Многие бытовые приборы, техника и промышленные установки среди главных рабочих деталей включает нагревательный элемент. ТЭН – это распространенный тип изделий, который отличается простотой устройства и многообразием моделей. Рассмотрим, из чего состоит и как работает нагреватель на примере типового образца. Ознакомимся с информацией, которая должна быть включена в заводскую маркировку по требованиям ГОСТа 13268-88.
ТЭН для воды
Историческая справка
Прототипом современного ТЭНа считается запатентованное в 1895 году изобретение (патент США No 25532). Дж. Б. Симпсон представил в качестве нагревательного элемента полую трубку, внутри которой располагалась нить накаливания. Посредством последней осуществлялось преобразование электрической энергии в тепловую.
Сегодня ТЭН – это также трубчатый электронагреватель. Практическое применение, модернизация прототипа и масштабное производство было начато после открытия нового сплава для корпуса нагревателя. Сплав на основе никеля и хрома (4 к 1) в отличие от изначально предложенного отличался лучшей стойкостью к кислотам, щелочам и обладал более высоким удельным сопротивлением.
В 1918 Ф. Берри получил патент на усовершенствованную модель ТЭНа. Он поместил в металлическую трубку спиралевидную нить накала. Для стабилизации ее положения внутренняя полость корпуса была полностью заполнена порошкообразным веществом с хорошей теплопроводностью. Оно дополнительно выполняло функцию изолятора, что исключило риск короткого замыкания.
ТЭН в разрезе
Устройство и разновидности современных ТЭНов
Независимо от конструктивных особенностей и назначения все ТЭНы – это электрические нагреватели с трубчатым корпусом и нитью накаливания внутри нее. Устройство и принцип действия изделий схожи между собой. Рассмотрим детальнее типовую модель.
Нить накала – главный элемент изделия. Это фехралевая, хромовая спираль с сечением 1-1,2 мм или аналогичная проволока из нихрома, константана. Она расположена внутри корпуса из тонкослойного металла по всей его длине. За счет высокого удельного электрического сопротивления материал начинает нагреваться во время прохождения тока.
Концы спирали закреплены к токопроводящим контактным стержням. Далее они подключаются к источнику питания. Чтобы исключить прохождение тока по металлическому корпусу, шпильки надежно закреплены и изолированы от трубки диэлектрическими элементами. Чаще они изготавливаются из керамики.
ТЭН с четырьмя контактами
Внутреннее пространство заполняется плотным наполнителем, чтобы спираль не могла напрямую контактировать с металлическими стенками. Здесь могут быть использованы разные материалы: периклаз, минеральные смеси с содержанием оксидов цинка, магния, марганца, железа или других металлов. В любом случае вещество обладает низким тепловым расширением и высокой теплопроводностью. Чтобы наполнитель не мог высыпаться, концы трубки надежно загерметизированы.
Для производства корпуса используются различные виды металлов. Это могут быть алюминий, медь, латунь, углеродистая либо нержавеющая сталь. Толщина стенок трубки варьируется в пределах от 6 до 19 мм, что зависит от состава и назначения ТЭНа. Также с учетом условий эксплуатации (рабочей среды) наружная поверхность изделий может быть дополнительно обработана специальным защитным составом стойким к химически активным веществам.
ТЭН условно можно разделить на простые и блочные конструкции. Изделия второго типа отличаются повышенной мощностью, потому они нуждаются в защите от перегрева. Эту функцию обеспечивают датчики температуры.
ТЭН с терморегулятором
Принцип действия нагревателя
Твердоплавкая нить накаливания нагревается, когда на входящий контактный стержень поступает электричество. Тепло от спирали передается наполнителю. Так он имеет низкую теплопроводность, эта энергия быстро поступает к металлическому корпусу нагревателя. А далее энергия передается рабочей среде.
Разновидности ТЭНов
Классификация трубчатых электронагревателей проводится по трем основным признакам. Это способ установки, исполнение, назначение. Так, различаются мокрые и сухие ТЭНы для водонагревателей, они же открытые или сухие. Первые предназначены для работы в жидкой среде. Вторые изготавливаются с дополнительными защитным кожухом (керамическая колба), чтобы трубка была изолирована от воды или масла.
Нагреватель открытого и закрытого типа
По исполнению выделяются стандартные, гибкие ТЭНы и блоки (ТЭНБ). Первая группа представлена в 15 вариантах. Вторые предназначены для установки в оборудование, в котором необходимо повторять форму площадки для монтажа. Третий тип – на одном фланце закрепляются 2 и более ТЭНов стандартной формы. Как правило, выбираются образцы в виде подковы (U-образные).
15 стандартных форм ТЭНов
Под назначением подразумеваются рабочая среда и тип оборудования, в которое устанавливается нагреватель. В первом случае это могут быть воздух, газ, вода, масло, жир, щелочная и кислая среда, металлы. Во втором – водонагреватели и отопительные приборы, печи, прессы, техника для приготовления, обработки и хранения пищевых продуктов, системы кондиционирования и прочее.
Маркировка
На видном месте на ТЭНах обязательно наносится заводская маркировка. Регламентируется ее содержание действующим ГОСТом 13268-88. На основании документа здесь должны быть включены:
- тип нагревателя либо материал корпуса и рабочая среда – допустимо отсутствие информации;
- номинальное напряжение (в В);
- потребляемая мощность (в кВт);
- дата выпуска (месяц и год) – можно не указывать месяц;
- производитель (код страны).
Кроме перечисленных сведений изготовитель может указывать дополнительную информацию. К таковой обычно относятся размеры трубки или длина контактной шпильки в заделке. Последняя обозначается заглавной буквой:
| Знак | A | B | C | D | E | F | G | H |
| мм | 40 | 65 | 100 | 100 | 160 | 250 | 400 | 630 |
Также латинскими буквами обозначаются базовые характеристики изделий. Детальная информация прописана в ГОСТе (Таблица 4). Например, под литерой Q подразумевается, что корпус ТЭНа изготовлен из алюминиевого сплава, его удельная мощность не превышает 9,5 Вт/см², а рабочая среда – это вода или слабые растворы с уровнем pH от 5 до 7. Другой пример – X: нагреваются вода или раствор с pH от 5 до 9, при этом температура среды может достигать +100°, удельная мощность ТЭНа из меди либо латуни не превышает 9 Вт/см².
Видео описание
В этом видео проведен обзор двух моделей ТЭНов для водонагревателей:
Коротко о главном
ТЭН – это трубчатый электронагреватель. В полой трубке имеются наполнитель, который удерживает на расстоянии от металлических стенок нить накаливания. Концы спирали крепятся к контактным стержням, что изолированы от корпуса.
Принцип действия ТЭНа: нить накала нагревается из-за сопротивления протекающему тока, наполнитель и металл корпуса хорошо проводят и передают тепловую энергию рабочей среде.
Рабочей средой могут быть жидкости и газы.
Классификация ТЭНов проводится по конструктивному исполнению, условиям эксплуатации, применению.