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.

Работа механического терморегулятора в отличие от термостата

Механический терморегулятор важен для работы отопительных систем и систем кондиционирования. Основная функция прибора — регулировать температуру в помещении. Благодаря терморегулятору сокращается использование энергетических ресурсов. Он начинает нагревать или охлаждать воздух в помещении, как только будет достигнута определенная температура. Например, если воздух охладится до температуры ниже 10 °C, терморегулятор начнет вырабатывать тепло.

Существует две основные разновидности приборов. Они могут быть электронными или механическими. Каждый из видов подразделяется на несколько подвидов. Электронные терморегуляторы работают от электричества. Их основными компонентами являются электронные микросхемы. Главные составляющие механических приборов — датчики с разной технологией срабатывания. Однако, несмотря на разную технологию срабатывания, в основу каждого из них положен один и тот же принцип работы термореле.

Чтобы понять суть работы механического прибора, необходимо знать, как изменяются физические свойства различных веществ. Как известно, по законам физики почти все вещества увеличиваются в объеме, если их нагревать и, наоборот, уменьшаются в объеме при охлаждении. Вещество, которое является исключением — вода. Молекулы воды при нагревании и охлаждении ведут себя иначе по сравнению с молекулами других веществ. Вода при нагревании, наоборот, уменьшается в объеме, а при охлаждении расширяется. В основу принципа действия механических приборов для регулировки температуры положено как раз такое свойство. Оно называется термическим расширением.

Необходимо также знать об отличиях термостата от терморегулятора, которые кажутся одинаковыми приборами. Первый нужен для измерения и регулирования температуры воздуха в помещении, а термостат — это устройство, основная задача которого — защищать аппараты от перегрева.

Защита может быть обеспечена либо за счет применения все тех же терморегуляторов, либо протеканием фазового перехода. Таким фазовым переходом может быть, например, процесс таяния льда.

Механические терморегуляторы нередко применяются в системах полов с подогревом.

Главными плюсами механических приборов являются:

1. 1. Простота и понятность управления. Для включения достаточно нажать на соответствующую кнопку. После этого нужно лишь повернуть рукоятку до определенного температурного значения. Например, если нужно поддерживать температуру воздуха в помещении 20 °C, то нужно лишь повернуть ручку регулировки до отметки «20». Тогда при понижении температуры ниже этой отметки прибор начнет нагревать воздух. Если же температура станет выше отметки 20 °C, начнется охлаждение помещения.
2. 2. Надежность использования и функционирования. После отключения прибора не придется снова устанавливать прежние настройки, так как все они сохранятся. Та же самая ручка регулировки, установленная на отметке в «20», так и будет располагаться на этой отметке.
3. 3. Терморегулятор сможет исправно работать даже в том случае, если температура окружающей среды очень низкая. К примеру, у электронных приборов для регулирования температуры в таких условиях не все сенсоры могут сработать.
4. 4. Невысокая цена по сравнению со стоимостью электронных видов таких приборов.
5. 5. Долгий срок службы и неприхотливость в уходе. Даже в самых сложных условиях любая модель механического прибора будет продолжать работать.
6. 6. Разнообразие дизайна.

Имеются у такого терморегулятора и некоторые недостатки.

Распространенные из них следующие:

• низкая функциональность;
• во время его работы могут издаваться небольшие щелчки, которые появляются, как правило, при подаче напряжения на инфракрасные нагреватели;
• у таких приборов имеется некоторая погрешность.

Обычно механический терморегулятор имеет световой индикатор, который светится красным, как только прибор начинает выполнять свою основную функцию: то есть обогрев помещения. Все остальное время, пока устройство включено, но еще не перешло в режим обогрева, индикатор светится зеленым цветом.

Механические терморегуляторы могут работать по-разному. Самые распространенные варианты — это приборы, основанные на биметаллических элементах, а также устройства, основанные на газах, способных увеличиваться и уменьшаться в объеме под влиянием внешней температуры. Модели терморегуляторов, в основу работы которых положен именно этот принцип, выполняют одну главную задачу — они замыкают и размыкают электросеть в том случае, когда достигается установленная температура.

Принцип работы терморегулятора с биметаллическими пластинами, используемого наиболее часто, заключается в следующем:

1. 1. Как только температура окружающей среды уменьшается, биметаллическая пластина устанавливается на свое место, что приводит к замыканию контактов.
2. 2. Индикатор начинает светиться красным цветом, и нагревательный элемент приступает к выполнению своей основной функции — нагреванию.

При использовании биметаллического механического терморегулятора важно помнить о том, что расширение, как и сжатие — это процессы, которые происходят не за одно мгновение. Перед тем как прибор должным образом сработает, пройдет какое-то время.

Обычно простые механические приборы имеют воздушный термодатчик. Этот элемент может быть встроен в сам прибор или вынесен за корпус устройства. Воздушные датчики реагируют на изменение температуры гораздо быстрее, чем вышеозначенные биметаллические. Такие датчики зачастую представляют собой довольно большой по площади металлический диск, наполненный газообразным веществом. Большая площадь такого элемента механического терморегулятора способствует быстрому реагированию на изменение температуры окружающей среды.

К особенностям датчиков относятся их упругость и наличие гребней. Как только температура начинает повышаться, газ, находящийся между дисками, увеличивается в объеме. В результате диски разъединяются, и тот из них, который расположен внутри, оказывает давление на небольшой переключатель, находящийся в средней части прибора. Цепь размыкается, нагревание прекращается.

Когда окружающая температура уменьшается, газ между пластинками сжимается, и диски снова примыкают друг к другу, давление на переключатель больше не оказывается, и снова включается нагрев. Чаще всего модели имеют световые индикаторы, кнопку включения и ручку для регулировки температуры.

Если терморегулятор перестал нормально функционировать, следует прежде всего разобраться, что с ним произошло, какая именно деталь вышла из строя. В подавляющем большинстве случаев причиной поломки терморегулятора является неправильно работающий термоэлемент. Единственный правильный выход — приобрести новое устройство. Стоимость его не так уж и высока, чтобы принимать какие-то меры по ремонту.

Механический терморегулятор имеет множество преимуществ перед электронным. И главные из них — низкая цена, простота в эксплуатации, долговечность.