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技術(shù)
中國節(jié)能網(wǎng)

電熱元件技術(shù)及在制冷空調(diào)中的應(yīng)用

   2014-07-18 中國節(jié)能網(wǎng)3610
核心提示:電加熱元件是以電熱絲或其它直接通電發(fā)熱體作為基礎(chǔ)發(fā)熱件的介質(zhì)加熱單元功能件;為滿足固定、安裝、功率擴(kuò)展、安全保護(hù)和控制要求而采用的有
電加熱元件是以電熱絲或其它直接通電發(fā)熱體作為基礎(chǔ)發(fā)熱件的介質(zhì)加熱單元功能件;為滿足固定、安裝、功率擴(kuò)展、安全保護(hù)和控制要求而采用的有一定機(jī)架結(jié)構(gòu)、電路與電加熱元件的組合,稱為電加熱器。

電加熱元件(器)經(jīng)歷相當(dāng)長歷史的技術(shù)發(fā)展,在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上已相當(dāng)成熟。目前的技術(shù)發(fā)展趨勢,主要是三個(gè)方面 :一是新的發(fā)熱材料或發(fā)熱體的出現(xiàn),帶出新的電熱元件的技術(shù)發(fā)展,例如電熱膜的出現(xiàn)、以高分子為基材的帶狀自限溫加熱電纜的出現(xiàn),而發(fā)展出的電熱元件;二是新的主機(jī)配套要求或新的環(huán)境要求,推動(dòng)新的電熱元件的技術(shù)發(fā)展,例如戶式中央空調(diào)專用的輔助電加熱器的誕生等;三是提高電熱元件發(fā)熱效率,追求最大節(jié)能性,是電熱元件技術(shù)發(fā)展的又一主導(dǎo)方向。三個(gè)發(fā)展方向綜合起來說,一是發(fā)展全新的產(chǎn)品水平 ;二是發(fā)展更廣的應(yīng)用水平 ;三是發(fā)展最佳的利用水平。

經(jīng)過多年的努力,我國的電熱元件技術(shù)在三個(gè)主導(dǎo)方向的發(fā)展上都有了重大突破。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式對主要應(yīng)用領(lǐng)域已基本做到全覆蓋,并有相當(dāng)大的批量出口。同時(shí),也開發(fā)出一系列有技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn),具備特殊技術(shù)性能的電熱元件。鎮(zhèn)江市東方制冷空調(diào)設(shè)備配件有限公司是電熱元件行業(yè)中以技術(shù)發(fā)展引領(lǐng)企業(yè)跨越式前進(jìn)的實(shí)踐者之一。該公司根據(jù)使用環(huán)境、介質(zhì)條件、功率和溫度要求,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、功率擴(kuò)展組合、安裝固定條件、安全保護(hù)和控制要求等方面,已形成了具備自主產(chǎn)權(quán)特色的產(chǎn)品類型。

中央(戶式中央)空調(diào)輔助加熱器

中央(戶式中央)空調(diào)輔助電加熱器是鎮(zhèn)江東方公司專門為中央空調(diào)和戶式中央空調(diào)設(shè)計(jì)和配套的輔助加熱裝置,已經(jīng)取得國家實(shí)用新型專利。中央(戶式中央)空調(diào)在功率設(shè)計(jì)時(shí),一般是以制冷為原則的。制冷時(shí),室外與制冷后的室內(nèi)溫度溫差通常為10℃左右,以此設(shè)定制冷量和熱泵循環(huán)系統(tǒng)功率。而在冬季制熱時(shí),在沒有其它供暖系統(tǒng)的淮河以南地區(qū),室外與制熱后的室內(nèi)溫差常常達(dá)到20℃以上,按制冷功率測算,制熱時(shí)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)供熱工況是室外溫度為7℃。這就造成熱泵循環(huán)系統(tǒng)功率是低于實(shí)際制熱需要的。為了補(bǔ)充實(shí)際制熱需要不足部分,就需要在原有熱泵循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加輔助熱源。技術(shù)研發(fā)人員為此作了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)開發(fā)。



  中央空調(diào)熱泵1的進(jìn)水管2連接有輔助電加熱裝置3,3包括一個(gè)殼體4;殼體前、后分別有出水口5和進(jìn)水口6,在殼體內(nèi)腔中縱向安裝有功率匹配的電熱元件7,對循環(huán)水介質(zhì)進(jìn)行預(yù)加熱;在內(nèi)腔中還有一塊橫向的折流板8,它將殼體內(nèi)腔分隔為底部聯(lián)通的前、后兩個(gè)部分。殼體4的夾層內(nèi)填充有保溫材料9,以使散熱,即熱損失盡可能減少。對戶式中央輔助加熱裝置主機(jī),機(jī)件均為不銹鋼制件,12為優(yōu)質(zhì)溫控器,其測溫探頭為10,深入于水中;11為一次性熔斷器,置于圖中11所示位(可見電熱管的后面的虛線管內(nèi)),以此控制水溫和缺水超溫保護(hù),避免元件及系統(tǒng)的損壞。大功率的輔助電加熱器可根據(jù)環(huán)境要求,采取控制分組加熱方式。本裝置的維護(hù)保養(yǎng)非常方便,而且只要遵循使用說明書的要求,本裝置使用是非常安全的。對大型中央空調(diào)外部筒體為優(yōu)質(zhì)無縫鋼管或優(yōu)質(zhì)鋼板卷制焊接制成,外表鍍鋅后噴涂有機(jī)硅防腐漆,強(qiáng)化防腐性能。其工作原理仍可參照圖1、圖2所示。

這里有一個(gè)問題,由于輔助加熱器在中央空調(diào)熱泵進(jìn)水管前的位置,對整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)是一段阻尼,要求熱泵適當(dāng)增大輸出功率。在中央空調(diào)系統(tǒng)熱泵已經(jīng)確定的條件下,增加輔助加熱裝置是否影響正常工作?我們的回答是,一般情況是不會影響正常工作的。因?yàn)闊岜霉β实脑O(shè)計(jì)選擇時(shí),往往是在極限狀態(tài)下仍有裕度的。而輔助加熱器的阻尼功率損耗與熱泵功率相比很小,不會影響熱泵系統(tǒng)的正常工作。

輔助加熱器適用的電熱元件主要是高性能水介質(zhì)管狀電熱元件。適用于220V或380V三相電源,功率范圍為2kW-800kW,特殊需要,功率范圍可以延伸。

風(fēng)道式輔助加熱器

因中央(戶式中央)空調(diào)風(fēng)道過長,有一定的熱損失 ;或因室外環(huán)境溫度過低致使實(shí)際末端室內(nèi)仍有可能達(dá)不到應(yīng)有的溫度要求,就需要在風(fēng)道末端或適當(dāng)位置配套風(fēng)道式輔助加熱器以補(bǔ)充供應(yīng)不足的熱量。風(fēng)道式輔助加熱器有220V或380V,功率范圍為1-200kW。


裸露式電加熱器
風(fēng)道式輔助加熱器主要采用帶纏繞散熱翅片的管狀電熱元件組合件(器)或其它具有高效節(jié)能效果的電加熱元件組合件(器)結(jié)構(gòu),如裸露發(fā)熱絲結(jié)構(gòu)或陶瓷PTC帶鋁散片式電熱元件組合件(器)。

帶纏繞散熱翅片的電熱管是由具有技術(shù)訣竅的特殊工藝方法在電熱管上螺旋纏繞上不銹鋼散熱帶(俗稱“翅片”),大大提高了管狀電熱元件在風(fēng)速條件下散熱效率。

裸露式發(fā)熱絲電熱元件是去除了不必要的熱傳導(dǎo)環(huán)節(jié),由發(fā)熱絲直接在流動(dòng)空氣介質(zhì)中散熱。減少了熱傳導(dǎo)熱損耗,提高了能力率約1-2個(gè)百分點(diǎn),是一種高效節(jié)能加熱元件。這類產(chǎn)品由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)異的性能,為越來越多的客戶認(rèn)可和采用,已經(jīng)成為一種新的成長型發(fā)展的產(chǎn)品。

高性能管狀電熱元件(電熱管)

正如前述,中央(戶式中央)空調(diào)輔助加熱器及風(fēng)道式輔助加熱器的主要電熱元件為高性能管狀電熱元件。管狀電熱元件是目前行業(yè)中生產(chǎn)量最大的主導(dǎo)產(chǎn)品。其用途非常廣泛,如家用空調(diào)加熱件、冰箱、冰柜、展示柜融霜加熱器,各式小家電用電器加熱元件等,甚至用于太陽能熱水器和電鍋爐。可以單管使用,也可多管組合;可以為雙端出線結(jié)構(gòu),也可制成單端產(chǎn)品;可以直管,也可彎管成一個(gè)形狀,適應(yīng)空間平面布置;可以不帶散熱翅片,也可帶散熱翅片等等;以供選擇。根據(jù)單獨(dú)供貨要求,還可制成客戶所需的規(guī)格尺寸。


高性能管狀電熱管
高效節(jié)能管狀電熱元件

高效節(jié)能管狀電熱元件采用了特殊合金的發(fā)熱絲。這種發(fā)熱絲具有特殊溫度——功率特性,近似于PTC(Positive Temperature Coefficient 正溫度系數(shù))性質(zhì)。做成的高效節(jié)能管狀電熱元件,在升溫時(shí),溫度低、功率大、升溫迅速,功率隨風(fēng)速而改變。在達(dá)到工作溫度時(shí)自動(dòng)大幅度降低功率,實(shí)現(xiàn)無控溫裝置條件下的基本恒溫。這種產(chǎn)品已成為重點(diǎn)開發(fā)和重點(diǎn)發(fā)展的高效節(jié)能產(chǎn)品之一。由于具有常規(guī)管狀電熱元件更新?lián)Q代升級產(chǎn)品的特點(diǎn)。因此,市場前景極為看好。

陶瓷PTC帶鋁散熱片式電熱元件

鈦酸鋇基類陶瓷材料,是一種PTC材料。在一定溫度點(diǎn)(稱之謂“居里溫度”)以下電阻值相對較小,約為幾百歐姆至幾千歐姆。一旦達(dá)到和超過居里溫度,電阻急劇增大幾個(gè)數(shù)量級,因此被稱為“熱敏電阻”材料。它的特性還表現(xiàn)在居里溫度以下的一段溫度區(qū)間中,還具有弱NTC(Negative Temperature Coefficient 負(fù)溫度系數(shù))性質(zhì)。因此,以這種材料作為發(fā)熱材料,顯示了很重要的特點(diǎn):室溫下升溫迅速,功率大,到了居里溫度(往往與工作溫度相對應(yīng))時(shí),電阻急劇增大,使之實(shí)現(xiàn)恒溫。而且這是一個(gè)可逆的循環(huán)實(shí)現(xiàn)過程。

但是陶瓷PTC也有缺點(diǎn):它不具備特殊合金發(fā)熱絲的柔繞性,不能隨意彎曲;也不能按需要制成單片很長的發(fā)熱片。較大的功率都需要若干陶瓷PTC片串聯(lián)來達(dá)到。固定這些PTC片,并使熱量傳導(dǎo)到外表面,也受到結(jié)構(gòu)上的約束。為了增大這種器件外表面對介質(zhì)的散熱性,往往還要設(shè)計(jì)散熱結(jié)構(gòu),如鋁波紋膠粘式散熱片、夾持式鋁散熱片等。因此這類電加熱元件目前手工作業(yè)工序較多,生產(chǎn)難度相對較大。有的PTC可以做成插入式電加熱器,用于特殊機(jī)件內(nèi)部加熱。

隨著家用空調(diào)為代表的家用電器產(chǎn)品能效比要求的法規(guī)化,陶瓷PTC電熱元件由于其優(yōu)異的性能,是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ碾姛嵩?。市場前景十分良好?br />

陶瓷PTC加熱器
電加熱帶(線)系列電熱元件

對一些特殊形狀機(jī)械結(jié)構(gòu)部位要求的預(yù)熱、保溫的位置或場合,可以使用一類柔性、纏繞性很好電加熱元件,這就是電加熱帶、電加熱線等產(chǎn)品。

電加熱帶(線)是以發(fā)熱絲外裹有耐高溫的常溫柔性絕緣材料(如高溫硅橡膠)的柔性電熱元件,可以很好的纏繞在加熱部件位置上。為了保證纏繞后的固定,有時(shí)還輔助加上不銹鋼帶固定裝置等。目前,電加熱帶(線)主要用于壓縮機(jī)曲軸箱外殼預(yù)熱和寒冷地帶輸油管道的保溫。但隨著技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用范圍也越來越大。


電加熱帶(線)系列
結(jié)束語:以上六類產(chǎn)品是電熱行業(yè)市場化程度最高,服務(wù)領(lǐng)域最為廣泛的代表產(chǎn)品。它們的節(jié)能、高品質(zhì)和壽命期的穩(wěn)定性能,已為廣大客戶所樂道。

技術(shù)是無止境的。電熱元件的技術(shù)發(fā)展對中國電熱行業(yè)來說,我們要從基礎(chǔ)技術(shù)抓起,努力發(fā)現(xiàn)新的技術(shù)創(chuàng)新源泉;把雙眼始終盯住空調(diào)制冷設(shè)備、小家電、其它加熱機(jī)械發(fā)展的動(dòng)向上,主動(dòng)開發(fā)具有更為節(jié)能高效的新的電熱元件,主動(dòng)開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域。同時(shí),以先進(jìn)的制造檢測技術(shù)和信息技術(shù)改造行業(yè)落后的生產(chǎn)線,形成高效化、集約化、資源利用循環(huán)化、產(chǎn)品適應(yīng)柔性化的生產(chǎn)方式。為中國電熱元件走向世界,為家電行業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展,做出貢獻(xiàn)。
 
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