Краткие сведения о тэнах для водонагревателя

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.

1. 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.
2. Нет необходимости в проведении периодической очистки от накипи внутренней емкости бойлера.
3. Более быстрый нагрев воды, поскольку при накоплении накипи на поверхности трубки ухудшается интенсивность теплообмена.
4. 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.