ТЕН зустрічається в багатьох пристроях: у побутовій техніці, що застосовується вдома, в обладнанні, яке використовується у виробничому масштабі. Він являє собою простий і елементарний пристрій, принцип роботи якого відомий багатьом. Це досить давній винахід – ТЕН є майже ровесником відкриття електрики. Ось тільки, як і багато інших винаходів, у широке споживання він увійшов відносно недавно. Але тепер можна легко купити ТЕНи для водонагрівачів, обігрівачів, пральних машин, духовок, електроплит і багатьох інших пристроїв – вони доступні на ринку у великій різноманітності. Розглянемо, як розвивалася історія створення ТЕНа, якими вони були на початкових етапах, як були модернізовані та вдосконалені з часом.

В якому році винайшли ТЕН

Майже кожному пристосуванню для обігріву, доступному зараз на ринку України, властиве застосування ТЕНа – трубчастого електронагрівача. Він складається зі спіралі в корпусі, при проходженні електрики через яку утворюється тепло. У наш час цей пристрій не сильно відрізняється від того, що було створено спочатку. Він був лише вдосконалений для підвищення різних якостей.

Патент на ТЕН належить американцеві Джорджу Б. Сімпсону. Тому на питання, де винайшли ТЕН, можна відповісти – у США. Він був зареєстрований 20 вересня 1859 року. Однак, цій події передували два інших відкриття – закон збереження і перетворення енергії та закон Джоуля-Ленца. Саме вони були фундаментом для створення електричного нагрівача.

У якому році було винайдено ТЕН і отримано перший патент на цей пристрій

Закон збереження і перетворення енергії був відкритий поступово і в основному протягом 19 століття працями декількох вчених, серед яких Готфрід Вільгельм Лейбніц, Юліус Роберт фон Майєр, Джеймс Джоуль і Герман фон Гельмгольц. Можна сказати, що це ті, хто винайшов перший ТЕН опосередковано, тобто створили основу для цього винаходу. Закон говорить про те, що енергія ніколи не береться з нічого і ніколи не пропадає в нікуди. Енергія у будь-якій формі є перетвореною з іншої. Наприклад, енергія тепла може бути перетворена в механічну енергію шляхом спалювання палива у двигуні. І навпаки – механічна енергія може бути перетворена в тепло шляхом тертя. Енергія світла може стати електрикою в сонячних панелях. Таким чином, вже тоді стало зрозуміло, що енергія електрики може бути перетворена в будь-яку іншу, в тому числі та в тепло.

Закон Джоуля-Ленца був сформульований в 1841 році. Працювали над ним два вчені незалежно один від одного – Джеймс Джоуль і Емілій Ленц, тому він і отримав подвійне ім'я. Суть фізичного закону полягає в тому, що кількість тепла (Q) прямо пропорційна опору провідника (R), часу проходження електрики через провідник (t) і силі струму у квадраті (I2). Закон записується у вигляді такої формули: Q=I2Rt. Будь-який електричний конвектор обігрівач працює на основі закону Джоуля-Ленца – перетворює електричну енергію в теплову.

Рекомендуємо товар
Ardesto CHH-2000MBR
В наявності
Електричний конвектор Ardesto CHH-2000MBR
2 відгуки
Площа, м²: 16-20, 11-15 | Керування: механічне | Термостат: механічний | Потужність, Вт: 1250, 2000

Той, хто винайшов ТЕН, взяв за основу саме ці два закони. Йому стало зрозуміло, що з електрики можна отримати будь-яку енергію, в тому числі та тепло, і потрібно лише придумати для цього спеціальний пристрій – “перетворювач електрики в тепло”. А також йому вже було відомо, що більший опір провідника й сила струму, то більше нагрівається провідник. Так у 1859 році та був створений і запатентований Джорджем Б. Сімпсоном перший у світі ТЕН. Але широкого поширення він тоді не отримав, оскільки до повсюдної електрифікації залишалося ще понад 50 років. А якщо у людей в будинках немає електрики, то і в ТЕНі не з'явилося ніякої необхідності.

Коли був створений перший ТЕН і як він тоді виглядав

У 1859 році перший ТЕН не сильно відрізнявся від сучасного. Наприклад, батарея із ТЕНом, придбана в будь-якому магазині Києва, матиме нагрівач з таким самим принципом дії, як задумав той, хто винайшов ТЕН, за винятком невеликих поліпшень.

Перший ТЕН являв собою спіраль провідника, яка була укладена в захисний корпус у вигляді трубки з металу. Назовні були виведені два контакти, через які на спіраль надходила електрика. Оскільки ТЕН був винайдений в середині 19-го століття, він був примітивним, не технологічним, не довговічним і малоефективним. Однак, він мав серйозний вплив на розвиток техніки в майбутньому.

Конструкція першого ТЕНа і який він мав вигляд

Чому провідник був саме у вигляді спіралі? Згідно із законом Джоуля Ленца, високий опір провідника (R) підвищує кількість тепла (Q). Опір провідника залежить від багатьох факторів, і один з них – його довжина. Тому стало зрозуміло, що потрібно використовувати якомога довший провідник. Але щоб пристрій не вийшов занадто громіздким, Джордж Б. Сімпсон надав цьому провіднику форму спіралі – у такому вигляді він має також досить великий опір, але потребує менше місця.

Для чого був використаний металевий корпус у вигляді трубки? Його основна функція – захист спіралі, оскільки вона тонка. Площа перетину провідника – це другий показник, який впливає на опір: що менше площа, то більший опір (уявіть, що менше діаметр водопровідної труби, то з більшим опором вода буде через неї проштовхуватися). Тому провідник для максимальної тепловіддачі повинен бути тонким. І щоб спіраль не пошкодилася від фізичного впливу, її було поміщено в трубчастий корпус з металу, який витримує високу температуру. Трубчастий корпус, крім цього, ще й допомагав розсіювати тепло більш рівномірно.

Рекомендуємо товар
Ecoteplo Elite 550 (5 секцій)
В наявності
Електрорадіатор Ecoteplo Elite 550 (5 секцій)
1 відгук
Потужність, Вт: 550 | Кількість секцій, шт: 5 | Підключення до електромережі: праворуч | Рекомендована площа для основного опалення, м²: 3-6 | Рекомендована площа для додаткового опалення, м²: 9-12

Винахід ТЕНа мав великий вплив на історію створення і розвитку обігрівача для опалення і техніки для нагріву води. Перший ТЕН у побутовій техніці був використаний у посудомийній машині в 1885 році. Він застосовувався для підігріву води. З того часу трубчастий нагрівач почав поступово входити в галузь побутових пристроїв. І в міру поширення електрифікації збільшувалася доступність техніки та поширення ТЕНа.

З того часу, коли були винайдені ТЕНи, принцип їх роботи не змінився. Згодом, протягом 20 століття, лише покращилася їх конструкція для того, щоб продовжився термін його експлуатації та підвищився ККД. Винахід ТЕНа став основою для різної побутової техніки, яка присутня у вас вдома. Наприклад, вони використовуються у складі панельного обігрівача, бойлера, пральної або посудомийної машини – в інтернет-магазині така техніка доступна у великій різноманітності.

Як працювали ТЕНи у 20-му столітті

Ми вже знаємо, в якому році з'явилися ТЕНи. Це була епоха зародження електрики, 19 століття. Протягом 20-го століття ця галузь стрімко розвивалася. У цей час було створено та вдосконалено безліч пристроїв, і за кілька десятків років будинки людей отримали обладнання і техніку, без яких зараз неможливо уявити собі нормальне життя – в магазинах з'явилися телевізори, пральні машини, електричні варильні поверхні, духовки, холодильники, електробойлери та багато іншого. Тому в цей час і звичайний ТЕН отримав кілька поліпшень, до яких відноситься:

  1. Використання ніхрому як нагрівальну спіраль. Ніхром (NiCr) – це сплав, який складається з нікелю (Ni) і хрому (Cr). Цей метал має властивості, які дозволяють використовувати його як нагрівальну спіраль ТЕНа. До його фізичних переваг відноситься здатність витримувати високі температури без стрімкого руйнування і плавлення (витримує понад 1100 °C). Також він відрізняється стійкістю до корозії та окиснення навіть під впливом температури. Крім того, ніхром має високий електричний опір, що дозволяє використовувати невелику кількість металу та струму для отримання достатньої кількості тепла. А також цей метал пластичний, тому з нього можна легко та без ризику зламу сформувати спіраль.
  2. У 1918 році інженер їх компанії General Electric Co отримав патент на новий вид ТЕНа. Від ТЕНа Джорджа Б. Сімпсона він відрізнявся тим, що між спіраллю і металевим корпусом є спеціальний порошок, який виконує кілька функцій. По-перше, він фіксує спіраль і не дає її виткам зімкнутися один з одним. По-друге, він виконує роль ізоляції спіралі від металевого корпусу, контакт з яким також призведе до замикання. І, по-третє, цей ізолятор електрики добре проводить тепло, краще за повітря, як і будь-який твердий матеріал, тому він підвищує ККД ТЕНа. Ось чому іноді на питання, коли та де винайшли ТЕН, відповідь може бути не 1859 рік, а 1918 рік, США.

Еволюція ТЕНа у 20-му столітті: у чому полягало нововведення

Саме такий ТЕН з наповнювачем у вигляді порошку та з ніхромовою спіраллю містить панельний, радіаторний, конвекторний або дуйка обігрівач і більшість інших пристроїв.

Історія ТЕНа у 21-му столітті

Історія винаходу ТЕНа не закінчується на впровадженні ніхромової спіралі та ізолюючого порошку. У 21 столітті технології дозволили поліпшити електронагрівальну трубку, зробити її більш довговічною та ефективною.

Рекомендуємо товар
WetAir WFH-28
В наявності
Тепловентилятор WetAir WFH-28
4 відгуки
Нагрівач: спіраль | Потужність, кВт: 1, 2 | Джерело енергії: електрика | Електроживлення, В: 230 | Площа приміщення, м²: 10, 20

З того часу, коли з'явилися ТЕНи, нагрівач переслідує одна проблема – спіраль з часом руйнується. Вона виготовляється з провідника з невеликою площею перетину, що необхідно для отримання високого електричного опору. І, оскільки товщина матеріалу невелика, він недостатньо міцний і з часом руйнується. Щоб продовжити термін експлуатації ТЕНа в сучасних умовах, використовуються поліпшені ніхромові сплави:

  • залізо, хром і алюміній, FeCrAl – сплав, який витримує без руйнування до 1350 °C, легко формується в спіраль, тримає форму й при цьому при виготовленні обходиться дешевше нихрому;
  • кентал, високолегований сплав заліза, хрому та алюмінію, який витримує температуру до 1500 °C і має всі інші властивості звичайного сплаву FeCrAl;
  • феронікель – до хрому та нікелю додається залізо, крім того, що воно забезпечує високу міцність, цей компонент також зменшує коефіцієнт теплового розширення, тобто при нагріванні спіраль розширюється менше, ніж звичайний нихром.

Еволюція ТЕНа в 21-му столітті: як змінився вибір матеріалів

Завдяки таким поліпшеним сплавам, сучасні ТЕНи можуть служити протягом 10-15 років. Такі нагрівачі застосовують різні види електричних обігрівачів, водонагрівальної техніки та інших пристроїв

Історія розвитку ТЕНів привела до використання більш ефективного наповнювача – ізолятора між спіраллю і корпусом. Тепер для цього застосовується оксидна кераміка з високим ступенем чистоти – MgO, Al₂O₃. Цей матеріал забезпечує рівномірне поширення тепла, витримує високі температури без деградації протягом тривалого часу, виключає пробої, утворення дуги та витік електрики.

Рекомендуємо товар
Термія Євро Економ ЕВНА-1,5/230 Н2 (сш)
В наявності
Електричний конвектор Термія Євро Економ ЕВНА-1,5/230 Н2 (сш)
2 відгуки
Площа, м²: 11-15 | Керування: механічне | Термостат: електронний | Потужність, Вт: 1500

Сучасні ТЕНи виготовляються з поліпшеним корпусом. Для цього застосовуються різні сплави міді, титану, сталі, а також неметалеві матеріали – кварц і кераміка. Ці матеріали корпусу електронагрівача забезпечують такі властивості:

  1. Зменшення інтенсивності утворення накипу та корозії при роботі у воді чи вологому середовищі.
  2. Можливість роботи в агресивних середовищах – кислотах, сольових розчинах. У тому числі стійкість до забруднень, які можуть бути у водопровідній або колодязній воді. Коли виконується підключення систем опалення у Києві або інших населених пунктах, де вода не досить чиста, ця властивість має велике значення для обладнання, що нагріває теплоносій.
  3. Нагрівання без виділення шкідливих речовин, що важливо для побутових обігрівачів, пристроїв, що використовуються для нагрівання води в гігієнічних цілях або приготування їжі.
  4. У деяких ТЕНах використовуються спеціальні матеріали корпусу, які при нагріванні інтенсивно випромінюють інфрачервоне випромінювання. ІЧ-промені поглинаються предметами та нагрівають повітря. Таку технологію застосовують інфрачервоні радіатори та обігрівачі в асортименті, доступні в магазині, вони забезпечують швидке нагрівання.

Сучасні ТЕНи: ефективне використання інфрачервоного випромінювання для швидкого й економічного нагрівання

Розвиток напівпровідників дозволив створити інтелектуальні ТЕНи. Деякі моделі оснащуються датчиками температури та навіть контролерами. Завдяки цьому стала можлива розробка автоматичних ТЕНів, які нагріваються до заданої температури та підтримують її. Той, хто зробив перший ТЕН, навіть не уявляв собі такого технологічного прогресу.

Також зараз широко використовуються ТЕНи з декількома ступенями потужності. У них не два, а три, чотири або більше контактів. Один загальний, інші підключають ту чи іншу ділянку спіралі. Таким чином, можна регулювати температуру нагрівання і кількість споживаної енергії. Це підвищує зручність експлуатації та екологічність ТЕНа.

Крім того, сучасні технології дозволяють створювати ТЕНи в різних фізичних формах. Вони можуть бути гнучкими, стрічковими, які застосовуються в електричних теплих підлогах і їх продаж зараз відбувається дуже активно. У деяких випадках корпуси ТЕНів створюються за допомогою 3D-формування, що дозволяє їм точно повторювати необхідну геометрію посадкового місця в бойлері або котлі.

Рекомендуємо товар
Woks Mat 160 (1,00 м2) 160 Вт
В наявності
Електрична тепла підлога Woks Mat 160 (1,00 м2) 160 Вт
2 відгуки
Вид кабелю: двожильний | Ширина мата, м: 0.5 | Потужність, Вт: 160 | Довжина мата, м: 2 | Площа обігріву нагрівального мату, м²: 1

З огляду на те, в якому році був створений перший ТЕН, можна сказати, що за більш ніж 150 років розвитку, пристрій зазнав ефективних поліпшень. Завдяки цьому трубчастий електричний нагрівач використовується тепер повсюдно.

Тепер ви знаєте, хто і коли винайшов перший ТЕН, як цей пристрій розвивався, які нововведення і поліпшення він отримав. Сучасний трубчастий електричний нагрівач відрізняється від найпершого, тепер в ньому використовуються більш досконалі матеріали та технології, які дозволяють зробити ТЕН ефективним, економічним, надійним і довговічним. Але принцип дії залишився колишнім.