Трубчатые электронагреватели (сокращённо ТЭНы) были изобретены в далеком 1859 году в не менее далёкой для нас Америке. В самом начале своего существования такие нагреватели представляли собой обычную металлическую спираль, изолированную специальным материалом (то была керамика) и вставленную в металлическую оболочку. И только в начале 20-го века, спустя пять десятилетий после своего создания, ТЭНы стали весьма широко использоваться, как важный элемент в нагревателях, применяемых для бытовых и промышленных нужд для обогрева помещений. Тогда же и был налажен их серийный выпуск.

Уникальность ТЭНов заключается в том, что они способны работать в самых разных средах. Это можно понять, если посмотреть на то, что они используются для нагрева воздуха и других газов или их смесей; воды или несильных растворов щелочей, кислот и других агрессивных сред, а также масел и жиров; некоторых металлов и их сплавов; пресс-форм и даже плавления селитры. Чтобы добиться таких результатов, используются следующие методы - конвекция, теплопроводность или излучение (когда происходит непосредственное преобразование электроэнергии в тепловую).

Конструкция трубчатых электронагревателей (ТЭН)

ТЭН - это спираль или несколько спиралей, изготовленные из специального сплава, имеющего высокое сопротивление, оснащённые специальными контактными стержнями и помещённые в металлическую оболочку. Спирали и контактные стержни от оболочки изолируются (спираль - электроизоляционным спрессованным наполнителем, стержни - диэлектрическими изоляторами), а торцы ТЭНа герметизируются, дабы защитить его от попадания внутрь влаги (рис. 1).

рис. 1

Кроме герметизации, концы ТЭНов подвергаются ещё одной процедуре - на них устанавливаются штуцера. Они необходимы для удобного крепления ТЭНа на месте использования (чаще всего, они резьбовые). Ещё один важный момент, касающийся конструкции ТЭНа - на торцах выводятся (опять же резьбовые) шпильки , предназначенные для подведения питающего напряжения.

При выборе трубчатого электронагревателя стоит обратить внимание на такой показатель, как его мощность. Многие об этом забывают, однако при работе нагревателя, изготовленного из той самой стали 10, на обычном воздухе мощность прибора не должна превышать двух Ватт на квадратный сантиметр. При работе в водной среде этот же показатель может быть, конечно, значительно выше, но и тут есть некоторые ограничения - он не должен превышать 13 Ватт на пресловутый квадратный сантиметр. В случае превышения указанных значений будьте готовы к тому, что начнётся стремительное разрушение нагревателя.

Как расшифровывается обозначение ТЭН.

Пример:

ТЭН 120 В 13 / 1,0 Т 220

• 120 — развернутая длина L в сантиметрах (изготовитель имеет право производить тэн с длиной в развёрнутом виде, отличающейся от заявленной плюс-минус 1-2 процента)
• В — обозначение длины контактного стержня в заделке Lk
• 13 — диаметр оболочки D в миллиметрах (диаметр тэна может отклоняться от значения, указанного в паспорте: при диаметре до 10 мм - до 0,3 мм, при диаметре 13 или 16 мм - не выше 0,4 мм.)
• 1,0 — номинальная мощность в киловаттах (потребляемая мощность электронагревателя не должна превышать его номинального значения более, чем на 10 процентов)
• Т — обозначение нагреваемой среды и материала оболочки
• 220 — номинальное напряжение в вольтах (по желанию заказчика возможно изготовление нагревателей на другие напряжения)

Условное обозначение и номинальная длина контактного стержня в заделке

Oбозначение нагреваемой среды и материала оболочки

Хранение ТЭН должно осуществляться в отапливаемых и вентилируемых складах. Температура окружающего воздуха — от 5 до 40С.

Эксплуатация

При эксплуатации ТЭН:

1. необходимо следить за состоянием контактных стержней и токоподводящих проводов, не допуская ослабления соединения;
2. при подтягивании контактных гаек не допускается провертывания контактных стержней в корпусе ТЭН;
3. активная часть ТЭН должна быть полностью расположена в рабочей среде;
4. при нагревании твердых тел (деталей штампов, пресс-форм, литейных форм) должен быть обеспечен надежный тепловой контакт оболочки с нагреваемой средой.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) являются наиболее распространенными электротермическими устройствами установок низко- и среднетемпературного нагрева. Они полностью защищены от внешних воздействий, в том числе от доступа воздуха.

ТЭНы выпускают разнообразной конструкции, что позволяет встраивать их в самые разные установки, начиная от промышленных печей и до бытовых электронагревательных приборов. Помимо обычного исполнения выпускают одноконцевые ТЭНы патронного типа с диаметром от 6,5 до 20 мм, отличающиеся высокой удельной поверхностной мощностью, а также плоские ТЭНы с развитой теплоотдающей поверхностью.

К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую металлоемкость и стоимость из-за использования дорогостоящих материалов (нихром, нержавеющая сталь), не очень высокий срок службы, невозможность ремонта при перегорании спирали.

 

Как выбрать ТЭН

Выпускаются ТЭНы мощностью от 15 Вт до 15 кВт в единице, развернутой длиной от 250 до 6300 мм, наружным диаметром от 7 до 19 мм и номинальным напряжением от 12 до 380 В в одно или трехэлементном исполнении.

При выборе ТЭНов необходимо учитывать: назначение ТЭНа, его мощность, питающее напряжение, условия эксплуатации (нагреваемая среда, характер нагрева, условия теплообмена, необходимую температуру). 

Мощность, которую можно снять с единицы поверхности трубки ТЭНа (удельная нагрузка), ависит от условий работы, материала трубки и материала наполнителя. 

ТЭНы выбирают из расчетной мощности необходимой для нагрева среды: Pрасч = (Кз х Рпол) / кпд, где Кз - коэффициент запаса (1,1 - 1,3), кпд - КПД, учитывающий потери мощности.

Из каталога находят ТЭН, соответствующий условиям эксплуатации по напряжению, мощности. температуре оболочки и нагреваемой среде, а аткже форме, возможности размещения ТЭНа в рабочем пространстве. Затем определяют число ТЭНов в зависимости от Ррасч и единичной мощности ТЭНов.