節(jié)能環(huán)保、長(zhǎng)壽命、高安全PTC陶瓷片加熱技術(shù)的運(yùn)用

摘 要：PTC熱罐機(jī)投入市場(chǎng)后，將取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，它的市場(chǎng)生命周期預(yù)計(jì)可達(dá)20年，可靠、安全、節(jié)能、環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，熱罐機(jī)采用PTC陶瓷片結(jié)構(gòu)能在便利店領(lǐng)域銳顯其強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：熱罐機(jī)；節(jié)能；環(huán)保；長(zhǎng)壽命；PTC陶瓷片加熱技術(shù)

1 項(xiàng)目產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和前景

1.1 PTC陶瓷片產(chǎn)品的發(fā)展

PTC是半導(dǎo)體的發(fā)熱陶瓷片組成，在外面溫度降低時(shí)，PTC的電阻值就會(huì)隨之變小，但是其發(fā)熱量反而會(huì)增大，這是一種具有PTC效應(yīng)材料，也就是說(shuō)正溫度系數(shù)效應(yīng)，它指的是材料的電阻會(huì)隨溫度的升高而增大。我們使用的大多數(shù)金屬材料都會(huì)有PTC效應(yīng)，其效應(yīng)表現(xiàn)為電阻隨溫度增大而線性增大，就是我們經(jīng)常講的線性PTC效應(yīng)，熱敏電阻是正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。PTC陶瓷片技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的歲月，在50年代，荷蘭的海曼等人在BaTiO3材料中放進(jìn)稀土元素做半導(dǎo)化試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種材料的電阻率具有很高的正溫度系數(shù)，有很強(qiáng)的PTC效應(yīng)，研究和摸索這種現(xiàn)象很快成為引人矚目的研究課題。

在我國(guó)，從60年代開(kāi)始PTC熱敏電阻的科研工作并逐步發(fā)展，1982年，“儀表材料學(xué)會(huì)”從敏感元件角度組織第一次PTC討論會(huì)，1990年，《家電科技》雜志在廣州組織家電輕工系統(tǒng)PTC討論會(huì)，迄今已舉行過(guò)八次，90年代初，國(guó)家科委組織科研院所對(duì)PTC熱敏電阻進(jìn)行研究，使它進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，到目前為止已經(jīng)有年產(chǎn)1億件的大型工廠分布于全國(guó)各地。

1.2 PTC陶瓷片產(chǎn)品的概述

PTC陶瓷片是一種具溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，如果超過(guò)一定的溫度（居里溫度），它的電阻值隨著溫度的升高是呈階躍式的增高，PTC陶瓷片溫度的變化可以由流過(guò)PTC陶瓷片的電流獲得，也可以由外界輸入熱量獲得，陶瓷材料通常用作高電阻的優(yōu)良絕緣體，而陶瓷PTC是以鈦酸鋇為主，摻雜其它多晶陶瓷材料制造的，具有較低的電阻及半導(dǎo)特性，通過(guò)有目的的摻雜一種化學(xué)價(jià)較高的材料作為晶體的點(diǎn)陣元來(lái)達(dá)到其效果。

PTC陶瓷片于50年代出現(xiàn)，隨后又出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測(cè)量與控制，也用于汽車某部位的溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié)，還大量用于民用設(shè)備，可以控制瞬間開(kāi)水機(jī)的水溫度、空調(diào)器與冷庫(kù)的溫度，利用本身加熱作氣體分析和風(fēng)速機(jī)等方面。

PTC陶瓷片用作加熱元件外，還能起到“開(kāi)關(guān)”的作用，兼有敏感元件、加熱器和開(kāi)關(guān)三種功能，大家都稱之“熱敏開(kāi)關(guān)”，電流通過(guò)元件后引起溫度升高，發(fā)熱體溫度上升。當(dāng)超過(guò)居里點(diǎn)溫度以后，電阻增加，從而限制電流的增加，于是電流開(kāi)始下降導(dǎo)致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加，元件溫度升高，周而復(fù)始，因此具有使溫度保持在一定范圍的功能，又起到了開(kāi)關(guān)作用。利用這種阻溫特性做成加熱源，作為加熱元件應(yīng)用的有家用暖風(fēng)器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)機(jī)，還可對(duì)家用電器起到過(guò)熱、過(guò)載的保護(hù)作用。PTC陶瓷片的發(fā)熱效應(yīng)，就是電阻值不斷升高的原因，在于材料組織是由許多很小的微晶組成的，在這樣的晶粒表面，即晶粒邊界上形成勢(shì)壘，大大地阻礙了電子越過(guò)邊界進(jìn)入到相鄰區(qū)域中，而它產(chǎn)生的高電阻在溫度低時(shí)被大大抵消了，在晶界上高的介電常數(shù)和自發(fā)的極化強(qiáng)度在低溫時(shí)阻礙了勢(shì)壘的形成，并使電子可以自由地流動(dòng)。這種效應(yīng)在高溫時(shí)，介電常數(shù)和極化強(qiáng)度大幅度降低，導(dǎo)致勢(shì)壘及電阻大幅度升高，呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的PTC效應(yīng)。

熱罐機(jī)采用PTC陶瓷片加熱就是利用恒溫加熱PTC熱敏電阻恒溫發(fā)熱特性設(shè)計(jì)的加熱器件，在一般情況下的加熱場(chǎng)合，PTC陶瓷片具有恒定溫度發(fā)熱、沒(méi)有明火、導(dǎo)熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響小、自然壽命長(zhǎng)等其它發(fā)熱元器件無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在目前家電市場(chǎng)中，PTC陶瓷片電加熱器具中的應(yīng)用越來(lái)越得到設(shè)計(jì)工程師的青睞。

1.3 PTC陶瓷片產(chǎn)品的運(yùn)用

PTC陶瓷片是開(kāi)發(fā)很早、種類繁多、發(fā)展較快的敏感元器件，PTC陶瓷片由半導(dǎo)體材料組成，利用溫度引起電阻的變化，因此電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，可以由測(cè)量電導(dǎo)推算出溫度的高低，并且能做出電阻-溫度特性曲線，也是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。

目前，電熱元器件應(yīng)用在熱罐機(jī)產(chǎn)品上，主要是實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)電輔加熱功能，這類電熱元器件有電熱絲、PTC兩種。

過(guò)去，傳統(tǒng)熱罐機(jī)產(chǎn)品采用電熱絲元器件，從2009年下半年開(kāi)始，許多企業(yè)也改用PTC電熱元器件了。

另外，PTC在安全性等方面也具有優(yōu)勢(shì)，雖然電熱絲在家用電器上已經(jīng)使用多年，技術(shù)相對(duì)成熟，但是這種產(chǎn)品需要在電路中設(shè)計(jì)溫控裝置和保護(hù)裝置，如果保護(hù)裝置失效，可能存在一定安全隱患，PTC電熱元器件具有恒溫的特性。該產(chǎn)品加熱時(shí)，即使沒(méi)有保護(hù)裝置，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，最高溫度也只會(huì)到200℃，不會(huì)有安全隱患。另外，現(xiàn)在PTC完全可以做到使用1000小時(shí)后，功率衰減控制在10%以內(nèi)。

2 項(xiàng)目產(chǎn)品創(chuàng)新性、先進(jìn)性

本開(kāi)發(fā)內(nèi)容和目標(biāo)：熱罐機(jī)采用PTC陶瓷片結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng)，國(guó)外還沒(méi)有先例；先進(jìn)性：節(jié)能、安全、環(huán)保。

3 市場(chǎng)預(yù)測(cè)

隨著節(jié)能、環(huán)保、安全在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)，熱罐機(jī)采用PTC陶瓷片結(jié)構(gòu)批量生產(chǎn)后，將會(huì)取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，該產(chǎn)品市場(chǎng)生命周期預(yù)計(jì)可達(dá)20年，甚至更長(zhǎng)，市場(chǎng)年容量在5萬(wàn)臺(tái)左右。

4 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益

PTC熱罐機(jī)產(chǎn)品投入市場(chǎng)后，給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，節(jié)能環(huán)保和降低成本，產(chǎn)品采用流水線生產(chǎn)，能保證其質(zhì)量，為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，熱罐機(jī)采用PTC陶瓷片結(jié)構(gòu)能在便利店領(lǐng)域銳顯其強(qiáng)勁有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 熱罐機(jī)目前在國(guó)內(nèi)使用情況

熱罐機(jī)采用PTC陶瓷片結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)商品化，在國(guó)內(nèi)連鎖超市和便利店中已經(jīng)大量使用，根據(jù)客戶反饋，使用情況良好，故障率非常低，包括全家、羅森、7-11、好德、快客、聯(lián)華等。原先有些檔次較高便利店還采用日本進(jìn)口的熱罐機(jī)，日本熱罐機(jī)一直采用電加熱絲的方式，沒(méi)有改變，客戶反映耗電量大，加熱速度慢，還是比較青睞采用PTC陶瓷片加熱的熱罐機(jī)，目前在上述這些便利店中，采用PTC陶瓷片熱罐機(jī)幾乎占100%；

PTC熱罐機(jī)是傳導(dǎo)制熱的，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出熱風(fēng)型的，就是在密閉的空間中，將空氣溫度加熱，使飲料瓶中飲料變熱，主要特點(diǎn)是穩(wěn)度均勻，控制溫度精確，缺點(diǎn)是噪音較大，耗電量高，風(fēng)機(jī)故障率高，產(chǎn)品細(xì)分的效果有待于市場(chǎng)檢驗(yàn)和認(rèn)可。今后，連鎖超市、便利店機(jī)臺(tái)設(shè)備，將趨向于節(jié)能、環(huán)保、綠色、低碳，這是發(fā)展的大方向。

參考文獻(xiàn)

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[2]董小雄.熱罐機(jī)獲得實(shí)用新型專利.專利號(hào)：ZL201120110825.0.201

1，12，14.

作者簡(jiǎn)介：董小雄（1957，12-），男，上海市，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：大專，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。