中電壓加熱元件組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開內容針對電加熱元件組件、包括電加熱元件組件的加熱系統、以及用于組裝和操作在中等電壓應用中使用的電加熱元件組件的方法。
【背景技術】
[0002]電加熱元件組件用于多種應用，包括熱交換器、循環系統、蒸汽鍋爐和浸入式加熱器。電加熱元件組件一般包括護套、護套內的介電絕緣、嵌在介電絕緣中的電阻線圈、以及從電阻線圈延伸的導體銷。電壓被提供給導體銷，以便在電阻線圈中生成熱量。包括電加熱元件組件的許多應用和系統額定為低電壓操作，其中低于600伏的電壓可以被認為是低電壓。例如，許多目前的熱交換器利用在480伏至600伏范圍內的電壓操作。最近，已經提出了在高于600伏操作的用于電加熱元件組件的各種應用和系統。例如，已經提出了在600伏至38000伏范圍內操作的熱交換器。這些更高容量的熱交換器是作為以燃料為基礎的熱交換器的環保的備選方案被提出的。600伏和38000伏之間的電壓可以被認為是中電壓。這些較高的電壓可對電加熱元件組件置以更大的要求。
[0003]例如，更高的電壓可更難以介電絕緣，尤其是在電加熱元件組件的各個部件之間的接口處。例如，護套內的介電絕緣可以包括單行縱向排列的介電芯，這些介電芯可以被首尾相連地定位。此外，端子襯套可以靠著電加熱元件組件的介電芯定位。在相鄰的介電芯之間的接口處和/或在端子介電芯與襯套之間的接口處，較高的電壓可難以介電絕緣并且，在一些情況下，介電擊穿和/或電弧放電可以發生。
【附圖說明】
[0004]通過結合附圖考慮以下描述，本文所描述的各種實施例可以更好地被理解，其中:
[0005]圖1是根據本公開內容的各種實施例的電加熱元件組件的透視圖。
[0006]圖2是根據本公開內容的各種實施例的圖1的電加熱元件組件的分解透視圖。
[0007]圖3A是根據本公開內容的各種實施例的圖1的電加熱元件組件的第一端的橫截面平面圖。
[0008]圖3B是根據本公開內容的各種實施例的圖1的電加熱元件組件的第二端的橫截面平面圖。
[0009]圖4是根據本公開內容的各種實施例的圖1的電加熱元件組件的透視圖，其中外護套被從電加熱元件組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內芯段。
[0010]圖5是根據本公開內容的各種實施例的圖1的電加熱元件組件的正視圖，其中襯套、電阻線圈和導體銷被從電加熱元件組件中移除。
[0011]圖6是根據本公開內容的各種實施例的圖1的電加熱元件組件的襯套的透視圖。
[0012]圖7是根據本公開內容的各種實施例的圖1的電加熱元件組件的襯套和第一內芯段的正視圖。
[0013]圖8是根據本公開內容的各種實施例的電加熱元件組件的正視圖，其中襯套、電阻線圈和導體銷被從電加熱元件組件中移除。
[0014]圖9是根據本公開內容的各種實施例的電加熱元件組件的透視圖。
[0015]圖10是根據本公開內容的各種實施例的電加熱元件組件的正視圖，其中襯套、電阻線圈和導體銷被從電加熱元件組件中移除。
【具體實施方式】
[0016]在各種實施例中，中電壓加熱元件組件可以包括護套、定位在護套內的介電芯、以及定位在介電芯中的電阻絲。例如，介電芯可以包括外環形芯和內芯，其中內芯被設置在外芯的軸向中心開口中，并且內芯和外芯大致沿護套的長度縱向延伸。在某些實施例中，內芯可以包括沿其長度延伸的內部通道，并且，例如，電阻絲可以被定位在該內部通道中。在各種實施例中，外芯可以包括多個外芯段，并且內芯可以包括多個內芯段。例如，內芯段可以相對于外芯段縱向偏移。例如，交錯的內芯段和外芯段可以防止和/或減小在相鄰芯段之間的接口處介電擊穿和/或電弧放電的可能性。
[0017]在各種實施例中，中等電壓加熱元件組件還可以包括介電芯的內芯與外芯之間的凹槽與凹口接口。例如，凹槽與凹口接口可以防止內芯相對于外芯的軸向旋轉。此外，凹槽與凹口接口可以防止例如內芯段相對于另一內芯段的軸向旋轉，和/或例如外芯段相對于另一外芯段的軸向旋轉。在某些實施例中，內芯相對于外芯的軸向旋轉和/或內芯和/或外芯的相鄰段的軸向旋轉可造成電阻絲的一部分扭曲和/或拉伸。電阻絲的扭曲和拉伸可損壞電阻絲和/或損害電阻絲的加熱功能。相應地，內芯和外芯之間的凹槽與凹口接口可以防止和/或減小沿電阻絲的長度扭曲的可能性，并且因此，可以維持電阻絲的完整性。
[0018]在某些實施例中，中等電壓加熱元件組件可以包括襯套，該襯套可以靠著介電芯的內芯并且至少部分地在介電芯的外芯的中心開口中定位。換句話說，襯套可以產生階梯式接口，這可以防止和/或減小在介電芯與襯套之間的接口處介電擊穿和/或電弧放電的可能性。在某些實施例中，至少一個導體銷和/或定位在導體銷周圍的電絕緣套管可以延伸通過襯套。例如，襯套的一部分可以延伸出護套，以防止和/或減小導體銷與外護套之間電弧放電的可能性。例如，襯套還可以防止和/或減小多個導體銷和/或附連到導體銷的引線之間電弧放電的可能性。
[0019]現在參考圖1-7，電加熱元件組件20可以包括定義開口的外圓柱形護套22，該開口容納介電芯和一根或多根電阻絲并且從第一端24延伸到第二端26，如本文進一步描述的。在各種實施例中，例如，外護套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/或封閉電加熱元件組件20的熱產生部件。外護套22可以是金屬管，例如，諸如例如由鋼、不銹鋼、銅、因科羅伊合金(incoloy)、因科鎳合金(inconel)和/或哈氏合金(hasteloy)組成的管。
[0020]主要參考圖2-4，電加熱元件組件20可以包括雙芯28。在各種實施例中，雙芯28可以包括一般圓柱形的外芯和內芯30、40。例如，內芯40可以至少部分地嵌套在外芯30的中心開口中。在某些實施例中，例如，外芯30可以至少部分地定位在外護套22中，并且例如，內芯40可以至少部分地定位在外芯30中。在某些實施例中，外芯30和/或內芯40可以被完全地配置在外護套22中。例如，外芯30可以延伸通過外護套22，并且內芯40可以延伸通過外芯30。例如，外芯30和/或內芯40可以由電絕緣材料和/或介電材料組成。在某些實施例中，例如，外芯30和/或內芯40可以由氮化硼(BN)、氧化鋁(A1)和/或氧化鎂(MgO)組成。在某些實施例中，外芯30和/或內芯40可以包括陶瓷材料。在各種實施例中，例如，電加熱元件組件20可以包括多層芯，多層芯可以包括兩個或更多個至少部分嵌套的芯。例如，電加熱元件組件20可以包括包括三個介電層的多層介電芯。
[0021]仍然參考圖2-4，在各種實施例中，外芯30和內芯40可以包括多個芯段。例如，夕卜芯30可以包括多個外芯段32a、32b、32c和/或32d，并且內芯40可以包括多個內芯段42a、42b,42c和/或42d0在各種實施例中，例如，外芯段32a、32b、32c和/或32d可以軸向對準和/或可以首尾相連地定位，使得它們可以共同地大致沿護套22的長度延伸。例如，邊界38可以被定位在相鄰外芯段32a、32b、32c和/或32d的接口處。例如，邊界38可以是相鄰芯段之間的接和點和/或接縫。在某些實施例中，例如，邊界38可以被定位在外芯段32a、32b、32c和/或32d的鄰接端之間。此外，在各種實施例中，例如，內芯段42a、42b、42c和/或42d可以軸向對準和/或可以首尾相連地定位，使得它們可以共同地大致沿護套22的長度延伸。例如，邊界48可以被定位在相鄰內芯段42a、42b、42c和/或42d的接口處。例如，邊界48可以是相鄰芯段之間的接合點和/或接縫。在某些實施例中，例如，邊界48可以被定位在內芯段42a、42b、42c和/或42d的鄰接端之間。
[0022]在各種實施例中，內芯段42a、42b、42c和/或42d可以從外芯段32a、32b、32c和/或32d縱向偏移，使得內芯40的邊界48不與外芯30的邊界38對準。例如，圖4繪出了加熱元件組件20的介電芯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中的內芯段42a、42b、42c和/或42d被揭示。如圖4中所示，例如，內芯段42a、42b、42c和42d可以相對于外芯段32a、32b、32c和32d交錯。例如，外芯段32a的末端可以從內芯段42a的末端縱向偏移。此外，例如，外芯段32b的末端可以從內芯段42b的末端縱向偏移，外芯段32c的末端可以從內芯段42c的末端縱向偏移，和/或外芯段32d的末端可以從內芯段42d的末端縱向偏移。在某些實施例中，相鄰外芯段32a、32b、32c和/或32d之間的邊界38可以相對于相鄰內芯段42a、42b、42c和/或42d之間的邊界48交錯，使得邊界38、48不對準。例如，內芯40的邊界48可以被定位在外芯30的兩個邊界38之間。在各種實施例中，內芯40的邊界48可以被定位在外芯30的兩個邊界38之間的中點或大致中點。在其它實施例中，內芯40的邊界48可以在外芯30的兩個邊界38之間非對稱地偏移。
[0023]在包括單個介電芯的電加熱元件組件中，介電擊穿和/或電弧放電更有可能在介電芯中的斷層(fault)和/或接合點處發生。例如，介電芯的相鄰首尾相連的部件之間的邊界可導致潛在地易受損區域，并且電流可試圖流經這種區域。相應地，在外芯30與內芯40之間分別具有交錯邊界38、48的雙芯28可以從內芯40中的潛在地易受損區域偏移外芯30中潛在地易受損區域。因此，電流可以更少傾向于試圖流經內芯40與外芯30之間間接的階梯式路徑，并且因此，由交錯邊界38、48組成的階梯式接口可以防止和/或減小介電擊穿和/或電弧的可能性。此外，在各種實施例中，電加熱元件組