Éléments chauffants électriques, éléments chauffants, types, conceptions, connexion et essais

Les éléments chauffants électriques sont utilisés dans les équipements domestiques et industriels. L'utilisation de différents radiateurs est connue de tous. Ce sont des cuisinières électriques, des fours et des fours, des cafetières électriques, des bouilloires électriques et des appareils de chauffage de différents modèles.

Chauffe-eau électriques, communément appelés chaudières, contiennent également des éléments chauffants. La base de nombreux éléments chauffants est un fil à haute résistance électrique. Et le plus souvent, ce fil est en nichrome.

Spirale nichrome ouverte

L'élément chauffant le plus ancien est peut-être la spirale nichrome habituelle. Il était une fois des poêles électriques, des chaudières à eau et des chauffe-chèvres faits maison. Avoir sous la main un fil nichrome qui pouvait «se saisir» de la production, faire une spirale de la puissance requise ne posait aucun problème.

L'extrémité du fil de la longueur souhaitée est insérée dans la coupe du treuil, le fil lui-même est passé entre deux blocs de bois. L'étau doit être serré de manière à ce que toute la structure soit maintenue comme indiqué sur la figure. La force de serrage doit être telle que le fil passe à travers les barres avec un certain effort. Si la force de serrage est importante, le fil se cassera simplement.

Figure 1. Enroulement en spirale Nichrome

En faisant tourner le collier, le fil est tiré à travers les barres de bois, et soigneusement, tour à tour, est posé sur une tige métallique. Dans l'arsenal des électriciens, il y avait tout un ensemble de clés de différents diamètres de 1,5 à 10 mm, ce qui permettait d'enrouler les spirales pour toutes les occasions.

On savait quel était le diamètre du fil et quelle longueur était nécessaire pour enrouler la spirale de la puissance requise. Ces nombres magiques peuvent encore être trouvés sur Internet. La figure 2 montre un tableau qui montre des données sur des spirales de différentes capacités à une tension d'alimentation de 220V.

Figure 2. Calcul de la spirale électrique de l'élément chauffant (cliquez sur l'image pour agrandir)

Ici, tout est simple et clair. Après avoir réglé la puissance requise et le diamètre du fil nichrome à portée de main, il ne reste plus qu'à couper un morceau de la longueur souhaitée et à l'enrouler sur un mandrin du diamètre correspondant. Dans le même temps, le tableau montre la longueur de la spirale résultante. Et s'il y a un fil dont le diamètre n'est pas spécifié dans le tableau? Dans ce cas, la spirale devra simplement être calculée.

Comment calculer une spirale nichrome

Si nécessaire, calculer la spirale est assez simple. A titre d'exemple, le calcul d'une spirale en fil nichrome d'un diamètre de 0,45 mm (ce diamètre n'est pas dans le tableau) d'une puissance de 600 W pour une tension de 220V. Tous les calculs sont effectués selon la loi d'Ohm.

À propos de la conversion d'ampères en watts et, inversement, de watts en ampères:

Combien d'ampères sont en ampères, comment convertir des ampères en watts et kilowatts

Tout d'abord, vous devez calculer le courant consommé par la spirale.

I = P / U = 600/220 = 2,72 A

Pour ce faire, il suffit de diviser la puissance réglée par la tension et d'obtenir la quantité de courant traversant la spirale. La puissance en watts, la tension en volts, donne des ampères. Le tout selon le système SI.

En utilisant le courant connu maintenant, il est assez simple de calculer la résistance requise de la spirale: R = U / I = 220 / 2,72 = 81 Ohms

La formule de calcul de la résistance d'un conducteur est R = ρ * L / S,

où ρ est la résistance spécifique du conducteur (pour le nichrome 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L est la longueur du conducteur en mètres, S est la section du conducteur en millimètres carrés. Pour un conducteur d'un diamètre de 0,45 mm, la section est de 0,159 mm2.

Par conséquent, L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, soit 11,7 m.

En général, le calcul n'est pas si compliqué.Oui, en fait, la fabrication d'une spirale n'est pas si difficile, ce qui, sans aucun doute, est l'avantage des spirales nichromes ordinaires. Mais cet avantage est bloqué par de nombreuses lacunes inhérentes aux spirales ouvertes.

Tout d'abord, il s'agit d'une température de chauffage assez élevée - 700 ... 800˚C. La spirale chauffée a une faible lueur rouge, le toucher accidentellement peut provoquer une brûlure. De plus, un choc électrique est possible. Une spirale chauffée au rouge brûle l'oxygène de l'air, attire vers elle des particules de poussière qui, une fois brûlées, donnent un arôme très désagréable.

Mais le principal inconvénient des spirales ouvertes doit être considéré comme leur risque d'incendie élevé. Par conséquent, le service d'incendie interdit simplement l'utilisation de radiateurs à spirale ouverte. Ces appareils de chauffage comprennent tout d'abord ce que l'on appelle la "chèvre", dont la conception est illustrée à la figure 3.

Figure 3. Réchauffeur de chèvre fait maison

C'est ainsi que la chèvre sauvage s'est avérée: elle a été délibérément faite négligemment, simplement, voire très mal. Un feu avec un tel radiateur n'aura pas à attendre longtemps. Une conception plus avancée d'un tel appareil de chauffage est illustrée à la figure 4.

Figure 4. Maison «chèvre»

Il est facile de voir que la spirale est fermée par un boîtier métallique, c'est cela qui empêche de toucher les parties chauffées des parties actives. Le risque d'incendie d'un tel appareil est bien inférieur à celui illustré sur la figure précédente.

Voir ce sujet:Pourquoi la "chèvre" et une chaudière maison sont-elles dangereuses?

Il était une fois en URSS des radiateurs-réflecteurs. Au centre du réflecteur nickelé, il y avait une cartouche en céramique dans laquelle, comme une ampoule avec un culot E27, un radiateur de 500W était vissé. Le risque d'incendie d'un tel réflecteur est également très élevé. Eh bien, d'une certaine manière, je ne pensais pas à l'époque à quoi pouvait conduire l'utilisation de ces radiateurs.

Figure 5. Réchauffeur Reflex

Il est bien évident que différents radiateurs à spirale ouverte ne peuvent, contrairement aux exigences de l'inspection incendie, être utilisés que sous surveillance vigilante: si vous quittez la pièce - éteignez le radiateur! Mieux encore, abandonnez simplement l'utilisation de radiateurs de ce type.

Éléments chauffants à spirale fermée

Pour se débarrasser d'une spirale ouverte, les radiateurs électriques tubulaires - RTE ont été inventés. La conception du radiateur est illustrée à la figure 6.

Figure 6. La conception de l'appareil de chauffage

La spirale nichrome 1 est cachée à l'intérieur d'un tube métallique à paroi mince 2. La spirale est isolée du tube par la charge 3 avec une conductivité thermique élevée et une résistance électrique élevée. La périclase (un mélange cristallin d'oxyde de magnésium MgO, parfois avec des impuretés d'autres oxydes) est le plus souvent utilisée comme charge.

Après remplissage avec une composition isolante, le tube est pressé et sous haute pression la périclase se transforme en monolithe. Après une telle opération, la spirale est fixée de manière rigide, par conséquent, le contact électrique avec le corps - tube est complètement exclu. La conception est si solide que tout appareil de chauffage peut être plié si la conception de l'appareil de chauffage l'exige. Certains éléments chauffants ont une forme très bizarre.

La spirale est reliée aux fils métalliques 4, qui sortent par les isolateurs 5. Les fils de sortie sont connectés aux extrémités filetées des fils 4 avec des écrous et des rondelles 7. Les éléments chauffants sont fixés dans le boîtier de l'appareil avec des écrous et des rondelles 6, qui assurent, si nécessaire, l'étanchéité de la connexion.

Dans le respect des conditions de fonctionnement, une telle conception est assez fiable et durable. C'est précisément ce qui a conduit à l'utilisation très répandue des éléments chauffants dans les appareils à diverses fins et conceptions.

Selon les conditions de fonctionnement, les éléments chauffants sont répartis en deux grands groupes: l'air et l'eau. Mais c'est juste ce nom. En fait, les éléments de chauffage à air sont conçus pour fonctionner dans divers environnements de gaz.Même l'air atmosphérique ordinaire est un mélange de plusieurs gaz: oxygène, azote, dioxyde de carbone, il y a même des impuretés d'argon, de néon, de krypton, etc.

L'environnement aérien est très diversifié. Il peut s'agir d'air atmosphérique calme ou d'un flux d'air se déplaçant à une vitesse de plusieurs mètres par seconde, comme dans les radiateurs soufflants ou les pistolets à air chaud.

Le chauffage de la coque chauffante peut atteindre 450 ° C et plus encore. Par conséquent, pour la fabrication de la coque tubulaire externe, divers matériaux sont utilisés. Il peut être en acier ordinaire au carbone, en acier inoxydable ou en acier résistant à la chaleur et à la chaleur. Tout dépend de l'environnement.

Pour améliorer le transfert de chaleur, certains éléments chauffants sont équipés de nervures sur les tubes en forme de ruban métallique enroulé. Ces appareils de chauffage sont appelés à ailettes. L'utilisation de tels éléments est plus appropriée dans un environnement d'air en mouvement, par exemple dans des radiateurs soufflants et des pistolets à air chaud.

Les éléments chauffants à eau ne sont pas non plus nécessairement utilisés dans l'eau; c'est le nom général de divers milieux liquides. Il peut s'agir d'huile, de fioul et même de divers liquides agressifs. Liquide TENY utilisé dans les chaudières électriques, distillateurs, usines de dessalement électrique et juste des titans pour faire bouillir l'eau potable.

La conductivité thermique et la capacité thermique de l'eau sont beaucoup plus élevées que celles de l'air et d'autres milieux gazeux, ce qui permet, par rapport à l'air, une meilleure évacuation de la chaleur du réchauffeur. Par conséquent, avec la même puissance électrique, le chauffe-eau a des dimensions géométriques plus petites.

Ici, nous pouvons donner un exemple simple: lorsque vous faites bouillir de l'eau dans une bouilloire électrique ordinaire, le radiateur peut être chauffé au rouge, puis brûler dans des trous. La même image peut être observée avec des chaudières ordinaires, conçues pour faire bouillir de l'eau dans un verre ou dans un seau.

L'exemple donné montre clairement que les éléments chauffants à eau ne doivent jamais être utilisés pour travailler dans l'air. Vous pouvez utiliser des éléments chauffants à air pour chauffer l'eau, mais il vous suffit d'attendre longtemps jusqu'à ce que l'eau bout.

Les éléments chauffants à eau ne seront pas à l'avantage d'une couche de tartre formée pendant le fonctionnement. Le tartre, en règle générale, a une structure poreuse et sa conductivité thermique est faible. Par conséquent, la chaleur générée par la spirale pénètre mal dans le liquide, mais la spirale à l'intérieur du radiateur se réchauffe à une température très élevée, ce qui conduira tôt ou tard à son épuisement.

Pour éviter que cela ne se produise, il est conseillé de nettoyer périodiquement les éléments chauffants à l'aide de divers produits chimiques. Par exemple, dans une publicité télévisée, Calgon est recommandé pour protéger les radiateurs des lave-linge. Bien que concernant cet outil, il existe de nombreuses opinions différentes.

Comment se débarrasser de l'échelle

En plus des produits chimiques de protection contre le tartre, divers appareils sont utilisés. Tout d'abord, ce sont des convertisseurs magnétiques d'eau. Dans un champ magnétique puissant, les cristaux de sels "durs" changent de structure, se transforment en flocons, deviennent plus petits. Le tartre est moins actif à partir de ces flocons; la plupart des flocons sont simplement emportés par un jet d'eau. Cela garantit la protection des chauffages et des pipelines contre le tartre. Les convertisseurs à filtre magnétique sont produits par de nombreuses sociétés étrangères, de telles sociétés existent en Russie. Ces filtres sont disponibles à la fois de type mortaise et de type suspendu.

Adoucisseurs d'eau électroniques

Récemment, les adoucisseurs d'eau électroniques sont de plus en plus populaires. Extérieurement, tout semble très simple. Un petit boîtier est installé sur le tuyau, d'où sortent les fils d'antenne. Les fils sont enroulés autour du tuyau, et vous n'avez même pas besoin de décoller la peinture. L'appareil peut être installé dans n'importe quel endroit accessible, comme illustré à la figure 7.

Figure 7. Adoucisseur d'eau électronique

La seule chose dont vous avez besoin pour connecter l'appareil est une prise 220V.L'appareil est conçu pour une mise en marche à long terme, il n'est pas nécessaire de l'éteindre périodiquement, car la mise hors tension rendra l'eau à nouveau dure, du tartre se formera à nouveau.

Le principe de fonctionnement de l'appareil se réduit à l'émission de vibrations dans la gamme des fréquences ultrasonores, qui peuvent atteindre jusqu'à 50KHz. La fréquence d'oscillation est contrôlée à l'aide du panneau de commande de l'appareil. Le rayonnement est produit par lots plusieurs fois par seconde, ce qui est obtenu en utilisant le microcontrôleur intégré. La puissance des fluctuations est faible, par conséquent, de tels appareils ne présentent aucune menace pour la santé humaine.

L'opportunité d'installer de tels appareils est facile à déterminer. Tout se résume à déterminer à quel point l'eau s'écoule de la conduite d'eau. Ici, vous n'avez même pas besoin d'appareils "abstrus": si votre peau devient sèche après le lavage, des taches blanches apparaissent sur les carreaux à cause des éclaboussures d'eau, du tartre apparaît dans la bouilloire, la machine à laver s'efface plus lentement qu'au début du fonctionnement - l'eau dure s'écoule définitivement du robinet. Tout cela peut entraîner une défaillance des éléments chauffants, et donc des bouilloires ou des machines à laver elles-mêmes.

L'eau dure ne dissout pas divers détergents - des savons ordinaires aux détergents à lessive ultra-modernes. En conséquence, vous devez mettre plus de poudres, mais cela aide un peu, car les cristaux de sels de dureté sont retenus dans les tissus, la qualité du lavage laisse beaucoup à désirer. Tous les signes de dureté de l'eau énumérés indiquent avec éloquence qu'il est nécessaire d'installer des adoucisseurs d'eau.

Connexion et vérification des éléments chauffants

Lors du raccordement de l'appareil de chauffage, un fil de section appropriée doit être utilisé. Tout dépend du courant qui traverse le radiateur. Le plus souvent, deux paramètres sont connus. Il s'agit de la puissance du chauffage lui-même et de la tension d'alimentation. Pour déterminer le courant, il suffit de diviser la puissance par la tension d'alimentation.

Un exemple simple. Soit un élément chauffant d'une puissance de 1 kW (1000 W) pour une tension d'alimentation de 220V. Pour un tel radiateur, il s'avère que le courant est

I = P / U = 1000/220 = 4,545A.

Selon les tableaux placés dans le PUE, un tel courant peut fournir un fil d'une section de 0,5 mm2 (11A), mais pour assurer la résistance mécanique, il est préférable d'utiliser un fil de section d'au moins 2,5 mm2. Un tel fil est le plus souvent alimenté en électricité aux prises.

Mais avant d'établir la connexion, vous devez vous assurer que même le nouveau TEN que vous venez d'acheter est en bon état. Tout d'abord, il est nécessaire de mesurer sa résistance et de vérifier l'intégrité de l'isolation. La résistance de l'élément chauffant est assez simple à calculer. Pour ce faire, il est nécessaire de quadriller la tension d'alimentation et de la diviser par la puissance. Par exemple, pour un chauffe-eau de 1000 W, ce calcul ressemble à ceci:

220 * 220/1000 = 48,4 ohms.

Une telle résistance doit être indiquée par un multimètre lors de sa connexion aux bornes du chauffage. Si la spirale est brisée, alors, naturellement, le multimètre montrera une rupture. Si nous prenons un élément chauffant d'une puissance différente, alors la résistance, bien sûr, sera différente.

Pour vérifier l'intégrité de l'isolation, mesurez la résistance entre l'une des bornes et le boîtier métallique du radiateur. La résistance de l'isolant de remplissage est telle qu'à n'importe quelle limite de mesure, le multimètre doit montrer une rupture. S'il s'avère que la résistance est nulle, alors la spirale est en contact avec le boîtier métallique du radiateur. Cela peut arriver même avec un nouveau, juste acheté par un élément chauffant.

Généralement utilisé pour tester l'isolation mégohmmètre spécial, mais pas toujours et pas tous à portée de main. Un test multimètre normal est donc également tout à fait approprié. Au moins une telle vérification doit être effectuée.

Comme déjà mentionné, les éléments chauffants peuvent être pliés même après remplissage avec un isolant. Il existe différents types de radiateurs: sous la forme d'un tube droit, en forme de U, enroulé en anneau, en serpent ou en spirale.Tout dépend de l'appareil de l'appareil de chauffage dans lequel l'appareil de chauffage est censé être installé. Par exemple, dans un chauffe-eau à écoulement d'une machine à laver, les RTE sont tordus en spirale.

Certains TENY ont des éléments de protection. La protection la plus simple est un fusible thermique. Eh bien, s'il a brûlé, vous devez changer tout le radiateur, mais il n'atteindra pas le feu. Il existe un système de protection plus complexe qui permet l'utilisation d'un radiateur après son fonctionnement.

L'une de ces protections est une protection basée sur une plaque bimétallique: la chaleur d'un élément chauffant surchauffé plie la plaque bimétallique, ce qui ouvre le contact et met hors tension l'élément chauffant. Après que la température est tombée à une valeur acceptable, la plaque bimétallique se prolonge, le contact se ferme et le réchauffeur est à nouveau opérationnel.

TENY avec un régulateur de température

En l'absence d'approvisionnement en eau chaude, il est nécessaire d'utiliser des chaudières. La conception des chaudières est assez simple. Il s'agit d'un récipient métallique caché dans un "manteau de fourrure" d'un isolant thermique, au-dessus duquel se trouve un boîtier métallique décoratif. Un thermomètre est intégré dans le boîtier, indiquant la température de l'eau. La conception de la chaudière est illustrée à la figure 8.

Figure 8. Chaudière à accumulation

Certaines chaudières contiennent une anode en magnésium. Son but est la protection contre la corrosion du radiateur et du réservoir interne de la chaudière. L'anode en magnésium est un consommable; elle doit être changée périodiquement lors de l'entretien de la chaudière. Mais dans certaines chaudières, apparemment d'une catégorie de prix bon marché, une telle protection n'est pas assurée.

En tant qu'élément chauffant dans les chaudières, un appareil de chauffage avec un régulateur de température est utilisé, la conception de l'un d'entre eux est illustrée à la figure 9.

Figure 9. TEN avec un régulateur de température

Un micro-interrupteur est situé dans le boîtier en plastique, qui est déclenché par un capteur de température du liquide (un tube direct à côté du radiateur). La forme du radiateur lui-même peut être la plus diversifiée, la figure montre la plus simple. Tout dépend de la puissance et de la conception de la chaudière. Le degré d'échauffement est contrôlé par la position du contact mécanique contrôlée par une poignée ronde blanche située en bas du boîtier. Il existe également des bornes pour fournir du courant électrique. Le chauffage est fixé avec du fil.

Radiateurs humides et secs

Un tel radiateur est en contact direct avec l'eau, donc ce radiateur est appelé "humide". La durée de vie d'un élément chauffant «humide» est de 2 à 5 ans, après quoi il doit être changé. En général, la durée de vie est courte.

Pour augmenter la durée de vie de l'élément chauffant et de l'ensemble de la chaudière dans son ensemble, la société française Atlantic a développé dans les années 90 du siècle dernier la conception d'un élément chauffant «sec». Pour le dire simplement, le radiateur était caché dans un ballon de protection en métal qui excluait le contact direct avec l'eau: l'élément chauffant est chauffé à l'intérieur du ballon, qui transfère la chaleur à l'eau.

Naturellement, la température du ballon est beaucoup plus basse que l'élément chauffant lui-même; par conséquent, la formation de tartre avec la même dureté de l'eau n'est pas si intense, plus de chaleur est transférée à l'eau. La durée de vie de ces appareils de chauffage atteint 10 ... 15 ans. Cela est vrai pour de bonnes conditions de fonctionnement, notamment la stabilité de la tension d'alimentation. Mais même dans de bonnes conditions, les éléments chauffants «secs» produisent également leurs propres ressources et doivent être changés.

Ici, un autre avantage de la technologie des éléments chauffants «secs» est révélé: lors du remplacement du chauffage, il n'est pas nécessaire de vidanger l'eau de la chaudière, pour laquelle elle doit être déconnectée de la canalisation. Éteignez simplement le radiateur et remplacez-le par un neuf.

Atlantic, bien sûr, a breveté son invention, après quoi elle a commencé à vendre la licence à d'autres sociétés. À l'heure actuelle, d'autres sociétés, par exemple Electrolux et Gorenje, produisent également des chaudières avec un élément chauffant «sec». La conception de la chaudière avec un élément chauffant «sec» est illustrée à la figure 10.

Figure 10. Chaudière avec chauffage «sec»

À propos, la figure montre une chaudière avec un radiateur en stéatite en céramique. Le dispositif d'un tel appareil de chauffage est illustré à la figure 11.

Figure 11. Réchauffeur en céramique

Sur la base en céramique est fixée une spirale ouverte conventionnelle de fil à haute résistance. La température de chauffage de la spirale atteint 800 degrés et est transférée à l'environnement (air sous une coque de protection) par convection et rayonnement thermique. Naturellement, un tel appareil de chauffage appliqué aux chaudières ne peut fonctionner que dans une coque de protection, dans l'air, le contact direct avec l'eau est tout simplement exclu.

La spirale peut être enroulée en plusieurs sections, comme en témoigne la présence de plusieurs bornes de connexion. Cela vous permet de modifier la puissance du radiateur. La puissance spécifique maximale de ces appareils de chauffage ne dépasse pas 9 W / cm².

La condition pour le fonctionnement normal d'un tel appareil de chauffage est l'absence de charges mécaniques, de courbures et de vibrations. La surface ne doit pas être contaminée par la rouille ou les taches d'huile. Et, bien sûr, plus la tension d'alimentation est stable, sans surtensions et surtensions, plus le réchauffeur est durable.

Mais la technologie électrique ne s'arrête pas. Les technologies se développent, s'améliorent, par conséquent, en plus des éléments chauffants, une grande variété d'éléments chauffants ont été développés et sont appliqués avec succès. Ce sont des éléments chauffants en céramique, des éléments chauffants en carbone, des éléments chauffants infrarouges, mais ce sera le sujet d'un autre article.

Suite de l'article:Éléments chauffants modernes