微细铠装电加热元件的设计研究

[摘 要]本文介绍电加热元件的分类以及发展历程，阐述了现阶段铠装电加热元件用于航空器防冻和快速除冰装置中存在的问题，通过对微细铠装电加热元件的适用范围、安全性能、耐热性能以及使用寿命等方面进行深入研究，设计出一种单头出线微细铠装电加热元件和一种双头出线微细铠装电加热元件，这两种结构的微细铠装电热器元件外径尺寸较小，加热芯线呈直条式布置时，最小直径可做到0.75mm，且适用范围广、使用寿命长，尤其耐电压值可达800v/min。

[关键词]微细，铠装，电加热元件，设计，研究

中图分类号：TM924.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0024-01

随着科技的进步，目前市场上的电加热元件产品类别繁多，按其结构分为单一电热元件和复合电热元件两大类，单一电热元件由一种材料组成，复合电热元件是由几种材料组成的；按其材质不同可分为金属电热元件和非金属电热元件两种，金属电热元件如镍铬丝（Ni-Cr）、铁铬铝丝（Fe-Cr-Al）、镍铁丝（Ni-Fe）、镍铜丝（Ni-Cu））等，非金属电热元件有碳化硅、硅钼棒、PTC电热元件、电热涂料等；按其形状不同又可分为金属管状、石英管状、陶瓷管状、板状、方形、椭圆形、圆形、陶瓷包复状电热元件等。其中金属管状电热元件是目前除铠装电加热元件外所有电热元件中应用广泛、结构简单、性能可靠、使用寿命长的一种密封式电热元件，早在三十年代，有英国霍特波因特公司就将金属管状电热元件应用于家用电器上。后来经过科技工作者的不断深入研究，在金属管状电热元件的基础上借鉴铠装热电偶的制造技术和设施开发出来了一种通用型电热元件――铠装电加热元件，它是电热元件制造技术上的一项重大技术进步，具有绝缘强度高、直径小、柔韧性好、安装使用方便等特点，可代替常规金属管状电热元件使用。广泛用于真空电炉、试验电炉、大型烘房、各种槽罐容器、特殊场合的局部高温加热或定点加热，以及使用该元件制造各种电热器具，随着科技的进一步发展，到目前阶段，市场上出现很多微细、超细铠装电加热元件，以其高耐压、长使用寿命等优势而被广泛推广和使用。

一、铠装电加热元件应用中存在的问题

铠装电加热元件是目前电加热器最常采用的一种电加热方式，主体结构采用旋锻、旋压方式将加热芯线、绝缘氧化镁粉与外保护钢管紧密压实而成，其安全性、耐用性都较好。用于航空器防冻、快速除冰装置中的铠装电加热元件为螺旋加热芯线外套玻璃纤维绝缘套而成，优点是结构简单，制作容易，成本低。但同时也存在以下缺陷：第一、玻纤套管机械强度差容易破损导致漏电；第二、弯折时幅度太大，加热丝容易重叠短路；第三，采用的加热丝芯线太细、绕制螺旋中径太大，螺距太小， 加热丝在通电加热后强度下降，容易变形短路；第四，高温下玻纤套管电气性能下降，一定程度上会影响电加热元件工作性能；第五，由于加热丝只套在玻纤套管内，未能固定，在振动环境下工作容易造成振动断裂；第六，加热芯线因没有预制带有一端不发热段，加热芯线只与外引线采用焊接连接且与空气不隔绝，使用过程中焊点氧化断开；第七，使用寿命短，不能重复使用。且目前的铠装电加热元件因生产工艺及构造的原因，铠装电加热元件的直径不能做得很小。

二、微细铠装电加热元件的设计研究

为使电加热元件的直径做得更小，使其具有适用范围广、使用寿命长、耐电压值高等特点，设计出一种单头出线微细铠装电加热元件和一种双头出线微细铠装电加热元件。

一种单头出线微细铠装电加热元件，通过拉拨变型而成的微细铠装电加热元件的内部加热芯线一端与金属套管压扁整形后焊接密封连接，中间充填致密氧化镁粉，另一端通过预制的一段不发热段与电源外引线连接，不发热段端金属套管可以安装金属电极帽，也可以不安装，不发热段端采用高温绝缘胶封端，加热芯线与不发热段采用一种特别的方法连接而形成一个整体，也可采用一端的氩弧焊连接，不发热段材料为通电焦耳热非常低的金属导体材料，安装的金属电极帽与金属套管可以用焊接连接，也可以用螺纹方式连接，金属电极帽可符合使用要求的任何形状，包括直接在金属套管上连接金属导体引线来省却金属电极帽。此结构只有一根芯线作为电极引出线，另一只电极即为金属套管，因此加热元件外径尺寸可以做到更小，加热芯线呈直条式布置时，最小直径可做到0.75mm；另外，采用合适的金属电极帽以及采用不发热金属导体作一电极内引线、加热芯线与不发热金属导体采用一种特别的方法连接，不发热段与电源内引线采用焊接或其他办法连接，使其适用范围广、使用寿命长，且耐电压值可达800v/min。

一种双头出线微铠装电加热元件，加热芯线两端均预制不发热段，加热芯线内置于金属套管中，加热芯线与金属套管之间充填致密氧化镁粉，再通过拉拨变型使三者成为坚实的一体，加热芯线两端不发热段一部分露在金属套管外，两露出端用高温绝缘胶密封，高温绝缘胶的外部可以安装金属电极帽，也可以不安装，露出不加热段与电源外引线直接连接，且加热芯线为单芯，其形状为直条形或螺旋形，其他跟单头出现微细铠装电加热元件结构一样，即加热芯线与不发热段采用一种特别的方法连接而形成一个整体，也可采用一端的氩弧焊连接，不发热段材料为通电焦耳热非常低的金属导体材料，安装的金属电极帽与金属套管可以用焊接连接，也可以用螺纹方式连接，金属电极帽可符合使用要求的任何形状，包括直接在金属套管上连接金属导体引线来省却金属电极帽。能使加热元件外径尺寸可以做到更小，加热芯线呈直条式布置时，最小直径可做到0.75mm；且使其适用范围广、使用寿命长，且耐电压值可达800v/min。

三、结束语

本文介绍的微细铠装电加热元件外径尺寸较小，加热芯线呈直条式布置时，最小直径可做到0.75mm，且适用范围广、使用寿命长，尤其耐电压值可达800v/min，被广泛使用于推广，随着科技的不断进步，将会制造出直径更小、适用范围更广、使用寿命成长以及耐电压值更高的超细铠装电加热元件，推进航空、工业等行业的不断发展，为国家的昌盛繁荣做贡献。

参考文献

[1] 郭卫民，潘雄，吴承汕.结冰信号器用特种加热器及性能研究[J].仪表技术与传感器. 2012（03）

[2] H・Becker，H・Ohnmacht，杨先麟，戴克中.正温度系数（PTC）加热元件的基础研究和结构特性[J].低压电器.1988（03）

[3] 郭卫民，潘雄.材料因素对新型特种加热器性能的影响[J].工业加热.2011（05）

[4] 庄猛，刘冠军.加热电缆的种类及应用[J].电线电缆.2002（05）