Електричний елемент, що складається з металевої спіралі, вставленої в металеву трубку таким чином, що спіраль ізольована від трубки за допомогою керамічного матеріалу, був запатентований 1859 паном Сімпсоном, але минуло ще півстоліття, перш ніж ці елементи стали випускати.
На початку ХХ століття США було розроблено новий тип металу. Цей сплав складався з 80% нікелю та 20% хрому та характеризувався високим питомим опором та високою стійкістю до окислення. Тоді ж з'явилася можливість проектувати елементи старої запатентованої конструкції, а під час Першої світової війни було розроблено трубчасті елементи з металевою оболонкою. Принципова конструкція цих елементів за роки не змінилася.
В 1918 компанія Дженерал Електрик (General Electric Company), США, отримала патент на трубчасті елементи з металевою оболонкою, наповнені ізоляційним порошком, який фіксує положення спіралі опору, завдяки редукції трубки. При цьому редукція трубки виконується за допомогою волочіння, обтискання, пресування або прокатки. Потім елемент можна гнути на будь-який потрібний кут без значних збитків для його електричних або термічних властивостей. Оскільки спіраль зафіксована у трубці, немає жодної небезпеки короткого замикання між спіраллю та оболонкою. Завдяки фіксації спіралі також підвищується рівномірність розподілу тепла по трубці.
З'явилися інші патенти, більшість яких забороняло виробництво цього виду трубчастих елементів за межами США. Тільки після Другої світової війни «порошковий метод» став широко відомим за межами США.
Тільки на початку 20-го століття, через п'ять десятиліть після свого створення, ТЕН стали широко використовуватися, як важливий елемент в нагрівачах, що застосовуються для побутових і промислових потреб для обігріву приміщень. Тоді ж і був налагоджений їхній серійний випуск.
Сьогодні сфера застосування ТЕН значно розширилася.
Унікальність ТЕНів полягає в тому, що вони здатні працювати в різних середовищах. Це можна зрозуміти, якщо подивитися на те, що вони використовуються для нагрівання повітря та інших газів або їх сумішей; води або несильних розчинів лугів, кислот та інших агресивних середовищ, а також олій та жирів; деяких металів та їх сплавів; прес-форм і навіть плавлення селітри. Щоб досягти таких результатів, використовуються такі методи - конвекція, теплопровідність або випромінювання (коли відбувається безпосереднє перетворення електроенергії на теплову).
Дивуєшся, коли вивчаєш робочі характеристики цих нагрівачів. Розглянемо, для прикладу, їхню робочу температуру, яка знаходиться в межах від декількох десятків градусів до (увага!) 750 С! Крім того, існують ТЕНи так званого спеціального виконання, розраховані на ще більші значення температур. Такі «живчики» здатні на багато! Тому вони й змогли так швидко стати такими популярними. Як тільки світ дізнався про їхнє існування, то промисловість уже не могла без них обійтися.
Конструкція трубчастих електронагрівачів (ТЕН)
Сьогоднішній ТЕН - це спіраль або кілька спіралей, виготовлені зі спеціального сплаву, що має високий опір, оснащені спеціальними контактними стрижнями та поміщені у металеву оболонку. Важливо відзначити, що спіралі та контактні стрижні від оболонки ізолюються (спіраль - електроізоляційним спресованим наповнювачем, стрижні - діелектричними ізоляторами), а торці Тена герметизуються, щоб захистити його від попадання всередину.
ТЕН у розрізі
1. металевий корпус
2. наповнювач
3. спіраль
4. контактний стрижень у закладенні
5. герметик
6. ізолятор
7. контактний стрижень
L - розгорнута довжина
la - активна довжина
lk - довжина контактного стрижня у закладенні.
Крім герметизації, кінці ТЕНів зазнають ще однієї процедури - на них встановлюються штуцери. Вони необхідні для зручного кріплення Тена на місці використання (найчастіше вони різьбові). Ще один важливий момент, що стосується конструкції Тена - на торцях виводяться (знову ж різьбові) шпильки, призначені для підведення напруги живлення.
Тепер поговоримо про матеріал для трубчастих електронагрівачів. Найчастіше для цієї мети використовується сталь 10 або нержавіюча сталь. У першому випадку ТЕН здатний витримати вплив хіба повітря, води, деяких нейтральних або малоактивних розчинів або масел, і т.д.
Для використання в агресивних середовищах потрібні нагрівачі, виготовлені з нержавіючої сталі. Більш того, для кращої хімічної та електрохімічної стійкості ТЕНи часто покривають спеціальними покриттями. Найчастіше, у цьому випадку застосовуються методи лудіння або нікелювання, також можливе використання методу обгортання фторопластом. Для посилення ефекту буває, що трубки виготовляються подвоєною товщиною.
При виборі трубчастого електронагрівача варто звернути увагу на такий показник, як його потужність. Багато хто про це забуває, проте при роботі нагрівача, виготовленого з тієї ж сталі 10, на звичайному повітрі потужність приладу не повинна перевищувати двох Ват на квадратний сантиметр. При роботі у водному середовищі цей показник може бути, звичайно, значно вище, але і тут є деякі обмеження - він не повинен перевищувати 13 Ватт на горезвісний квадратний сантиметр. У разі перевищення зазначених значень будьте готові до того, що почнеться стрімка руйнація нагрівача.
Пару слів про те, яку форму можуть мати трубчасті електронагрівачі у стандартному заводському вигляді. Найпростіша – це, звичайно, пряма. Також існують ТЕНи з U-подібною формою профілю та формою типу «скріплення». Геометрично ці форми розрізняються трьома основними показниками — діаметром трубки, довжиною самого ТЕНу (суворо розгорнутому вигляді), і навіть відстанню між його центрами. Однак у довідниках зазвичай вказуються деякі інші показники — це та сама довжина ТЕНу (щоправда у зігнутому вигляді) і довжина петлі. Також не можна не згадати показник глибини закладення струмопровідної шпильки.
