Температура у тэнов в бане

Рекомендации по подбору ТЭНов для различных сред

Вы здесь

Нагреваемая среда — воздух

Для нагрева воздуха используется два типа ТЭНов:

• ТЭНы для «спокойного» воздуха. Маркировка таких ТЭНов по ГОСТ 13268-88 – «S» и «T». Удельная мощность на единицу поверхности соответственно 2,2 ватт/кв. см и 5,0 ватт/кв. см. Максимальная температура на поверхности – 450 и 650 градусов. Съем тепла с поверхности нагревателя происходит за счет конвекции «спокойного» воздуха, контактирующего с нагретой поверхностью.
• ТЭНы для «подвижного» воздуха, еще их называют «обдуваемые», с маркировкой «О» и «К», удельной мощностью 5,5 Вт/кв. см и 6,5 Вт/кв. см. Съем тепла с поверхности нагревателя осуществляется подвижной струей воздуха, создаваемой, например вентилятором и движется эта струя со скоростью не менее 6 м/с (по ГОСТ). Естественно, что «обдуваемый» ТЭН по сравнению со «спокойным», имея одинаковые характеристики (размеры, материал, напряжение и пр.), может иметь значительно большую мощность и генерировать на своей поверхности больше тепла. При этом «обдуваемый» ТЭН не перегревается, т.к. избыток тепла интенсивно отбирается движущимся воздухом.

Когда речь идет об обогреве обычных помещений, в которых температуру воздуха нужно поднять до уровня 20-25 градусов, выбор ТЭНов не представляет затруднений: из таблицы ТЭНов на сайте выбирается ТЭН нужного типоразмера, мощности и напряжения, количество ТЭНов определятся общей необходимой мощностью из расчета (в среднем) 1 кВт на 10-12 кв. м площади помещения при стандартной высоте потолка 3 м и общепринятой утепленности здания. При этом температура ТЭНа повышается незначительно, т.е. это собственная температура ТЭНа плюс 20-30 градусов. Иначе обстоит дело, когда температуру воздуха нужно поднять до 150, 200 и даже 250 градусов. Это происходит в сушилках, печках-пекарнях, окрасочных камерах. В этом случае общая температура ТЭНа будет очень высокая: собственная температура ТЭНа плюс 250 градусов окружающего воздуха. Такая температура может неблагоприятно сказаться на «здоровье» ТЭНа – он может попросту перегреться.

Рассмотрим конкретный пример. Допустим, в камере для порошковой окраски изделий необходимо создать температуру +200 градусов. Опуская детали расчета, используем для этой цели ТЭН 140 В13/2,5 Т 220 (трубка длиной 140см, диаметром 13мм, мощностью 2,5кВт, из нержавеющей стали). Этот ТЭН имеет удельную мощность около 4,8 Вт/кв. см, а собственную температуру около 600 градусов. В рабочем режиме температура ТЭНа достигает 600+200=800 градусов, что превышает максимально допустимую температуру ТЭНа. А если учесть «разрешенные» скачки напряжения (+10%), разрешенное отклонение по мощности ТЭНа (+5%), то общая температура ТЭНа может быть еще выше. Долговечность такого ТЭНа становится под вопросом.

Возьмем ТЭН 140 В13/2,0 Т 220 (такой же, как и предыдущий, только мощностью ниже -2,0 кВт вместо 2,5 кВт). У этого ТЭНа удельная мощность равна 3,86 Вт/кв. см, собственная температура – примерно 480 градусов, суммарная температура ТЭНа около 680 градусов, что уже не так критично.

Очевидно, первый ТЭН, как более мощный, разогреет камеру быстрее, количество этих ТЭНов, исходя из необходимой общей мощности для разогрева камеры до нужной температуры, потребуется меньше. Но в конечном итоге эти «плюсы» могут перекрыться «минусами»: более мощные, но перегретые ТЭНы будут чаще выходить из строя, а это потребует более частой остановки окрасочной камеры и сборки-разборки ТЭНовых узлов.

ВЫВОД: при подборе воздушных ТЭНов необходимо увязывать такие параметры, как:

• размеры и материал трубки ТЭНа;
• мощность и собственную температуру ТЭНа;
• эксплуатационные условия — температуру воздуха, качество обдува и др.

Нагреваемая среда – вода

Обозначение этих ТЭНов по ГОСТ 13268-88:

• «Р» — материал трубки ТЭНа – чёрная сталь;
• «J» — материал трубки ТЭНа – нержавеющая сталь.

Допускаемая удельная мощность (Р уд.доп.) на поверхности ТЭНа – 15 Ватт/кв.см. Этот показатель определяет максимально допустимую мощность ТЭНа. При подборе водяных ТЭНов необходимо соблюдать следующие правила:

• Эксплуатируя ТЭН, необходимо предпринять все меры для того, чтобы предотвратить образование на его поверхности «накипи» — это отложения на трубке ТЭНа различных примесей, присутствующих в жидкости. Примеси присутствуют, например, в грязной или жёсткой воде, они обволакивают трубку ТЭНа в виде плёнки различной толщины. Чем толще такая пленка, тем хуже теплопередача от ТЭНа к жидкости, и в какой-то момент ТЭН может перегреться и выйти из строя. Особенно опасна в этом смысле вода, добываемая из артезианских скважин. Поэтому с самого начала эксплуатации ТЭНов необходимо озаботиться установкой всевозможных фильтров и умягчителей жидкости, а также производить профилактическую чистку ТЭНов и резервуаров.
• Активная часть ТЭНа должна быть полностью погружена в жидкость. Напомним, что активная длина ТЭНа равна полной его длине за минусом длины «зоны непрогрева» ТЭНа (это величина, на которую контактная шпилька с торца входит внутрь ТЭНа). Большинство водяных ТЭНов имеют зоны непрогрева А=40 мм, и В=65 мм, поэтому такие ТЭНы должны быть погружены в жидкость практически полностью. В случае применения ТЭНов с другими зонами непрогрева (С=100 мм; D=125 мм; Е=160 мм; F=250 мм; G=400 мм и т.д.) уровень жидкости должен быть выше зоны непрогрева на 20 – 30 мм.
• Иногда по технологическим причинам нагреваемую жидкость необходимо с некоторой периодичностью сливать из резервуара. В этом случае ТЭНы оголяются и из водной среды переходят в воздушную, т.е. работают в режиме смены сред «вода-воздух» (конечно, при сливе жидкости ТЭНы отключают). В таких случая не рекомендуется применять ТЭНы из черной стали, т.к при нагреве, остывании и смене сред черная сталь начинает интенсивно корродировать (ржаветь) и быстро разрушается. А, например, на нержавеющую сталь такие условия пагубного воздействия не оказывают.
• Для установки ТЭНа в резервуаре и его герметизации (уплотнительная прокладка) на торцах ТЭНа закрепляют щтуцера – втулки с резьбой и фланцем под прокладку. Закрепление штуцера на торце ТЭНа производится разными способами. Один из них – опрессовка штуцера специальными пресс-ножницами. Этот способ создаёт прочное и достаточно герметичное соединение штуцера с трубкой ТЭНа, которое позволяет использовать ТЭН при нагреве жидкости в резервуарах с внутренним давлением не более 0,25 мПа ( 2,5 атм.). Т.е в обычных системах отопления, в обычных нагревательных резервуарах ТЭНы с опрессованными штуцерами используются очень широко.

Если же давление в резервуаре превышает 2,5 атм. (например, в парогенераторах), опрессовка штуцера уже не дает достаточной герметичности, и штуцер необходимо либо припаять, либо приварить к трубке ТЭНа. Об этом нужно помнить при заказе ТЭНа, иначе штуцер будет «пропускать» жидкость по трубке ТЭНа, что в конечном итоге выведет его из строя.

В остальном же выбор ТЭНа не должен вызвать затруднений: по таблице на сайте выбирайте мощность, напряжение, длину и диаметр трубки ТЭНа, её материал и форму, необходимые штуцер и контактную часть.

Компания «ПЕТРОТЭН» является узкопрофильным предприятием, сфокусировавшим свое внимание на производстве тэнов для различных сред, таких как вода, воздух, металл, масло.

Источник статьи: http://petroten.ru/info/rekomendacii-po-podboru-tenov-dlya-razlichnyh-sred

Обзор водонагревателей для бани и ТЭНов к ним

Водонагреватели, которые используются на кухне или в ванной комнате, и те, которые используются в бане, это похожие, но всё-таки немного разные устройства.

Существует несколько способов, с помощью которых можно организовать горячую воду в бане. Один из них – электронагреватель. Он в свою очередь делится на два вида:

• Накопительные бойлеры;
• Обогреватели проточного действия.

У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, так что перед выбором нужно тщательно изучать их принцип устройства, механизм работы и возможные проблемы при эксплуатации.

Накопительный бойлер

Он выполнен из металла, а его ёмкость составляет от 30 до 200 литров. Теплоизолирован. Внутри находится собственно ТЭН и прибор, который измеряет температуру.

Экономно расходует электроэнергию, поэтому подойдёт в случае, когда подача электричества нестабильна, часто случаются перебои. Эксплуатация возможна, даже если в нужный момент электричества нет. Главное, чтобы вода ранее уже была нагрета. При этом поверхность самого прибора будет оставаться холодной. Это делает его использование безопасным. Размещать бойлер можно как горизонтально, так и вертикально. Внешне он аккуратен и производит приятное впечатление.

Обогреватель проточного действия

Такие агрегаты не так популярны, как предыдущие. Внутри него находится мощный прибор, который нагревает проточную воду. Электричество в таком случае используется непрерывно. Вода должна подаваться стабильно, в противном случае её температура будет непостоянной. Производительность составляет 3-4 литра в минуту.

Какой же вариант лучше подойдёт для бани? Это вопрос индивидуальный. При желании на всякий случай всегда можно установить оба прибора, но мало кто так делает, предпочитая выбрать что-то более подходящее.

Какие ТЭНы бывают

Важнейшая часть водонагревателя – трубчатый электронагреватель (ТЭН). Он играет роль аккумулятора. Он состоит из металлической трубки, заполненной внутри электроизоляционным материалом. ТЭНов на рынке огромное множество, ознакомиться с ними вы можете на сайте https://santekhnikoff.ru/shop/folder/teny-dlya-vodonagrevatelej, а мы же коротко расскажем об основных видах.

ТЭНы делятся на два вида.

Мокрые ТЭНы

Это открытое устройство, напрямую контактирующее с водой. В полой трубке находится вещество, проводящее тепло. Их преимущества: высокая скорость нагрева жидкости, низкая цена. В остальном они довольно сильно уступают другому виду.

Сухие ТЭНы

Они не соприкасаются с водой напрямую. Трубка выполнена из керамики и запаяна. У такого нагревательного элемента много достоинств:

• Безопасность, исключается возгорание;
• Длительный срок эксплуатации;
• Экономичен;
• Прост в использовании;
• Легко ремонтируется.

Недостатков не много, но они есть:

• Высокая цена;
• Низкая скорость нагрева.

Внутри обоих устройств находится нихромовая спираль.

Другая важная характеристика открытых устройств – типы крепления. Они бывают:

• Гаечные или фланцевые;
• Без анодных креплений;
• Прямые или гнутые элементы.

Самые распространённые материалы, из которых делают ТЭНы:

• Нержавеющая сталь. Недорогая, но и не прослужить долго;
• Медь. Более долговечный материал;
• С серебряным напылением. Прослужит долго, не подвержен накипи.

В ТЭНе обязательна трубка термостата, потому что именно в неё устанавливаются датчики.

Выбор бойлера – это только полдела. Для его качественной работы необходимо внимательно выбрать подходящий для него ТЭН. Это возможно, если тщательно изучить все указанные выше аспекты, сопоставить свои потребности, платёжеспособность и лёгкость в использовании. И важно, чтобы дешевизна детали не преобладала над безопасностью в эксплуатации.

Источник статьи: http://baniaisauna.ru/6032-ten-dlya-nagreva-vodi.html

Проектирование бань | Totalarch

Вы здесь

Трубчатые электронагреватели для обогрева бань

Наибольшие неудобства электрических спиралей проявлялись при нагреве воды. Решение было найдено с помощью трубчатых электронагревателей (ТЭНов), изготовляемых в виде стальных или алюминиевых трубок, внутрь которых вдевались спирали с керамическими бусами (рис. 172,а), или со слюдой, асбестом и т. д. Такие ТЭНы ещё и сейчас можно встретить в эксплуатации и даже в продаже. Несмотря на сложность сборки (особенно при сложных формах трубки, сгибавшейся в основном до закладки в неё спирали с бусами), такие ТЭНы в ряде случаев были очень удобны из-за того, что допускали разборку, сборку и ремонт на месте.

Рис. 172. Принцип устройства трубчатого электрического нагревателя (ТЭНа): а — устаревшая конструкция с фарфоровыми бусами, электроизолирующими нихромовую спираль трубки; б — современная конструкция с электроизолятором в виде засыпки порошком тугоплавкой окиси. 1 — металлическая трубка (например, стальная), 2 — керамические изоляционные кольца (бусы), охватывающие спираль, 3 — нихромовая спираль, 4 — фарфоровый торцевой изолятор, закреплённый на трубке, 5 — токоподводящий зажим болтовой со сквозным проходом нихромовой проволоки, 6 — токоподводящий зажим болтовой с болтовым закреплением проволоки, 7 — порошок диэлектрической окиси, 8 — металлическая трубка (например, из нержавеющей стали или коррозионностойкого сплава «инкаллой», или латуни, или алюминия), 9 — нихромовая проволока или лента, 10 — электроизолирующий герметик (пластмасса, стекло, керамика), 11 — металлический контакт, напрессованный чулком на конец проволоки.

В последние десятилетия разборные ТЭНы были вытеснены неразборными конструкциями (рис. 172,б), которые стали основной покупной элементной базой вместо спиралей. Суть технического решения состоит в следующем. В вертикально удерживаемую металлическую трубку вдевают и точно центрируют по оси (в том числе дополнительной вспомогательной трубкой, временно вставляемой в трубку) металлическую проволоку или спираль так, чтобы проволока или спираль не касались трубки. Затем трубку с виброутряской засыпают некомкующимся, хорошо сыпучим (лучше сфероидизированным и суспендированным в воде) диэлектрическим тугоплавким порошком. После этого металлическую трубку обжимают (катают, сдавливают) с уменьшением диаметра, например, с 15 мм до 12 мм и ещё меньше, в результате чего порошок в трубке уплотняется, причём в основном во внешних слоях) и прочно фиксирует спираль, не допуская её касания стенок. Концы спиралей обжимаются в металлических токопроводящих мундштуках-контактах и уплотняются герметиком. Ценным свойством такой конструкции является возможность согнуть её кольцами или спиралями (из-за сыпучести порошка) в компактную конструкцию. Ясно, что чем ближе спираль к трубке и чем плотнее порошок между спиралью и трубкой, тем лучше ТЭН. Так что технология изготовления ТЭНов сложна и ответственна.

В настоящее время ТЭНы выпускаются сотнями предприятий по всему миру для тысяч назначений. Поэтому конструкции их бывают самыми разнообразными. Для нагрева воды (кипятильники, чайники, котлы, стиральные и посудомоечные машины и т. п.) и масла (электрообогреватели, полотенцесушители и т. п.) при температуре до 100°С используются алюминиевые, латунные, стальные никелированные трубки, кварцевый песок и пластмассовый или стеклоэмалевый герметик. Для нагрева воздуха при температурах 100-500°С используются стальные (в том числе нержавеющие) трубки, порошки плавленной окиси кремния (кварца) или периклаза (окиси магния), легкоплавкое стекло в качестве герметика. Для инфракрасных нагревателей с температурами 500-900°С используются жаростойкие трубки из хромистых сталей (в том числе из сплава «инкаллой») с керамическим покрытием, порошки высокочистой плавленной окиси магния и керамические спекаемые герметики.

Рис. 173. Водонагревательные приборы на основе ТЭНов: а — водонагревательный ТЭН в сборе, б — электрочайник (водонагреватель накопительный), в — проточный водонагреватель, г — накопительный (беспроточный) водонагреватель, водогрейный бак (или масляный воздухонагреватель), д — проточно-накопительный водонагреватель. 1 — стенка ёмкости с водой, имеющая отверстие для крепления ТЭна, 2 — герметизирующая прокладка (резиновая, пластиковая, паронитовая и т. п.), 3 — фланец ТЭНа, 4 — трубка ТЭНа, согнутая в спираль, 5 — прижимная (упорная) шайба, 6 — болтовое крепление ТЭНа, 7 — герметичное крепление трубки с фланцем с помощью сварки или пайки.

ТЭНы для нагрева воды преимущественно выпускаются для стационарной установки в подводном положении (рис. 173), хотя выпускаются и погружные кипятильники, временно опускаемые сверху в ёмкости с водой любой конструкции. ТЭНы для подводного монтажа имеют фланец 3, герметично соединяемый с трубкой 4. В ёмкости с водой 1 делается отверстие, которое через уплотнительное кольцо 2 закрывается фланцем 3, притягиваемым с помощью болтовой системы 6. Как правило, трубка ТЭНа свивается в компактный по размерам узел (рис. 173 б, в, д), чтобы он поместился в ёмкости с водой. Однако, в ряде случаев бывает желательна протяжённая конструкция (рис. 173,г).

Рис. 174. Воздухонагреватели на основе ТЭНов: а, б — электроконвекторы; в,г — банные электропечи-каменки; д,е — теплоаккумулирующие воздухонагреватели. 1 — ТЭН, 2 — крючок для подвеса (крепления) ТЭНа, 3 — подвод холодного воздуха, 4 — вывод горячего воздуха через отверстия (перфорации) в корпусе, 5 — камни, 6 — корпус каменки (в том числе экранированный), 7 — термостойкая теплоизоляция (базальтовая вата, перлит), 8 — теплоёмкий сердечник, теплоаккумулирующие термостойкие массивные блоки (например, магнезитовые) или обычные керамические кирпичи нагреваемые до 600-650°С, 9 — экран, 10 — вентилятор.

ТЭНы для нагрева воздуха (а также камней) герметичного крепления обычно не требуют (рис. 174). Даже в случае каменок для саун предусматривается лишь защита от потоков воды сверху вниз. В ряде моделей эта защита отсутствует, поскольку предполагается, что воду льют только на горячие камни, а они, мол, воду вниз не пропускают. К сожалению, протечки воды сквозь раскалённые камни на пол являются обычным событием. Поэтому ТЭНы для каменок делают не U-образными, а широкими П-образными на всю ширину каменки с тем, чтобы в центральной зоне камней, куда льют воду, располагался горизонтальный участок (чаще всего волнистый) ТЭНа и отсутствовали бы токоподводящие контакты (рис. 174,г). В связи с этим отметим, что ТЭНы, располагающиеся в воздухе (правая часть рисунка 174,в), постоянно находятся примерно в одних и тех же условиях теплоотдачи, а ТЭНы, располагающиеся в глубине засыпки камней (левая часть рис. 174,в), претерпевают сильные изменения теплоотдачи. Действительно, в начальный период после включения каменки холодные камни отбирают тепло с поверхности ТЭНа более интенсивно, чем холодный воздух. В заключительные же периоды прогрева каменки горячие камни уже не в состоянии отобрать тепло с поверхности ТЭНа, поэтому последний перегревается. Ситуация, в общем-то, аналогична той, которая имеет место в топке кирпичной дровяной печи, когда раскалённые стенки печи уже не могут поглощать тепло от огня. Поэтому ТЭНы для каменок (а также для теплоаккумулирующих воздухонагревателей) должны иметь повышенную термостойкость или автоматически отключаться (регулироваться) при перегреве. Особенно опасны местные перегревы, которые не могут контролироваться обычной автоматикой с единым температурным датчиком. Поэтому предприятия-изготовители электрокаменок обращают внимание покупателей на недопустимость размещения в местах сгибов трубок ТЭНов скоплений мелких камней, которые в засыпке имеют пониженную теплопроводность, не могут отвести тепло от поверхности ТЭНа (точно так же, как и песок), вследствие чего являются причиной местного перегрева трубки ТЭНа. Электрокаменки для домашних саун имеют номинальную мощность (3-12) кВт, для общественных саун («профи») — (12-30) кВт.

ТЭНы для инфракрасного нагрева в быту всегда пользовались дурной славой у населения из-за высокой пожароопасности: температура поверхности ТЭНов свыше 500°С могла вызвать воспламенение бумаги, древесины, тканей. Тем не менее из-за очень низких цен инфракрасные обогреватели пользовались успехом. Наиболее известными у нас в быту были переносные спиральные лучистые нагреватели (электрокамины), а также ТЭНовые инфракрасные обогреватели по конструкции похожие на электрокалориферы (рис. 174,а), только имеющие защитное металлическое сетчатое ограждение. Воздухонагревательные ТЭНы для них мощностью 2 кВт производятся и продаются поныне по очень низкой цене. В промышленности требовались высокотемпературные инфракрасные излучатели большой единичной мощности (10-100) кВт для потолочных систем лучистого обогрева производственных цехов, для сушки листовых материалов, для высокотемпературной полимеризации лакокрасочных покрытий, в частности, автоэмалей и т. п. Поэтому жаростойкие стальные трубки ТЭНов стали дополнительно защищаться сверху от окисления напылёнными или химически осаждёнными слоями окисной, карбидной или нитридной керамики. Кстати, наличие керамического покрытия на поверхности ТЭНов удачно (по мнению продавцов) обыгрывается коммерческой рекламой: мол, засыпка порошка периклаза внутри ТЭНов «вырезает» из излучения электрической спирали узкий спектральный диапазон, затем слои инкаллоя и поверхностной керамики «вырезают» из этого узкого диапазона ещё более узкие спектральные диапазоны, в результате чего получают излучение с длиной волны, например, строго 10 мкм, являющейся «резонансной» для человеческого организма, вследствие чего инфракрасные «сауны» и кабины являются (по мнению «физиотерапевтов и передовых врачей») столь полезными для здоровья. В действительности же, в этих «научных» рассуждениях всё является неправдой от начала до конца: материалы ТЭНов никаких спектральных областей прозрачности не имеют, свойств «резонансности» организм не имеет, полезность инфракрасных кабин в серьёзной медицине не установлена.

Рис. 175. Инфракрасные ТЭНы и лампы: а —ТЭН с нихромовой нитью накаливания и керамической неэлектропроводной трубкой; б —лампа накаливания с цилиндрическим трубчатым баллоном; в — линейная газоразрядная металлогалогеновая лампа; г — керамический электропроводный штифт; д — потолочный рефлектор (отражатель); е — потолочная тепло-излучающая кассета (панель); ж — электропечь-каменка с кварцевыми ТЭНами (ООО «Электропечь»); з — электропечь-каменка муфельная с керамическими (фарфоровыми) ТЭНами. 1 — клеммы (контактный узел болтовой, штырьковый, резьбовой патронный и т. п.), 2 — спираль из нихромовой проволоки, 3 — керамическая диэлектрическая прямая трубка (или изделие сложной формы) из шамота, фарфора, кварца и т. п., 4 — колба (баллон) из оптического плавленного кварца (кварцевого стекла), 5 —стеклянная трубка с люминофором, 6 — кварцевая газоразрядная лампа (ампула, трубка), 7 — стержень (штифт) из токопроводящей керамики, 8 — трубчатый инфракрасный источник, 9 —параболический отражатель из полированного или никелированного металла, в частности из анодированного зеркального алюминия, 10 —ход лучей в отражателе, преобразующихся в направленный луч (пучок) света, 11 — теплоизолирующая кассета, препятствующая уходу тепла вверх в потолок и ограничивающая распространение инфракрасных лучей в стороны и вверх, 12 — термостойкая теплоизоляция (песок, перлит, базальтовая вата), 13 — ТЭНы с нихромовой нитью и керамическими нетокопроводными трубками, 14 — каменная засыпка, 15 — ТЭНы с кварцевыми трубками, 16 — экран, задерживающий инфракрасное излучение от раскалённого корпуса печи.

Применение металлов и их сплавов в высокотемпературных ТЭНах не оправдано, поэтому до сих пор живы и даже развиваются ТЭНы с термостойкими диэлектрическими трубками (рис. 175). Прежде всего, это наиболее древние решения из электротехнических сортов фарфора (щелочных алюмосиликатов), шамота, непрозрачного кварца. Такие ТЭНы по-прежнему широко применяются в промышленных печах производственного назначения (рис. 175,а). Во-вторых, это электроосветительные приборы, которые являются оптическими и неминуемо содержат инфракрасную (тепловую) составляющую спектра излучения. Усугубляя недостатки осветительных приборов путём уменьшения доли светоотдачи в видимом диапазоне (в том числе снижением температуры излучателя) можно обеспечить нужные характеристики излучения инфракрасного диапазона.

Осветительные приборы подразделяются на лампы накаливания (рис. 175,б), газоразрядные лампы (рис. 175,в) и излучающие штифты — керамические стержни (рис. 175,г). Лампы накаливания представляют собой нить (тонкую проволочку) из металла, разогреваемую протекающим током до высоких температур (выше 1200°С), когда свечение нити становится видимым (теряет красные и жёлтые цвета и становится белым). Для предотвращения окисления нить накаливания обычно скручивают в спираль, помещают в колбу из стекла, либо вакуумируемую, либо заполненную инертной газовой средой (обычно 86% аргона и 14% азота или 86% криптона и 14% азота). Бытовые лампы накаливания обычно выполняются с круглым (грушевидным) баллоном (колбой) с односторонним токоподводом в виде резьбового цоколя диаметром 14, 27 или 40 мм. В настоящее время нити ламп накаливания изготавливают из вольфрама, причём короткие (компактные) спирали приходится изготавливать из очень тонкой проволоки. Температура плавления вольфрама очень высока 3380°С, но реализовать такую температуру даже в инертной газовой среде не удаётся. Так, в вакууме уже при 2200°С вольфрам быстро испаряется, и поверхность колбы чернеет. В среде криптона с азотом температуру вольфрамовой нити можно поднять до 2400°С, но всё равно через год эксплуатации колба темнеет, а нить утоньшается и перегорает. Наиболее совершенной конструкцией является галогеновая лампа накаливания. Это в общем-то самая обычная вольфрамовая лампочка, внутри колбы которой помещают небольшое количество кристаллического йода (который относится к химическому классу галогенов-галоидов). Напомним во избежание недоразумений, что бытовой медицинский «йод» является 5%-ым раствором йода в этиловом (пищевом) спирте, а элемент йод является кристаллическим порошком тёмно-фиолетового цвета с температурой плавления 114°С и кипения 186°С (при давлении в 1 атм). При нагреве лампы пары йода соприкасаются с вольфрамом, осаждённым на стенках лампы, и образуется летучий йодистый вольфрам. Это соединение в виде пара образуется уже при сравнительно низких температурах 100-200°С, но при температурах выше 2000°С, попадая в зону раскалённой нити, йодид вольфрама разлагается на йод и вольфрам. Последний осаждается на нить, а йод в виде газа (пара) перемещается к стенкам колбы и вновь вступает в реакцию с вольфрамовым налётом на колбе. Поэтому нить в процессе работы лампы практически не утоньшается, а стенки колбы остаются чистыми. Это позволяет существенно поднять температуру нити до 2800°С и значительно повысить световую отдачу. На практике это даёт возможность кардинально уменьшить размеры ламп и выполнять их в миниатюрном исполнении (например, для фар автомобилей или точечной подсветки в жилых помещениях). Всё это может быть использовано и в теплотехнических целях. Несмотря на то, что лампы накаливания испускают интенсивный белый свет, максимум излучения приходится на А-инфракрасный диапазон (0,95 мкм при 2800°С), причём три четверти светового потока испускается в спектральной области более 0,95 мкм. Все знают, как жарко светят театральные и телевизионные «юпитеры» (так назывались первые киносъёмочные модели осветительных прожекторов).

Инфракрасные лампы накаливания для тепловых воздействий имеют удлиненную (линейную) цилиндрическую колбу (рис. 175,б) и помещаются в фокус рефлектора из зеркального анодированного алюминия (рис. 175,д). Колбы предпочтительно изготавливать из плавленного оптического кварца (чистой окиси кремния, имеющей температуру плавления порядка 1700°С), обеспечивающего прозрачность колбы для длинных волн излучения до 4 мкм (рис. 176). В качестве нити накаливания в последние годы стали использовать вместо вольфрама углеродную (карбоновую) нить, промышленный выпуск которой налажен уже в нескольких странах для производства особо прочных термостойких композитных материалов (температура эксплуатации углерода до 3600°С). Вместе с тем, для дешёвых бытовых излучателей может использоваться и нихромовая проволока, способная нагреваться до 1000-1100°С и давать жёлтое свечение с максимумом излучения на длине волны около 2 мкм. В качестве электропроводника можно использовать и ионизированный газ-плазму, возникающую при электрическом пробое газа в колбе. Пробой и последующий газовый разряд легко осуществляется при пониженных давлениях газа порядка 0,1-1 мм рт. ст. Простейшие газоразрядные лампы низкого давления известны как «неоновые» рекламные трубки, использующиеся для оформления светящихся надписей, например, над магазинами. Заполнение колб неоном даёт красный цвет излучения, гелий в зависимости от давления даёт розовый, жёлтый и зелёный цвета, аргон, ксенон и криптон дают различные оттенки голубого цвета. Но это только при протекании через газы электрического тока: в лампах накаливания газы в колбе не светятся, поскольку для возбуждения атомов газов требуются удары энергичных электронов. Для повышения интенсивности излучения в инертные газы добавляют ртуть, дающую мощные ультрафиолетовые лучи. Для перевода ультрафиолетовых лучей в видимые лучи используют слой люминофора, наносимый на внутреннюю стенку колбы. Такие осветительные газоразрядные ртутные лампы называются люминесцентными (в быту — лампами дневного света) и выпускаются номиналом от 6 до 150 Вт (и не более даже в случае большой длины колбы 1 метр и более). Теплового излучения люминесцентные лампы не дают, что и обуславливает их высокий КПД по видимому излучению.

Рис. 176. Спектральная прозрачность слоев воды (1), оконного стекла натриевого (2), кварца плавленного оптического (3) и флюорита — фторида кальция CaF₂ (4).

Более мощные ртутные газоразрядные лампы, пригодные для освещения улиц, основаны не на слабомощном тлеющем разряде низкого давления, а на мощном дуговом разряде высокого давления. Разряд возбуждается в герметичной кварцевой ампуле при низком давлении газа, затем из-за нагрева газа и испарения ртути давление в ампуле возрастает, и разряд из тлеющего переходит в дуговой режим. Кварцевая газоразрядная ампула помещается в стеклянную вакуумируемую колбу с внутренним слоем люминофора. Такие лампы марки ДРЛ с круглой колбой и резьбовым цоколем выпускаются номиналом от 50 до 2000 Вт. Разновидностью таких ламп являются металлогалогенные лампы ДРИ, которые конструктивно мало отличаются от ДРЛ, но содержат в ампуле кроме ртути галогенные излучающие добавки (галоидные соли металлов, например, йодистый натрий). Такие лампы ДРИ имеют большую номинальную мощность от 250 до 3500 Вт и обладают значительной долей инфракрасного излучения. В развитие этих разработок шведская фирма «Фрико» выпускает мощные инфракрасные обогреватели ЖСР для нагрева наружных площадок, содержащие линейные металлогалогенные газоразрядные лампы единичной мощностью 1500 Вт и длиной 35 см (рис. 175,в). Отметим, что в последние годы появились лампы ДРВ, не требующие для своего подключения дроссельно-конденсаторной группы.

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

Источник статьи: http://health.totalarch.com/bathhouse/5/8/2