加热管的接触水部分的材料,一般有:铝合金、铜、不锈钢和钛等。 铝的优势是价廉,超轻,导热好。铝在水中不稳定,高温下、水中的氯离子较多时,都容易与水反应,产生腐蚀。当需要除垢时,除垢剂也会腐蚀铝材。在铝表面可以做些表面处理,但是防腐蚀效果不明显,或者是严重障碍热传导,或者表面处理成本太高。 铜的金属活动顺序排在氢离子的后面,不会被水腐蚀。而且导热性好,强度好,在除垢时不易损坏。但是材料成本偏高,在可靠性要求较高的场合使用。 不锈钢耐腐蚀性能很好,耐酸、耐碱、耐开水、耐除垢剂,强度很高。但是不锈钢的导热性远不如铜和铝,导热系数差不多是铜的十分之一。所以用不锈钢做接触水的材料,做PTC加热管,在相同尺寸的情况下,功率会比用铜和铝小20%左右。 钛具有优异的耐腐蚀性,可用在上述几种材料不适应的特殊水质。但是钛的价格很高。 加热管的功率密度。 功率密度越大,则需要使用的PTC陶瓷芯材料的表面温度越高。较高温度的PTC陶瓷芯,可靠性下降,容易击穿,功率衰减明显增加。从降成本和减体积考虑,宜把功率密度做大;从可靠性考虑,宜把功率密度做小,两者要寻求一个平衡点。 加热管的效率。 关于电加热管的效率,目前并没有明确定义。有些商家为了售卖自家的产品,故意歪曲效率概念。我这里定义电加热管的“电热能效比”如下: 浸水式加热管的电热能效比。根据焦耳定律,以及能量守恒原理,我们得出如下关系式: Q =η×P×t = 4200×m×(T-T0), η= (4200×m×(T-T0))÷( P×t) 热量Q的单位为“焦耳J”; η为能效比,单位为无量纲; P为加热功率,单位为“瓦W”; t为加热时间,单位为“s秒”; 物质质量m单位为“千克kg”,也就是通常说的重量; 温度T为加热后的温度,T0为加热前的温度,单位为“”(即是摄氏度),或K(即绝对温度); 比热C的单位是“J/(kg·)”,水的比热为4200 J/(kg·)。
将质量为m的水倒入一个绝热比较好的水罐中,将一根电加热管插入水罐,盖好绝热盖子。注意水罐不要太大,以免水罐表面太大,散热损失增加。水罐尽量轻,以免水罐吸收太多热量,影响计算结果。当需要比较精确的情况下,就要将水罐吸收热量部分纳入计算式。还要避免产生蒸汽,因为蒸汽会带走热量。 通电加热,等功率稳定,将功率基本稳定的时刻,定为开始,记录时间,记录水温T0和功率P。再加热到时间t秒后,测量水温T。 计算能电热能效比。
通水式加热管的电热能效比。 η= (4200×L×(T-T0))÷( P×60) L为水流量,单位为“千克/分钟” t为加热时间60秒; 温度T为加热管出水口的温度,T0为加热管进水口的温度。
将通水加热管通电并通水(恒定流量),等到功率稳定后,测量稳定功率P、进水口水温T0、出水口水温T,1分钟流出的水的重量,计算电热能效比。
根据以往的测量结果,保温比较好的情况下,PTC插入式加热管、以及通水PTC加热管电热能效比一般在0.95~0.99之间。能量不会凭空产生,电加热的电热能效比不会超过1。 如果电锅炉设在用热的室内,整个加热系统的“热量损失”,都留在室内,电热能效比就是基本上等于1。
采暖电锅炉设计。 按照国家节能建筑的要求,冬季采暖热负荷为55~70W/m2。按照这个标准,100m2的室内面积,采暖功率为5.0~7KW。 电锅炉出口水温一般为85左右,进口水温为65左右。工作压力为0.7MPa。 从结构区分,电锅炉分为蓄热式和直通式。蓄热式电锅炉包含有蓄热保温水箱,用水来蓄热,在用电电费低谷加热,在用电电费峰值停止加热,可节省用电电费。但是缺点是设备投资大,需要地点来摆放蓄热水箱。也可以使用相变蜡蓄热,比水箱蓄热量更大,但是设备成本较高。 直通式电锅炉比较简单,不需要水箱,设备造价低,非常适合家庭使用。甚至可以不要水泵,避免水泵噪声。 从电加热方式和材料区分,有:PTC电热管(也叫半导体陶瓷电热管)、金属丝加热管、石英镀膜加热管、电磁感应加热管等。其中PTC加热管的寿命长,安全可靠,被广泛使用。
PTC加热管的常用技术指标。 额定电压。国内市电有单相220V,三相380V星形,三相380V三角形。也可以用太阳能发电板供电加热。 冲击电流。使用电压加到加热管后,电流从小变大,到达最大值后再变小,最后稳定。最大的电流即为冲击电流。冲击电流一般比稳定电流稍大一些;但是太大的话,会损害供电电路。 稳定功率。PTC加热管的功率是受冷却条件影响的,水的温度,水的流动速率,都会影响稳定功率。施加电压对电热丝加热管的稳定功率影响比较大;而对PTC加热管的稳定功率影响不大。对于电锅炉来说,规定测试功率的条件为:水温60,水流速率20L/min,比较接近使用条件,也方便测试。功率的误差标准为+5%,-10%。 绝缘耐压。按照国家标准《JB/T 4088-2012,日用管状电热元件》要求,使用电压为220V时,加热管内部电线与外表之间的绝缘耐压≥1500V。 电极间耐电压。在有水加热的情况下,在电极间施加额定电压的1.5倍,10分钟,PTC加热管不应该有损坏。 漏电流。施加电压为额定电压时的泄漏电流。 表面温度。干烧表面温度:施加额定电压,无水状态下,加热管温度最高处的表面温度。工作状态表面温度:在有水状态下,施加额定电压,加热管温度最高处的表面温度。 功率衰减。加热管刚开始使用时,连续工作1000小时后的稳定功率减少的比例。一般要求功率衰减≤5%。
电加热管常见故障。 漏电。加热管内部电线与外表之间施加规定的试验电压(如220V额定电压,绝缘电压为1500V),设定整定电流为5mA,历时60秒,加热管不应毁坏,打火。 断线。加热管的电线断开。 爆管。加热管的电线之间的发热电阻体烧毁,出现电阻为短路,或者电线之间打火,或者不发热。PTC加热管的电线接头处一般不能浸水,电线接头进水容易引起爆管。加热管表面起气泡,结水垢,表面散热差,都会增加爆管的可能性。降低加热管的表面负荷功率,可以有效防止爆管。 腐蚀。加热管的接触水的部位,受到水的腐蚀,出现凹坑,穿孔等。铝材质不能长期耐水,当水中的氯离子浓度较高时、水温较高时腐蚀加快。使用铜材,可以防止水的腐蚀。使用不锈钢材料,可以防止弱酸、碱,含氯离子的水的腐蚀。 水垢沉积。水中的钙镁离子、硅酸盐尘粒等,在水蒸发过程中浓缩沉积。如果加热管的表面温度较高,在其表面形成水汽蒸发,就会形成水垢沉积。水垢沉积在金属丝加热管表面,会引起爆管;沉积在PTC加热管表面,会引起功率下降,严重的甚至爆管。使用软水,水中加阻垢剂,可以有效防止水垢沉积。 功率衰减。PTC加热管的功率,受到传热条件的影响,随着加热管使用时间的延长,传热面出现松动,功率就会下降。PTC发热电阻,是半导体陶瓷体,其电阻会随使用时间的延长而变大,导致功率下降。降低加热管的表面负荷功率,可以有效减少功率衰减。不同厂家生产的PTC半导体陶瓷体,功率衰减的程度有很大差别,所以选择可靠PTC加热管的厂家非常重要。 接头渗水。通常是密封圈、或者密封胶的密封不严引起的渗水,或者加热管被水腐蚀后引起的漏水。 |
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