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PTC加熱管的材料。

加熱管的接觸水部分的材料，一般有：鋁合金、銅、不銹鋼和鈦等。

鋁的優(yōu)勢是價廉，超輕，導熱好。鋁在水中不穩(wěn)定，高溫下、水中的氯離子較多時，都容易與水反應，產(chǎn)生腐蝕。當需要除垢時，除垢劑也會腐蝕鋁材。在鋁表面可以做些表面處理，但是防腐蝕效果不明顯，或者是嚴重障礙熱傳導，或者表面處理成本太高。

銅的金屬活動順序排在氫離子的后面，不會被水腐蝕。而且導熱性好，強度好，在除垢時不易損壞。但是材料成本偏高，在可靠性要求較高的場合使用。

不銹鋼耐腐蝕性能很好，耐酸、耐堿、耐開水、耐除垢劑，強度很高。但是不銹鋼的導熱性遠不如銅和鋁，導熱系數(shù)差不多是銅的十分之一。所以用不銹鋼做接觸水的材料，做PTC加熱管，在相同尺寸的情況下，功率會比用銅和鋁小20%左右。

鈦具有優(yōu)異的耐腐蝕性，可用在上述幾種材料不適應的特殊水質。但是鈦的價格很高。

 加熱管的功率密度。

功率密度越大，則需要使用的PTC陶瓷芯材料的表面溫度越高。較高溫度的PTC陶瓷芯，可靠性下降，容易擊穿，功率衰減明顯增加。從降成本和減體積考慮，宜把功率密度做大；從可靠性考慮，宜把功率密度做小，兩者要尋求一個平衡點。

加熱管的效率。

關于電加熱管的效率，目前并沒有明確定義。有些商家為了售賣自家的產(chǎn)品，故意歪曲效率概念。我這里定義電加熱管的“電熱能效比”如下：

浸水式加熱管的電熱能效比。根據(jù)焦耳定律，以及能量守恒原理，我們得出如下關系式：

Q =η×P×t = 4200×m×(T－T0)，

η= (4200×m×(T－T0))÷( P×t)

熱量Q的單位為“焦耳J”；

η為能效比，單位為無量綱；

P為加熱功率，單位為“瓦W”；

t為加熱時間，單位為“s秒”；

物質質量m單位為“千克kg”，也就是通常說的重量；

溫度T為加熱后的溫度，T0為加熱前的溫度，單位為“”（即是攝氏度），或K（即絕對溫度）；

比熱C的單位是“J/（kg·）”，水的比熱為4200 J/（kg·）。

 

將質量為m的水倒入一個絕熱比較好的水罐中，將一根電加熱管插入水罐，蓋好絕熱蓋子。注意水罐不要太大，以免水罐表面太大，散熱損失增加。水罐盡量輕，以免水罐吸收太多熱量，影響計算結果。當需要比較精確的情況下，就要將水罐吸收熱量部分納入計算式。還要避免產(chǎn)生蒸汽，因為蒸汽會帶走熱量。

通電加熱，等功率穩(wěn)定，將功率基本穩(wěn)定的時刻，定為開始，記錄時間，記錄水溫T0和功率P。再加熱到時間t秒后，測量水溫T。

計算能電熱能效比。

 

通水式加熱管的電熱能效比。

η= (4200×L×(T－T0))÷( P×60)

L為水流量，單位為“千克/分鐘”

t為加熱時間60秒；

溫度T為加熱管出水口的溫度，T0為加熱管進水口的溫度。

 

將通水加熱管通電并通水（恒定流量），等到功率穩(wěn)定后，測量穩(wěn)定功率P、進水口水溫T0、出水口水溫T，1分鐘流出的水的重量，計算電熱能效比。

 

根據(jù)以往的測量結果，保溫比較好的情況下，PTC插入式加熱管、以及通水PTC加熱管電熱能效比一般在0.95~0.99之間。能量不會憑空產(chǎn)生，電加熱的電熱能效比不會超過1。

如果電鍋爐設在用熱的室內，整個加熱系統(tǒng)的“熱量損失”，都留在室內，電熱能效比就是基本上等于1。

 

采暖電鍋爐設計。

按照國家節(jié)能建筑的要求，冬季采暖熱負荷為55~70W/m2。按照這個標準，100m2的室內面積，采暖功率為5.0~7KW。

電鍋爐出口水溫一般為85左右，進口水溫為65左右。工作壓力為0.7MPa。

從結構區(qū)分，電鍋爐分為蓄熱式和直通式。蓄熱式電鍋爐包含有蓄熱保溫水箱，用水來蓄熱，在用電電費低谷加熱，在用電電費峰值停止加熱，可節(jié)省用電電費。但是缺點是設備投資大，需要地點來擺放蓄熱水箱。也可以使用相變蠟蓄熱，比水箱蓄熱量更大，但是設備成本較高。

直通式電鍋爐比較簡單，不需要水箱，設備造價低，非常適合家庭使用。甚至可以不要水泵，避免水泵噪聲。

從電加熱方式和材料區(qū)分，有：PTC電熱管（也叫半導體陶瓷電熱管）、金屬絲加熱管、石英鍍膜加熱管、電磁感應加熱管等。其中PTC加熱管的壽命長，安全可靠，被廣泛使用。

 

PTC加熱管的常用技術指標。

額定電壓。國內市電有單相220V，三相380V星形，三相380V三角形。也可以用太陽能發(fā)電板供電加熱。

沖擊電流。使用電壓加到加熱管后，電流從小變大，到達最大值后再變小，最后穩(wěn)定。最大的電流即為沖擊電流。沖擊電流一般比穩(wěn)定電流稍大一些；但是太大的話，會損害供電電路。

穩(wěn)定功率。PTC加熱管的功率是受冷卻條件影響的，水的溫度，水的流動速率，都會影響穩(wěn)定功率。施加電壓對電熱絲加熱管的穩(wěn)定功率影響比較大；而對PTC加熱管的穩(wěn)定功率影響不大。對于電鍋爐來說，規(guī)定測試功率的條件為：水溫60，水流速率20L/min，比較接近使用條件，也方便測試。功率的誤差標準為+5%，-10%。

絕緣耐壓。按照國家標準《JB/T 4088-2012，日用管狀電熱元件》要求，使用電壓為220V時，加熱管內部電線與外表之間的絕緣耐壓≥1500V。

電極間耐電壓。在有水加熱的情況下，在電極間施加額定電壓的1.5倍，10分鐘，PTC加熱管不應該有損壞。

漏電流。施加電壓為額定電壓時的泄漏電流。

表面溫度。干燒表面溫度：施加額定電壓，無水狀態(tài)下，加熱管溫度最高處的表面溫度。工作狀態(tài)表面溫度：在有水狀態(tài)下，施加額定電壓，加熱管溫度最高處的表面溫度。

功率衰減。加熱管剛開始使用時，連續(xù)工作1000小時后的穩(wěn)定功率減少的比例。一般要求功率衰減≤5%。

 

電加熱管常見故障。

漏電。加熱管內部電線與外表之間施加規(guī)定的試驗電壓（如220V額定電壓，絕緣電壓為1500V），設定整定電流為5mA，歷時60秒，加熱管不應毀壞，打火。

斷線。加熱管的電線斷開。

爆管。加熱管的電線之間的發(fā)熱電阻體燒毀，出現(xiàn)電阻為短路，或者電線之間打火，或者不發(fā)熱。PTC加熱管的電線接頭處一般不能浸水，電線接頭進水容易引起爆管。加熱管表面起氣泡，結水垢，表面散熱差，都會增加爆管的可能性。降低加熱管的表面負荷功率，可以有效防止爆管。

腐蝕。加熱管的接觸水的部位，受到水的腐蝕，出現(xiàn)凹坑，穿孔等。鋁材質不能長期耐水，當水中的氯離子濃度較高時、水溫較高時腐蝕加快。使用銅材，可以防止水的腐蝕。使用不銹鋼材料，可以防止弱酸、堿，含氯離子的水的腐蝕。

水垢沉積。水中的鈣鎂離子、硅酸鹽塵粒等，在水蒸發(fā)過程中濃縮沉積。如果加熱管的表面溫度較高，在其表面形成水汽蒸發(fā)，就會形成水垢沉積。水垢沉積在金屬絲加熱管表面，會引起爆管；沉積在PTC加熱管表面，會引起功率下降，嚴重的甚至爆管。使用軟水，水中加阻垢劑，可以有效防止水垢沉積。

功率衰減。PTC加熱管的功率，受到傳熱條件的影響，隨著加熱管使用時間的延長，傳熱面出現(xiàn)松動，功率就會下降。PTC發(fā)熱電阻，是半導體陶瓷體，其電阻會隨使用時間的延長而變大，導致功率下降。降低加熱管的表面負荷功率，可以有效減少功率衰減。不同廠家生產(chǎn)的PTC半導體陶瓷體，功率衰減的程度有很大差別，所以選擇可靠PTC加熱管的廠家非常重要。

接頭滲水。通常是密封圈、或者密封膠的密封不嚴引起的滲水，或者加熱管被水腐蝕后引起的漏水。