對流式室內加熱器溫控元件的安裝

岳洪霞　陳常山　王泉　金寧　趙慧云

山東省計量科學研究院　山東濟南　250014

1　綜述

對流式室內加熱器通常作為便攜式或墻壁固定式器具在日常生活中使用，在安全標準中，對其表面溫升作出限制可以避免在正常使用中發生燙傷，或在被覆蓋及限制散熱的非正常情況下因過熱高溫引發火災等不安全事件。常見的方法是在加熱器內安裝溫控元件將加熱器表面溫度控制在限值之內，而對流式室內加熱器主要以空氣對流的方式散發熱量，受周圍環境的影響，其內部的熱空氣流動不規則、溫度分布不均勻，因此溫控元件的結構、安裝、控制參數等的選擇對加熱器安全和取暖效果有較大影響，不合理的安裝方式無法較好地發揮加熱器的取暖效果，錯誤的安裝方式還會產生安全隱患。

2　對流式室內加熱器安裝溫控元件的必要性

圖1所示的對流式室內加熱器結構，主要由外殼、散熱板、空氣對流進氣格柵、空氣對流出氣格柵、控制元件等構成。其中散熱板電熱元件使用管狀電熱管。發熱通過加熱器金屬表面的散熱口及出氣口格柵傳輸熱量，GB 4706.23-2007《家用和類似用途電器的安全 第2部分：室內加熱器的特殊要求》標準要求（表1）：便攜式及非高位安裝的非風扇式加熱器，金屬制成的出氣口柵格及其四周鄰近表面溫升不得超過130K，與試驗桿觸及的其他表面溫升不得超過85K。

當室內加熱器沒安裝溫控元件時，按照標準要求，在正常工作狀態下以1.15倍額定輸入功率工作，用熱電偶法測量器具的溫升，記錄加熱器正表面可觸及表面中心處（A點）、出口格柵中心處（B點）、頂端可觸及表面中心處（C點）、加熱器正表面可觸及表面中心處下端（D點）的溫升曲線（見圖2-室內加熱器溫升測試點位置圖，圖3-各測試點溫升曲線）。

根據結果顯示，室內加熱器工作穩定后，位置A溫度為130℃，超出安全標準要求（21.6℃+85K）, 因此需要在室內加熱器上安裝合適的溫控元件進行控制。位置A的溫度最高，在以后的試驗中作為可以反映室內加熱器最大制熱效果的點。

3　溫控元件結構、安裝位置、參數的選擇

3.1　溫控元件結構的確定

此款室內加熱器溫控元件的安裝面屬于平面，為確保感溫效果，可以選用雙金屬片表面貼裝式溫控元件（如圖4）。此類溫控元件可采用接觸感溫式安裝，當室內加熱器正常工作時，雙金屬片觸點處于閉合狀態，當溫度達到動作溫度時，雙金屬片受熱產生內應力而迅速動作，打開觸點，切斷電路，當室內加熱器冷卻至設定溫度時，觸點自動閉合，恢復正常工作狀態，從而起到控溫作用。此類溫控元件具有性能穩定、精度高、體積小、可靠性高、壽命長等優點。

3.2　溫控元件安裝位置的確定

對流式室內加熱器因利用空氣自然對流換熱，導致其受環境影響較大，內部各位置溫度高低不一致，因此應選擇合適的安裝位置。合適的安裝位置，可以在保證符合安全標準的前提下，使室內加熱器發揮其最大的制熱效果。為了確認溫控元件的安裝位置，首先在加熱板頂端表面選取6個點。見圖5，其中位置1——加熱板上靠近電熱管位置；位置2——側面護板接線端子端金屬護蓋下；位置3——加熱板上側面護板中心處；位置4——側面護板遠離接線端子端金屬護蓋下；位置5——位置2、3中心；位置6——位置3、4中心。

圖1　對流式室內加熱器結構圖

圖2　室內加熱器溫升測試點位置圖

圖3　各測試點溫升曲線

圖4　溫控元件結構圖

圖5　溫控元件安裝位置

選擇參數為105℃溫控元件，分別安裝在以上位置，按照標準要求，在正常工作狀態下以1.15倍額定輸入功率工作，用熱電偶法測量室內加熱器正面中心點位置的溫升曲線，結果見圖6。

如圖6所示，當溫控元件安裝在位置1，室內加熱器無法發揮其制熱效果，且溫控元件頻繁動作。具體表現為：電熱管迅速加熱至溫控元件動作溫度時，室內加熱器停止加熱，溫控元件頻繁動作，工作穩定后，室內加熱器無法達到其最大制熱效果，而且頻繁動作會縮短溫控器的使用壽命，可能還會對家庭電網造成干擾。當溫控元件安裝在位置2、4時，因環境對流的影響，溫度不穩定、變化頻繁，引起溫控元件動作不規律。當溫控元件安裝在位置3、5、6時，曲線穩定，在位置5時，室內加熱器表面溫度達到最高值100℃。因此溫控元件可以安裝在位置2、3之間。

另取4個點，位置見圖7，進行上述實驗（室溫為21.6℃），溫升曲線見圖8。

圖6　不同位置的溫升曲線1

圖7　溫控元件安裝位置2

圖8　不同位置的溫升曲線2

圖9　安裝不同參數溫控元件的室內加熱器的發熱曲線

根據曲線得出：溫控元件位于散熱板上側面護板上，溫控元件中心點距散熱板電源端邊緣距離為200mm時，室內加熱器的溫升曲線最穩定，受環境的影響最小，正面中心點位置溫度最高，可以發揮其最大制熱效果。

3.3　溫控元件參數的確定

分別選取105℃、110℃、115℃、120℃的溫控元件安裝在上述位置，進行第11章試驗。曲線見圖9-安裝不同參數溫控元件的室內加熱器的發熱曲線。根據曲線可知，當溫控元件參數為115℃時，室內加熱器可以發揮其最大制熱效果。

4　結論

為保證對流式室內加熱器在符合相關安全標準的前提下發揮較好的取暖效果，溫控元件的選擇和安裝應按以下原則：（1）安裝在加熱器內空氣流動較弱的位置；（2）安裝位置的表面溫度及其變化曲線較接近加熱器外表面溫度；（3）選用感溫動作速度較快的溫控器，且動作溫度值盡量接近加熱器外表面的溫度限值；（4）避免直接安裝在高溫加熱元件的表面。

表1　加熱器表面溫升的標準要求