В зависимости от назначения нагревательные элементы выполняют открытыми или закрытыми. Закрытые подразделяют­ся на негерметичные и герметичные.

Виды электронагревательных приборов

Нагревательные элементы открытого типа представляют собой спирали, открыто размещенные в канавках электроизоля­ционного материала соответственной формы или свободно под­вешенные на кронштейнах из электроизоляционного материала. Передача тепла в них осуществляется путем конвекции и излуче­ния. К достоинствам нагревательных элементов открытого типа относятся простота конструкции, быстрота нагрева, легкость ре­монта и относительно низкая стоимость. К недостаткам — воз­можность замыкания витков спирали внешними предметами, механическое повреждение спирали, а также недостаточная электробезопасность.

Нагревательные элементы закрытого типа негерметичные (рис. 1.1, а, б) выполняют из спирали или ленты, помещенной в защитную оболочку из электроизоляционного материала, кото­рая предохраняет ее от механических повреждений, но не пре­пятствует доступу воздуха. В качестве защитной оболочки ино­гда служат чешуйчатые керамические бусы, которые надеваются на спираль, навитую из нихромовой или фехралевой проволоки. Элементы подобного типа ранее находили применение в чайни­ках и утюгах. Они просты по устройству, но обладают небольшой механической прочностью. При поломке же их может произойти замыкание спирали на корпус.

Нагревательные элементы закрытого типа в виде спирали из нихромовой или фехралевой проволоки помещают также в ме­таллический кожух, состоящий из двух кольцевых чашек, запрес­сованных одна в другой. Внутренняя часть кожуха заполнена по­рошкообразной электроизоляционной массой. Такие элементы применялись в электрических плитках и утюгах. Они надежны в эксплуатации, но нагревают прибор сравнительно долго.

Трубчатые нагревательные элементы закрытого типа герме­тичные являются более совершенными. В них используются трубча­тые нагреватели (ТЭНы), которые работают по принципу передачи тепла излучением, конвекцией и теплопроводностью (рис. 1.1, в).

Рис. 1.1. Нагревательные элементы закрытого типа: а — в защитной оболочке из керамических бус; б — пластинчатый; в — трубчатый; 1 — керамические бусы; 2 — проволока из нихрома или фехраля; 3 — плас­тина из миканита; 4 — контактные выводы элемента; 5 — контактные стержни; 6 — нагревательная спираль; 7 — оболочка; 8 — наполнитель; 9 — герметичная пробка; 10 — контактная гайка; L — развернутая длина нагревателя; La — активная длина нагревателя; Lк — длина контактного стержня

ТЭНы изготовляются на номинальные напряжения 6, 12, 24, 36, 42, 110, 127 и 220 В переменного и постоянного тока. Но­минальные диаметры, мм: 5; 6,5; 7,4; 8; 8,5; 10. Развернутая дли­на, мм: 250, 280, 300, 320, 350, 380, 420, 450, 500, 560, 600, 630, 710, 800, 850, 900, 1000, 1200, 1400, 1700, 2000.

Трубчатые электронагреватели представляют собой метал­лическую трубку, внутри которой находится нагревательная спи­раль, запрессованная в специальном наполнителе — периклазе.

Наполнитель обеспечивает надежную электроизоляцию и имеет большую теплопроводность, поэтому используется так­же для уменьшения перепада температур между внешней труб­кой и нагревательной спиралью.

Оболочку 7 в зависимости от условий эксплуатации изгото­вляют из нержавеющей жаростойкой стали, алюминиевых спла­вов или углеродистой стали. Торцы ТЭНа герметизируют для пре­дотвращения проникновения атмосферной влаги в наполнитель.

Принципиальные преимущества ТЭНов перед другими ви­дами нагревателей заключаются в следующем: поверхность на­гревателя не находится под электрическим напряжением, т. е. электронагреватель электробезопасен (при заземлении внеш­ней трубки и правильно выбранных предохранителях), его можно помещать в воду, жидкий металл и пр.; нагревательная спираль, запрессованная в наполнителе (при достаточной герметизации торцов нагревателя), имеет малый диаметр проволоки и значи­тельный срок службы; нагреватели надежно работают при виб­рациях и значительных ударных нагрузках (благодаря плотности набивки наполнителя); нагреватели могут иметь любую форму; конструкция нагревателя проста.

Нагревательная спираль ТЭНа выполняется, как правило, из проволоки диаметром 0,2...1,6 мм (сплавы Х20Н80 и Х15Н60).

ТЭН можно согнуть в любую форму в холодном состоянии после отжига трубки при условии, что радиус изгиба будет не меньше 2,5 диаметра внешней трубки (при этом спираль внутри трубки расположена строго по ее оси).

Пример условного обозначения ТЭНа развернутой длиной 800 мм, номинальной длиной контактного стержня в заделке 50 мм, диаметром 8 мм, мощностью 1 кВт, изготовленного из стали марки 12Х18Н10Т, предназначенного для нагрева слабых растворов пищевых кислот на номинальное напряжение 220 В: трубчатый электронагреватель ТЭН-80-5-8/1 ОП 220.

Все имеющиеся в природе тела с температурой выше аб­солютного нуля обладают инфракрасным излучением. Инфра­красным является нагрев от электронагревателей, в которых ис­пользуются проводники с высоким удельным сопротивлением.

В практике под инфракрасными нагревателями понимают такие, у которых максимум излучения приходится на инфракрас­ную область спектра с длинами волн от 0,76 до 3 мкм. Инфракра­сные электронагреватели подразделяют на светлые, излучаю­щие помимо инфракрасных видимые лучи, и темные, излучающие преимущественно инфракрасные лучи. К светлым излучателям относятся лампы накаливания типа ИКЗ (инфракра­сная зеркальная) с внутренней зеркальной поверхностью для по­лучения направленного лучевого потока. К темным излучателям инфракрасных волн — открытые спирали и ТЭНы с температурой на поверхности 7ОО...75О°С. 

 Виды электронагревательных приборов 

По виду электронагревательные приборы подразделяются на четыре группы: без регулировки, с регулировкой температуры нагрева, с регулировкой мощности, автоматические с про­граммным управлением.

Для регулировки температуры в приборах устанавливают терморегуляторы, термоограничители и термовыключатели.

Терморегулятор — устройство, чувствительное к темпера­туре (с регулировкой температуры или без нее), которое при нормальной эксплуатации служит для поддержания температу­ры прибора или его частей в определенных пределах путем авто­матического включения и отключения цепи.

Термоограничитель — устройство, чувствительное к тем­пературе, с регулировкой температуры или без нее, которое при нормальной эксплуатации служит для включения или отключе­ния цепи, когда температура прибора или его частей достигает заранее определенного значения. Термоограничитель может быть с ручными возвратом и без него.

Термовыключатель — устройство, которое ограничивает температуру прибора или его частей при ненормальной работе путем автоматического размыкания цепи или уменьшения вели­чины тока. Термовыключатель может быть с самовозвратом и с ручным возвратом.

Регулировка мощности прибора может быть ступенчатой и плавной с помощью реостата.

Термоограничители, терморегуляторы и термовыключате­ли работают по принципу использования различных физических явлений. Так, в одном из наиболее распространенных терморегу­ляторов — биметаллическом — используется явление изгибания термобиметаллической пластинки при изменении температуры.

В манометрическом терморегуляторе используется явле­ние изменения объема (при изменении давления) жидкости или газа, заполняющих замкнутую термосистему.

Биметаллическая система состоит из двух или нескольких слоев металлов или сплавов с различными коэффициентами те­плового расширения, сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения. Слой металла или сплава с большим коэффи­циентом теплового расширения называется активным слоем, с меньшим — пассивным. Пассивный слой изготовляют обычно из инвара (сплав железа с никелем). Никель составляет 35...37%, остальное — железо и примеси. Никель при темпера­туре от -60 до +Ю0°С практически не изменяет своих размеров. Активный слой изготовляют из латуни, легированной стали и др.

Регуляторы температуры и мощности по скорости замыка­ния и размыкания контактов подразделяют на быстро- и медлен­нодействующие. Быстродействующие регуляторы сложнее по конструкции, обеспечивают мгновенное замыкание и размыка­ние контактов, что исключает их подгорание и обеспечивает большой срок службы.

Размыкание и замыкание контактов медленнодействую­щих регуляторов происходит в зависимости от скорости изгиба­ния термобиметалла. Такие регуляторы проще по конструкции, но из-за искрения контактов менее долговечны и создают поме­хи радиоприему.