Elektromos fűtőelemek, fűtőelemek, típusok, kivitele, csatlakoztatás és tesztelés

Az elektromos fűtőelemeket háztartási és ipari berendezésekben használják. A különféle fűtőberendezések használata mindenki számára ismert. Ezek különféle kivitelű elektromos kályhák, sütők és sütők, elektromos kávéfőzők, elektromos vízforralók és fűtőkészülékek.

Elektromos vízmelegítők, gyakran nevezik kazánok, fűtőelemeket is tartalmaznak. Sok fűtőelem alapja a nagy elektromos ellenállású huzal. És ez a huzal leggyakrabban nikromból készül.

Nyílt nikróm spirál

A legrégebbi fűtőelem talán a szokásos nikróm spirál. Egyszer régen házi elektromos kályhák, vízforralók és kecskemelegítők voltak használatban. Ha kéznél volt egy olyan nikróm huzal, amely képes „megfogni” a termelésben, a szükséges energia spiráljának elkészítése nem jelentett problémát.

A kívánt hosszúságú huzal végét behelyezik a csörlő vágásába, maga a huzal két fadarab között halad át. A csapot úgy kell rögzíteni, hogy az egész szerkezet az ábrán látható módon megmaradjon. A szorító erőnek olyannak kell lennie, hogy a huzal némi erőfeszítéssel áthaladjon a rudakon. Ha a befogási erő nagy, akkor a huzal egyszerűen eltörik.

1. ábra. Nikróm spiráltekercs

A gallér elforgatásával a huzalt áthúzzák a fa rudakon, és óvatosan fordítva fordulva fémrúdra helyezik. A villanyszerelők arzenáljában villáskulcs-készlet állt, különféle átmérővel, 1,5 és 10 mm között, amely lehetővé tette a spirálok csavarozását minden alkalomra.

Ismert volt, hogy milyen átmérőjű a huzal, és mekkora hosszúság szükséges a szükséges erő spirálának feltekeréséhez. Ezek a varázslatos számok továbbra is megtalálhatók az interneten. A 2. ábra egy táblázatot mutat, amely a különféle kapacitású spirálok adatait mutatja 220 V tápfeszültségnél.

2. ábra: A fűtőelem elektromos spirálának kiszámítása (kattintson a képre a nagyításhoz)

Itt minden egyszerű és világos. Tekintettel a rendelkezésre álló nikróm huzal szükséges teljesítményére és átmérőjére, csak a kívánt hosszúságú darabot kell vágni, és a megfelelő átmérőjű tüskére csavarni. Ugyanakkor a táblázat mutatja a kapott spirál hosszát. És mi van, ha van egy vezeték, amelynek átmérőjét a táblázat nem határozza meg? Ebben az esetben a spirált csak ki kell számítani.

Hogyan lehet kiszámítani a nichromos spirált?

Szükség esetén számolja ki a spirál meglehetősen egyszerűen. Példaként megemlítjük egy 0,45 mm átmérőjű, 0,45 mm átmérőjű nikróm huzalból készült spirál számítását (a táblázatban nincs ilyen átmérő), 600 W teljesítményű, 220 V feszültségre. Minden számítást Ohm törvénye szerint hajtunk végre.

Annak ismertetése, hogyan lehet átalakítani ampert vattá, és fordítva, watt amperre:

Hány amper amperben van, hogyan lehet amperest wattra és kilowattra konvertálni

Először ki kell számolnia a spirál által fogyasztott áramot.

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

Ehhez elegendő a beállított energiát feszültségre osztani, és a spirálon áthaladó áram mennyiségét megkapni. Teljesítmény wattban, feszültség voltban, ampert eredményez. Mindegyik az SI rendszer szerint.

A jelenleg ismert áram felhasználásával meglehetősen egyszerű kiszámítani a spirál szükséges ellenállását: R = U / I = 220 / 2,72 = 81 Ohm

A vezető ellenállásának kiszámítására szolgáló képlet R = ρ * L / S,

ahol ρ a vezető fajlagos ellenállása (nikróm esetén 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L a vezető hossza méterben, S a vezető keresztmetszete négyzet milliméterben. Egy 0,45 mm átmérőjű vezetőnél a keresztmetszete 0,159 mm2.

Ezért L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, vagy 11,7 m.

A számítás általában nem olyan bonyolult.Valójában a spirál előállítása nem olyan nehéz, ami kétségkívül a rendes nichromos spirálok előnye. Ezt az előnyt azonban számos hiányosság akadályozza meg a nyitott spirálokban.

Mindenekelőtt ez egy meglehetősen magas hőmérséklet - 700 ... 800 ° C. A felmelegített spirál halványvörös fénye van, és véletlenül megérintve égést okozhat. Ezenkívül áramütés is lehetséges. A forró spirál elégette a levegő oxigént, vonzza magához a porrészecskéket, amelyek égéskor nagyon kellemetlen aromát adnak.

A nyitott spirálok fő hátrányát azonban a magas tűzveszélynek kell figyelembe venni. Ezért a tűzoltóság egyszerűen megtiltja a nyitott spirállal rendelkező melegítők használatát. Az ilyen melegítők mindenekelőtt az úgynevezett "kecske", amelynek kialakítását a 3. ábra szemlélteti.

3. ábra Házi kecskemelegítő

Így alakult ki a vad „kecske”: szándékosan, gondatlanul, egyszerűen, még nagyon rosszul is. Az ilyen fűtőkészülékkel való tűznek nem kell sokáig várnia. Az ilyen fűtőberendezések fejlettebb kialakítását a 4. ábra mutatja.

4. ábra. "Kecske" otthon

Könnyű belátni, hogy a spirált fém burkolat zárja le, ez akadályozza meg az érintkezők megérintését. Egy ilyen készülék tűzveszélye sokkal kisebb, mint az előző ábrán látható.

Lásd ezt a témát:Miért veszélyesek a "kecske" és egy házi kazán?

A Szovjetunióban egyszer volt fűtőtest-reflektor. A nikkelezett reflektor közepén egy kerámia patron található, amelybe, mint egy E27 kupakkal ellátott izzó, egy 500 W-os fűtőtest be volt csavarva. Az ilyen reflektorok tűzveszélye szintén nagyon magas. Nos, akkoriban nem gondoltam, hogy az ilyen fűtőberendezések használata mihez vezethet.

5. ábra. Reflex melegítő

Nyilvánvaló, hogy a nyitott spirállal rendelkező különféle fűtőberendezéseket a tűzvizsgálat követelményeivel ellentétben csak éber felügyelet mellett lehet használni: ha távozik a helyiségből, kapcsolja ki a fűtést! Még jobb, ha egyszerűen hagyja abba az ilyen típusú fűtőberendezések használatát.

Zárt spirál fűtőelemek

A nyitott spirál megszabadulásához csöves elektromos fűtőberendezéseket találtak fel. A fűtő szerkezetét a 6. ábra mutatja.

6. ábra: A fűtő szerkezete

Az 1 nikróm spirál egy vékony falú fémcső belsejében rejtett. A spirált a csőből nagy hővezetőképességű és nagy elektromos ellenállású 3 töltőanyaggal kell elkülöníteni. Perikázt (magnézium-oxid MgO kristályos keverékét, néha más oxidok szennyeződéseivel együtt) használják leggyakrabban töltőanyagként.

Szigetelő kompozícióval való feltöltés után a csövet préseljük, és nagy nyomás alatt a perikláz monolitmá alakul. Egy ilyen művelet után a spirál mereven rögzítve van, ezért az elektromos érintkezés a testcsővel teljesen kizárt. A kialakítás olyan erős, hogy bármely fűtőelem meghajolható, ha a fűtés kialakítása megköveteli. Egyes fűtőelemek nagyon furcsa alakúak.

A spirál a fém 4 vezetékekkel van összekötve, amelyek az 5 szigetelőn keresztül mennek ki. A vezeték vezetékeit a 4 vezetékek menetes végeihez 7 anyákkal és alátétekkel kötik össze. A fűtőelemeket a készülék testéhez rögzítik 6 anyákkal és alátétekkel, amelyek szükség esetén biztosítják a csatlakozás szorosságát.

Az üzemeltetési feltételeket figyelembe véve egy ilyen konstrukció meglehetősen megbízható és tartós. Pontosan ez vezetett a fűtőelemek nagyon széles körű használatához különböző célokra és mintákra szolgáló eszközökben.

Az üzemi körülmények szerint a fűtőelemeket két nagy csoportra osztják: levegőre és vízre. De ez csak ez a név. Valójában a légmelegítő elemeket különféle gázkörnyezetekben való használatra tervezték.Még a szokásos légköri levegő is több gáz keveréke: oxigén, nitrogén, szén-dioxid, vannak még argon, neon, kripton stb. Szennyeződései is

A levegő környezete nagyon változatos. Lehet nyugodt légköri levegő vagy másodpercenként néhány méter sebességgel mozgó levegőáram, mint a ventilátorok vagy hőágyak esetén.

A fűtőtest hevítése elérheti a 450 ° C-ot és még tovább. Ezért a külső cső alakú héj előállításához különféle anyagokat használnak. Lehet szokásos szénacél, rozsdamentes acél vagy hőálló, hőálló acél. Minden a környezettől függ.

A hőátadás javítása érdekében egyes fűtőelemek bordákkal vannak felszerelve a csöveken, feltekercselt fémszalag formájában. Az ilyen melegítőket vékonyra nevezik. Az ilyen elemek használata a legmegfelelőbb mozgó levegő környezetben, például ventilátoros melegítőkben és hőágyakban.

A vízmelegítő elemeket nem feltétlenül használják vízben, ez a különféle folyékony közegek általános neve. Ez lehet olaj, fűtőolaj és még különféle agresszív folyadékok. Folyékony TENY használt elektromos kazánok, lepárlók, elektromos sótalanító üzemek és csak titánok ivóvíz forrásához.

A víz hővezető képessége és hőkapacitása jóval magasabb, mint a levegő és más gáznemű közegeké, amely a levegővel összehasonlítva jobb, gyorsabb hőelvezetést biztosít a fűtőberendezésből. Ezért ugyanolyan villamos energiával a vízmelegítő kisebb geometriai méretekkel rendelkezik.

Itt adhatunk egy egyszerű példát: amikor egy normál elektromos vízforralóban forralunk vizet, a melegítő melegvörös lehet, majd lyukakig éghet. Ugyanez a kép megfigyelhető a szokásos kazánokkal is, amelyek célja a víz forralása egy pohárban vagy egy vödörben.

A megadott példa egyértelműen bizonyítja, hogy a vízmelegítő elemeket soha nem szabad a levegőben történő munkavégzésre használni. Léghevítő elemekkel melegítheti a vizet, de sokáig meg kell várnia, amíg a víz felforr.

Nem a vízmelegítő elemek előnye, hogy a működés közben egy rétegréteg képződik. A skála általában porózus szerkezetű, hővezetőképessége kicsi. Ezért a spirál által generált hő rosszul folyik a folyadékba, de a fűtőelem belsejében lévő spirál nagyon magas hőmérsékletre melegszik, ami előbb vagy utóbb a kiégéshez vezet.

Ennek elkerülése érdekében tanácsos a fűtőelemeket rendszeresen tisztítani különféle vegyszerekkel. Például egy televíziós reklámban Calgon ajánlott a mosógép melegítőinek védelmére. Bár erről az eszközről, sokféle vélemény van.

Hogyan lehet megszabadulni a skálától?

A skála elleni védelemre szolgáló vegyi anyagokon kívül különféle eszközöket is használnak. Mindenekelőtt ezek mágneses vízátalakítók. Erős mágneses mezőben a "kemény" sók kristályai megváltoztatják szerkezetüket, pehelyré válnak és kisebbek lesznek. A pelyhe kevésbé aktív az ilyen pelyhektől, a pelyhek nagy részét egyszerűen egy vízfolyás mossa le. Ez biztosítja a fűtőberendezések és a csővezetékek védelmét a méretaránytól. A mágneses szűrő konvertereket számos külföldi vállalat gyártja, ilyen vállalatok vannak Oroszországban. Az ilyen szűrők mind megrendelhető, mind felső típusú.

Elektronikus vízlágyítók

Az utóbbi időben az elektronikus vízlágyítók egyre népszerűbbek. Külsőleg minden nagyon egyszerűnek tűnik. Egy kis dobozt szereltek a csőre, ahonnan az antenna vezetékei kijönnek. A huzalok a cső körül vannak feltekerve, és nem is kell levonnia a festéket. A készüléket bármilyen hozzáférhető helyre be lehet szerelni, ahogy a 7. ábra mutatja.

7. ábra. Elektronikus vízlágyító

Az eszköz csatlakoztatásához csak egy 220 V-os aljzat szükséges.Az eszközt hosszú távú bekapcsolásra tervezték, nem szükséges periodikusan kikapcsolni, mivel a kikapcsolás következtében a víz ismét keményvé válik, ismét vízkőképződés alakul ki.

A készülék működésének elvét csökkentik az ultrahangos frekvenciatartomány vibrációinak kibocsátása, amely akár 50 KHz-ig is elérheti. Az oszcillációs frekvencia az eszköz kezelőpaneljével vezérelhető. A sugárzást másodpercenként többször, részletekben állítják elő, amelyet a beépített mikrokontroller segítségével lehet elérni. A fluktuációk hatalmasak, ezért az ilyen eszközök nem jelentenek veszélyt az emberi egészségre.

Az ilyen eszközök telepítésének célszerűségét könnyű meghatározni. Mindössze annak meghatározása, hogy milyen keményen folyik a víz a vízvezetékből. Itt még nem kell semmiféle „pusztító” eszközt: ha a bőr mosás után kiszárad, fehér csiszolások jelennek meg a csempe vízcseppekből, a vízforralóban megjelenik a vízkő, a mosógép lassabban törlődik, mint a működés elején - a csapból határozottan kemény víz folyik. Mindez a fűtőelemek, és ezért a vízforralók vagy a mosógépek meghibásodásához vezethet.

A kemény víz nem oldja fel a különféle tisztítószereket - a szokásos szappanoktól a szuperdivatos mosószerekig. Ennek eredményeként több port kell betennie, de ez egy kicsit segít, mivel a keménység sók kristályai megmaradnak a szövetekben, a mosási minőség sok kívánnivalót hagy maga után. A felsorolt ​​vízkeménységi jelek hangosan jelezik, hogy vízlágyítókat kell telepíteni.

A fűtőelemek csatlakoztatása és ellenőrzése

A fűtés csatlakoztatásakor megfelelő keresztmetszetű vezetéket kell használni. Minden attól függ, hogy az áram folyik-e a fűtőberendezésen. Leggyakrabban két paraméter ismert. Ez a fűtés maga és a tápfeszültség. Az áram meghatározásához elegendő a tápellátást megosztani a tápfeszültséggel.

Egy egyszerű példa. Legyen egy fűtőelem 1 kW (1000 W) teljesítménygel, 220 V tápfeszültségre. Egy ilyen melegítőnél kiderül, hogy az áram van

I = P / U = 1000/220 = 4,545A.

A PUE-be helyezett táblák szerint egy ilyen áram 0,5 mm2 (11A) keresztmetszetű vezetéket tud biztosítani, de a mechanikai szilárdság biztosítása érdekében jobb olyan vezetéket használni, amelynek keresztmetszete legalább 2,5 mm2. Éppen egy ilyen vezetéket legtöbbször árammal látják el a konnektorok.

A csatlakozás megkezdése előtt azonban ellenőriznie kell, hogy még az új, éppen megvásárolt TEN is jó állapotban van. Mindenekelőtt meg kell mérni annak ellenállását és ellenőrizni kell a szigetelés integritását. A fűtőelem ellenállása meglehetősen egyszerűen kiszámítható. Ehhez négyzetre kell osztani a tápfeszültséget, és meg kell osztani az áramellátással. Például egy 1000 W-os fűtőelemnél ez a számítás így néz ki:

220 * 220/1000 = 48,4ohm.

Az ilyen ellenállást egy multiméternek meg kell mutatnia, amikor azt a fűtő kapcsaihoz csatlakoztatja. Ha a spirál eltörik, akkor a multiméter természetesen törést mutat. Ha más teljesítményű fűtőelemet veszünk, akkor az ellenállás természetesen más lesz.

A szigetelés integritásának ellenőrzése érdekében mérje meg az ellenállást a kapcsok bármelyike ​​és a fűtőelem fémháza között. A töltőszigetelő ellenállása olyan nagy, hogy a multiméternek bármilyen mérési határértéknél törést kell mutatnia. Ha kiderül, hogy az ellenállás nulla, akkor a spirálnak érintkeznie kell a melegítő fémházával. Ez történhet még egy újdal is, amelyet csak egy fűtőelem vásárolt meg.

Általában a szigetelés tesztelésére használják speciális megaohmmeter eszköz, de nem mindig, és nem mindegyiknél van kéznél. Tehát a normál multiméter-teszt szintén nagyon megfelelő. Legalább egy ilyen ellenőrzést el kell végezni.

Mint már említettük, a fűtőelemek hajlíthatók még szigetelővel való feltöltés után. Különböző típusú melegítők vannak: egyenes, U alakú cső formájában, gyűrűre, kígyóként vagy spirálként hengerelt formában.Minden attól függ, hogy melyik fűtőberendezést telepítik a fűtőberendezés. Például egy mosógép áramló vízmelegítőjében a TEN-et spirálba csavarják.

Néhány TENY védelemmel rendelkezik. A legegyszerűbb védelem a hőbiztosíték. Nos, ha leégett, akkor ki kell cserélnie az egész melegítőt, de a tűz nem éri el. Van egy összetettebb védelmi rendszer, amely lehetővé teszi a fűtés használatát működés után.

Az egyik ilyen védelem egy bimetall lemezre alapozott védelem: a túlhevített fűtőelemből származó hő meghajolja a bimetall lemezt, amely kinyitja az érintkezőt és lekapcsolja a fűtőelemet. Miután a hőmérséklet elfogadható értékre esik, a bimetall lemez kinyúlik, az érintkező bezáródik, és a melegítő újra üzemkész.

TENY hőmérséklet-szabályozóval

Melegvíz-ellátás hiányában kazánokat kell használni. A kazánok kialakítása meglehetősen egyszerű. Ez egy fémtartály, amelyet egy hőszigetelő "szőrme bevonása" elrejt, amely tetején egy dekoratív fémtok van. A tokba be van ágyazva egy hőmérő, amely megmutatja a víz hőmérsékletét. A kazán felépítését a 8. ábra mutatja.

8. ábra. Tároló kazán

Néhány kazán magnézium-anódot tartalmaz. Célja a melegítő és a kazán belső tartályának korrózióvédelme. A magnézium-anód fogyóeszköz, rendszeresen meg kell változtatni a kazán karbantartása során. Néhány, látszólag olcsó árkazánban működő kazán esetében azonban ilyen védelmet nem nyújtanak.

A kazánok fűtőelemeként hőmérsékletszabályozóval felszerelt fűtőelemet használnak, egyikük felépítését a 9. ábra szemlélteti.

9. ábra: TEN hőmérséklet-szabályozóval

A műanyag dobozban egy mikrokapcsoló található, amelyet egy folyadék hőmérséklet-érzékelő vált ki (egy közvetlen cső a fűtőelem mellett). Maga a fűtőelem alakja lehet a legváltozatosabb, az ábrán a legegyszerűbb. Minden a kazán teljesítményétől és kivitelétől függ. A hevítés mértékét a mechanikus érintkező pozíciója szabályozza egy fehér kerek fogantyúval, amely a doboz alján található. Vannak csatlakozók is az elektromos áram táplálására. A fűtőelem menettel van rögzítve.

Nedves és száraz melegítők

Az ilyen fűtőelem közvetlen érintkezésbe kerül a vízzel, így ezt a fűtőelemet "nedvesnek" hívják. A „nedves” fűtőelem élettartama 2 ... 5 év, azután meg kell változtatni. Általában az élettartam rövid.

A fűtőelem és az egész kazán élettartamának növelése érdekében a francia Atlantic cég a múlt század 90-es éveiben kidolgozta egy „száraz” fűtőelem kialakítását. Egyszerűen fogalmazva: a melegítőt egy fém védőpalackba rejtették, amely kizárta a közvetlen vízzel való érintkezést: a melegítő elemet a lombikban melegítik, amely hőt továbbít a vízbe.

A lombik hőmérséklete természetesen sokkal alacsonyabb, mint maga a fűtőelem, ezért az azonos vízkeménységű vízkőképződés nem olyan intenzív, annál több hő kerül a vízbe. Az ilyen fűtőberendezések élettartama eléri a 10 ... 15 évet. Ez igaz a jó működési körülményekre, különösen a tápfeszültség stabilitására. De a „száraz” fűtőelemek még jó körülmények között is megteremtik a saját forrásaikat, és ezeket meg kell változtatni.

Itt felfedik a „száraz” fűtőelem-technológia további előnyeit: a fűtőberendezés cseréjekor nem kell a vizet a kazánból leengedni, amelyet ezért le kell választani a csővezetékről. Egyszerűen kapcsolja ki a melegítőt, és cserélje ki egy újra.

Az Atlantic természetesen szabadalmazta a találmányát, ezt követően elkezdte eladni az engedélyt más cégeknek. Jelenleg más cégek, például az Electrolux és a Gorenje, szintén kazánokat gyártanak „száraz” fűtőelemmel. A „száraz” fűtőelemmel rendelkező kazán felépítését a 10. ábra mutatja.

10. ábra. Kazán „száraz” melegítővel

Egyébként az ábra egy kerámia szteatit melegítővel ellátott kazánt ábrázol. Az ilyen fűtőberendezés a 11. ábrán látható.

11. ábra. Kerámia fűtés

A kerámia talpon egy hagyományos nyitott spirál van rögzítve, amely nagy ellenállású huzalból áll. A spirál melegítési hőmérséklete eléri a 800 fokot, és konvekciós és hőkibocsátással továbbjut a környezetbe (védőhéj alatt levegőbe). Természetesen az ilyen kazánokra alkalmazott fűtőtest csak védőburkolatban, levegőben működhet, a vízzel való közvetlen érintkezés egyszerűen kizárt.

A spirál több szakaszban tekercselhető, amit a csatlakoztatáshoz szükséges több csatlakozó is igazol. Ez lehetővé teszi a fűtés teljesítményének megváltoztatását. Az ilyen melegítők maximális fajlagos teljesítménye nem haladja meg a 9W / cm-t².

Az ilyen fűtőberendezés normál működésének feltétele a mechanikai terhelések, kanyarok és rezgések hiánya. A felületet nem szabad rozsdával vagy olajfolttal szennyezni. És természetesen, minél stabilabb a tápfeszültség, túlfeszültség és túlfeszültség nélkül, annál tartósabb a melegítő.

Az elektromos technológia azonban nem áll meg. A technológiák fejlődnek, továbbfejlődnek, ezért a fűtőelemeken túl sokféle fűtőelemet fejlesztenek ki és használnak sikeresen. Ezek kerámia fűtőelemek, szén fűtőelemek, infravörös fűtőelemek, de ez egy másik cikk témája lesz.

A cikk folytatása:Modern fűtőelemek