Принципиальные преимущества ТЭНов перед другими видами нагревателей заключаются в следующем: поверхность нагревателя не находится под электрическим напряжением, т. е. электронагреватель электробезопасен (при заземлении внешней трубки и правильно выбранных предохранителях), его можно помещать в воду, жидкий металл и пр.; нагревательная спираль, запрессованная в наполнителе (при достаточной герметизации торцов нагревателя), имеет малый диаметр проволоки и значительный срок службы; нагреватели надежно работают при вибрациях и значительных ударных нагрузках (благодаря плотности набивки наполнителя); нагреватели могут иметь любую форму; конструкция нагревателя проста.
Нагревательная спираль ТЭНа выполняется, как правило, из проволоки диаметром 0,2… 1,6 мм (сплавы Х20Н80 и Х15Н60).
ТЭН можно согнуть в любую форму в холодном состоянии после отжига трубки при условии, что радиус изгиба будет не меньше 2,5 диаметра внешней трубки (при этом спираль внутри трубки расположена строго по ее оси).
Пример условного обозначения ТЭНа развернутой длиной 800 мм, номинальной длиной контактного стержня в заделке 50 мм, диаметром 8 мм, мощностью 1 кВт, изготовленного из стали марки 12Х18Н10Т, предназначенного для нагрева слабых растворов пищевых кислот на номинальное напряжение 220 В: трубчатый электронагреватель ТЭН-80-5-8/1 ОП 220.
Все имеющиеся в природе тела с температурой выше абсолютного нуля обладают инфракрасным излучением. Инфракрасным является нагрев от электронагревателей, в которых используются проводники с высоким удельным сопротивлением.
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 относятся лампы накаливания типа ИКЗ (инфракрасная зеркальная) с внутренней зеркальной поверхностью для получения направленного лучевого потока. К темным излучателям инфракрасных волн — открытые спирали и ТЭНы с температурой на поверхности 700…750 °C.
1.3. Виды электронагревательных приборов
По виду электронагревательные приборы подразделяются на четыре группы: без регулировки, с регулировкой температуры нагрева, с регулировкой мощности, автоматические с программным управлением.
Для регулировки температуры в приборах устанавливают терморегуляторы, термоограничители и термовыключатели.
Терморегулятор— устройство, чувствительное к температуре (с регулировкой температуры или без нее), которое при нормальной эксплуатации служит для поддержания температуры прибора или его частей в определенных пределах путем автоматического включения и отключения цепи.
Термоограничитель— устройство, чувствительное к температуре, с регулировкой температуры или без нее, которое при нормальной эксплуатации служит для включения или отключения цепи, когда температура прибора или его частей достигает заранее определенного значения. Термоограничитель может быть с ручными возвратом и без него.
Термовыключатель — устройство, которое ограничивает температуру прибора или его частей при ненормальной работе путем автоматического размыкания цепи или уменьшения величины тока. Термовыключатель может быть с самовозвратом и с ручным возвратом.
Регулировка мощности прибора может быть ступенчатой и плавной с помощью реостата.
Термоограничители, терморегуляторы и термовыключатели работают по принципу использования различных физических явлений. Так, в одном из наиболее распространенных терморегуляторов — биметаллическом — используется явление изгибания термобиметаллической пластинки при изменении температуры.
В манометрическом терморегуляторе используется явление изменения объема (при изменении давления) жидкости или газа, заполняющих замкнутую термосистему.
Биметаллическая система состоит из двух или нескольких слоев металлов или сплавов с различными коэффициентами теплового расширения, сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения. Слой металла или сплава с большим коэффициентом теплового расширения называется активным слоем, с меньшим — пассивным. Пассивный слой изготовляют обычно из инвара (сплав железа с никелем). Никель составляет 35…37 %, остальное — железо и примеси. Никель при температуре от -60 до +100 °C практически не изменяет своих размеров.
Активный слой изготовляют из латуни, легированной стали и др.
Регуляторы температуры и мощности по скорости замыкания и размыкания контактов подразделяют на быстро- и медленнодействующие. Быстродействующие регуляторы сложнее по конструкции, обеспечивают мгновенное замыкание и размыкание контактов, что исключает их подгорание и обеспечивает большой срок службы.
Размыкание и замыкание контактов медленнодействующих регуляторов происходит в зависимости от скорости изгибания термобиметалла. Такие регуляторы проще по конструкции, но из-за искрения контактов менее долговечны и создают помехи радиоприему.
1.4. Электроплиты
Электроплиты — это переносные бытовые электронагревательные приборы с одной или несколькими конфорками.
Электроконфорка — сборочная единица бытового нагревательного прибора, основным элементом которой является электронагреватель.
Чугунные электроконфорки выпускаются диаметром 145, 180 и 220 мм; время разогрева от 5 до 15 мин в зависимости от диаметра конфорки и мощности электронагревателя.
ТЭН-конфорки (трубчатые) выпускаются диаметром 145 и 180 мм; время разогрева 4 мин.
Пирокерамические электроконфорки выпускаются диаметром 145 и 180 мм; время разогрева 5 мин.
Штампованные электроконфорки выпускаются диаметром 180 мм; время разогрева 15 мин.
Электроплиты изготовляют на следующие номинальные мощности, кВт:
— одноконфорочные — 0,8; 1; 1,2; 1,5;
— двухконфорочные — 1,6; 2; 2,2.
Электроплиты обозначаются буквами и цифрами, означающими: ЭП — электроплита; третья буква — тип конфорки (Ч — чугунная, Т — конфорка из трубчатого нагревателя, Ш — штампованная, П — пирокерамическая); далее через дефис указывается число конфорок, затем номинальная потребляемая мощность, а через косую черту — номинальное напряжение.
Пример условного обозначения электроплиты с одной чугунной электроконфоркой, номинальной потребляемой мощностью 1,2 кВт, на номинальное напряжение 220 В: электроплита ЭПЧ 1–1,2/220.
Корпус электроплит покрыт силикатными эмалями или другими покрытиями, обеспечивающими эксплуатационную стойкость.
Некоторые плиты имеют световую сигнализацию, срабатывающую при включении их в сеть. Длина соединительного шнура 1,7 м. Электрические соединители и вилки должны быть выбраны в зависимости от единовременно потребляемой электроприбором суммарной мощности.
Электроплита «Мечта» (рис. 1.2) со ступенчатым нагревателем имеет две одинаковые конфорки. Корпус 6 выполнен из листовой стали и покрыт силикатной эмалью. Нагреватель конфорок — трубчатый спиральный элемент. Его легко можно поставить вертикально и почистить поддон. Четырехступенчатые переключатели поворотом ручек позволяют регулировать мощность конфорок, Вт: левой — 800, 500, и 190; правой — 1000, 500, и 250.
Верхняя крышка шарнирно соединена с корпусом, что позволяет удерживать ее откинутой или снять. Корпус конфорки и нижняя крышка соединены при помощи стержня с резьбой и гайки.
Рис. 1.2.Электроплита «Мечта»:
1 — верхняя крышка; 2 — нагревательный элемент; 3 — шнур с вилкой; 4 — нижняя крышка; 5 — переключатели мощности; 6 — корпус; 7 — винт
1.5. Электрочайники
Электрочайники изготовляют следующих типов: ЭЧ — электрочайник без термовыключателя; ЭЧТ — электрочайник с термовыключателем; ЭЧЗ — электрочайник с устройством отключения при закипании воды; ЗЧТЗ — электрочайник с термовыключателем и устройством отключения при закипании воды.
В электрочайниках установлены трубчатые электронагреватели (ТЭНы). Термовыключатель электрочайника должен предохранять электронагреватель от выхода его из строя при выкипании воды. Чайники выпускаются номинальной вместимостью от 2 до 6 литров.
На рис. 1.3 показана конструкция простейшего электрочайника. Корпус чайника изготовлен из алюминия или нержавеющей стали. Большинство зарубежных чайников имеют корпус из пластмассы.
Чтобы заменить в электрочайнике вышедший из строя ТЭН8, отворачивают контактные штифты 5 и снимают шайбы 4 и фарфоровую колодку 6. Затем торцовым ключом отворачивают гайки 3, снимают штепсельную коробку 7 вместе с фибровой прокладкой 2. Через горловину чайника извлекают электронагреватель с резиновыми сальниками.
Для установки нового ТЭНа предварительно с него снимают все детали, кроме сальников. Затем в чайник устанавливают новый ТЭН. При этом необходимо обратить внимание на надежное прилегание (до упора) сальников к корпусу чайника. После этого надевают штепсельную коробку 7 на выступающие части резиновых сальников 1; надевают фибровую прокладку 2 и плотно с помощью торцового ключа закрепляют электронагреватель гайками 3; на резьбовые концы электронагревателя надевают фарфоровую колодку 6, шайбы надевают на выводы нагревателя и навертывают на них с помощью отвертки контактные штифты 5.
Во избежание поломки фарфоровой колодки штифты следует завертывать осторожно.
Рис. 1.3.Конструкция электрочайника:
1 — корпус; 2 — фибровая прокладка; 3 — гайка; 4 — шайба; 5 — контактные штифты; 6 — фарфоровая колодка;