CN105165115A - 中电压加热元件组件 - Google Patents

Abstract

一种中电压加热元件组件。该中电压加热元件组件可以包括具有内芯和外芯的双芯。包括内芯和外芯的段可以交错。此外，双芯可以包括凹口与凹槽接口，以防止内芯和/或内芯段相对于外芯和/或外芯段的轴向旋转。加热元件组件的衬套可以包括阶梯式区域，并且衬套可以沿该阶梯式区域与双芯接口。

Description

中电压加热元件组件

技术领域

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

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。

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

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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(AIO)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。

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，外芯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42d。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。

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。

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，电加热元件组件20可以在外护套22中包括附加的粉末状和/或颗粒介电材料。这种介电材料可以沉淀在双芯28的各种元件之间的边界38、48处，各个双芯28元件的断层、空隙和/或裂缝中，和/或双芯28与电加热元件组件20的各个其它部件(诸如外护套22、端子衬套50和/或终止盘70)之间。

在各种实施例中，内芯40的各个段42a、42b、42c、42d和外芯30的各个段32a、32b、32c、32d可以包括各种长度。在某些实施例中，内芯段42a、42b、42c和/或42d中的至少一个可以定义比其它内芯段42a、42b、42c和/或42d更短的长度，并且外芯段32a、32b、32c和/或32d中的至少一个可以定义比其它外芯段32a、32b、32c和/或32d更短的长度。换句话说，内芯40和/或外芯30的各个段可以包括不同的长度。在某些实施例中，例如，不同的长度可以促进内芯40的各个段42a、42b、42c和/或42d相对于外芯30的各个段32a、32b、32c和/或32d的纵向偏移和/或交错。

例如，仍然参考图2-4，第一外芯段32a可以具有比其它外芯段32b、32c和/或32d更短的长度，并且例如，最后的内芯段42d可以具有比其它内芯段42a、42b和/或42c更短的长度。在各种实施例中，例如，第一外芯段32a的长度可以大致为其它外芯段32b、32c和/或32d的长度的一半，并且例如，最后的内芯段42d的长度可以大致为其它内芯段42a、42b和/或42c的长度的一半。在这种实施例中，例如，相邻内芯段42a、42b、42c和/或42d之间的接口可以在最近的相邻外芯段32a、32b、32c和/或32d之间的接口的中途处。此外，例如，内芯40和外芯30的各个段可以重新排列和/或重新排序，以产生交错的接口。此外，双芯28可以包括附加的和/或更少的段。例如，外芯30可以包括多于和/或少于四个芯段，和/或例如，内芯40可以包括多于和/或少于四个芯段。

在各种实施例中，内芯40和/或其各个段42a、42b、42c和/或42d可以包括一个或多个内部通道46a、46b。主要参考图5，例如，内部通道46a、46b可以沿内芯40的长度延伸，并且可以被配置为接纳传导性组件60的至少一部分。例如，传导性组件60可以包括一根或多根盘绕的电阻丝62a、62b和/或一个或多个导体销64a、64b。例如，电阻丝62a、62b的至少一部分可以被盘绕，并且例如，可以当电流流经线圈时产生热。在各种实施例中，电阻线圈62a和62b分别可以延伸通过内部通道46a、46b之一。而且，导体销64a和64b分别可以延伸通过内部通道46a、46b之一。在各种实施例中，第一线圈62a的轴和第二线圈62b的轴可以基本上平行。例如，第一线圈62a可以延伸通过第一内部通道46a，并且第二线圈62b可以延伸通过第二内部通道46b。在各种实施例中，第一线圈62a可以耦接到第二线圈62b。例如，u形导线62c(图2)可以将第一线圈62a连接到第二线圈62b。例如，u形导线62c可以从定位在第一内部通道46a中的第一线圈62a延伸到定位在第二内部通道46b中的第二线圈62b。在某些实施例中，主要参考图3B，例如，u形导线62c可以定位在第三内芯段42c与最后的内芯段42d之间的边界48处。在各种实施例中，传导性导线、线圈和/或销可以在第一线圈62a与第二线圈62b之间延伸。

在各种实施例中，电加热元件组件20(图1-7)可以包括单个传导性组件60，该传导性组件60包括由传导性导线62连接的电阻线圈62a和62b对。例如，电加热元件组件20的内芯40可以包括单对内部通道46a、46b，其中每个内部通道46a、46b可以被配置为接纳传导性组件60的单个电阻线圈62a、62b。在各种实施例中，例如，电加热元件组件可以包括类似于传导性组件60的一个或多个传导性组件。例如，现在参考图10，例如，类似于电加热元件组件20，电加热元件组件320可以包括多个传导性组件(未示出)。在某些实施例中，例如，电加热元件组件320的每个传导性组件可以包括由传导性导线连接的一对电阻丝。例如，类似于电加热元件组件20，电加热元件组件320可以包括外护套322和定位在外护套322中的双芯328。例如，双芯328可以包括外芯330和内芯340，例如，类似于介电芯28，外芯330和内芯340可以具有交错的芯段。例如，内部通道346a、346b、346c和/或346d可以纵向延伸通过内芯340，并且例如，可以被配置为接纳传导性组件的至少一部分。在各种实施例中，内芯340的每个内部通道346a、346b、346c和/或346d可以被配置为接纳传导性组件的电阻线圈的至少一部分。例如，第一传导性组件的第一和第二电阻线圈可以分别被定位在通道346a和346b中，并且第二传导性组件的第一和第二电阻线圈可以分别被定位在通道346c和346d中。

在各种实施例中，多个传导性组件可以延伸通过内芯340。在某些实施例中，三线传导性组件可以被定位在内芯340中。在各种实施例中，例如，对于三相电力应用，三根传导性导线可以被定位在内芯340中。例如，三个内部通道可以延伸通过内芯340，以接纳三线传导性组件的电阻线圈。在其它实施例中，例如，附加的和/或更少的传导性组件，和/或具有不同数目的电阻线圈的传导性组件，可以被定位在内芯340中，和/或附加的和/或更少的通过通道可以延伸通过内芯340。

仍然参考图10，在各种实施例中，双芯328还可以包括在外芯330与内芯340之间的至少一个凹槽与凹口接口382。例如，凹槽与凹口接口382可以类似于凹槽与凹口接口82和/或182，这在本文进一步描述。例如，每个凹槽与凹口接口382可以包括在内芯340中的凹槽344和在外芯330中的凹口334，其中，例如，凹口334可以适合放在凹槽344中。此外，例如，电加热元件组件320可以包括类似于端子衬套50的端子衬套(未示出)，这在本文进一步描述。例如，电加热元件组件320的端子衬套可以包括对应于内芯340的内部通道346a、346b、346c和/或346d的多个内部通道。例如，从通过双芯328定位的传导性组件的每个电阻线圈延伸的导体销可以延伸通过端子衬套的内部通道。

在某些实施例中，传导性组件可以延伸通过电加热元件组件的两端。例如，传导性组件可以在电加热元件组件的外护套中不包括u形部分，例如，连接导线、线圈和/或销。例如，现在参考图9，传导性组件260可以延伸通过电加热元件组件220的两端。例如，类似于电加热元件组件20，电加热元件组件220可以包括外护套222和定位在外护套222中的双芯。例如，外护套222可以包括第一端224和第二端226。此外，例如，双芯可以包括外芯和内芯，例如，类似于介电芯28，外芯和内芯可以具有交错的芯段。在各种实施例中，传导性组件260可以延伸通过外护套222的第一端224并且通过外护套222的第二端226。例如，传导性组件260可以包括具有第一端和第二端的电阻线圈。例如，传导性组件260还可以包括从电阻线圈的第一端延伸并通过外护套222的第一端224的第一导体销和/或引线，以及例如，从电阻线圈的第二端延伸并通过外护套222的第二端226的第二导体销和/或引线。例如，第一电绝缘套管266a可以被定位在第一导体销周围，并且第二电绝缘套管266b可以被定位在第二导体销周围。

仍然参考图9，电加热元件组件220可以包括位于外护套222的第一端224处的第一端子衬套250a和位于外护套222的第二端226处的第二端子衬套250b。例如，电加热元件组件220的端子衬套250a、250b可以包括对应于内芯的内部通道的内部通道。在各种实施例中，例如，从电阻线圈的第一端延伸的第一导体销和/或引线可以延伸通过第一端子衬套250a，并且例如，从电阻线圈的第二端延伸的第二导体销和/或引线可以延伸通过第二端子衬套250b。在各种实施例中，多个传导性组件260可以延伸通过内芯。在某些实施例中，例如，对于三相电力应用，三个传导性组件260可以延伸通过外护套222的第一端224并且通过外护套222的第二端226。在其它实施例中，附加的和/或少量的传导性组件可以延伸通过电加热元件组件的外护套222。

再次参考图1-7，引线(未示出)和/或导体销64a、64b可以从传导性组件60的每个电阻线圈62a、62b延伸通过电加热元件组件20。引线和/或导体销64a、64b可以将电流从电源传导到耦接到其的电阻线圈62a、62b。在各种实施例中，其中电阻线圈62a和62b例如通过u形部分耦接到一起，例如，引线和/或导体销64a、64b之一可以提供供给路径，并且引线和/或导体销64a、64b中另一个可以提供返回路径。在某些实施例中，引线可以耦接到每个导体销64a、64b。例如，引线可以从导体销64a、64b延伸到母线或接线板。在各种实施例中，电绝缘套管66a、66b可以被定位在端子线-导体销连接周围。例如，电绝缘套管66a、66b可以防止和/或进一步减小导体销64a、64b之间和/或导体销64a、64b与外护套22之间电弧放电的可能性。

在各种实施例中，主要参考图5，双芯28可以包括在外芯30与内芯40之间的凹槽与凹口接口82。例如，外芯30可以包括一个或多个向内延伸的凹口34，并且内芯40可以包括用于接纳凹口34的对应数目的凹槽44。在各种实施例中，凹口34可以沿外芯30的长度的至少一部分纵向延伸。在某些实施例中，凹槽44可以沿内芯40的长度的至少一部分纵向延伸。图5的例子示出两个这种凹槽与凹口接口82，在这个例子中，是在内芯40的直径相对侧上。例如，凹槽与凹口接口82可以沿双芯28的长度延伸和/或可以沿双芯28的长度的各部分延伸。

在各种实施例中，例如，凹槽与凹口接口82可以限制和/或基本上防止内芯40的至少一部分相对于外芯30的至少一部分的轴向旋转。在某些实施例中，凹槽与凹口接口82可以防止整个内芯40相对于整个外芯30的轴向旋转。此外，凹槽与凹口接口82可以防止内芯段32a、32b、32c和/或32d相对于另一内芯段32a、32b、32c和/或32d的轴向旋转。例如，凹槽与凹口接口82可以防止内芯段32a相对于内芯段32b的轴向旋转、内芯段32b相对于内芯段32a和/或32c的轴向旋转、内芯段32c相对于内芯段32b和/或32d的轴向旋转，和/或例如，内芯段32d相对于内芯段32c的轴向旋转。在各种实施例中，例如，每个内芯段32a、32b、32c和/或32d可以相对于每个其它内芯段32a、32b、32c和/或32d被轴向约束。

此外，在各种实施例中，凹槽与凹口接口82可以防止外芯段42a、42b、42c和/或42d相对于另一外芯段42a、42b、42c和/或42d的轴向旋转。例如，凹槽与凹口接口82可以防止外芯段42a相对于外芯段42b的轴向旋转、外芯段42b相对于外芯段42a和/或42c的轴向旋转、外芯段42c相对于外芯段42b和/或42d的轴向旋转，和/或例如，外芯段42d相对于内芯段42c的轴向旋转。在各种实施例中，例如，每个外芯段42a、42b、42c和/或42d可以相对于每个其它外芯段42a、42b、42c和/或42d被轴向约束。

例如，电阻线圈62a、62b的扭曲可以损坏电阻线圈62a、62b和/或损害电阻线圈62a、62b的加热功能。在各种实施例中，内芯40与外芯30之间的凹槽与凹口接口82可以防止和/或减小沿电阻线圈62a、62b的长度扭曲的可能性，并且因此，可以维持电阻线圈62a、62b的完整性。此外，凹槽与凹口接口82可以维持传导性组件60，包括其导体销64a、64b，的轴向对准，并且因此，防止传导性组件60沿加热元件组件20的长度的扭转。

现在参考图8，例如，类似于电加热元件组件20，电加热元件组件120可以包括外护套122和定位在外护套122中的双芯128。双芯128可以包括外芯130和内芯140。例如，内部通道146a、146b可以延伸通过内芯140，并且例如，可以被配置为接纳传导性组件。在各种实施例中，双芯128可以包括外芯130与内芯140之间的凹槽与凹口接口182。例如，外芯130可以包括凹槽134，并且内芯140可以包括向内和/或向外延伸的凹口144。例如，凹槽134可以被配置为接纳凹口144。在各种实施例中，凹口144可以沿内芯140的长度的至少一部分纵向延伸。在某些实施例中，凹槽134可以沿外芯130的长度的至少一部分纵向延伸。在各种实施例中，双芯128可以包括多个凹槽与凹口接口182。例如，双芯128可以包括在内芯140的外周界和外芯130的内周界周围的多个凹槽与凹口接口182。例如，凹槽与凹口接口182可以沿双芯128的长度延伸和/或沿双芯128的长度的各部分延伸。例如，类似于凹槽与凹口接口82，凹槽与凹口接口182可以防止内芯140相对于外芯130的轴向旋转。此外，例如，凹槽与凹口接口182可以防止内芯140的段相对于内芯140的其它段的轴向旋转，和/或例如，外芯130的段相对于外芯130的其它段的轴向旋转。

再次参考图1-7，电加热元件组件20可以包括位于护套22的第一端24和/或其附近的衬套50。例如，导体销64a、64b可以延伸通过衬套50中的内部通道56a、56b(图6)。在各种实施例中，衬套50可以防止和/或减小多根引线和/或导体销64a、64b与护套22之间电弧放电的可能性。主要参考图6和7，例如，衬套50可以包括第一端部分52、第二端部分58以及第一端部分52和第二端部分58之间的密封表面80。第一端部分52可以被定位在外护套22中并且优选地定位在外芯30的中心开口中。在各种实施例中，例如，第一端部分52可以邻接第一内芯段42a，使得第一端部分52与第一内芯段42a的末端齐平。此外，在各种实施例中，第一外芯段32a(图4)可以定位在衬套50的第一端部分52周围。在各种实施例中，衬套50的密封表面80可以径向向外延伸。例如，密封表面80可以邻接第一外芯段32a，使得，例如，密封表面80与第一外芯段32a的一端齐平。

在包括常规衬套的电加热元件组件中，介电击穿和/或电弧放电会有可能在介电芯与衬套之间的接合点和/或接口处发生。例如，介电芯与衬套之间的非阶梯式接口可导致潜在地易受损区域，并且电流可试图流经这种区域。主要参考图3A，阶梯式接口在衬套50与介电芯28之间存在。相应地，例如，阶梯式接口可从衬套50的密封表面80与外芯30的第一外芯段32a之间的潜在地易受损区域偏移在衬套50的第一端52与内芯40的第一内芯段42a之间的潜在地易受损区域。因此，电流可更不倾向于试图流经间接的阶梯式路径，并且因此，阶梯式接口可以防止和/或减小介电芯28与衬套50之间介电击穿和/或电弧的可能性。

在各种实施例中，衬套的第二端部分58可延伸出外护套22。例如，主要参考图3A、6和7，例如，第二端部分58可以从外护套延伸距离L(图6和7)。例如，距离L可以被选择以使得导体销64a、64b与外护套22之间的电弧被消除和/或减小。在某些实施例中，例如，距离L可以为大约0.25英寸至大约1.00英寸。

在某些实施例中，例如，衬套的材料可以是氟橡胶、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)和/或云母。在各种实施例中，电加热元件组件20可以包括位于外护套22的第二端26和/或其附近的盘70。例如，盘70可以密封外护套22的第二端26。在各种实施例中，例如，盘70可以被焊接或铜焊到外护套22。在某些非限制性实施例中，例如，介电材料可以在盘70与外护套22中的介电芯28之间定位。在各种实施例中，例如，盘可以包括钢、不锈钢、铜、因科罗伊合金、因科镍合金和/或哈氏合金。在某些实施例中，例如，盘70的材料可以匹配护套22的材料。

在各种实施例中，电加热元件组件20可以由本文所述的各种部件组装。例如，内芯40的段42a、42b、42c和/或42d可以首尾相连地轴向排列，并且外芯30的段32a、32b、32c和/或32d可以首尾相连地轴向排列。例如，外芯30可以定位在内芯40周围。在某些实施例中，内芯段42a、42b、42c和/或42d可以定位在未组装的、部分组装的和/或已组装的外芯30中。凹口与凹槽接口82(一个或多个)可以促进芯段的各个部件的定位，并且可以防止各个芯段的轴向旋转。此外，例如，传导性组件60的电阻线圈62a、62b和/或传导性销64a、64b可以是通过内芯40中的内部通道46a、46b的线。例如，电阻线圈62a、62b和/或传导性销64a、64b可以定位在未组装的、部分组装的和/或已组装的介电芯28中。在各种实施例中，衬套50可以被固定到双芯28。在某些实施例中，例如，双芯28和衬套50可以定位在电加热元件组件20的外护套22中。例如，盘70可以在与衬套50相对的第二端26处焊接或铜焊到外护套22。在某些实施例中，例如，整个组件可以被锻造、轧制和/或型锻，以进一步压紧双芯组件28和/或定位在外护套22中的各种材料。压紧还可以提供内芯段和外芯段与衬套50和护套22之间的紧密密封。

在各种实施例中，本文所述的电加热元件组件20可以介电耐受低、中和/或高电压。在某些实施例中，例如，电加热元件组件20可以在600伏之上操作。工业标准的电气安全测试可以被执行，以确保电加热元件产品设计对高温下的电压波动和介电击穿是适当的。介电耐受电压测试对于中等电压工业部件常常在额定电压加2000伏的2.25倍下执行。例如，这种测试可以用来测试本文所述的电加热元件组件。在某些实施例中，本文所述的电加热元件组件可以介电耐受超过11360伏的电压并且可在14000伏与16000伏之间介电击穿。

本文所述的电加热元件组件可以在广泛的各种应用和/或系统中使用。例如，电加热元件组件可以在热交换器、循环系统、蒸汽锅炉和浸入式加热器中使用。因为本文所述的电加热元件组件可忍受更高的电压，所以利用这些电加热元件组件的应用和/或系统可以需要例如更少的加热元件组件，和/或更少的电阻线圈和/或电路，并且可以消除和/或减小例如逐步减低用于加热系统的电压的需求。

因此，在各种实施例中，本发明涉及电加热元件组件，电加热元件组件包括：护套；电阻丝；以及定位在护套中的介电芯。介电芯可以包括：包括第一端的外部分；以及定位在外部分中的内部分，其中内部分定义长度。内部分可以包括：延伸内部分的长度的内部通道，其中电阻丝的至少一部分被定位在该内部通道中；以及第二端，其中第二端从外部分的第一端纵向偏移。电加热元件组件还可以包括内部分与外部分之间的凹槽与凹口接口。

在各种实现中，凹槽与凹口接口包括内部分和外部分，其中内部分包括纵向凹槽，外部分包括在该纵向槽中定位的纵向凹口，并且其中凹槽与凹口接口防止内部分相对于外部分的轴向旋转。而且，电阻丝可以包括第一电阻线圈和第二电阻线圈，其中：第一电阻线圈被定位在内部通道中；内部分还包括第二内部通道；并且第二电阻线圈被定位在第二内部通道中。此外，内部通道可以是平行的。

此外，电加热元件组件还可以包括：从第一电阻线圈延伸的第一导体销；以及从第二电阻线圈延伸的第二导体销。而且，电加热元件组件还可以包括包围每个导体销的一部分的电绝缘套管。而且，电加热元件组件还可以包括衬套，衬套包括：邻接介电芯的内部分并且定位在介电芯的外部分中的第一端部分；以及从护套延伸的第二端部分。此外，电加热元件组件还可以包括从电阻丝延伸的导体销，其中衬套还包括在衬套的第一端部分与衬套的第二端部分之间的内部通道，并且其中导体销延伸通过内部通道。此外，护套可以包括：第一端，其中衬套密封护套的第一端；以及第二端，其中终止盘密封护套的第二端。

在各种实现中，电阻丝被连接到电源，电源向电阻丝递送在600伏与38000伏之间的电压。而且，介电芯可以包括选自由氮化硼、氧化铝和氧化镁组成的组中的介电材料。

而且，在各种实现中，内部分包括多个轴向对准的内部件，外部分包括多个轴向对准的外部件，并且内部件相对于外部件纵向交错。而且，凹槽与凹口接口可以防止内部件相对于外部件的轴向旋转。

在还有另一总体方面中，本发明涉及电加热元件组件，电加热元件组件包括：护套；至少部分地通过护套定位的外介电芯，其中外介电芯包括多个外芯段；以及至少部分地通过外介电芯定位的内介电芯，其中内介电芯包括多个内芯段，并且其中内芯段相对于外芯段纵向偏移；以及至少部分地通过内介电芯定位的电阻丝。

根据各种实现，电加热元件组件还包括在外介电芯与内介电芯之间的凹槽与凹口接口，该接口防止内芯段相对于外芯段的轴向旋转。而且，电阻丝可以包括第一长度、平行于第一长度的第二长度、以及第一长度和第二长度之间的u形部分。

在还有另一总体方面中，本发明涉及电加热元件组件，电加热元件组件包括护套和定位在护套中的介电芯。介电芯包括外部分和内部分，其中外部分包括外部分端并且内部分包括内部分端，其中内部分端从外部分端纵向偏移。电加热元件组件还包括定位在介电芯的内部分中的一对电阻丝以及衬套。衬套包括邻接内部分端的第一端；邻接外部分端的密封接口；以及从护套延伸的第二端。

应当理解，所公开实施例的各种描述已经进行了简化，以便只说明与所公开实施例的清楚理解相关的那些特征、方面、特点等，同时，为了清晰，消除其它特征、方面、特点等。在考虑所公开实施例的现有描述之后，本领域普通技术人员将认识到，其它特征、方面、特点等在所公开实施例的特定实现或应用中可能是期望的。但是，因为在考虑所公开实施例的现有描述之后这种其它特征、方面、特点等可以由本领域普通技术人员很容易确定和实现，并且因此对于所公开实施例的完整理解不是必要的，所以这种特征、方面、特点等的描述在本文没有提供。照此，应当理解，本文所阐述的描述仅仅是示例并说明所公开的实施例，并且不是要限定本发明的范围，本发明的范围只由权利要求限定。

在本公开内容中，除非另外指示，否则表示数量或特点的所有数字应当被理解为在所有情况下均可以前面加术语“大约”并且被其修改。相应地，除非相反地指示，否则本文所阐述的任何数值参数均可以依赖于在根据本公开内容的实施例中设法获得的期望属性而变化。例如，给定测量的精度或本质，术语“大约”可以指对于被测量数量的误差的可接受程度。误差的典型示例性程度可以在给定值或值范围的20％中、10％中或者5％中。在最低限度，并且不作为试图限定等同原则对权利要求范围的应用，本说明书中所描述的每个数值参数均至少应当根据所报告的有效数字的数值并且通过应用一般的四舍五入技术来解释。

而且，本文所述的任何数值范围均要包括其中包含的所有子范围。例如，“1至10”的范围要包括所述最小值1与所述最大值10之间(并且包括其)的所有子范围，即，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。本文所述的任何最大数值限制均要包括其中包含的所有更小数值限制，并且本文所述的任何最小数值限制均要包括其中包含的所有更大数值限制。相应地，申请人保留修正本公开内容(包括权利要求)的权利，以明确地阐述在本文明确阐述的范围内所包含的任何子范围。所有这种范围均要固有地在本文公开，使得对明确阐述任何此类子范围的修正遵守35U.S.C.§112第一段和35U.S.C.§132(a)的要求。

如在本文所使用的，除非另外指示，否则语法冠词“一个”及其各种形式和“该”是要包括“至少一个”或者“一个或多个”。因此，冠词在本文被用来指一个或多于一个(即，至少一个)该冠词的语法对象。作为例子，“一个部件”指一个或多个部件，并且因此，多于一个部件有可能是预期的并且可以在所述实施例的实现中被采用或使用。

应当理解，本文所述的所有实施例都是示例性、说明性和非限制性的。因此，本发明不受各种示例性、说明性和非限制性实施例的描述的限制。本文所公开和描述的各种实施例可以包括、包含、基本上包含如本文以各种方式描述的特征、方面、特点、限制等。本文所公开和描述的各种实施例还可以包括本领域中已知或者否则可以包括在如在实践当中实现的各种实施例中的附加或可选特征、方面、特点、限制等。

本公开内容是参照各种示例性、说明性和非限制性实施例来写的。但是，本领域普通技术人员将认识到，在不背离只由权利要求限定的本发明范围的情况下，可以对所公开的任何实施例(或者其部分)进行各种替代、修改或组合。因此，预期并应当理解，本公开内容包含未在本文明确阐述的附加实施例。此类实施例可以通过例如组合、修改或重新组织所公开的本文所述实施例的任何步骤、成分、组成部分、部件、元件、特征、方面、特点、限制等来获得。因此，本公开内容不受各种示例性、说明性和非限制性实施例的描述的限制，而是只由权利要求来限制。

Claims (16)

1.一种电加热元件组件，所述电加热元件组件包括：

护套；

电阻丝；以及

介电芯，所述介电芯定位在护套中，其中介电芯包括：

外部分，所述外部分包括第一端；以及

内部分，所述内部分定位在所述外部分中，其中所述内部分限定长度，并且其中所述内部分包括：

内部通道，所述内部通道延伸所述内部分的长度，其中电阻丝的至少一部分被定位在所述内部通道中；以及

第二端，其中第二端从所述外部分的第一端纵向偏移；以及

凹槽与凹口接口，所述凹槽与凹口接口在所述内部分与所述外部分之间。

2.如权利要求1所述的电加热元件组件，其中凹槽与凹口接口包括内部分和外部分，其中所述内部分包括纵向凹槽并且所述外部分包括定位在所述纵向凹槽中的纵向凹口，并且其中凹槽与凹口接口防止内部分相对于外部分的轴向旋转。

3.如权利要求1至2中任何一项所述的电加热元件组件，其中电阻丝包括第一电阻线圈和第二电阻线圈，其中第一电阻线圈被定位在内部通道中，其中内部分还包括第二内部通道，并且其中第二电阻线圈被定位在第二内部通道中。

4.如权利要求3所述的电加热元件组件，其中内部通道是平行的。

5.如权利要求3至4中任何一项所述的电加热元件组件，所述电加热元件组件还包括：

第一导体销，所述第一导体销从第一电阻线圈延伸；以及

第二导体销，所述第二导体销从第二电阻线圈延伸。

6.如权利要求5所述的电加热元件组件，所述电加热元件组件还包括包围每个导体销的一部分的电绝缘套管。

7.如权利要求1至4中任何一项所述的电加热元件组件，其中电阻丝被连接到电源，所述电源向电阻丝递送在600伏与38000伏之间的电压。

8.如权利要求1、2、3、4和7中任何一项所述的电加热元件组件，其中介电芯包括选自由氮化硼、氧化铝和氧化镁组成的组中的介电材料。

9.如权利要求1、2、3、4、7和8中任何一项所述的电加热元件组件，其中内部分包括多个轴向对准的内部件，其中外部分包括多个轴向对准的外部件，并且其中所述内部件相对于所述外部件纵向交错。

10.如权利要求1、2、3、4、7、8和9中任何一项所述的电加热元件组件，其中凹槽与凹口接口防止内部件相对于外部件的轴向旋转。

11.如权利要求1、2、3、4、7、8、9和10中任何一项所述的电加热元件组件，所述电加热元件组件还包括衬套，其中衬套包括：

第一端部分，所述第一端部分邻接介电芯的内部分并且定位在介电芯的外部分中；以及

第二端部分，所述第二端部分从护套延伸。

12.如权利要求11所述的电加热元件组件，所述电加热元件组件还包括从电阻丝延伸的导体销，其中衬套还包括在衬套的第一端部分与衬套的第二端部分之间的内部通道，并且其中导体销延伸通过所述内部通道。

13.如权利要求12所述的电加热元件组件，其中护套包括：

第一端，其中衬套密封护套的所述第一端；以及

第二端，其中终止盘密封护套的所述第二端。

14.如权利要求1-13中任何一项所述的电加热元件组件，其中：

介电芯的外部分包括多个外芯段；以及

介电芯的内部分包括多个内芯段，其中内芯段相对于外芯段纵向偏移。

15.如权利要求14所述的电加热元件组件，其中凹槽与凹口接口防止内芯段相对于外芯段的轴向旋转。

16.如权利要求1-15中任何一项所述的电加热元件组件，其中电阻丝包括第一长度、平行于第一长度的第二长度、以及在第一长度和第二长度之间的u形部分。