中电压加热元件组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容针对电加热元件组件、包括电加热元件组件的加热系统、以及用于组装和操作在中等电压应用中使用的电加热元件组件的方法。
【背景技术】
[0002]电加热元件组件用于多种应用，包括热交换器、循环系统、蒸汽锅炉和浸入式加热器。电加热元件组件一般包括护套、护套内的介电绝缘、嵌在介电绝缘中的电阻线圈、以及从电阻线圈延伸的导体销。电压被提供给导体销，以便在电阻线圈中生成热量。包括电加热元件组件的许多应用和系统额定为低电压操作，其中低于600伏的电压可以被认为是低电压。例如，许多目前的热交换器利用在480伏至600伏范围内的电压操作。最近，已经提出了在高于600伏操作的用于电加热元件组件的各种应用和系统。例如，已经提出了在600伏至38000伏范围内操作的热交换器。这些更高容量的热交换器是作为以燃料为基础的热交换器的环保的备选方案被提出的。600伏和38000伏之间的电压可以被认为是中电压。这些较高的电压可对电加热元件组件置以更大的要求。
[0003]例如，更高的电压可更难以介电绝缘，尤其是在电加热元件组件的各个部件之间的接口处。例如，护套内的介电绝缘可以包括单行纵向排列的介电芯，这些介电芯可以被首尾相连地定位。此外，端子衬套可以靠着电加热元件组件的介电芯定位。在相邻的介电芯之间的接口处和/或在端子介电芯与衬套之间的接口处，较高的电压可难以介电绝缘并且，在一些情况下，介电击穿和/或电弧放电可以发生。
【附图说明】
[0004]通过结合附图考虑以下描述，本文所描述的各种实施例可以更好地被理解，其中:
[0005]图1是根据本公开内容的各种实施例的电加热元件组件的透视图。
[0006]图2是根据本公开内容的各种实施例的图1的电加热元件组件的分解透视图。
[0007]图3A是根据本公开内容的各种实施例的图1的电加热元件组件的第一端的横截面平面图。
[0008]图3B是根据本公开内容的各种实施例的图1的电加热元件组件的第二端的横截面平面图。
[0009]图4是根据本公开内容的各种实施例的图1的电加热元件组件的透视图，其中外护套被从电加热元件组件中移除并且外芯段被透明地示出，以揭示定位在外芯段中的内芯段。
[0010]图5是根据本公开内容的各种实施例的图1的电加热元件组件的正视图，其中衬套、电阻线圈和导体销被从电加热元件组件中移除。
[0011]图6是根据本公开内容的各种实施例的图1的电加热元件组件的衬套的透视图。
[0012]图7是根据本公开内容的各种实施例的图1的电加热元件组件的衬套和第一内芯段的正视图。
[0013]图8是根据本公开内容的各种实施例的电加热元件组件的正视图，其中衬套、电阻线圈和导体销被从电加热元件组件中移除。
[0014]图9是根据本公开内容的各种实施例的电加热元件组件的透视图。
[0015]图10是根据本公开内容的各种实施例的电加热元件组件的正视图，其中衬套、电阻线圈和导体销被从电加热元件组件中移除。
【具体实施方式】
[0016]在各种实施例中，中电压加热元件组件可以包括护套、定位在护套内的介电芯、以及定位在介电芯中的电阻丝。例如，介电芯可以包括外环形芯和内芯，其中内芯被设置在外芯的轴向中心开口中，并且内芯和外芯大致沿护套的长度纵向延伸。在某些实施例中，内芯可以包括沿其长度延伸的内部通道，并且，例如，电阻丝可以被定位在该内部通道中。在各种实施例中，外芯可以包括多个外芯段，并且内芯可以包括多个内芯段。例如，内芯段可以相对于外芯段纵向偏移。例如，交错的内芯段和外芯段可以防止和/或减小在相邻芯段之间的接口处介电击穿和/或电弧放电的可能性。
[0017]在各种实施例中，中等电压加热元件组件还可以包括介电芯的内芯与外芯之间的凹槽与凹口接口。例如，凹槽与凹口接口可以防止内芯相对于外芯的轴向旋转。此外，凹槽与凹口接口可以防止例如内芯段相对于另一内芯段的轴向旋转，和/或例如外芯段相对于另一外芯段的轴向旋转。在某些实施例中，内芯相对于外芯的轴向旋转和/或内芯和/或外芯的相邻段的轴向旋转可造成电阻丝的一部分扭曲和/或拉伸。电阻丝的扭曲和拉伸可损坏电阻丝和/或损害电阻丝的加热功能。相应地，内芯和外芯之间的凹槽与凹口接口可以防止和/或减小沿电阻丝的长度扭曲的可能性，并且因此，可以维持电阻丝的完整性。
[0018]在某些实施例中，中等电压加热元件组件可以包括衬套，该衬套可以靠着介电芯的内芯并且至少部分地在介电芯的外芯的中心开口中定位。换句话说，衬套可以产生阶梯式接口，这可以防止和/或减小在介电芯与衬套之间的接口处介电击穿和/或电弧放电的可能性。在某些实施例中，至少一个导体销和/或定位在导体销周围的电绝缘套管可以延伸通过衬套。例如，衬套的一部分可以延伸出护套，以防止和/或减小导体销与外护套之间电弧放电的可能性。例如，衬套还可以防止和/或减小多个导体销和/或附连到导体销的引线之间电弧放电的可能性。
[0019]现在参考图1-7，电加热元件组件20可以包括定义开口的外圆柱形护套22，该开口容纳介电芯和一根或多根电阻丝并且从第一端24延伸到第二端26，如本文进一步描述的。在各种实施例中，例如，外护套22可以包括管和/或套管，管和/或套管可以至少部分地包住和/或封闭电加热元件组件20的热产生部件。外护套22可以是金属管，例如，诸如例如由钢、不锈钢、铜、因科罗伊合金(incoloy)、因科镍合金(inconel)和/或哈氏合金(hasteloy)组成的管。
[0020]主要参考图2-4，电加热元件组件20可以包括双芯28。在各种实施例中，双芯28可以包括一般圆柱形的外芯和内芯30、40。例如，内芯40可以至少部分地嵌套在外芯30的中心开口中。在某些实施例中，例如，外芯30可以至少部分地定位在外护套22中，并且例如，内芯40可以至少部分地定位在外芯30中。在某些实施例中，外芯30和/或内芯40可以被完全地配置在外护套22中。例如，外芯30可以延伸通过外护套22，并且内芯40可以延伸通过外芯30。例如，外芯30和/或内芯40可以由电绝缘材料和/或介电材料组成。在某些实施例中，例如，外芯30和/或内芯40可以由氮化硼(BN)、氧化铝(A1)和/或氧化镁(MgO)组成。在某些实施例中，外芯30和/或内芯40可以包括陶瓷材料。在各种实施例中，例如，电加热元件组件20可以包括多层芯，多层芯可以包括两个或更多个至少部分嵌套的芯。例如，电加热元件组件20可以包括包括三个介电层的多层介电芯。
[0021]仍然参考图2-4，在各种实施例中，外芯30和内芯40可以包括多个芯段。例如，夕卜芯30可以包括多个外芯段32a、32b、32c和/或32d，并且内芯40可以包括多个内芯段42a、42b,42c和/或42d0在各种实施例中，例如，外芯段32a、32b、32c和/或32d可以轴向对准和/或可以首尾相连地定位，使得它们可以共同地大致沿护套22的长度延伸。例如，边界38可以被定位在相邻外芯段32a、32b、32c和/或32d的接口处。例如，边界38可以是相邻芯段之间的接和点和/或接缝。在某些实施例中，例如，边界38可以被定位在外芯段32a、32b、32c和/或32d的邻接端之间。此外，在各种实施例中，例如，内芯段42a、42b、42c和/或42d可以轴向对准和/或可以首尾相连地定位，使得它们可以共同地大致沿护套22的长度延伸。例如，边界48可以被定位在相邻内芯段42a、42b、42c和/或42d的接口处。例如，边界48可以是相邻芯段之间的接合点和/或接缝。在某些实施例中，例如，边界48可以被定位在内芯段42a、42b、42c和/或42d的邻接端之间。
[0022]在各种实施例中，内芯段42a、42b、42c和/或42d可以从外芯段32a、32b、32c和/或32d纵向偏移，使得内芯40的边界48不与外芯30的边界38对准。例如，图4绘出了加热元件组件20的介电芯28并且透明地示出了外芯段32a、32b、32c和/或32d，使得定位在外芯30中的内芯段42a、42b、42c和/或42d被揭示。如图4中所示，例如，内芯段42a、42b、42c和42d可以相对于外芯段32a、32b、32c和32d交错。例如，外芯段32a的末端可以从内芯段42a的末端纵向偏移。此外，例如，外芯段32b的末端可以从内芯段42b的末端纵向偏移，外芯段32c的末端可以从内芯段42c的末端纵向偏移，和/或外芯段32d的末端可以从内芯段42d的末端纵向偏移。在某些实施例中，相邻外芯段32a、32b、32c和/或32d之间的边界38可以相对于相邻内芯段42a、42b、42c和/或42d之间的边界48交错，使得边界38、48不对准。例如，内芯40的边界48可以被定位在外芯30的两个边界38之间。在各种实施例中，内芯40的边界48可以被定位在外芯30的两个边界38之间的中点或大致中点。在其它实施例中，内芯40的边界48可以在外芯30的两个边界38之间非对称地偏移。
[0023]在包括单个介电芯的电加热元件组件中，介电击穿和/或电弧放电更有可能在介电芯中的断层(fault)和/或接合点处发生。例如，介电芯的相邻首尾相连的部件之间的边界可导致潜在地易受损区域，并且电流可试图流经这种区域。相应地，在外芯30与内芯40之间分别具有交错边界38、48的双芯28可以从内芯40中的潜在地易受损区域偏移外芯30中潜在地易受损区域。因此，电流可以更少倾向于试图流经内芯40与外芯30之间间接的阶梯式路径，并且因此，由交错边界38、48组成的阶梯式接口可以防止和/或减小介电击穿和/或电弧的可能性。此外，在各种实施例中，电加热元件组