Тэн водонагревателя, или трубчатый электронагреватель, представляет собой металлический элемент, ответственный за нагрев воды. Он обычно изготавливается из меди или нержавеющей стали, что обеспечивает хорошую проводимость тепла и устойчивость к коррозии.
Внутри тэна находится электрический провод, обмотанный изоляционным материалом, который предотвращает короткое замыкание. Процесс нагрева воды происходит за счет электрического тока, проходящего через провод, в результате чего выделяется тепло, поднимающее температуру воды в баке.
Интернет-магазин водонагревателей и климатической техники №1
Доставим по России
Режим работы: с 10:00 до 18:00
товаров
Каталог товаров
ТЭНы для водонагревателей
Нагревательный элемент – это сердце электрического водонагревателя. Назначение нагревательного элемента – нагрев воды. Электрический ток, проходя через нагревательный элемент, нагревает его, и вследствие этого происходит нагрев воды в водонагревателе.
Нагревательные элементы для водонагревателя делятся на находящиеся непосредственно в воде «мокрые» и не находящиеся «сухие». На сегодняшний день известно два принципиально отличных по конструкции друг от друга нагревательных элемента в электрических водонагревателях: ТЭНы (трубчатые электрические нагреватели) и стеатитовые нагревательные элементы.
Устройство ТЭНа для водонагревателя
ТЭН для водонагревателя – это водяной нагревательный элемент, который состоит из нагревательной спирали Г с контактными стержнями В на концах. Нагревательная спираль запрессована в металлическую оболочку А (медную или из нержавеющей стали).
Во избежание короткого замыкания на металлическую оболочку тэна водонагревателя (пробоя на корпус тэна), спираль имеет изоляцию от него наполнителем тэна Б, который является диэлектриком т.е. не дает замкнуть на корпус ТЭНа, но при этом имеет хорошую теплопроводность. В качестве наполнителя чаще всего используют порошок оксида магния или кварцевый песок. Контактные стержни также имеет изоляцию из герметика и керамики или термопласта по концам ТЭНа. При прохождении электрического тока через нагревательную спираль, вследствие ее большого омического сопротивления, практически вся электрическая энергия преобразуется в тепло. Тепло от спирали сквозь изоляционную засыпку доходит до медной или нержавеющей оболочки тэна, которая и нагревает воду в баке водонагревателя.
Устройство стеатитового нагревательно элемента
Предназначенные для помещения в металлические оболочки, керамические тэны с открытой спиралью изготавливаются из проволоки высокого сопротивления, которая натягивается на стеатитовый цилиндр или скобки. Нагрев осуществляется посредством конвекции воздуха и/или излучением. Температура проволоки может достигать 800°С. Нагревательные элементы могут изготавливаться с неравномерным распределением мощности по длине. При этом плотность мощности поверхности нагревателя — не более 9 Вт/см2.
Предостережение: керамический тэн должен быть защищен от повышенных вибрационных нагрузок и любого загрязнения материала (ржавчина, масло и т.д.)
Керамический элемент — с круглым сечением, представляет одиночный модуль цилиндрического нагревателя, а количество данных модулей зависит от длины (L), диаметра (Ø), мощности и предназначения нагревателя. Модули соединены между собой по оси, прикреплённые к фланцу, к которому можно подсоединить провода питания, либо из которого выходят непосредственно, если есть такое требование. Расстояние (Lm) — холодная зона, её длинна может меняться в зависимости от конструктивных особенностей водонагревателя.
Стеатитовый нагревательный элемент вставляется в железный кожух (колбу), которая контактирует с водой.
От мокрого к сухому ТЭНу
ТЭН при нагреве может непосредственно контактировать с водой («мокрый ТЭН»), а может и не контактировать. В этом случае его вставляют в специальную герметичную металлическую колбу повышенной прочности, и тепло от ТЭНа передается воде через посредника (кожух). Такой ТЭН для водонагревателя называется «сухой».
Врагами «мокрого» ТЭНа являются накипь и электролитическая коррозия. Содержащиеся в воде соли жесткости налипают на его поверхность в виде накипи. Накипь уменьшает теплопередачу от поверхности нагревателя к воде. Вследствие этого, во-первых, увеличивается время нагревания воды и, соответственно, расход электроэнергии.
А во-вторых – имеет место недостаточный отвод тепла от поверхности ТЭНа: его температура оказывается выше нормальной рабочей. Это приводит к поломке водонагревателя.
Чтобы избежать ремонта накопительных водонагревателей, на трубопроводе холодной воды перед нагревателем устанавливают специальные фильтры для защиты от накипи. Но, пожалуй, наиболее эффективным способом борьбы с накипью является использование «сухого ТЭНа» – нагревательного элемента в защитной колбе, ограждающей его от прямого контакта с водой. Наличие кожуха привдит к тому, что температура воды у нагревающегося кожуха много меньше, чем температура ТЭНа, вследствии чего накипь образуются в гораздо меньших количествах. Внутренняя поверхность водонагревателя получается однородной, что исключает гальваническую и электролитическую коррозию между ТЭНом и материалом внутреннего бака. Это повышает долговечность водонагревателя.
Если «мокрый» ТЭН может работать 2-5 лет, то «сухие» нагревательные элементы работают 10-15 лет. Разумеется при стабильном напряжении и хороших условиях эксплуатации.
Но рано или поздно даже такие нагревательные элементы вырабатывают свой ресурс. И тут обнаруживается второе приемущество технологии "сухого ТЭНа". Это возможность замены нагревательного элемента без слива воды из водонагревателя. Другими словами Вы можете выкрутить ТЭН из фланца и поехать в сервис-центр для его замены.
Технологию "сухого" нагревательного элемента разработали в середине 90-х годов. Родоначальником этой технологии считается французская компания Atlantic,
Почти сразу лицензию на применение этой инновации купила компания AEG, и успешно применяла в некоторых моделях своих баков. После покупки компании AEG концерном Stiebel Eltron, лицензия была потеряна, поэтому в настоящий момент баки с "сухим ТЭНом" не выпускаются под этим брендом. Лицензия также была приобретена компанией Electrolux и Gorenje.
Узнать подробнее о водонагревателях AEG с "сухим ТЭНом" можно здесь. О водонагревателях Electrolux здесь.
Разновидности ТЭНов для водонагревателей
В зависимости от модели водонагревателя, нагревательные элементы в них могут иметь различную конфигурацию (форму) и мощность.
«Мокрые» нагревательные элементы всегда выполнены на основе ТЭНа. Отличаются типом крепления, наличием гнезда анода, формой ТЭНа и материалом.
Тип крепления — способ монтажа ТЭНа в бойлере.
Существуют ТЭНы на гайке (например Аристон — гайка 1,1/4), ТЭНы на фланце — например, ТЭНы на фланце диаметром 48мм, 63мм, 72мм, 82мм, 92мм (Тип Термекс). Различают литые фланцы тэна или штампованные фланцы тэна в зависимости от производителя водонагревателя.
наличие гнезда анода — наличие на фланце/гайке места для крепления анода и его диаметр. Есть ТЭНы без крепления под анод, а есть с резьбовым креплением под анод размерами резьбы М4, М5, М6, М8 (наиболее распространенные).
по форме ТЭН — зависит от типа бака бойлера, бывают прямые, гнутые в разном виде.
материалу ТЭНа — медные или нержавеющей стали
«Сухие» нагревательные элементы могут быть выполнены как на основе ТЭНов, так и на основе стеатитовых нагревательных элементов. Сухие ТЭНы как правило выполнены в виде стержня и различаются длиной и диаметром. Оболочка у этих ТЭНов как правило из нержавейки.
Стеатитовые нагревательные элементы не универсальны и изготавливаются конкретно под каждую модель водонагревателя.
Источник3: elektroteni.ru
Устройство ТЭН: конструкция и принцип работы трубчатого нагревателя
Как устроен электрический ТЭН? Как он работает? В чем заключаются особенности его конструкции? Как рассчитать спираль нагревателя? Ответы на эти вопросы вы найдете в статье.
ТЭН, или трубчатый электрический нагреватель — один самых популярных источников образования тепла в бытовых и промышленных установках. Это необходимый элемент печей, сушильных камер, бытовых приборов, отопительных приборов и промышленных и бытовых установок, полиграфического оборудования и так далее.
Устройство электрического ТЭНа
Конструкция ТЭНов включает в себя следующие составляющие:
- металлическая трубка;
- спираль;
- наполнитель;
- керамический изолятор;
- контактный стержень.
Спираль полностью загерметизирована в металлической трубке и соединена с контактным стержнем, наружный край которого имеет необходимые выступы для соединения с элементом, подающим электрический ток. Такая конструкция ТЭНов исключает возможность короткого замыкания и обеспечивает равномерное распределение нагрева по всей поверхности металлической трубки.
Изолирующим наполнителем спирали от трубки тэна, является периклаз, минерал состоящий из оксида магния иногда с примесями оксида железа, оксида марганца и оксида цинка. Устройство ТЭНа для водонагревателя, бойлера или промышленного бака будет одинаковым.
Металлическая трубка нагревателя изготавливается из сплавов:
- чистой латуни (рис. 1) и меди (рис. 2). Эти материалы трубки ТЭНов обязательно используются с покрытиями;
- стали. Сталь может быть как нержавеющая (рис. 3), так и углеродистая (рис. 4), это зависит от особенностей конструкции и работы ТЭНа;
- алюминия (рис. 5).
Она может иметь различный диаметр, от 6 до 19 мм. Конструкцию блочного тэна возможно укомплектовать датчиком температуры и предохранителем от перегрева.
Выбор металлов и их сплавов зависит от рабочей среды ТЭНа
Это могут быть щелочи и кислоты, воздух с низкой и высокой концентрацией активных газов, различные металлические поверхности, которые будут соприкасаться с ТЭНом, жировые соединения и водные растворы.
В качестве нагревательного элемента выступает токопроводящая фехралевая или нихромовая спираль
Фехралевая спираль представляет собой железный сплав с добавками меди, марганца, алюминия, титана и других металлов. Основными достоинствами спирали из фехраля или его разновидностей (еврофехраля, суперфехраля) являются низкая цена, высокое удельное сопротивление и жаропрочность.
Спираль из нихрома представляет собой сплав никеля и хрома и обладает теми же характеристиками, что и фехралевая, но основное отличие фехралевой и нихромовой спиралей — в открытом виде удельная температура работы: фехралевая спираль выдерживает максимальный разогрев до 1400 °С, а спирали из нихрома до 1200 °С.
Контактный стержень может иметь патронную либо одноконцевую форму. По сфере эксплуатации часто различают воздушные, водные или масляные ТЭНы. Нагревательные элементы, которые используются в различных газообразных сферах, также относят к воздушным.
Принцип работы ТЭНа
Знание конструкции ТЭНа необходимо для понимания принципа его работы. Спираль, расположенная внутри теплового нагревательного элемента, специально изготовляется из термоэлектрического сплава. Это свойство позволяет ей проводить через себя электрический ток, сильно нагреваясь, но не расплавляясь при этом. Материал, который окружает спираль — диэлектрик, благодаря ему тепло не только отлично передается в соседние среды, но и распределяется по ней, что обеспечивает равномерное прогревание металлической оболочки, и, как следствие, рабочей среды ТЭНа.
Преимущества и недостатки ТЭНов
Популярность электрического нагревательных элементов подобного плана обусловлена их высокой надежностью, разнообразием форм , длительным сроком эксплуатации, возможностью работать в самых разных условиях, как в бытовых, так и в производственных приборах и установках.
- универсальность — ТЭНы используют практически во всех сферах промышленного и народного хозяйства;
- широкий выбор сред работы — в силу достаточно значительного диапазона рабочих температур, верхний предел которого может достигать 650 градусов Цельсия, ТЭНы можно использовать в установках инфракрасного, кондуктивного и конвекционного нагрева;
- надежность — апробированная более чем за столетие конструкция ТЭНов была методом проб и ошибок приведена к оптимальным пропорциям и параметрам сплавов, размеров, соотношений всех элементов;
- безопасность обслуживания;
- низкая взрывоопасность;
- не боятся вибраций, ударов, перепадов температур и давления;
- доступность и широкий ассортимент .
- при использовании в качестве материала спирали и трубки сплавов никеля, меди, других дорогостоящих металлов, повышается цена ТЭНа;
- невозможность ремонта в случае выхода из строя. Принцип работы электрического ТЭНа подразумевает, что после серьезных поломок конструкцию проще заменить, чем чинить;
- склонность к образованию налёта;
- ограниченный срок службы.
Методика расчета спирали нагревателя ТЭНа
Самый простой способ расчета спирали — по таблице токовых нагрузок. Если такой способ по каким-либо причинам не может быть использован, то следует обратиться к формуле допустимой удельной мощности, которая является соотношением мощности нагрева спирали в Вт к площади поверхности спирали. Расчет выполняется в зависимости от температуры поверхности нагревателя и скорости отведения от нее тепла.
В большинстве случаев мощность спирали ТЭНа закладывается производителями в диапазоне от 0,01 до 12 КВт.
Максимально возможноя мощность подбирается в зависимости от следующих показателей:
- Диаметр оболочки тэн.
- Материал оболочки тэн.
- Среда эксплуатации.
- Развернутая длина трубки тэн.
- Длина греющей части.
Нарушения удельной мощности ТЭНа
Для того чтобы ТЭН работал в рамках эксплуатационных параметров необходимо, чтобы удельная мощность соответствовала допустимым нормам. Значительное превышение или снижение удельной мощности может привести к сбоям в работе элемента. Если при снижении мощностей ТЭН не сможет обеспечить необходимую теплоотдачу, то в случае значительного увеличения мощности он может перегореть и потребуется его замена.
Источник4: elektroteni.ru