CN105830531A - 通过交流电供电的加热元件和通过所述加热元件实现的热量产生器 - Google Patents

Abstract

通过交流电供电的加热元件(1)，以及包括所述加热元件和控制电子器件(9)的热量产生器(43)。所述加热元件具有：中空主体外壳(3)，所述外壳是封闭的或具有一个或多个开口；以及至少两个电极(5)，所述电极借助于绝缘元件(4)而与所述外壳绝缘且彼此绝缘。所述控制电子器件包括AC市电电源单元(10)、中央单元(11)以及强电开关单元(12)。所述强电开关单元的输出端(15)连接到所述加热元件。所述电极具有多边形或三维曲线横截面，且所述电极的纵轴(8)或母线各自形成指数曲线。至多1000V振幅、1000到60000Hz的经占空因数调制AC电压连接到所述电极。

Description

通过交流电供电的加热元件和通过所述加热元件实现的热量产生器

技术领域

本发明涉及一种通过交流电供电的加热元件，所述加热元件可适用于加热包围所述加热元件的外部介质。所述加热元件具有：外壳，其形成为打开或封闭的中空主体；以及至少两个电极，所述电极借助于绝缘元件与外壳绝缘且彼此绝缘。本发明还涉及一种通过交流电供电的热量产生器，所述热量产生器包括控制电子器件和加热元件，所述加热元件与热传递介质接触。所述控制电子器件包括交流电市电电源单元、中央单元以及强电开关单元。市电电源单元的功率输出端连接到强电开关单元。市电电源单元的频率输出端连接到中央单元。强电开关单元的输出端连接到加热元件。

背景技术

专利申请案EP0690660描述一种用于加热流动的离子流体的方法和设备。所述设备由细长外壳构成，液体在所述外壳中流通。在外壳的入口和出口处布置两个相同的电极。在所述电极之间产生电场。在加热期间，液体在电极之间流动。在其中心处，外壳收缩成窄管，针对所希望的流速计算出所述窄管的横截面。在电极中，布置穿孔圆盘，其中孔的数目和大小取决于流的粘度和速度。电极之间的电流密度至多为40mA/cm²。

在此解决方案中，通过在流动物质中的两个电极直接地加热液体。这意味着，需要连续的液体流以用于操作系统，所述液体流当然地可以是经加热液体自身的流。经加热介质与包围电极的介质相同，因此，热传递介质的类型受到限制。

专利申请案US4072847涉及一种电热元件，其包括包含密封管状结构的密封玻璃管，所述密封玻璃管通过金属管和塑料管形成，所述金属管包含与所述金属管绝缘的电热元件，所述塑料管密封到金属管的一端且包含用于加热元件的恒温器。

专利申请案US2002096511描述一种用于电热设备的温度控制设备，所述温度控制设备可以将温度保持在大体上常数以节省能量。所述设备包括连接在AC电源和加热设备之间的继电器，以及用于开关继电器的中央单元。继电器连续输出从AC电源馈送的输入AC电压，或替代地通过从输入AC电压的波形截取一个周期的波形来间歇地输出输入AC电压。电热设备的温度控制通过经由调整波形的时间间隔而控制将供应到电热设备的输入AC电压的表观频率来实现。

此解决方案可以被认为是能量节约的，因为它保持加热环境的温度恒定，也就是说，在特定时间处减少或终止热效应。输出通过改变占空因数来控制。通过这样做，所采用的电功率得到控制，因此按比例改变热效应。必须注意，在此解决方案中，控制占空因数而非频率。此文件适合于直接地控制输出。然而，本发明处理调谐或维持在特殊环境中施加的谐振频率。

专利申请案RU2189541描述一种电离技术。此处使用同轴地安装的相电极和零电极。传导随流动介质的电阻的变化而进行且使用通过电流产生的热量。基本想法类似于电阻加热器的基本想法。本发明由于指数曲线成形而与此解决方案不同。另外，在本发明的情况下，利用在带电离子之间的高效碰撞和摩擦，这弱化电阻效果且引起密集的热量产生。本发明可以低成本实现，因为不需要专门的材料。

专利申请案EP0207329教示一种用于将电能转换成热能的方法和装置。此处的基本要素是具有外壳的装置，所述外壳在外部耐压力和液体且具有介电内部，所述介电内部由高纯度金属和蒸馏水或变压器油的混合物构成。至少一个电极借助于绝缘管道进入到外壳的内部中。如果使用两个杆电极，那么这些杆电极连接到具有控制装置的电流源。如果使用一个电极，那么此电极和随后由导电材料构成为另一个电极的外壳连接到具有控制装置的电流源。控制装置控制电流源，使得在初始操作阶段中所述电介质被激励成以谐振频率振动，且使得随后仅供应维持电介质的谐振振动状态所需要的能量。激励和能量供应可以借助于DC或AC提供，优选地高频非正弦AC。

此解决方案与本发明完全不同。此解决方案使用高频，且所述设备以封闭空间中的电介质的频率操作而非以所述空腔的谐振频率操作。根据相关文件，在外壳内使用两个电极或所述电极中的一个可以是外壳本身。在两个电极之间的介电流体的谐振频率是决定因素。此流体包括含高纯度金属的蒸馏水或可以是变压器油。此流体是仅部分介电的，因为它还包含离子。在本发明的解决方案中，外壳的内部空间，也就是说，谐振器空腔的谐振频率而非填充所述空腔的介电流体的谐振频率是决定因素。这意味着，外壳主要用作谐振器空腔，且外壳自身或外壳内的材料并不重要。另一显著差异是本发明使用基本上较低频率。

专利申请案US2009/0263113描述一种用于加热包含分子或分子簇等的偶极粒子的流体的方法，由此流体经受热量产生器中的电场，使得流体的粒子根据其电荷而定向。所述粒子另外经受电压脉冲，使得粒子的短程序被毁坏，且流体的粒子可以借助于电压脉冲在谐振振动中移动。以此方式产生热能。

上述方法和本发明之间的唯一相似性是流体的粒子带电且其电荷可以在外部改变。然而，在本发明的解决方案中，改变的量度不取决于所施加的能量。根据本发明，在谐振空间中，用专门的电极布置调制且连续增加已带电的颗粒的运动的振幅。其结果是，经调制粒子沿着长得多的路径行进。以此方式，所需要且使用的能量的量相当地少。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的产热设备，其操作是基于在以前较少应用的所有物理定律，从而产生大大增加的加热效率，且所述产热设备可以用于家庭中以及工业设施中的加热器。另一目的是提供一种产热设备，其操作可以容易地控制。

已经认识到离子在给定介质中的运动产生大量的热量。还已经认识到，当在含离子的介质中的离子在至少部分封闭的空间中以所述空间的谐振频率特性被激励时，在运动中的离子组的调幅期间产生驻波。其结果是，在离子之间引起高效碰撞，从而导致有效热量产生。为此，需要将具有交替的极性的恰当地形成的振荡器内置在给定空间中。这需要适当高效的振荡器电子器件和控制器。通过使用电子器件来监视和调整调制频率，可以进一步增强效率，因为用于到达相同的温度所需的能量大大减少。此类型的热量产生所需的能量需求与电力驱动但电阻的热量产生器完全不同。

在一个方面中，本发明是通过交流电供电的加热元件，其可适用于加热包围所述加热元件的外部介质。加热元件具有：中空主体外壳，所述中空主体外壳是空腔谐振器且是封闭的或具有一个或多个开口；以及至少两个电极，所述电极借助于绝缘元件而与外壳绝缘且彼此绝缘。在加热元件的外壳的内部放置有包含带电离子的内部介质。在打开的外壳的情况下，内部介质与外部介质相同，且在封闭外壳的情况下，所述内部介质与外部介质相同或不同。电极具有多边形或三维曲线横截面。电极放置在外壳中，其方式为使得电极的各自成形为指数曲线的纵轴是发散的，即，电极的纵轴之间的距离按指数规律增长。在另一个实施例中，电极形成为旋转主体的护套的区段，所述电极的母线各自成形为从其旋转轴线发散的指数曲线，即，母线之间的距离按指数规律增长。至多1000V振幅、1000到60000Hz的经占空因数调制AC电压连接到电极，且所述AC电压的频率和振幅的所需值以及电极的大小以已知方式确定，以便以谐振频率操作加热元件的外壳。

在另一方面中，本发明是通过交流电供电的热量产生器，所述热量产生器包括控制电子器件和加热元件，所述加热元件与热传递介质接触。所述加热元件具有：外壳，其形成为打开或封闭的中空主体；以及至少两个电极，所述电极借助于绝缘元件与外壳绝缘且彼此绝缘。所述控制电子器件包括交流电市电电源单元、中央单元以及强电开关单元。市电电源单元的功率输出端连接到强电开关单元。市电电源单元的频率输出端连接到中央单元。强电开关单元的输出端连接到加热元件。在加热元件的外壳的内部放置有包含带电离子的内部介质。在打开的外壳的情况下，内部介质与外部介质相同，且在封闭外壳的情况下，所述内部介质与外部介质相同或不同。

电极具有多边形或三维曲线横截面。电极放置在外壳中，其方式为使得电极的各自成形为指数曲线的纵轴是发散的，即，电极的纵轴之间的距离按指数规律增长。在另一个实施例中，电极形成为旋转主体的护套的区段，所述电极的母线各自成形为从其旋转轴线发散的指数曲线，即，母线之间的距离按指数规律增长。至多1000V振幅、1000到60000Hz的经占空因数调制AC电压连接到电极，且所述AC电压的频率和振幅的所需值以及电极的大小以已知方式确定，以便以谐振频率操作加热元件的外壳。控制单元的中央单元由调制加法器和基频产生器构成。基本上，基频产生器是具有自动频率比较器单元的方波产生器。比较器单元的输入信号中的一个是基频产生器的基频信号，且所述比较器单元的另一个输入信号是从加热元件反馈的温度参考信号。基频产生器的输出信号是方波，所述方波大体上与谐振频率相对应且连接到调制加法器的第一输入端。市电电源单元的频率输出端连接到中央单元的调制加法器的第二输入。调制加法器的输出端连接到强电开关单元的控制输入端。

为了以有利的方式操作本发明，需要三个变量的调整和谐振点的预先计算。三个变量中的一个，即，内部介质的电导率必须在开始操作之前设定为恰当值，而电流和温度必须在操作期间设定。

本发明的优选实施例将由所附权利要求书界定。

附图说明

本发明的优选实施例的详细说明将参考附图给出，其中：

图1是具有开口端的加热元件的截面侧视图，

图2是具有封闭端的加热元件的截面侧视图，其中加热元件填充有内部介质，

图3是示出控制电子器件的可能实施例的方块图，

图4是示出热量产生器的可能实施例的方块图，

图5示出具有形成为旋转主体的电极的加热元件的部分截面视图，以及

图6是示出根据本发明的热量产生器的温度/功率与电阻设备的温度/功率相比的曲线图，其中水平轴线示出以分钟为单位的经过的时间，且竖直轴线示出温度/功率比。

具体实施方式

根据本发明的AC供电的加热元件1用于加热包围它的外部介质2。加热元件1包括：中空主体外壳3，所述中空主体外壳是空腔谐振器且形成有一个或多个开口(图1)或封闭外壳3(图2)；以及至少两个电极5，所述电极借助于由适当固体材料制成的绝缘元件4而与外壳3绝缘且彼此绝缘，所述固体材料对所述介质具有化学抗性。绝缘元件4的材料具有高电绝缘和隔热能力和用于将在操作期间产生的波保持在外壳3的内部空间中的适当固体。封闭的中空主体外壳3可以一体式形成，例如，通过闭合元件7封闭的管子。外壳3是可选的旋转主体，优选地是管子。在加热元件1的外壳3内部放置有包含带电离子的内部介质6，所述内部介质在打开的外壳3的情况下与外部介质2相同。在封闭外壳3的情况下，所述内部介质可能与外部介质2相同或不同。在此后一情况下，外部介质2未必包含带电离子。外壳3的材料可以是例如金属或塑料或多层塑料，所述材料对内部介质6和外部介质2具有化学抗性，具有高热导率和射频屏蔽能力。

电极5具有多边形或三维曲线横截面。所述电极的各自成形为指数曲线的纵轴8是发散的，即，其纵轴8之间的距离按指数规律增长。在另一个实施例中，电极5形成为旋转主体的护套的区段，所述电极的母线各自成形为从其旋转轴线发散的指数曲线，即，母线之间的距离按指数规律增长。至多1000V振幅、1000到60000Hz的经占空因数调制的AC电压连接到电极5。用于以所需的谐振频率操作加热元件1的外壳3的所述AC电压的频率和振幅的值以及电极5的大小以已知方式确定，例如，使用亥姆霍兹谐振器计算。亥姆霍兹谐振器是由管子和空腔构成的声谐振器。实际上，所述亥姆霍兹谐振器是LC电路的声学等效物。几何测量结果用于调谐谐振器。谐振频率基于汤姆森公式产生。

电极5的材料是略弹性的高度导电的耐腐蚀金属，所述金属并非仅形成为板。所述电极的任务是将在所需频率处的所需电功率传输到包含带电离子的内部介质6。所述电极通常成形为按指数规律发散的曲线，因为此形状更有效。然而，其它成形也是可实行的。基于空腔谐振器的谐振频率特性来确定电极5的长度。所述电极的数目最小为二。

当电极5的极性相反地改变时，离子改变方向且朝向相反电荷移动，从而导致增强的热量产生。在某些液体(如包含带电离子的介质)的情况下的强烈的热量产生和最少的气化可能仅仅且排他地通过供应交流电来确保。

在以加热元件1的外壳3的空腔中的谐振空间的频率特性对在运动中的离子组进行调幅期间，产生驻波。其结果是，引起在移动的带电离子之间的高效碰撞，从而导致活动热量产生，且通常可以比在使用相同量的能量时利用相似的电阻产热设备产生更多的热量。

基于按指数规律发散的弯曲形状和电极5的交流电压控制(其结果是，电极对5上的极性不断变化)，引起调幅。其结果是，振荡的离子沿着两个电极5之间的连续较长路径行进到电极5的内端。

在较长时间的脉动运动期间，造成离子的增强的摩擦，从而导致在给定介质中较大量的热量产生。对经调谐空腔(在此情况下为外壳3的内部空间)进行谐振调谐。谐振频率的值通过外壳3的内长L和内部横截面A(图2)来确定。外壳的谐振频率和/或电容因子C_a以已知方式通过用于声学系统的关系来确定。基于这些值，界定电极5的指数曲线的函数的常数乘数可以已知方式确定。可以从其习得亥姆霍兹和汤姆森关系两者的广泛的技术文献可用于此。可适用关系：

${\mathrm{\ω}}_0=\frac{1}{\sqrt{m_a{C}_a}}$

$m_a=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_0^2{C}_a}$

其中m_a是指数函数的乘数，也就是说，在当前实例中，确定电极5的形状的已知指数函数是y＝m_a×a^x，其中y是电极5的纵向轴线8或母线的有效长度。a^x的值应以使得电极5不与外壳3的内壁接触的方式选择。

谐振频率可以通过测量来确定，其方式为使得施加在用于操作加热元件1的最小电流处的频率是谐振频率ω₀。当加热元件1在通过外壳3的物理大小确定的谐振频率处操作时，产生驻波。由于此驻波，用于维持通过离子的运动开始的过程所需的能量小于在常规电加热器的情况下所需的能量。当控制频率落入属于给定外壳3的谐振频率的范围外时，不能观察到所提到的效果。系统的最高效率可以靠近谐振频率ω₀获得。

外部介质2是流体或适当粘稠凝胶或固体材料。内部介质6是包含带电离子的略高度导热和传热的流体或适当粘稠凝胶或固体材料。当内部介质6和外部介质2相同时，用于内部介质6或用于外部介质2的合适的材料是流体或某一固态材料或凝胶，所述材料包含带电离子且具有高导热特性。优选地，将液态材料用作内部介质6以便产生适当的驻波。所述液态材料在系统中的任务是在操作期间提供带电离子，所述带电离子由于所供应的能量开始振荡和移动。在所述材料内，离子在其运动期间的摩擦产生热量，所述热量被传输到外壳3的表面。

绝缘元件4密封地固定到外壳3。温度参考信号传感器20被引导通过绝缘元件4且连接到温度输出端37以用于调整、重新调整谐振频率。电极5的连接器通过电流连接以极小损耗将经转换电能传输到加热元件1的电极5。连接器应该是高度导电的；其材料应该是适当的固体且具有弹性结构，使得电流连接并不会由于在操作期间电极5的振荡而断开。这将引起增加的电阻，所述增加的电阻将导致减少的传导。

外壳3可以具有圆形或多边形横截面，或它可以具有肋部，其中肋状物形成为波或角状齿。电极5放置在管状外壳3中，其方式为使得所述电极的各自成形为指数曲线的纵轴是发散的，即，其纵轴之间的距离按指数规律增长(图1、2)。在另一个实施例中，具有旋转主体的形状的电极5同心地放置，且所述电极的母线中的每一个成形为从其旋转轴线发散的指数曲线，即，母线之间的距离按指数规律增长(图5)。电极5由弹性的高度导电片形成，所述导电片即对介质2、6具有化学抗性的金属。

总而言之，加热元件1的外壳3的材料可以是任何种类的高度导热材料，例如金属、塑料或多层塑料，所述材料对包含带电离子的介质较少化学仿射(而不仅仅是耐腐蚀)。所述外壳的高导热性确保在谐振器内产生的热量的传递快速地且仅以少量的热量损耗进行。所述外壳可以是圆柱形或可以具有稜柱形横截面。就波传播而言，提出圆柱状外壳。所述外壳的外表面可以为肋状，以便确保良好的热传递，但通常这对操作没有影响。外壳3的材料应该对射频具有高屏蔽能力。根据频率和功率，可以通过用于空腔谐振器的计算的已知公式来确定外壳的大小。

通过交流电供电的加热元件由控制电子器件9操作。在有利实施例中，控制电子器件9(在图3中通过虚线示出)包括市电电源单元10、中央单元11和强电开关单元12。

市电电源单元10为热量产生过程供电。所述市电电源单元具有噪声滤波器，以用于对来自电力网络的干扰信号滤波且防止中央单元11的干扰信号回到所述网络。另外，所述市电电源单元具有电和/或机械熔丝以保护中央单元11、强电开关单元12以及电极5。

市电电源单元10的功率输出端13连接到强电开关单元12。市电电源单元10的频率输出端14连接到中央单元11。强电开关单元12的输出端15连接到加热元件1。

中央单元11包括调制加法器17和基频产生器18。通过基频产生器18产生的信号通过调制加法器17以所述网络的频率调制。调制加法器17的任务是基频与所述网络的频率的相位校正匹配，其中所述网络的频率是50到60Hz，基频是1000Hz到60000Hz(根据加热元件1的外壳3的谐振频率特性)。信号的占空因数是1％到100％(占空因数大大取决于包含带电离子的介质)。工作电压范围是110V到1000V。优选地施加小于400V。在一些特定情况中，当离子介质的导电性较低时，可以使用超过400V。然而，由于电极5的靠近且在介质高度导电的那些情况下，可能产生电弧，出于安全性原因，必须避免电弧。

基频产生器18是具有自动频率比较器单元19的方波产生器。

基频产生器18是包含AFC(自动频率比较器)单元的稳定的方波产生器，所述自动频率比较器适用于基于通过加热元件1的传感器20所测量且通过温度输出端37反馈的温度来补偿谐振频率所需的基频。这样做是需要的，因为谐振频率在包含带电离子的介质的温度改变期间持续地变化。

比较器单元19的输入信号中的一个是基频产生器18的基频信号，且所述比较器单元的另一输入信号是从加热元件1反馈的参考信号，也就是说，在温度输出端37处发送的传感器20的信号。

基频产生器18的输出信号21是具有大体上与谐振频率相对应的频率的方波，且所述输出信号被发送到调制加法器17的第一输入端22。市电电源单元10的频率输出端14连接到调制加法器17的第二输入端23。调制加法器17的输出端24连接到强电开关单元12的控制输入端25。

强电开关单元12根据发送到其控制输入端25的经调制信号，通过输出端15将市电电流从市电电源单元10发送到电极5。有利地，这通过闸流晶体管或其它类似已知开关技术执行。

在控制电子器件9的更加复合的实施例中，中央单元11包含控制单元16(在图4中通过粗虚线框出)。

控制单元16控制调制加法器17和基频产生器18。控制电子器件9还包含用于感测加热元件1的电流的电流感测和控制单元26，以及用于感测加热元件1的温度的温度感测和控制单元27。电流感测和控制单元26以及温度感测和控制单元27还通过控制单元16控制。

电流感测和控制电路26基于所设定的参考值和在操作期间所测量和感测的值来控制电极5上的电流的量。

温度感测和控制电路27适用于感测加热元件1的温度，且基于其控制的所设定和感测的值来根据在矩阵中固定的预定值来接通和断开电极5上的电流。在此实施例中，加热元件1还具有用于测量加热元件1上的电流的电流输出端29。另外，传感器20的温度输出端37通过温度感测和控制电路27和电流感测和控制电路26连接到基频产生器18。

电流感测和控制电路26的第一输入端28连接到加热元件1的电流输出端29。电流感测和控制电路26的第一输出端30连接到强电开关单元12的电流输入端31，所述电流感测和控制电路的第二输出端32连接到调制加法器17的第三输入端33，且所述电流感测和控制电路的第三输出端34连接到基频产生器18的电流输入端35。温度感测和控制电路27的输入端36连接到加热元件1的温度输出端37。所述温度感测和控制电路的第一输出端38连接到电流感测和控制电路26的第二输入端39，所述温度感测和控制电路的第二输出端40连接到强电开关单元12的温度输入端41。通过此布置，在关于加热元件1的温度和电流消耗的控制期间，所需的谐振频率值得到确保。最低能耗可以通过以谐振频率操作加热元件1来实现，也就是说，最小电流消耗可以设定到所需的温度。

出于安全性原因，过热保护电路42连接在加热元件1和强电开关单元12之间。

优选地，控制单元16通过运行合适的控制程序的微处理器电路来实现。调制加法器17、基频产生器18、电流感测和控制电路26以及温度感测和控制电路27还可以通过所谓的微控制器或在运行某一唯一程序的计算机技术中使用的其它控制单元来实施。

根据本发明的热量产生器43包括加热元件1和控制电子器件9。本发明的简单实施例在图3中示出。在此解决方案中，参考图3描述的填充有内部介质6且连接到控制电子器件9的加热元件1放置在恰当的外部介质2中。当然，外部介质包含在产生热能的设备中。也在此情况下，内部介质6可能与外部介质2相同。

根据本发明的热量产生器43的更加复杂的实施例在图4中示出。在此实施例中，参考图4描述的填充有内部介质6且连接到控制电子器件9的加热元件1放置在恰当的外部介质2中。当然，外部介质包含在产生热能的设备中。也在此情况下，内部介质6可能与外部介质2相同。

当需要更大量的热量时且在物理尺寸有限或需要使用多个功率电平的情况下，可以应用若干加热元件，因为就谐振而言，加热元件中的每一个都是独立的单元。然而，加热元件1中的每一个必须具有对应的控制电子器件9。否则，有可能增加尺寸，但在各种情况下，必须考虑到与空腔谐振器相关的物理定律。

图6的曲线图示出具有市场可用的电阻加热元件的电动油散热器的温度/功耗与具有根据本发明的实施例的热量产生器43的统一类型的散热器的温度/功耗的比较，这两者的温度/功耗被视为时间的函数。在该图中，实现示出根据本发明的热量产生器43随时间而变的达到油散热器的80℃的表面温度的功耗。对于此，需要15分钟和30W的功率。点线示出惯用电阻设备随时间而变的达到80℃的表面温度的功耗。对于此，需要4.5分钟和190W的功率。显然，根据本发明的解决方案所使用的功率小于由电阻设备所使用的功率的六分之一。在温度得到维持时，此比值保持不变。根据本发明的热量产生器43可以例如用以下方式实现。在移除原始电阻加热元件之后，根据本发明的加热元件1可以内置(例如)在油散热器的下部螺纹接合部分中。加热元件1在散热器的外壳中延伸大致至其三分之一。散热器的四分之三填充有普通的自来水。在此情况下，在散热器主体和加热元件1之间的热传递外部介质2是普通自来水。散热器具有用于填充和排水的水龙头。外部介质上方的气垫用作膨胀箱体。热量产生造成外部介质2的重力运动，其结果是，散热器元件中的每一个以及几乎其整个表面被加热。实现控制电子器件9且将其连接到加热元件2，如已经描述。用于操作控制电子器件9的电功率由电力网络供应。控制电子器件9可以放置在壁上或可以安装在散热器上在出于此目的设计的封闭的绝缘箱中。如果需要进一步提高所使用的能量的效率，那么室内恒温器可以连接到所述设备。

本发明的加热元件和热量产生器具有若干优点。其可以容易地制造，不需要专门的材料，且所有的组件部分都可容易地获得。在操作期间，在应用的场所处不存在燃烧产物、不存在一氧化碳，以此方式，不存在爆炸和中毒的风险，因此，本发明的加热元件和热量产生器是环保且安全的。本发明的加热元件和热量产生器可以快速且便宜地安装。其操作是高度有效的且其可以广泛地使用，设备的维护需求最小。与已知的技术解决方案相反，本发明的解决方案节约用于产生热能的单元的相当大的化石能源。本发明的解决方案适合于用于产生热能且用于加热或冷却所需的任何种类的设备。

例如：

a)本发明的解决方案可以用于以辐射器和锅炉加热家庭住宅、度假住宅、办公室、工业设施、旅馆、购物商场，用于以辐射器加热大篷车。

b)本发明的解决方案可以用于加热池子、水上公园，用于电动汽车加热系统，用于温室，可以用于畜牧农场中，用于船舶加热系统。

c)本发明的解决方案可以用于热水供应。

d)本发明的解决方案可以用于吸收式冷却技术，用于冰箱、空调、冷藏库、工业冷冻库。

Claims (11)

1.加热元件(1)，其通过交流电供电以用于加热包围其的外部介质(2)，所述加热元件具有：中空主体外壳(3)，所述外壳是封闭的或具有一个或多个开口；以及至少两个电极(5)，所述电极借助于绝缘元件(4)而与所述外壳绝缘且彼此绝缘，所述加热元件的特征在于，所述加热元件的所述外壳是其中放置有包含带电离子的内部介质(6)的空腔谐振器，所述内部介质在打开外壳的情况下与所述外部介质相同，且在封闭外壳的情况下，所述内部介质与所述外部介质相同或不同；所述电极具有多边形或三维曲线横截面且它们放置在所述外壳中，其方式为使得所述电极的各自具有指数曲线的形状的纵轴(8)从彼此发散，或所述电极形成为旋转主体的护套的区段，所述电极的母线各自成形为从其旋转轴线发散的指数曲线；至多1000V振幅、1000到60000Hz的经占空因数调制的AC电压连接到所述电极，且所述AC电压的频率和振幅的所需值以及所述电极的大小以已知方式确定，以便以谐振频率操作所述加热元件的所述外壳。

2.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，所述外部介质(2)是流体或适当粘稠凝胶或固体材料，且所述内部介质(6)是高度导热和传热的流体或适当粘稠凝胶或固体材料。

3.根据权利要求1或2所述的加热元件，其特征在于，所述外壳(3)是可选的旋转主体，优选地为管子，所述外壳的材料优选地是金属、塑料或多层塑料，所述材料对所述内部介质(6)和所述外部介质(2)具有化学抗性且具有高热导率和射频屏蔽能力。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述绝缘元件(4)密封地固定到所述外壳(3)且由对所述介质具有化学抗性的适当固体材料制成，且温度参考信号传感器(20)被引导通过所述绝缘元件。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述外壳(3)具有圆形或多边形或肋状横截面，其中肋状物形成为波或角状齿。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的加热元件，其特征在于，所述电极(5)由弹性的高度导电片形成，所述导电片即对所述内部介质(6)和所述外部介质(2)具有化学抗性的金属。

7.热量产生器(43)，其通过交流电供电，包括控制电子器件(9)和加热元件(1)，所述加热元件与热传递介质即外部介质(2)接触，所述加热元件具有：外壳(3)，其形成为打开的或封闭中空主体；以及至少两个电极(5)，所述电极借助于绝缘元件(4)而与所述外壳绝缘且彼此绝缘，所述控制电子器件包括交流电市电电源单元(10)、中央单元(11)以及强电开关单元(12)，所述市电电源单元的功率输出端(13)连接到所述强电开关单元，所述市电电源单元的频率输出端(14)连接到所述中央单元，且所述强电开关单元的所述输出端(15)连接到所述加热元件，所述热量产生器的特征在于，所述加热元件的所述外壳是其中放置有包含带电离子的内部介质(6)的空腔谐振器，所述内部介质在打开的外壳的情况下与所述外部介质相同，且在封闭外壳的情况下，所述内部介质与所述外部介质相同或不同；所述电极具有多边形或三维曲线横截面，且所述电极放置在所述外壳中，其方式为使得所述电极的各自具有指数曲线的形状的纵轴(8)从彼此发散，或所述电极形成为旋转主体的护套的区段，所述电极的母线各自成形为从其旋转轴线发散的指数曲线；至多1000V振幅、1000到60000Hz的经占空因数调制AC电压连接到所述电极，且所述AC电压的频率和振幅的所需值以及所述电极的大小以已知方式确定，以便以谐振频率操作所述加热元件的所述外壳；所述控制电子器件的所述中央单元由调制加法器(17)和基频产生器(18)构成，所述基频产生器基本上是具有自动频率比较器单元(19)的方波产生器，所述比较器单元的输入信号中的一个是所述基频产生器的基频信号，且所述比较器单元的另一输入信号是从所述加热元件反馈的温度参考信号传感器(20)的信号；所述基频产生器的输出信号(21)是方波，所述方波大体上与所述谐振频率相对应且连接到所述调制加法器的第一输入端(22)，而所述市电电源单元的所述频率输出端(14)连接到所述中央单元的所述调制加法器的第二输入端(23)，所述调制加法器的输出端(24)连接到所述强电开关单元的控制输入端(25)。

8.根据权利要求7所述的热量产生器，其特征在于，所述外部介质(2)是流体或凝胶或固体材料。

9.根据权利要求7或8所述的热量产生器，其特征在于，所述中央单元(11)包括控制单元(16)，其用于操作所述调制加法器(17)和所述基频产生器(18)，所述控制单元还操作：电流感测和控制电路(26)，其感测且控制所述加热元件(1)的电流；以及温度感测和控制电路(27)，其感测且控制所述加热元件的温度，所述电流感测和控制电路的第一输入端(28)连接到所述加热元件的电流输出端(29)，所述电流感测和控制电路的第一输出端(30)连接到所述强电开关单元(12)的电流输入端(31)，所述电流感测和控制电路的第二输出端(32)连接到所述调制加法器的第三输入端(33)，且所述电流感测和控制电路的第三输出端(34)连接到所述基频产生器的电流输入端(35)；所述温度感测和控制电路的输入端(36)连接到所述加热元件的温度输出端(37)，所述温度感测和控制电路的第一输出端(38)连接到所述电流感测和控制电路的第二输入端(39)，且所述温度感测和控制电路的第二输出端(40)连接到所述强电开关单元的温度输入端(41)。

10.根据权利要求7到9中任一项所述的热量产生器，其特征在于，过热保护电路(42)连接在所述加热元件(1)和所述强电开关单元(12)之间。

11.根据权利要求7到10中任一项所述的热量产生器，其特征在于，所述控制单元(16)是微处理器电路。