Как устроен электрический чайник

Устройство электрочайника

Подставка электроприбора

Основополагающий связующий элемент питания электроприбора – это подставка электрочайника. Внутри подставки находятся электрические контакты, тот, что по центру – нужен для заземления, боковые направляют ток в чайник (220В).

@Electrik.info

Нагревательный элемент

Эффективность работы прибора зависит от его элемента нагрева (ТЭН), который расположен внутри чайника на самом дне. Бывает двух типов: изогнутый или закрытый. На границах данного элемента должны быть изолированные выводы, подающие питание в устройство.

@Shop.by

Включение электроприбора

В любом электрическом приборе установлен специальный рычажок, отвечающий за включение/выключение электрочайника. После нажатия на него выключатель подаёт напряжение на ТЭН и приводит в действие механизм нагрева.

Чтобы защитить электрочайник от перегрузок и не допустить замыкания электроприбора, предусмотрено тепловое реле. Местом его расположения чаще всего является ручка чайника. Нередко для удобства реле совмещено с выключателем. Реле фиксирует скачки напряжения, перегревы или замыкания и прекращает подачу питания.

@polar.ru

Индикатор включения/выключения

У многих моделей имеется индикатор, сигнализирующий о состоянии электроприбора. Выглядит как маленькая лампочка, расположенная вблизи клавиши включения. Лампочка загорается и горит, пока электрочайник работает и гаснет сразу после его выключения.

Электрические нагревательные элементы с закрытой спиралью

Чтобы избавиться от открытой спирали, были изобретены Трубчатые Электрические Нагреватели – ТЭНы. Конструкция ТЭНа показана на рисунке ниже.

   Конструкция ТЭНа

Нихромовая спираль 1 спрятана внутри тонкостенной металлической трубки 2. Спираль изолирована от трубки наполнителем 3 с высокой теплопроводностью и высоким электрическим сопротивлением. В качестве наполнителя чаще всего применяется периклаз (кристаллическая смесь окиси магния MgO, иногда с примесями других окислов).

После заполнения изолирующим составом трубку опрессовывают, и под большим давлением периклаз превращается в монолит. После такой операции спираль жестко фиксируется, поэтому электрический контакт с корпусом – трубкой исключен полностью. Конструкция получается настолько прочной, что любой ТЭН можно изгибать, если того требует конструкция отопительного прибора. Некоторые ТЭНы имеют весьма причудливую форму.

Спираль соединяется с металлическими выводами 4, которые выходят наружу через изоляторы 5. Подводящие провода присоединяются к резьбовым концам выводов 4 с помощью гаек и шайб 7. Крепление ТЭНов в корпусе устройства осуществляется при помощи гаек и шайб 6, обеспечивающих, при необходимости, герметичность соединения.

При соблюдении условий эксплуатации подобная конструкция достаточно надежна и долговечна. Именно это и привело к весьма широкому применению ТЭНов в устройствах различного назначения и конструкции.

  Трубчатые электрические нагревательные элементы

По условиям эксплуатации трубчатые электрические нагревательные элементы делятся на две большие группы: воздушные и водяные. Но это просто такое название. На самом деле воздушные ТЭНы предназначены для работы в различных газовых средах. Даже обычный атмосферный воздух является смесью нескольких газов: кислорода, азота, углекислого газа, имеются даже примеси аргона, неона, криптона и т.д.

Воздушная среда бывает самой разнообразной. Это может быть спокойный атмосферный воздух или поток воздуха, движущийся со скоростью до нескольких метров в секунду, как в тепловентиляторах или тепловых пушках.

Разогрев оболочки ТЭНа может достигать 450 ˚C и даже более. Поэтому для изготовления внешней трубчатой оболочки применяются различные материалы. Это может быть обычная углеродистая сталь, нержавеющая сталь или жаропрочная, жаростойкая сталь. Все зависит от окружающей среды.

Для улучшения теплоотдачи некоторые ТЭНы снабжаются ребрами на трубках в виде навитой металлической ленты. Такие нагреватели называются оребренными. Применение таких элементов наиболее целесообразно в движущейся воздушной среде, например, в тепловентиляторах и тепловых пушках.

Водяные трубчатые электрические нагревательные элементы также применяются не обязательно в воде, это общее название различных жидкостных сред. Это может быть масло, мазут и даже различные агрессивные жидкости. Жидкостные трубчатые электрические нагревательные элементы применяются в электрических котлах, дистилляторах, электрических опреснителях морской воды и просто в титанах для кипячения питьевой воды.

Теплопроводность и теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха и других газовых сред, что обеспечивает, по сравнению с воздушной средой, лучший, более быстрый, отвод тепла от ТЭНа. Поэтому при одинаковой электрической мощности водяной нагреватель имеет меньшие геометрические размеры.

Комментарии

1. Под беспроводным в данном случае подразумевается, что у самого чайника отсутствует электрический провод для соединения чайника с источником электропитания. С источником проводом соединяется входящяя в комплект чайника подставка на которой имеются электрические контакты для передачи электрического тока на предусмотренные контакты самого чайника при установке на неё чайника. Такая конструкция делает чайник более мобильным и компактным, так как к примеру, при переноске и установке на стол провода не мешаются.
2. В отличие от термопотов, чайники с терморегулятором не имеют достаточной термоизоляции колбы для горячей воды и несмотря на то, что могут поддерживать температуру воды в определённых пределах путём периодического включения чайника, более рассчитаны для нагрева воды до определённой температуры не допуская её закипания. Они дешевле термопотов, но дороже обычных чайников без терморегуляторов.

Описание современного прибора

• Контроллер электрического чайника (вид снизу)
• Контроллер электрического чайника (вид сверху)
• Подставка беспроводного электрического чайника с центральным контактом (контактной группой)
• Подставка электрического чайника с центральным контактом (контактной группой) (вид снизу)
• Донная часть электрического чайника с дисковым нагревательным элементом со снятым контроллером (вид снизу – со стороны контактной группы)

Под крышкой снизу: дисковый нагревательный элемент, провода, контактная площадка для подключения к контактам подставки, биметаллическая пластина для отключения выключателя чайника после вскипания и срабатывающая от нагрева паром поступающим через отверстие в верхней части чайника (при вскипании с открытой крышкой такой автомат отключения не срабатывает). Часть чайников может оборудоваться второй биметаллической пластиной для аварийного отключения при перегреве нагревательного элемента в случае выкипания воды или включения без воды Представляет собой емкость до 2—3 литров, с расположенным внутри нагревательным элементом мощностью до 2 и более кВт. Обычно в качестве нагревательного элемента используется трубчатый электронагреватель. Внутри корпуса сверху расположен датчик закипания, срабатывание которого отключает нагревательный элемент от сети после закипания воды. Вблизи нагревательного элемента расположен датчик аварийного отключения, отключающий нагревательный элемент при полном выкипании воды в случае отказа датчика закипания (или включении без воды), обеспечивающий пожарную безопасность.

Почти во всех моделях современных чайников с непрозрачным корпусом имеется прозрачное вертикальное окно для наблюдения за уровнем воды в чайнике.

К электросети нагревательный элемент подключается через контакты, расположенные на контактной подставке чайника. Это решение даёт дополнительное удобство пользования чайником — чайник легко отключается от питающих контактов без лишних манипуляций, простым сниманием его с подставки.

Многие модели современных чайников оснащаются сетчатым фильтром, задерживающим частицы накипи при выливании воды из чайника.

Корпуса современных электрических чайников изготавливаются (в порядке убывания популярности и повышения стоимости и ожидаемой экологической безопасности) из:

• термостойкой пищевой пластмассы;
• пищевой нержавеющей стали;
• термостойкого стекла;
• керамики (фарфора или фаянса).

В последние годы в продаже появились энерго- и времясберегающие чайники, предназначенные для быстрого кипячения небольшой порции воды, например, только одной чашки, а не всей налитой в них воды. Такие чайники позволяют при типовом использовании сэкономить до 65 % электроэнергии и до 90 % времени, по сравнению с электрочайниками предыдущего поколения.

Относительно недавно появились бойлеры и электрочайники с режимом бойлера, которые поддерживают постоянную температуру воды, достаточную для заварки чая или кофе. Такие бойлеры и электрочайники уменьшают время на ожидание нагрева воды и сберегают человеческое время.

Некоторые кулеры оборудованы системой нагрева воды и позволяют заваривать чай или кофе без потери времени на ожидание нагрева.

С момента создания и по сей день электрические чайники не потеряли популярности. Помимо прямого назначения они всегда являлись декоративным предметом интерьера с элементами прикладного искусства. Как, например, первые электрические самовары, и разноцветные чайники из пластмассы сегодня.

• Пластмассовая электрическая кружка-чайник с несъёмным кабелем и крышка от него (СССР)
• Беспроводной электрочайник со спиральным ТЭНом с подставкой
• Спиральный ТЭН беспроводного чайника
• Подставка беспроводного электрочайника со спиралевидным ТЭНом. Типичное расположение сбоку контактной площадки
• Электрочайник с дисковым нагревательным элементом (со стороны ручки видно отверстие для пара) и его подставка с типовыми контактами по центру
• Контакты беспроводного чайника снизу для подключения к подставке подключенной к источнику питания кабелем
• Беспроводной электрочайник с терморегулятором и заварочным чайником конструктивно изготовленным для установки сверху

Корпус электрочайника

Одной из ключевых характеристик подобной техники считается материал, используемый при её изготовлении. Сейчас выпускаются приборы 4-х разновидностей:

Пластиковый

Такие чайники получили наиболее широкое распространение. Из плюсов можно выделить финансовую доступность, долговечность, малый вес, многообразие расцветок. Минусы – возможность присутствия неприятного запаха, низкая прочность, достаточно быстрое выцветание внешнего оформления.

Металлический

Плюсы – ударостойкость, длительный срок службы. Минус – высокая степень нагрева материала во время работы прибора может стать причиной ожога, если проявить невнимательность.

При покупке нужно делать акцент на ручке устройства. За неё должно быть удобно держаться. Чайник из нержавейки производится с двумя вариантами поверхности – глянцевой и матовой. Первая разновидность эффектно выглядит, но нуждается в тщательном уходе, вторая – легка в обслуживании, на ней практически не остаётся отпечатков пальцев.

Стеклянный

Данная модификация позволяет пользователю наблюдать за процессом закипания воды. Для её изготовления применяют особое термостойкое стекло. Плюсы стеклянного электрочайника – необычность и экологичность. Отдельные модели могут похвастаться функцией заварника. Минусы – хрупкость, необходимость в тщательном уходе, шумность работы и высокий уровень нагрева материала.

Керамический

Подобная категория появилась на рынке относительно недавно. Выполняется она из определённых сортов глины. Из плюсов следует отметить презентабельный внешний вид, уникальность дизайнерских решений, простоту ухода, бесшумность работы, безопасность, возможность длительного поддержания температуры. Кроме того, в большинстве моделей прилагается комплект чашек. К минусам относится излишняя хрупкость, высокая стоимость, большой вес, медленный нагрев воды.

Каждый вид электрочайников имеет свои сильные и слабые стороны – это следует брать в расчёт при подборе конкретной модели.

Как избавиться от накипи и продлить срок жизни ТЭНа

Кроме химических средств для защиты от накипи используются различные устройства. Прежде всего, это магнитные преобразователи воды. В мощном магнитном поле кристаллы «жестких» солей меняют свою структуру, превращаются в хлопья, становятся мельче. Из таких хлопьев накипь образуется менее активно, большая часть хлопьев просто вымывается потоком воды. Этим и достигается защита нагревателей и трубопроводов от накипи. Магнитные фильтры-преобразователи выпускаются многими зарубежными фирмами, такие фирмы существуют и в России. Подобные фильтры выпускаются как врезного, так и накладного типа.

Электронные умягчители воды

В последнее время все более популярными становятся электронные умягчители воды. Внешне все выглядит очень просто. На трубу устанавливается небольшая коробочка, из которой выходят провода-антенны. Провода накручиваются вокруг трубы, при этом даже не надо счищать краску. Установить прибор можно в любом доступном месте, как показано на рисунке ниже.

   Электронный умягчитель воды

Единственное, что потребуется для подключения прибора, это розетка на 220В. Прибор рассчитан на долговременное включение, его не надо периодически отключать, поскольку выключение приведет к тому, что вода снова станет жесткой, опять будет образовываться накипь.

Принцип работы прибора сводится к излучению колебаний в диапазоне ультразвуковых частот, которые могут достигать до 50КГц. Частота колебаний регулируется с помощью пульта управления прибора. Излучения производятся пакетами по нескольку раз в секунду, что достигается использованием встроенного микроконтроллера. Мощность колебаний невелика, поэтому никакой угрозы для здоровья человека подобные приборы не представляют.

Целесообразность установки подобных приборов определить достаточно легко. Все сводится к тому, чтобы определить, насколько жесткая вода течет из водопроводной трубы. Тут даже не надо никаких «заумных» приборов: если после мытья ваша кожа становится сухой, от брызг воды на кафельной плитке появляются белые разводы, в чайнике появляется накипь, стиральная машина стирает медленнее, чем в начале эксплуатации – однозначно из крана течет жесткая вода. Все это может привести к выходу из строя нагревательных элементов, и, следовательно, самих чайников или стиральных машин.

Жесткая вода плохо растворяет различные моющие средства – от обычного мыла до супермодных стиральных порошков. В результате порошков приходится класть больше, но это помогает мало, так как кристаллы солей жесткости задерживаются в тканях, качество стирки оставляет желать лучшего. Все перечисленные признаки жесткости воды красноречиво говорят о том, что необходимо устанавливать умягчители воды.

Устройство и принцип работы электрочайников

Чайник электрический – это бытовой прибор, в конструкции и принципе работы которого может разобраться даже мало что знающий о технике человек. Все чайники устроены одинаково, независимо от модели, и работают по одной схеме. Состоят они из следующих основных узлов и элементов:

• корпуса, который является одновременно колбой для воды (некоторые модели электрочайников имеют отдельную чашу, размещаемую в корпусе);

• нагревательного элемента в виде открытой спирали, похожей на кипятильник, располагаемой прямо на дне ёмкости для воды либо (как у большинства современных электрочайников) в форме дискового ТЭНа;

  Такой нагревательный элемент располагается в нижней части колбы для воды

  С внутренней стороны диск имеет гладкую поверхность

• подставки (базы), на которой имеется разъём для присоединения чайника и шнур питания для подключения к бытовой электросети (она имеется у всех современных электрочайников, относящихся к бесшнуровым);

  База имеется только в бесшнуровых моделях

• колодки разъёма питания на днище основания чайника, которая может иметь центральное (как у большинства моделей) или боковое расположение;

• термостата, служащего для отключения чайника при закипании;

  Такого типа термореле устанавливается под кнопку

• кнопки включения.

Сегодня в продаже можно встретить электрочайники с терморегулятором, при помощи которых можно разогревать воду не только до 100°C, но и до любой нужной температуры, и даже определённое время поддерживать этот температурный режим. Такое свойство необходимо для правильного заваривания различных видов чая (чёрного, зелёного, белого, красного), для каждого из которых требуется вода различной температуры от 60 до 90°C. Электрочайник с терморегулятором — идеальное приобретение, если в семье есть маленький ребёнок. Ведь для приготовления смесей детского питания не требуется кипяток, а с помощью такого устройства можно установить нужную температуру. Да и для взрослых повторное кипячение воды весьма нежелательно, если они придерживаются здорового питания.

В данной модели панель управления расположена на подставке

Естественно, что у каждой модели электрочайников имеются свои конструктивные особенности, но принципиально по устройству они не отличаются.

Принцип работы электрочайника тоже достаточно простой. Нагреваясь, ТЭН разогревает воду в колбе до её закипания. Пар по специальным каналам подаётся к биметаллической пластине термостата, изготовленной из металлов с разными коэффициентами температурного расширения, она, изгибаясь, давит на рычаг кнопки либо размыкает контактные клеммы, отключая прибор от сети.

Схема показывает движение пара по каналам в ручке, но для этой цели может быть использована и трубка в самой колбе чайника

ТЕРМОПОТЫ

Отдельная тема и особый вид приборов для кипячения воды и приготовления напитков — термопоты или чайники-термосы. Объем 3,4 или 5 литров — это выбор, с которым легко определиться. А вот с остальными характеристиками давайте разберемся.

В лучших термопотах предусмотрено 3 способа наливания воды в чашку: электронный, механический и от аккумуляторов (если прибор отключен от сети). В принципе термопот — как следует из названия — это чайник-термос, поэтому он должен сохранять тепло и без дополнительного подогрева. Но в современных моделях, как правило, предусмотрен термостат, который поддерживает заданную пользователем температуру: 60/70/80/90 ºС, расходуя при этом совсем немного энергии. Оптимально, если предусмотрен режим 40 или 45 ºС: водой такой температуры разводится детское питание.

Лучшие модели, как и чайники, имеют поворотную базу

Выбирая термопот, обязательно обращайте внимание на наличие на панели управления клавиши блокировки от детей (обычно на ней нарисован замочек). А вот антипригарные внутренние покрытия колбы — скорее pr-ход: что может подгореть в воде? Нержавеющая сталь, из которой обычно сделана колба — инертный материал, просто удостоверьтесь, что маркировка стали — 18/10, этого достаточно. При покупке термопота нужно осознавать, что воду он кипятит долго: при мощности примерно 700-750 Вт объем 4-5 л закипит через 35-45 минут

При покупке термопота нужно осознавать, что воду он кипятит долго: при мощности примерно 700-750 Вт объем 4-5 л закипит через 35-45 минут.

Всегда есть горячая вода, возможность установки температурного режима, механический и электронный способ подачи воды, блокировка.

Общий недостаток всех термопотов — из них тяжело выливать остатки воды: насос не захватывает всю воду со дна, а чтобы вылить ее через крышку, надо перевернуть этот довольно крупный прибор. Не в каждом термопоте есть тумблер включения и выключения: в основном эти приборы начинают кипятить воду, как только их включаешь в розетку. Это не всегда удобно, лучше выбирать прибор с клавишей включения.

Экспресс-решение

Есть приборы, которые производители могут называть термопотами, но на самом деле они не выполняют функции термоса, а просто кипятят буквально за секунды объем воды для одной чашки: например, Stadler Form QuickUpOne SFQ.010Т — 100 и 200 мл. Подобные приборы — редкость на рынке, поэтому производители не определились с корректным названием этого сегмента.

У Tefal такого рода прибор называется экспресс-термофильтром (модель QUICK and HOT BR3031 кипятит за 3 секунды чашку воды, его мощность 2800 Вт, фильтра хватает примерно на 6 недель).

У Bosch аналогичный аппарат именуется прибором для фильтрации и нагрева воды Filtrino (модель THD2021 с фильтром Brita мгновенно кипятит 120, 150, 200, 250 или 300 мл воды и позволяет нагреть воду до необходимого уровня: 70, 80, 90, 100 °C и комнатной температуры, потребляя всего 1600 Вт, что, конечно, отличный показатель экономичности).

Экономичность, скорость, простота использования.

Там, где есть фильтр, надо его периодически менять.

Электрочайник не отключается автоматически

Данная неисправность выражается в том, что поле вскипания воды не происходит автоматического отключения электрочайника. Такое может произойти, если крышка чайника не закрыта или закрыта неплотно. Но если прибор не отключается при нормально закрытой крышке, то причин несрабатывания системы автоотключения может быть две:

• накипь или какой-то посторонний предмет закрыл отверстие, по которому пар поступает к температурному датчику;
• вышла из строя система автоотключения, и её нужно проверить визуально, для чего придётся разобрать чайник.

Аппарат не включается

Пользователь может столкнуться с ситуацией, когда электрочайник перестал включаться. Распространённые причины такой неисправности следующие:

• неисправен шнур электропитания, чтобы убедиться в этом, необходимо прозвонить его тестером;
• окислились или прогорели контакты на подставке — эта неисправность определяется визуально;
• пришёл в негодность выключатель — для идентификации данной неисправности придётся разобрать чайник.

Перегорание ТЭНа

Одной из наиболее часто встречающихся неисправностей является выход из строя ТЭНа. Если этот элемент дискового типа, т.е. составляет с дном ёмкости одно целое, то заменить его нельзя из-за конструктивных особенностей. В этом случае придётся не решать вопрос, как починить чайник, а покупать новый электроприбор. Если же ТЭН установлен открыто над дном чайника, то его можно заменить. Впрочем, конструкции с открытым ТЭНом встречаются нечасто.

Медленный нагрев жидкости

Нередко после длительной эксплуатации электрочайника он начинает слишком медленно нагревать воду. Как правило, причиной является появление толстого слоя накипи на нагревательном элементе. В результате ТЭН больше разогревает эту накипь, чем воду. Такая ситуация неприятна ещё и тем, что ведёт к ускоренному прогоранию контактов, а также к выходу из строя ТЭНа электрочайника.

Устройство отключается преждевременно

Ещё одна типовая неисправность — автоматическое отключение аппарата, когда вода в нём ещё не закипела. Эта проблема также связана с чрезмерным накоплением накипи в ёмкости. При этом ТЭН в основном нагревает скопившуюся накипь, а не воду, и сам при этом сильно разогревается. В такой ситуации срабатывает защита от перегрева и электрочайник автоматически отключается, не успев вскипятить воду.

Протечка воды

Одна из довольно частых причин ремонта электрочайника, особенно бюджетных моделей от малоизвестных производителей — постоянная протечка воды из отделяемой ёмкости. Причиной проблемы может быть некачественная сборка устройства, а также сильный износ уплотнителей (или же некачественный уплотнитель). В любом случае для выявления и устранения причины протечки придётся разобрать протекающий аппарат. Иногда протечка образуется из-за трещины в пластиковом или в стеклянном корпусе. В этом случае, если трещина небольшая, течь устраняют при помощи герметика.

Критерии выбора электрочайников

Представленные в магазинах бытовой техники электрические чайники отличаются по техническим характеристикам, материалу изготовления и цене. Выбирая для себя самый лучший электрочайник, следует ориентироваться на следующие критерии:

1. Конструкция нагревательного элемента.
2. Объем. От него зависит, сколько в устройстве можно вскипятить за один раз воды.
3. Мощность. Указывает на общий расход электричества.
4. Материал изготовления корпуса и общий дизайн. Техника должна быть не только практичной, но и привлекательной.
5. Дополнительные функции. Облегчить эксплуатацию изделия помогут уникальные возможности, которыми всё больше наделяются современные устройства.

Одним из главных критериев при выборе любого изделия является производитель. В большинстве случаев именно от него зависят потребительские качества и надёжность устройства.

https://youtube.com/watch?v=QZe4DunLYWo