[发明专利]低电阻电加热系统

说明书

背景技术

众所周知的，电可生热。当通过电源两端的电势差产生电流时，包括导电材料的加热元件因该导电材料具有足够高的电阻而可以产生热量。产生热量所需的功率P瓦特与通过加热元件的电流I安培、它的电阻R欧姆和其两端的电势差V伏特有关，满足下列关系：

P＝I²R≈VI瓦特。

以上公式是在能量转换温度下产生的热量，其中电能完全转换为热量。许多导电材料的能量转换温度高于其熔融温度，使得加热元件必须包括高电阻的合金，从而在达到它的熔融温度之前先达到它的能量转换温度。这种合金的能量转换温度比所需温度高许多，因此需要将温度控制在所需温度处。并且高电阻的加热元件具有合适的加热速度，使得恒温开关有时间做出响应，从而将所需温度尽可能地保持为接近常数。问题在于，加热元件的电阻越高，其所需要的电流越高以及其两端加载的电势差越高，高电势差可驱动电流通过以产生热量，由此需要更高的功率以及更多的电能来产生热量。

在待加热表面分布热量的高效方式为使加热元件尽可能完全覆盖待加热表面。这可通过具有足够长度的箔来实现。问题在于，加热元件的电阻与它的电阻率及几何形状直接相关，由于当前加热元件中使用的合金已具有高电阻，其将具有高电阻率。箔还具有减小很多的横截面积和增加的长度，更多地增加了其电阻，从而需要更高的功率以及因此的更多的电能来产生热量。加热元件几何形状的这一限制限定了它提供热量的方式。为此，第二介质(例如水或油)用于从加热元件向例如嵌入式散热器的表面传递热量，由于水或油能更有效地分散热量，且水或油较低的升温速度允许恒温时间响应温度变化，产生安全的表面温度。

几乎所有的国内电加热应用和许多工业的电加热应用在低电阻导电材料(例如铜和铝)的熔融温度以下。以下关系式P＝I²R≈VI瓦特表明，如果可减小加热元件的电阻，将减小产热所需的功率。具有低电阻导电材料(例如铜或铝)的问题在于，当与未受控电源连接时，它们非常迅速地升温至其熔融温度。为此将它们用作保险丝。

假使通过采用零损耗电容形式的电容性阻抗组件控制受控电源来供应有限量的功率，其中电压跨过电加热元件、电流受驱动通过电加热元件，由于具有零电阻和电感，所述电容性电抗组件以下列方式严格控制通过其传输的任何电流，

I＝2πfCVs。

它可与变压器结合来升高或降低跨过电加热元件的需要电压。然后，电加热元件将接收足量功率，以合适的加热速度在一温度、仅仅在其熔融温度以下产热。通过使用低电阻导电材料可减小加热元件的电阻。然后，在加热元件的电阻没有大量增加的情况下，电加热元件可由导电材料箔制成、来覆盖待加热的面积或增加待加热的表面积，提高加热效率，从而降低功率并因此降低产热所需的电能。

当电流在电加热元件中流动时，它产生电磁场，直至它达到其能量转换温度。如果电加热元件配置为具有相反电流，产生的电磁场将是相反的，其将降低电流的热效应，因此降低电加热元件的效率。因此，电加热元件必须配置为加热电流在相同方向流动，从而电磁场不会彼此相反并增加产热效率。由于受感应(induced)远离加热元件，某些产生的电磁场还会损失，从而降低产热电流产生的热量。通过提供电磁场偏转器，感应远离的电磁场可重感应至电加热元件中，提升产热电流并提高电加热元件的热效率。

发明内容

本发明为低电阻电加热系统，包括由低电阻导电材料形成的电加热元件以产生热量。该低电阻导电材料可定义为：作为具有该电阻的导电材料，当通过与非受控电源连接来用作电加热元件时，所述导电材料在达到能量转换温度之前将先达到它的熔融温度并熔化。以这种方式配置电加热元件使得流过它的电流以相同方向流动，从而产生的电磁场不会相反，因而提高了加热效率。所述电加热元件与受控电源连接，其中，控制加载在所述电加热元件上的电压以及通过所述电加热元件的电流来限定电加热元件的功率。受控电源控制电加热元件的功率量，因此安全地将所述电加热元件的温度限制为能量转换温度，所述能量转换温度在形成所述电加热元件的所述低电阻导电材料的熔融温度以下，从而减少了在所需温度处或附近产生热量所需要的能量。所述低电阻电加热系统设有由导电材料制成的电磁场偏转器，用以重新感应受感应消除的电磁场，所述电磁场偏转器形成，提升产热电流、从而提高所述电加热元件的产热效率。

附图说明

现在将通过以下图描述本发明。

图1是与受控电源连接的低电阻电加热系统中彼此分离的组件的透视图；

图2是受控电源电路的第一实施例的示意图；

图3是受控电源电路的第二实施例的示意图。