电热膜耐压即热式电热水器

电热膜耐压即热式电热水器的特殊结构是根据电热膜特性要求设定。对热水器而言，是否值得这样做，有些什么依据证明这样做是有利的，就一言难尽了。围绕该热水器及综合其它情况和事例介绍如下，以资判断。

一、 电热膜

电热膜种类繁多，因门派各异。老牌电热膜有孔氏、罗氏、宋氏等。新牌电热膜也不少，但在此仅以本氏电热膜为例。新老电热膜的相同与不同之处如下：

1、相同：新老牌电热膜初始功率均与理论功率相符，相同条件下功率相同温度也基本相同，均承诺-10%≤初始功率变化≤+5%。

2、不同：一般情况下，新牌表现为负差，老牌表现为正差。测定标准不统一，新牌测定标准是：温度≤550℃，连续通电120小时，电功率下降≤10%，为合格。老牌测定标准是：温度≤400℃。连续通电515小时，电功率下降≤10%，为合格。

3、测试对比：相同条件下，以老牌电热膜为标准，设定理论功率N=IV,10~15分钟后，功率为N’,温度680℃，有如下现象：

a、老牌：初始功率N=IV,10~15分钟后，功率N’=1.2N,温度680℃~690℃，一小时保持稳定，二小时后N’=N,温度665℃，四小时后N’=0.95N,温度660℃，测定电阻已非原值。

b、新牌：初始功率N=IV，10~15分钟后，功率N’=0.98N，温度665℃。调节电压，使N’=1.2N，温度684℃,测定电阻仍为原值。

4、新牌电热膜按老牌标准经540小时连续通电试验，温度380~405℃，功率一般下降7.8%。据此推算，间断使用寿命达5000小时以上。

经过极限试验的新牌电热膜在再次使用时，限时条件下（如最长3小时）其功率可不断回复往返，徘徊于极限的中间值。由此可推想新牌新膜在使用过程中设定一个最长使用时间t，由时间t的不确定使用来获得电热膜的高度稳定有极好的帮助，也就是以不同时间段的电流冲击保持和提高电阻的抗疲劳和活性。这决非是理论，事实上已表示和证明。长时间的连续通电是不可取的。在电热水器使用中，也只是“通歇相间”，没有任何家庭会如此十天十夜的连续使用，将其一步推入极限边缘。

5、以据配方理论及方法配制的新牌电热膜1﹟配方，表现出的耐温、稳定和优异性能是开发电热水器等产品的可靠材料，今后还会出现更好的2﹟、3﹟、4﹟…配方，这是一定能做到的，就不详述了。

二、电热膜载体——介质材料

不同的介质材料有不同的导热系数，导热性能好的介质材料有氧化铍、碳化硅、二氧化硅中的石英玻璃等。导热性能欠佳介质材料如氧化铝、二氧化硅中的云母、石棉等，因氧化铍具毒、价，碳化硅形变大不宜在热水器中应用，可选用的是氧化铝的陶瓷材料和二氧化硅的石英玻璃等。

1、 氧化铝：俗称刚玉、白刚玉。熔点：1760℃。质硬，次于金刚砂（碳化硅）与二氧化硅，锆、钇、铜等的氧化物加工制作成普通陶瓷，如“75”瓷“99”瓷等。

a、 特种陶瓷：含氧化铝95%以上，具有高强度、高精度、耐高温、耐冷热、耐磨耐酸等优异性能，成本高昂。氧化铝含量愈高，导热性能愈差。“95”瓷曾被孔氏用作热水器的发热材料。

b、 普通陶瓷：含氧化铝75%以下，除导热性能优于特种陶瓷外，其余均差。“55”瓷曾被本氏用作热水器的发热材料。

2、 二氧化硅：俗称石英砂、石英。天然水晶、云母、石棉是二氧化硅的不同结构形式，熔点1000℃左右，质硬而脆。与碳酸钠、四硼酸钠（硼砂）等共熔制成石英玻璃。具有形变微、热膨胀微、超耐冷热骤变、脆性小，导热佳、价格低等优点。是热水器发热材料的最佳选择。

石英玻璃用途广泛，曾被宋氏、罗氏用作咖啡壶、热水器的制作。

三、“95”瓷应用实例与石英玻璃功率密度设定

1、“95”瓷：以孔氏热水器为例，哈夫“95”瓷管Φ14×2.75（壁厚）×60毫米，孔径Φ8.5毫米，Φ8紫钢管水道。有效发热面积23㎝²。采用“四并四串”，总功率2.4kw,实际2.8kw以上（前述10~20%）每组功率600w，单支功率150w，功率密度6.5w/㎝²,不排除功率密度超过7w/㎝²可能性。石棉保温、铁壳封装。由孔氏研制设计，袁氏开发生产。耗资200余万，以最惨烈的失败告终，导致“谈膜色变”，教训深刻。

a、产品使用情况：短则一周，长者三月。首批500余台，无一例外。

b、现象：电极因膨胀松动，发热管移位、错位、脱离掉落，或留半截子哈夫，打火花，烧膜，烧电极，衰减或干脆不作功，喷蒸汽，泼沸水…等等。

C、原因：设计思路、工艺极端错误，石棉保温是祸首，电极设计错误等。

d、分析：产品当然无人敢买了。有朋友免费获赠一台，去石棉经改装观察研究…。认为发热管工作基本正常，表面温度400℃左右。个别单支有小块发红现象，温度500℃上，是串联电路中功率高度集中之故。

2、石英玻璃的功率密度设定：参照孔氏热水器“95”瓷功率密度6.5w/㎝²设定标准，假定改用石英玻璃管，制作Φ14.5×2（壁厚）×280毫米，孔径Φ10.5毫米。Φ10紫铜管水道，有效发热面积118㎝²，有如下参数（百分率）：

a、发热面积增加，功率密度比例减少：

（118-4×23）/92×100%=28%（负）。

b、受热面积增加，功率密度比例增大：

（D２h2∏- D1h1∏）/ D1h1∏=( D２h2- D1h1）/ D1h1；

=｛1×(28-2)-0.8×(24-2.8)｝÷｛0.8×(24-0.7×4) ｝=53%。

c、 导热距离缩短，功率密度比例增加：

（3-2.25）/3=25% 。

d、介质材料导热性能提高，功率密度比例增加：

估算30%。

e、 综合效率为各率平方之和开根号：

f、 ∧（-0.28²+0.53²+0.25²+0.30²）=∧0.355=59.6% 。

g、 该石英玻璃管的功率密度及功率应为：

6.5×（1+0.596）=10.4w/㎝² 。

安全系数10%，定功率密度≤9w/㎝² 。

功率：9×118=1.062kw/支。

四、电热膜耐压即热式电热水器的成本思考

1、根据现有资料和认识水平，该热水器与成本、技术等方面的关系是清楚的。是否值得开发商生产？从自主创新的角度讲，应该做好做强，寻找新的经济增长点：从产品安全、节能、可靠方便的角度讲，应当重视：从品质讲，应当自信：从成本、技术含量讲，就是一个反比现象了。

2、假定石英玻璃管电热水器的成本为A，那么该热水器的成本为3A，不敢说2A。虽然该热水器仅比石英玻璃热水器多一个内胆，但结构并非那么简单，如果内胆成本=A，那是最大的收获，关键在内胆，其余都是可以说得清的。

3、为什么要内胆？纯粹的石英玻璃管如果没有铜铁做支撑，就像水泥中没有钢筋一样。坚固是一个方面，重要的是最大程度地提高热效率，95%±1%是绝对保证的。如果内胆稍加保温，热效率还可提高些。这就是电热膜特殊条件下“双冷结构”可做到的。电热丝就不能，PTC更不能。

4、内胆的“双冷结构”也是为了给电热膜营造一个和谐的工作环境，发挥电热膜之长，用尽其“能”，保护电热膜使用寿命更长久。

5、内胆作为一个容器，有效容积1.25升，足可起到“削峰填谷”，调节冷暖，缓冲均温，接受热辐射再加热的作用，具备最基本的，也是最朴质的自我调节功能，减少或方便自动控制环节。其好处就不多讲了。

五、内胆的结构及组合

1、内胆是缩微的热交换器，结构基本相同。外形尺寸Φ92×280毫米，设有4孔排管（火管），6孔排管（主选），8～12孔排管多种。排管内壁喷涂远红外接收绝缘涂料，或高温导热绝缘漆。二侧中心是有外螺纹的进出水管，各与胆内进出水导管相连。全为不锈钢材料制作。

2、石英玻璃发热管：置于排管内，与排管口齐平。

3、电极陶瓷套：扣住发热管两端，插入排管内，将发热管架空、定位。

4、密封圈：置于内胆两侧沿边及中心进出水管。

5、线路盘胶合：套两侧，压住电极陶瓷套头，固定电极、引线等。

6、密封圈：置于胶合端面及中心进出水管（以下不再重复密封程序）。

7、胶合盖：合盖，螺丝固定。中心进出水管加螺母将整体拧紧固定。

8、特种复合“U”紫铜管：涂布好导热绝缘膏，插入孔中至冒顶。

9、特种复合联接件：将“U”紫铜管成“S”连接，进水端接入水量调节阀。

10、外导管：连接一侧出水管。步入下一工序装配。

以上凡一缝隙，均密封无误，为第一道密封。第二道密封在外壳进行。

六、内胆的成本

1、各规格不锈钢焊管1.182kg；不锈钢板0.068kg，计1.25kg，以每公斤28元计，金额35元；

2、特种组合“U”紫铜耗铜2.10米，重量0.528kg。公斤40元计金额21.12元；

3、电木胶线路盘3元/套×2 6元；

4、陶瓷电极套头（0.40+0.18）×12 6.96元；

5、密封圈、密封膏，导热膏 4元；

6、特种联接螺母，栓及其它非标件 6元；

7、导线头 5元；

8、电热膜石英玻璃发热管18元；

9、排管加工费 4元；

10、内胆二侧盖加工费4元；

11、“U”紫铜管加工费 4.5元；

12、特种组合连接加工费 8元；

13、氩焊 15元；

14、装配 10元；

15、其它 10元；

以上合计157.58元。

七、其它成本

外壳等不详述，按常规参办。

仅是内胆，成本160元，是别的产品成本总还多，是否值得这么做？从长计议，以“馈铜人尚德，储铜民则富，蕴铜国则强”告示天下。

严谨实在的品质，往往很难在一时体现，在人们看来是些平平淡淡，不足为奇，缺少让人振奋的气息。只有在经历岁月和时间的承载后，才会露出全貌，让人回味欣赏。

纵观事物，实在的品格在最初往往无法被证明，甚至是吃力不讨好的多余，易被人错怪。只有时间过去，经过风雨的磨砺，实在的品格才会放射出它固有的光彩和价值，才会被完全地证明——铜铁铸成的电热膜耐压即热式电热水器的品格。

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