Устройство конвектора и принцип его действия

В условиях сурового российского климата зимой может быть холодно даже в хорошо утепленных квартирах и домах. А если центральное отопление дает сбои, то жилье лишается комфорта. Появляется необходимость в другом источнике тепла. И выбором современного человека становится электрический конвектор, принцип работы которого мы рассмотрим в этой статье.

Устройство и принцип действия электрического конвектора

Слово «конвектор» происходит от названия одного из видов теплопередачи – конвекция. Его суть заключается в непрерывном перемещении воздушных масс из-за неравномерного нагрева различных слоев. Плотность газов зависит от температуры: чем теплее воздух, тем он легче. А по закону Архимеда все менее плотные тела в жидкости или газе всплывают наверх. Поэтому теплый воздух всегда под потолком, а холодный – над полом.

Вы скажете: причем тут конвектор, как работает прибор? Устройство снабжено нагревательным элементом. А если специально подогревать воздух снизу, то он становится теплым и перемещается наверх. На его место приходит порция холодного газа, который тоже нагревается и всплывает под потолок. И так происходит до тех пор, пока весь воздух в помещении не станет примерно одинаковой температуры.

Устройство и электрическая схема

В устройство конвектора электрического входят:

• Металлический корпус;
• Нагревательные элементы;
• Датчик температуры;
• Терморегулятор;
• Панель управления (включение и выключение, регулировка температуры);
• Датчик безопасности (отключение автоматическое при перегреве);
• Датчик опрокидывания (отключение автоматическое при падении прибора).

Внимание! Не все элементы обязательно должны входить в конструкцию: на рисунке выше отсутствует датчик опрокидывания.

Нагреватель и датчики с терморегулятором заключаются в корпус из металла, а панель управления выносится на его поверхность сверху или сзади, иногда сбоку. Нижняя часть открыта для свободного поступления холодного воздуха внутрь. В верхней части корпуса видно решетку, шторки которой направляют теплые массы вверх.

Выше приведена электрическая схема конвектора. В ней указаны основные элементы:

• Шнур с вилкой на конце включается в сеть 220В и обеспечивает прибору питание;
• С помощью клавишного выключателя можно включить или выключить конвектор, не вынимая вилки из розетки;
• Панель управления (контактная) для установки температуры, до которой должен нагреться воздух;
• Электронагреватели – элементы, выполненные из металла с большим сопротивлением. Благодаря этому они обеспечивают нагрев при прохождении по ним электрического тока;
• Термовыключатель, или датчик безопасности, размыкает цепь, если температура стала выше допустимой;
• Терморегулятор постоянно сравнивает значение установленной температуры с реальной. Если реальная больше указанной, то цепь размыкается, и нагрев прекращается. Если реальная меньше, то цепь замыкается, воздух снова греется.

Рассмотрим подробнее, как регулируется температура, и почему конвектор автоматически отключается при перегреве и опрокидывании.

Как регулируется температура

Установить желаемую температуру воздуха можно с помощью панели управления, повернув рукоятку. Что же происходит с конвектором внутри во время этого поворота?

Чтобы происходил нагрев, цепь должна быть замкнута. Терморегулятор должен размыкать ее, если температура стала слишком высокой. Но при охлаждении он должен автоматически замкнуть ее снова, чтобы воздух продолжал нагреваться. Для этого терморегулятор оснащают подвижным элементом. Поворачивая ручку, мы меняем угол наклона этого элемента.

Датчик температуры имеет пластинку, выполненную из материала с высоким температурным расширением. Пока воздух холодный, она контактирует с подвижным элементом терморегулятора. Пластинка меняет свое положение в зависимости от степени нагрева воздуха. Чем жарче, тем сильнее она откланяется. И отклоняться она будет до тех пор, пока не разомкнет цепь. Причем это произойдет быстрее, если установить низкую температуру.

При разомкнутой цепи нагрев не идет, поэтому воздух охлаждается. Пластинка на термодатчике тоже охлаждается и возвращается в исходное положение – к элементу терморегулятора, угол наклона которого задает пользователь. Цепь снова замыкается, и воздух греется.

Отключение при перегреве

Если терморегулятор или термодатчик вышел из строя, нагревание будет беспрерывное. При этом температура поднимется до такого уровня, что появляется риск возгорания. Для исключения таких случаев в электрическую цепь конвектора включают размыкающий ключ, изготовленный из материала с высоким температурным расширением. При достижении определенного значения температуры, ключ изгибается, размыкая цепь. Поэтому конвекторы – безопасные электрические обогреватели.

Отключение при опрокидывании

Мобильные конвекторы легко опрокинуть. Это опасно, потому что корпус нагрет до температуры 50-60 градусов: могут испортиться легкоплавкие материалы на полу. Чтобы при падении прибора прекратился нагрев, цепь должна разомкнуться. Это возможно благодаря ключу, работающему по принципу маятника.

На вертикальном участке цепи расположена пластинка, которая свободно вращается вокруг своей оси. При вертикально стоящем конвекторе пластинка соединяет верхнюю часть цепи с нижней. Но стоит прибору упасть, электроцепь примет горизонтальное положение. При этом пластинка, повернувшись под действием силы тяжести, все равно будет направлена вниз. Образуется зазор, и ток перестает поступать к нагревательному элементу.

Совет! Поднимите конвектор и поставьте вертикально. Он автоматически заработает, потому что пластинка снова повернется, замкнув цепь.

Отличие от радиатора

Чтобы сделать выбор между двумя видами обогревателей нужно знать, чем отличается конвектор от радиатора. Устройство и принцип работы первого прибора мы уже знаем. Теперь изучим радиатор.

Конструкция и принцип действия

Радиатор – полая металлическая конструкция, заполненная теплоносителем. В электрических моделях это минеральное масло, в центральных системах отопления – вода. Но нас интересуют только масляные (электрические) радиаторы.

Внутри полости расположен нагревательный элемент. Сначала он нагревается сам, потом оно передает тепло маслу, которое делится тепловой энергией с корпусом. Только потом воздух, касаясь нагретого металла, становится теплым, и он всплывает. Тут тоже речь идет о конвекции, но путь нагрева слишком долгий и затратный.

Преимущества конвекторов перед радиаторами

Технические характеристики – это то, чем отличается конвектор от обогревателя радиаторного типа еще кроме принципа действия. Сравним их:

1. Расходы электроэнергии. Конвекторы экономичнее, поскольку включаются только на время, чтобы подогреть воздух до нужного значения. Затем отключаются;
2. Масса. Масляные радиаторы могут весить до 15-20 кг, а самые массивные конвекторы – не более 10 кг;
3. Температура корпуса. У конвекторов – не более 60 градусов, а у радиаторов она равна температуре нагретого масла. Это может быть 80, 90 и выше (легко получить ожог);
4. Скорость обогрева. Пока у радиатора нагреется внутренний элемент, потом масло, потом корпус, потом воздух, конвектор уже прогреет почти всю комнату (газ контактирует с нагревателем без посредников).

Единственное, чем радиатор лучше конвектора, — это стоимость. Если для обогрева комнаты площадью в 15 квадратов масляный обогреватель стоит около 1000, то простой конвекционный камин обойдется в 2000 рублей. Конечно цена может варьироваться в зависимости от модели прибора, важно на этапе покупки понимать по каким критериям выбирать конвектор для дома . Но разница в цене окупается долговечностью — конвекторы служат более 10 лет.

Устройство и принцип работы электрического конвектора

Электрический конвектор – это один из наиболее популярных обогревателей, используемых для обогрева бытовых, промышленных и офисных помещений. Не смотря на достаточно широкую популярность обогревателя данного типа, мало кто имеет представление о том, как он работает, и для чего служат те или иные элементы управления конвектора.

Рассмотрим принцип работы конвекционного обогревателя. Принцип работы электрического конвектора основан на естественной циркуляции (конвекции) воздуха. Конвектор, как правило, имеет прямоугольную форму, внутри него расположен электрический нагревательный элемент.

На поверхности конвектора есть отверстия, предназначенные для циркуляции воздуха. Конвектор устроен таким образом, что поступающий из нижних и боковых отверстий воздух нагревается после прохождения через нагревательный элемент и затем выходит через отверстия, расположенные на лицевой панели конвектора.

Например, обогреватель масляного типа обогревает помещение за счет теплового излучения, которое исходит от нагретых радиаторов. В конвекторе иной принцип – нагрев помещения осуществляется за счет направленного потока нагретого воздуха. Благодаря этому, конвектор обогревает помещение значительно быстрее и, что не менее важно — равномерно по всей площади.

Нагревательный элемент современного конвектора низкотемпературный, он изготавливается из специального сплава, благодаря чему он разогревается значительно быстрее обычных нагревательных элементов трубчатого типа. Как правило, через 30-60 с после включения в сеть, конвектор уже начинает отдавать тепло в помещение.

КПД обогревателя данного типа достигает 90% благодаря тому, что практически вся энергия идет на разогрев помещения, в отличие от других типов обогревателей, например, масляного, который начинает отдавать тепло в помещение не сразу, а только после того, как прогреется его теплопроводящая среда – масло, а затем его металлический корпус (радиатор).

Бытует мнение, что обогреватели, в том числе и электрические конвекторы, сжигают кислород. Но так ли это на самом деле? Как и упоминалось выше, в электрическом конвекторе устанавливают низкотемпературные нагревательные элементы, максимальная температура их нагрева, как правило, не превышает 600 60 о С.

При такой температуре кислород не сжигается, что является существенным преимуществом конвектора, по сравнению с другими типами электрических обогревателей, нагревательные элементы которых нагреваются до нескольких сотен градусов. Кроме того, низкая рабочая температура конвектора позволяет его устанавливать практически повсеместно, в том числе и вблизи пожароопасных поверхностей, например, на деревянной стене.

А каким образом конвектор может эффективно обогреть помещение, если рабочая температура его нагревательных элементов значительно ниже, чем в обогревателях другого типа?

Нагревательный элемент конвектора имеет значительно больший размер, по сравнению с нагревательными элементами, которые имеют более высокую рабочую температуру. Благодаря этому, конвектор выделяет достаточное количество тепла и, не смотря на низкую рабочую температуру его нагревательных элементов, способен обогреть значительную площадь. В зависимости от мощности, один конвектор может обогреть помещение площадью до 30 кв. м.

В большинство конвекторов устанавливают термостат, который предназначен для регулировки температуры нагревательного элемента и соответственно температуры воздуха, которая отходит от конвектора. На более дешевых моделях устанавливают механические термостаты, при помощи которых регулировка температуры производится грубо.

Дорогие модели снабжаются электронными термостатами, которые позволяют регулировать температуру с высокой точностью – до десятой доли градуса. Для бытового применения не столь важна точная регулировка температуры. Если в помещении холодно и нужно его быстрее прогреть – термостат выставляют на максимальную температуру. При достижении оптимальной и комфортной температуры термостат может быть установлен на меньшее значение температуры.

Точность регулировки температуры актуальна при необходимости поддержания температуры в тех помещениях, где необходимо соблюдать строгий температурный режим. Благодаря электронному термостату возможна реализация автоматической регулировки температуры в помещении.

Помимо термостата, на электрическом конвекторе предусматривается переключатель для подачи напряжения на нагревательный элемент. В конвекторах мощностью 1500-2500 Вт может быть 2-3 нагревательных элемента и соответственно переключатель на несколько положений. Например, при установке в первое положение включается один нагревательный элемент, во второе положение – два нагревательных элемента, а в третьем положении конвектор работает на полную мощность – то есть включаются все три нагревательных элемента.

На некоторых типах электрических конвекторов устанавливаются независимые выключатели для каждого из нагревательных элементов. Такой вариант включения нагревательных элементов наиболее приемлем, так как в случае перегорания одного нагревательного элемента, можно включить другой, находящийся в исправном состоянии, в то время как при перегорании ТЭНа в конвекторе со ступенчатым переключателем, высока вероятность того, что ни в одном из положений переключателя конвектор работать не будет.

Наличие термостата и переключателей нагревательных элементов позволяет регулировать температуру нагрева воздуха в достаточно широких диапазонах.

Электрические конвекторы могут монтироваться непосредственно на стену или устанавливаться на полу. В случае установки обогревателя данного типа на полу есть опасность его опрокидывания, что может стать причиной возникновения пожара. Поэтому практически во всех конвекторах предусматривается специальное защитное устройство, которое автоматически отключает питание нагревательных элементов в случае случайного или самопроизвольного опрокидывания конвектора.

Принцип данного защитного устройства следующий. Когда конвектор находится в вертикальном положении, контакты замкнуты, и нагревательные элементы конвектора получают питание. В случае опрокидывания конвектора, то есть при отклонении от вертикального положения на заданное значение угла, контакты защитного устройства размыкаются и нагревательные элементы конвектора обестачиваются.

Следует отметить, что конвектор работает в нормальном режиме только в том случае, если происходит беспрепятственная циркуляция воздуха. Поэтому, во избежание выхода конвектора из строя накрывать его запрещено.