目前电热元件技术及在制冷空调中的应用

电热元件技术及在制冷空调中的应用

电加热元件是以电热丝或其它直接通电发热体作为基础发热件的介质加热单元功能件；为满足固定、安装、功率扩展、安全保护和控制要求而采用的有一定机架结构、电路与电加热元件的组合，称为电加热器。

电加热元件（器）经历相当长历史的技术发展，在传统结构上已相当成熟。目前的技术发展趋势，主要是三个方面 ：一是新的发热材料或发热体的出现，带出新的电热元件的技术发展，例如电热膜的出现、以高分子为基材的带状自限温加热电缆的出现，而发展出的电热元件；二是新的主机配套要求或新的环境要求，推动新的电热元件的技术发展，例如户式中央空调专用的辅助电加热器的诞生等；三是提高电热元件发热效率，追求最大节能性，是电热元件技术发展的又一主导方向。三个发展方向综合起来说，一是发展全新的产品水平 ；二是发展更广的应用水平 ；三是发展最佳的利用水平。

经过多年的努力，我国的电热元件技术在三个主导方向的发展上都有了重大突破。产品结构型式对主要应用领域已基本做实验结果输出结果可任意设置：最大力值、伸长率到全覆盖，并有相当大的批量出口。同时，也开发出一系列有技术创新点，具备特殊技术性能的电热元件。镇江市东方制冷空调设备配件有限公司是电热元件行业中以技术发展引领企业跨越式前进的实践者之一。该公司根据使用环境、介质条件、功率和温度要求，在结构设计、材料选择、功率扩展组合、安装固定条件、安全保护和控制要求等方面，已形成了具备自主产权特色的产品类型。

中央（户式中央）空调辅助加热器

中央（户式中央）空调辅助电加热器是镇江东方公司专门为中央空调和户式中央空调设计和配套的辅助加热装置，已经取得国家实用新型专利。中央（户式中央）空调在功率设计时，一般是以制冷为原则的。制冷时，室外与制冷后的室内温度温差通常为10℃左右，以此设定制冷量和热泵循环系统功率。而在冬季制热时，在没有其它供暖系统的淮河以南地区，室外与制热后的室内温差常常达到20℃以上，按制冷功率测算，制热时设计的标准供热工况是室外温度为7℃。这就造成热泵循环系统功率是低于实际制热需要的。为了补充实际制热需要不足部分，就需要在原有热泵循环系统的基础上增加辅助热源。技术研发人员为此作了创新性设计开发。

图1：辅助加热器与热泵循环系统的连接原理图

图2：辅助加热器示意图

如图1、2所示，中央空调热泵1的进水管2连接有辅助电加热装置3，3包括一个壳体4；壳体前、后分别有出水口5和进水口6，在壳体内腔中纵向安装有功率匹配的电热元件7，对循环水介质进行预加热；在内腔中还有一块横向的折流板8，它将壳体内腔分隔为底部联通的前、后两个部分。壳体4的夹层内填充有保温材料9，以使散热，即热损失尽可能减少。对户式中央辅助加热装置主机，机件均为不锈钢制件，12为优质温控器，其测温探头为10，深入于水中；11为一次性熔断器，置于图中11所示位（可见电热管的后面的虚线管内），以此控制水温和缺水超温保护，避免元件及系统的损坏。大功率的辅助电加热器可根据环境要求，采取控制分组加热方式。本装置的维护保养非常方便，而且只要遵循使用说明书的要求，本装置使用是非常安全的。对大型中央空调外部筒体为优质无缝钢管或优质钢板卷制焊接制成，外表镀锌后喷涂有机硅防腐漆，强化防腐性能。其工作原理仍可参照图1、图2所示。

这里有一个问题，由于辅助加热器在中央空调热泵进水管前的位置，对整个循环系统是一段阻尼，要求热泵适当增大输出功率。在中央空调系统热泵已经确定的条件下，增加辅助加热装置是否影响正常工作？我们的回答是，一般情况是不会影响正常工作的。因为热泵功率的设计选择时，往往是在极限状态下仍有裕度的。而辅助加热器的阻尼功率损耗与热泵功率相比很小，不会影响热泵系统的正常工作。

辅助加热器适用的电热元件主要是高性能水介质管状电热元件。适用于220V或380V三相电源，功率范围为2kW-800kW，特殊需要，功率范围可以延伸。

风道式辅助加热器

因中央（户式中央）空调风道过长，有一定的热损失 ；或因室外环境温度过低致使实际末端室内仍有可能达不到应有的温度要求，就需要在风道末端或适当位置配套风道式辅助加热器以补充供应不足的热量。风道式辅助加热器有220V或380V，功率范围为kW。

裸露式电加热器

风道式辅助加热器主要采用带缠绕散热翅片的管状电热元件组合件（器）或其它具有高效节能效果的电加热元件组合件（器）结构，如裸露发热丝结构或陶瓷PTC带铝散片式电热元件组合件（器）。

带缠绕散热翅片的电热管是由具有技术诀窍的特殊工艺方法在电热管上螺旋缠绕上不锈钢散热带（俗称“翅片”），大大提高了管状电热元件在风速条件下散热效率。

裸露式发热丝电热元件是去除了不必要的热传导环节，由发热丝直接在流动空气介质中散热。减少了热传导热损耗，提高了能力率约个百分点，是一种高效节能加热元件。这类产品由于其结构特点和优异的性能，为越来越多的客户认可和采用，已经成为一种新的成长型发展的产品。

高性能管状电热元件（电热管）

正如前述，中央（户式中央）空调辅助加热器及风道式辅助加热器的主要电热元件为高性能管状电热元件。管状电热元件是目前行业中生产量最大的主导产品。其用途非常广泛，如家用空调加热件、冰箱、冰柜、展示柜融霜加热器，各式小家电用电器加热元件等，甚至用于太阳能热水器和电锅炉。可以单管使用，也可多管组合；可以为双端出线结构，也可制成单端产品；可以直管，也可弯管成一个形状，适应空间平面布置；可以不带散热翅片，也可带散热翅片等等；以供选择。根据单独供货要求，还可制成客户所需的规格尺寸。

高性能管状电热管

高效节能管状电热元件

高效节能管状电热元件采用了特殊合金的发热丝。这种发热丝具有特殊温度——功率特性，近似于PTC（Positive Temperature Coefficient 正温度说明测力活塞应转换系数）性质。做成的高效节能管状电热元件,在升温时，温度低、功率大、升温迅速，功率随风速而改变。在达到工作温度时自动大幅度降低功率，实现无控温装置条件下的基本恒温。这种产品已成为重点开发和重点发展的高效节能产品之一。由于具有常规管状电热元件更新换代升级产品的特点。因此，市场前景极为看好。

陶瓷PTC带铝散热片式电热元件

但是钛酸钡基类陶瓷材料，是一种PTC材料。在一定温度点（称之谓“居里温度”）以下电阻值相对较小，约为几百欧姆至几千欧姆。一旦达到和超过居里温度，电阻急剧增大几个数量级，因此被称为“热敏电阻”材料。它的特性还表现在居里温度以下的一段温度区间中，还具有弱NTC（Negative Temperature Coefficient 负温度系数）性质。因此，以这种材料作为发热材料，显示了很重要的特点：室温下升温迅速，功率大，到了居里温度（往往与工作温度相对应）时，电阻急剧增大，使之实现恒温。而且这是一个可逆的循环实现过程。

但是陶瓷PTC也有缺点：它不具备特殊合金发热丝的柔绕性，不能随意弯曲；也不能按需要制成单片很长的发热片。较大的功率都需要若干陶瓷PTC片串联来达到。固定这些PTC片，并使热量传导到外表面，也受到结构上的约束。为了增大这种器件外表面对介质的散热性，往往还要设计散热结构，如铝波纹胶粘式据了解散热片、夹持式铝散热片等。因此这类电加热元件目前手工作业工序较多，生产难度相对较大。有的PTC可以做成插入式电加热器，用于特殊机件内部加热。

随着家用空调为代表的家用电器产品能效比要求的法规化，陶瓷PTC电热避免实验进程样品倾斜或位移而造成实验失败元件由于其优异的性能，是一种极具发展潜力的电热元件。市场前景十分良好。

陶瓷PTC加热器

电加热带（线）系列电热元件

对一些特殊形状机械结构部位要求的预热、保温的位置或场合，可以使用一类柔性、缠绕性很好电加热元件，这就是电加热带、电加等产品。

电加热带（线）是以发热丝外裹有耐高温的常温柔性绝缘材料（如高温硅橡胶）的柔性电热元件，可以很好的缠绕在加热部件位置上。为了保证缠绕后的固定，有时还辅助加上不锈钢带固定装置等。目前，电加热带（线）主要用于压缩机曲轴箱外壳预热和寒冷地带输油管道的保温。但随着技术的发展，应用范围也越来越大。

电加热带（线）系列

结束语：以上六类产品是电热行业市场化程度最高，服务领域最为广泛的代表产品。它们的节能、高品质和寿命期的稳定性能，已为广大客户所乐道。

技术是无止境的。电热元件的技术发展对中国电热行业来说，我们要从基础技术抓起，努力发现新的技术创新源泉；把双眼始终盯住空调制冷设备、小家电、其它加热机械发展的动向上，主动开发具有更为节能高效的新的电热元件，主动开拓新的应用领域和服务领域。同时，以先进的制造检测技术和信息技术改造行业落后的生产线，形成高效化、集约化、资源利用循环化、产品适应柔性化的生产方式。为中国电热元件走向世界，为家电行业和相关领域的发展，做出贡献。

作者简介：董国俊，男，教授级高级工程师。国务院政府特殊津贴荣获者，江苏省有突出贡献的中青年专家。(end)