Электронагревательные элементы открытого типа кратко

Обновлено: 05.07.2024

Известные большинству пользователей электрические нагревательные элементы относятся к категории устройств, преобразующих энергию тока в тепло. Эти изделия устанавливаются в большинство бытовых нагревательных приборов, а также в обогреватели, используемые на предприятиях общественного питания. Агрегаты, в которые встроены электрические ТЭНы или спирали из нихрома, очень часто применяются и в промышленных целях.

Существующие разновидности

По своей конструкции и функциональным особенностям электрические нагревательные элементы подразделяются на изделия открытого типа или спирали и на закрытые ТЭНы. Первые отдают тепло окружающей среде (воздуху) за счет эффекта конвекции, вызванного тепловым излучением источника. Этот тип нагревателей монтируется на термостойких диэлектрических основаниях в специально обустраиваемых канавках или подвешивается на непроводящих ток кронштейнах. Исходным материалом для изготовления таких оснований чаще всего служит керамика.

Нагреватели закрытого типа изготавливаются в виде законченных и готовых к эксплуатации изделий (ТЭНов), применяемых для нагрева жидких сред.

Полностью герметичные электрические нагревательные элементы закрытого типа в свою очередь подразделяются на трубчатые и ребристые. Обе эти разновидности имеют одинаковое устройство с той лишь разницей, что у ребристых изделий или РЭНов рабочая поверхность значительно больше, чем у трубчатых.

При производстве РЭНов величина их тепловой отдачи задается путем изменения площади наружной поверхности нагревательного элемента. Количество ребер в них варьируется в зависимости от требуемой эффективности обогрева. Низкий показатель удельной мощности этих устройств позволяет применять их для нагрева жидких сред путем конвекции без опасности перегрева и перегорания рабочей спирали.

Устройство и принцип работы нагревателей

Электрические нагревательные элементы закрытого типа состоят из следующих основных частей:

Теплопроводящая трубчатая оболочка (электрически изолированный кожух).
Токопроводящая спираль из материалов с низким показателем электропроводности (нихром).
Проводники, подводящие к нагревателю сетевое электропитание 220 В.

Теплопроводящая оболочка изделия, как правило, делается из чистой меди или латуни. Иногда для ее изготовления используются сталь или алюминий с нанесенным поверх них защитным покрытием.

При производстве спиралей обычно используются сплавы никеля с хромом, в которые иногда добавляются железо с алюминием. Концы проволоки навиваются на контактные стержни из малоуглеродистой или нержавеющей стали. Чтобы исключить возможность попадания влаги во внутренние полости трубки – ее торцевые части тщательно герметизируются. К этой категории устройств относятся и известные всем кипятильники, широко применяемые в быту.

Принцип работы приборов закрытого типа (ТЭНов) предельно прост. При протекании тока по спирали, изготовленной из проводящего материала с высоким удельным сопротивлением, она раскаляется. За счет эффекта теплопередачи спиралеобразный проводник нагревает защитную оболочку устройства. Последняя при контакте с жидкостями передает ей энергию тепла, обеспечивая прогрев до нужной температуры.

Электрические нагреватели открытого типа обеспечивают обогрев воздушной среды за счет конвекции в близлежащие слои. При передаче тепла от одной воздушной прослойки к другой происходит постепенный нагрев всего окружающего пространства.

Области применения

Электрические нагревательные элементы, входящие в состав обогревателей открытого и закрытого типа, широко применяются в быту (в электропечах, в ТЭНах и в кипятильниках). Они устанавливаются в стиральных и посудомоечных машинах, а также в бойлерах различного типа и мощности (например, в проточных и накопительных агрегатах). Большим спросом пользуются эти приборы и на предприятиях общественного питания: в столовых, кафе и ресторанах.

На промышленных производствах устройства открытого типа востребованы при необходимости обогрева замкнутых воздушных пространств и при изготовлении специальных печей и тепловых пушек. Закрытые нагревательные элементы часто используются в бойлерах и в ТЭНах промышленного назначения. Специальные образцы электрических нагревателей применяются в жарочных шкафах, в электрических плитах и духовках, а также в кофеварках, чайниках и в отопительных приборах различной конструкции.

Преимущества и недостатки

К преимуществам нагревательных элементов, работающих за счет электрической энергии, относят:

Эффективность используемого оборудования (высокий КПД).
Возможность автоматизации процесса обогрева и регулировки температуры в широких пределах.
Экологическая чистота.
Устойчивость к вибрациям, к механическим воздействиям и климатическим факторам (к резким перепадам температур и колебаниям давления, в частности).
Простота обслуживания и ремонта.
Надежность и защищенность от случайного возгорания.

Существенный недостаток электрических нагревателей открытого типа – непосредственный контакт материала спиралей с окружающим воздухом и возможность его окисления.

Поскольку этот процесс происходит при высоких температурах – сроки эксплуатации таких приборов строго ограничены. Этим и объясняется то, что гораздо чаще на практике используются герметичные электронагреватели закрытого типа: ТЭНы или РЭНы. Минусом последних считаются проблемы с изготовлением нагревателей сложной конфигурации, что существенно сокращает ассортимент выпускаемых изделий и повышает их стоимость.

Какими показателями характеризуются электрические нагревательные элементы

Одна из важнейших характеристик закрытых ТЭНов – конфигурация трубчатого кожуха, выбираемая из множества вариантов. Она зависит от условий эксплуатации конкретного изделия и от объемов обогреваемой жидкости.

К другой характеристике этих элементов относят состав изолятора, заполняющего пространство между спиралью и корпусом трубки. Его функцию выполняют либо периклазовый порошок, засыпаемый в трубку при производстве изделия, либо кварцевый песок или шамот.

Все перечисленные изоляционные материалы отличаются следующими свойствами:

Большое удельное сопротивление и низкое влагопоглощение.
Высокий показатель теплопроводности.
Инертность (они не вступают в химические реакции с материалом спирали).
Механическая прочность.

Периклаз – это особый кристаллический порошок, получаемый путем расплава окиси магния с содержанием до 96%. Он получается в результате плавления увлажненной магнезии в электродуговых печах специальной конструкции.

Бытовые кипятильники.
Жарочные и пекарные шкафы, а также фритюрницы и подобные им агрегаты.

Электрические нагревательные элементы изготавливаются из материалов, которые выбираются в зависимости от температуры и химических свойств обогреваемой среды. От этих показателей зависят и такие характеристики, как диаметр трубки, удельная мощность прибора и сроки его эксплуатации. Один из основных параметров, характеризующих работу таких нагревательных элементов – удельная поверхностная мощность, измеряемая в ваттах на метр квадратный.

Методика расчета спирали нагревателей

Расчет рабочих характеристик спирали нагревателей чаще всего производится с помощью таблиц токовых нагрузок. При желании получить более точные результаты прибегают к формулам, в основу которых заложен показатель удельной мощности (ее величина, приходящаяся на единицу площади). Соответственно определению этот параметр измеряется в ваттах на сантиметр квадратный. При проведении расчетов обязательно учитывается температура поверхности самого излучателя и скорость отведения тепла.

Электрические нагревательные элементы выпускаются в исполнениях, с удельными мощностями в диапазоне от 0,01 до 12,0 КВт. Максимально возможное значение зависит от следующих данных:

Диаметр трубчатой греющей части нагревателя (ТЭНа) и ее длина.
Материал защитной оболочки.
Среда, в которой предполагается эксплуатировать агрегат.
Номинальная величина удельной мощности.

Электрические нагревательные элементы способны обеспечить нужную тепловую отдачу лишь в том случае, если последний показатель будет соответствовать номинальному значению. Существенные отклонения от него приведут к нежелательным последствиям. При снижении этого показателя невозможно обеспечить требуемую теплоотдачу, а при его увеличении ТЭН может просто перегореть.

Большинство бытовых электронагревательных приборов работает на основе теплового действия электрического тока, которое впервые было изучено русским академиком Э.Х. Ленцем и английским физиком Дж. Джоулем.

Электронагрев по сравнению с нагревом от открытого пламени имеет ряд неоспоримых преимуществ. Так, если сравнивать электронагрев с наиболее совершенным нагревом от газовой плиты, то для её разжигания требуются дополнительные источники открытого пламени. Кроме того, газ ядовит и взрывоопасен, при его горении расходуется кислород и выделяются вредные для жизни человека продукты. Открытое пламя чаще становится источником пожара.

По своему назначению электронагревательные приборы делятся на приборы для приготовления пищи, кипячения воды, дополнительного обогрева жилища, для личной гигиены и глажения, а также электронагревательные инструменты (паяльник, электроглянцеватель и др.).

Основной частью всех электронагревательных приборов является нагревательный элемент. Материал для его изготовления подбирается в зависимости от назначения электронагревательного прибора.

Нагревательные элементы в приборах для приготовления пищи, кипячения воды, во многих приборах для обогрева жилища работают при высоких температурах (800-850 °С), поэтому материал для их нагревателей должен иметь высокую температуру плавления (1000 °С и выше).

Лечебно-гигиенические приборы (электрогрелки, электробинты, электроодеяла), а также приборы для поддержания пищи в горячем состоянии (мармиты) работают при температурах, не превышающих нескольких десятков градусов, но предъявляют повышенные требования к качеству изоляционных материалов нагревателя.

Таблица 12.
Характеристики металлов и сплавов, применяемых в электронагревательных элементах

Это интересно

Первые электронагревательные приборы появились в конце XIX века и получили широкое распространение после создания в 1905 году сплава никеля, хрома и железа — нихрома, обладающего большим удельным сопротивлением и способного длительное время выдерживать высокую температуру, не расплавляясь и не окисляясь. Этим требованиям удовлетворяют также константан, фехраль и железо-хромалюминиевые сплавы, 500, 900 и 1400 °С соответственно.

Для изготовления нагревательных элементов используют проволоку или ленту из сплавов с высоким удельным сопротивлением, которая быстро нагревается при прохождении электрического тока. Для придания электронагревательному элементу компактности проволоку 00,3-0,6 мм свивают в спираль, а ленту наматывают на пластины из твёрдых диэлектриков.

Нагревательный элемент изолируют от корпуса прибора. Для этого используют материалы с высокими диэлектрическими свойствами — твёрдые и порошкообразные. К твёрдым диэлектрикам относят слюду, фарфор и шамот (огнеупорная глина), к порошкообразным — алунд (окись алюминия), кварцевый песок и окись магния.

Электронагревательные элементы бывают открытого и закрытого типа, а также герметизированные.

Электронагревательные элементы открытого типа

Нагревательные элементы открытого типа обычно имеют вид спирали, размещённой в канавках электроизоляционного материала или подвешенной на изоляторах (рис. 90).

Рис. 90. Нагревательный элемент открытого типа: 1 — керамическая основа, 2 — спираль, 3 — цоколь

Эти нагревательные элементы обладают как достоинствами (простотой конструкции, доступностью при ремонте, достаточной дешевизной), так и недостатками: спираль интенсивно окисляется кислородом воздуха, возможно замыкание её витков, при перегорании может произойти замыкание спирали на корпус прибора или соприкосновение с нагреваемым объектом, не исключено также случайное прикосновение человека к спирали. Таким образом, открытые нагревательные элементы существенно увеличивают реальную опасность поражения человека электрическим током.

Электронагревательные элементы закрытого типа

Закрытые нагревательные элементы имеют спираль, защищённую оболочкой из изоляционного материала. Такой защитной оболочкой могут служить керамические бусы, надетые на спираль (рис. 91). Бусы защищают спираль от механических повреждений, препятствуют замыканию на корпус при её перегорании, но не препятствуют доступу воздуха к спирали, а следовательно, и окислению.

Рис. 91. Закрытый нагревательный элемент: 1 — изоляционные бусы, 2 — спираль

Такие нагревательные элементы можно встретить в электроутюгах, электрочайниках, электроплитках. Эти элементы в случае неисправности не подлежат ремонту (замене).

Нагревательные элементы закрытого типа могут иметь и иное конструктивное исполнение. Например, спираль из проволоки с высоким удельным сопротивлением помещают в канавки, сделанные в чугунном корпусе. Пространство между корпусом и спиралью заполняют порошкообразным наполнителем и закрывают асбестовым листом и железной крышкой. Такие элементы более надежны в работе, но ремонту не подлежат. Иногда спираль размещают в кварцевой трубке, как, например, в электронагревателях для аквариумов.

Трубчатые электронагревательные элементы (ТЭН)

Герметизированные нагревательные элементы на сегодняшний день наиболее совершенны (см. рис. 92). Нагревательная спираль в них помещается в трубку и изолируется от её стенок кварцевым песком или порошком окиси алюминия. Трубка может быть изготовлена из латуни или нержавеющей стали. Для защиты спирали от воздействия воздуха концы трубки герметизируют электроизоляционными втулками, залитыми стекловидной температуростойкой эмалью.

Рис. 92. Герметизированный нагревательный элемент: а — трубчатый; б — вид трубчатого электронагревательного элемента со стороны цоколя (1 — выводы спирали, 2 — изолятор); в — чугунная конфорка в разрезе (1 — контакты спирали, 2 — спираль, 3 — изоляционный материал, 4 — корпус конфорки)

Нагревательные элементы этого типа долговечны и надёжны в работе. Трубчатые электронагревательные элементы (ТЭН) нашли широкое применение в различных современных бытовых электронагревательных приборах (см. рис. 93).

Рис. 93. Электрический чайник и электроплитка: 1 — корпус, 2 — ТЭН, 3 — соединительный шнур, 4 — ручка переключателя

В качестве примера рассмотрим устройство электроплитки и утюга.

Основным конструктивным элементом электроплитки является конфорка. Наиболее распространены чугунные и трубчатые конфорки.

Корпус чугунной конфорки достаточно массивен, что придаёт ему стойкость при резких колебаниях температуры и исключает возможность коробления поверхности конфорки (рис. 93). Такие конфорки имеют хороший тепловой контакт с посудой. В чугунных конфорках в пазы на внутренней поверхности укладывают 2-3 проволочных нагревательных элемента. Концы нагревательных элементов соединяют с переключателем, позволяющим включать элементы поочередно, последовательно или параллельно. При этом имеется возможность регулировать мощность конфорки и количество выделяемого ею тепла. Регулирование температуры нагрева возможно и при одном нагревательном элементе, если последовательно с ним включить терморегулятор. Максимальная температура на поверхности конфорки обычно составляет около 500 °С.

Следует отметить, что достаточно высокие коэффициенты полезного действия электроплит с чугунными и трубчатыми конфорками реализуются при приготовлении пищи в высококачественной посуде. Такая посуда должна иметь ровное, плоское дно, по размеру несколько превосходящее диаметр конфорки. Наличие деформаций и изгибов создаёт зазор между дном посуды и поверхностью конфорки, что резко снижает коэффициент полезного действия до 35-50 % и приводит к перерасходу электроэнергии. Этот недостаток можно компенсировать, имея в квартирах с электроплитой другие электронагревательные приборы: для кипячения воды — электрочайник, электросамовар или водонагреватель погружного типа. Для приготовления жареных блюд полезно иметь электросковородку, электрогриль, электрошашлычницу, электротостер и др. Коэффициент полезного действия таких приборов достигает 95-97 %, поэтому их использование даёт значительную экономию электроэнергии по сравнению с кипячением воды на электроплите.

Биметаллический терморегулятор

Многие бытовые электронагревательные приборы снабжены устройством для регулирования температуры — терморегулятором. Наиболее распространённым является биметаллический терморегулятор.

В основе устройства биметаллического терморегулятора лежит биметаллическая пластина (рис. 94). Это небольшая пластина, спаянная или склёпанная из полосок двух видов металлов с различной теплопроводностью (обычно стали и меди). Тепловое расширение пластин из разных металлов неодинаково, у медной пластины оно больше, поэтому при нагревании медная часть удлиняется больше стальной, что приводит к изгибанию биметаллической пластины. Если на биметаллической пластине установить контакты, то при нагревании они будут замыкаться или размыкаться в зависимости от положения неподвижного контакта, расположенного вне пластины.

Рис. 94. Биметаллическая пластина

Принцип работы биметаллического регулятора показан на рисунке 95.

Рис. 95. Биметаллический терморегулятор: 1 — биметаллическая пластина, 2 — толкатель, 3 — упругая пластина с подвижным контактом, 4 — электроплита, 5 — проводник тепла в виде металлического предмета, 6 — амперметр

увеличить зазор между толкателем и подвижной пластиной;
изменить силу давления между контактами с помощью винта, как показано на рисунке 96.

Рис. 96. Регулировка силы давления между контактами терморегулятора: 1 — регулировочный винт, 2 — биметаллическая пластина, 3 — подвижный контакт, 4 — неподвижный контакт

Рассмотрим устройство современного электроутюга.

Наибольшее распространение в настоящее время получили утюги с терморегулятором, которые быстро нагреваются до рабочей температуры. Они обладают небольшой массой, удобны в эксплуатации, экономичны: сокращают расход электроэнергии при глажении на 10-15%. Такие утюги позволяют обрабатывать ткани в заданном тепловом режиме, что способствует их сохранению. На ручке терморегулятора отмечены положения, соответствующие температурам обработки различных видов тканей (рис. 97).

Рис. 97. Принципиальная электрическая схема утюга: Тр — терморегулятор, R — резистор, EL — сигнальная лампа

Практическая работа № 35

Практическая работа № 36

Задание 1. Изготовить биметаллическую пластину.

Сложите пластины вместе.
Разметьте и просверлите 4-5 отверстий ∅ 2,0-2,5 мм.
Скрепите пластины заклёпками из алюминиевой проволоки.
Одно отверстие оставьте свободным для подсоединения провода.

Задание 2. Собрать и испытать термореле — модель пожарной сигнализации.

Соберите модель теплового реле, как на рисунке 98. Для этого биметаллическую пластину закрепите на стойке, предварительно повернув жестяной стороной к электролампе. Фиксация регулировочного винта обеспечивается гайками.

Новые слова и понятия

Герметизированные, открытые и закрытые нагревательные элементы; конфорка; терморегулятор; биметаллическая пластина.

По причине масштабного развития промышленной индустрии электрические нагревательные элементы стали очень востребованными и незаменимыми в работе оборудования для обработки различных материалов требующих высоких температурных воздействий. Корпус нагревательных приборов может быть выполнен из самых различных термостойких сплавов. Сопротивление материала обеспечивается нагревом токопроводящего элемента при прохождении по нему электричества.

Зависимо от конструкции самого нагревателя и требований к его работе существует несколько типов электронагревательных элементов:

Нагреватели с открытой спиралью

Открытые нагреватели представлены в виде спирального нагревательного элемента, который размещают в специальные изоляционные канавки или подвешивают с помощью кронштейнов. Тепловая подача от таких нагревателей производится за счет излучения либо конвекции. Данные нагреватели имеют простую схему, быстро вырабатывают необходимое тепло, недорогие и их просто ремонтировать. Главными недостатками есть их невысокая электробезопасность, незащищенность от механических повреждений и возможные замыкания.

Для примера, нагреватели с открытой спиралью - это:

проволочные нагреватели и пр.

Негерметичные нагреватели

Негерметичные нагреватели относятся к одному из подвидов нагревательных устройств закрытого типа. В конструкцию таких устройств входят нагревательные элементы в виде ленты либо спирали, которые защищены изоляционными материалами, предотвращающими непосредственный контакт элемента нагрева с нагреваемым объектом, но не предотвращающих контакт с воздухом. Зачастую в качестве изоляторов применяют керамические бусы. Конструкция таких приборов считается несложной, но не отличается особой прочностью. Негерметичные элементы нагрева, работающие за счет нихромовой или фехральной спиральной проволоки размещают в специальные кожухи из металла. Это уже совсем другой вид конструкции негерметичного нагревателя. Кожух наполняют изоляционным порошкообразным веществом. Такой вариант нагревателя является более надежным в эксплуатации, но дольше прогревается.

Негерметичнымии нагревателями также можно назвать:

Герметичные нагреватели

Герметичные нагреватели закрытого типа способны вырабатывать тепловую энергию разными способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью. К данной категории устройств относятся ТЭНы. Конструкция ТЭНа состоит из тоненькой металлической оболочки трубчатого типа со спиралью из проволоки, обладающей высоким сопротивлением. Во внутренней части оболочки находится изоляционный материал. В стержни обеспечивающие контакт вмонтированы клеммы.

Также к герметичным нагревателям относятся:

Преимуществом данной категории устройств по нагреву есть их высокая электрическая безопасность, длительный период службы, возможность использования в различных средах (даже самых агрессивных).

Выбирая нагреватель, следует ориентироваться на такие показатели как место монтажа, желаемая температурная величина нагрева, среда применения, скорость нагрева и ряд индивидуальных факторов работы. В некоторых производствах требуется высокотемпературный быстрый нагрев, в других длительная непрерывная тепловая подача. Поэтому определяясь с выбором электронагревателя, в первую очередь обращайте внимание не на стоимость устройства, а на требования к нему. В противном случае пытаясь сэкономить Вы, подвергаете себя еще большим растратам. Неправильно подобранный прибор будет систематически выходить из строя.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Бытовые электронагревательные приборы
Презентацию подготовил: учитель технологии МКОУ Бергульская ОШ Молоков Ю.Д.

Среди разнообразных электробытовых приборов существует большое число приборов, работающих на принципе преобразования электрической энергии в тепловую. Это приборы для приготовления пищи, кипячения воды, дополнительного обогрева жилища, приборы для личной гигиены и глажения, а так же электронагревательные инструменты (паяльники и др.)

Лечебно – гигиенические приборы (электрогрелки, электробинты и др.), а так же приборы для поддержания пищи в горячем состоянии (мармиты) работают при невысоких температурах, не превышающих нескольких десятков градусов.

Электроприборы для приготовления пищи и кипячения воды (электроплиты, электрические чайники и самовары, электрокипятильники и пр.) работают при температуре 800-850 °С.

Электроотопительные приборы рассчитаны на длительное включение и имеют большую мощностью, они потребляют самое большое количество энергии. Мощность этих приборов выбирается из расчета 500 Вт на 4,5-5 м² площади отапливаемого помещения в обычных квартирах с высотой потолка 2,6-2,7 м.

Типы электрообогревательных приборов
Инфракрасные обогреватели (электрокамины) отдают тепло в отапливаемое помещение преимущественно излучением.
Электроконвекторы – отдают тепло в основном путем конвекции – вместе с восходящими потоками нагретого прибором воздуха.
К смешанному типу отопительных приборов относятся электрорадиаторы, они отдают конвекцией до 50% тепла.

Электрокамины
Создают комфортные условия в небольшой зоне, их можно использовать при сушке каких-либо поверхностей. Во избежание опасных перегревов электрокамин НЕЛЬЗЯ устанавливать ближе 0,5 м от стены или мебели.

Электроконвекторы (отдающие конвекцией до 90% тепла)
Нагревают воздух помещения. Теплый воздух выходя из верхней решетки электроконвектора, поднимается вверх. Поэтому для лучшего рассеяния тепла в помещении электроконвектор лучше устанавливать под подоконником или у холодной стены.

Электронагревательные элементы открытого типа
Основной частью всех электронагревательных приборов является нагревательный элемент. Для изготовления нагревательных элементов используют проволоку или ленту из сплавов с высоким удельным сопротивлением, которые быстро нагреваются при прохождении по ним электрического тока. Для придания электронагревательному элементу компактности, проволоку свивают в спираль, а ленту наматывают на пластины из твердых диэлетрикров.

Электронагревательные элементы
Нагревательные элементы открытого типа. Обычно имеют вид спирали, размещенной в канавках электроизоляционного материала или подвешенной на изоляторах.
Нагревательные элементы закрытого типа имеют спираль, защищенную оболочкой из изоляционного материала. Такие нагревательные элементы можно встретить в электроутюгах, электрочайниках , электроплитах. Эти элементы в случае неисправности не подлежат ремонту (замене).

Трубчатые электронагревательные элементы (ТЭНы)
Герметизированные нагревательные элементы на сегодняшний день наиболее совершенны. Нагревательная спираль в них помещена в трубку и изолирована от ее стенок, спрессованным электроизоляционным наполнителем. Трубка может быть изготовлена из латуни или нержавеющей стали. Для защиты спирали от воздействия воздуха и влаги концы трубки (ТЭНа) герметизируют диэлектрическим изолятором.

В качестве примера рассмотрим устройство электроплитки. Основным конструктивным элементом электроплитки является конфорка. Наиболее распространены чугунные и трубчатые конфорки.

Корпус чугунной конфорки достаточно массивен, что исключает возможность коробления поверхности конфорки при нагреве. Такие конфорки имеют хороший тепловой контакт с посудой. В чугунных конфорках в пазы на внутренней поверхности укладывают два-три проволочных нагревательных элемента. Концы нагревательных элементов соединяют с переключателем, позволяющим включать элементы поочередно, последовательно, параллельно. При этом имеется возможность регулировать мощность конфорки и мощность выделяемого ею тепла.

Трубчатые конфорки состоят из одного или двух ТЭНов, которым так же придают форму спиралей. Для лучшего теплообмена с посудой рабочую поверхность ТЭНа делают плоской. С целью повышения КПД конфорки под ТЭН устанавливают отражатель из нержавеющей стали. Температура на поверхности трубчатой конфорки порядка 650-800 °С. КПД у чугунных конфорок 65%, у трубчатых – 75%.
Следует отметить, что достаточно высокие КПД электроплит с чугунными и трубчатыми конфорками реализуются при приготовлении пищи в посуде, имеющей ровное, плоское дно, по размеру несколько превосходящее диаметр конфорки. Наличие деформаций и изгибов создает зазор между дном посуды и поверхностью конфорки, что снижает КПД до 35-50% и приводит к перерасходу электроэнергии.

Биметаллический терморегулятор
Многие бытовые электронагревательные приборы снабжены устройством для регулирования температуры – терморегулятором. Наиболее распространенным является биметаллический терморегулятор.
В основе устройства биметаллического терморегулятора лежит биметаллическая пластина

Биметаллическая пластина – это небольшая пластина, спаянная или склёпанная из полосок двух видов металла – с различными температурными коэффициентом расширения (обычно сталь и медь). Тепловое расширение пластин из разных металлов неодинаково, у медной пластины оно больше, поэтому при нагреве медная часть удлиняется больше стальной, что приводит к к изгибанию пластины.

Правила безопасной эксплуатации бытовых электроприборов.
Электроотопительные и нагревательные приборы необходимо регулярно очищать от пыли, так как они загрязняют воздух вредными для здоровья продуктами горения.
При очистке от пыли электрорадиатор протирают сухой тряпкой, а внутреннюю поверхность электроконвектора продувают струей воздуха из пылесоса. Если такой возможности нет, электроконвектор включают в сеть и прогревают в течение 15-20 мин в хорошо проветриваемом помещении при отсутствия людей.
Исправные электронагревательные приборы при правильной эксплуатации безопасны для человека. Но при возникновении неисправности или нарушений правил пользования приборами они могут стать причиной пожара.

Давайте посмотрим вокруг. Можете ли вы представить свою жизнь без утюга? Или, например, у многих есть фены, электрические чайники, электрические плиты и так далее. Все эти приборы относятся к бытовым электронагревательным приборам. На этом уроке мы узнаем, что по сравнению с нагревом от открытого пламени электронагрев имеет несколько преимуществ. Поговорим о видах электронагревательных приборов.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Бытовые электронагревательные приборы"

Давайте посмотрим вокруг. Можете ли вы представить свою жизнь без утюга? Или, например, у многих есть фены, электрические чайники, электрические плиты и так далее.

Все эти приборы относятся к бытовым электронагревательным приборам.

Большинство из них работает на основе теплового действия электрического тока. Впервые это действие было изучено русским академиком Эмилием Ленцем и английским физиком Джеймсом Джоулем.

В чём же отличие электронагрева от нагрева открытого пламени? Сравним электронагрев с нагревом от газовой плиты. Для того, чтобы разжечь газовую плиту нужны дополнительные источники открытого пламени. Например, спички или зажигалка.

Помимо этого, при горении газа расходуется кислород и в воздух выделяются вредные для человека продукты, а открытое пламя чаще становится источником пожара.

Давайте познакомимся с основными видами бытовых электронагревательных приборов.

Приборы для приготовления и разогревания пищи. К ним относятся: электрическая плита, микроволновка, мультиварка, тостер.

Приборы для нагрева воды. Это и электрические чайники и кипятильники, термопоты, водонагреватели.

Электронагревательные приборы для дополнительного обогрева жилища. К ним относятся обогреватели, электрокамины.

Следующий вид приборов – для личной гигиены. К ним относятся фены, плойки и прочие устройства.

Приборы для глажения. Это и утюги и отпариватели одежды, гладильные машины.

К приборам для обогрева можно отнести медицинские грелки, электроодеяла, и другие подобные приспособления.

И последний вид – электронагревательные инструменты. К ним можно отнести паяльник, тепловую пушку.

Как понятно из названия, основной частью всех этих приборов можно назвать нагревательный элемент.

Материал для изготовления нагревательного элемента выбирается в зависимости от назначения прибора.

Поскольку нагревательные элементы в приборах для приготовления пищи, кипячения воды и обогрева жилища работают при высоких температурах, примерно 800° – 850°, то материал для изготовления нагревательных элементов должен иметь температуру плавления от 1000°.

Если говорить о лечебно-гигиенических приборах, то к температуре плавления нагревательного элемента особых требований нет, но к качеству изоляционных материалов нагревателя предъявляются повышенные требования.

Ещё одной характеристикой от которой зависит выбор материала для нагревательного элемента можно назвать размеры прибора. Понятно, что чем больше устройство, тем больше в нем должен быть нагревательный элемент. Обратите внимание, что чем меньше размеры нагревательного элемента, тем выше должно быть его удельное сопротивление. Напомним, что удельное сопротивление – это физическая величина, которая характеризует способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Для увеличения удельного сопротивления применяют сплавы нихром и фехроль. Их удельное сопротивление превышает сопротивление стали и тантола в 8 – 10 раз.

Нихром – это сплав, в котором содержится от пятидесяти пяти до семидесяти восьми процентов никеля, от пятнадцати до двадцати трёх процентов хрома и присутствуют добавки марганца, кремния, железа и алюминия.

Фехраль – это сплав, в котором содержится от двенадцати до двадцати семи процентов хрома, от трёх с половиной до пяти с половиной процентов алюминия, кремний, марганец и железо.

Давайте посмотрим на таблицу характеристик металлов и сплавов, которые используются в электронагревательных элементах.

Нагревательные элементы бытовых электронагревательных приборов изготавливают из проволоки или сплавов с высоким удельным сопротивлением, которые быстро нагреваются, когда через них проходит электрический ток. Чтобы размеры нагревательного элемента были небольшими, проволоку диаметром от нуля целых трёх десятых до нуля целых шести десятых миллиметра свивают в спираль, а ленту из сплавов наматывают на пластины из твёрдых диэлектриков.

Сам нагревательный элемент обязательно надо изолировать от корпуса прибора. Делают это с помощью тв ёрдых или порошкообразных материалов, которые имеют высокие диэлектрические свойства.

Примеры твёрдых диэлектриков – слюда и фарфор.

Порошковые диэлектрики – это так называемый алунд – окись алюминия, кварцевый песок и окись магния.

Существует три основных вида нагревательных элементов: открытого типа, закрытого и герметизированные.

Познакомимся с каждым из видов поближе.

Начнём с нагревательных элементов открытого типа. Они, как правило, имеют вид спирали, которая размещена в канавках электроизоляционного материала или подвешена на изоляторах.

У них есть ряд достоинств и недостатков. Перечислим их.

К достоинствам можно отнести простоту конструкции, дешевизну и доступность нагревательных элементов для ремонта.

Недостатки. Поскольку спираль интенсивно окисляется кислородом воздуха, то возможно замыкание её витков. При перегорании может произойти замыкание спирали на корпус прибора или соприкосновение с нагреваемым объектом. Велика возможность случайного касания нагретой спирали, которая влечёт за собой ожог.

Нагревательные элементы открытого типа во много раз увеличивают опасность поражения электрическим током.

Поговорим об электронагревательных элементах закрытого типа.

Спираль в таких элементах имеет защищённую оболочку из изоляционного материала. В качестве оболочки можно использовать керамические бусы, которые не только защищают спираль от механических повреждений, но и препятствуют замыканию на корпус при перегорании спирали.

Но такие бусы не закрывают доступ воздуха к спирали и не защищают её от окисления.

Чаще всего такие нагревательные элементы устанавливают в утюгах, электрочайниках и электроплитках.

Но не все нагревательные элементы закрытого типа имеют защитную оболочку, некоторые их них могут помещаются в специальные канавки, которые проложены в чугунном корпусе.

В таком случае, пространство между корпусом и спиралью заполняется порошкообразным наполнителем, закрывается асбестовым листом и железной крышкой.

Нагревательные элементы закрытого типа более надёжны в работе, но самым главным их недостатком можно назвать то, что при неисправности они не подлежат ремонту или замене.

Существует ещё один вид нагревательных элементов закрытого типа – со спиралью, размещённой в кварцевой трубке. Приборы с такими нагревателями используют, как правило в аквариумах.

Поговорим о герметизированных нагревательных элементах. К ним относят трубчатые электронагревательные элементы или сокращённо – ТЭНы.

На сегодняшний день они наиболее совершенны. Как понятно из названия, их нагревательную спираль помещают в трубку. От стенок трубки спираль изолируется кварцевым песком или порошком окиси алюминия.

Чаще всего в качестве материала для изготовления трубки используют латунь или нержавеющую сталь.

Чтобы защитить спираль от воздействия воздуха, концы трубки герметизируют электроизоляционными втулками. Их заливают стекловидной термостойкой эмалью.

Поскольку ТЭНы долговечны и надёжны, то их широко применяют в различных современных бытовых электронагревательных приборах.

Давайте поближе познакомимся с устройством утюга и электроплитки.

Важной частью электроплитки естественно считается конфорка. Наиболее распространены чугунные и трубчатые конфорки.

Чугунная конфорка имеет очень массивный корпус. Это придаёт электроплитке стойкость при резких колебаниях температуры и защищает поверхность конфорки от коробления. Чугунные конфорки имеют хороший тепловой контакт с посудой.

В пазы на внутренней стороне чугунной конфорки укладывают два три проволочных нагревательных элемента. Их концы соединяют с переключателем, который может включать нагревательные элементы поочерёдно, последовательно или параллельно.

При этом можно регулировать мощность конфорки и количества тепла, которое она выделяет.

Регулировать температуру нагрева можно даже тогда, когда в конфорке располагается только один нагревательный элемент. Для этого нужно одновременно с ним включить терморегулятор.

Максимальная температура на поверхности конфорки, составляет 500°.

В трубчатых же конфорках обычно располагаются один или два ТЭНа в форме спирали. Чтобы теплообмен с посудой был лучше, поверхность ТЭНа делают плоской. Чтобы повысить коэффициент полезного действия конфорки под ТЭН необходимо установить отражатель из нержавеющей стали. Температура в трубчатой конфорки больше чугунной и составляет от 650° до 800° градусов цельсия. КПД чугунных конфорок составляет 65%, в то время как КПД трубчатых конфорок равен 75%.

Однако, стоит обратить внимание, что такое высокое КПД конфорки показывают только в том случае, когда используется высококачественная посуда с ровным, плоским дном. Размер дна должен быть немного больше чем размер конфорки. Если дно посуды имеет какую-нибудь неровность, то между конфоркой и посудой возникает зазор, в результате чего КПД конфорки падает на 35% – 50%, что влечёт за собой перерасход электроэнергии.

Чтобы такого не происходило, в домах с электроплитами рекомендуется иметь другие электронагревательные приборы. КПД таких приборов достаточно велик, а кипячение воды в таких приборах намного экономичнее чем кипячение воды на электроплите.

Во многих бытовых электронагревательных приборах есть терморегулятор – устройство для регулирования температуры. Самым распространённым можно назвать биметаллический терморегулятор.

В его основе лежит биметаллическая пластина. Это маленькая пластина, спаянная или склёпанная из полосок двух металлов с различной теплопроводимостью. Чаще всего для неё берут сталь и медь. Поскольку тепловое расширение пластин из разных металлов разное, например, у меди оно больше, то при нагревании медная часть удлиняется больше стальной. Это приводит к изгибанию биметаллической пластины. Если на неё установить контакты, то при нагревании они будут замыкаться или размыкаться в зависимости от того, где находится неподвижный контакт, располагаемый вне пластины.

На схеме показан принцип работы биметаллического регулятора.

Если пластину периодически нагревать и охлаждать, то её температура будет колебаться около некоторого среднего значения. Чтобы это значение изменить, нужно или увеличить зазор между толкателем и подвижной пластиной или изменить силу давления между контактами с помощью винта.

Про электроплитку мы с вами поговорили, а теперь поговорим об устройстве утюга.

Вряд ли вы найдёте утюг без терморегулятора. Как правило, все современные утюги им оснащены. Терморегулятор быстро нагревается до рабочей температуры. Такие утюги, удобны в эксплуатации и экономичны. При глажении электрическим утюгом расход электроэнергии уменьшается на десять пятнадцать процентов. А поскольку такие утюги гладят каждую ткань в нужном для нее режиме, то качество ткани сохраняется дольше. Для легкого управления, на ручке терморегулятора показаны положения для выбора правильной температуры для того или иного материала.

Посмотрите на электрическую схему утюга.

Подведём итоги урока.

Сегодня мы узнали, что по сравнению с нагревом от открытого пламени электронагрев имеет несколько преимуществ. Для его включения не нужен источник открытого пламени и такие приборы более безопасные.

Существует несколько видов электронагревательных приборов. Приборы для приготовления и разогревания пищи. К ним относятся: электрическая плита, микроволновка, мультиварка, тостер.

Приборы для нагрева воды. Это и электрические чайники и кипятильники, термопоты, водонагреватели.

Электронагревательные приборы для дополнительного обогрева жилища. К ним относятся обогреватели, электрокамины.

Следующий вид приборов – для личной гигиены. К ним относятся фены, плойки и прочие устройства.

Приборы для глажения. Это и утюги и отпариватели одежды, гладильные машины.

К приборам для обогрева можно отнести медицинские грелки, электроодеяла, и другие подобные приспособления.

И последний вид – электронагревательные инструменты. К ним можно отнести паяльник, тепловую пушку.

Нагревательный элемент приборов может быть трёх видов: открытого типа, закрытого типа, герметизированный.

Помимо этого, мы познакомились с устройством электрической плитки и утюга.

Читайте также: