龙启华

宁波浩嘉电器有限公司 浙江宁波 315400

作为重要的定温发热体，PTC发热器现已被广泛应用在日常家电产品中。随着居里点为220℃的PTC发热体材料进入到工业生产阶段，标志着中国具有高科技含量的PTC发热器材料正式商品化。在此背景下，对PTC发热器相关应用进行研究具有重要的现实意义，既能够更加深入了解发热器元件特性，还可为行业人员开展研究提供可靠理论。下文结合实践经验，对PTC发热器应用原理和在家用电器中的应用实例进行研究。

1 PTC发热器特性

PTC发热器仅花费极短时间便得到广泛应用的原因，主要是其具有传统发热器所不具备的优势，具体表现在以下方面：

1.1 电流/时间特性

PTC发热元件存在电流与时间特性，即：当发热器的材料确定后，进入到PTC区域工作点的热系统消耗情况也被确定。通常情况下，这一过程需要经过数秒到十几秒，此时的电流值变化幅度在。在正常工作条件下，发热元件部分的额定电流值为9.8Aw-10.2Aw。由此可知，PTC发热器具有电流/时间特性。

另外，对发热元件施加电压时，由于元件本身温度较低，会呈现出低阻抗特征，当元件持续发热进入到PTC特性区域，阻抗效应更加明显，此时，电流值会先出现大幅度降低，再达到相对稳定的状态。电流自接通到相对稳定这一过程被称为电流/时间特性[1]。

1.2 温度点可变

温度点可变特性可通过体积电阻率和温度特性之间关系，即ρ和T的相关性表示。为确保试验结果可靠性，需要保证试验在零功率和静态条件下开展。研究表明，当材料高于本身的特征温度（居里点）时，材料体积电阻率ρ出现急剧上升，表现出较强的正温度系数关系。

在发热器的具体应用中，不同类型发热器件对元件工作的温度点，提出了差异化的要求，为达到理想温度状态，可使用、置换出一定数量的，促使居里点发生位移。在PTC发热器中的选择和应用中，相关人员应充分认识到电流与时间特性，通过改变材料和制造工艺，实现对ρ值的有效控制。

1.3 电流/电压特性

PTC发热器元件具有安培－伏特性，又被称为电流/电压特性，相关工作点的选择与热系统的散热条件存在紧密关系，即：额定工作电压下，发热器元件的散热性能良好并且功率好，反之则较低。

此外，当工作系统中的传导机构和环境温度等条件确定后，发热器元件的电流/电压特性也随之确定。当伏特－安培曲线呈现出双曲线性状态时，则是电流与电压的乘积为常数，此时达到热平衡条件。由于电流/电压特性存在，因此，发热器元件在一定电压条件下，可始终保持定温发热[2]。

2 PTC发热器常见形式

2.1 蜂窝发热器

蜂窝式发热元件是常见的PTC发热器模式，主要被应用在电暖风机、干燥机和电热梳器件等风量大、体积小的空气加热类型装置中。经常应用到的蜂窝式发热元件有方形结构和圆形结构。通常情况下，圆形结构的直径在40mm-60mm，其厚度标准一般在4mm-8mm。这一类型的发热器较为明显的标志是带有圆盘式元件，并且在相应位置有较多的六角型通孔，通孔密度为50孔cm²-70孔/cm²。同时，发热构件中带有格子壁装置，其厚度在0.2mm左右，并且在元件的边缘位置通常安装一个或多个铝喷镀电极。

在加热环节，蜂窝式发热器通过控制通风量，实现对加热温度的调节。相关发热器在设计环节，通常将3个-5个发热元件组装到同一个金属框架中，此时发热系统中的功率值可达到400W-1000W。

2.2 带式发热器

作为全新发热元件的带式发热器，其中心区域有2条平行母线存在，母线附近芯料由PTC制成，在芯料外侧包裹着聚烯烃网，其作用主要是为发热元件打造电绝缘空间，保证热辐射性达到理想水平。发热器最外层材质为不锈钢和铜，这样设计可有效提高发热器强度，使其使用寿命得到延长。

2.3 圆盘发热器

该发热器的特点是表面发热，通过热传导的形式，达到对物体进行加热的目的，其形状与圆盘相似，早期，主要被用来为小功率器具、小型器具的发热提供技术支持。随着技术的发展，该发热器的结构也发生了明显变化，通过增设散热片的方式，使发热量得到显著增加。

现阶段，该发热器的形式主要分为以下两种：其一，发热器两侧均有电极存在，各电极通过引线进行连接。其二，发热器两侧所安装构件为氧化铝瓷片，通过用硅橡胶包裹陶瓷片的方式，为陶瓷片打造绝缘空间。除此之外，发热器形状也变得更加多元，在圆盘形的基础上，新增了长方形，长方发热器两侧所安装构件为梳形电极，这样设计的初衷是对发热器厚度进行控制。作为出现时间最久的热源，圆盘发热器的应用方向，主要是驱蚊器以及暖足器[3]。

2.4 口琴发热器

口琴式发热元件的种类丰富，可控选择的尺寸及样式较多，其主要发热单元是空气加热装置，结构设计如下：将30个左右较薄的长方形发热元件按照口琴形状排列，并根据设计要求进行组装。在实际组装中，相关人员需要利用金属电极板将电气元件连接，最后组装成形状类似口琴的发热器。

这种类型的PTC发热器的主要应用优势是在调节热量的情况下，操作人员无需改变发热器主体结构外形尺寸，仅仅需要对组装元件的片数进行调整便可获得预期发热量。利用的主要原理是空气通过薄片元件的间隙，与元件部分发生热交换，以此获得较大的热量。此外，口琴发热器也具有压力损耗量小，电压耐力较大，还有安装便利等优势，其应用场景较为广泛，例如，空调暖机、除湿器和干燥机等。

3 PTC发热器的日常应用

3.1 保温板

餐桌所安装保温板的作用，主要是延长食物维持适宜温度的时间，包括饭菜和茶等。基于PTC发热器对保温板进行制作，其优势主要是结构简单、制作成本低，确保限温及恒温功能均能够得到充分发挥。

3.2 电水壶

除特殊情况外，电水壶内部的温度均应维持在72℃-74℃之间，如果沿用传统的双金属材质恒温器，无论是触点使用寿命，还是温度调节时效性以及精确度，均存在无法达到预期水平的可能。用PTC发热器替代传统恒温器，可使上述问题得到有效解决。对电水壶而言，PCT既能够起到发热器的作用，又可以替代传感器，确保即便电源电压或外界温度发生变化，电水壶仍然能够维持原有温度。

3.3 电熨斗

在电熨斗底板增设PTC瓷片，在将电极引出的前提下，按照常规熨斗要求对其进行装配，便可获得PTC熨斗。研究表明，通常只需经过12min的加温，该电熨斗的底板就能够上升到200℃，加热所消耗功率约为130W。在稳态工况下，该产品所消耗功率的平均值为90W。

受PTC特点影响，在正常使用过程中，电熨斗所消耗功率与底板温度成反比，可通过增加功耗的方式，使底板消耗热量得到补偿，在数秒时间内，电熨斗功耗就能够由90W上升至150W。在未施加外界负荷的情况下，该产品只需效果极少功率，便可使自身热平衡得到维持[4]。

事实证明，该电熨斗可快速适应外电压所发生变化，其温度变化幅度和功率消耗程度，均较常规电熨斗更小。使用该产品对毛料衣物、化纤衣物进行熨烫，可避免衣物被熨坏的情况出现，在保证熨烫效果的前提下，对能源进行有效节约，另外，其可靠性及安全性均较常规电熨斗更加理想。

3.4 暖风机

暖风机并未对PTC加热器结构提出明确要求，既可以是口琴式加热器，也可以是蜂巢式加热器，还可以借助其他器件，使加热器传热功能得到强化。不同结构加热器往往对应不同的优势和不足，例如，蜂巢式加热器的构成相对复杂，通常要使用多种元件，其成本自然较其他结构加热器更高。而通过实际应用能够发现，虽然蜂巢式加热器的热功率并不固定，但在无风功率和吹风功率所对应比值方面，该加热器的表现极为突出，这也间接说明了蜂巢式加热器的安全性[5]。

3.5 空调加热

现阶段，多数国家均已引入口琴式PTC，作为对空调进行加热的主要设备，此类产品的常见参数如下表1：

表1 空调加热器参数

与常规口琴式加热器相比，经过强化传热处理的PTC，主要具有以下优势：一是对不重要元件进行了合并或省略，使产品造价得到有效控制；二是在功率相同的前提下，处理后器件的出风口，其温度较常规器件更高。

4 结语

综上，本文基于PTC发热器将其应用展开研究，提出发热器元件具有时间/电流特性、温度可变特性和电流/电压特性，通过分析不同发热器的应用形式，进一步证实了上述特性。同时，在研究过程中，以保温板、电水壶、电熨斗、暖风机和空调加热器为例，对PTC发热器的应用方式和具体路径进行了分析，在此基础上提出PTC发热器应用场景广泛这一观点。日后，在PTC发热器的研究中，相关人员应将关注重心放在功率较大和温度较高发热元件上，通过先进理论和技术投入，使PTC发热器在使用过程中具有安全可靠性能。