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超導熱對流電暖器的原理和性能
點擊次數:   更新時間:2017-08-10 08:44:01  

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超導熱對流電暖器的原理和性能



一、超導熱對流電暖器的加熱元件

       作為電供暖采暖設備的核心部件—加熱元件的選擇極為重要,它關乎到電供暖采暖設備工作時的加熱速度、發熱效率、安全性、使用壽命等性能。目前應用于采暖設備領域的加熱元件主要分為兩大類:一類是金屬材料的,如鎳鉻合金電熱絲;另一類是非金屬材料的,如碳晶、電熱膜、ptc陶瓷材料等。在這里著重介紹有著優異發熱性能的材料—ptc陶瓷發熱元件。


ptc元件ptc元件


ptc陶瓷發熱元件它的學名叫:正溫度系數熱敏電阻器。它制作工藝為:將4~5種無機金屬氧化物加入半導化元素和助燒劑混合、球磨、壓制、經過1300度高溫燒結而成。它有三大電氣特性:阻溫特性、時間電流特性和伏安特性。它的應用都是圍繞這三個電氣特性而展開。它可用于溫度傳感、控制元件、電流保護元件、發熱元件等,應用廣泛。用于發熱是ptc的最基本最廣泛的應用。它在發熱性能方面具有發熱速度快,通電幾秒鐘就達到它的設定溫度;安全性很高,由于它具有正溫度系數的特性決定了它不會產生過高的溫度即有自己控制溫度的能力,因而不會產生明火;根據ptc的阻溫特性,它會根據環境溫度的變化而自動調節工作電流的大小即輸出功率的大小,達到節能的效果,也就基本工作在恒溫的狀態;由于ptc是在一千多度高溫下燒結而成,這就決定了它具有使用壽命長的特征。ptc發熱元件在嚴格的工藝過程控制下,在正確選擇參數和使用方法的條件下,ptc發熱元件不會出現功率衰減的現象。

綜合以上ptc發熱元件的性能和特性,它具備了電供暖采暖設備所要求的:快速加熱、高效節能、安全可靠、使用方便、舒適壽命長的條件。結合到實際應用過程中,如何正確使用才能充分發揮利用ptc發熱元件的優勢設計出一款優異的電供暖采暖設備呢?這就是超導熱對流電暖器所要解決的問題。


 二、超導熱對流電暖器的結構

        上文提到根據ptc元件所具有獨特的三大電氣特性,決定了它是電供暖采暖設備理想的加熱材料,關鍵是如何正確選擇、設計ptc元件的參數和使用方法。參數的選擇就是根據對電供暖采暖設備的使用要求對ptc元件的居里點溫度和零電阻值這兩個參數進行正確的設定。在使用采暖設備時人們期望熱氣要柔和,不能使人有燥熱的感覺。由于ptc元件發熱的最高溫度即居里點溫度可以通過配方配備的方式來設定,這就可以實現人們對受熱時舒適度的需求,ptc發熱元件這一特點是其它發熱材料所無法比擬的。合理地選擇ptc元件的零電阻值則既能保持快速加熱的特性又能防止工作時啟動電流過大的問題(這個問題也是ptc元件發熱材料的一個瑕疵)。

     眾所周知,熱量的三種傳播方式:傳導、對流、輻射。通常ptc發熱元件的加熱方式都是以傳導為主,而對流加熱方式則是以與金屬散熱器結合再用電扇吹風強迫對流來實現。如市面上的ptc暖風機就是以這種方式來實現熱對流。這種熱傳導方式是不適合用來做為電供暖采暖設備的,因為一是強勁的熱風使人感覺不舒適而且產生揚塵和環境噪音,二是這種工作方式不能保證采暖設備耐用長壽命的要求。但是對于電供暖采暖設備來說,主要是對一個相對密封的空間進行加熱,這就決定了加熱的方式必須是以對流傳播熱量為主,根據這個要求并結合ptc發熱元件的特點我們設計了一種筒管形狀的電熱裝置,這個裝置獲得國家專利授權(專利號:CN204593846U)。


專利證書專利證書


以這項專利技術制作而成超導熱電暖器在實際應用中完全具備了電供暖采暖設備所要求的:加熱快速、節能高效、安全舒適、使用方便耐用。

 

三、超導熱對流電暖器的原理

        上文提到根據ptc發熱元件的工作原理和性能以及對電供暖采暖設備所要達到的功能要求,提出了筒管結構的方案。這里先說個題外話,隨著現在房地產行業的高度發展,人們的生活都得到了很大改善,家家戶戶都住上了高樓房,在住上高樓房的同時都會得到一個溫馨提示:當樓層發生火災時,千萬不能利用電梯通導來逃生,原因在于電梯通導從下到上是直通的,當樓層發生火災時產生的大量熱量和氣流不斷地往電梯通道向上噴涌。還有一個生活常識:以前在北方冬季使用煤爐采暖時,當在煤爐上放置一個圓鐵筒時就會看到煤爐中的火苗躥得比之前要高,也就是加快了煤爐熱量的傳導。


強自然對流裝置的工作方式強自然對流裝置的工作方式


  以上兩個事例就是我們常說的“煙囪效應”現象。專利技術“一種強自然對流電熱裝置”就是充分利用了“煙囪效應”原理應用于采暖設備的一款新型裝置,在該裝置中利用ptc發熱元件可以分散分布組合的特點,通過特殊工藝將ptc發熱元件從下到上有梯度地嵌入一定長度的金屬管內,這根金屬管通過N根筋肋與同等長度外圍的金屬圓筒相連成為一體。工作時ptc發熱元件將熱量傳導到金屬管,金屬管再將熱量通過筋肋傳導到外圍的金屬筒,這個過程充分發揮了ptc發熱元件加熱快速的特點,1~2分鐘外圍的金屬筒也開始發熱,這樣使外圍金屬筒內與金屬管之間的冷空氣在外圍金屬筒、筋肋和金屬管所帶的熱量作用下迅速膨脹,不斷地向上方噴射而出。由于外圍金屬筒是個密閉的容器,在這個容器里的氣體壓力強度隨著加熱溫度的提高而逐步加強,使得裝置上方出口的熱氣流越來越強,相對冷的氣流在“虹吸原理”的作用下,不斷地從外圍金屬筒的下方流入金屬筒內以此往復形成了較為強勁的自然熱氣流。這里有一個關鍵的因素,這個裝置產生的氣流流量大小與ptc發熱元件的發熱溫度有關,溫度越高氣流越快流量越大;與空間的空氣溫度有關,因為ptc發熱元件基本是恒溫發熱,所以周圍空氣溫度越低金屬筒內的空氣和外圍的空氣溫度差越大,產生的熱氣流流量也越大,還與金屬筒的長度有關,金屬筒越長,產生的熱氣流流量也越大。前面提到ptc發熱元件的排布是按梯度方式布局(由下而上逐漸變疏),因而底部加熱速度快點,這樣熱氣流就能快速形成,大約3分鐘左右即可生成熱氣流。這些現象對于作為采暖設備是極為有利的。


超導熱對流電暖器超導熱對流電暖器


      目前浙江鑫通電子有限公司采用該項專利技術開發了具有創意新穎的采暖設備—超導熱對流電暖器,在實際生活中已經得到了滿意使用,取得了顯著的效果,達到了設計時的設想。該超導熱電暖器根據不同的功率需求可由N個“一種強自然對流電熱裝置”組合而成,是一款較為理想的電供暖采暖設備,至于它有什么性能特點下篇以予闡述。

 

四、超導熱對流電暖器的性能

    由于超導熱對流電暖器的加熱源采用了ptc發熱元件,獨特的造型設計,輕質鋁合金散熱筒構造,造就了與眾不同性能和特點:


超導熱對流電暖器的構造超導熱對流電暖器的構造


*快速加熱  根據ptc元件的阻溫特性,在居里溫度點之前的曲線是負溫度系數,所以它具有的特性,通電后在幾秒鐘內就能達到設定的溫度,發出的熱量再通過筋肋傳導到超導熱電暖器的外圍金屬筒上,1~2分鐘就能感覺到發熱。2~3分鐘就開始生成熱氣流。

*恒溫加熱  由于ptc元件在開始發熱后,它是工作在正溫度系數的曲線上。即當溫度上升時電阻增大,使電流下降;電流下降后又使溫度下降,使得電阻減少,反過來電流又開始上升,如此反復,使ptc元件始終工作在一個恒定點上。這就決定了超導熱電暖器基本上是工作在一個恒溫狀態下,這樣就不會產生過熱的現象。在ptc居里點溫度設計時采用較低的溫度,使人沒有干燥的感覺,這也是人體感覺舒適的基本條件。同時也可以簡化設備的溫控裝置,降低成本,降低故障率,保證設備的長期使用。

*安全耐用  ptc發熱元件在設定好居里點溫度后,它基本上就在這個溫度附近工作,由于溫度都是設定在200度溫度左右,所以不會出現超溫現象,沒有明火的工作狀態確保了它的安全性。正如前文(一)提到ptc元件是經過高溫燒結而成,是屬陶瓷材料,堅固耐用,不氧化,如果不是人為的損壞可以經久耐用的。

*高效節能    由于超導熱對流電暖器獨特的結構設計,它在“煙囪效應”的作用下,在工作時產生較強的自然熱氣流(流速達0.4~0.8米/秒),并配備輕質鋁合金材料的散熱圓筒,ptc加熱元件直接加熱散熱筒,具有向兩側輻射和向上對流的雙重熱傳導功能,而以對流為主的熱傳導形式,使得將電能高效地轉換成熱能快速地向空間傳導。這一性能對于采暖設備來說極為重要,因為在相對封閉的空間里,要把空氣加熱的主要手段就是利用熱氣流進行冷熱空氣的交換起到采暖效果。熱氣流流量越大交換速度越快,也就是采暖設備的加熱效率越高,單位面積所需的功率就越低,這就達到節約電能的目的。

*投資省使用方便   由于超導熱對流電暖器所具有的高效采暖性能,即可以便攜移動,也可以固定掛壁安裝的方式,為冬季采暖節省了大量工程施工的費用,也可免去維護的煩惱和成本。高、中、低三檔功率可選擇,設計了方便的烘涼衣物的裝置,為生活帶來了便利。與眾不同的特點,可以即開即用,又可以靈活使用。即安靜又不產生揚塵污染。


超導熱對流電暖器的掛壁安裝超導熱對流電暖器的掛壁安裝


*適用范圍廣     由于超導熱電暖器具有與眾不同的熱傳導方式,它適用范圍廣,即適合北方地區使用又適合南方地區使用。在一般情況下,采暖器在北方地區使用要比南方地區使用效果更好,這是因為北方地區的房屋要比南方地區的房屋密封性要好,而且空氣相對干燥。在南方地區的房屋密封性能相對來說比較差,最主要是空氣濕度大,這就給一般的采暖設備的加熱效果帶來很大影響。而南方家庭在使用采暖器的習慣也不一樣,人在即開人離即停,這種情況也會使人感覺一般的采暖器效果不佳。由于超導熱電暖器具有較強的熱氣流的對流,一方面,能快速加熱空氣,另一個方面,強熱氣流能充分攪動潮冷空氣,使冷熱空氣加速交換達到采暖效果。在北方,超導熱電暖器的采暖效果更有效,而且更加節能。這些使用效果在實際中得到充分的檢驗。

*多種場合的使用   由于超導熱對流電暖器的獨特的結構,與眾不同的特性,適用于多種場合:


學校學     校



辦公、會議室辦公、會議室



居家:客廳、臥室、浴室居家:客廳、臥室、浴室



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