Аббревиатура «ТЭН» используется для обозначения различных понятий, включая даже сокращенное название взрывчатого вещества или фамилии известных общественных деятелей. В электротехнике тэнами принято называть трубчатые электронагреватели, предназначенные для непосредственного преобразования энергии электрической в энергию тепловую.
В современных промышленных и бытовых нагревательных системах тэны применяются в качестве комплектующих изделий. В своем классическом виде трубчатый электрический нагреватель или тэн представляет металлическую трубку, заполненную теплопроводящим электроизолятором.
Внутри изолятора проходит токопроводящая нить, например, спираль из нихрома, которая имеет заданное сопротивление для преобразования электроэнергии в тепловую и передачи тепла на поверхность тэна. Этот базовый принцип работы тэна был запантетован еще 20 сентября 1859 года в США известным изобретателем Д.Б.Симпсоном, а уже в наше время реализован в многочисленных нагревательных установках, в которых применяется и тэн для водонагревателя. В этом случае под действием электротока нить (спираль) нагревается и передает тепловую энергию на поверхность трубки, которая далее передает тепло окружающей воде, тем самым нагревая ее.
Устройство и принцип функционирования тэнов для бытовых нагревателей воды
Трубчатые электрические нагреватели или тэны являются высокоомными сопротивлениями, оборудованными вспомогательными элементами для выполнения следующих функций:
- Подвод электропитания;
- Электроизоляция;
- Защита от механических повреждений;
- Герметичность;
- Крепление в составе изделия.
На рисунке приведена условная схема, поясняющая конструкцию трубчатого нагревателя герметичного исполнения.
Схема конструкции герметичного тэна для водонагревателя
- Поз. 1 – спираль из нихромовой проволоки;
- Поз. 2 — медная трубка-оболочка, толщина стенки в пределах 0,8-1,2 мм;
- Поз. 3 – наполнитель;
- Поз. 4 – выводная шпилька;
- Поз. 5 – уплотнительная герметизирующая втулка;
- Поз. 6 – фиксирующая гайка;
- Поз. 7 – контактные выводы.
Конфигурация нагревателя показана простейшая, хотя на практике в водонагревателях популярных брендов устанавливаются тэны сложной геометрической формы (например, тэн для водонагревателя ariston), обеспечивающей наилучший теплообмен поверхности медной трубки тэна с водной средой бойлера.
Спираль из нихромовой проволоки (поз. 1) имеет высокое удельное электросопротивление, поэтому при прохождении по ней электрического тока она сильно нагревается и в соответствии с законами теплофизики передает тепло окружающему ее наполнителю (поз. 3). К наполнителю предъявляются следующие требования:
- Хорошая теплопроводность, чтобы с минимальными тепловыми потерями довести тепловой поток от спирали до медной трубки;
- Высокие электроизоляционные показатели, чтобы изолировать электроток, идущий по спирали, от трубки-оболочки, от которой ток может через окружающую водную среду достигнуть корпуса бойлера и нанести электротравму пользователю.
С точки зрения охраны труда совместное использование воды и электричества в составе единого изделия бытового предназначения – технический нонсенс, однако четкое соблюдение технологического регламента на каждом этапе изготовления тэна и установке его на водонагревателе гарантируют безопасность для пользователей.
Чаще всего наполнителем тэна служит периклаз (кристаллическая смесь магния). Заполненную наполнителем (поз. 3) медную трубку (поз. 2) опрессовывают высоким давлением, в результате чего периклаз становится своеобразным монолитом, надежно фиксирующим спираль (поз. 1) в трубке тэна. На этом этапе тэн удается изгибать для придания ему необходимой формы.
Концы нихромовой спирали соединяются посредством контактных выводов (поз. 7) с источником электропитания в соответствии со схемой подключения тэна водонагревателя. Изоляцию выводам тэна от медных стенок трубки-оболочки обеспечивают изолирующими втулками и гайками (поз. 5 и 6), а торцы герметизируются специальным кремнийорганическим лаком. Конструктивно все внешние контакты тэна объединены в едином керамическом или полимерном фланце, что упрощает процедуру установки или демонтажа тэна в изделии.
Обобщенные плюсы и минусы тэнов бытовых водонагревателей
К достоинствам трубчатых электрических нагревателей, устанавливаемых в бытовых нагревающих приборах, относятся следующие позитивные факторы:
- Простота в обслуживании, быстрый монтаж и демонтаж;
- Виброустойчивость, что очень удобно при передислокации водонагревателя на другое место;
- Безопасность обслуживания исправного прибора;
- Взаимозаменяемость однотипных тэнов.
Не обошлось и без недостатков, среди которых следующие:
- Сравнительно высокая стоимость из-за применения дорогостоящих материалов;
- Невозможность ремонта при перегорании нихромовой спирали;
- Коррозионное разрушение оболочки при эксплуатации в жесткой воде без магниевого анода.
Сухие и погружные тэны для бытовых водонагревателей
Бытовые водонагреватели оснащаются двумя типами трубчатых электрических нагревателей:
- Погружные тэны, которые нагревают воду, находясь с ней в прямом контакте, то есть внешняя оболочка трубки тэна омывается нагреваемой водой;
- Сухие тэны для водонагревателей, которые не имеют прямого контакта с водой благодаря изоляции нагревательного элемента путем заключения его в герметичную стеатитовую колбу.
Использование сухих тэнов имеет свои неоспоримые преимущества.
- Не образуется накипь, которая по мере ее накопления нарушает протекание теплообменных процессов между тэном и водой, что в конечном итоге приводит к выходу из строя водонагревателя.
- Нет необходимости в проведении периодической очистки от накипи внутренней емкости бойлера.
- Более быстрый нагрев воды, поскольку при накоплении накипи на поверхности трубки ухудшается интенсивность теплообмена.
- Простота обслуживания по сравнению с погружными тэнами.
Отказы тэнов в процессе эксплуатации
Неполадки в работе тэна сразу сказываются на работоспособности водонагревателя. Визуально можно только обнаружить явные внешние повреждения. Скрытые повреждения удастся найти только с помощью электроизмерительного прибора. Задачу, как проверить тэн водонагревателя, решают путем сопоставления измеренных фактических параметров изделия с задекларированными производителем паспортными значениями сопротивлений и других показателей. При обнаружении нарушений в цепи тэна его не ремонтируют, а просто заменяют.
Для повышения надежности работы тэнов бытовых водонагревателей рекомендуется:
- Не прикладывать излишние усилия при подключении проводов к тэнам, иначе можно нарушить герметичность выводов тэна;
- Не допускать отложений накипи толщиной свыше 2 мм на трубке тэна.
