可加热空心体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于输送和/或储存液体、气体和/或糊状介质的可加热空心体(1)，包含至少一个含有导电材料的可加热层(11)。该可加热空心体(1)的特征在于该可加热层(11)至少部分地、优选在很大程度上、更优选完全地与待加热的介质直接接触。
【专利说明】
可加热空心体
技术领域
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序所述的一种可加热空心体以及一种具有此种可加热空心体的系统。
【背景技术】
[0002]在用于传输和/或储存液体、气体或糊状介质的空心体领域中，已知这些空心体是电可加热的各种应用。以此方式，例如在输送过程中和/或在储存过程中可以达到预定的温度。此外，这在以下情况下是重要的:特别是当介质打算在空心体中输送和/或储存时，其中存在所述介质会在使用过程中冻结的风险，从而可能阻止输送通过空心体或从空心体排出。这涉及例如，用于输送水或含水介质的软管。对于用于输送和/或储存高粘性介质(例如油)的应用，同样，可能明智的是通过加热介质降低介质的粘度并且因此使得更易于输送介质。
[0003]在此方面描述的技术解决方案一般是基于将呈电阻加热导体形式的加热导体集成到空心体的结构中。
[0004]DE 10 2012 002 411 Al涉及一种可加热介质管线并且描述了一种具有由电阻丝制成的加热元件的软管结构。
[0005]EP I 329 660 A2涉及在SCR(选择性催化还原)软管技术领域中的一种柔性、多层、可加热软管，在加强层上方并且在外橡胶层下方具有绕入(spooled-1n)的电阻加热导体。
[0006]DE 10 2009 003 394 Al涉及一种可加热物品，特别是在SCR软管技术领域中的可加热软管，具有一种套在塑料材料内的加热导体以及一种用于其生产的方法。其中使用的电线具有基于聚亚苯基塑料材料的护套。
[0007]DE 199 15 228 Al涉及一种用于机动车辆制动装置的可加热软管，具有一种带有一体化加热导体的压力软管。
[0008]上述可加热物品的缺点是热量始终不能均勾地分布在空心体的壁上而是相比在壁的周围区域在加热导体的附近局部高得多。此外，热输出通过加热导体的电阻定义，即加热系统对于所有对加热导体的比电阻的影响都非常敏感，因为热输出将因此在操作中改变。此外，用于保护加热导体特别是免受腐蚀现象的复杂性是非常高的。为此目的，可以提供用于即使在生产过程中也必须不被损坏的加热导体的特定护套。专门用于确保完整的加热-导体护套，要求非常复杂的过程监控步骤，例如火花测试，其还影响空心体的层的材料规格(例如加注在软管的单独的橡胶层上的电导率要求)。
[0009]DE 10 2010 051 550 Al涉及一种预制的电可加热的介质管线，该介质管线具有至少一个带有一体化导电装置的管道部分，该导电装置呈嵌入管壁中的加热导体亦或嵌入管壁中设置的导电材料中的电导体的形式。在嵌入式加热导体的情况下，用于加热管道部分的热源是加热导体本身，并且在嵌入导电材料中的电导体的情况下，热源是电流穿过其中在然后充当极的电导体之间流动的导电材料。在后者的情况下，管道部分的中间层可以由填充有至少一种导电组分的塑料材料，特别是填充有导电炭黑、金属粉末或碳纳米管的塑料材料组成。
[0010]所有上述解决方案的缺点是已知的可加热空心体总是具有不良的热效率。对此的原因在于加热导体或加热层倾向于被安排在空心体的壁的中间并且因此相对远离待加热的介质安排。例如，加热导体或加热层总体上被安排在软管中的最外加强层上方。其结果是，难以将电产生的热量输送到空心体内部的介质。产生大的热损耗，因为实质比例的电产生的热量被向外输送到壁并且被排放到那里的周围环境而不是加热介质。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提高最初描述的类型的电可加热空心体的热效率，但至少提供已知的电可加热空心体的替代方案。
[0012]该目的是根据本发明通过一种具有权利要求1所述的特征的可加热空心体和一种具有权利要求11所述的特征的系统实现的。在从属权利要求中描述了有利的改进。
[0013]因此，本发明涉及一种用于输送和/或储存液体、气体和/或糊状介质的可加热空心体，其具有至少一个具有导电材料的可加热层。该可加热空心体的特征在于该可加热层至少部分地、优选大部分地、特别优选完全地与待加热的介质直接接触。
[0014]这里，本发明是基于以下发现:使用空心体的整个层代替先前常规的线形式的加热导线来加热介质，以便实现尽可能广泛且均匀的热量产生和传播，并且同时使此加热层与待加热的介质直接接触。其结果是，热量被更迅速、更均匀且以更少损失地排放到介质，其结果是加热可以被更容易地且更直接地设定或调节并且可以节省电能。
[0015]根据本发明的一个方面，导电材料具有如此高的电阻使得它可以加热作为电阻导体的可加热层，并且导电材料具有如此低的电阻使得可加热层同时是导电的。这种电导率和电阻之间的平衡可以通过在材料的组成中选择相应的成分或其比例经由材料的比电阻设定。在这种情况下，考虑到在可加热层中的足够的电功率损失，必须存在通过导电材料的电流的流动。
[0016]根据本发明的另一个方面，该可加热层具有一种在其中嵌入了导电材料的弹性材料或塑料材料。以此方式，空心体可以被提供例如作为由弹性材料(例如橡胶)制成的软管，以便使它例如柔性、柔韧和/或可延伸的，或由塑料材料制成，例如作为具有低重量的介质罐。电导率与同时产生的电热损耗可以通过将导电成分对应加入到橡胶或塑料材料中发生。
[0017]根据本发明的另一个方面，该导电材料是一种导电炭黑或金属粉末或碳纳米管。此类成分可以容易地并且可靠地加工和计量以便可靠地实现所希望的电导率与同时所希望的电阻。在由橡胶制成的可加热层的情况下，原则上所有导电弹性体混合物是可想到的，但已经发现炭黑填充的弹性体混合物是特别有利的，因为这些在电流传导过程中具有较高的热损失率并且可以被设定为一种合适的材料-固有的，即比电阻。
[0018]根据本发明的另一个方面，该可加热空心体具有一个第一电导体，该第一电导体以一种导电的方式被连接到该可加热层，和一个第二电导体，该第二电导体以一种导电的方式被连接到该可加热层，其中该第一电导体和该第二电导体具有低的电阻。通过这些电导体，该可加热层可以连接至一个电压源以便为它供应电热输出。根据本发明，电导体本身在此不充当加热电阻器但作为电极，并且因此具有尽可能高的电导率以便将电流以尽可能无损耗的方式供应到该可加热层的导电材料，即允许尽可能多的跨越该可加热层的导电材料电压下降。因此，电极具有或组成为一种容易导电的材料。这种电极材料必须是相对于该可加热层的成分，例如其橡胶或塑料成分，并且相对于用于可加热空心体的生产方法稳定的。
[0019]为此目的，可能例如使用由例如铜制成的金属电极。在此有利的是金属电极是方便地获得的并且易于加工。此外，当金属电极被用作加热导体时它们对相对小的材料变化较不敏感。因此，对比加热导体，少量的腐蚀对于电极的功能是不重要的。因此，根据本发明的电极也并不必须是另外有护套的和受保护的，由此简化生产并且使它更廉价。此外，根据本发明，根本可以不提供有关电极的电绝缘护套，至少是不在它们旨在与可加热层导电接触的那些位置，因为所述接触将被护套阻止。
[0020]根据本发明的另一个方面，该第一电导体和/或该第二电导体具有一种导电非金属材料。这意味着这些电极，作为导电纱线或电线，具有例如碳纤维、导电聚合物纱线、导电纺织品纱线和导电改性的橡胶混合物，或者可以由其组成。
[0021]根据本发明的另一个方面，该可加热空心体是一个可加热软管，并且该第一电导体和该第二电导体在远离该待加热的介质的可加热层的那一侧上在圆周方向上以恒定距离分开被螺旋安排。这具有以下优点:电极由该可加热层机械地和化学地受到保护免受介质。此外，电极可以从外部附接至该可加热层，由此简化生产。还有可能将电极结合在软管的可能另外的外层，或被固定并且由此进行保护。
[0022]导电可加热层与电极系统的组合具有以下结果:使用电极和导电材料之间的对应选定的电阻比，电荷载体沿着电极的整个线圈长度均匀地分布并且在然后实质上均匀的电场中仅必须克服两个电极之间的短距离。这是非常有利的，尤其是与导电弹性体层组合，因为以例如几毫米到厘米的间距，能够以中等的电压相当容易地产生显著的电流强度，以及与此相关的还有热损失率。因此，通过加热层的比电阻、电极的比电阻、电极的间隔和施加电压的参数的组合，可以找到实质上用于任何应用的合适的组合。
[0023]本发明的这个方面的一个很大的优点还是该可加热软管的长度对本发明的功能几乎不具有任何影响。所施加的电压和所产生的热输出相对独立于绕入电极的长度。这使得有可能应用本发明而没有大量努力使它适应多个不同的软管长度。在这种情况下，该具有相同的电极参数(间隔、卷绕参数)的同一可加热层可以用于许多应用。
[0024]根据本发明的另一个方面，该第一电导体具有在该可加热软管的一端的接触连接点，和该第二电导体具有在该可加热软管的相对端的接触连接点。原则上，在可加热软管中，存在使用电压源将两个电极连接到同一个软管端处的可能的变化，从而造成在相同方向上的电流转移，或在每种情况下在一个软管端处提供两个电极之一，意味着在相反方向上的电流传导。这对热发展沿着软管长度的分布具有影响。在这种情况下，使在两端的每一个处接触的方法有利地导致均匀的热量分布，而借助于在相反方向上的电流传导可以实现梯度。在这种情况下，电极材料的比电阻和可加热层的电阻的关系起作用。因为电流必须沿着整个软管长度均匀可获得的，这要求电极电阻相对于可加热层的电阻尽可能低。这也是有利的，因为然后跨越可加热层更大的电压下降并且电功可以消散在热中。
[0025]根据本发明的另一个方面，该可加热空心体具有多层壁，其最内层是可加热层，其中该壁此外具有一个加强层，该加强层被安排在远离该待加热的介质的可加热层的那一侧上。以此方式，如果这是希望的话或在所希望的程度上，该可加热空心体的稳定性可以增强。经编织织物、编织织物和/或针织织物可以用作加强层。
[0026]根据本发明的另一个方面，该第一电导体和/或该第二电导体是或包含在加强层中。其结果是，可以确保电极相对于可加热层的表面的位置和电极与可加热层的正常接触。
[0027]本发明还涉及一种用于电加热液体、气体和/或糊状介质的系统，其具有一种如上所述的可加热空心体、以及一个电压源，优选DC电压源，该电压源以一种导电的方式被连接到该第一电导体和该第二电导体。该可加热层原则上可以通过电极激励使得使用DC电压或使用AC电压发生激励。已经发现使用DC电压的方法是有利的，因为发射较少的电场，这是有利的例如在机动车辆中供用于根据本发明的可加热空心体。
【附图说明】
[0028]在下文中结合以下附图来解释本发明的两个示例性实施例和进一步的优点，在附图中:
[0029]图1示出了根据一个第一示例性实施例呈可加热软管形式的可加热空心体的透视示意图；
[0030]图2示出了根据一个第二示例性实施例呈可加热软管形式的可加热空心体的透视不意图；以及
[0031]图3示出了根据该第一示例性实施例的一种用于使用可加热软管电加热的系统。
【具体实施方式】
[0032]图1示出了根据一个第一示例性实施例呈可加热软管I形式的可加热空心体I的透视示意图。该可加热软管I具有一个可加热层11，该可加热层是其壁结构的最内层11并且其结果是与在该可加热软管I内部的待加热的介质完全直接接触。围绕这个可加热的最内层11，可以提供另外的层(未示出)。呈第一电导体13和第二电导体14形式的一对电极13，14被安排在该可加热层11上使得所述电极以一种导电的方式经由导电材料，例如导电炭黑、金属粉末或碳纳米管被广泛连接在一起。如果现在将电压施加到电极13，14上，则导电材料的电流热损耗，通过该软管I的由此加热的最内层11，导致该可加热软管I内部的介质的直接加热。
[0033]图2示出了根据一个第二示例性实施例呈可加热软管I形式的可加热空心体I的透视示意图。在这种情况下，将这两个电极13，14(未示出)集成到该可加热软管I的多层壁10的加强层12内部。
[0034]图3示出了根据该第一示例性实施例的一种用于使用可加热软管I电加热的系统。为此目的，这两个电极13，14各自以一种导电的方式通过接触连接点15，16连接到电压源2，该电压源优选地是一个DC电压源2。
[0035]参考符号清单
[0036](说明书的一部分)
[0037]I可加热空心体，优选地可加热软管
[0038]10可加热空心体I的多层壁
[0039]11可加热层，可加热空心体I的最内层
[0040]12加强层
[0041 ]13第一电导体，第一电极
[0042]14第二电导体，第二电极
[0043]15第一电导体13的接触连接点
[0044]16第二电导体14的接触连接点
[0045]2 (DC)电压源
【主权项】
1.一种用于输送和/或储存液体、气体和/或糊状介质的可加热空心体(I)，具有 至少一个具有导电材料的可加热层(11)， 其特征在于 该可加热层(11)至少部分地、优选大部分地、特别优选完全地与该待加热的介质直接接触。2.如权利要求1所述的可加热空心体(I)， 其中该导电材料具有如此高的电阻使得它可以加热作为电阻导体的可加热层(11)，并且 其中该导电材料具有如此低的电阻使得该可加热层(11)是同时导电的。3.如权利要求1或2所述的可加热空心体(I)， 其中该可加热层(11)具有一种在其中嵌入了该导电材料的弹性材料或塑料材料。4.如前述权利要求之一所述的可加热空心体(I)， 其中该导电材料是一种导电炭黑或金属粉末或碳纳米管。5.如前述权利要求之一所述的可加热空心体(I)，还具有 一个第一电导体(13)，该第一电导体以一种导电的方式被连接到该可加热层(11)，以及 一个第二电导体(14)，该第二电导体以一种导电的方式被连接到该可加热层(11)， 其中该第一电导体(13)和该第二电导体(14)具有低的电阻。6.如权利要求5所述的可加热空心体(I)， 其中该第一电导体(13)和/或该第二电导体(14)具有一种导电非金属材料。7.如权利要求5或6所述的可加热空心体(I)， 其中该可加热空心体(I)是一种可加热软管(I)，并且 其中该第一电导体(13)和该第二电导体(14)在远离该待加热的介质的该可加热层(11)的那一侧上在圆周方向上以恒定距离分开被螺旋安排。8.如权利要求7所述的可加热空心体(I)， 其中该第一电导体(13)具有在该可加热软管(I)的一端的接触连接点(15)，并且 其中该第二电导体(14)具有在该可加热软管(I)的相对端的接触连接点(16)。9.如前述权利要求之一所述的可加热空心体(I)， 其中该可加热空心体(I)具有多层壁(10)，该多层壁的最内层是该可加热层(11)， 其中该壁(10)此外具有一个加强层(12)，该加强层被安排在远离该待加热的介质的该可加热层(11)的那一侧上。10.如权利要求9所述的可加热空心体(I)， 其中该第一电导体(13)和/或该第二电导体(14)是或包含在该加强层(12)中。11.一种用于电加热液体、气体和/或糊状介质的系统，具有 一个如前述权利要求之一所述的可加热空心体(I)，以及 一个电压源(2)，优选DC电压源(2)，该电压源以一种导电的方式被连接到该第一电导体(13)和该第二电导体(14)。
【文档编号】F16L53/00GK105934621SQ201480063285
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年8月22日
【发明人】斯特凡·佐斯特曼, 科琳娜·洛伦茨, 斯特芬·维茨克, 弗兰克·荣格里克特, 哈拉尔德·科赫, 阿列克谢·格里布, 沃尔弗拉姆·赫曼, 尼古拉·布卢姆
【申请人】康蒂泰克股份公司