节能环保、长寿命、高安全PTC陶瓷片加热技术的运用

摘 要：PTC热罐机投入市场后，将取得明显的经济效益和社会效益，它的市场生命周期预计可达20年，可靠、安全、节能、环保、产品质量稳定，热罐机采用PTC陶瓷片结构能在便利店领域锐显其强劲的市场竞争力。

关键词：热罐机；节能；环保；长寿命；PTC陶瓷片加热技术

1 项目产品的市场竞争力和前景

1.1 PTC陶瓷片产品的发展

PTC是半导体的发热陶瓷片组成，在外面温度降低时，PTC的电阻值就会随之变小，但是其发热量反而会增大，这是一种具有PTC效应材料，也就是说正温度系数效应，它指的是材料的电阻会随温度的升高而增大。我们使用的大多数金属材料都会有PTC效应，其效应表现为电阻随温度增大而线性增大，就是我们经常讲的线性PTC效应，热敏电阻是正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻以及临界温度热敏电阻（CTR）。PTC陶瓷片技术的发展与应用，经过了漫长的岁月，在50年代，荷兰的海曼等人在BaTiO3材料中放进稀土元素做半导化试验时，发现这种材料的电阻率具有很高的正温度系数，有很强的PTC效应，研究和摸索这种现象很快成为引人瞩目的研究课题。

在我国，从60年代开始PTC热敏电阻的科研工作并逐步发展，1982年，“仪表材料学会”从敏感元件角度组织第一次PTC讨论会，1990年，《家电科技》杂志在广州组织家电轻工系统PTC讨论会，迄今已举行过八次，90年代初，国家科委组织科研院所对PTC热敏电阻进行研究，使它进入了快速发展时期，到目前为止已经有年产1亿件的大型工厂分布于全国各地。

1.2 PTC陶瓷片产品的概述

PTC陶瓷片是一种具温度敏感性的半导体电阻，如果超过一定的温度（居里温度），它的电阻值随着温度的升高是呈阶跃式的增高，PTC陶瓷片温度的变化可以由流过PTC陶瓷片的电流获得，也可以由外界输入热量获得，陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC是以钛酸钡为主，掺杂其它多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性，通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到其效果。

PTC陶瓷片于50年代出现，随后又出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻。PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制，也用于汽车某部位的温度检测与调节，还大量用于民用设备，可以控制瞬间开水机的水温度、空调器与冷库的温度，利用本身加热作气体分析和风速机等方面。

PTC陶瓷片用作加热元件外，还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，大家都称之“热敏开关”，电流通过元件后引起温度升高，发热体温度上升。当超过居里点温度以后，电阻增加，从而限制电流的增加，于是电流开始下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在一定范围的功能，又起到了开关作用。利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有家用暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调机，还可对家用电器起到过热、过载的保护作用。PTC陶瓷片的发热效应，就是电阻值不断升高的原因，在于材料组织是由许多很小的微晶组成的，在这样的晶粒表面，即晶粒边界上形成势垒，大大地阻碍了电子越过边界进入到相邻区域中，而它产生的高电阻在温度低时被大大抵消了，在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成，并使电子可以自由地流动。这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度降低，导致势垒及电阻大幅度升高，呈现出强烈的PTC效应。

热罐机采用PTC陶瓷片加热就是利用恒温加热PTC热敏电阻恒温发热特性设计的加热器件，在一般情况下的加热场合，PTC陶瓷片具有恒定温度发热、没有明火、导热转换率高、受电源电压影响小、自然寿命长等其它发热元器件无法比拟的优势，在目前家电市场中，PTC陶瓷片电加热器具中的应用越来越得到设计工程师的青睐。

1.3 PTC陶瓷片产品的运用

PTC陶瓷片是开发很早、种类繁多、发展较快的敏感元器件，PTC陶瓷片由半导体材料组成，利用温度引起电阻的变化，因此电导是温度的函数，可以由测量电导推算出温度的高低，并且能做出电阻-温度特性曲线，也是半导体热敏电阻的工作原理。

目前，电热元器件应用在热罐机产品上，主要是实现热传导电辅加热功能，这类电热元器件有电热丝、PTC两种。

过去，传统热罐机产品采用电热丝元器件，从2009年下半年开始，许多企业也改用PTC电热元器件了。

另外，PTC在安全性等方面也具有优势，虽然电热丝在家用电器上已经使用多年，技术相对成熟，但是这种产品需要在电路中设计温控装置和保护装置，如果保护装置失效，可能存在一定安全隐患，PTC电热元器件具有恒温的特性。该产品加热时，即使没有保护装置，风机停止运转，最高温度也只会到200℃，不会有安全隐患。另外，现在PTC完全可以做到使用1000小时后，功率衰减控制在10%以内。

2 项目产品创新性、先进性

本开发内容和目标：热罐机采用PTC陶瓷片结构在国内是首创，国外还没有先例；先进性：节能、安全、环保。

3 市场预测

随着节能、环保、安全在市场上竞争优势的显现，热罐机采用PTC陶瓷片结构批量生产后，将会取得明显的经济效益和社会效益，该产品市场生命周期预计可达20年，甚至更长，市场年容量在5万台左右。

4 经济效益、社会效益

PTC热罐机产品投入市场后，给企业带来可观的经济效益和社会效益，节能环保和降低成本，产品采用流水线生产，能保证其质量，为客户提供优质服务，热罐机采用PTC陶瓷片结构能在便利店领域锐显其强劲有力的市场竞争力。

5 热罐机目前在国内使用情况

热罐机采用PTC陶瓷片结构目前已经商品化，在国内连锁超市和便利店中已经大量使用，根据客户反馈，使用情况良好，故障率非常低，包括全家、罗森、7-11、好德、快客、联华等。原先有些檔次较高便利店还采用日本进口的热罐机，日本热罐机一直采用电加热丝的方式，没有改变，客户反映耗电量大，加热速度慢，还是比较青睐采用PTC陶瓷片加热的热罐机，目前在上述这些便利店中，采用PTC陶瓷片热罐机几乎占100%；

PTC热罐机是传导制热的，目前已经开发出热风型的，就是在密闭的空间中，将空气温度加热，使饮料瓶中饮料变热，主要特点是稳度均匀，控制温度精确，缺点是噪音较大，耗电量高，风机故障率高，产品细分的效果有待于市场检验和认可。今后，连锁超市、便利店机台设备，将趋向于节能、环保、绿色、低碳，这是发展的大方向。

参考文献

[1]热罐机产品执行准标.GB4706.1.家用和类似用途电器的安全通用要求[S].

[2]董小雄.热罐机获得实用新型专利.专利号：ZL201120110825.0.201

1，12，14.

作者简介：董小雄（1957，12-），男，上海市，现职称：工程师，学历：大专，研究方向：工业设计。