即热式电热水器发热体防电墙铝合金平板发热体

快热式电热水器发展现状及趋势和二维迷宫即热式电热水器技术性能报告 前言： 快热式电热水器问世以来，已经历了半个多世纪的时间。但由于该热水器中关键性部件——电热换能器中的铠装电热管在结构和制作材料方面没有做出较大改进，因此在工作寿命、漏电安全保护、电热换能效率和表面易结水垢等方面存在技术性能上不足之处，依然故我，进展不大。

本文对电热换能器的各项技术性能作一分析与探讨，同时根据我们研究和实验，提出了设计电热换能器的结构组合模式。

我公司组织了一批资历深，多专业，富有实践经验，高技术水平和开发创新精神的工程技术人员，投入了大量实验经费，通过两年多时间的研究和实验，依据我们提出的模式制做出第一台全新结构暂命名为“二维迷宫即热式电热水器”，下面对该热水器中的主要部件“二维迷宫即热式电热水器”的设计依据，性能分析等方面作一简介。

一． 关于二维迷宫式换能器的有效工作寿命 电热换能器中的电热元件工作寿命，主要取决于换能器中电热元件的临界工作温度，这里所讲的“临界工作温度”是指在电热元件上所负载功率转换成热能总量，减去通过导热介质热平衡所导走的热能的余值所具有的温度，电热元件的临界工作温度与电热元件和壳体间的绝缘材料，壳体材料的导热系数，以及导热介质的温度等项参数有关，电热元件上温度，实际上是一组多元线性函数关系式中某一点解的值，这个函数值的上限为1，下限为0，任一参数的变量所对应的函数的点均有不同的值，但均在0~1的区间。

二维迷宫式换能器在结构上可以使发热体和载热体之间合二为一，这是由于我们在发热体与载热体之间的绝缘隔离膜应用了纳米技术，在工艺上获得成功，根据我们的实验证明，当函数值为0.01~0.15时，由于电热元件材料表面氧化率极微，所以可有很长的工作寿命。与现有电热管中的电热元件工作寿命相比较，它的比值是数量级上的差异。

二． 关于二维迷宫式电热换能器的绝缘安全性 标题上所述的安全性是电热换能器本体所具有的安全性，因此从一般电热换能器中电热管的结构来看是属于单层绝缘安全保护，而在二维迷宫式电热换能器中采用所有组合件表面都涂敷一层纳米陶瓷绝缘材料，全封闭式的工艺方法，使得电热换能器绝缘保护得到可靠保证，又因为二维迷宫式电热换能器结构有长达1.8米的矩形水流通道，所以该换能器又具有“防电墙”功能。

三． 关于二维迷宫式电热换能器的效率 电热换能器的效率与下述四个因素有关： 1） 导热介质（水）与电热表面的热交换途径； 2） 导热介质（水）与电热表面热交换面积、时间和交换几率； 3） 导热介质（水）的导热系数和热扩散系数； 4） 热能的无功逃逸； 二维迷宫式电热换能器工作机理是一根外壁可电热加温、长度为1.8米以上4*16mm矩形铝合金通道管来对通过此管的导热介质（水）进行加温，水在此管流动时的温升是随着长度而递增，也即是说当设定进水口温度为0时出水口温度可达到预定值，长度和温度实质上是一种线性关系，由于这个过程是在二维平面上进行，从结构上考虑把长达1.8米的水流通道安排成迷宫式。据此我们所设计的电热换能器取名为“二维迷宫式电热换能器”，我们认为这是一种合理的设计方案。实验结果也证实这种方案可获得94~98%的转换效率。

四． 关于电热换能器中的一般电热管表面易结水垢的问题 众所周知，一般电热管表面易结水垢的原因是由于管体表面温度高于水易结垢温度，因为当水分子与管体表面进行热交换时所获得的热量已超过分子层间热交换，热扩散的当量值，此时水分子所具有的温度仍高于汽化温度而被汽化，水中杂质就沉积在电热管体表面。由于水中杂质多数是碳酸钙类无机物，它的热阻系数很大，因此电热管内的电热元件的工作温度也随之而提高，氧化率加快，从而影响了电热管的工作寿命和电热转换效率、 二维迷宫式电热换能器中对被加温水的热交换过程是线性关系，从进水口到出水口，又一个较长的交换时间和较多的交换几率，出水口温度是从进水口进入水与器壁（载热体）进行N次热交换所获得热量累计的总和。这种形式的热交换不同于水与电热管瞬间大热量这样的热交换，因此，不易结垢，此外，矩形水道内壁也涂有一层具有荷叶效应（纳米效应）功能的不结垢薄膜。这就更保证加热水道有着不结垢的功能。

五． 关于非金属电热技术问题 a) 所谓非金属电热技术，就是用具有一定电阻率的氧化金属或无机材料粉末，载体为绝缘体，例如：玻璃和陶瓷体表面涂敷一层薄膜，该技术实质上是薄膜技术应用于电热条件的一种技术。非金属电热技术的一个优点是水电分离式，所以对漏电保护这一点上非常可靠，但这种技术也存在几点问题：绝缘材料的导热性一般都比较低，例如石英玻璃热导系数为0.0014~0.0018，因此镀在石英玻璃外表电热膜所具有的热能，虽然大部分通过玻璃管内流动的水被带走，但镀在石英管外表面的电热膜所具有的热能仍有部分以热辐射的形式逃逸，这种结果证明，非金属电热膜技术不可能具有很高的电热转换效率，因为发热体对热能辐射式三维性，而受热体若对发热体在结构上不能达到三维性，那么电热效率的转换就不可能达到很高的结果。

b) 从机械结构组合和工作状态来分析，如在温度和压力经常变化的条件下要达到可靠的防漏密封也存在一定的问题。例如对玻璃管紧固程度和玻璃管因为压力存在而爆裂问题等。

c) 涂敷在较大平面或一个有一定长度的园柱体表面上的电热膜，无论采用整个高压喷涂或印刷等项工艺方法，都不可能达到在平面或圆柱体表面上或二个相同体上任意二点间的电阻值完全等值； 六． 关于其他电热技术 据我们所知，市场上目前也出现了其他几种电热技术，例如：高频加热，半导体陶瓷薄片，电磁技术等等来应用于快热式电热水器（含储存式电热水器），我们认为这些技术都具有一个共同的优点——可靠的放漏电性（电加热的另一种结构形式），但这些技术的实际应用也存在工作寿命、工作可靠性、结构设计改变所带来制造成本的增加，和电热转换效率降低等问题，据此不能成为具有实际应用的优化方案。

二维迷宫式电热换能器是我们在电热技术领域内提出新的结构组合模式的代表作，通过二年多的市场检验认为相对于其他几种方案，例如电热管式和玻璃管式这两种电热装置就其工作过程来讲，我们认为它可以用“金属电热管的平面化，玻璃管的金属化”。也即是说二维迷宫式电热水器工作技术特性是集上二种电热换能器的优点于一身的具体结构形式，据我们所知，它是目前国内外都尚未见报道的高科技性能的电热转换器，理论和实践都证明这是一种具有长寿命、节能安全、可实际应用的新的设计模式的产品。

七． 关于经济性 我们所设计制做的二种结构模式的即热式电热水器。二维迷宫式电热换能器，不仅有优越技术性，同时还具有性价比高的产品，也即是说产品制造成本低于相同规格的电热管和玻璃管的产品。

综上所述，我们预计在电热电器行业中，二维迷宫式电热水器产品将逐步取代金属铠装电热水器和其他形式的热水器。