Что такое нагревательный элемент ТЭН и как он работает

Нагревательный элемент ТЭН (трубчатый электрический нагреватель) представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в тепловую. Он часто используется в бытовых и промышленных приборах, таких как бойлеры, чайники и обогреватели, для нагрева воды или воздуха. ТЭН состоит из нагревательного провода, помещенного в трубку, заполненную изоляционным материалом, что обеспечивает его эффективность и безопасность.

Основным принципом работы ТЭНа является прохождение электрического тока через нагревательный элемент, что вызывает его нагрев. ТЭНы могут иметь различные мощности и размеры, что позволяет использовать их в самых разных приложениях. Надежность и долговечность делают их популярным вибором для обеспечения необходимой температуры в различных системах отопления и водоснабжения.

Техническое описание ТЭН

Эта статья предназначена для тех, кто еще не знаком с методикой обозначения ТЭНов, начинается с основных определений и заканчивается примером обозначения. Если Вы знакомы с теорией, переходите сразу к выбору типоразмера, открыв, например, закладку ТЭНЫ ДЛЯ ВОДЫ. В случае затруднения сотрудники компании помогут с выбором необходимой Вам продукции.

Электронагреватели трубчатые

Термины и определения (согласно ГОСТ 13268-88)

1.1. Трубчатый электронагреватель ТЭН (рис.1) – электрический нагреватель сопротивления, состоящий из нагревательного элемента, имеющего на концах контактные стержни, запрессованного вместе с наполнителем в металлическую оболочку в соответствии с чертежом.

1.2. Нагревательный элемент – металлический проводник, выполненный из сплава с высоким удельным сопротивлением (элемент 5 рис.1).

1.3. Наполнитель – уплотненный изолирующий материал, окружающий электронагревательный элемент (элемент 6).

1.4. Герметизация торцов – заполнение торцов материалом, обеспечивающим защиту наполнителя от влияния на него влаги (элемент 7).

1.5. Контактный стержень – токоведущая металлическая деталь, служащая для подключения к сети питания (элемент 1).

1.6. Активная длина – часть ТЭН, в которой размещается нагревательный элемент (La).

1.7. Активная поверхность – поверхность на его активной длине.

1.8. Развернутая длина – сумма длин прямолинейных и изогнутых участков ТЭН(L).

1.9. Удельная поверхностная мощность ТЭН – мощность, приходящаяся на 1 см² активной поверхности.

1.10. Сопротивление изоляции ТЭН – электрическое сопротивление изоляционного материала, измеренное между токоведущими частями и металлической оболочкой.

1.17. Номинальная потребляемая мощность ТЭН – мощность, потребляемая в условиях нормальной теплоотдачи при рабочей температуре, указанная изготовителем на изделии.

Конструкция ТЭН (рис.1)

1– контактный стержень, 2– контактные гайки и шайбы, 3– изолятор, 4– трубчатая оболочка, 5– нагревательная спираль, 6– наполнитель, 7– герметик, D– диаметр оболочки, L– развернутая длина оболочки, Lk– заделка контактного стержня, La– активная длина ТЭН.

Типовые формы ТЭН (рис.2)

Условное обозначение нагреваемой среды, максимальная ваттная нагрузка и материал оболочки для трубчатых электронагревателей (ТЭНов) согласно ГОСТ 13268-88 (таб1)

Условное обозначение	Нагреваемая среда	Характер нагрева	Максимальная ваттная нагрузка, Вт/см2	Материал оболочки
J	Вода, слабый раствор кислот (pH от 5 до 7)	Нагревание, кипячение с максимальной температурой на оболочке 100°С	15	Нержавеющая сталь
P	Вода, слабый раствор щелочей (pH от 7 до 9)	Нагревание, кипячение с максимальной температурой на оболочке 100°С	15	Углеродистая сталь
S	Воздух, газы и смеси газов	Нагрев в спокойной газовой среде до температуры на оболочке 450°С	2,2	Углеродистая сталь
T	Воздух, газы и смеси газов	Нагрев в спокойной газовой среде с температурой на оболочке свыше 450°С	5,0	Нержавеющая сталь
O	Воздух, газы и смеси газов	Нагрев в движущейся со скоростью 6м/с воздушной среде до температуры на оболочке 450°С	5,5	Углеродистая сталь
K	Воздух, газы и смеси газов	Нагрев в движущейся со скоростью не менее 6м/с воздушной среде с температурой на оболочке св. 450°С	6,5	Нержавеющая сталь
L	Литейные формы, пресс-формы	ТЭН вставлен в паз, имеется гарантированный контакт с нагреваемым металлом, температура на оболочке до 450 °С	5,0	Углеродистая сталь
Z	Жиры, масла	Нагрев в ваннах и др. емкостях, температура до 250 °С	3,0	Углеродистая сталь
W	Легкоплавкие металлы и сплавы	Нагрев и плавление в ваннах и др. емкостях с температурой на оболочке до 450°С	3,5	Углеродистая сталь
D	Селитра (двойная оболочка)	Нагрев до температуры 600°С	3,5	Нержавеющая/черная сталь
Н	Селитра	Нагрев до температуры 600°С	3,5	Нержавеющая сталь

Стандартная заделка Lk (рис. 1) контактного стержня ТЭН

Обозначение длины	А	В	С	D	E	F	G	H
Длина в мм	40	65	100	125	160	250	400	630

Условное обозначения ТЭН, согласно ГОСТ 13268-88

Пример: TЭН-100A13/4,0 J 220 Ф2 R30 штц.

• – развернутая длина ТЭН (L) по оболочке, см;
• А – обозначение глубины заделки контактного стержня (Lk);
• – диаметр оболочки ТЭН, мм;
• 4,0 – номинальная мощность, кВт;
• J – нагреваемая среда (вода, материал оболочки — нержавеющая сталь (таб. 1);
• 220 – номинальное напряжение, В;
• Ф2 – типовая форма ТЭН (рис.2);
• R30 – радиус гиба тэн 30 мм;
• штц. 1/2" – крепежная арматура тэн.

Источник3: polymernagrev.ru

Виды электрических ТЭНов для нагревателей

Использование электронагревателей дома — это гарантия постоянного наличия теплой воды. Главным элементом любого водонагревательного прибора по праву является ТЭН. Именно это устройство обеспечивает нагревание и поддержку определенной температуры в бойлере. Сегодня мы рассмотрим подробно виды трубчатых нагревателей для бойлеров.

Описание и классификация трубчатых электронагревателей

ТЭН внешне представляет собой трубку, которая содержит резистивный нагревательный элемент. Именно по этому элементу и проходит электричество. Корпус нагревателя выполняют из металлов способных хорошо пропускать тепло и электричество. Обычно используется медь, нержавеющие и углеродистые металлы. Для нагрева жидкости применяют два основных типа ТЭН:

• Открытые/мокрые нагреватели. Устанавливаются непосредственно в жидкость и контактируют с ней. В качестве примера вспомним спираль в электрическом чайнике.
• Закрытые ("сухие") размещаются в специальной защитной колбе, которая препятствует непосредственному контакту нагревательного устройства со средой нагрева.

Выбирая нагреватель важно четко понимать, какой именно тип лучше подойдет к имеющимся эксплуатационным условиям.

"Мокрый" ТЭН

Нагреватель открытого типа имеет непосредственный контакт с водой. Тонкая проволока из нихрома намотана по спиральному типу, является отличным проводником для электрического тока. В первую очередь она передает тепло кварцу, который заполняет пустоты внутри корпуса, а уже затем тепло переходит к корпусу и прогревает окружающую среду. Классифицируют такие ТЭН по следующим техническим принципам:

• Форма нагревателя может быть прямой или вогнутой. Определяется типом накопителя в бойлере.
• По виду креплений. Существуют нагреватели, крепящиеся на фланце либо гайке. Первые производят методикой литья или штампуют.
• Наличие анодного гнезда либо его отсутствие.

В производстве трубчатых нагревателей открытого типа применяют нержавеющую сталь или медные сплавы. Эти материалы менее податливы окислительным процессам. К преимуществам такого ТЭН можно отнести легкость установки и замены. А также рыночную цену. Только из-за беспрерывного нахождения в воде нагреватель быстро покрывается солевыми отложениями и выходит из строя.

Плюс, открытый ТЭН потребляет много электричества.

"Сухой" ТЭН

Закрытый ТЭН является изолированным элементом нагрева и располагается в закрытой колбе из керамики. Качество колбы напрямую влияет на прочность всей конструкции нагревателя и срок его службы. Производители нагревателя для защитной оболочки применяют силикат магния или стеатит. Само нагревательное устройство выполнено из нержавеющего металла.

Вода нагревается за счет тепловой проводимости защитной колбы. Технология производства обеспечивает безопасную эксплуатацию из-за отсутствия риска коротких замыканий. Помимо всего, сухой ТЭН дольше функционирует по сравнению с мокрым нагревателем и более экономичен в эксплуатации. К недостаткам можно отнести лишь то, что каждый нагреватель данного типа изготавливается для конкретных моделей водонагревателей и не может использоваться для других бойлеров.

Сухой ТЭН керамический

Для бойлеров и водонагревателей можно использовать также сухие керамические ТЭНы в колбе из нержавеющей стали. Керамические нагреватели из стеатита более дорогие, чем металлические трубчатые нагреватели, но они служат намного дольше. Компания Полимернагрев изготавливает сухие ТЭНы керамические с диаметрами 42 и 34 мм.

Длина нагревателей, тип подключения, колба и другие параметры изготавливаются под заказ с индивидуальными требованиями. У нас можно заказать изготовление даже одного нагревателя, а при заказе нескольких ТЭНов предоставляется скидка. Стоимость и сроки изготовления уточняйте у наших менеджеров по телефону или через электронную почту.

Как выбрать?

Длительность работы нагревателя зависит от многих факторов: условия эксплуатации, скачки напряжения и т. д. Открытый ТЭН в среднем работает около 5 лет, а срок работы мокрого нагревателя достигает 10—15 лет. При выборе нагревательного устройства важно учесть режим работы, частоту технических работ, объем нагреваемой жидкости, время нагрева и мн. др. Получить информацию по интересующим вопросам вы всегда можете у специалистов «Полимернагрев» воспользовавшись контактами на сайте. Мы проведем все необходимые расчеты именно для вашего водонагревателя. Вы можете сравнить несколько типов ТЭН и подобрать для себя самый оптимальный вариант.

Источник4: polymernagrev.ru

Источник5: electro-nagrev.ru

ТЭНы для нагрева и отопления

Трубчатые ТЭНы – это приоритетные конструкции в системах отопления и горячего водоснабжения. Они необходимы для нагрева воды в бойлерах, котлах, термостатах, в промышленных процессах (при работе с жидкостями и газами).

Нагреватели ценят за скорость нагрева и эффективность. Тепло быстро передаётся жидкой среде (газу) без задержек. Уход за нагревателями несложный.

В зависимости от степени активности среды применяют кислотостойкие, щелочестойкие ТЭНы. Нагрев воды, масел, воздуха, битумов, других жидких производственных сред используется практически в каждом индустриальном процессе. Для работы с продуктами питания подходят стальные нагреватели, для агрессивных субстанций –титановые медные, свинцовые, циркониевые. Также используют фторопластовые, кварцевые оболочки.

Трубчатые нагреватели ценятся за компактное размещение, отсутствие шума при работе. Используемые материалы и сам процесс нагрева относят к экологически безопасным. Поэтому их используют не только в промышленном назначении, но и для домашних потребностей, помогая получать горячую воду и столь необходимое в холодное время тепло.

ТЭНы трубчатые почти не изменились с начала создания. Несмотря на то, что меняются технологии и подход к реализации процессов, конструкция нагревателей остаётся прежней, ведь они в полной мере выполняют поставленные задачи.

Есть новые разработки, касающиеся формы, модифицируется оснастка, чтобы ещё больше процессов проходило в правильных термических условиях. Не всегда подходят единичные элементы нагрева и стандартные предложения. Чтобы вам подобрать трубчатый нагреватель под конкретные задачи, присылайте заявку в компанию «Электронагрев». Мы рассчитаем количество ТЭНов, рассмотрим возможность комбинирования в блоки, изготовим продукцию нужной длины, диаметра и мощности.

Функционал трубчатых отопительных нагревателей

Производительность ТЭНов высокая за счёт того, что всё продуцируемую из электричества энергию они отдают для нагрева. Применяются в виде единственного или дополнительного источника выработки тепла. Простой монтаж, приемлемая цена, широкая вариативность в размерах повышают спрос на такую продукцию.

Отопительные ТЭНы применяют для:

— котлов, конвекторов, каминов, работающих от розетки;

— водяных батарей отопления.

Добавление систем автоматики увеличивает комфортность пользования:

1. встроенный наружный терморегулятор контролирует границу подъёма температуры;
2. турбонагрев способствует увеличению скорости подачи тепла при первой активации обогревателя за сезон;
3. антизамерзание. Не даёт воде в трубах превратиться в лёд, срабатывает при температуре в помещении ниже +2℃.

Что находится внутри трубчатого ТЭНа

Керамическая или металлическая трубка содержит внутри токопроводящую спираль. Пространство изнутри заполнено проводником тепла и сделана запрессовка. В местах фланцевого крепления поставлены изоляторы-втулки.

Фланцевая фиксация защищает содержимое ТЭНа от влияния окружающей среды. После перегорания резистивного элемента нагреватель выбрасывают, так как нет возможности заменить проволоку.

Как функционирует ТЭН

Когда оборудование подключается к источнику тока, спираль модулирует ток в тепло. В упрощённых устройствах процесс длится до тех пор, пока они подключены к сети. В современных моделях контроль за нагревом осуществляют регуляторы, которые после получения сигнала от датчиков о достижении нагревателем граничной температуры отключают подачу тока.

Полученное тепло передаётся водяному (воздушному) проводнику, а он уже нагревает наружную часть отопительного прибора. Выделяемое тепло смешивается с холодными потоками и постепенно температура в помещении выравнивается. Последовательно повышается температура воздуха, добавляя термический потенциал предметам в помещении.

В устройствах с воздушным нагревом температура ограничена во избежание возгорания, чтобы не повредить предметы по соседству.

Виды нагревателей для отопительного оборудования

Чтобы ТЭН полностью устраивал не только своей конструкцией, но и удобным подключением, правильнее всего делать индивидуальный заказ на изготовление. Некоторые компании унифицируют свою продукцию, делая контактные соединения очень неудобными для монтажа. Также можно наслушаться рекламы и ошибочно купить нагреватель мощностью более 2,5кВт, который «не выдержит» домашняя проводка. Поэтому тему нужно вначале изучить, а потом уже делать покупку отопительного прибора.

ТЭНы бытовые

Трубчатый вид относится к наиболее известным и распространённым. Его можно встретить в масляных радиаторах, настенных приборах и в переносных

моделях. Змеевики, U-образные, фигурные, прямые ТЭНы подстроены под форму нагревательного оборудования. Они передают энергию конвекцией, проводимостью, излучением инфракрасного потока.

Кто-то думает: зачем это всё, когда в домах делается отопление котлами или паром? Если не возможности установить центральное отопление или же оно функционирует нестабильно, приходится думать о других видах обогрева.

Если вы решили приобрести нагреватель в собранном виде, убедитесь, что длины шнура будет достаточно для подключения. Предлагаются изделия с диаметром трубки до 1,8 см, длиной – до 6 м, мощностью до 2,5 кВт. Изготовлены из меди, нержавеющей стали, керамики.

ТЭН оребренный

Когда необходимо увеличить мощность потока и ускорить нагрев воздуха, задействуют нагреватели с оребрением. Это намного удобнее, чем увеличить длину ТЭНов или делать блочный вариант из нескольких аналогов: в таком случае возрастают затраты на нагрев. Берётся углеродистая стальная лента и обматывается вокруг основного нагревателя. В итоге теплоотдача резко возрастает.

При использовании вентилятора тепло удаётся быстро направлять во все уголки помещения. Стальные пластинки настолько плотно размещены, что напоминают металлический ёршик.

По логике вещей ТЭНы воздушного типа должны быть массивнее и мощнее, чем водяные. Оребрение нивелирует эту разницу и уменьшает нагрузку н электросеть на 200-250%.

Используют оребренные нагреватели в конвекторах, при нагреве газовых сред, в строительных тепловых завесах, калориферах.

Блочные ТЭНы

Для частных отопительных котлов и мощных электронагревательных агрегатов создают комплекты нагревателей, объединяя их в блоки. Концы ТЭНов располагают на общем фланце. Мощность таких конструкций находится в диапазоне 5-10 кВт. Электрическая сеть дома такое не выдержит, нужно вначале протянуть отдельный силовой кабель.

Применение блочных типов нагревателей обусловлено двумя факторами:

— малой площадью наружной поверхности ТЭНа;

— потребностью в значительной мощности и снижении времени нагрева.

Получается, что на каждый отдельных элемента нагрузка снижена, а общие тепловой поток возрос в разы.

Патронный ТЭН

Представляет собой трубку и один свободный конец, который вставляется в радиатор. По размеру отверстия подбирается таким образом, чтобы сформировался надёжный контакт с оборудованием

ТЭНы используют на заводском оборудовании экструзионного типа. При подключении выбирают фланцевые крепежи.

Водяные нагреватели в тепловых устройствах

Их производят для бойлеров, водяных батарей, масляных радиаторов, автоклавов. Бывают одинарные и блочные типы, с нагревом до +90℃ и до +100℃. Для мощных агрегатов требуется 3-хфазная сеть. По торцам выполняют гидроизоляцию ТЭНа, используя токоизолирующие оболочки.

Гибкие нагреватели

Возможность менять форму под конфигурацию оборудования тоже может пригодиться. Такие ТЭНы являются незаменимыми в горячеканальных производственных системах. Тонкие изделия размещают в изгибающихся канавках.

Чаще используют подобные греющие кабели с функцией саморегуляции в конструкции «тёплых полов». Укладывают из в закрытых помещениях и на уличном пространстве (под подушку из бетона).

Какой купить нагреватель для отопительных устройств

Если длину и форму подобрать легко, то с мощностью надо ещё разобраться. Сначала нужно уточнить, в каком состоянии проводка и выдержит ли она дополнительный источник потребления. Затем следует подсчитать площадь помещения, подлежащего обогреву. После этого просчитать, какой будет допустимая мощность отдачи тепловой энергии оборудованием. В случае, когда мощность ТЭНа будет больше этого показателя, он станет постоянно отключаться по причине перегрева.

На одну розетку рекомендуется ставить не более 1,5 кВт нагрузки. Замыкание на тех объектах, где старая проводка, может случиться в любую минуту. Приобретая современные нагревательные приборы, обновите проводку, чтобы не было беды.

Знания, которые не будут лишними

Если вы купили ТЭН и не знаете, насколько оно подойдёт, воспользуйтесь следующими рекомендациями.

• Проверьте, соответствуют ли указанные паспортные данные параметрам ТЭНа. Для квартир, частных домов, дач мощность должна быть не более 2,5 кВт.

P = U x I = U x (U : R) = U 2 : R, где

U – напряжение сети, В

R – замеренное сопротивление, Ом.

Сопротивление проверяется в нагретом устройстве Омметром.

• Рассчитайте время, которое потребуется для нагрева жидкости (для жидких сред).

A = C x (T1 – T2), где

A – работа, которую произведёт отопительное устройство для изменения температурного показателя, Дж

T1 – исходная температура, ℃

T2 – конечная температура, ℃

C – удельная теплоёмкость воды, Дж/кг*℃ (она равна 4200 Дж/кг*℃).

Эта же работа находится через другие параметры:

A = Р х t, где

Р – мощность ТЭНа, Вт

t – продолжительность работы тока, сек

Выводим формулу для расчётов:

C x (T1 – T2) = Р х t

t = C x (T1 – T2) / Р

• Выясняем, какая потребуется мощность ТЭНа

При высоте потолков до 2,5 м ТЭН в 1 кВт нагреет площадь в 10 м 2 . Если высота помещения приближается к 3 м, то тогда на 10 м 2 потратится 1,2 кВт энергии. В первом случае отношение P к S рассчитывается, как 1:10, а во втором случае – как 1,2:10. Остаётся высчитать мощность нагревателя для вашей площади.

• Существует ещё одна относительная зависимость между объёмом циркулирующей в системе жидкости и мощностью оборудования. Для котла в 1 кВт в среднем нужно 15 литров теплового носителя. Подставьте значения мощности вашего агрегата и подсчитайте, сколько воды понадобится для теплового нагрева. Эти данные нельзя назвать точными, ведь не учитывается много побочных факторов и нюансов смонтированной отопительной системы.

Эта информация пригодится тем, кто доверяет цифрам и привык выверять всё математическим путём.

Установил ТЭН и забыл? Так не бывает

Котлы, трубы, радиаторы нуждаются в профилактическом сервисе. Вода зачастую используется для них со скважины, где много солей и природных отложений. Это приводит к коррозионным процессам, появлению накипи. Всего 1 мм налипшей грязи уменьшает теплоотдачу на 10-12%. Начинают плохо работать насос, обменник котла, батареи.

Приходится увеличивать потребление теплоносителя: оборудование работает с перегрузом и быстро ломается. Раз в год тепловым установкам нужен «техосмотр».

1. В твердотопливных котлах удаляют золу, сажу с поверхности обменника, внутренних стенок дымохода и топочной зоны. В электрических котлах производят чистку ТЭНов специальными порошками. Газовые котлы чистить самостоятельно запрещено.
2. Промывка радиаторов. Информации в интернете на эту тему мало, поэтому лучше, если проконсультирует или сделает эту работу квалифицированный мастер. Алюминиевые батареи корродируют, стальные покрываются налётом. Лучше всего, если оборудование биметаллическое. Вначале надо убрать жидкость из системы, открутить радиатор, залить горячей водой, чтобы загрязнения «откисли». Через пару часов воду убрать, залить внутрь химические средства, справляющиеся с окислениями и накипью. Через 1-2 часа химию удалить. Батарею простучать деревянным молотком, чтобы поотлетали куски известковых накоплений. В конце батарею хорошо промыть водой под напором. Так как многие забывают чистить радиаторы каждый год, приходится заказывать комплексную чистку отопительных приборов.
3. Прочистка труб. Чтобы не затопить своё жильё, лучше не экспериментировать. Понадобится пневмогидроимпульсная очистка со специальным оборудованием. Если вы изначально проложили полимерные трубы, очистка их не требуется в течение 50 лет.

Циркуляционные насосы. Внутрь вливают смесь воды и уксуса (в равных долях), через сутки всё сливают. Насос разбирают и очищают деревянным шпателем от остатков грязи все составляющие.

Заключение

Выбор ТЭНа – это не просто ткнуть пальцем в понравившуюся позицию каталога. Нужно знать много законов и формул, иметь теплотехническое образование. А если нагреватели нужны для производства или требуются аналоги необычной формы и размеров, ещё надо уметь спроектировать их и подобрать правильные материалы. Ошибочная покупка приведёт к недостаточному тепловому комфорту, блокированию работы ТЭНа или его быстрому выходу из строя.

Большинство клиентов не ориентируется в этих вещах. Поэтому они доверяют специалистам компании Intmax. Вы предоставляете исходные данные помещений, указываете, каким хотели бы видеть температурный уровень нагрева, пишете, для какого оборудования требуются ТЭНы – а остальное делают наши сотрудники.

Источник6: electro-nagrev.ru