, так и по мощности. Производят их из стали и титана.

Стандартный трубчатый тип нагревательных элементов

• Оребренные трубчатые – похожи на предыдущие, но имеют ребристую поверхность, повышающую теплоотдачу. Они используются только в приборах, где теплоносителем является газовая среда (тепловые завесы и конвекторы). Делают такие элементы из нержавеющей или конструкционной стали.

Так выглядят оребренные ТЭНы

• Блочные электронагреватели представляют собой несколько ТЭНов, соединенных в один конструктивный узел. Такие устройства устанавливают в приборы, где существует возможность регулировки мощности. Теплоносителями в них может выступать жидкость или сыпучие твердые вещества.

Блок электронагревателей, собранный в один узел

• Оборудованные терморегулятором – являются самым распространенным видом бытовых электронагревателей для отопления, имеющего жидкостный теплоноситель. Их делают из меди, стали, или никеле-хромового сплава.

Оборудованный терморегулятором ТЭН

Все рассмотренные нагревательные элементы являются только главными деталями устройств, об особенностях которых читайте далее.

Воздушные конвекторы

Эти приборы выполняют в виде компактных переносных устройств, снабженных ножками или колесиками для установки на полу или стене. Рабочим элементом в них выступают оребренные ТЭНы, закрытые декоративным металлическим корпусом с прорезями для циркуляции воздуха. Их используют в квартирах или частных домах, главным образом, как дополнительные источники тепла.

Принцип действия таких приборов основывается на том, что холодный воздух, свободно или принудительно поступает в прибор и проходит через все нагревательные элементы (ТЭНы). Затем он, как и положено нагретым газам, поднимается вверх и проходит через специальную решетку. Конвекторы могут оборудоваться встроенными вентиляторами для принудительной циркуляции воздуха. Данные приборы не имеют никаких ограничений для применения.

Какой конвектор выбрать, на что обращать внимание

Определиться с тем, монолитный нагреватель, стич или тэн — что лучше выбрать, позволяет осведомленность относительно устройства, энергопотребления и теплоотдачи электрических элементов, обслуживания. В инструкции к применению конкретного продукта, производитель всегда указывает мощность оборудования, степень влагозащищенности, оснащение теми или иными приборами: регуляторы, датчики, таймеры, выключатели. В качестве дополнения устройство может быть оснащено ионизатором, увлажнителем воздуха, защитой от опрокидывания, блокировкой от детей и пультом дистанционного управления.

Мощность радиатора рассчитывается исходя из применения относительно основного или второстепенного источника тепла. Так, для постоянного использования конвектора в маленькой спальне достаточно 0,5 кВт/ч, для гостиной в 20 кв. метров хватит 1,5 кВт/ч, а для двух помещений понадобится не менее 3 кВт/ч. Для дополнительного обогрева расчеты делятся примерно на 1,7-2.

Рекомендации по выбору

В независимости от типа нагревательного элемента устанавливать конвектор нужно там, где воздух может свободно циркулировать. Если заставить радиатор мебелью и зашторить, то КПД заметно снизится. Достаточно придерживаться расстояния в 0,5 м.

Если выбор останавливается на недорогом игольчатом ТЭНе, то важно исключать скопление пыли. А также необходимо следить за относительной влажностью, так как открытая нить накаливания способствует высушиванию воздуха. Трубчатый элемент не всегда достаточно защищен от влаги, чтобы обогревать кухню или сантехническое помещение.

Классификация устройств

Нагревательный элемент – это часть механизма определенного устройства, которая используется для нагрева окружающей среды, конкретного прибора или вещества. Схема простого кипятильника имеет следующий вид:

Фото — схема кипятильника

Существуют такие типы деталей:

1. Открытые(Lukey);
2. Закрытые (Галант), X-DUOS);
3. Герметичные (РТС – PTC, ЭНГЛ-1).

Открытые нагревательные микатермические элементы (СТИЧ) чаще всего выполняются из нихрома. Например, как портативные обогреватели или кипятильники. Нихромовая проволока накручивается сверху металлической рабочей поверхности. Иногда даже использовался ручной нагреватель, его легко можно было сделать своими руками, отрезок проволоки пропускался через деревянные держатели и подключался к питанию.

Фото — пример использования нихромой нити

Раньше у каждого электрика в своем запасе имелось порядочное количество мотков проволоки самых разных сечений. Благодаря простым расчетам, можно было быстро рассчитать, сколько и какую проволоку нужно накрутить для получения определенной мощности.

Фото — диаметр проволоки и требуемая мощность

Но у открытых нагревателей очень много недостатков:

1. Высокая пожароопасность. Если на раскаленную проволоку попадет немного пыли – то может появиться искра и начаться пожар;
2. Высокая вероятность короткого замыкания. Некоторые умельцы включают от одной розетки несколько подобных нагревателей, что сильно перегружает сеть;
3. Низкий КПД. Такие проволочные обогревательные элементы считаются крайне не экономными.

Несмотря на то, что сделать такой бытовой кипятильник можно за считанные минуты, сейчас они используются крайне редко.

Фото — нагревательная пленка

На смену подобным средствам отопления пришел трубчатый нагревательный элемент или ТЭН, который сейчас используется для бойлера, стиральной машины, котлов и прочих приборов. ТЭН – это закрытая труба, в которой размещен контакт или термопара. Бывает два типа ТЭНов: мокрые и сухие. Мокрые соприкасаются с жидкостью, поэтому часто страдают от вредного воздействия воды на металл. Сухие же от неё ограждены специальной поверхностью, стеной. У них немного больше время нагрева воды, но за то гораздо продолжительнее срок службы. В среднем, мокрые нагреватели заменяются каждый год.

Эти приборы редко используются для отопления, но зато отлично справляются с функцией обогрева воды. Главной рабочей деталью является также нихромовая спираль, но она защищена трубкой. Соответственно, с ней не может быть никаких контактов. Свободное место в трубе заполняется определенными химическими составами, вследствие чего образуется плотная и закрытая трубка.

ТЭН сейчас часто оснащаются терморегулятором.

Герметичные нагреватели – это те же ТЭН, но они полностью закрыты от воздействия окружающей среды, не считая 2 контактов. Используются для нагрева воды, различных поверхностей и т. д. Керамический нагревательный элемент безопасен, быстро нагревается и хорошо держит температуру.

Фото — тэн для плиты

Также классифицировать нагревательные элементы можно по области использования, для духовки, электроплиты, конвектора и паяльника используются разные типы. Для духовой и варочной поверхности применяются гибкие спирали. Они могут покрывать большую площадь, при этом, не нарушая целостности электрической дуги. В духовке, аэрогриле и инкубаторе используются нагревательные элементы одного типа, но с разными параметрами мощности.

Виды нагревательных элементов для плит:

Чугунные нагреватели используются в самых простых плитах и духовках. Они могут располагаться в верхней части шкафа или нижней. Под чугунной плитой находится спираль из хрома, никеля и других проводящих сплавов, иногда, карбидокремниевые нагревательные элементы (КЭН). Благодаря такой конструкции, диск долго нагревается, но при этом медленно остывает.

High Light – это ленточный нагревательный инфракрасный элемент, часто такой карбоновый нагреватель на 12 вольт используется для подогрева инкубатора или небольшой комнаты как электроконвектор (Double-U-Force). Кольцевой ленточный обогреватель можно устанавливать для бытового конвектора, электропечей, духовок, тостеров Wasteland.

Галогеновый и кварцевый нагревательные элементы используются в большинстве современных электрических плит. Они известны высокой скоростью нагрева и остывания, это обеспечивает высокую температуру и безопасность устройства. Высокотемпературные спирали часто сравнивают с газовыми конфорками, потому что они быстро нагреваются и работают строго до выключения.

Фото — нагреватель из нихрома и трубки

Для совершенствования работы нагревательных приборов часто используются дополнительные элементы, например, для муфельной печи это электронагреватели отжига, а для бойлеров – специальные термослоя. Подобные толстопленочные обертки помогают сохранить температурный баланс на определенном уровне даже после выключения питания. Создается термос-эффект, без нагрева воздуха.

Использование электрической энергии для отопления

Наиболее распространенными источниками тепла для обогрева домов являются газ, электричество, уголь или дрова. Несмотря на доступность каждого, использование конкретного из них обусловлено рядом факторов, таких как: экономическая эффективность, место и интенсивность применения, безопасность. Понятно, что самыми востребованными являются первые два вида энергоресурсов.

Сразу следует отметить, что использование электронагревателей для отопления – не самый бюджетный вариант, так как стоимость оборудования, а также расходы при эксплуатации достаточно высоки. Поэтому его часто рассматривают, как альтернативный, когда случаются перебои с подачей газа или вообще нет возможности провести соответствующие коммуникации. Но такой способ обогрева все же имеет ряд неоспоримых достоинств, среди которых можно назвать:

• повсеместная доступность;
• короткие сроки и простота монтажа;
• удобство управления;
• компактность;
• отсутствие продуктов сгорания.

Классификация электронагревательных приборов

Существующие на сегодняшний день отопительные устройства, работающие от электричества можно классифицировать следующим образом.

По способу установки (монтажа) прибора:

• мобильные (масляные радиаторы, конвекторы);
• стационарные (бойлеры, электрические котлы и камины, кондиционеры, инфракрасные нагреватели).

По виду нагреваемого теплоносителя:

• воздушные – обогрев пространства осуществляется за счет прогревания воздуха (конвекторы, электрокамины, радиаторы и т.д.);
• жидкостные – в качестве теплоносителя могут использоваться вода, масло, антифриз (электрокотлы, бойлеры);
• твердотельные (излучательные) – тепло от источника передается какой-нибудь твердой поверхности, которая, в свою очередь, нагревает воздух в помещении (лучистые, инфракрасные нагреватели).

По типу ТЭНа:

• трубчатые стандартные – используются во всех видах отопительных приборов, работающих на электричестве; могут иметь широкий диапазон характеристик по производительности, мощности и др.; изготавливаются из стали или титана;Рисунок 1 – Трубчатые электронагреватели
• трубчатые оребренные – применяются только для нагрева газовых теплоносителей, в т.ч. воздуха (конвекторы, тепловые завесы); выполняются, как правило, из конструкционной или нержавеющей стали;Рисунок 2 – Оребренные ТЭНы
• блочные (блок электронагревателей) – требуется в случае необходимости повышения мощности устройства; теплоносителями могут быть как жидкость, так и любой сыпучий материал;Рисунок 3 – Блок электронагревателей
• с терморегулятором – наиболее распространенный вид бытовых нагревателей для отопления с жидкостным теплоносителем; изготавливается из стали, меди или никеле-хромового сплава.Рисунок 4 – ТЭН с терморегулятором

Рассмотрим вкратце наиболее популярные и востребованные виды электронагревателей.

Конвекторы

Представляют собой, как правило, компактные мобильные устройства, которые могут использоваться и в городских квартирах, и в загородных домах в качестве дополнительного или самостоятельного источника тепла. Конструктивно могут выполняться напольными или навесными.

Следует отметить, что многие модели конвекторов предусматривают оба варианта использования.

Рисунок 5 – Электрический конвектор

Принцип действия основан на том, что холодный воздух, поступая свободно или принудительно (за счет встроенных вентиляторов) в прибор и проходя через нагревательные элементы (ТЭНы), поднимается вверх и выходит через специальную решетку. В отличие от многих других видов электронагревателей не имеет никаких ограничений и особых условий для применения.

Как внешне, так и по принципу действия эти приборы подобны обычным батареям отопления и широко применяются в офисах, квартирах, частных домах. Эти приборы представляют собой металлический кожух, заполненный минеральным маслом, разогрев которого осуществляется с помощью ТЭНа.

Как правило, масляные радиаторы выполняются напольными, но могут различаться конструктивно: они бывают открытыми и закрытыми (в таких приборах ребра секций дополнительно закрываются экранами).

Рисунок 6 – Радиатор масляный открытого типа

Рисунок 7 – Радиатор масляный закрытого типа

Закрытые радиаторы в отличие от открытых более безопасны и эффективнее (за счет «каминного» эффекта внутри корпуса).

Электрические нагревательные элементы. Виды и устройство

Известные большинству пользователей электрические нагревательные элементы относятся к категории устройств, преобразующих энергию тока в тепло. Эти изделия устанавливаются в большинство бытовых нагревательных приборов, а также в обогреватели, используемые на предприятиях общественного питания. Агрегаты, в которые встроены электрические ТЭНы или спирали из нихрома, очень часто применяются и в промышленных целях.

Существующие разновидности

По своей конструкции и функциональным особенностям электрические нагревательные элементы подразделяются на изделия открытого типа или спирали и на закрытые ТЭНы. Первые отдают тепло окружающей среде (воздуху) за счет эффекта конвекции, вызванного тепловым излучением источника. Этот тип нагревателей монтируется на термостойких диэлектрических основаниях в специально обустраиваемых канавках или подвешивается на непроводящих ток кронштейнах. Исходным материалом для изготовления таких оснований чаще всего служит керамика.

Нагреватели закрытого типа изготавливаются в виде законченных и готовых к эксплуатации изделий (ТЭНов), применяемых для нагрева жидких сред.

Полностью герметичные электрические нагревательные элементы закрытого типа в свою очередь подразделяются на трубчатые и ребристые. Обе эти разновидности имеют одинаковое устройство с той лишь разницей, что у ребристых изделий или РЭНов рабочая поверхность значительно больше, чем у трубчатых.

При производстве РЭНов величина их тепловой отдачи задается путем изменения площади наружной поверхности нагревательного элемента. Количество ребер в них варьируется в зависимости от требуемой эффективности обогрева. Низкий показатель удельной мощности этих устройств позволяет применять их для нагрева жидких сред путем конвекции без опасности перегрева и перегорания рабочей спирали.

Устройство и принцип работы нагревателей

Электрические нагревательные элементы закрытого типа состоят из следующих основных частей:

• Теплопроводящая трубчатая оболочка (электрически изолированный кожух).
• Токопроводящая спираль из материалов с низким показателем электропроводности (нихром).
• Проводники, подводящие к нагревателю сетевое электропитание 220 В.

Теплопроводящая оболочка изделия, как правило, делается из чистой меди или латуни. Иногда для ее изготовления используются сталь или алюминий с нанесенным поверх них защитным покрытием.

При производстве спиралей обычно используются сплавы никеля с хромом, в которые иногда добавляются железо с алюминием. Концы проволоки навиваются на контактные стержни из малоуглеродистой или нержавеющей стали. Чтобы исключить возможность попадания влаги во внутренние полости трубки – ее торцевые части тщательно герметизируются. К этой категории устройств относятся и известные всем кипятильники, широко применяемые в быту.

Принцип работы приборов закрытого типа (ТЭНов) предельно прост. При протекании тока по спирали, изготовленной из проводящего материала с высоким удельным сопротивлением, она раскаляется. За счет эффекта теплопередачи спиралеобразный проводник нагревает защитную оболочку устройства. Последняя при контакте с жидкостями передает ей энергию тепла, обеспечивая прогрев до нужной температуры.

Электрические нагреватели открытого типа обеспечивают обогрев воздушной среды за счет конвекции в близлежащие слои. При передаче тепла от одной воздушной прослойки к другой происходит постепенный нагрев всего окружающего пространства.

Области применения

Электрические нагревательные элементы, входящие в состав обогревателей открытого и закрытого типа, широко применяются в быту (в электропечах, в ТЭНах и в кипятильниках). Они устанавливаются в стиральных и посудомоечных машинах, а также в бойлерах различного типа и мощности (например, в проточных и накопительных агрегатах). Большим спросом пользуются эти приборы и на предприятиях общественного питания: в столовых, кафе и ресторанах.

На промышленных производствах устройства открытого типа востребованы при необходимости обогрева замкнутых воздушных пространств и при изготовлении специальных печей и тепловых пушек. Закрытые нагревательные элементы часто используются в бойлерах и в ТЭНах промышленного назначения. Специальные образцы электрических нагревателей применяются в жарочных шкафах, в электрических плитах и духовках, а также в кофеварках, чайниках и в отопительных приборах различной конструкции.

Преимущества и недостатки

К преимуществам нагревательных элементов, работающих за счет электрической энергии, относят:

• Эффективность используемого оборудования (высокий КПД).
• Возможность автоматизации процесса обогрева и регулировки температуры в широких пределах.
• Экологическая чистота.
• Устойчивость к вибрациям, к механическим воздействиям и климатическим факторам (к резким перепадам температур и колебаниям давления, в частности).
• Простота обслуживания и ремонта.
• Надежность и защищенность от случайного возгорания.

Существенный недостаток электрических нагревателей открытого типа – непосредственный контакт материала спиралей с окружающим воздухом и возможность его окисления.

Поскольку этот процесс происходит при высоких температурах – сроки эксплуатации таких приборов строго ограничены. Этим и объясняется то, что гораздо чаще на практике используются герметичные электронагреватели закрытого типа: ТЭНы или РЭНы. Минусом последних считаются проблемы с изготовлением нагревателей сложной конфигурации, что существенно сокращает ассортимент выпускаемых изделий и повышает их стоимость.

Какими показателями характеризуются электрические нагревательные элементы

Одна из важнейших характеристик закрытых ТЭНов – конфигурация трубчатого кожуха, выбираемая из множества вариантов. Она зависит от условий эксплуатации конкретного изделия и от объемов обогреваемой жидкости.

К другой характеристике этих элементов относят состав изолятора, заполняющего пространство между спиралью и корпусом трубки. Его функцию выполняют либо периклазовый порошок, засыпаемый в трубку при производстве изделия, либо кварцевый песок или шамот.

Все перечисленные изоляционные материалы отличаются следующими свойствами:

• Большое удельное сопротивление и низкое влагопоглощение.
• Высокий показатель теплопроводности.
• Инертность (они не вступают в химические реакции с материалом спирали).
• Механическая прочность.

Периклаз – это особый кристаллический порошок, получаемый путем расплава окиси магния с содержанием до 96%. Он получается в результате плавления увлажненной магнезии в электродуговых печах специальной конструкции.

В отличие от периклаза кварцевый песок – это практически чистая окись кремния (98-99%) с минимальным содержанием добавок. Шамот представляет собой огнеупорную глину, хорошо прокаленную и измельченную до порошкообразного состояния. К техническим показателям можно отнести и вид теплового оборудования, в котором используются нагревательные элементы.

Так, устройства типа «ТЭН» устанавливаются в следующие виды нагревательного оборудования:

с промежуточным обогревом. .
• Бытовые кипятильники.
• Жарочные и пекарные шкафы, а также фритюрницы и подобные им агрегаты.

Электрические нагревательные элементы изготавливаются из материалов, которые выбираются в зависимости от температуры и химических свойств обогреваемой среды. От этих показателей зависят и такие характеристики, как диаметр трубки, удельная мощность прибора и сроки его эксплуатации. Один из основных параметров, характеризующих работу таких нагревательных элементов – удельная поверхностная мощность, измеряемая в ваттах на метр квадратный.

Изменять этот показатель можно двумя способами. Первый реализуется путем повышения скорости прогона воздуха через обогреватель, а второй – за счет изменения рабочей температуры ТЭНа, достигающей значений порядка 450-650°C. При таком показателе на наружной поверхности нагревательного элемента начинает проявляться эффект, называемый «лучистым теплообменом». За счет этого мощность обогрева резко возрастает. При оценке электрических показателей таких приборов следует отметить, что они рассчитаны на напряжение 220 В и питаются переменным током частотой 50 Герц.

Методика расчета спирали нагревателей

Расчет рабочих характеристик спирали нагревателей чаще всего производится с помощью таблиц токовых нагрузок. При желании получить более точные результаты прибегают к формулам, в основу которых заложен показатель удельной мощности (ее величина, приходящаяся на единицу площади). Соответственно определению этот параметр измеряется в ваттах на сантиметр квадратный. При проведении расчетов обязательно учитывается температура поверхности самого излучателя и скорость отведения тепла.

Электрические нагревательные элементы выпускаются в исполнениях, с удельными мощностями в диапазоне от 0,01 до 12,0 КВт. Максимально возможное значение зависит от следующих данных:

• Диаметр трубчатой греющей части нагревателя (ТЭНа) и ее длина.
• Материал защитной оболочки.
• Среда, в которой предполагается эксплуатировать агрегат.
• Номинальная величина удельной мощности.

Электрические нагревательные элементы способны обеспечить нужную тепловую отдачу лишь в том случае, если последний показатель будет соответствовать номинальному значению. Существенные отклонения от него приведут к нежелательным последствиям. При снижении этого показателя невозможно обеспечить требуемую теплоотдачу, а при его увеличении ТЭН может просто перегореть.

Электронагревательные приборы

Электронагревательные приборы получили очень широкое распространение в нашей жизни. Например, электроплиты и чайники, утюги, камины, фены и другие уже давно стали привычными «жильцами» наших квартир.

Основной частью любого электронагревательного прибора является нагревательный элемент. Со второй половины XX века и по настоящее время широко используются так называемые ТЭНы – трубчатые электронагреватели (см. фото). Они представляют собой нихромовую проволоку, свитую в виде спирали и помещённую внутрь металлической трубки, заполненной электроизолирующим теплопроводным порошком. ТЭНы применяют в большинстве водонагревательных приборов, в утюгах, электроплитах, электрокаминах и так далее. Такие ТЭНы имеют размеры до нескольких дециметров и мощность до нескольких тысяч ватт.

В последнее время начинают широко распространяться электрические «тёплые полы». Для их укладки используют ТЭНы, которые находятся не в металлических трубках, а в пластмассовых, поэтому хорошо гнутся. Это важно, чтобы укладывать их в виде «змейки», равномерно покрывая всю площадь пола и обходя препятствия, например изгибы и выступы стен. Такие нагреватели имеют длину десятки метров и мощность до нескольких сотен ватт, что достаточно для обогрева одной комнаты.

В обычных лампах накаливания в световую энергию превращается менее 10% потребляемой электроэнергии, а остальные 90% превращаются в теплоту. Поэтому лампы накаливания тоже можно считать электронагревательными приборами. И хотя их чаще всего используют именно для освещения, нередки случаи, когда их применяют и для обогрева, например, теплиц. Для подключения ламп к электросети используют специальный патрон (на рисунке показан в разрезе). Он имеет нижний контакт в виде упругой пластинки и кольцевой контакт, соприкасающийся с цоколем лампы.

Важно: теплота выделяется не только в нагревательном элементе, но и в проводах. Однако на единице длины нагревательного элемента теплоты выделяется гораздо больше, чем на единице длины провода. Другими словами, на каждом сантиметре спирали выделяется гораздо больше теплоты, чем на каждом сантиметре провода, подводящего к спирали ток. В чём причина этого?

Во-первых, нагревательный элемент и подводящие провода изготовлены из разных металлов: нихрома и меди. Между тем, если взять одинаковые по размерам проводники из нихрома и меди, то нихромовый проводник будет иметь в 50 раз большее сопротивление, чем медный. Это же можно сказать иначе: удельное сопротивление нихрома в 50 раз больше удельного сопротивления меди. Выясним, как это влияет на выделение теплоты.

Нагревательный элемент и подводящие провода представляют собой проводники, соединённые последовательно. В § 9-б мы узнали, что в таких проводниках сила тока одинакова. Следовательно, согласно закону Джоуля–Ленца, количества теплот, выделяющихся в этих проводниках, прямо пропорциональны их сопротивлениям (так как силы токов и времена его прохождения одинаковы). Поэтому каждая единица длины нихромовой проволоки выделяет в 50 раз больше теплоты, чем единица длины медного провода, если площади их поперечного сечения одинаковы.

Во-вторых, нихромовая проволока свёрнута в спираль, длина которой в 10-20 раз меньше длины самой проволоки (см. рисунок). Поэтому на единице длины спирали выделяется в 10-20 раз больше теплоты, чем на единице длины прямого отрезка нихромовой проволоки.

Итак, две причины – применение вещества с большим удельным сопротивлением (нихрома или аналогичного) и плотное его размещение (спираль с близкими витками) приводят к тому, что основное количество теплоты выделяется именно в нагревательном элементе электроприбора, а не в проводах.