Для преобразования электрической энергии в тепловую применяются нагревательные элементы, которые можно разделить на две группы: с твердым проводником и жидкостные.

В качестве твердых проводников используют сплавы нихром, фехраль, кантал, хромаль. Лучшим из них является нихром, имеющий при высокой температуре достаточно большое удельное сопротивление, мало зависящее от изменения температуры, и малый температурный коэффициент линейного расширения. В табл. 21 приводятся характеристики некоторых твердых проводников, используемых в нагревательных устройствах.

Применяются электронагревательные элементы из твердых проводников с открытой или закрытой спиралью. У закрытого нагревательного элемента проволочная спираль помещена в тонкостенную трубку, заполненную изолирующим материалом (порошок окиси магния — периклаз или очищенный сухой кварцевый песок). Такие нагревательные элементы могут быть использованы для нагрева воды (антифриза) и масла. При нагреве воды (антифриза) трубка с нагревательным элементом устанавливается в нижней части системы охлаждения. В результате нагрева жидкости в системе охлаждения возникает термосифонная циркуляция и тепло распределяется по массе двигателя.

Рис. 48. Электронагревательные элементы с твердым проводником:
а — трубчатый; б — цилиндрический (ЦЭН); в — установка трубчатого элемента на соединительный патрубок системы охлаждения; 1 — штуцер выходной; 2 — стержень контактный; 3 — изолятор из эпоксидной смолы; 4 — патрубок резиновый; 5 — внутренний цилиндр; 6 —наружный цилиндр; 7 — прополочный твеидый пповппник

Среди электронагревателей с твердым проводником хорошо зарекомендовали себя цилиндрические электронагреватели, у которых спираль монтируется внутри патрубка системы охлаждения (рис. 48).

Возможны и другие способы использования электронагревателей для нагрева охлаждающей жидкости. На рис. 49, а показан нагреватель с твердым проводником, установленный внутри шланга нижнего патрубка системы охлаждения, а на рис. 49, б изображен способ нагрева охлаждающей жидкости путем установки нагревателя в рубашке блока двигателя взамен заглушки блока. По данным испытаний, проведенных в НИИАТ, такой способ использования подогревателя с твердым проводником для подогрева охлаждающей жидкости недостаточно эффективен.

Рис. 49. Установка электроподогревателя с твердым проводником:
а — внутри шланга системы охлаждения; б — в рубашке блока (Финляндия)

Закрытый нагревательный элемент для масла на твердых проводниках показан на рис. 50, а. В нем трубку с нагревательным элементом изгибают так, чтобы ее можно было разместить непосредственно к картере двигателя.

На автотранспортных предприятиях Западно-Сибирского-территориального транспортного управления разработан электронагревательный элемент с оребрением (рис. 50,6), который имеет большую поверхность теплоотдачи, что обеспечивает ускоренный разогрев масла в картере двигателя.

Рис. 50. Электронагреватели с твердым проводником для нагрева масла в картере двигателя:
а—трубчатый; б — стержневой; 1 — гайка; 2 — стержень; 3 — нихромовая спираль; 4 — корпус

Рис. 51. Электронагревательный элемент — гибкая лента:
1 — стеклопроволочная фиксирующая основа; 2 — нагревательные жилы (нихром); 3 — герметизирующая оболочка; 4 — перемычка; 5 — токоведущий провод

Примером электронагревательного элемента с твердым проводником могут служить разработанные в СКВ «Транснефтеав-томатика» и изготавливаемые Ленинградским ордена Трудового Красного Знамена заводом «Сокол» гибкие ленты (рис. 51). Основу такой ленты составляет ткань из теплостойких стеклонитей, в которую заложены нихромовые жилы. Поверх стекло-проволочной ленты надета герметическая оболочка из кремне-органической резины. В зависимости от схем соединения нагревательных жил и подключения их к токонесущим проводам получают нагреватели различной удельной мощности. Такие ленты могут быть применены не только для обогрева автомобильных двигателей, но и для задних мостов, аккумуляторов и т. д

Роль проводника в жидкостных нагревательных элементах играет вода или антифриз. Чистая вода—диэлектрик. Однако практически в составе воды всегда имеется значительное количество солей. Вода с такими примесями является электролитом и проводит электричество. В этом случае нагревательный элемент представляет собой две концентрично расположенные изолированные трубки (рис. 52, а), в зазор между которыми поступает вода. Подогреваемые автомобили заземляют, трубки соединяют с электрической сетью. При прохождении электрического тока через жидкость выделяется тепло, жидкость нагревается и в системе начинается циркуляция.

Рис. 52. Жидкостные трубчатые электроподогреватели:
а—без регулирования: 1— клеммы; 2 — наружный электрод; 3 — внутренний электрод; 4 — шланг; 5 — изоляционная втулка; б —с автоматическим регулированием: 1 — резиновый патрубок; 2, 8 — клеммы; 3 — распорное кольцо-изолятор; 4 — калиброванное отверстие; 5 — наружный электрод; 6 — внутренний электрод; 7 — изолирующая втулка

Ю. И. Спиридоновым и Д. В. Конрадом в Западно-Сибир-ском территориальном управлении предложен жидкостный электронагреватель (рис. 52,6), позволяющий автоматически поддерживать температуру жидкости в системе охлаждения двигателя в заданных пределах без отключения от электрической сети (применявшиеся ранее электроподогреватели при регулировании режима отключались от сети). Устройство подогревателя ясно из рисунка. Он устанавливается вертикально на резиновых патрубках между нижним бачком радиатора и водяным насосом системы охлаждения двигателя. При подключении подогревателя к источнику энергии охлаждающая жидкость в пространстве между трубками нагревается и закипает. Образовавшийся пар собирается в верхней части межэлементного пространства, вытесняет нагретую жидкость через нижнюю ее полость и одновременно выходит через калиброванное отверстие (диаметром 6 мм) внутреннего электрода, в результате чего межэлементное пространство снова заполняется охлаждающей жидкостью.

После вытеснения жидкости давление в межэлектродном пространство снижается и нагретая жидкость вновь частично заполняет это пространство. Высота заполнения зависит от температуры жидкости и интенсивности парообразования. По мере стабилизации температуры жидкости (80—90° С) в пространство между электродами поступает горячая жидкость. При небольших затратах энергии начинается интенсивное парообразование. В результате большая часть межэлектродного пространства заполняется паром, что соответствует меньшей мощности нагревателя. Если температура жидкости снижается, она вытесняет пар и заполняет пространство. Это соответствует работе нагревателя на полной мощности. Таким образом, мощность нагрева зависит от температуры жидкости. Ее изменение влияет и на площадь контакта жидкости с электродами.

Электроподогреват ельные элементы могут применяться как для подогрева, так и для разогрева двигателей. Однако, если мощность, потребляемая закрытым элементом для подогрева двигателя грузового автомобиля без отключения радиатора в процессе подогрева составляет около 3 кВт, то для его предпускового разогрева необходима мощность 5—6 кВт. Применение нагревателей меньшей мощности приводит к значительному увеличению времени и расхода энергии.

Схема включения электроподогревателей в сеть при электрообогреве показана на рис. 53. При использовании способа электрообогрева необходимо выполнение норм и правил электробезопасности.

Лучшим решением было бы применение «безопасного напряжения», т. е. напряжения не выше 36 В. Однако такое решение потребовало бы громоздких и дорогих проводов (при заданной мощности сила тока в этом случае была бы велика). При применении для автомобильных двигателей напряжения выше 36 В должны применяться нагреватели промышленного изготовления, отвечающие ряду специфических требований.

Безопасное напряжение можно получить с помощью понижающих трансформаторов, у которых токонесущие части защищены от прикосновения. Корпус трансформатора должен бьт обязательно заземлен, а электрическое сопротивление не более 4 Ом, чтобы параллельное присоединение человека даже при минимальном сопротивлении его тела не привело к прохождению через него тока, опасного для жизни. Для питания системы электрообогрева используют шланговый гибкий провод с заземлением. Штепсельные розетки и вилки должны иметь специальную конструкцию, а заземляющий штырь розетки быть длиннее Других (сначала отключается напряжение, затем заземление). Выполнение этих требований позволит использовать более высокое напряжение.

Рис. 53. Схема включения автомобиля для электроподогрева (Финляндия):
а — настенная розетка; б — розетка на стойке; 1 — электропечь обогрева салона; 2, 4 — разъемные соединения; 3 — подогреватель двигателя

Следует также отметить, что чехлы или коробки штепсельных разъемов должны быть после выключения розетки всегда закрыты.