对流式室内加热器温控元件的安装

岳洪霞　陈常山　王泉　金宁　赵慧云

山东省计量科学研究院　山东济南　250014

1　综述

对流式室内加热器通常作为便携式或墙壁固定式器具在日常生活中使用，在安全标准中，对其表面温升作出限制可以避免在正常使用中发生烫伤，或在被覆盖及限制散热的非正常情况下因过热高温引发火灾等不安全事件。常见的方法是在加热器内安装温控元件将加热器表面温度控制在限值之内，而对流式室内加热器主要以空气对流的方式散发热量，受周围环境的影响，其内部的热空气流动不规则、温度分布不均匀，因此温控元件的结构、安装、控制参数等的选择对加热器安全和取暖效果有较大影响，不合理的安装方式无法较好地发挥加热器的取暖效果，错误的安装方式还会产生安全隐患。

2　对流式室内加热器安装温控元件的必要性

图1所示的对流式室内加热器结构，主要由外壳、散热板、空气对流进气格栅、空气对流出气格栅、控制元件等构成。其中散热板电热元件使用管状电热管。发热通过加热器金属表面的散热口及出气口格栅传输热量，GB 4706.23-2007《家用和类似用途电器的安全 第2部分：室内加热器的特殊要求》标准要求（表1）：便携式及非高位安装的非风扇式加热器，金属制成的出气口栅格及其四周邻近表面温升不得超过130K，与试验杆触及的其他表面温升不得超过85K。

当室内加热器没安装温控元件时，按照标准要求，在正常工作状态下以1.15倍额定输入功率工作，用热电偶法测量器具的温升，记录加热器正表面可触及表面中心处（A点）、出口格栅中心处（B点）、顶端可触及表面中心处（C点）、加热器正表面可触及表面中心处下端（D点）的温升曲线（见图2-室内加热器温升测试点位置图，图3-各测试点温升曲线）。

根据结果显示，室内加热器工作稳定后，位置A温度为130℃，超出安全标准要求（21.6℃+85K）, 因此需要在室内加热器上安装合适的温控元件进行控制。位置A的温度最高，在以后的试验中作为可以反映室内加热器最大制热效果的点。

3　温控元件结构、安装位置、参数的选择

3.1　温控元件结构的确定

此款室内加热器温控元件的安装面属于平面，为确保感温效果，可以选用双金属片表面贴装式温控元件（如图4）。此类温控元件可采用接触感温式安装，当室内加热器正常工作时，双金属片触点处于闭合状态，当温度达到动作温度时，双金属片受热产生内应力而迅速动作，打开触点，切断电路，当室内加热器冷却至设定温度时，触点自动闭合，恢复正常工作状态，从而起到控温作用。此类温控元件具有性能稳定、精度高、体积小、可靠性高、寿命长等优点。

3.2　温控元件安装位置的确定

对流式室内加热器因利用空气自然对流换热，导致其受环境影响较大，内部各位置温度高低不一致，因此应选择合适的安装位置。合适的安装位置，可以在保证符合安全标准的前提下，使室内加热器发挥其最大的制热效果。为了确认温控元件的安装位置，首先在加热板顶端表面选取6个点。见图5，其中位置1——加热板上靠近电热管位置；位置2——侧面护板接线端子端金属护盖下；位置3——加热板上侧面护板中心处；位置4——侧面护板远离接线端子端金属护盖下；位置5——位置2、3中心；位置6——位置3、4中心。

图1　对流式室内加热器结构图

图2　室内加热器温升测试点位置图

图3　各测试点温升曲线

图4　温控元件结构图

图5　温控元件安装位置

选择参数为105℃温控元件，分别安装在以上位置，按照标准要求，在正常工作状态下以1.15倍额定输入功率工作，用热电偶法测量室内加热器正面中心点位置的温升曲线，结果见图6。

如图6所示，当温控元件安装在位置1，室内加热器无法发挥其制热效果，且温控元件频繁动作。具体表现为：电热管迅速加热至温控元件动作温度时，室内加热器停止加热，温控元件频繁动作，工作稳定后，室内加热器无法达到其最大制热效果，而且频繁动作会缩短温控器的使用寿命，可能还会对家庭电网造成干扰。当温控元件安装在位置2、4时，因环境对流的影响，温度不稳定、变化频繁，引起温控元件动作不规律。当温控元件安装在位置3、5、6时，曲线稳定，在位置5时，室内加热器表面温度达到最高值100℃。因此温控元件可以安装在位置2、3之间。

另取4个点，位置见图7，进行上述实验（室温为21.6℃），温升曲线见图8。

图6　不同位置的温升曲线1

图7　温控元件安装位置2

图8　不同位置的温升曲线2

图9　安装不同参数温控元件的室内加热器的发热曲线

根据曲线得出：温控元件位于散热板上侧面护板上，温控元件中心点距散热板电源端边缘距离为200mm时，室内加热器的温升曲线最稳定，受环境的影响最小，正面中心点位置温度最高，可以发挥其最大制热效果。

3.3　温控元件参数的确定

分别选取105℃、110℃、115℃、120℃的温控元件安装在上述位置，进行第11章试验。曲线见图9-安装不同参数温控元件的室内加热器的发热曲线。根据曲线可知，当温控元件参数为115℃时，室内加热器可以发挥其最大制热效果。

4　结论

为保证对流式室内加热器在符合相关安全标准的前提下发挥较好的取暖效果，温控元件的选择和安装应按以下原则：（1）安装在加热器内空气流动较弱的位置；（2）安装位置的表面温度及其变化曲线较接近加热器外表面温度；（3）选用感温动作速度较快的温控器，且动作温度值尽量接近加热器外表面的温度限值；（4）避免直接安装在高温加热元件的表面。

表1　加热器表面温升的标准要求