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.