Как устроен электрический чайник, как он работает, разновидности ТЭН

Немного истории

Идея создания такого устройства принадлежит американскому полковнику Кромптону, который впервые продемонстрировал свое изобретение на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году. Нагревательный элемент был встроен в днище бойлера, что увеличило время и затраты энергии, необходимые для нагрева воды на порядок. Из-за этих недостатков устройство не могло не привлечь внимание широкой публики.

Отталкиваясь от идеи Кромптона, англичанин Артур Лардж усовершенствовал модель, установив нагревательный элемент непосредственно внутри прибора, что позволило сократить время нагрева до минимума.

Первый серийный чайник был произведен в Германии в начале 20 века компанией AEG. Некоторые модели до сих пор можно найти в музеях современного дизайна по всему миру.

Устройство узлов электрочайника

От электрической вилки типа С6 сетевое напряжение подается гибким кабелем на контакты ХР1 на подставке, на которую устанавливается чайник при нагреве воды. Контакты глубоко утоплены в стойке для предотвращения случайного контакта с человеком.

Если присмотреться, то можно увидеть по одному подпружиненному электрическому контакту в глубине каждой концентрической канавки. Через эти контакты на чайник подается напряжение питания. В отверстии посередине также имеется разъем, служащий для соединения корпуса чайника с проводом заземления РЕ.

Контакт РЕ слаботочный и в работе не участвует, а служит только для защиты человека от поражения электрическим током в случае пробоя изоляции.

На фото видно, как выглядит подставка со снятой крышкой. На концах шнура питания имеются винтовые клеммы, которые в свою очередь надеваются на клеммы контактов. На изображении справа показан вид на разъем XP1 со стороны установки контактной группы.

Для передачи электроэнергии от подставки к чайнику в центре днища имеется ответная часть контактов разъема ХР1, представляющая собой контакт заземления в центре и два концентрических медных кольца.

Если снять крышку чайника, перед глазами открывается картина, как на картинке. Основным элементом является двойной трубчатый электронагреватель (ТЭН), изогнутый в форме разомкнутого кольца.

На концах нагревательного элемента имеются изолированные от корпуса керамикой провода для подачи напряжения. К ним контактной сваркой привариваются плоские стальные контакты, на которые надеваются колпачковые выводы. В плоском разъеме есть отверстие, а в колпачковом выводе подпружиненная планка с выступом.

При надевании терминала выступ входит в отверстие коннектора и надежно фиксирует терминал, предотвращая его самопроизвольное выскальзывание. Для снятия клеммы необходимо нажать на подпружиненный стержень концом острого предмета так, чтобы выступ вышел из отверстия.

Изоляционные трубы обычно надеваются на все клеммы в котле и отверстия с замком не видны. Поэтому в этом случае для освобождения клеммы из держателя изоляцию необходимо отодвинуть в сторону, как показано на рисунке. При установке снятых клемм на место не забудьте сориентировать их таким образом, чтобы была возможность выкрутить замок, иначе снять клемму снова получится с большим усилием.

Для подачи питающего напряжения, включения чайника и защиты его от перегрева используется специальное устройство, закрепляемое тремя винтами или гайками в центре окружности нагревательного элемента

Чтобы снять блок с корпуса, снимите клеммы с нагревательного элемента и открутите винты или гайки. В дешевых моделях вместо резьбовой застежки можно встретить застежку с приваренными к корпусу гнутыми металлическими полосками, которые необходимо отогнуть.

Виды ТЭН

Современные модели чайников состоят из следующих компонентов:

• специальный стенд,
• нагревательный элемент,
• рамка,
• стеклянная колба,
• термостат.

Поскольку основной частью чайника является нагревательный элемент (ТЭН), по своей конструкции приборы классифицируют по типу поверхности нагрева.

1. Открытая поверхность нагрева обычно представляет собой пластину из нержавеющей стали, которая размещается на дне дома и имеет непосредственный контакт с водой. Такой тип нагревательного элемента характерен для моделей низкого ценового диапазона.
   
2. Поверхность нагрева закрытого типа представлена ​​специальной поверхностью, изолированной от контакта с водой. Это позволяет избежать появления известкового налета на стенках и на самом нагревательном элементе. Агрегаты с такими поверхностями нагрева отличаются более высокой стоимостью.
   

Принцип работы электрического чайника

Несмотря на огромное разнообразие моделей, все они устроены одинаково и достаточно просто. Чтобы понять принцип работы, можно даже самому починить чайник, если возникнет такая необходимость.

Устройство чайника элементарно:

• Рамка,
• Стоять,
• Нагревательный элемент,
• Стеклянная колба,
• Термостат.

Итак, давайте посмотрим, как работает этот бытовой прибор. В бокс наливается холодная вода, ставится на подставку и подключается к розетке. Затем включите устройство кнопкой или ключом, которые могут быть расположены как под ручкой, так и над ней, либо встроены в крышку.

Затем начинает работать нагревательный элемент в нижней части агрегата. Вода нагревается до кипения и превращается в пар, который воздействует на биметаллические пластины. Эти плиты в автоматическом режиме выключают только чайник. Как видите, механизм достаточно прост.

Для изготовления корпуса чаще всего используется термостойкий пластик или нержавеющая сталь, также довольно распространены модели со стеклянным корпусом, реже керамическим. К недостаткам пластиковых чайников можно отнести неприятный запах при нагревании и менее презентабельный вид. При этом металлический или стеклянный корпус нагревается сильнее, и при случайном прикосновении к нему можно обжечься.

Керамические модели тяжелые и легко ломаются. Объем резервуара для воды обычно составляет от 1,5 до 2 литров.

Подставка представляет собой круглую платформу с контактом посередине. Через этот контакт нагревательный элемент подключается к электросети. Соответственно, снимая чайник с подставки, вы размыкаете контакты и автоматически отключаете его.

Из дополнительных элементов может быть фильтр от накипи, который размещается в носике котла и представляет собой мелкую сетку.

Чем мощнее чайник, тем быстрее закипает вода. Оптимальная мощность около 2000 Вт.

Разновидности ТЭН

Основным нагревательным элементом чайника является трубчатый электронагреватель (ТЭН). Это можно сделать одним из 2-х следующих вариантов:

1. Открытая спираль из нержавеющей стали, расположенная в нижней части корпуса и постоянно контактирующая с водой. Этот тип нагревательного элемента преобладает в более дешевых моделях. Для этих агрегатов характерно образование накипи внутри корпуса, которую необходимо регулярно очищать.
2. Пластина размещена внутри крышки и не находится в прямом контакте с водой. Преимуществом этого варианта является отсутствие накипи на стенках емкости для воды и на нагревательном элементе агрегата, такие модели легче чистить. Однако устройства этого типа относятся к более дорогой категории.

Механизм автоматического отключения

Все современные модели чайников имеют функцию автоматического отключения. Это спасает многих забывчивых людей от сжигания устройства и от пожара в помещении. Эта функция срабатывает, когда прибор включен, а вода забыта.

Его действие элементарно, корпус ТЭНа нагревается и начинает нагревать биметаллическую пластину, при превышении температуры максимально допустимого значения пластина изгибается и размыкает контакты и отключает котел.

Обратите внимание на следующее! Если чайник долго кипит и не выключается, проверьте, плотно ли закрыта крышка прибора.

Система защиты от перегрева

Если механизм автоматического отключения по каким-либо причинам не срабатывает, на этот случай в современных устройствах предусмотрена защита от перегрева.

Работает это так: дальше нагревается нагревательный элемент, затем начинает плавиться специальная палочка, которая одним концом упирается в корпус нагревательного элемента. Он становится меньше и размыкает контакты. Но если эта защита сработает, то чайник работать уже не будет.

Основные причины поломки электрических чайников

Электрочайники отличаются относительно простым устройством и, как правило, длительным сроком службы. Однако этот метод может стать непригодным для использования по разным причинам. Перечислим основные причины, по которым может понадобиться ремонт чайника.

1. Образование слишком толстого слоя накипи внутри чайника, в результате чего нагревательный элемент постоянно перегревается и быстро выходит из строя.
2. Эксплуатация оборудования без воды или после ее выкипания. При наличии защиты от перегрева чайник в такой ситуации автоматически выключится, но частое использование защиты приводит к ускоренному износу техники.
3. Постепенное окисление контактов и обрыв контактов к чайнику. Обычно это происходит после длительного периода эксплуатации оборудования.

Не наполняйте чайник холодной водой сразу после полного слива кипяченой воды. Это может привести к трещинам и поломкам различных элементов этой техники.

Диагностика неисправностей

Для определения причины неисправности в оборудовании желательно иметь представление о конструкции чайника и некоторые навыки работы с электроизмерительными приборами. Специально для диагностики может потребоваться разборка котла и осмотр отдельных его элементов. Рассмотрим оптимальную последовательность действий при выполнении этих операций.

Разборка электрочайника

Перед разборкой чайника рекомендуется ознакомиться с инструкцией по эксплуатации. Некоторые производители приводят в нем описание процедуры разборки устройства – это ускоряет и облегчает процесс разборки.

Но чаще всего такого описания нет. Особенности разборки разных моделей, особенно разных производителей, могут существенно различаться, но есть общие рекомендации по этому процессу. Давайте перечислим их.

1. Для разборки агрегата необходимо открутить крепежные винты, особенно на днище котла снаружи. Иногда их прикрывают пластиковыми заглушками. В этом случае необходимо поддеть заглушки и удалить их остроконечным предметом.
2. Чаще всего используются винты под крестовую отвертку, но иногда производители используют винты под специальную двухштыревую отвертку. Если такой отвертки нет под рукой, можно попробовать открутить винт тонким пинцетом или бокорезом.
3. Часто детали чайника крепятся не только шурупами, но и замками. От таких креплений удобно избавляться тонкой плоской отверткой. Отметим, что в некоторых моделях внешние элементы крепятся исключительно на замки.

Прозвон элементов

С помощью этой процедуры определяют, является ли причина поломки котла обрывом электроцепи, или нужно искать другую причину. В качестве рабочего инструмента используется тестер (мультиметр), работающий в режиме вольтметра. Тестер называет шнур питания, контактные группы и другие элементы, доступные для исследования.

Если выяснится, что электрическая цепь нарушена, нужно своими руками разобрать чайник и продолжить называть внутренние элементы (колодки с клеммами, ТЭНы, контакты кнопки включения), а затем либо восстановить целостность цепи или очистить места соединения элементов от окиси.

Проверка термопота

Термос — это устройство с термостатом, похожее на чайник, но способное нагревать воду до определенной температуры (вплоть до точки кипения) и поддерживать эту температуру столько времени, сколько необходимо. Еще одна функция термоса заключается в том, что слив воды из бака осуществляется с помощью встроенного насоса, который может быть как механическим, так и электрическим.

Конструкция термоса сложнее, чем у чайника, но тестируется это устройство по тем же принципам. К числу контролируемых элементов добавляется термостат.

Проверка начинается с прозвона контактов, расположенных на основании (стойке), при этом один щуп тестера подключается к штырьку на шнуре питания, а другим касаются контактов по очереди. Затем вызываются остальные пункты, доступные для проверки.

Типичные неисправности

Только определив причину ошибки, можно справиться с проблемой, как отремонтировать чайник в домашних условиях. Существует ряд типичных, распространенных неисправностей, таких как проблемы с ТЭНом и включением-выключением прибора, постоянная протечка воды и т д. Рассмотрим все эти неисправности, а также причины их возникновения — это упростит ремонт чайника своими руками.

Как устранить течь воды из электрочайника

При ремонте чайников пришлось столкнуться с протечкой в ​​следующих местах:

• в месте стыка мерного окна и корпуса (ремонт нецелесообразен, так как заделка трещины любым клеевым составом дает непродолжительный эффект);
• от трещины в пластиковой коробке (в домашних условиях не ремонтируется);
• в месте соединения металлического нижнего диска с колбой котла.

 

Поэтому, когда я купила новый чайник, вместо сломанного из-за треснувшего корпуса я купила чайник со стеклянной колбой. Я надеялся, что электрочайник никогда не даст фатальной течи, так как стекло при бережном обращении практически вечно, и течь, возникшая на стыке стекла и металлического основания, можно успешно устранить.

После нескольких лет эксплуатации стеклянного чайника на контактной площадке стала появляться вода от кипятка, которая так же капала со дна. После каждого кипячения лужа на платформе увеличивалась, а капли со дна котла капали все чаще. Я должен был отремонтировать его.

Для определения места протечки воды необходимо было, открутив два винта в верхней части ручки и три винта, удерживающих нижнюю часть, разобрать чайник.

После отсоединения днища, для продолжения ремонта остается только снять колпачковые клеммы с контактов ТЭНа и системы защиты от перегрева. Чтобы не было проблем при сборке, перед снятием клемм следует запомнить или нарисовать, на какую из клемм, какой из контактов надевался.

Стеклянная колба приклеена к дну силиконовым герметиком. При внимательном осмотре стыка было обнаружено, что в нескольких местах силиконового шва на заводе образовались пузырьки воздуха, в результате нарушения технологии склеивания. Со временем через один из них начала течь вода.

Сначала хотел заделать силиконом только течи воды, но не был уверен, что течь не появится на новом месте. Поэтому было принято решение отсоединить стеклянную колбу от дна, и приклеить их заново.

С помощью лезвия ножа силикон был прорезан на максимально возможную глубину, как по внутреннему шву, так и с внешней стороны. После этого стеклянная колба отделялась от дна без особых усилий.

Затем остатки старого силикона полностью удалялись с сопрягаемых поверхностей ножом, а затем склеиваемые поверхности обезжиривались растворителем (подойдет ацетон или спирт).

Если под рукой нет растворителя, можно вымыть поверхность теплой водой с пищевой содой или хозяйственным мылом, и обязательно просушить перед приклеиванием. Кроме того, поверхность металлической основы была отполирована до блеска наждачной бумагой.

Дно котла сделано из нержавейки, что проверил неодимовым магнитом — не притягивается ко дну. Но к моему удивлению, в месте протечки появилось отверстие, показанное на фото. Как может образоваться дырка в нержавейке, для меня остается загадкой, возможно, это заводской брак.

Отверстие было образовано в нижней части соединения стеклянной колбы и основания и при склейке закрывалось герметиком. Но я все решил, с помощью электропаяльника заделал отверстие мягким припоем.

Читайте также: Как проверить напряжение в розетке мультиметром и измерить

Выбор герметика для склейки

Поверхности деталей чайника подготовлены к склейке, и пришло время выбрать герметик, который должен быть безвредным для организма человека, выдерживать температуру до +180°С и быть эластичным. Силиконовые герметики полностью соответствуют требованиям.

Лучшим из них является пищевой силиконовый клей-герметик RTV 118 Q от американского производителя, выдерживающий температуру до +260 °С. Но цена тюбика 82 мл этого герметика сравнима с ценой нового чайника.

На рынке присутствует силиконовый герметик от российского производителя ВГО-1, который также предназначен для герметизации стыков труб для горячей и холодной воды, выдерживающий температуру до +260°С

Расфасован в тубы по 300 мл, но он и дорогой, стоит как полчайника. Для герметизации чайника не потребуется более 20 мл силикона, поэтому экономически целесообразно купить трубу ВГО-1, если вы планируете использовать ее для других работ.

При выборе силиконового герметика возник резонный вопрос. Производители чайников, а они все сделаны в Китае независимо от марки, используют дорогой пищевой силикон? Ответ очевиден, для герметизации используют самый дешевый герметик.

Поэтому пришел к выводу, что вполне подойдет самый простой силиконовый герметик, где нет никаких добавок. После нескольких кипячений воды, даже если в составе герметика есть противопоказанные вещества, все они растворятся в воде и силикон станет безопасным для организма человека.

Под рукой оказался универсальный строительный силиконовый герметик Soudal, которым я и решил воспользоваться. В составе отсутствуют добавки, а герметик выдерживает температуру до +180°С, чего достаточно для термостойкости шва.

Склейка деталей электрического чайника

Осталось сделать самый ответственный шаг – заполнить нижний паз по всему периметру силиконовым герметиком и вставить в него стеклянную колбу. Перед нанесением герметика поверхности необходимо обезжирить спиртом или растворителем.

Участок дна, сопрягаемый со стеклянной колбой, был большим, поэтому после нанесения уплотнительной ленты пришлось смазывать его лезвием отвертки.

Стеклянная колба вставлялась в нижний паз. Излишки силикона, выдавленные из колбы, удаляли салфеткой, смоченной в мыльном растворе. Затем швы подгоняют, чтобы придать красивый внешний вид, пальцем, смоченным в мыльной воде. На фото результат работы.

Проверка герметичности соединения деталей чайника

Объемный силикон обычно отверждается при комнатной температуре со скоростью 2 мм в день. Учитывая, что глубина шва в склеенном чайнике была около 10 мм, пришлось отложить его на неделю, и только после этого проводить испытания.

Для испытаний котел подключался к сети в разобранном виде, напрямую, без системы защиты и управления. Для этого на концы провода с вилкой надевались клеммы, которые затем надевались непосредственно на контакты нагревательного элемента. Чайник устанавливают в рабочее положение, в него наливают воду и затем втыкают вилку в розетку. Недопустимо оставлять чайник с такой сменной формой без присмотра.

По схеме все советские чайники раньше подключались напрямую, и приходилось ждать закипания воды и выключать их вручную, выдергивая вилку из розетки.

Через несколько минут вода закипела. Следов протечки воды не было, силиконовый герметик надежно загерметизировал стык между деталями. Для предотвращения случайного попадания вредных примесей в воду из силиконового шва, после установки чайника в нем кипятили три порции воды с полной заменой.

Обратите внимание на следующее! Недопустимо наливать холодную воду в нагретый чайник сразу после полного слива из него кипяченой воды. Из-за теплового удара в корпусе котла могут появиться микротрещины, из которых со временем начнет течь вода.

Отмечу, что этот стеклянный чайник после вышеописанного ремонта безотказно прослужил более трех лет. Мне даже не пришлось чистить контакты.

Как очистить электрочайник от ржавчины

Со временем из-за ржавых металлических водопроводных труб, несмотря на прозрачность вытекающей из крана воды и даже ее последующую фильтрацию, на внутренней поверхности чайника образуются отложения ржавчины. Многим это не нравится, и очевидно, что никакой пользы для здоровья это не приносит.

Самым простым и безопасным средством для удаления ржавчины является лимонная кислота, которую можно купить в любом продуктовом магазине.

Для удаления ржавчины наполните чайник водой не менее чем наполовину и насыпьте в него пакетик лимонной кислоты.

Затем включите чайник и вскипятите воду. Следы ржавчины можно удалить с верхних краев и крышки кистью, смоченной в кипящей воде. Вода после закипания становится коричневой. Если в доме есть несколько чайников, в каждый из них можно налить воду и снова вскипятить.

После закипания дайте чайнику остыть, слейте ржавую воду и промойте чистой водой. Как видно на фото, чайник стал как новый, лимонная кислота полностью растворила ржавчину.

Как видите, отремонтировать чайник своими руками несложно, и при желании это под силу любому домашнему мастеру.

Подсветка и индикация включения

Большинство чайников имеют индикатор включения. Он срабатывает при нажатии на кнопку включения и оповещает, если вы забыли включить прибор в розетку или неправильно установили чайник на подставку.

Эта функция может быть реализована в виде неоновой лампочки, установленной в основании или на кнопке включения, или в виде водяного светодиодного фонаря.

Как разобрать электрический чайник

Для поиска причины ошибки и дальнейшего ремонта нужно снять крышку с нижней части котла. Перечислим трудности, возникающие при попытке разобрать корпус.

1. В простейшем случае крышка прикручивается к днищу котла винтами со шлицем под крестовую отвертку. Тогда снять крышку не составит труда.
2. Винты установлены с прорезью под двухзаходный вал отвертки. Такой инструмент не всегда есть в наличии, поэтому специалисты рекомендуют использовать бокорез или пинцет.
3. Пластиковый саморез выкрутить сложнее: его нужно сдвинуть с места в сторону закручивания. Еще один действенный метод – нагреть саморез паяльником. Для этого жало прикладывается к головке, пластик у резьбы самореза размягчается, и он легко выкручивается.

Чаще всего для снятия крышки достаточно перечисленных способов. Но бывает, что и крепится хомутами по всему диаметру. Чтобы снять такую ​​крышку, необходимо вставить плоский наконечник отвертки в стык между крышкой и корпусом и аккуратно вынуть замок из корпуса.

Электрочайник не греет воду, индикатор лампочка включения горит

Если контрольная лампа работает и указывает на то, что прибор включен, но вода не нагревается, то проблема кроется в плохом контакте клемм с выводами ТЭНа или обрыве змеевика внутри него.

Восстановление контакта в накидных клеммах

Если нет нового терминала, можно использовать ранее использовавшийся терминал. Перед использованием клемму освобождают от вдавленных в нее проводов. Затем в хвост клеммы вставляются необходимые провода и обжимаются пассатижами. Терминал готов к работе и может быть подключен к нагревательному элементу. Затем мелкой шкуркой зачищают контакт на выходе ТЭНа и надевают на него клемму.

Если возникла ситуация, что контакт ТЭНа и клеммы покрылся окислом, необходимо удалить с контакта черный налет. Делается это наждачной бумагой. Чтобы удалить налет внутри, клемму следует несколько раз приложить и снять на плоский контакт нагревательного элемента.

Восстановление приваренных контактов

Восстановить спаянные контакты можно по следующей схеме:

1. Подключите плоские проводники к электрической цепи чайника с помощью винтовых клемм.
2. Оберните плоские проводники вокруг проводов нагревательного элемента.
3. Плоские жилы с зажимами прижать металлическими полосками с помощью шурупов. При установке планок необходимо следить за тем, чтобы детали не соприкасались с металлическим корпусом котла.
4. Проверьте работу чайника, убедитесь, что оборудование находится в исправном состоянии.

Электрочайник не греет воду индикатор, включения не горит

При возникновении такой проблемы убедитесь, что вилка исправна, а в розетке есть напряжение. Причинами, по которым устройство не работает, также может быть выход из строя выключателя или биметаллической пластины. Перечисленные поломки, вполне возможно устранить самостоятельно, нужно только точно найти проблемный участок.

Ремонт контактной группы электрочайника с подставкой

Первым признаком проблемы в контактной паре является необходимость повернуть чайник на подставке до того, как он заработает. Чтобы это исправить, нужно почистить контакты от нагара. Сделать это можно наждачной бумагой.

Если проблема в недостаточном контактном давлении или окислении, следует восстановить форму пластины и зачистить поверхность контактной площадки наждачной бумагой. Затем установите пластину на рабочую площадку и проверьте, подходит ли разъем. Она должна быть посередине, но не цепляться за стенки подставки.

Проверьте контакт между розеткой и точками подключения шнура питания.

Ремонт кнопки выключателя электрочайника

Развал кнопки «Вкл-Вкл» — это не приговор всему чайнику. Обычно ремонт несложный и под силу человеку, не обладающему специальными знаниями. Чаще всего для ремонта достаточно зачистить контакты наждачной бумагой.

Ремонт выключателя электрочайника

Если кнопка не фиксируется и просто выключается сразу после включения, причина поломки, скорее всего, в потере фиксирующего элемента. Для ремонта следует разобрать устройство, найти упавшую деталь и вернуть на место. Чаще всего этого достаточно для дальнейшей эксплуатации агрегата.

Правила эксплуатации

После покупки чайника, прежде чем использовать его в первый раз, необходимо ознакомиться с инструкцией. Чтобы устройство работало долго и качественно, необходимо соблюдать простые правила эксплуатации:

• не включайте прибор при малом количестве воды или ее отсутствии;
• использование индивидуальной розетки для электроприбора;
• не накрывайте чайник другими предметами и ничего не кладите сверху;
• не включайте устройство, если вилка, розетка или кабель питания имеют видимые повреждения;
• регулярное техническое обслуживание бытовой техники.