[發(fā)明專利]低電阻電加熱系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080029998.8
• 申請(qǐng)日: 2010-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN102474911A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 保羅·倫伍茨·曼特克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 保羅·倫伍茨·曼特克
• 主分類號(hào): H05B3/28
• 分類號(hào): H05B3/28
• 代理公司: 深圳市順天達(dá)專利商標(biāo)代理有限公司 44217
• 代理人: 高占元

背景技術(shù)

眾所周知的，電可生熱。當(dāng)通過(guò)電源兩端的電勢(shì)差產(chǎn)生電流時(shí)，包括導(dǎo)電材料的加熱元件因該導(dǎo)電材料具有足夠高的電阻而可以產(chǎn)生熱量。產(chǎn)生熱量所需的功率P瓦特與通過(guò)加熱元件的電流I安培、它的電阻R歐姆和其兩端的電勢(shì)差V伏特有關(guān)，滿足下列關(guān)系：

P＝I²R≈VI瓦特。

以上公式是在能量轉(zhuǎn)換溫度下產(chǎn)生的熱量，其中電能完全轉(zhuǎn)換為熱量。許多導(dǎo)電材料的能量轉(zhuǎn)換溫度高于其熔融溫度，使得加熱元件必須包括高電阻的合金，從而在達(dá)到它的熔融溫度之前先達(dá)到它的能量轉(zhuǎn)換溫度。這種合金的能量轉(zhuǎn)換溫度比所需溫度高許多，因此需要將溫度控制在所需溫度處。并且高電阻的加熱元件具有合適的加熱速度，使得恒溫開關(guān)有時(shí)間做出響應(yīng)，從而將所需溫度盡可能地保持為接近常數(shù)。問(wèn)題在于，加熱元件的電阻越高，其所需要的電流越高以及其兩端加載的電勢(shì)差越高，高電勢(shì)差可驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)以產(chǎn)生熱量，由此需要更高的功率以及更多的電能來(lái)產(chǎn)生熱量。

在待加熱表面分布熱量的高效方式為使加熱元件盡可能完全覆蓋待加熱表面。這可通過(guò)具有足夠長(zhǎng)度的箔來(lái)實(shí)現(xiàn)。問(wèn)題在于，加熱元件的電阻與它的電阻率及幾何形狀直接相關(guān)，由于當(dāng)前加熱元件中使用的合金已具有高電阻，其將具有高電阻率。箔還具有減小很多的橫截面積和增加的長(zhǎng)度，更多地增加了其電阻，從而需要更高的功率以及因此的更多的電能來(lái)產(chǎn)生熱量。加熱元件幾何形狀的這一限制限定了它提供熱量的方式。為此，第二介質(zhì)(例如水或油)用于從加熱元件向例如嵌入式散熱器的表面?zhèn)鬟f熱量，由于水或油能更有效地分散熱量，且水或油較低的升溫速度允許恒溫時(shí)間響應(yīng)溫度變化，產(chǎn)生安全的表面溫度。

幾乎所有的國(guó)內(nèi)電加熱應(yīng)用和許多工業(yè)的電加熱應(yīng)用在低電阻導(dǎo)電材料(例如銅和鋁)的熔融溫度以下。以下關(guān)系式P＝I²R≈VI瓦特表明，如果可減小加熱元件的電阻，將減小產(chǎn)熱所需的功率。具有低電阻導(dǎo)電材料(例如銅或鋁)的問(wèn)題在于，當(dāng)與未受控電源連接時(shí)，它們非常迅速地升溫至其熔融溫度。為此將它們用作保險(xiǎn)絲。

假使通過(guò)采用零損耗電容形式的電容性阻抗組件控制受控電源來(lái)供應(yīng)有限量的功率，其中電壓跨過(guò)電加熱元件、電流受驅(qū)動(dòng)通過(guò)電加熱元件，由于具有零電阻和電感，所述電容性電抗組件以下列方式嚴(yán)格控制通過(guò)其傳輸?shù)娜魏坞娏鳎?/p>

I＝2πfCVs。

它可與變壓器結(jié)合來(lái)升高或降低跨過(guò)電加熱元件的需要電壓。然后，電加熱元件將接收足量功率，以合適的加熱速度在一溫度、僅僅在其熔融溫度以下產(chǎn)熱。通過(guò)使用低電阻導(dǎo)電材料可減小加熱元件的電阻。然后，在加熱元件的電阻沒(méi)有大量增加的情況下，電加熱元件可由導(dǎo)電材料箔制成、來(lái)覆蓋待加熱的面積或增加待加熱的表面積，提高加熱效率，從而降低功率并因此降低產(chǎn)熱所需的電能。

當(dāng)電流在電加熱元件中流動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生電磁場(chǎng)，直至它達(dá)到其能量轉(zhuǎn)換溫度。如果電加熱元件配置為具有相反電流，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)將是相反的，其將降低電流的熱效應(yīng)，因此降低電加熱元件的效率。因此，電加熱元件必須配置為加熱電流在相同方向流動(dòng)，從而電磁場(chǎng)不會(huì)彼此相反并增加產(chǎn)熱效率。由于受感應(yīng)(induced)遠(yuǎn)離加熱元件，某些產(chǎn)生的電磁場(chǎng)還會(huì)損失，從而降低產(chǎn)熱電流產(chǎn)生的熱量。通過(guò)提供電磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)器，感應(yīng)遠(yuǎn)離的電磁場(chǎng)可重感應(yīng)至電加熱元件中，提升產(chǎn)熱電流并提高電加熱元件的熱效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為低電阻電加熱系統(tǒng)，包括由低電阻導(dǎo)電材料形成的電加熱元件以產(chǎn)生熱量。該低電阻導(dǎo)電材料可定義為：作為具有該電阻的導(dǎo)電材料，當(dāng)通過(guò)與非受控電源連接來(lái)用作電加熱元件時(shí)，所述導(dǎo)電材料在達(dá)到能量轉(zhuǎn)換溫度之前將先達(dá)到它的熔融溫度并熔化。以這種方式配置電加熱元件使得流過(guò)它的電流以相同方向流動(dòng)，從而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)不會(huì)相反，因而提高了加熱效率。所述電加熱元件與受控電源連接，其中，控制加載在所述電加熱元件上的電壓以及通過(guò)所述電加熱元件的電流來(lái)限定電加熱元件的功率。受控電源控制電加熱元件的功率量，因此安全地將所述電加熱元件的溫度限制為能量轉(zhuǎn)換溫度，所述能量轉(zhuǎn)換溫度在形成所述電加熱元件的所述低電阻導(dǎo)電材料的熔融溫度以下，從而減少了在所需溫度處或附近產(chǎn)生熱量所需要的能量。所述低電阻電加熱系統(tǒng)設(shè)有由導(dǎo)電材料制成的電磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)器，用以重新感應(yīng)受感應(yīng)消除的電磁場(chǎng)，所述電磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)器形成，提升產(chǎn)熱電流、從而提高所述電加熱元件的產(chǎn)熱效率。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將通過(guò)以下圖描述本發(fā)明。

圖1是與受控電源連接的低電阻電加熱系統(tǒng)中彼此分離的組件的透視圖；

圖2是受控電源電路的第一實(shí)施例的示意圖；

圖3是受控電源電路的第二實(shí)施例的示意圖。