用於加熱流動氣體介質的加熱裝置的電阻加熱元件的製作方法

2023-12-06 16:47:36

專利名稱：用於加熱流動氣體介質的加熱裝置的電阻加熱元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於加熱氣體介質的加熱裝置的電阻加熱元件，具有至 少 一個加熱電阻器，所述至少 一個加熱電阻器大致在電阻加熱元件的 縱向方向延伸，所述介質流經所述加熱電阻器且在該過程中被加熱。 所述電阻加熱元件具有至少一個流動管道，所述至少一個流動管道沿 所述加熱電阻器延伸，且所述氣體介質能夠通過所述至少一個流動管 道從所述電阻加熱元件的管道入口側流向管道出口側，所述加熱電阻 器包括用於引導電流的導電陶瓷材料。本發明也涉及用於流動氣體介 質的加熱裝置，所述加熱裝置配備有這種類型的電阻加熱元件。
背景技術：
在本文中，加熱裝置具體地指的是電阻加熱元件設置在加熱管中的 加熱設備、模塊或系統。例如，空氣或氣體被吹入所述管的一端，且 加熱後的空氣或氣體流從另一端排出。空氣流可以由設置在加熱裝置 上的吹風機產生，或可以由外部空氣流發生器提供給加熱裝置，或在 氣體流的情況下可以由優選加壓氣體貯存器提供。
這種加熱裝置是公知的且廣泛地用於工業和商業中。在這些裝置 中，為了產生熱的空氣或氣體流，冷的氣體介質流朝電阻加熱元件引 導，且然後通過和/或沿暴露給所述流的加熱元件引導，其中，由於冷 介質與熱加熱電阻器接觸，因而冷介質在從加熱電阻器的入口側到出
口側的途中#:不斷加熱。流動氣體介質在一個或幾個流動管道中通過 加熱元件，所述流動管道包圍至少一個加熱電阻器。
從DE 198 39 044Al可知熱空氣裝置形式的這種加熱裝置，其中， 電阻加熱元件設置在加熱管中。通常，各種噴嘴能夠附接到與加熱元 件空氣出口側有關的加熱管側面。所述加熱元件包括由高熱強度陶資 材料製成的載體，所述載體經由中心銷保持在連接頭上，所述連接頭 設置在面向吹風機的側面上。該連接頭也用作加熱電阻器的電連接， 加熱電阻器由在中心空氣管道中以螺旋形配置延伸的電熱絲形成。薄 的陶瓷蓋板設置在加熱元件的空氣出口側，蓋板也由中心銷保持。連接頭以及蓋板具有用於空氣流的通道，從而允許空氣流無阻礙地通過 帶有加熱電阻器的空氣管道。
如果在此所使用的電阻加熱元件在一定時間量內在沒有足夠的空 氣流的情況下工作，電熱絲將通常燒穿，從而使得加熱元件不能用。 不足的空氣流可能由例如吹風機故障或熱空氣裝置的空氣入口或空氣 出口截面受限制而引起。為此，需要進行專用保護性電措施以保護電 熱絲不會遭受不希望的過熱。為此，商業熱空氣裝置通常配備有熱傳 感器或開關，當存在過熱的風險時，所述熱傳感器或開關降低或中斷 提供給加熱電阻器的功率。
關於現有技術，參考公布文獻DE 10 12 675A1, US 6，442,342Bl和 EP 0 899 985。
DE 10 12 675A1公開了一種由PCT陶資製成的流通式電阻加熱元 件，藉助於小截面和低重量流率，所述加熱元件尤其適合於加熱流經 所述加熱元件的液體。在流動方向，所述加熱元件具有長圓形截面主 體和電極層，所述主體在縱向方向具有大致恆定的截面面積，加熱電 流由所述電極層以大致垂直於流動液體的流動方向引導通過所述截面 主體的壁。所述壁自始至終具有大致均勻的厚度，與電流路徑相對應， 且加熱肋配備有闖入流動管道中的電極層。
US 6,442,342Bl也公開了一種用於液體的流通式加熱器。所公開的 流通式加熱器具有嵌入在金屬殼體中的電阻加熱元件。在所述殼體中， 用於液體的流動管道以 一定距離平行於 一個加熱元件延伸。電阻加熱 元件本身沒有整體式的流動管道，且其整個表面與殼體直接接觸。來 自於加熱元件的熱間接地傳遞給沿殼體截面流動的液體，在殼體截面 中設置管狀流動管道，所述殼體由具有良好熱傳導性的材料製成。
EP 0 899 985Al涉及一種用於加熱才幾動車輛的閉合循環系統中的 液體的流通式加熱器。所述流通式加熱器包括至少一個加熱主體，所 述至少一個加熱主體帶有至少一個管道和至少一個PCT加熱元件，待加 熱液體流經所述至少一個管道，所述至少一個PCT加熱元件用於加熱緊 鄰設置的加熱主體。其結構和功能基本上類似於US 6,442,342Bl所公開 的流通式加熱器。不同之處在於，具有多個流動管道和多個加熱元件
發明內容
本發明解決了提出用於流動氣體介質的加熱裝置的改進電阻加熱 元件的問題，其中，甚至在沒有專用保護性措施的情況下降低了過熱 的風險。
根據本發明，該問題由具有權利要求1的特徵的電阻加熱元件以及
由根據權利要求10的用於流動氣體介質的加熱裝置來解決。附加的有
利實施例在從屬權利要求中給出。
根據本發明，所述電阻加熱元件的加熱電阻器是杆形的，加熱電阻 器由載板保持，所述載板設置在電阻加熱元件的管道入口側和管道出 口側，且流動管道在所述載板中繼續。加熱電阻器的端部主動地接合 所述載板。
在本文中，杆形加熱電阻器指的是其長度明顯大於寬度的實心加熱 電阻器。加熱電阻器的截面形狀能夠任意選擇，且也可以沿其長度變 化。在縱向方向，加熱電阻器也可以具有彼此連接以形成電流路徑的 兩個或更多平行部分。
加熱電阻器包括用於引導電流的導電陶瓷材料。導電陶瓷材料本身 可以用作陶瓷加熱電阻器，或可以設置為陶瓷杆的護套，陶瓷軒包括 不導電陶瓷材料。這種加熱電阻器具有高的機械強度以及電磨損強度 和熱強度，從而可以具有長的工作壽命。此外，用於該裝置中的陶瓷 材料也具有關於熱和電傳導性的極佳屬性。通過加熱電阻器的電流能 夠受到陶瓷材料的傳導性以及受到陶瓷加熱杆的幾何形狀的影響。通 過改變其組分的導電和不導電部分，陶瓷材料的導電性能夠在寬的範 圍內變化。由於與已知加熱元件相比，較高的溫度和較快的溫度變化 是可能的，因而有附加的益處。
根據本發明的電加熱元件預期為例如空氣加熱器，所述空氣加熱器
以通常用於船舶和航空器中的48V電壓工作或以電力公司作為線電壓 提供的110V、 230V或380V工作。為此，陶瓷杆形加熱電阻器的電阻必 須足夠高。這能夠通過導電陶瓷材料的高電阻率和/或通過陶瓷加熱電 阻器的幾何形狀設計來實現。
給出了電阻加熱元件的優選實施例，其中，導電陶瓷材料具有O.Ol 至1 .OQ-cm之間的電阻率，和/或加熱電阻器的陶瓷材料的長度-截面面 積比在1至500cm"之間。
由於可實現的電阻率值和工作電壓，長圓形加熱元件必須用於根據
6本發明的電阻加熱元件。為了避免昂貴的電連接技術，在工作期間更
熱的加熱電阻器的側面，即電阻加熱元件的管道出口側，u形杆形加熱 電阻器提供益處。這使得陶瓷加熱杆的長度加倍，因而其電阻值加倍。 為了進一步增加電阻加熱元件的電阻和增加與流動氣體介質的接觸面 積，可以設置多個優選u形加熱電阻器。取決於可用電壓源和期望功率 的值，它們可以並聯或串聯連接。
為了建立電接觸，如果杆形加熱電阻器的端部用金屬層塗覆，它可 以實現該目的。該塗層可以例如藉助於氣相沉積或通過濺射來施加。
優選地， -使用金屬印膏(metal paste),所述金屬印膏通常包含4艮和可 能的附加貴金屬，如鈿或鈀。
在本發明的優選實施例中，保持加熱電阻器的載板由不導電陶瓷材 料形成。除了電傳導性之外，所述載板具有與陶乾加熱杆類似的特定 材料特性。
此外，所述載板優選具有凹部且也具有通道，所述凹部與加熱電阻 器的截面形狀匹配，且用於接收加熱電阻器的端部，氣體介質流能夠 通過所述通道。
優選地，根據本發明的電阻加熱元件具有圍繞加熱元件中心同心設 置的多個陶資加熱杆。藉助於其前端和後端部分，每個U形加熱電阻器 主動地保持在載板凹部中，所述載板藉助於在軸向方向延伸的共同中 心銷而^f皮此固定。加熱電阻器通過管道入口側上的載^反凹部;f皮此電連 接並電連接到電源線上。此外，介質流能夠通過流動管道，所述流動 管道在兩個載板之間延伸，且至少一個加熱電阻器藉助於穿過兩個載 板的通道而設置在所述流動管道中。
在根據本發明的電阻加熱元件的一個實施例中，加熱電阻器主動地 連接到載板。為了用載板將長圓形加熱電阻器保持到位，載板可以在 燒結過程之前、期間或之後彼此永久性地連接。與普通電阻加熱元件 相比，以這種方式製成的加熱元件是自支承的，且不需要由附加元件 來引導或支承。將陶瓷加熱電阻器保持在兩側上的載板必須能夠承受 大大超過looo。c的溫度，例如，在電阻加熱元件的空氣出口側。
u形陶資加熱電阻器可以具有平坦或結構化表面。給出了本發明的 優選實施例，其中，加熱電阻器具有凹口和/或高起區域，乂人而與平坦 表面相比，增加了與氣體介質接觸的表面面積。除了提供與流動介質熱交換的儘可能大的表面面積之外，該更複雜的幾何形狀也具有在流 經流動管道中加熱電阻器的介質中產生紊流的效果。該紊流促進整個 介質流的 一致和均勻加熱。
有利地，加熱電阻器的導電陶資材料包括具有導電和不導電組分的
4。優選地,二珪化鉬；(MoSi2、)用作導電陶資組分，氧化鋁(Abo/) 用作不導電陶資組分。
優選地，正導熱係數不應當過陡地上升，因為這可能導致形成熱點。 而且，在高達約1500。C的工作溫度內不應當發生電阻率的陡側，在具 有正導熱係數的 一些導電陶瓷材料中通常如此。混合陶瓷材料也可以 包含附加添加劑，以改進燒結特性或穩定性。也可以部分地用其它絕 緣陶瓷材料(如，氧化物或氮化物或矽酸鹽陶瓷材料)替代氧化鋁。 材料的電阻率能夠通過導電組分的比例來設定在 一 定範圍內。在混合 陶瓷材料中20 %至30 %比例的二矽化鉬被證實為理想的。這使得在室 溫時實現0.01至1.0 n - c m之間的電阻率是可能的，所述電阻率在高達 1000。C時增加3倍或更多。
根據本發明加熱裝置(例如熱空氣裝置)具有電阻加熱元件，所述 加熱裝置包括具有根據權利要求l特徵的本發明的電阻加熱元件，所述 電阻加熱元件設置在氣體介質流中且由加熱管包圍。在加熱管一端， 例如空氣或氣體作為介質被吹入，且加熱後的空氣或氣體流從加熱管 的另 一 端排出。空氣或氣體流可以由設置在加熱裝置上的吹風機產生， 或可以由外部加壓貯存器提供給加熱裝置。
在下文中，參考附圖所示的兩個實施例詳細闡述本發明。本發明的 附加特性在本發明實施例的以下說明並結合權利要求和附圖給出。本 發明的獨立特性可以本身獨立地實現，或與本發明不同實施例中的多 個特性進行組合。所示實施例用於加熱空氣流。


圖l示出了根據本發明的電阻加熱元件的截面圖2示出了圖l的載板的俯視圖3示出了圖l的加熱電阻器的透視圖4示出了具有光滑表面的加熱電阻器的笫二實施例;圖5示出了具有結構化表面的加熱電阻器的第三實施例； 圖6示出了與根據圖5的加熱電阻器匹配的載板的第二實施例； 圖7示出了根據本發明的第一加熱裝置的透視圖；和 圖8示出了根據本發明的第二加熱裝置的透視圖。
具體實施例方式
圖l示出了根據本發明的電阻加熱元件l的實施例，電阻加熱元件l 在軸向截面圖中具有四個加熱電阻器2，在附圖中僅可看到兩個加熱電 阻器。加熱電阻器2是大致杆形且具有前端和後端部分3， 4。後端部分 4與空氣入口側5有關，而前端部分與電阻加熱元件l的空氣出口側6有 關。加熱電阻器2是U形的且具有平坦表面7、端部8, 8，、肢部9, 9，和 基部IO,基部10將肢部9， 9'連接。加熱電阻器2的端部8，藉助於電橋11 以導電的方式連接。電源線12通到加熱電阻器8的端部8。
加熱電阻器2由前和後載板13, 14保持。基部10在空氣出口側上主 動地接合前載板13，兩個面對面的端部8， 8'在空氣入口側上主動地接 合後載板14。栽板13, 14藉助於中心銷(優選為方形)15彼此固定。 加熱電阻器2在空氣管道16中延伸，當加熱元件l安裝在熱空氣裝置中 時，空氣管道16的側面由載板13, 14包圍，而空氣管道16的周圍由加 熱管(未示出)包圍。
如圖l, 2所示，電阻加熱元件具有長圓形和大致圓柱形形狀。圖2 示出了載板13， 14的俯視圖，載板13, 14包括由不導電陶乾材料製成 的圓形平板。附圖示出了載板13, 14的與加熱電阻器2有關的內表面。 載板13, 14具有凹部17,凹部17帶有孔18,用於接收加熱電阻器2的前 端和後端部分3， 4。此外，設置用於銷15的中心附接孔20,銷15將載 板13, 14連接。凹部17的孔18用於加熱電阻器2的電連接。
圖3示出了由導電陶瓷材料製成的U形加熱電阻器2的第一實施例。 肢部9,9，和基部10具有方形截面且設置在一個平面上。表面7是平坦的。
圖4示出了圖3所示的加熱電阻器2的第二變型，其中，肢部9具有矩 形截面且肢部9，和基部IO具有三角形截面， 一起形成與直圓柱體的八分 之一相對應的圓柱體部分。肢部9, 9，的表面7是平坦的且朝彼此傾斜。
圖5示出了U形加熱電阻器2的第三實施例。肢部9， 9'和基部10具 有大致三角形截面。它們設計成使得它們 一起形成與圓柱體的四分之一相對應的圓柱體部分。肢部9, 9，的表面7是結構化的。它具有凹口21 和高起區域22,以增加與空氣流接觸的表面7。此外，結構化表面7具 有產生空氣流的紊流的有益效果，從而確保其均勻加熱。
圖6示出了與圖5所示的加熱電阻器2匹配的載板13, 14。載板13, 14具有環形、大致矩形凹部17，且適於主動連接到加熱電阻器2。為此， 加熱電阻器2設置在凹部17的角部23中。此外，載板13， 14具有用於空 氣流的通道19,且凹部17具有孔18,用於加熱電阻器2的電連接。
未示出與圖4所示的加熱電阻器2匹配的載板13, 14。它們的設計可 以類似於圖6所示的載板13, 14,其中，凹部17的形狀適合加熱電阻器 2的圓柱體部分的不同截面。
圖7, 8示出了根據本發明的熱空氣裝置24, 25的兩個實施例。圖7 所示的熱空氣裝置24是沒有整體式吹風機的熱空氣裝置，吹風機能夠 用凸緣安裝在機架上。空氣流從外部提供給熱空氣裝置24。圖8所示的 熱空氣裝置25配備有內部吹風機且可以用作手持式熱空氣裝置。除此 之外，兩個裝置的設計大致類似。它們具有帶有前加熱管27的殼體26。 根據本發明的電阻加熱元件l (在圖中未示出)安裝在加熱管27中。電 阻加熱元件l的空氣出口側6朝向加熱管27的空氣出口開口28的方向， 空氣入口側5朝向殼體26的後端。電阻加熱元件1的加熱電阻器2經由殼 體26提供電壓。
權利要求
1.一種用於加熱氣體介質的電阻加熱元件(1)，具有至少一個加熱電阻器(2)，所述至少一個加熱電阻器(2)大致在所述電阻加熱元件(1)的縱向方向延伸，所述介質流經所述加熱電阻器且在該過程中被加熱；和至少一個流動管道(16)，所述至少一個流動管道(16)沿所述加熱電阻器(2)延伸，且所述介質能夠通過所述至少一個流動管道(16)從所述電阻加熱元件(1)的管道入口側(5)流向管道出口側(6)，所述加熱電阻器(2)包括用於引導電流的導電陶瓷材料，其特徵在於所述加熱電阻器(2)是杆形的且由載板(13，14)保持，所述載板(13，14)設置在所述電阻加熱元件(1)的所述管道入口側(5)和所述管道出口側(6)，且所述流動管道(16)在所述載板中繼續，所述加熱電阻器(2)的端部(8，8』，10)主動地接合所述載板(13，14)。
2. 根據權利要求l所迷的電阻加熱元件(1 ),其特徵在於所述 導電陶瓷材料具有0.01至1. 0Q-cm之間的電阻率。
3. 根據權利要求1或2所述的電阻加熱元件(1 ),其特徵在於所 述加熱電阻器的陶資材料的長度-截面面積比在1至500 "之間。
4. 根據前述權利要求中任何一項所述的電阻加熱元件(1 ),其特 徵在於所述加熱電阻器(2)是大致U形的。
5. 根據前述權利要求中任何一項所述的電阻加熱元件(1 ),其特 徵在於所述載板(13, 14)由不導電陶瓷材料製成。
6. 根據前述權利要求中任何一項所述的電阻加熱元件(1 )，其特 徵在於所述載板(13, 14)具有凹部(17)且也具有通道(l9), 所述凹部(17)與所述加熱電阻器(2)的截面形狀匹配，且用於接收 加熱電阻器(2)的端部(8, 8，， 10),氣體介質流能夠通過所述通道(19)。
7. 根據前述權利要求中任何一項所述的電阻加熱元件(1 ),其特 徵在於所述加熱電阻器(2)主動地連接到所述載板(13， 14)。
8. 根據前述權利要求中任何一項所述的電阻加熱元件(1 )，其特 徵在於所述加熱電阻器(2)具有凹口 (21 )和/或高起區域(22), 從而與平坦表面相比，增加了與氣體介質流接觸的表面(7)。
9. 根據前述權利要求中任何一項所述的電阻加熱元件(1 )，其特徵在於所述導電陶瓷材料是具有導電和不導電組分的混合陶瓷材料， 導電陶瓷組分具有正導熱係數，且二矽化鉬(MoSi2)優選用作導電陶 瓷組分，而氧化鋁(A1203 )優選用作不導電陶瓷組分。
10. —種用於加熱流動氣體介質的加熱裝置(24, 25 ),包括由加 熱管(27)包圍的電加熱元件(l),所述加熱管(27)設置在氣體介 質流中，所述流由設置在加熱裝置(25)上的吹風機產生或從外部增 壓貯存器提供，其特徵在於根據前述權利要求1到9中任何一項所述的 電阻加熱元件(1 )。
全文摘要
本發明公開了用於加熱流動氣體介質的加熱裝置的電阻加熱元件。本發明涉及用於加熱裝置的電阻加熱元件，所述電阻加熱元件具有一個流動管道和至少一個加熱電阻器，氣體介質能夠從所述電阻加熱元件的管道入口側流向管道出口側，所述至少一個加熱電阻器大致在流動管道的方向延伸，所述介質流經所述加熱電阻器且在該過程中被加熱。所述加熱電阻器是杆形的且由導電陶瓷材料製成。所述電阻加熱元件旨在安裝在加熱管中，空氣例如在一端吹入所述加熱管。加熱後的空氣流從加熱管的另一端排出。
文檔編號H05B3/46GK101603733SQ200910203400
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月9日 優先權日2008年6月9日
發明者M·普雷斯塔特, R·澤布申, U·古布勒, U·沃格特 申請人:萊丹加工技術公司