Электрические нагревательные элементы применяются в бытовой и промышленной технике. Применение различных нагревателей известно всем. Это электрические плиты, жарочные шкафы и духовки, электрокофеварки, электрические чайники и отопительные приборы всевозможных конструкций.
Электрические водонагреватели, чаще именуемые бойлерами, тоже содержат нагревательные элементы. Основой многих нагревательных элементов служит проволока с высоким электрическим сопротивлением. И чаще всего эта проволока изготовлена из нихрома.
Открытая нихромовая спираль
Самым старым нагревательным элементом является, пожалуй, обычная нихромовая спираль. Когда-то давно, в ходу были самодельные электрические плитки, кипятильники для воды и обогреватели типа «козёл». Имея под рукой нихромовый провод, которым можно было «разжиться» на производстве, изготовить спираль требуемой мощности не представляло никаких проблем.
Известно было, какого диаметра провод и какая длина требуется для намотки спирали нужной мощности. Эти магические числа до сих пор можно найти в сети интернет. На рисунке показана таблица, где приведены данные о спиралях различной мощности при напряжении питания 220В.
Расчет электрической спирали нагревательного элемента
Здесь все просто и понятно. Задавшись требуемой мощностью и диаметром нихромового провода, имеющимся под рукой, остается только отрезать кусок нужной длины и навить его на оправку соответствующего диаметра. При этом в таблице указана длина получившейся спирали. А что делать, если имеется провод с диаметром не указанным в таблице? В этом случае спираль придется просто рассчитать.
Как рассчитать нихромовую спираль
При необходимости рассчитать спираль достаточно просто. В качестве примера приведен расчет спирали из нихромовой проволоки диаметром 0,45 мм (такого диаметра в таблице нет) мощностью 600 Вт на напряжение 220 В. Все расчеты выполняются по закону Ома.
Сначала следует рассчитать ток, потребляемый спиралью.
I = P/U = 600/220 = 2,72 A
Для этого достаточно заданную мощность поделить на напряжение и получить величину тока, проходящего через спираль. Мощность в ваттах, напряжение в вольтах, результат в амперах. Все согласно системе СИ.
По известному теперь току рассчитать требуемое сопротивление спирали достаточно просто: R = U/I = 220/2,72 = 81 Ом
Формула для подсчета сопротивления проводника R=ρ*L/S,
где ρ – удельное сопротивление проводника (для нихрома 1.0÷1.2 Ом•мм2/м), L — длина проводника в метрах, S – сечение проводника в квадратных миллиметрах. Для проводника диаметром 0,45 мм сечение составит 0,159 мм2.
Отсюда L = S * R / ρ = 0.159 * 81 / 1.1 = 1170 мм, или 11,7 м.
В общем, получается не столь уж сложный расчет. Да собственно и изготовление спирали не так уж и сложно, что, несомненно, является достоинством обычных нихромовых спиралей. Но это достоинство перекрывается множеством недостатков, присущих открытым спиралям.
Прежде всего, это достаточно высокая температура нагрева – 700…800˚C. Нагретая спираль имеет слабое красное свечение, случайное прикосновение к ней может причинить ожог. Кроме того возможно поражение электрическим током. Раскаленная спираль выжигает кислород воздуха, привлекает к себе пылинки, которые выгорая, дают весьма неприятный аромат.
Но главным недостатком открытых спиралей следует считать их высокую пожароопасность. Поэтому пожарная охрана попросту запрещает применение обогревателей с открытой спиралью. К таким обогревателям, прежде всего, относится, так называемый «козел», конструкцию которого можно посмотреть на видео.
Вот такой вот получился дикий «козел»: сделан он нарочито небрежно, просто, даже очень плохо. Пожара с таким обогревателем ждать придется недолго. Более совершенная конструкция подобного отопительного прибора показана на рисунке ниже.
Обогреватель типа ПЭТ 1 кВт, 220 В
Нетрудно видеть, что спираль закрыта металлическим кожухом, именно это предотвращает прикосновение к разогретым токоведущим частям. Пожароопасность такого устройства намного меньше, чем показанного на предыдущем видео.
Когда-то давно в СССР выпускались обогреватели-рефлекторы. В центре никелированного отражателя имелся керамический патрон, в который наподобие лампочки с цоколем E27, вворачивался нагреватель мощностью 500Вт. Пожароопасность такого рефлектора тоже очень высока. Ну, вот как-то не задумывались в те времена, к чему может привести использование таких обогревателей.
Обогреватель рефлекторного типа
Совершенно очевидно, что различные обогреватели с открытой спиралью можно, вопреки требованиям пожарной инспекции, использовать лишь под неусыпным присмотром: ушел из помещения – выключи обогреватель! Еще лучше просто отказаться от использования обогревателей подобного типа.
Электрические нагревательные элементы с закрытой спиралью
Чтобы избавиться от открытой спирали, были изобретены Трубчатые Электрические Нагреватели – ТЭНы. Конструкция ТЭНа показана на рисунке ниже.
Конструкция ТЭНа
Нихромовая спираль 1 спрятана внутри тонкостенной металлической трубки 2. Спираль изолирована от трубки наполнителем 3 с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего применяется периклаз (кристаллическая смесь окиси магния MgO, иногда с примесями других окислов).
После заполнения изолирующим составом трубку опрессовывают, и под большим давлением периклаз превращается в монолит. После такой операции спираль жестко фиксируется, поэтому электрический контакт с корпусом – трубкой исключен полностью. Конструкция получается настолько прочной, что любой ТЭН можно изгибать, если того требует конструкция отопительного прибора. Некоторые ТЭНы имеют весьма причудливую форму.
Спираль соединяется с металлическими выводами 4, которые выходят наружу через изоляторы 5. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов 4 с помощью гаек и шайб 7. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб 6, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.
При соблюдении условий эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна. Именно это и привело к весьма широкому применению ТЭНов в устройствах различного назначения и конструкции.
Трубчатые электрические нагревательные элементы
По условиям эксплуатации трубчатые электрические нагревательные элементы делятся на две большие группы: воздушные и водяные. Но это просто такое название. На самом деле воздушные ТЭНы предназначены для работы в различных газовых средах. Даже обычный атмосферный воздух является смесью нескольких газов: кислорода, азота, углекислого газа, имеются даже примеси аргона, неона, криптона и т.д.
Воздушная среда бывает самой разнообразной. Это может быть спокойный атмосферный воздух или поток воздуха, движущийся со скоростью до нескольких метров в секунду, как в тепловентиляторах или тепловых пушках.
Разогрев оболочки ТЭНа может достигать 450 ˚C и даже более. Поэтому для изготовления внешней трубчатой оболочки применяются различные материалы. Это может быть обычная углеродистая сталь, нержавеющая сталь или жаропрочная, жаростойкая сталь. Все зависит от окружающей среды.
Для улучшения теплоотдачи некоторые ТЭНы снабжаются ребрами на трубках в виде навитой металлической ленты. Такие нагреватели называются оребренными. Применение таких элементов наиболее целесообразно в движущейся воздушной среде, например, в тепловентиляторах и тепловых пушках.
Водяные трубчатые электрические нагревательные элементы также применяются не обязательно в воде, это общее название различных жидкостных сред. Это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Жидкостные трубчатые электрические нагревательные элементы применяются в электрических котлах, дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто в титанах для кипячения питьевой воды.
Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от ТЭНа. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.
Как избавиться от накипи и продлить срок жизни ТЭНа
Кроме химических средств для защиты от накипи используются различные устройства. Прежде всего, это магнитные преобразователи воды. В мощном магнитном поле кристаллы «жестких» солей меняют свою структуру, превращаются в хлопья, становятся мельче. Из таких хлопьев накипь образуется менее активно, большая часть хлопьев просто вымывается потоком воды. Этим и достигается защита нагревателей и трубопроводов от накипи. Магнитные фильтры-преобразователи выпускаются многими зарубежными фирмами, такие фирмы существуют и в России. Подобные фильтры выпускаются как врезного, так и накладного типа.
Электронные умягчители воды
В последнее время все более популярными становятся электронные умягчители воды. Внешне все выглядит очень просто. На трубу устанавливается небольшая коробочка, из которой выходят провода-антенны. Провода накручиваются вокруг трубы, при этом даже не надо счищать краску. Установить прибор можно в любом доступном месте, как показано на рисунке ниже.
Электронный умягчитель воды
Единственное, что потребуется для подключения прибора, это розетка на 220В. Прибор рассчитан на долговременное включение, его не надо периодически отключать, поскольку выключение приведет к тому, что вода снова станет жесткой, опять будет образовываться накипь.
Принцип работы прибора сводится к излучению колебаний в диапазоне ультразвуковых частот, которые могут достигать до 50КГц. Частота колебаний регулируется с помощью пульта управления прибора. Излучения производятся пакетами по нескольку раз в секунду, что достигается использованием встроенного микроконтроллера. Мощность колебаний невелика, поэтому никакой угрозы для здоровья человека подобные приборы не представляют.
Целесообразность установки подобных приборов определить достаточно легко. Все сводится к тому, чтобы определить, насколько жесткая вода течет из водопроводной трубы. Тут даже не надо никаких «заумных» приборов: если после мытья ваша кожа становится сухой, от брызг воды на кафельной плитке появляются белые разводы, в чайнике появляется накипь, стиральная машина стирает медленнее, чем в начале эксплуатации – однозначно из крана течет жесткая вода. Все это может привести к выходу из строя нагревательных элементов, и, следовательно, самих чайников или стиральных машин.
Жесткая вода плохо растворяет различные моющие средства – от обычного мыла до супермодных стиральных порошков. В результате порошков приходится класть больше, но это помогает мало, так как кристаллы солей жесткости задерживаются в тканях, качество стирки оставляет желать лучшего. Все перечисленные признаки жесткости воды красноречиво говорят о том, что необходимо устанавливать умягчители воды.
Подключение и проверка ТЭНов
При подключении ТЭНа должен использоваться провод подходящего сечения. Здесь все зависит от тока, протекающего через ТЭН. Чаще всего известны два параметра. Это мощность самого нагревателя и напряжение питания. Для того, чтобы определить ток, достаточно разделить мощность на напряжение питания.
Простой пример. Пусть имеется ТЭН мощностью 1 КВт (1000 Вт) на напряжение питания 220 В. Для такого нагревателя получается, что ток составит
I = P/U = 1000/220 = 4,545A.
Согласно таблицам, размещенным в ПУЭ, такой ток может обеспечить провод сечением 0,5 мм2 (11 А), но с целью обеспечения механической прочности лучше применить провод сечением не менее 2,5 мм2. Как раз таким проводом чаще всего выполняется подвод электричества к розеткам.
Но перед тем, как производить подключение, следует убедиться в исправности даже нового, только что купленного ТЭНа. Прежде всего, надо измерить его сопротивление и проверить целостность изоляции. Сопротивление ТЭНа достаточно просто рассчитать. Для этого надо напряжение питания возвести в квадрат, и поделить на мощность. Например, для нагревателя мощностью 1000 Вт этот расчет выглядит так:
220*220/1000=48,4 Ом.
Такое сопротивление должен показать мультиметр при подключении его к выводам ТЭНа. Если же спираль оборвана, то, естественно, мультиметр покажет обрыв. Если взять ТЭН иной мощности, то сопротивление, естественно, будет другим.
Проверка целостности изоляции
Для проверки целостности изоляции следует измерить сопротивление между любым из выводов и металлическим корпусом ТЭНа. Сопротивление наполнителя-изолятора таково, что на любом пределе измерений мультиметр должен показать обрыв. Если окажется, что сопротивление равно нулю, то спираль имеет контакт с металлическим корпусом нагревателя. Такое может случиться даже с новым, только купленным ТЭНом.
Вообще для проверки изоляции применяется специальный прибор мегаомметр, но не всегда и не у всех он есть под рукой. Так что вполне подойдет и проверка обычным мультиметром. Хотя бы такую проверку надо сделать обязательно.
Как уже было сказано, трубчатые электрические нагревательные элементы можно изгибать даже после наполнения изолятором. Существуют нагреватели самой разнообразной формы: в виде прямой трубки, U-образные, свернутые в кольцо, змейку или спираль. Все зависит от устройства нагревательного прибора, в который предполагается установить ТЭН. Например, в проточном водонагревателе стиральной машины применяются ТЭНы свитые в спираль.
Некоторые трубчатые электрические нагревательные элементы имеют элементы защиты. Самая простая защита это термопредохранитель. Уж если он сгорел, то приходится менять весь ТЭН, но до пожара дело не дойдет. Есть и более сложная система защиты, позволяющая использовать ТЭН после ее срабатывания.
Одной из таких защит является защита на основе биметаллической пластины: тепло от перегретого ТЭНа изгибает биметаллическую пластину, которая размыкает контакт и обесточивает нагревательный элемент. После того, как температура снизится до допустимого значения, биметаллическая пластина разгибается, контакт замыкается и ТЭН снова готов к работе.
Трубчатые электрические нагревательные элементы с терморегулятором
При отсутствии горячего водоснабжения приходится пользоваться бойлерами. Конструкция бойлеров достаточно проста. Это металлическая емкость, спрятанная в «шубу» из теплоизолятора, поверх которого находится декоративный металлический корпус. В корпус же врезан термометр, показывающий температуру воды. Конструкция бойлера показана на рисунке.
Бойлер накопительного типа
Некоторые бойлеры содержат магниевый анод. Его назначение защита от коррозии нагревателя и внутреннего бака бойлера. Магниевый анод является расходным материалом, его приходится периодически менять при обслуживании бойлера. Но в некоторых бойлерах, видимо, дешевой ценовой категории, такая защита не предусмотрена.
В качестве нагревательного элемента в бойлерах применяется ТЭН с терморегулятором, конструкция одного из них показана ниже.
ТЭН с терморегулятором
В пластмассовой коробке расположен микровыключатель, который срабатывает от жидкостного термодатчика (прямая трубка рядом с ТЭНом). Форма собственно ТЭНа может быть самой разнообразной, на рисунке показана самая простая. Все зависит от мощности и конструкции бойлера. Степень нагрева регулируется за счет положения механического контакта, управляемого белой круглой рукояткой, расположенной внизу коробки. Здесь же находятся клеммы для подвода электрического тока. Крепление нагревателя производится при помощи резьбы.
Мокрые и сухие ТЭНы
Подобный нагреватель находится в непосредственном контакте с водой, поэтому такой ТЭН называют «мокрым». Срок службы «мокрого» ТЭНа находится в пределах 2…5 лет, после чего его приходится менять. В общем-то, срок службы невелик.
Для увеличения срока службы нагревательного элемента и всего бойлера в целом французской компанией Atlantic в 90-х годах прошлого века была разработана конструкция «сухого» ТЭНа. Если сказать проще, то нагреватель был спрятан в металлическую защитную колбу, исключающую прямой контакт с водой: нагревательный элемент греется внутри колбы, которая передает тепло воде.
Естественно, что температура колбы намного ниже, чем собственно ТЭНа, поэтому образование накипи при той же жесткости воды происходит не столь интенсивно, в воду передается большее количество тепла. Срок службы таких нагревателей достигает 10…15 лет. Сказанное справедливо для хороших условий эксплуатации, прежде всего стабильности напряжения питания. Но даже и в хороших условиях «сухие» ТЭНы тоже вырабатывают свой ресурс, и их приходится менять.
Вот здесь обнаруживается еще одно достоинство технологии «сухого» ТЭНа: при замене нагревателя нет никакой необходимости сливать воду из бойлера, для чего следует отключать его от трубопровода. Достаточно просто вывернуть нагреватель и заменить его на новый.
Компания Atlantic, конечно же, запатентовала свое изобретение, после чего стала продавать лицензию другим фирмам. В настоящее время бойлеры с «сухим» нагревательным элементом выпускают и другие фирмы, например, Electrolux и Gorenje. Конструкция бойлера с «сухим» ТЭНом показана на рисунке.
Бойлер с «сухим» нагревателем
Кстати, на рисунке показан бойлер с керамическим стеатитовым нагревателем. Устройство такого нагревателя смотрите ниже.
Керамический нагреватель
На керамическом основании закреплена обычная открытая спираль из проволоки с высоким сопротивлением. Температура нагрева спирали достигает 800 градусов и передается в окружающую среду (воздух под защитной оболочкой) конвекцией и теплоизлучением. Естественно, что такой нагреватель применительно к бойлерам может работать только в защитной оболочке, в воздушной среде, прямой контакт с водой попросту исключен.
Спираль может быть намотана в несколько секций, о чем говорит наличие нескольких клемм для подключения. Это позволяет менять мощность нагревателя. Максимальная удельная мощность подобных нагревателей не превышает 9 Вт/см2.
Условием нормальной работы такого нагревателя является отсутствие механических нагрузок, изгибов и вибраций. На поверхности не должно быть загрязнений в виде ржавчины и масляных пятен. И, конечно же, чем более стабильным будет напряжение питания, без выбросов и скачков, тем более долговечна работа нагревателя.
Но электротехника не стоит на месте. Технологии развиваются, усовершенствуются, поэтому кроме ТЭНов в настоящее время разработаны и успешно применяются самые разнообразные электрические нагревательные элементы. Это керамические нагревательные элементы, карбоновые нагревательные элементы, инфракрасные нагревательные элементы, но это будет темой для другой статьи.
Смотрите также по этой теме:
Конвектор электрический. Отопление помещения электричеством.
Экономичное электрическое отопление дома. Самый простой способ.
Обогреватели для дома. Их типы и особенности применения.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!
[wysija_form id=»1″]
Виды ТЭНов для отопительных приборов
Простота изготовления ТЕНов не всегда оборачивается удобством для пользователей. Многие производители выпускают электронагреватели со специфической формой и креплением. В случае поломки их довольно сложно купить в магазине. Поэтому для правильного выбора необходимо изучить все возможные конструктивные варианты.
Трубчатые модели для бытового отопления
Трубчатая конструкция электронагревателей является самой распространенной в бытовом отопительном оборудовании.
Передача тепла в них может происходить с помощью: конвекции, ИК-излучения или теплопроводности.
Готовые ТЭНы с регулятором и собственным шнуром питания можно покупать только при уверенности, что длины провода будет достаточно
Форма и длина трубки в таких устройствах может быть любой и диктуется лишь конструктивными особенностями. Наиболее распространены такие его характеристики:
- диаметр – 5-18 мм;
- длина – 200-6000 мм;
- материал оболочки – сталь, нержавейка, керамика, медь;
- мощность – 0,3-2,5 кВт.
ТЕНы мощностью более 2,5 кВт в бытовых отопительных приборах не применяются, потому что квартирная проводка просто не выдержит большей нагрузки.
Оребренный вариант электронагревателей
Оребренные приборы представляют собой модификацию трубчатого ТЭНа. Их особенностью является наличие множества тонких стальных пластин, расположенных вдоль всей длины устройства.
Такая конструкция резко увеличивает площадь контакта с окружающей средой, обеспечивая высокую скорость её нагрева.
Оребренные ТЕНы стоят дороже, требовательны к объему рабочего пространства, но обеспечивают более высокие потребительские характеристики отопительного оборудования
Используются оребренные модели преимущественно в обогревателях воздушного типа. Они обеспечивают быстрое повышение температуры в помещении, особенно при наличии встроенного вентилятора.
Блочные конструкции ТЭНов
Блочный вариант представляет собой несколько совмещенных на базе единого крепления трубчатых нагревателей.
Особенное внимание при выборе блочных ТЭНов необходимо обращать на их мощность и способность котла с насосом обеспечить отвод тепла
Такая конструкция используется при сочетании двух факторов:
- Потребность в повышенной мощности прибора и высокой скорости нагрева рабочей среды.
- Невозможность быстрой передачи тепловой энергии от спирали к окружающей среде из-за малой площади наружной оболочки.
Фактически в блочном ТЕНе снижается нагрузка на каждую нагревательную трубку и увеличивается скорость теплопередачи. Такие устройства входят в состав бытовых отопительных котлов и промышленных э
В промышленной и бытовой технике нашло применение множество различных элементов и деталей, разработанных людьми. В рамках статьи будет рассмотрено, что такое нагревательный элемент. Что он собой представляет? Для чего они предназначены и какие виды их существуют?
Где применяются современные нагревательные элементы?
Как было сказано, они являются составной частью промышленной и бытовой техники. Их можно встретить в электрических плитах, жарочных шкафах и духовках, электрочайниках, отопительных приборах, водонагревателях, электрокофеварках и многих других машинах. Замена нагревательного элемента может быть и простым, и весьма сложным делом. Всё зависит от техники, где они используются. В качестве основы нагревательного элемента используется проволока, обладающая высоким электрическим сопротивлением. В большинстве случаев она изготавливается из нихрома. Так какие электрические нагревательные элементы существуют и на данный момент широко используются?
Инфракрасные нагревательные элементы
Функционируя, они генерируют в окружающую среду инфракрасные лучи. Таким образом, осуществляется распространение тепла безопасным для человека образом. Инфракрасные нагревательные элементы способствуют постепенному и равномерному нагреву помещения (но приоритетной считается область, куда они направлены). Благодаря такому свойству они используются не только в домашних, но и в производственных и лабораторных условиях. К тому же данные приборы имеют низкую рабочую температуру (60-65 градусов), что позволяет использовать инфракрасные нагревательные элементы в качестве прибора для сушки для фруктов, овощей и грибов.
Карбоновая лампа
Является вакуумной трубкой, сделанной из кварцевого стекла. Внутри размещается излучающий элемент, который сделан из карбоновых (углеродсодержащих) волокон, свитых в жгут. Иногда его ещё называют спиралью, но это неправильно. Несмотря на то, что карбоновое волокно появилось относительно недавно, оно успешно завоевало себе место в ряде технологий, в том числе и при изготовлении нагревательных элементов. При подаче напряжения происходит моментальный разогрев. Благодаря волокнистой структуре увеличена площадь излучения, что ведёт к повышенной теплоотдаче. Это, в свою очередь, позволяет значительно экономить электроэнергию (по сравнению с использованием нихромовой основы).
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!
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:
- Со средневолновым.
- 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.
Силиконовые нагревательные элементы
Конструктивно они выглядят так: между двумя слоями силикона размещается вытравленная нагревательная пленка или провод. Несмотря на странность, таким образом можно получить элемент, который позволит получить разнообразные параметры готовой техники. Чтобы увеличить механическую прочность, производится армирование текстильным стекловолокном. Характеризируя их, следует сказать, что таким нагревателям требуется мало времени для нагрева и остывания. Они могут точно поддерживать температуру нагревательного элемента при помощи сенсора и термостата. Размеры их невелики: самые маленькие имеют толщину всего 0,7 миллиметра. Данный факт позволяет их использовать в различных областях: от подогрева бочек с красками или маслами, заканчивая аэрокосмическими аппаратами.
Силиконовые нагревательные элементы отличаются повышенной стойкостью к негативному воздействию сырости и влаги. Поэтому их используют в лабораторном оборудовании, сфере общественного питания и вообще в любых случаях, когда необходимо защитить аппаратуру от конденсата и замерзания. Единственное ограничение – температура рабочей среды: в большинстве случаев она не должна превышать 200 градусов.
В этом материале мы расскажем вам, из чего состоит современный электрический чайник, какие характеристики на что влияют, на какие детали конструкции стоит обратить внимание. Мы постарались воздержаться от прямых советов, описывая лишь особенности различных решений, их достоинства и недостатки. В конечном итоге, мы надеемся, прочитав эту статью, собственный выбор вы сможете уверенно сделать сами.
Колба и обвес
В простейших, самых дешевых чайниках, колба и обвес — это конструктивно одно и то же: корпус чайника является одним целым с сосудом для воды. Он, как правило, пластиковый, как и крышка, и ручка. Дно чаще всего металлическое, если не используется архаичный открытый нагревательный элемент. Выглядят такие изделия довольно неказисто — что, впрочем, не означает, что они скоро выйдут из строя. Автору лично «знаком» чайник такой вот простейшей конструкции, которому уже больше 10 лет — и он все еще работает.
Основным недостатком подобных приборов следует считать отнюдь не ненадежность, а простоватость внешнего вида и наличие, как правило, всего одной функции — кипячения. Также условным недостатком можно считать то, что совмещенный «корпус-колба» не имеет никакой термоизоляции, поэтому после кипячения практически весь чайник, кроме ручки, имеет довольно высокую температуру.
Впрочем, справедливости ради, стоит упомянуть, что даже чайники с полностью пластиковым корпусом могут быть стильными, красивыми и дорогими — например, DeLonghi Brillante KBJ 2001.W.
В более сложных случаях обвес и колба — разные конструкции. Иногда, как, например, у большинства чайников со стеклянной колбой, элементы обвеса как бы «окружают» цельную стеклянную колбу. Как правило, чем дешевле модель — тем больше в обвесе пластика, чем дороже — нержавейки.
Чайники со стеклянной колбой довольно популярны: они бывают как дорогими, так и дешевыми, даже в дешевых вариантах довольно стильно выглядят, кроме того, как мы будем писать ниже, это идеальный индикатор уровня воды: никакого индикатора не нужно, все и так видно.
Встречаются варианты «пластиковый обвес + металлическая колба», но они довольно редки, т. к. металл выглядит «дороже» и прятать его под пластик — достаточно смелое маркетинговое решение. Навскидку вспоминается только Xiaomi Smart Kettle.
Производители, претендующие на окучивание премиального сегмента, часто выбирают схему «металлическая колба + [частично] металлический обвес»: и практично, и выглядит шикарно. Иногда такие чайники частично или полностью термоизолированы, поэтому металлическая поверхность корпуса даже сразу после кипячения не обжигает.
Также встречается совсем странная экзотика: чайники с керамической колбой. Однако никакой практической пользы от использования керамики мы в процессе тестирования не увидели, так что аргументы в пользу подобной покупки могут быть только из области эстетики.
В целом, выбор материала обвеса и колбы является проблемой скорее эстетического плана, чем практического: даже пластик может выглядеть «круто», даже стеклянные и металлические варианты можно найти за недорого. Из действительно важных различий можно выделить вопрос термоизоляции — например, в доме маленькие дети, которые могут ухватиться за корпус только что вскипевшего чайника. Но это, опять-таки, вопрос в основном не материала, а конструкции.
Также, безусловно, важен фактор надежности: нам известен случай, когда ручка осталась у хозяина чайника в руках, а стеклянная колба, высвободившись из развалившегося обвеса, «нырнула» в раковину. Будь это не раковина, а пол, и будь в колбе кипяток — случай мог бы оказаться очень неприятным. К сожалению, основная проблема состоит в том, что визуально оценить прочность обвеса при покупке чрезвычайно сложно. Но если даже банальный внешний осмотр вызывает мысли о хрупкости конструкции — конечно, покупать такой чайник не стоит: это просто небезопасно.
Объем
Диапазон объемов электрических чайников, представленный на рынке, довольно широк: от 0,4 до 5 литров.
Однако объемы до литра — это, как правило, отдельный класс, который условно можно назвать «для туристов и командировочных»: как правило, такие приборы берут с собой в путешествие, а дома используют что-нибудь побольше. С другой стороны, объемы свыше 2,5 л тоже являются весьма специфической продукцией для тех, кто четко понимает, зачем ему столько нужно.
Приблизительно самые популярные объемы по «ролям» можно распределить так:
- 1,5 л — чаще всего один пользователь;
- 1,7-2,0 л — небольшая семья;
- 2,0-2,5 л — большая семья.
Если же вы реально ощутили необходимость в чайнике объемом больше 2,5 л — возможно, имеет смысл посмотреть в сторону термопота.
Мощность
Чудес на свете не бывает: почти 100% всей потребляемой электроэнергии чайник тратит на нагрев воды, поэтому чем больше ватт — тем быстрее она вскипит. В наших тестированиях на время кипячения эталонного литра воды температурой 20 °C худший результат показал чайник мощностью 1400 Вт — 5 минут 42 секунды. Лучший результат у чайника Bosch TWK 86103 мощностью 2500 Вт — 2 минуты 56 секунд. Так что в самом грубом приближении можно считать, что с повышением мощности скорость кипячения растет линейно. Дальше вы просто выбираете, насколько для вас важна скорость.
Нагревательный элемент
Нагревательные элементы бывают открытыми и закрытыми. Открытый нагревательный элемент — это когда, заглянув внутрь чайника, вы можете увидеть расположенную внизу свернутую спиралью металлическую трубку, выглядящую примерно вот так.
Открытый нагревательный элемент можно смело считать признаком супердешевых чайников — и этим, собственно, все сказано.
Закрытый нагревательный элемент внешне выглядит как ровное металлическое дно, на котором может разве что чуть выделяться датчик температуры.
Закрытым нагревательным элементом оснащается подавляющее большинство современных электрических чайников и его следует признать стандартом в данной области. Недостатков по сравнению с открытым у него нет, а из достоинств — ну хотя бы намного менее трудоемкая процедура чистки от накипи.
Индукционные чайники
Из очевидных удобств: сам чайник и все аксессуары можно мыть в посудомоечной машине. Из менее очевидных недостатков — к шуму закипающей воды прибавляется шум вентилятора в базе, который занимается охлаждением индукционного нагревательного элемента.
Подставка
Простейшая подставка («база») представляет собой пластиковый, как правило, пьедестал, на котором расположена круглая контактная группа — и все.
Круглая контактная группа, расположенная по центру, позволяет устанавливать чайник на базу в любом положении, и на сегодняшний день это уже стало всеобщим стандартом. Другие конструкции, заставляющие пользователя поворачивать чайник для установки на платформу определенным образом, следует признать устаревшими, покупать такое сегодня — не нужно.
У дорогих моделей база может быть частично облицована нержавейкой — как, например, у Caso WK 2200, но если присмотреться — внутри все равно пластик. Цельнометаллические базы нам еще ни разу не попадались, да и нерационально это.
Удобно, когда снизу в подставке есть специальные пазы, позволяющие смотать туда излишки провода, выпустив наружу лишь необходимую длину.
Простейшая конструкция базы предусматривает, что все управляющие кнопки будут размещены на самом чайнике. Например, сверху на ручке, как у Redmond RK-G200S.
Или даже захватив часть площади крышки, как у Bosch TWK 86103.
Однако это вынуждает делать их довольно мелкими, что не всем нравится. Поэтому многие производители, наоборот, оставляют на чайнике одну кнопку открытия крышки, а все остальные переносят на базу. Здесь уже можно «разгуляться» и с количеством, и с величиной.
Выбор «простой» или «сложной» базы — сугубая вкусовщина, с объективной точки зрения ни одна конструкция не лучше и не хуже другой. Кому-то нравится, когда элементы управления расположены на самом чайнике, кому-то проще оперировать с кнопками на базе. Людям рассеянным мы бы все же посоветовали простую базу, т. к. там меньше элементов, которые можно случайно залить 🙂
Кнопки на базе иногда делают сенсорными. С одной стороны, это увеличивает их надежность (да-да, не смейтесь, именно увеличивает — электроника либо ломается сразу, либо работает годами, а вот механика просто изнашивается). С другой стороны — т. к. сенсорное управление, как правило, делается с защитой от случайного нажатия — в результате по количеству производимых действий оно всегда оказывается более сложным.
Сенсорное управление, кстати, никоим образом не является признаком «премиальности», оно встречается довольно часто даже в бюджетных моделях: электроника сегодня стоит дешевле хорошей механики. Очевидный плюс сенсорной панели управления состоит в том, что ее можно сколько угодно заливать водой 🙂
Крышка
Быть может, кто-то с таким подходом и не согласится, но с нашей точки зрения, самая простая, надежная и удобная конструкция крышки — это классическая, еще «доэлектрических» времен: когда ее можно просто снять с чайника и положить рядом.
Такая крышка содержит минимум подвижных деталей, что является надежной гарантией беспроблемности и долговечности. В пример можно привести Kitfort KT-601.
Однако как правило «сложная механика» в той или иной степени содержится в крышке среднестатистического чайника. Наиболее часто встречающийся вариант — кнопка на ручке, нажав на которую вы задействуете некий пружинный механизм, откидывающий крышку.
Обратите внимание на прозрачное окошко в крышке: абсолютно бесполезный элемент — ведь при закипании и даже просто нагреве воды хотя бы до 60 °C, оно тут же запотеет, и ничего вы там не увидите.
Оценить сложность, качество выполнения и долговечность механизма открывания крышки, не разбирая чайник, нереально — поэтому не стоит и пытаться. Впрочем, иногда здравый смысл способен подсказать элементарные вещи. Например, такая комбинация из паза и зацепа (оба еще и пластиковые) даже на вид надежной не кажется.
Основное требование к крышке чайника — чтобы в открытом состоянии она не мешала заливать в него воду. Например, у внешне весьма привлекательного Hotpoint Ariston WK 22M AR0 она этому требованию явно не соответствует: угол открытия слишком мал (поэтому еще раз: мы очень любим крышки, которые можно вообще снять).
А вот здесь крышка открывается под правильным углом — почти на 90°.
Главное — чтобы воображаемая струя воды из крана свободно попадала внутрь чайника и крышка ей при этом никак не мешала (то есть «не мешала с запасом»). Глядя на конструкцию чайника и угол открытия крышки, этот эксперимент легко поставить даже мысленно.
Фильтр от накипи
Этот элемент конструкции служит для того, чтобы в горячие напитки не попадала образующаяся в чайнике накипь. Фильтр бывает съемный и несъемный, и, разумеется, если вопрос накипи для вас актуален, полностью съемный — однозначно лучше, потому что его намного проще отмыть или вымочить в уксусе.
Бывают чайники с «фильтром» несъемным и на первый взгляд непонятно для чего предназначенным: отверстия в нем настолько большие, что любая накипь сквозь них пройдет без труда. Разумеется, для тех, у кого накипь в чайнике — явление постоянное, такие чайники не являются хорошим выбором.
Что же касается «фейковости» фильтра (мы взяли в качестве примера Kitfort KT-616) — то дело в том, что в данном случае у него совершенно другое предназначение: он должен создавать сопротивление выходу пара, чтобы под крышкой возникало избыточное давление: именно так в этих чайниках функционирует автоматика выключения по закипанию.
Датчик уровня воды
Самым простейшим и в то же время самым удобным «датчиком уровня воды» является стеклянная колба: никаких специальных датчиков не нужно, все и так видно, причем со всех сторон и почти при любом уровне освещенности. Для тех, у кого вопрос о количестве оставшейся в чайнике воды возникает действительно часто, ничего лучше чайника со стеклянной колбой посоветовать невозможно.
Самой простейшей разновидностью именно датчика является вклеенное прямо в непрозрачную колбу прозрачное пластиковое «окошко», через которое виден уровень воды. Как правило, такая разновидность применяется в дешевых чайниках, вроде Bosch TWK 7607. Критичный недостаток один: достаточно большая длина клеевого шва — а ведь прохудиться достаточно одному миллиметру — и все, чайник неработоспособен, он протекает. Ну и, разумеется, некоторое неудобство доставляет то, что увидеть уровень воды в чайнике можно только взглянув на него с определенной стороны.
Более продвинутый вариант: датчик в виде трубки, соединенной с колбой по принципу сообщающихся сосудов. Внешне он может выглядеть точь в точь как предыдущий вариант, но область контакта, которую необходимо изолировать, в данном случае намного меньше.
Соответственно — выше надежность. Такие разновидности датчика уровня устанавливаются на многие модели — как дешевые, так и дорогие.
Кстати, как вариант — датчика уровня воды может вообще не быть. Хотите поинтересоваться — откройте крышку и посмотрите. Таков, например, чайник-термос Caso VakO2.
Подогрев, нагрев до определенной температуры и ее поддержание
Некоторые чайники оснащаются функцией подогрева. Самый минималистичный вариант нам встретился у Vitek VT-7034 TR: это один переключатель, включив который, можно быть уверенным, что ниже определенной температуры вода не остынет. Какова эта температура — не уточнялось даже в инструкции. Время работы подогрева тоже ничем не ограничивалось — пока переключатель не будет переведен в положение «выкл.». Это, разумеется, очень архаичный по нынешним временам вариант, но кому-то он может понравиться именно простотой и отсутствием ограничений по времени работы.
В более сложных случаях чайнику можно указать температуру, до которой нужно подогреть воду, а поддержание этой температуры либо регулируется по времени либо автоматически отключается через строго заданный промежуток (причем фантазии разработчиков чайников нет осмысленных пределов: иногда этот интервал может быть равен 20 минутам, а иногда — 12 часам).
Самый простой вариант — это когда одной кнопке соответствует одна строго заданная температура.
Однако более удобным и гибким является вариант, когда нужную температуру можно просто выбрать самому.
Точка зрения «это никому не нужные навороты», как правило, продвигается людьми, которые просто не в состоянии понять, зачем это может быть нужно. На самом деле, теплая или горячая вода температуры «не кипяток» имеет массу бытовых применений — особенно если вы не ограничены списком из нескольких температур, а можете выбирать в достаточно большом диапазоне.
Например, автор этого материала после некоторого количества опытов понял, что разведя заварку не кипятком, а водой с температурой 80 °C, он может пить чай сразу после его приготовления. И очень быстро к этому привык (к удобству всегда быстро привыкаешь).
Прочие функции
Подсветка
Честно говоря, до определенного времени подсветка в чайниках вызывала у автора этой статьи стойкие ассоциации с заниженными «Приорами» и прочим «колхозным тюнингом». Но компания Redmond смогла меня убедить, что подсветку можно сделать полезной: в их чайниках она изменяет цвет в зависимости от температуры воды, и поэтому уже выглядит более-менее осмысленной функцией: можно издали прикинуть, насколько чайник остыл. В любом случае, наличие или отсутствие подсветки на основные функции чайника влияет крайне мало, но знать о наличии такой опции все-таки нужно — хотя бы для того, чтобы по незнанию ее не купить, вместе с чайником 🙂
Управление со смартфона
Мы протестировали 5 чайников с управлением со смарфона: 4 от Redmond и 1 от Xiaomi, но так и не смогли сформировать единого и устоявшегося мнения об этой функции. С одной стороны — как и положено технарям, мы каждый раз с удовольствием играли с новеньким гаджетом. С другой — как умные взрослые люди, мы отлично понимали, что это именно из серии «технари играются с новым гаджетом», и слово «польза» (как вы, наверное, заметили) в этой формулировке отсутствует.
В конце концов мы пришли к такому промежуточному выводу: наличие в чайнике функции дистанционного управления его явно не портит — поэтому если сам по себе чайник хорош, а на его цену это повлияло неощутимо — то пусть будет, кушать не просит.
Использование чайника для заварки чая
Существует такой вариант дополнительной функциональности, как возможность прямо в чайнике заваривать чай. Выглядит это красиво, но есть у подобной схемы и недостаток: выпить такой чай лучше до того, как он остынет, ведь подогреть кипятка, чтобы разбавить холодную заварку, не в чем — чайник-то занят. Разогревать же заваренный чай повторно прямо в чайнике, даже при наличии поддержки нагрева не до 100 °C… мягко скажем так: говорят, что это не лучшим образом влияет на его вкус 😉
Кухонные проточные нагреватели воды
Пожалуй, стоит упомянуть в нашем руководстве и приборы, чайниками, по сути, не являющиеся, но активно с ними конкурирующие на одном поле: это проточные нагреватели воды. Самые простейшие наверняка знакомы любому сотруднику современного офиса: это большие тумбы, на которые сверху устанавливается емкость с водой, а из корпуса торчат два «краника»: один — с охлажденной водой, другой — наоборот, с горячей.
Существуют и бытовые, домашние разновидности — сильно меньше по размеру, но зачастую выше по функциональности (например, позволяют выбирать температуру воды). Существенную проблему мы за время проведения наших тестирований выявили одну: иногда недостаточная мощность нагревателя превращает процесс получения кружки горячей воды из такого устройства в очень долгую процедуру.
Впрочем, есть и удачные, достаточно быстрые приборы — например, Caso HW 400. В любом случае, раздумывая о покупке бытового проточного нагревателя воды вместо классического чайника — постарайтесь выяснить, устроит ли вас скорость его работы и прочие ограничения (например, как правило, заварочный чайник напрямую под него не поставить).
Надежность: особое мнение
Обсуждение надежности электрических чайников — тема популярная, и копий на многочисленных форумах сломано немало, а страницы обсуждений иногда исчисляются уже сотнями. Мы не без интереса наблюдаем за отзывами наших читателей на форуме iXBT.com, и после достаточно долгих наблюдений, пожалуй, рискнем высказать собственное мнение. Оно основано на следующих наблюдениях:
- Нередко одну и ту же модель одни пользователи хвалят за надежность, а другие наоборот ругают за очень недолгий срок службы.
- Чемпионами долгожительства зачастую являются самые примитивные чайники с цельным пластиковым корпусом и открытым нагревателем.
- Наибольшее количество жалоб приходится на чайники со стеклянной колбой — и в то же время есть масса отзывов их владельцев, у которых такие приборы без проблем работают много лет.
Если просуммировать это все, плюс сделать поправку на конкретные условия эксплуатации, довольно легко заметить, что чаще всего чайники (причем любые) ломаются у тех владельцев, кто испытывает проблемы с большим количеством накипи. Опять-таки: в местах, где даже вода из-под крана не дает никакой накипи вообще, нам известно ненулевое количество примеров чайников, модели которых коллективный разум почти единодушно признал «проблемными» — но они, несмотря на это, нормально функционируют более 5 лет. У автора этого материала чайник со стеклянной колбой отнюдь не от А-бренда (Rolsen) работает в течение 8 лет и не собирается уходить на покой (накипи нет совсем — такая вода).
Есть предположение, что именно от количества накипи во многом зависит долгожительство электрического чайника. Вряд ли эта гипотеза утешит тех, кто испытывает проблемы с накипью, но, по крайней мере, она, может быть, подбодрит тех, у кого их нет 😉
Благодарим Яндекс.Маркет за помощь при подготовке материала
Список производителей нагревательных элементов
Области применения
Нагревательные элементы являются мощными нагревательными приборами современного поколения. Электрические обогреватели, фены, паяльники, душевые, водонагреватели, печи, тостеры, сушилки для белья и т. Д. — вот лишь несколько примеров бесчисленных приборов, в которых используются нагревательные элементы. Нагревательные элементы также чрезвычайно важны в промышленных и коммерческих условиях, где они используются для питания таких механизмов, как: диффузионные насосы, печи, печи и жидкостные погружные нагреватели из нержавеющей стали.
Нагревательные элементы имеют важное значение для промышленности, не считая платы. Некоторые из наиболее известных из этих отраслей включают в себя: ОВКВ, электронику, здравоохранение, водоснабжение, отопление дома, бытовые приборы, промышленное производство, металлообработку, промышленное приготовление пищи, полупроводник, керамику и стекло.
История нагревательных элементов
В 1879 году Томас Эдисон использовал углеродную нить для освещения своей лампы накаливания. Поскольку эта нить также генерировала тепло, он получил кредит на разработку первого нагревательного элемента.Однако мы не стали использовать такие элементы специально для производства тепла до следующего столетия. Мы, однако, работали над формами отопления.
Процесс, с помощью которого отопительные работы был впервые описан и развит как первый закон термодинамики в конце 19-го века, Джулиусом Робертом Майером и Джеймсом Прескоттом Джоулем. Вскоре после этого изобретатели века начали применять термодинамику для создания нагревательных элементов. Например, в 1868 году художник из Лондона Бенджамин Уодди Мохан разработал первый газовый водонагреватель.Однако, поскольку у него не было системы вентиляции, с помощью которой можно было бы рассеивать пары, он был небезопасен для домашнего использования. 21 год спустя норвежский американец Эдвин Рууд изобрел первый электрический водонагреватель, который работал намного лучше.
Одним из самых ранних открытых нагревательных элементов, используемых до сих пор, является карбид кремния. Он был обнаружен в 1891 году американским изобретателем Эдвардом Г. Ачесоном, который обнаружил его случайно при попытке синтезировать алмазы. Вместо этого он получил синтетический материал, чрезвычайно прочный и идеально подходящий для высокотемпературных применений и полупроводников.В следующем десятилетии, в 1905 году, Альберт Марш открыл NiChrome (хромель). Поскольку NiChrome может нагреваться в 300 раз быстрее, чем конкурирующие нагревательные элементы того времени, он произвел революцию в отрасли. В 1906 году Марш запатентовал свое открытие. Всего три года спустя General Electric начала продавать первый успешный электрический тостер с использованием NiChrome. Вскоре производители электрифицировали чайники. Сначала их нужно было нагревать на элементах катушки, но позже внутри них были встроены нагревательные элементы.
Раньше нагревательные элементы использовались только состоятельными и прибыльными предприятиями. Однако во время экономического бума после Второй мировой войны электрические приборы с нагревательными элементами затопили рынок и стали обычным явлением в доме. Тремя типичными отопительными приборами того времени были: барные обогреватели, электрические радиаторы и переносные масляные радиаторы. В 1950-х годах лучистый нагреватель был невероятно популярен, потому что модели были портативными и могли быть подключены в любом месте. Кроме того, они обеспечивали тепло очень быстро.Однако, хотя они были менее опасны, чем обогреватели, работающие на топливе, они не имели достаточного защитного экранирования и подвергали пользователей возможности ожогов. Кроме того, если они были опрокинуты или кто-то накинул на них одежду, они могли легко разжечь огонь. Сегодня некоторые люди все еще используют барные обогреватели, хотя они должны соответствовать гораздо более высоким стандартам безопасности, чем в 1950-х годах. Из барного нагревателя родились многие другие проводные нагреватели, такие как инфракрасные нагреватели, которые мы используем сегодня.
В 1960-х, когда домовладельцы стали все больше полагаться на отопление домов, цены взлетели до небес.Чтобы снизить затраты на отопление, производители в США изобрели новый тип нагревателя — накопительный нагреватель. Нагреватели хранилища работали с использованием электрических нагревательных элементов, которые нагревали термоблоки внутри теплового корпуса в течение ночи. Затем, в течение дня, пользователи могут выпускать тепло по мере необходимости, не производя больше электричества. В 1970-е годы правительства всего мира столкнулись с нефтяным кризисом и поэтому обратились к большему количеству электрических нагревательных элементов. В конце концов, нагреватели хранения вышли из моды, потому что они должны были управляться вручную и требовали большого количества прогнозирующих действий со стороны пользователей.Кроме того, они не были энергоэффективными. После наступления 1990-х годов люди начали менять свои промышленные и бытовые системы отопления на более современные электрические радиаторы, которые легче контролировать, они быстрее нагреваются и более энергоэффективны. Еще одним нововведением 90-х годов стала трафаретная печать металлокерамических дорожек на металле с керамической изоляцией. Нагревательные элементы, созданные таким образом, широко используются в бытовой технике, такой как чайники.
Цифровой рост 21-го века позволил нагревательным элементам и системам, которым они служат, стать намного более чувствительными, интуитивно понятными и энергоэффективными.Сборки нагревательных элементов теперь включают в себя такие элементы, как светодиодные экраны, управление Wi-Fi, интеллектуальные счетчики, цифровые клавиатуры и цифровые программаторы для графиков нагрева температуры. Подобные функции позволяют современным нагревательным элементам работать с предельной точностью и сложностью. Другим отличием нагревательных элементов 21-го века является тот факт, что они в гораздо меньшей степени зависят от ископаемого топлива, поскольку устойчивость, энергоэффективность и здоровье стали гораздо важнее.
Характеристики
Нагревательные элементы отвечают за преобразование электричества в тепло.Для перевода энергии они следуют теории джоулева нагрева. Когда электрическая энергия проходит через элемент, она попадает на сопротивление большой емкости. Сопротивление преобразуется в электрическую энергию, которая преобразуется в тепловую энергию. Количество произведенной тепловой энергии коррелирует с тем, насколько материал сопротивляется приложенному электрическому току. Измерение удельного сопротивления заданной длины элементного провода основано на сопротивлении на длину и площадь поперечного сечения. Инженеры измеряют это в Ом на метр.В свою очередь, они используют ом для расчета нагрузки киловатта (кВт) элемента. Нагрузка в кВт отражает количество электроэнергии, которое несет нагревательный элемент.
Типы нагревательных элементов
Разновидности нагревательных элементов, используемых в промышленных, коммерческих и бытовых применениях, включают в себя: погружные, кварцевые, гибкие, инфракрасные, проволочные, керамические, электрические, металлические и композитные нагревательные элементы и многие другие.
Погружной нагревательный элемент
Погружные нагревательные элементы используются для нагрева газов и жидкостей; они имеют особую способность погружаться в материалы, которые они нагревают, без сбоев.Погружные нагреватели также характеризуются быстрыми, эффективными и экономичными решениями для отопления. Типы материалов, которые они обычно нагревают, включают гальванические ванны, слабые кислоты, масла, воду, соли, воздух и химические растворы. Погружные нагревательные элементы в основном имеют такие системы, как: технологические системы, котлы, водонагреватели, системы теплопередачи, масляные радиаторы и резервуары.
Кварцевый нагревательный элемент
Кварцевые нагревательные элементы преобразуют электрические токи в инфракрасные лучи, пропуская их через специальные резисторы.При этом они обеспечивают быстрый нагрев. Эти высокие скорости процесса делают их очень популярными для использования в промышленных приложениях, таких как отверждение пленок, термоформование, порошковые покрытия, клеевое уплотнение и сушка краски, а также в приложениях управления зонами в автомобильной, печатной, нефтехимической, текстильной, стекольной и электронной промышленности.
Гибкий нагревательный элемент
Гибкие нагревательные элементы способны соединяться с различными составами и формами и обеспечивают прямой нагрев. Эта универсальность возможна, потому что они очень тонкие и гибкие.
Инфракрасный нагревательный элемент
Инфракрасные нагревательные элементы излучают тепло в виде инфракрасных волн, которые представляют собой тип электромагнитного излучения, который известен для эффективной передачи тепла. Инфракрасные нагревательные элементы используются в сочетании с излучающими нагревателями, такими как канальные, погружные и трубчатые, которые в больших масштабах нагревают воздух или жидкость. Они поддерживают промышленные печи, отопление сосудов под давлением, обогрев резервуаров, котлы, водоочистные сооружения, производство пара и многое другое.
Проводной нагревательный элемент
Обычно нагревательные элементы, независимо от их типа, встречаются в виде катушек или проводов. Фактически, проволочные нагревательные элементы являются одними из наиболее широко используемых нагревательных элементов для промышленной и промышленной сушки. Чтобы сделать их, производители отображают их с помощью проводных диаграмм. Их можно найти в нагревателях для обработки поверхности, в печах и во многих других сушилках.
Керамический нагревательный элемент
Другой тип нагревательного элемента, керамический нагревательный элемент, используется в конвекционном нагреве; керамические элементы встроены в обогреватели, печи и полупроводники.Существует несколько типов керамических нагревательных элементов, в том числе дисилицид молибдена и ПТК.
Элемент дисилицида молибдена
Дисилицид молибдена представляет собой материал, который демонстрирует характеристики как металла, так и керамики. С чрезвычайно высокой температурой плавления (точнее, 3690 º F) он считается идеальным для ряда нагревательных элементов большой емкости, используемых в различных отраслях промышленности, включая производство стекла.
PTC
PTC, который расширяется до положительного теплового коэффициента сопротивления, представляет собой высокопрофильный керамический материал, который используется в автомобильных обогревателях заднего стекла, обогревателях и дорогих фенах.Существует также доступная керамика на основе полимера PTC, которая используется во многих специальных нагревателях. Эти элементы увеличивают нагрев, поскольку их сопротивление усиливается. Управление нагревом этих элементов просто, потому что они являются выбором для саморегулирующихся электрических нагревателей.
Электрический нагревательный элемент
Электрические нагревательные элементы также широко распространены, особенно при обслуживании промышленных электрических нагревателей.
Патронный нагреватель
Патронные нагреватели подают локальное тепло к деталям оборудования при изготовлении металлов, производстве пеноматериалов, производстве пластмасс, обработке пищевых продуктов и упаковке.
Металлические нагревательные элементы
Как следует из названия, металлические нагревательные элементы состоят в основном из металлов. Поскольку металл, как правило, является таким хорошим проводником тепла и электричества, элементы на основе металла делают его одним из наиболее эффективных нагревательных элементов. Они используются как в бытовых, так и в промышленных приборах. Они могут быть классифицированы по многим подтипам, включая нагревательные элементы на основе нихрома и резистивные нагревательные элементы на основе проводов.
Нихромный нагревательный элемент
Большое количество электрических нагревателей имеют элементы из нихрома, который представляет собой сплав, состоящий в основном из никеля и хрома.В нагревателях на основе нихрома используются сплавы из 80% никеля и 20% хрома.
Нагревательный элемент резистивного провода
Некоторые металлические детали состоят из набора высокопрочных проводов и лент. Эти провода могут быть прямыми или спиральными, в зависимости от конструкции и теплопроизводительности прибора. Эти провода используются в качестве сопротивления. Приложения, в которых вы можете найти такое обеспечение, — это тостеры и ручные массажеры для тела. Кантал, нихром и мельхиор являются несколькими наиболее часто используемыми металлами в концепции резистивных проводов.
Катушечный нагреватель
Катушечные нагреватели, ленточные нагреватели или ленточные нагреватели помогают экструдируемым каналам и бункерам сохранять пластичность материалов по мере их экструзии.
Композитные нагревательные элементы
Композитные нагревательные элементы — это нагревательные элементы, состоящие из смеси металлических и керамических материалов. Эти нагревательные элементы доступны во многих типах, включая, среди прочего, трубчатые элементы, радиоактивные элементы и съемные нагревательные элементы с керамическим сердечником.
Трубчатый нагревательный элемент
Трубчатые элементы — это, в основном, металлические трубки с тонкой катушкой из нихрома, которая нагревает приложение. Трубчатые нагревательные элементы, названные по своей трубчатой форме, встречаются в духовках, посудомоечных машинах и многом другом. Они могут быть изменены в стандартную форму, или они могут принимать пользовательскую форму для конкретного применения.
Радиоактивный нагревательный элемент
Радиоактивные элементы, также известные как тепловые лампы, представляют собой мощные лампы накаливания, которые в основном излучают инфракрасные волны, а не видимый свет.Чаще всего они используются в лучистых обогревателях и многих типах мармитов. Они бывают двух основных стилей: трубчатые и рефлекторные лампы R40. Нагревательные элементы отражающей лампы бывают нескольких основных стилей: с золотым, рубиново-красным и прозрачным покрытием.
• Лампы с золотым покрытием имеют осажденную золотую дихроичную пленку внутри. Это уменьшает видимый свет и пропускает большинство коротких и средних инфракрасных волн. Они в основном используются для обогрева людей.
• Лампы с рубиновым покрытием имеют ту же функцию, что и лампы с золотым покрытием.Они намного дешевле, чем лампы с золотым покрытием, но они позволяют значительно сильнее видеть блики.
• Прозрачные лампы не имеют покрытия и используются главным образом в промышленных производственных процессах.
Съемный керамический сердечник
Эти нагревательные элементы состоят из спирального резистивного провода, пропущенного через один или несколько цилиндрических керамических сегментов, которые могут иметь или не иметь центральный стержень. Они работают, когда вставлены в металлическую трубку или оболочку, которая запечатана на одном конце. Благодаря этому пользователи могут легко заменять или ремонтировать съемные элементы, не опасаясь их поломки.Обычно они используются для нагрева жидкости под давлением.
Композитный элемент из углеродного волокна
Эти нагревательные элементы состоят из комбинации углеродного волокна и резистивного материала, такого как никель, термореактивная эпоксидная смола или термопластик, подобный PEEK. Карбоновые композитные элементы, как правило, устойчивы к коррозии, экстремальным температурам и легкие. Они часто используются для защиты от обледенения самолетов, бытового отопления и промышленного отопления.
Аксессуары
Если и какие аксессуары для нагревательных элементов вам нужны, будет полностью зависеть от вашего применения.Вот некоторые примеры из нескольких, с которыми вы можете столкнуться: держатели проводов и элементов, термовыключатели, ручные соединительные зажимы, плоскогубцы, плетеный провод, силиконовые уплотнительные кольца, болты, адаптеры, удлинители, шнуры питания и электрические коробки.
Правильный уход за нагревательными элементами
Для обеспечения безопасной и эффективной работы вы должны правильно соединить свой нагревательный элемент и его применение. Невыполнение этого требования может привести к короткому замыканию, пожару, повреждению продукта или потере оборудования.
Большинство нагревателей имеют тенденцию терять свою тепловую мощность с течением времени. Когда производительность нагревателя снижается, это просто означает, что есть проблема с его нагревательным элементом. Поэтому время от времени вам нужно будет заменить нагревательный элемент. Как правило, производители предложат варианты складских или заказных сменных элементов в зависимости от потребностей клиента. Чаще всего этот процесс замены занимает довольно короткое время и считается частью регулярного графика технического обслуживания.Если нагревательный элемент гаснет в предмете конечного пользователя, таком как фен, тем не менее, вероятно, более экономичным будет заменить весь элемент, а не его нагревательный элемент.
Производители могут предложить установить сменный элемент, или вы можете сделать это самостоятельно. Чтобы получить пошаговое руководство по тестированию и замене старого нагревательного элемента, продолжайте читать. Наши советы способствуют безопасности пользователей; однако, если вы не уверены, вам следует попросить эксперта провести тестирование и замену.
1. Сначала выполните визуальный осмотр.Если вы видите какие-либо признаки обесцвечивания, повреждения или ожога на катушке, то элемент необходимо будет заменить. Если вы не заметили ничего необычного во время первоначальной оценки, тогда вы можете продолжить.
2. Рассчитайте сопротивление элемента. Это математическое упражнение; Вы можете использовать калькулятор, чтобы найти сопротивление детали. Простая формула для этого расчета: R = (V x V) ÷ P. В этом уравнении R обозначает сопротивление, V обозначает напряжение, а P обозначает мощность, которая необходима элементу.
3. Когда у вас есть сопротивление, пришло время проверить элемент с помощью измерительного инструмента — мультиметра. Настройте устройство на отображение сопротивления и выберите для этого подходящую шкалу измерения. Убедитесь, что нагреватель не подключен к источнику питания. Теперь измерьте сопротивление элемента, касаясь клемм нагревательных элементов проводами мультиметра.
4. Сопоставьте показание сопротивления, обеспечиваемое мультиметром, с тем, которое вы рассчитали.
Если есть совпадение, то нет проблем с элементом.В этом случае, если вы заметили какие-либо нарушения в работе вашего прибора в последнее время, то, вероятно, с этим связана другая проблема. Вы должны проверить это в ремонтной службе.
Однако, если наблюдаемое значение выше или ниже того, что вы рассчитали, вам нужно будет заменить элемент. Вы можете сделать это с помощью профессиональной службы, или вы можете проверить видео-учебник для замены элемента.
ПРИМЕЧАНИЕ. Если вы выполняете этот тест в водонагревателе, вам необходимо слить всю воду из бака и дать ей полностью высохнуть.Вы также должны отключить устройство и выключить панель выключателя. После этого аккуратно удалите электрические провода и откройте резервуар для проведения проверки и замены.
Стандарты
Все нагревательные элементы должны соответствовать стандартам безопасности UL (Underwriters Laboratories). UL имеет стандарты соответствия для широкого спектра применений нагревательных элементов, таких как электрическое отопление воздуховодов, коммерческие электрические нагревательные и нагревательные элементы и нагревательные элементы с электрической оболочкой. Мы также рекомендуем, чтобы все электрические нагревательные элементы соответствовали стандартам Национального электротехнического кодекса (NFPA 70).Хотя стандарты NFPA не применяются на национальном уровне, многие штаты приняли их в качестве закона. В зависимости от вашей отрасли, области применения и региона возможно, что ваши нагревательные элементы будут соответствовать дополнительным стандартам. Чтобы узнать больше, обсудите ваши спецификации с вашим поставщиком.
Как найти подходящего производителя
Нагревательные элементы могут создать или сломать ваше приложение. Более того, при неправильном подборе или установке они могут быть опасными. Поэтому важно, чтобы вы работали только с надежным и опытным профессионалом.Более того, для достижения наилучших результатов вам необходимо работать с производителем нагревательных элементов, который стремится производить для вас самые лучшие и самые полезные продукты. Найдите такого производителя, просмотрев множество компаний по производству нагревательных элементов, перечисленных на этой странице.
Нагревательные элементы Информационное видео
.нагревательных элементов
Электрические нагревательные элементы, аналогичные электрическим нагревательным элементам, используются в качестве источников тепла на нашем пивоваренном заводе. Элементы устанавливаются в два из наших 20-галлонных котлов Blichmann Boilermaker : один в Boil Kettle (используется для варки сусла), а другой в Hot Liquor Tank (используется для нагрева забастовки и разбрызгивания воды).
Правильный выбор правильного размера элемента: вы хотите, чтобы он был достаточно большим, чтобы можно было достаточно быстро нагревать воду и поддерживать хорошее кипение при кипячении в котле.Нагревательный элемент мощностью 5500 Вт хорош для кипячения около 8-20 галлонов, идеально подходит для нашей установки. При кипячении менее 8 галлонов нагревательный элемент мощностью 4500 Вт работает хорошо. Если кипятится более 20 галлонов, рассмотрим два элемента мощностью 5500 Вт.
Мы используем Camco # 02965 5500 Вт 240 В переменного тока с ультранизкой ваттной плотностью (ULWD) из нержавеющей стали RIPP элемент . Все элементы Camco перечислены в списке UL для США / Канады. Один элемент обеспечивает достаточно тепла для доведения типичной партии 10-20 галлонов до кипения в течение разумного периода времени.
Элемент имеет ультранизкую ваттную плотность (ULWD), что означает, что тепло, выделяемое на квадратный дюйм вдоль элемента, очень мало, что снижает вероятность обжига или карамелизации кипящего сусла. Эти элементы обычно сворачиваются на себя, делая эффективную длину в два раза больше, чем у обычного элемента. Этот конкретный элемент использует зигзагообразный рисунок, чтобы сделать его еще длиннее, дополнительно уменьшая количество выделяемого тепла на квадратный дюйм.
Действительно ли требуется ULWD? В дискуссиях со многими другими электрическими пивоварами, которые используют электрические элементы «стандартной» плотности, вся идея обжига или карамелизации, по-видимому, в основном принадлежит интернет-фольклору.Мы не встречали ни одного конкретного примера, где это произошло, но мы считаем, что лучше быть в безопасности, чем сожалеть, особенно учитывая, что стоимость элементов ULWD минимальна по сравнению со «стандартными» элементами.
Существует, однако, одна очень веская причина использовать элементы ULWD над обычными элементами: они не сломаются так же легко, если их разжечь «всухую» (не погружая в воду). Когда обычный элемент запускается «сухим», он всплывает довольно быстро (обычно до того, как вы заметите свою ошибку!), Так как нет воды, чтобы рассеивать тепло.Хотя никто не хочет запустить такой элемент, ошибки случаются. Использование элементов ULWD дает вам небольшую страховку от этих человеческих ошибок. Выделение элемента — это последнее, что вы хотите, учитывая, что вы, вероятно, уже перемололи свое зерно и готовы все сделать.
Установлен нагревательный элемент в котле (для варки сусла):
Установлен нагревательный элемент в баке для горячего ликера (для нагрева забастовочной и промывочной воды):
Внешний вид резервуара для горячего ликера, на котором изображен нагревательный элемент, закрытый внутри водонепроницаемой металлической коробки:
Одной из самых сложных задач при создании нашей электрической пивоварни было выяснить, как безопасно и надежно прикрепить нагревательных элементов к чайникам Blichmann .Вы хотите, чтобы весь чайник был заземлен в целях безопасности, точно так же, как заземлен любой электроинструмент или корпус прибора. Заземление означает, что все металлическое шасси (в данном случае весь чайник) подключено к заземляющей плоскости электрической системы вашего дома. Это гарантирует, что любой паразитный ток может попасть на землю, а не через что-то другое (например, кофеварка!), Если есть вероятность, что что-то пойдет не так, и один из «горячих» проводов отсоединится и дотронется до чайника.Без надлежащего заземления чайник может стать под напряжением и представлять большую опасность. Надлежащая электрическая установка заваривания всегда должна быть правильно заземлена.
Мы также не хотим, чтобы какие-либо провода были обнажены, так как они могли быть легко повреждены. Чайники тяжелые, и перемещение их во время очистки дает пивовару много возможностей непреднамеренно наталкивать выступающие части на другие предметы. Независимо от того, насколько вы осторожны, это произойдет. Мы хотим, чтобы провода были максимально защищены и полностью замаскированы.
Используемые нами котлы Blichmann Boilermaker на 100% без сварных швов, что означает отсутствие резьбовых резьбовых фитингов и приваренных деталей. Мы хотели сделать то же самое с нагревательными элементами . Некоторые считают, что сварные соединения означают, что в результате вы получите плохо закрепленные, потерянные или негерметичные соединения. Не правда. Когда все сделано правильно, соединения без сварки будут плотно прилегать, никогда не протекать и не требовать каких-либо регулировок, и будут абсолютно безопасны. В оставшейся части этой статьи мы покажем вам, как это сделать.
Вы будете устанавливать нагревательных элементов как в Boil Kettle , так и в Hot Liquor Tank . Метод, используемый для установки элемента в обоих, идентичен, поэтому вам придется повторить инструкции здесь дважды (по одному для каждого чайника).
Примечание по ржавчине: Ранее мы использовали элемент сверхнизкой ваттной плотности (ULWD) Camco № 02963 5500 Вт, 240 В переменного тока, который оказался очень популярным среди домашних пивоваров с электрическими установками.Как и большинство стандартных нагревательных элементов для горячей воды, эта модель имеет железную основу (не из нержавеющей стали), поэтому она будет ржаветь, если ее оставить в воде на длительное время. Электрическая вода борется с этим, также имея установленный жертвенный магниевый анод . Единственная цель анода — сначала окислить, тем самым защищая железный каркас нагревательного элемента от коррозии. Заварочные котлы не имеют анода, поэтому убедитесь, что вы не оставляете воду в чайнике в течение длительного периода времени, если используете нагревательный элемент с железной основой.Это может усугубиться, если у вас есть жесткая вода. Некоторые пивовары установят жертвенный магниевый анод сбоку от своего чайника, чтобы решить эту проблему, если использовать нагревательный элемент с железной основой. Посмотрите эту ветку форума для некоторых примеров установок и инструкций. Сегодня мы используем более новый Camco # 02965 (5500 Вт) нагревательный элемент из нержавеющей стали , изготовленный специально для пивоварения . Анод не требуется.
