Трубчастий електронагрівник

ТЕН було винайдено і запатентовано у США (Вашингтон, округ Колумбія) 20 вересня 1859 року Джорджом Б. Сімпсоном[3].

Трубчастий електронагрівник зазвичай виготовляється у вигляді металевої трубки, заповненої теплопровідним електричним ізолятором (наповнювачем). Точно по центру ізолятора розташований нагрівальний елемент у вигляді струмопровідної ніхромової нитки певного електричного опору для перетворення електричної енергії у теплову, яка передається на поверхню нагрівача.

Нагрівальний елемент — металевий провідник зі сплаву з високим питомим опором.

Наповнювач — ущільнений ізолювальний матеріал, що оточує електронагрівний елемент.

Герметизація торців — заповнення торців ТЕНа матеріалом, що забезпечує захист наповнювача від впливу на нього вологи.

Контактний стрижень — струмопровідна металева деталь, що служить для підключення ТЕН до мережі живлення.

Активна довжина — частина ТЕНа, у якій розташовується нагрівальний елемент.

Активна поверхня — поверхня ТЕНа на його активній довжині.

Розгорнута довжина — сума довжин прямолінійних та вигнутих ділянок ТЕНа.

Питома поверхнева потужність ТЕН — потужність, що припадає на 1 см² активної поверхні.

Опір ізоляції ТЕН — електричний опір ізоляційного матеріалу, виміряний між струмопровідними частинами і металевою оболонкою.

Робоча температура — температура на активній частині оболонки ТЕНа, яка виникає при експлуатації в умовах нормальної тепловіддачі при нормальних напругах.

Холодний стан ТЕН — термічний стан, при якому температура довільної частини ТЕНа відрізняється не більше ніж на 3° від температури навколишнього середовища.

Гарячий (робочий) стан ТЕН — стан ТЕНа при встановленому режимі в умовах нормальної тепловіддачі.

Номінальна потужність споживання ТЕН — потужність, що споживається ТЕНом в умовах нормальної тепловіддачі при робочій температурі, що вказана виробником на виробі.

ТЕНи використовуються як комплектуючі у промислових та побутових приладах та установках і служать для нагрівання:

• повітря та інших газів та їх сумішей;
• води і слабких розчинів кислот та лугів;
• жирів та олив;
• прес-форм;
• легкоплавких металів та сплавів;
• селітри при плавленні.

Трубчасті електронагрівники у порівнянні з іншими типами нагрівачів вирізняються:

• можливістю їх експлуатувати при безпосередньому контакті з середовищами нагрівання газоподібними та рідкими при тиску до 9,8·10⁵ Па, а також твердими;
• надійністю при вібраціях та значних ударних навантаженнях;
• різноманітною геометричною конфігурацією;
• відсутністю електричної напруги на оболонці ТЕНа (за виключенням однокінцевих ТЕНів з напругою 36 В, що мають струмопровідну оболонку).

Експлуатація ТЕНів у тому чи іншому середовищі обмежується хімічною стійкістю оболонки і гранично допустимою температурою. ТЕНи не призначені для роботи у вакуумі і не є вибухобезпечними. Вибухобезпечнісь устаткування з використанням ТЕНів забезпечується конструкцією самої установки (системи) і визначається проектними організаціями, які несуть відповідальність за безпеку запроектованих установок.

Основні параметри промислових трубчастих електронагрівників промислового призначення[2].

1. Як наповнювач використовується кристалічний оксид магнію (периклаз).
2. Оболонками служать електрозварні або суцільнотягнуті труби зі сталі марок сталь 10 і 12Х18Н10Т, труби з міді, латуні та алюмінієвих сплавів.
3. Діаметр оболонки обирають з ряду 6,5; 8; 8,5; 9,5; 10; 13 або 16 мм
4. Одинична потужність може становити від 0,1 до 25 кВт
5. Напруга живлення може бути 12, 24, 36, 42, 48, 60, 127, 220 або 380 В
6. Максимальна температура нагрівання 750°С
7. Максимальна розгорнута довжина 250…6300 мм

Технічні характеристики ТЕН побутового призначення регламентуються ГОСТ 19108-81.

ТЕН загальнопромислового призначення маркується за шаблоном: ТЕН-XXX/XXX УХЛ4 ГОСТ 13268-88:

ТЕН — трубчастий електронагрівник;

Х — розгорнута довжина ТЕНа по оболонці L, см;

Х — довжина контактного стрижня L_к, мм або умовна познака, наприклад, A (для 40 мм), B (для 60 мм) і т. д. аж до H (для 630 мм);

Х — номінальний діаметр ТЕНа, мм;

/ — роздільник;

Х — номінальна потужність, кВт;

Х — середовище нагрівання і матеріал оболонки ТЕНа (за ГОСТ 13268);

Х — номінальна напруга, В;

УХЛ4 — кліматичне виконання і категорія розташування за ГОСТ 15150-69.

Приклад:

ТЕН-100A13/3,5J220 УХЛ4 ГОСТ 13268-88

означає ТЕН з розгорнутою довжиною 1000 мм, з довжиною контактного стрижня 40 мм, діаметром 13 мм, номінальною потужністю 3,5 кВт, для води, на номінальну напругу 220 В.

Характерні випадки застосування ТЕН і питомі поверхневі потужності у залежності від умов експлуатації та матеріал оболонки наведені у таблиці:

Перед експлуатацією ТЕНа перевіряють[2]:

• опір ізоляції (при його зниженні нижче від 0,5 МОм або збільшенні струму витоку понад 0,75 мА/кВт ТЕН слід просушити при температурі 120…150°С протягом 4 — 6 годин);
• надійність заземлення;
• захист струмопровідних частин від випадкового дотику до них та попадання бризок (усі монтажні і ремонтні роботи слід проводить при відсутності електричної напруги);

При експлуатації ТЕНів:

• необхідно слідкувати за станом контактних стрижнів струмопровідних провідників, не допускаючи ослаблення з'єднань;
• при підтягуванні контактних гайок не допускається прокручування контактних стрижнів в корпусі ТЕНа;
• активна частина ТЕНа повинна бути розташована повністю у робочому середовищі;
• при нагріванні твердих тіл (деталей штампів, прес-форм, ливарних форм) необхідно забезпечити надійний тепловий контакт оболонки із середовищем нагрівання.

• Закон Джоуля — Ленца

• ДСТУ 2821-94 Промислове електронагрівання Терміни та визначення.
• ГОСТ 13268-88 Электронагреватели трубчатые.
• ГОСТ 19108-81 Электронагреватели трубчатые (ТЭН) для бытовых нагревательных электроприборов. Общие технические условия.