Плоский нагревательный элемент своими руками

Нагревательный плоский элемент представляет собой ТЭН, выполненный из пластин разного материала. Они изготовляются из определенной формы, каждая из которых служит для нагрева плоских деталей. Плоский нагревательный элемент по своей конструкции напоминает резиновую проволоку, присоединенную к специальному корпусу. Он может изготовляться из металла, керамики или миканита. Данное устройство работает от простой электросети с напряжением 220 В. С помощью электричества нагревается резиновая проволока. Затем она передает свое тепло на нагревательный плоский элемент. Такую схему используют для производства отопительных приборов.

Производство плоских нагревательных элементов

При изготовлении различного оборудования возникает необходимость нагреть воду, воздух или твердые металлические элементы. Чтобы это осуществить, необходимо преобразовать тепловую энергию в ее другой вид, то есть в электрическую, ядерную, энергию от звуковых волн и т.д.

Как говорилось ранее, в качестве нагревательного элемента используется резиновая проволока или лента. Такие нагреватели не заключаются в герметичный корпус, а отдают тепло напрямую. Проволока и лента изготовляются из материалов, которые имеют высокое сопротивление и низкий температурный коэффициент.

В процессе производства электрический ток должен хорошо взаимодействовать с проволокой. Чтобы увеличить его проводимость, применяют токопроводящую пасту. Она наносится на специальную подложку.

На сегодняшний день многие фирмы производят нагревательный плоский элемент, выполненный из керамики, металла, а также пленки. Они выполняются определенной геометрической формы. Гибкий плоский нагревательный элемент должен иметь толщину в пределах от 0,1 до 0,5 мм. Изделия из металла и керамики имеют толщину больше, чем предыдущий вид, она находится в пределах от 1 до 3 мм.

Токопроводящая паста наносится на подложку по специальному рисунку.

С помощью такой технологии можно наносить токопроводящую пасту на любые поверхности. После этого на поверхности плиты образуется пленка толщиной 200 мкм. Как правило, конструкторы изготавливают многослойные конструкции, которые используются в различных обогревательных приборах. Излучаемый тепловой поток нагревает помещение за короткое время, при этом тратится меньше электроэнергии, если сравнивать с другими устройствами. Это осуществляется за счет токопроводящей пасты, которая нанесена на нагревательный плоский элемент в несколько слоев. Тепло распространяется равномерно благодаря качественному контурному рисунку.

Особенности нагревательных элементов

Плоские нагревательные элементы способны решать множество технических задач. Они изготавливаются различных размеров и геометрических форм, благодаря чему их можно легко установить на любую поверхность. Несмотря на то что такая конструкция имеет маленькую мощность, она способна быстро и равномерно обеспечивать теплопередачу. В процессе производства допускается изготовлять нагревательные элементы одинаковой геометрической формы, но они должны иметь разную мощность, а также способность к распределенной нагрузке. Такие устройства применяются в том случае, когда необходимо сохранить конкретные температурные показатели рабочей поверхности.

Одной из особенностей данного устройства является низкая тепловая масса, благодаря чему происходит быстрое изменение температуры. Установка температурного режима, а также изменение его показателей происходит при помощи специального переключателя.

В обычных нагревательных приборах передача тепла осуществляется с помощью специального изолятора. Некоторое количество вырабатываемой энергии поглощается. Следствием этого является сниженный КПД нагревательного прибора. Плоские силиконовые нагревательные элементы не препятствуют передаче тепла, то есть процесс происходит напрямую. Именно поэтому экономится электроэнергия. Такие нагревательные устройства имеют низкую стоимость.

Сам элемент имеет малые габаритные размеры и небольшой вес, поэтому она легко скрывается в основном оборудовании.

Технические характеристики

Плоские нагревательные элементы обладают такими характеристиками:

• напряжение питания;
• сопротивление поверхностного резистивного слоя;
• напряжение пробоя;
• изменяемое сопротивление в процессе работы;
• мощность;
• рабочая температура.

Параметры

1. Плоские нагреватели излучают равномерное тепло на другую поверхность, при этом перепады температур минимальны.
2. Низкая инерционность обеспечивается за счет отсутствия теплоизоляции, то есть тепло передается напрямую.
3. В процессе изготовления можно получить нагревательный элемент, имеющий различные мощности и геометрическую форму.
4. Мощность рассеивания достигает 40 Вт/см2.
5. Температура нагрева на металле достигает 450 ºС, а на пленке — 90 ºС.
6. Оборудование устойчиво к большим температурным перепадам.

Положительные стороны

Среди преимуществ выделяют следующие:

• низкий расход электроэнергии;
• малые габаритные размеры и вес;
• наличие элемента, который повторяет особенности нагреваемой поверхности, что значительно снижает теплопотери;
• при одинаковом расходе тепловой энергии прибор работает как для производственных целей, так и для бытовых.

В чем выгода?

Прежде всего, такая конструкция быстро окупается, так как устройство потребляет меньше электроэнергии, чем стандартные приборы.

Применение

Плоские нагревательные элементы используются в таких отраслях:

• для изготовления различных приборов, которые осуществляют быстрый и равномерный нагрев;
• в автомобильном производстве — для приборов, обогревающих стекла, а также тех, которые функционируют при отрицательной температуре и т.д.

Плоские и гибкие нагреватели удовлетворяют все требования людей.

Нагревательный элемент для чайника

В этом приборе он является важным устройством. От него зависит скорость закипания воды, а также степень шума. Здесь применяется два типа устройств: открытая спираль и диск.

В моделях с открытым нагревательным элементом вода соприкасается со спиралью. Такие модели почти не издают шум, но их стоимость высокая. Основные требования при работе — чтобы вода полностью покрывала спираль. В противном случае устройство быстро выйдет из строя. Кроме того, на спирали образуется накипь, которую необходимо периодически чистить. Такие модели приборов встречаются довольно редко.

Плоский нагревательный элемент для чайника чаще расположен в нижней его части. Такие элементы имеют форму диска. Так, образуется большая площадь контактирования с водой, и она быстрее закипает. В отличие от спирального вида, здесь можно регулировать объем воды самостоятельно. Здесь необязательно, чтобы чайник заливался до определенной черты. Электричество подается через специальную подставку. Чайник на ней может вращаться на 360 градусов.

Еще одним положительным качеством является простота очистки от накипи. Так как нагревательный элемент имеет форму диска, его можно легко протереть.

Отзывы

Многие люди пользуются приборами с плоским нагревательным элементом.

Как сделать плоский нагревательный элемент своими руками

За короткий промежуток времени можно изготовить данное устройство своими руками. В качестве него может выступать устройство для нагрева воды. Для этого необходимо взять две тонкие пластины. Как правило, используют лезвия. Не рекомендуется применять пластины из меди, так как они могут отравить воду. Между двумя лезвиями располагают спичку. Очень важно, чтобы они не касались друг друга. К каждой из них присоединяется медный провод. Изолировать его не нужно. При работе с таким устройством следует придерживаться некоторых правил:

• перед началом работы в воду погружается сначала устройство, а потом оно включается в сеть;
• нельзя греть соленую воду, так как может возникнуть короткое замыкание;
• во время нагрева запрещается прикасаться к воде.

Такое устройство чаще всего используют на дачах или солдаты в армии.

Заключение

Плоские нагревательные элементы — это новое оборудование, которое удовлетворяет все требования заказчика.

Итак, мы выяснили, что собой представляет плоский нагревательный элемент, где он используется и как его изготовить своими руками.

Самая частая причина выхода из строя электрического паяльника это перегоревшая спираль нагревательного элемента. Даже если есть в наличии нихромовая проволока подходящего диаметра и длины, намотать новую спираль практически может, не получится (для паяльника, рассчитанного на напряжение 220 вольт точно), уж больно близко должны располагаться витки спирали друг к другу чтобы поместилось необходимое количество. Такая намотка под силу только специальному оборудованию. Не беру в расчёт отдельных энтузиастов, которым это удалось. Что же касается паяльников рассчитанных на напряжение 110 вольт и ниже (например в паяльных станциях), то тут уже всё более реально. Необходимое сопротивление нагревательного элемента (нихрома) гораздо ниже и соответственно длина проволоки, которую надо намотать должным образом, значительно меньше. Но есть ещё изолирующий диэлектрик под названием слюда, которая по своей сути «недотрога» – крошится и рассыпается даже при самом нежном с ней обращении. Короче ремонтом паяльников больше заниматься не собирался и вдруг нахожу информацию, что слюду может прекрасно заменить тандем, состоящий из самого обычного талька и конторского клея, которые образуют защитное покрытие сродни керамическому. Попробовал – получилось.

Для изготовления миниатюрного нагревательного элемента необходимо: нихром диаметром до 0,1 мм, тонкая (чуть толще нихрома) не упругая стальная проволока, асбестовая нить и самая тонкая швейная игла, вставленная в разметочный предмет чертёжного набора под названием «готовальня». Первое действие это прочное и компактное соединение концов нихромовой и стальной проволок методом скрутки.

Теперь нужно собрать представленную схему. Она поможет определиться с длиной нихромовой проволоки, из которой следует намотать нагревательную спираль.

Когда всё подключено, плавно увеличиваем напряжение, смотрим на показания вольтметра блока питания и амперметра. В данном случае при напряжении в 11 вольт токопотребление составило практически 0,5 А. Перемножив эти показатели, получаем ориентировочную мощность будущего нагревательного элемента – 5,5 Вт. Спираль ещё не разогрелась до красна (на полную мощность) и не надо её жечь, уже и так ясно, что можно будет по готовности нагревательного элемента подавать на него и 12 и даже 13 вольт. Так что желаемая мощность в 8 Вт будет легко достигнута. Напоследок замеряется сопротивление участка нихромовой проволоки, на которую подавалось напряжение – для сопоставимого контроля длины при намотке спирали.

Для начала процесса намотки стальная проволочка продевается в тоже «ушко», что и иголка, на которую насажена асбестовая нить призванная выполнить роль оправки для намотки спирали и одновременно основания будущего нагревательного элемента. Важно – перед началом намотки место соединения нихрома и стальной проволочки должно находиться, по крайней мере, в нескольких миллиметрах (2 – 3 мм) от края асбестовой нити в сторону её середины (на верхнем фото сбилось, перед намоткой поправлял). Намотать лучше немного больше, когда игла будет вытащена отмотать лишнее можно легко – домотать, не получится. Снятую с иглы спираль на асбестовой нити измеряют на предмет определения сопротивления и подгоняют под необходимое.

Далее потребуется тальк и конторский (силикатный) клей. Предстоит самое неконкретное действие, ибо способ нанесения защитного слоя (полного диэлектрика в будущем, после высыхания) может в принципе быть разным. Предлагаю посмотреть видео с тем, который показался наиболее прогрессивным по всем показателям. И в первую очередь по расходу талька.

Видео

Это первый этап покрытия, второй после 10 минутного подсыхания. Можно в принципе и не делать, всё решает визуальный контроль при помощи увеличительного стекла. Витки нихрома не должно быть видно.

Почти готовый нагревательный элемент (осталась просушка), длина 15 мм, диаметр 2 мм. Оптимальное напряжение питания 12 В, мощность 8 Вт. Просушка – на горячую батарею отопления, на следующий день подключил к БП подал напряжение достаточное для нагрева до 50 градусов (контроль мультиметром в режиме измерения температуры) – дал остыть и разогрел до 100 градусов, потом ещё до 150. Можно ставить по месту, эксплуатационные испытания на следующий день.

Вывод

На этом заканчивать не собираюсь, метод весьма перспективный и многообещающий, в ближайших планах изготовление более крупного керамического нагревательного элемента. Изюминка метода в том, что спираль, лишённая контакта с кислородом воздуха более выносливая и соответственно долговечная. Автор материала – Babay iz Barnaula.

При наличии доступа к бытовой электросети обогрев помещения не является проблемой: в магазинах полно изделий на любой вкус и кошелек.

Но что делать тому, у кого вместо полновесных 220-ти вольт имеется только 12?

Оказывается, такое скромное напряжение тоже может служить источником живительного тепла, вот только устройство для его извлечения придется изготовить самостоятельно. Как делается обогреватель 12 вольт своими руками?

Вариант №1: обогреватель для автомобиля

Конечно, в исправном автомобиле 12-вольтовый электрообогреватель, мягко говоря, ни к чему. Но все может быть: случается, что печка отказывается работать в самый “подходящий” момент, и автолюбитель, сидящий внутри неутепленной металлической коробки, остается с лютым морозом один на один. Также самодельный обогреватель на 12 в может понадобиться при поломке системы обогрева заднего стекла.

• компьютерный блок питания;
• кулер (маленький вентилятор): его можно извлечь из того же блока питания;
• паяльник со всем необходимым для пайки;
• провод;
• фрагмент кафельной плитки;
• болты М5 с гайками того же диаметра (8 штук);
• проволока из нихрома.

Если все готово, можно приступать к созданию самодельного обогревателя.

Изготовление корпуса

В первую очередь, компьютерный блок питания нужно разобрать на составляющие. Разборку осуществляем в полном объеме: снимаем зафиксированную саморезами электронную плату, кулер, а также разъемы и переключатели (в процессе работы обогревателя они могут стать источником неприятного запаха).

Знаете ли вы, что пламя свечи может использоваться для обогрева помещения? Рассмотрим принцип работы свечного обогревателя, а также поговорим о нюансах его использования.

Может ли нанести вред здоровью использование инфракрасного обогревателя? Ответ на этот вопрос вы найдете далее.

Задались вопросом, что лучше: конвектор или масляный обогреватель? Здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/obogrevateli/chto-luchshe-konvektor-ili-maslyanyj-obogrevatel.html приведены сравнительные характеристики данных приборов по различным параметрам.

Изготовление нагревательных элементов

Чтобы сделать нагревательный элемент, не нужно «изобретать велосипед»: в этом качестве будем использовать нихромовую спираль – такую же, какая установлена в любом ТЭНе. Нихром (сплав никеля и хрома) является проводником, но при этом обладает значительным электрическим сопротивлением, поэтому при пропускании через него электротока сильно греется.

Спирали изготавливаются путем наматывания нихромовой проволоки на любой стержень цилиндрической формы.

Важно так подобрать сопротивление нагревательных элементов и схему их подключения (параллельно или последовательно), чтобы обогреватель не перегружал бортовую электросеть.

В противном случае работа прибора будет сопровождаться всякого рода нежелательными явлениями, например, недостаточной подзарядкой аккумулятора.

В качестве примера рассмотрим автомобиль марки Daewoo Sens. Установленный в нем электрогенератор рассчитан на ток силой в 70 А. В таких условиях допустимо использовать электрообогреватель, потребляющий ток в 10 – 15 А – такая нагрузка для бортовой электросети будет практически незаметной.

Готовые нихромовые спирали нужно прикрутить к обрезку кафельной плитки при помощи болтов М5 и таких же гаек. Кафель для этого придется просверлить.

Плитку с нагревателями нужно закрепить в корпусе от блока питания таким образом, чтобы установленный на свое место кулер обдувал ее, выгоняя теплый воздух в салон автомобиля. В итоге мы получим 12-вольтовый тепловентилятор.

Чтобы материал не раскрошился, на него в месте сверления нужно наклеить скотч или пластырь, при этом сверло должно вращаться с минимальной скоростью.

Сборка обогревателя

На этапе сборки монтируются кулер и крышка.

После чего к обогревателю подключаются все провода.

Их сечение должно соответствовать расчетной силе тока.

В медном проводе на каждые 10 А должен быть 1 кв. мм сечения, в алюминиевом – 1,25 кв. мм.

Не путайте диаметр жилы с площадью ее сечения – для проводов малого диаметра эти величины очень похожи.

Также в цепь прибора нужно врезать плавкий предохранитель, который опять же подбирается в зависимости от рассчитанной силы тока.

Установка

Несмотря на скромное напряжение, самодельный обогреватель потребляет внушительный ток и разогревается достаточно сильно. Во избежание аварийных ситуаций крепить его нужно надежно, чтобы во время движения автомобиля прибор случайно не упал.

Вариант №2: самодельная термопленка

Из нихрома получаются хорошие термоэлементы, но что делать, если этого материала под рукой не нашлось? Оказывается, его может заменить обычная сажа.

Она также является проводником с высоким сопротивлением, но при этом обладает важной особенностью: значительная часть тепловой энергии выделяется нагретым материалом в виде инфракрасного излучения.

Это значит, что обогреватели с углеродным элементом греют не только воздух, но и непосредственно пользователя, находящегося в зоне действия ИК-излучения. Такое свойство позволило создавать на основе углеродистых излучателей тонкие пленочные обогреватели.

Прибор будет состоять из таких компонентов:

• два прямоугольных куска стекла размером примерно 30х70 мм;
• алюминиевая фольга;
• 2-жильный провод с вилкой.

Понадобятся, также, кое-какие инструменты, материалы и изделия:

• паяльник;
• мультиметр;
• свеча;
• герметик или клей;
• ватная палочка.

Обогреватель изготавливается в несколько этапов:

1. Стекла нужно вымыть, обработать обезжиривателем и высушить.
2. Зажигаем свечу и начинаем двигать над ней один из стеклянных прямоугольников, в результате чего он покроется сажей. Чем больше будет копоти, тем меньшим окажется ее электрическое сопротивление.

Операцию нужно периодически прерывать, чтобы стекло могло остыть.

Теперь из алюминиевой фольги нужно вырезать две детали в форме продолговатых прямоугольников, длина которых будет соответствовать ширине полоски сажи.

Они будут выполнять функцию клемм для подключения проводов.

На данном этапе нужно замерять сопротивление углеродистого покрытия. Кладем на него с двух сторон алюминиевые контакты и прижимаем их вторым стеклом.

Теперь можно воспользоваться мультиметром, приложив его щупы к выступающим фрагментам алюминиевой фольги. Нас устроит сопротивление в 120 Ом, тогда мощность прибора составит 1,2 Вт. Если прибор показывает другое значение, нужно убрать (для увеличения сопротивления) или добавить (для уменьшения) немного сажи.

1. Как только удастся достичь нужного сопротивления, при помощи ватной палочки очищаем края стекла от сажи на ширину примерно в 5 мм.
2. Зачищенные края прокопченной стекляшки смазываем клеем, затем снова укладываем контакты из фольги (их теперь нужно укоротить на 10 мм) и приклеиваем сверху вторую стеклянную заготовку. Дело сделано, теперь обогреватель можно подсоединять к 12-вольтовому источнику.

Вместо сажи можно использовать смесь графита и эпоксидного клея. Тогда в качестве основы вместо стекла можно применить слоистый бумажный пластик.

Вариант №3: «грелка» для рук

Для того чтобы спастись от холода при помощи этого обогревателя, достаточно иметь заряженный автомобильный аккумулятор.

Приготовьте следующие изделия:

• большую металлическую банку из-под кофе (диаметром около 100 мм и высотой примерно 200 мм);
• патрон от автомобильного стоп-сигнала с лампочкой для него мощностью 25 Вт (имеет фиксатор байонетного типа);
• плавкий предохранитель на 2 А;
• провода;
• деталь в форме буквы «П» от детского конструктора;
• два винта М2,5 с гайками (можно позаимствовать из того же конструктора).

Инструментарий понадобится более чем скромный:

• дрель с набором сверл;
• паяльник и припой для него.

1. Банку из-под кофе превращаем в решето – высверливаем в ее стенках множество отверстий диаметром 3 мм. Подобное отверстие нужно просверлить в самом центре днища емкости.
2. Патрон от лампы прикручиваем с одной стороны к П-образному кронштейну от детского конструктора, после чего другой стороной этот кронштейн следует прикрутить к днищу банки (для этого мы и сверлили отверстие в его центре).
3. В стенке банки напротив патрона просверливаем еще одно отверстие, диаметр которого должен составлять примерно 7 мм. В нем следует закрепить гильзу из любого токонепроводящего материала. В гильзу продеваем 2-жильный провод с сечением жил не менее 1 кв. мм, который нужно подключить к патрону (кронштейн для этого придется временно открутить).
4. Вернув кронштейн на место, вкручиваем в патрон 25-ваттную лампочку и закрываем банку крышкой.
5. Остается подключить обогреватель к аккумулятору через 2-амперный предохранитель.

Время разогрева для этого обогревателя составляет примерно 10 мин. Греть на нем руки следует с осторожностью, так как температура металлической банки становится достаточно высокой.

Разумеется, самодельным электрообогревателем, пусть даже таким маломощным, нельзя пользоваться в помещении, наполненном горючими газами и испарениями. Также его следует убирать подальше от легковоспламеняющихся материалов.

Следите за уровнем заряда аккумулятора. Если напряжение на его клеммах упадет до 10 В, обогреватель нужно срочно отключить. Если этого не сделать, аккумулятор необратимо испортится.

На сегодняшний день многообразие обогревателей настолько велико, что покупателю сложно определиться с выбором прибора. В данной статье рассмотрим керамические обогреватели для дома – принцип действия и критерии выбора.

В чем преимущества и недостатки потолочных инфракрасных обогревателей, вы узнаете в этом материале.

Видео на тему