Električni grijaći elementi, grijaći elementi, tipovi, izvedbe, spajanje i ispitivanje

Električni grijaći elementi koriste se u kućanskoj i industrijskoj opremi. Upotreba raznih grijača svima je poznata. Riječ je o električnim štednjacima, pećnicama i pećnicama, električnim aparatima za kavu, električnim kotlićima i grijaćim uređajima raznih dizajna.

Električni grijači za vodu, obično se nazivaju kotlovi, također sadrže grijaće elemente. Osnova mnogih grijaćih elemenata je žica visokog električnog otpora. I najčešće je ova žica izrađena od nikroma.

Otvorena nikromova spirala

Najstariji grijaći element je možda uobičajena nikromova spirala. Nekada su bili u upotrebi domaći električni štednjaci, bojleri za vodu i grijači za koze. Imati nikromatsku žicu koja bi se mogla „uhvatiti“ u proizvodnji, izrada spirale potrebne snage nije predstavljala probleme.

Kraj žice potrebne duljine umetnut je u rez vitla, sama žica prolazi između dva drvena bloka. Vice treba stegnuti tako da se cijela konstrukcija drži kao što je prikazano na slici. Sila stezanja mora biti takva da žica uz određeni napor prolazi kroz šipke. Ako je sila stezanja velika, tada će se žica jednostavno raspasti.

Slika 1. Nichrome spiralno navijanje

Zakretanjem ovratnika, žica se provlači kroz drvene šipke i pažljivo, okrenite se za okretanje, polaže na metalnu šipku. U arsenalu električara bio je čitav niz ključeva različitog promjera od 1,5 do 10 mm, što je omogućilo navijanje spirala za sve prigode.

Znalo se koji je promjer žice i koja je duljina potrebna za navijanje spirale potrebne snage. Ove čarobne brojeve još uvijek možete pronaći na Internetu. Na slici 2 prikazana je tablica koja prikazuje podatke o spiralama različitih kapaciteta pri naponu od 220V.

Slika 2. Izračun električne spirale grijaćeg elementa (kliknite na sliku za povećanje)

Ovdje je sve jednostavno i jasno. S obzirom na potrebnu snagu i promjer nichrome žice dostupne pri ruci, preostaje samo izrezati komad željene duljine i namotati ga na trn odgovarajućeg promjera. Istodobno, tablica prikazuje duljinu rezultirajuće spirale. A što ako postoji žica promjera koja nije navedena u tablici? U tom će slučaju spiralu tek trebati izračunati.

Kako izračunati nichrome spiralu

Ako je potrebno, izračunati spiralu je prilično jednostavno. Kao primjer, izračun spirale izrađene od nikromatske žice promjera 0,45 mm (u tablici nema takav promjer) snage 600 W za napon od 220V. Svi izračuni provode se prema Ohmovom zakonu.

O tome kako pretvoriti ampere u vatore i, obrnuto, vato u ampere:

Koliko ampera u amperama, kako pretvoriti ampere u vate i kilovate

Prvo biste trebali izračunati struju koju troši spirala.

I = P / U = 600/220 = 2,72 A

Da biste to učinili, dovoljno je podijeliti postavljenu snagu prema naponu i dobiti količinu struje koja prolazi kroz spiralu. Snaga u vatima, napon u voltima rezultiraju u amperima. Sve prema SI sustavu.

Pomoću trenutno poznate struje prilično je jednostavno izračunati potrebni otpor spirale: R = U / I = 220 / 2,72 = 81 Ohma

Formula za proračun otpora vodiča je R = ρ * L / S,

gdje je ρ specifični otpor vodiča (za nichrome 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L je duljina vodiča u metrima, S je presjek vodiča u kvadratnim milimetrima. Za vodič s promjerom 0,45 mm, presjek je 0,159 mm2.

Otuda je L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, ili 11,7 m.

Općenito, izračun nije toliko kompliciran.Doista, izrada spirale nije tako teška, što je, nesumnjivo, prednost običnih nichrome spirala. Ali tu prednost blokiraju mnogi nedostaci svojstveni otvorenim spiralama.

Prije svega, to je prilično visoka temperatura grijanja - 700 ... 800˚C. Zagrijana spirala ima blijedo crveni sjaj, slučajnim dodirom može doći do opeklina. Uz to, moguć je i strujni udar. Crvena vruća spirala izgara kisik iz zraka, privlači čestice prašine, koje kada izgori daju vrlo neugodnu aromu.

No, glavni nedostatak otvorenih spirala treba uzeti u obzir njihovu visoku požarnu opasnost. Stoga vatrogasna jedinica jednostavno zabranjuje uporabu grijača otvorene spirale. Takvi grijači, prije svega, uključuju takozvanu "kozu", čiji je dizajn prikazan na slici 3.

Slika 3. Domaći grijač za koze

Tako se ispostavila divlja koza: namjerno je napravljena bezbrižno, jednostavno, čak vrlo loše. Požar s takvim grijačem neće morati dugo čekati. Napredniji dizajn takvog grijača prikazan je na slici 4.

Slika 4. Kuća "Koza"

Lako je vidjeti da je spirala zatvorena metalnim kućištem, upravo to sprečava dodirivanje grijanih dijelova živih dijelova. Opasnost od požara takvog uređaja mnogo je manja od one prikazane na prethodnoj slici.

Pogledajte ovu temu:Zašto su "koza" i domaći bojler opasni?

Nekada davno u SSSR-u proizvedeni su grijači-reflektori. U sredini niklovanog reflektora nalazio se keramički uložak, u koji je poput žarulje sa poklopcem E27 bio umotavan grijač snage 500 W. Požarna opasnost takvog reflektora također je vrlo velika. Pa, nekako nisam razmišljao u one dane kakva bi upotreba takvih grijača mogla dovesti.

Slika 5. Refleksni grijač

Sasvim je očito da se različiti grijači s otvorenom spiralom, protivno zahtjevima vatrogasne inspekcije, mogu koristiti samo pod budnim nadzorom: ako napustite sobu - isključite grijač! Još bolje, samo prestanite koristiti ovu vrstu grijača.

Zatvoreni spiralni grijaći elementi

Da biste se riješili otvorene spirale, izumljeni su cijevni električni grijači - TEN. Dizajn grijača prikazan je na slici 6.

Slika 6. Dizajn grijača

Nihromova spirala 1 skrivena je u tankoj stijenci metalne cijevi 2. Spirala je izolirana iz cijevi punilom 3 visoke toplinske vodljivosti i velikog električnog otpora. Kao punilo se najčešće koristi perklaza (kristalna mješavina magnezijevog oksida MgO, ponekad s nečistoćama drugih oksida).

Nakon punjenja izolacijskim sastavom, cijev se pritisne, a pod visokim pritiskom periklas se pretvara u monolit. Nakon takve operacije, spirala je čvrsto učvršćena, pa je električni kontakt s tijelom - cijev potpuno isključena. Dizajn je toliko jak da se bilo koji grijač može saviti ako dizajn grijača to zahtijeva. Neki grijaći elementi imaju vrlo bizaran oblik.

Spirala je povezana s metalnim vodovima 4, koji izlaze kroz izolatore 5. Olovne žice su spojene na navojnim krajevima vodova 4 pomoću matica i podmetača 7. Grijaći se elementi pričvršćuju u kućištu uređaja maticama i podloškama 6, koji osiguravaju, ako je potrebno, nepropusnost spoja.

Takav dizajn je pod poštivanjem radnih uvjeta prilično pouzdan i izdržljiv. Upravo je to dovelo do vrlo raširene upotrebe grijaćih elemenata u uređajima raznih namjena i dizajna.

Prema radnim uvjetima, grijaći elementi podijeljeni su u dvije velike skupine: zrak i voda. Ali to je samo to ime. Zapravo, grijaći elementi za zrak dizajnirani su za rad u različitim plinskim okruženjima.Čak je i obični atmosferski zrak mješavina nekoliko plinova: kisik, dušik, ugljični dioksid, postoje čak i nečistoće argona, neona, kriptona itd.

Zračno okruženje je vrlo raznoliko. To može biti miran atmosferski zrak ili struja zraka koja se kreće brzinom od nekoliko metara u sekundi, kao u grijačima ventilatora ili toplinskim puškama.

Zagrijavanje ljuske grijača može doseći 450 ° C pa i više. Stoga se za izradu vanjske cjevaste ljuske koriste razni materijali. To može biti običan ugljični čelik, nehrđajući čelik ili toplinski otporan čelik. Sve ovisi o okolini.

Da bi se poboljšao prijenos topline, neki grijaći elementi opremljeni su rebrima na cijevima u obliku namotane metalne trake. Takvi grijači se nazivaju peraja. Upotreba takvih elemenata je najprikladnija u pokretnom zračnom okruženju, na primjer, u grijačima ventilatora i toplinskim puškama.

Elementi za grijanje vode se također ne upotrebljavaju nužno u vodi, ovo je opći naziv za razne tekuće medije. To može biti ulje, lož ulje, pa čak i razne agresivne tekućine. Tekuće TENJE koristi se u električnim bojlerima, destilacije, električna postrojenja za desalinizaciju i samo titani za kipuću pitku vodu.

Toplinska vodljivost i toplinski kapacitet vode mnogo su veći od zraka i drugih plinovitih medija, što omogućuje, u usporedbi s zrakom, bolje, brže uklanjanje topline iz grijača. Stoga, s istom električnom snagom, grijač vode ima manje geometrijske dimenzije.

Ovdje možemo dati jednostavan primjer: kada ključate vode u običnom električnom kotlu, grijač se može zagrijati, a zatim izgorjeti do rupa. Ista slika može se promatrati i s običnim bojlerima, dizajniranim da kuhaju vodu u čaši ili kanti.

Dati primjer jasno pokazuje da se elementi za grijanje vode nikada ne smiju koristiti za rad u zraku. Za zagrijavanje vode možete koristiti grijače elemente za zrak, ali samo morate dugo čekati dok voda ne proključa.

Neće imati prednost elemenata grijanja vode koji će se tijekom rada formirati sloj skale. Skala u pravilu ima poroznu strukturu, a njegova toplinska vodljivost je mala. Dakle, toplina stvorena u spiralu slabo ulazi u tekućinu, ali se spirala unutar grijača zagrijava do vrlo visoke temperature, što će prije ili kasnije dovesti do njenog izgaranja.

Da biste to spriječili, preporučljivo je povremeno čistiti grijaće elemente pomoću raznih kemikalija. Na primjer, u televizijskom oglasu, Calgon se preporučuje za zaštitu grijača perilica rublja. Iako o ovom alatu postoji mnogo različitih mišljenja.

Kako se riješiti razmjera

Pored kemikalija za zaštitu od kamenca koriste se različiti uređaji. Prije svega, to su magnetski pretvarači vode. U moćnom magnetskom polju, kristali "tvrdih" soli mijenjaju svoju strukturu, pretvaraju se u pahuljice, postaju sitniji. S takvih pahuljica vaga je manje aktivna; većina pahuljica jednostavno se ispire mlazom vode. To osigurava zaštitu grijača i cjevovoda od kamenca. Pretvornike magnetskog filtra proizvode mnoge strane tvrtke, takve tvrtke postoje u Rusiji. Takvi su filteri dostupni i vrste utora i nadzemnih.

Elektronski omekšivači vode

U posljednje vrijeme sve su popularniji elektronski omekšivači vode. Izvana sve izgleda vrlo jednostavno. Na cijevi je instaliran mali okvir, iz kojeg izlaze žice antene. Žice su namotane oko cijevi, a čak ni ne trebate ih ljuštiti. Uređaj se može instalirati na bilo koje dostupno mjesto, kao što je prikazano na slici 7.

Slika 7. Elektronski omekšivač vode

Jedino što trebate spojiti uređaj je utičnica od 220 V.Uređaj je dizajniran za dugotrajno uključivanje, nije ga potrebno periodično isključivati, jer će isključenjem voda ponovo postati tvrda, ponovno će se pojaviti kamenci.

Princip rada uređaja svodi se na emisiju vibracija u rasponu ultrazvučnih frekvencija, koje mogu doseći i do 50KHz. Frekvencija oscilacija upravlja se pomoću upravljačke ploče uređaja. Zračenje se proizvodi u serijama nekoliko puta u sekundi što je postignuto pomoću ugrađenog mikrokontrolera. Moć fluktuacija je mala, stoga takvi uređaji ne predstavljaju nikakvu prijetnju ljudskom zdravlju.

Lako je odrediti korisnost instaliranja takvih uređaja. Sve se svodi na utvrđivanje koliko snažno teče voda iz vodovodne cijevi. Ovdje vam čak i nisu potrebni nikakvi uređaji za "abrazivno čišćenje": ako vam koža postane suha nakon pranja, na pločici se pojave bijele mrlje, prskaju se vode u kotliću, perilica rublja se briše sporije nego na početku rada - tvrda voda definitivno curi iz slavine. Sve to može dovesti do kvara grijaćih elemenata, a samim tim i kotlića ili perilica rublja.

Tvrda voda ne otapa različite deterdžente - od običnih sapuna do super modernih deterdženata za rublje. Kao rezultat toga, morate staviti više pudera, ali to pomalo pomaže, budući da se kristali soli tvrdoće zadržavaju u tkivima, kvaliteta pranja ostavlja mnogo željenog. Svi navedeni znakovi tvrdoće vode rječito ukazuju na to da je potrebno ugraditi omekšivače vode.

Spajanje i provjera grijaćih elemenata

Kod spajanja grijača mora se koristiti žica odgovarajućeg presjeka. Sve ovisi o struji koja teče kroz grijač. Najčešće su poznata dva parametra. Ovo je snaga samog grijača i napon napajanja. Da biste odredili struju, dovoljno je podijeliti snagu prema naponu napajanja.

Jednostavan primjer. Neka postoji grijaći element snage 1 kW (1000 W) za napon od 220V. Za takav grijač ispada da je struja

I = P / U = 1000/220 = 4.545A.

Prema tablicama postavljenim u PUE, takva struja može osigurati žicu s presjekom od 0,5 mm2 (11A), ali da bi se osigurala mehanička čvrstoća, bolje je koristiti žicu s presjekom od najmanje 2,5 mm2. Upravo takva žica najčešće se opskrbljuje električnom energijom do utičnica.

Ali prije uspostavljanja veze, provjerite je li i novi, tek kupljeni TEN u dobrom stanju. Prije svega, potrebno je izmjeriti njegov otpor i provjeriti cjelovitost izolacije. Otpor grijaćeg elementa je vrlo jednostavno izračunati. Da biste to učinili, potrebno je kvadratiti napon napajanja i podijeliti snagom. Na primjer, za 1000W grijač, ovaj izračun izgleda ovako:

220 * 220/1000 = 48,4 ohm.

Takav otpor treba pokazati multimetar kada ga spojite na terminale grijača. Ako se spirala razbije, tada će, naravno, multimetar pokazati prekid. Ako uzmemo grijaći element različite snage, tada će otpor, naravno, biti drugačiji.

Da biste provjerili integritet izolacije, izmjerite otpor između bilo kojeg terminala i metalnog kućišta grijača. Otpor punjenja-izolatora je takav da bi na bilo kojem mjernom ograničenju multimetar trebao pokazati prijelom. Ako se ispostavi da je otpor nula, spirala ima kontakt s metalnim kućištem grijača. To se može dogoditi čak i s novim, koji je upravo kupio grijaći element.

Obično se koristi za ispitivanje izolacije poseban uređaj za megaohmmetar, ali ne uvijek i nemaju ga svi pri ruci. Dakle, normalan multimetar test također je sasvim prikladan. Barem se takva provjera mora obaviti.

Kao što je već spomenuto, grijaći elementi mogu se saviti čak i nakon punjenja izolatorom. Postoje razne vrste grijača: u obliku ravne cijevi, u obliku slova U, valjane su u prsten, zmiju ili spiralu.Sve ovisi o uređaju uređaja za grijanje u koji je grijač trebao biti ugrađen. Na primjer, u protočnom bojleru perilice rublja TEN-ovi su upleteni u spiralu.

Neki TENY imaju elemente zaštite. Najjednostavnija zaštita je toplinski osigurač. Pa, ako je izgorjelo, onda morate promijeniti cijeli grijač, ali neće doći do vatre. Postoji složeniji sustav zaštite koji omogućuje uporabu grijača nakon njegovog rada.

Jedna od takvih zaštita je zaštita koja se temelji na bimetalnoj ploči: toplina od pregrijanog grijaćeg elementa savija bimetalnu ploču, koja otvara kontakt i isključuje napajanje grijaćeg elementa. Nakon što temperatura padne na prihvatljivu vrijednost, bimetalna ploča se produžava, kontakt se zatvara i grijač je ponovno spreman za rad.

TENY s regulatorom temperature

U nedostatku opskrbe toplom vodom potrebno je koristiti kotlove. Dizajn kotlova prilično je jednostavan. Ovo je metalni spremnik skriven u "krznenom kaputu" od toplinskog izolatora, na vrhu kojeg je ukrasna metalna futrola. Termometar je ugrađen u kućište, a prikazuje temperaturu vode. Dizajn kotla prikazan je na slici 8.

Slika 8. Spremnik kotla

Neki kotlovi sadrže magnezijevu anodu. Njegova je svrha zaštita od korozije grijača i unutarnjeg spremnika kotla. Magnezijeva anoda je potrošni materijal, koju je potrebno povremeno mijenjati tijekom održavanja kotla. Ali u nekim kotlovima, naizgled jeftine cjenovne kategorije, takva zaštita nije pružena.

Kao grijaći element u bojlerima koristi se grijač s regulatorom temperature, dizajn jednog od njih prikazan je na slici 9.

Slika 9. TEN s regulatorom temperature

U plastičnoj kutiji nalazi se mikroprekidač koji aktivira senzor temperature tekućine (izravna cijev pored grijača). Oblik samog grijača može biti najrazličitiji, slika pokazuje najjednostavnije. Sve ovisi o snazi ​​i dizajnu kotla. Stupanj zagrijavanja kontrolira se položajem mehaničkog kontakta kojim upravlja bijela okrugla ručica koja se nalazi na dnu kutije. Postoje i terminali za opskrbu električnom strujom. Grijač je pričvršćen navojem.

Vlažni i suhi grijači

Takav grijač je u izravnom kontaktu s vodom, pa se ovaj grijač naziva "mokrim". Životni vijek "mokrog" grijaćeg elementa je unutar 2 ... 5 godina, nakon čega se mora mijenjati. Općenito, vijek trajanja je kratak.

Kako bi povećali vijek trajanja grijaćeg elementa i cijelog kotla u cjelini, francuska tvrtka Atlantic u 90-ima prošlog stoljeća razvila je dizajn „suhog“ grijaćeg elementa. Jednostavnije rečeno, grijač je bio sakriven u metalnoj zaštitnoj tikvici koja je isključivala izravni kontakt s vodom: grijaći element se zagrijava unutar tikvice, koja prenosi toplinu u vodu.

Naravno, temperatura tikvice je mnogo niža od samog grijaćeg elementa, pa formiranje kamenca s istom tvrdoćom vode nije tako intenzivno, više se topline prenosi u vodu. Vijek trajanja takvih grijača doseže 10 ... 15 godina. To vrijedi za dobre radne uvjete, posebno stabilnost napajanja. Ali čak i u dobrim uvjetima, "suhi" grijaći elementi također proizvode svoje vlastite resurse i moraju se mijenjati.

Ovdje je otkrivena još jedna prednost tehnologije „suhih“ grijaćih elemenata: prilikom zamjene grijača nema potrebe za ispuštanjem vode iz kotla, zbog čega je treba isključiti iz cjevovoda. Jednostavno isključite grijač i zamijenite ga novim.

Atlantic je, naravno, patentirao svoj izum nakon čega je počeo prodavati licencu drugim tvrtkama. Trenutno druge tvrtke, na primjer, Electrolux i Gorenje, također proizvode kotlove s „suhim“ grijaćim elementom. Dizajn kotla sa „suhim“ grijaćim elementom prikazan je na slici 10.

Slika 10. Kotao sa „suhim“ grijačem

Usput, na slici je prikazan bojler s keramičkim steatitnim grijačem. Uređaj takvog grijača prikazan je na slici 11.

Slika 11. Keramički grijač

Na keramičkoj osnovi učvršćena je konvencionalna otvorena spirala žice visokog otpora. Temperatura zagrijavanja spirale doseže 800 stupnjeva i prenosi se u okoliš (zrak pod zaštitnom školjkom) konvekcijom i toplinskim zračenjem. Naravno, takav grijač koji se primjenjuje na bojlerima može raditi samo u zaštitnoj ljusci, na zraku, izravni kontakt s vodom jednostavno je isključen.

Spirala se može namatati u nekoliko sekcija, što dokazuje postojanje nekoliko terminala za spajanje. To vam omogućuje promjenu snage grijača. Maksimalna specifična snaga takvih grijača ne prelazi 9W / cm².

Uvjet za normalan rad takvog grijača je odsutnost mehaničkih opterećenja, zavoja i vibracija. Površina ne smije biti kontaminirana rđom ili uljnim mrljama. I, naravno, što je stabilniji opskrbni napon, bez prenapona i udaraca, trajniji je grijač.

Ali električna tehnologija ne miruje. Tehnologije se razvijaju, poboljšavaju, pa se osim grijaćih elemenata trenutno razvija i uspješno koristi i širok izbor grijaćih elemenata. Riječ je o keramičkim grijaćim elementima, ugljičnim grijaćim elementima, infracrvenim grijaćim elementima, ali to će biti tema drugog članka.

Nastavak članka:Moderni grijaći elementi