CN111903184B - 陶瓷加热电阻、电加热元件和用于加热流体的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于布置在加热流体、优选空气用的电加热元件（9）的管形元件（8）中的陶瓷加热电阻（1），其中加热电阻（1）可以通过烧结具有至少一种陶瓷原材料的坯体制成，加热电阻（1）具有电绝缘成分和导电成分，并且电绝缘成分形成基体，在其中容纳有导电成分。本发明还涉及一种用于加热流体、优选空气的电加热元件（9），其具有至少一个被流体流过或可流过的管形元件（8），并且本发明还涉及一种用于加热流体、优选空气的设备（17、19），其具有至少一个这种加热元件（9）。

Description

陶瓷加热电阻、电加热元件和用于加热流体的设备
技术领域
本发明涉及一种用于布置在加热流体、优选空气用的电加热元件的管形元件中的陶瓷加热电阻，其中加热电阻可以通过烧结具有至少一种陶瓷原材料的坯体制成，加热电阻具有电绝缘成分和导电成分，并且电绝缘成分形成基体，在其中容纳有导电成分。在此涉及由金属的和矿物的成分构成的复合材料。
在该关系下，加热电阻理解为电加热元件的在电流流动时主动产生和输出热量的部分。
本发明此外还涉及一种用于加热流体、优选空气的电加热元件，其具有被流体流过的至少一个管形元件和陶瓷加热电阻，陶瓷加热电阻布置或可布置在管形元件中。此外，本发明还涉及一种用于利用这种加热元件加热流体、优选空气的设备。
背景技术
公开文献DE 2349743 A描述了一种用于高的温度的电阻元件，其具有通过导电的、具有螺旋形状的带形成的白热的区域和一对与该区域连接的连接导体。电阻元件在此基本上由具有圆形的横截面的薄的管构成，其外壁至少部分至少通过螺旋形构造的缺口来开缝，其中中间的管轴线同时是螺旋形的缺口的螺旋轴线。电阻元件具有管形的、多孔的、由碳化硅构成的骨架，难以熔化的、金属导电的附加物、如硅化钼渗入该骨架中，以便完全填充骨架的所有空心空间。管形的电阻元件因此可以利用非常薄的壁制成，以便能够在其表面上实现更大的能量输出，而管形的电阻元件同时具有改进的机械强度和用于电阻的正温度系数。
上述的电阻元件的缺点是，与电阻元件的总尺寸相比，在管形体中的表面的很小的尺寸，该表面对于热能传输到包围和/或流过并且绕流电阻元件的介质、例如液体或气体来说是有效的。在此已经假定的是，借助电阻元件加热的流体主要绕流电阻元件。附加地，必须基本上假定的是，流体的优选流动方向平行于中间的轴线、即管的对称轴线地存在，电阻元件基本上由管构成。此外，流体流的横截面可以仅稍微大于电阻元件的横截面，因为否则不能够将热能有效传输到流体流的绕流（并且没有流过）管的部分。因为管形的电阻元件仅应该具有很小的材料厚度、即管壁的很小的厚度，所以对于热能传输来说有效的表面通过管壁中的一个或多个螺旋形的缺口也仅不太明显地增大。
此外，从现有技术通常已知了用于加热流体的电加热元件或加热电阻，其由碳化硅陶瓷或其他的陶瓷构成，然而，碳化硅陶瓷的制造由于需要的高的烧结温度是相对昂贵的，并且因此尤其对于该区域中的加热元件来说是不经济的。因此常见的是，在形式为单孔管或多孔管的被流体流过的加热元件中，拉入螺旋形的加热线，并且使加热线电气串联。陶瓷管在此用作电和热的绝缘体。加热螺旋必须耗费地用手拉到管中。该结构此外容易受到污染，并且必须同样基于加热螺旋通过热负载导致的磨损、结合污染问题被定期更换。用于基于这种加热元件或加热电阻加热流体的设备因此是维护密集的。
发明内容
从由讨论的现有技术产生的问题出发，本发明的任务在于，提供一种针对电加热元件的紧凑的加热电阻，电加热元件用于加热流体，加热电阻能够在加热电阻本身的尽可能小的加热的情况下实现将热量有效地传输到待加热的流体，明显减小维护费用，并且在制造方面是简单的和廉价的。
根据本发明，该任务通过具有独立权利要求1和并排的权利要求13的特征的陶瓷加热电阻解决。另外的有利的设计方案从分别引用的权利要求得到。
因此，根据本发明的陶瓷加热电阻具有至少一个螺旋表面体，其具有中间的螺旋轴线，其中加热电阻被流体以平行于螺旋表面体的螺旋轴线的优选流动方向绕流或可被绕流。螺旋表面体通过将平坦的表面沿螺旋线在欧氏空间中围绕中间的螺旋轴线的旋拧而产生，其中在旋拧的初始点上，该表面布置在具有螺旋轴线和另外的与螺旋轴线正交的轴线的平面中。这种螺旋线也被称为蜗旋。在此，该表面以在至少部分与该表面接壤的曲线上的至少一个点与螺旋轴线相邻，或在螺旋轴线与至少部分构成该表面的边缘的曲线的至少一个点之间存在不消失的径向最小距离。在此，螺旋线和表面的参数可以在旋拧的开始点与结束点之间的旋拧的过程中持续地、连续地或不连续地改变。在此，螺旋线的点与螺旋轴线的径向距离例如可以改变，或曲线的螺距、即螺旋形的卷曲部相对于标准长度单元沿螺旋轴线的数量可以改变。关于该表面，该表面的形状和尺寸例如都可以改变。由此可以实现螺旋表面体的多个匹配于相应的应用要求的变型方案。
根据本发明的加热电阻设置用于使用在用于加热流体的加热元件中，加热元件具有至少一个管形元件，在管形元件中布置有加热电阻，从而待加热的流体以平行于螺旋表面体的螺旋轴线的优选流动方向绕流螺旋表面体。为此提出的是，加热元件的管形元件的横截面在其形状和尺寸方面设计为，使得管形元件的横截面仅稍微大于加热电阻的最大的横截面。管形元件的横截面应仅比能够将加热电阻简单安装到管形元件中更大，并且在运行中，加热电阻的热膨胀不会导致加热电阻和管形元件的直接的接触，其中此外，也还应该考虑到加热电阻和管形元件的制造公差。总体上，这导致的是，绕流加热电阻的流体除了在可忽略的边缘区域中以外，还强制在管形元件的内壁附近，以便遵循由加热电阻的螺旋表面体预设的螺旋形的轨迹。由此，优化从加热电阻到流体的热传输。与由现有技术已知的加热电阻相比，根据本发明的加热电阻可以在将热量传输到绕流加热电阻的流体上的性能相同的情况下，在更低的温度中运行，和/或根据本发明的加热电阻、尤其关于其膨胀沿作为优选纵轴线的螺旋轴线更紧凑（更短）地设计。流体的产生的流动方向自然平行于管形元件的中间轴线，其中加热电阻的螺旋轴线优选与管形元件的中间轴线重合。管形元件的内壁在此可以附加地至少逐渐与加热电阻、尤其加热电阻的一个或多个螺旋表面体的包裹式的外轮廓相对应地构造，以便将包裹式的外轮廓与管的内壁和在该区域中的流体流之间的径向距离和横截面减小为所需的最小值（制造公差、热膨胀）。
如已经说明的那样，可以例如从螺旋的距离、螺旋的（局部的）轴向的和/或（局部的）径向的厚度产生另外的优化。在此，螺旋表面体的围绕螺旋轴线刚好缠绕一次的子部段理解为螺旋。（局部的）径向的厚度在此由螺旋表面体与螺旋轴线的（局部的）最大的径向距离和（局部的）最小的径向距离的差得到。（局部的）轴向厚度是螺旋表面体沿轴向方向、即平行于螺旋轴线的局部的厚度或材料厚度。
为了电接触根据本发明的加热电阻，该加热电阻优选具有至少两个单独的连接电极。在此，在基本上仅由螺旋表面体构成的加热电阻中提出的是，分别一个这种在成形件等处至开端或末端上的连接电极布置在螺旋线的开端或末端上。在加热电阻上，也可以设置至少一个用于固定在加热元件上的器件，其中在基本上仅由螺旋表面体构成的加热电阻的情况下，这种固定器件优选布置在螺旋线的开始点或结束点的区域中。如果在所提到的区域中也布置了连接电极，那么将固定器件布置在连接电极上是特别优选的，电流通过连接电极导入加热电阻中。根据本发明的加热电阻可以具有多个螺旋表面体的布置，螺旋表面体例如可以相互串联或并联地布置，或也可以相互螺旋或以其任意的组合布置。尤其是针对两个或更多个螺旋表面体相互螺旋的情况，螺旋表面体相互的非接触的布置是优选的。螺旋表面体相互的连接不与此冲突，只要该连接在实际的螺旋表面体的外部进行、例如在相应的螺旋表面体在相应的螺旋线的开始点和/或结束点处的成形件或凸出件上进行。
在优选的设计变型方案中，根据本发明的加热电阻具有由至少两个具有平行的螺旋轴线的螺旋表面体构成的布置，其中螺旋表面体非接触地相互螺旋。由两个或通常由偶数个的螺旋表面体构成的布置在此是特别优选的。至少两个螺旋表面体的螺旋轴线然而在此不必以所需的方式重合，螺旋轴线也可以沿径向方向间隔开。为了使螺旋表面体非接触地相互螺旋，螺旋线至少在垂直于螺旋轴线的平面中相互转动一个角度，并且螺旋表面体至少在一定的径向环境中围绕螺旋轴线实施为空心体。按照根据本发明的加热元件的使用目的，例如根据螺旋表面体的径向的膨胀以及螺旋表面体的螺旋线的（局部的）轴向的厚度和螺旋线的（局部的）径向的厚度，本领域技术人员致力于准确的设计。提出的是，至少螺旋表面体的相应的螺旋线的螺距（局部）是相同的，以便避免螺旋表面体的交叉。然而，相互螺旋的螺旋表面体此外不必强制性地相同地实施。
在根据本发明的加热电阻的特别优选的设计变型方案中提出的是，螺旋表面体在螺旋表面布置结构的端部的区域中导电地相互连接，并且在螺旋表面布置结构的对置的另外的端部上构造为单独的连接电极。那么通过其中一个连接电极可以将电流导入加热电阻中，其中电流首先通过附属的螺旋表面体并且随后通过螺旋表面体在螺旋表面布置结构的其他的端部上的连接流入另外的螺旋表面体中，通过另外的螺旋表面体的连接电极又导出电流。在两个或通常偶数个螺旋表面体的优选的布置中优选的是，其中各两个螺旋表面体相互导电地连接，其中成对地导电连接的螺旋表面体与另外的成对地导电连接的螺旋表面体特别优选地仅不导电地（纯机械地）相互连接。可以在成对地导电连接的螺旋表面体之间的或通常在导电连接的或不导电连接的螺旋表面体之间的任意的部位上存在一个或多个这种不导电的连接。
提出的是，通过相应的材料选择和由螺旋表面体构成的布置的设计（例如在螺旋线的螺距以及螺旋表面体的螺旋线的相应必要时可变的径向的和轴向的厚度方面）构造加热电阻，从而加热电阻在连接电极的区域中、在运行时具有整个加热元件的最低的温度，以便减小连接电极的有问题的热负载，并且改进加热元件的使用寿命。优选地，加热电阻的温度在加热电阻的一个或多个部分区域中是最高的，该部分区域与加热电阻的螺旋表面体的一个或多个导电的连接区域相邻。至少其中一个连接电极可以设计为，使得连接电极具有用于固定在加热元件上的器件，具有必要时与之相对应的用于建立（又可松开的）连接的固定器件。如果连接电极都不具有固定器件，那么提出的是，可能的这种固定器件至少在加热电阻的部分区域中围绕连接电极布置，以便尤其也最小化固定器件的热负载。
根据本发明的加热电阻的另外的优选的设计变型方案设置的是，至少一个螺旋表面体构造为敞开的螺旋表面体。敞开的螺旋表面体没有包围出一个螺旋轴线。这意味着，根据定义，敞开的螺旋表面体在围绕螺旋轴线的一定的径向环境中实施为完全空心的。这尤其在具有由多个相互螺旋的螺旋表面体构成的布置的加热电阻中是重要的，在螺旋表面体中，导电接触应该被局限于一个或多个导电的连接区域。
在根据本发明的加热电阻的附加的优选的设计变型方案中，在加热电阻的敞开的螺旋表面体的中间的中心空间中布置有电绝缘的由陶瓷材料构成的管。管例如可以构造用于容纳测量探头、尤其温度计。备选地，电绝缘的管例如也可以设计为轴承和/或固定加热元件的部件，其中管也可以构造为实心的杆，或分段构造为管形，并且也可以构造为杆形。
根据本发明的加热电阻的另外的优选的设计变型方案设置的是，至少一个螺旋表面体的径向的螺旋厚度和轴向的螺旋宽度的比是至少2:1。
在根据本发明的加热电阻的另外的优选的设计变型方案中，至少一个螺旋表面体的内直径与外直径之间的比是最大0.5（1:2）。
在此设置的是，轴向的螺旋宽度附加地可以是可变的，即沿径向方向围绕螺旋轴线例如从较小的半径到较大的半径增大，并且沿轴向方向沿螺旋轴线例如从螺旋表面体的螺旋线的开始点到其结束点减小。在沿径向方向可变的轴向的螺旋宽度中，已经提到的径向增大的轴向的螺旋宽度是优选的。根据本发明的加热电阻的另外的设计可能性以如下方式得到，即加热电阻的至少一个螺旋表面体沿其螺旋轴线可以具有相邻的卷曲部的可变的距离，即附属的螺旋线的螺距是可变的。在此，尤其在具有由相互螺旋的螺旋表面体构成的布置的加热电阻中，从连接电极的区域中的布置的一个端部到具有螺旋表面体的连接区域的另一端部的相邻的螺旋的距离的增大是特别优选的。
提出的是，在根据本发明的加热电阻中，导电成分至少部分由硅化物类型的金属合金、特别是二硅化钼形成。硅化物是硅的二元金属化合物，并且大多归入金属间化合物。硅化物通常是能导电的，具有金属光泽，并且以定义的结构结晶。多种金属的硅化物是已知的，然而铝、锑、砷、铋、镉、汞、银、钍和锌不会形成硅化物。二硅化钼也被视为已知的金属硅化物。
此外提出的是，根据本发明的加热电阻的电绝缘成分由硅酸盐类型的矿物、优选长石、氧化物类型的陶瓷、优选氧化铝或其任意组合形成。天然的硅酸盐矿物在矿物学中有重要的作用。地壳90％以上由硅酸盐构成并且地幔几乎完全由硅酸盐构成。其他的重要的形成岩石的矿物是云母、粘土矿物、闪石、晶石等。硅酸盐矿物通常是绝缘体。它们是相应廉价的。氧化物陶瓷通常也是绝缘体，并且尤其在高温下具有比硅酸盐陶瓷更高的强度。
这种根据本发明的加热电阻通常通过烧结坯体来制造，坯体通过材料混合物的挤压、浇注、注塑和/或挤出或其他的适当的陶瓷成形方法产生，材料混合物包含硅化物类型的导电成分和硅酸盐和/或氧化物类型的电绝缘成分。因此形成的坯体可以必要时被机械加工，并且一次或多次被涂层，并且最后烧结为其最终的形状。
烧结的陶瓷加热电阻的电导率与加热电阻的几何形状有关，并且因此与坯体的几何形状有关。电导率此外与用于成形的材料混合物的硅化物类型的导电成分和硅酸盐和/或氧化物类型的电绝缘成分的混合比有关。加热电阻的电阻率可以在宽的范围内通过混合比的特别的调节改变，并且因此电导率匹配于陶瓷加热电阻的使用目的和就此预设的比。加热电阻的电阻自然也是可影响的，其方法是改变坯体的几何形状。然而，加热电阻的与坯体有关的几何形状经常通过使用加热电阻和在那里的比来预设，并且因此经常仅可以在很小的范围内改变。
正是硅化物类型的导电成分与硅酸盐和/或氧化物类型的电绝缘成分的这种组合在所需的温度范围内、尤其对于根据本发明的加热电阻在空气加热器中的使用来说，在制造、运行特性和必要的变化可能性方面证实是特别适当的。虽然由至少两种成分构成的复合材料是已知的，但其基本上在高温炉技术的领域中建立使用，其中一种成分由硅化物类型的金属合金的导电成分形成，另一种成分由硅酸盐类型的矿物和/或氧化物类型的陶瓷的电绝缘成分形成。
根据本发明的陶瓷加热电阻优选具有长石-二硅化钼复合材料，其中复合材料在特别优选的设计变型方案中附加地可以具有由氧化铝构成的另外的成分。二硅化钼MoSi2是耐高温的，并且具有高的熔点、高的抗氧化性和高的电导率。二硅化钼相对于其他的陶瓷材料的特征在于更低的烧结温度。因此，提出的加热电阻的制造是特别有利的和简单的。长石是廉价的，并且具有比较低的熔点。这在烧结过程中是有益的，并且减小多孔性。长石和二硅化钼具有类似的热膨胀系数，并且因此能够实现在加热电阻的常见的运行温度中并且也在温度波动中的正常的化合。长石的在烧结用于形成最终产品的玻璃化部包裹二硅化钼颗粒，并且由此有效地保护二硅化钼颗粒以防氧化。通过在复合材料中使用长石，使长石抵抗在二硅化钼中已知的硅化钼-害虫（Pest）。
二硅化钼MoSi2在此是来自硅化物的基团的钼的金属间化合物。除了该二硅化钼以外，还利用Mo3Si和Mo5Si3已知了另外的硅化钼。二硅化钼相对于酸、弱碱、盐溶液以及不同的熔盐是稳定的。此外，由于在高温下相对于还原性的和氧化性的气体的高的耐腐蚀性，二硅化钼从其他的金属和合金中脱颖而出。
长石的50至60%的体积是地壳中的最常见的硅酸盐。常见的化学成分（Ba、Ca、Na、K、NH4）（Al、B、Si）4O8的大的基团被称为长石。在括号中说明的元素可以分别相互代表，然而始终与矿物质的其他的组成部分（替代物）的数量比相同。长石要么在单斜晶的晶系中，要么在三斜晶的晶系中结晶，熔化温度范围约为1150至1250ºC。与长石有关的似长石（Foid），以及还有形成硅酸盐玻璃的其他物质也可以用于根据本发明的加热电阻的复合材料中的绝缘成分。
氧化铝相对于长石具有更高的熔化温度，并且因此尤其在更高的温度下改进根据本发明的陶瓷加热电阻的强度，在陶瓷加热电阻中，它对长石-二硅化钼-氧化铝-复合材料的材料结构起支持作用。
根据本发明的陶瓷加热电阻可以具有加热区域和至少一个导电的接触区域，接触区域相对于加热区域构造有更高的电导率。接触区域设置用于安置和电连接连接电极，电压可以通过连接电极提供在加热区域上，以便导致对加热电阻、尤其加热区域的加热。因此有利地，接触区域至少部分在连接电极与加热区域之间延伸。在此，作为加热区域首先考虑根据本发明的加热电阻的一个或多个构造为螺旋表面体的部分区域。接触区域优选布置在加热电阻的构造为螺旋表面体的区域以外，例如布置在螺旋表面体的螺旋线的开始点和/或结束点的区域中的成形件或凸出件的区域中。接触区域在此可以与加热区域沿电流流动方向相邻，或也横向于电流流动方向地局部搭接或包绕加热区域的至少一个邻接的部分。与在加热区域中相比，在接触区域中的导电的金属合金的部分更大，从而接触区域相对于加热区域具有更小的电阻率或更高的电导率，并且因此与实际的加热区域相比更少地被加热。在此优选地，在接触区域中的金属合金的部分至少比在加热区域中高1.2倍。
附加地，根据本发明的陶瓷加热电阻可以具有至少一个电绝缘的绝缘区域，该绝缘区域相对于加热区域和/或接触区域构造有更小的电导率，其方法是，导电的金属合金的部分比在加热区域和/或接触区域中更小。当接触区域沿电流流动方向局部包绕或搭接加热电阻的加热区域时，绝缘区域可以作为绝缘层布置在接触区域与加热区域之间。基于与加热区域或接触区域相比在绝缘区域中更少的导电的金属合金的材料部分，绝缘区域相对于加热区域或接触区域具有高的电阻率，从而可靠地阻止不期望的电流流动，和/或允许电流仅沿通过该布置预设的方向流过加热电阻或具有加热电阻的电加热元件。
在根据本发明的陶瓷加热电阻中提出的是，一个或多个相应的接触区域和/或一个或多个相应的绝缘区域作为涂层施加在加热区域的外部区段上，和/或绝缘区域作为涂层施加在加热区域的外部区段上，并且接触区域作为涂层施加在绝缘区域和加热区域的区段上。在此，根据本发明的加热电阻的实施为加热区域的区段理解为加热区域的外部区段，该区段然而不是加热电阻的实施为螺旋表面体的区段，然而优选作为成形件或凸出件与实施为螺旋表面体的区段相邻。因此，可以实现接触区域和绝缘区域相互的并且与加热区域的任意的组合。因此尤其地，在加热区域的外部区段上的任意数量的绝缘区域或接触区域是可能的。在此，相应的涂层可以根据需要彼此串联连接和/或以部分和/或完全重叠的方式相叠地布置。因此，至少一个绝缘或接触区域、优选多个这种区域可以特别适宜地布置在加热区域的外部区段上，以便确保最佳的电流流动方向，并且可以将引导电流的连接电极安置在加热电阻的适当的部位上。根据本发明的加热电阻的另外的实施方式设置的是，加热区域至少逐渐或完全设有至少一个绝缘涂层。因此可能的是，整个螺旋表面体（直到小的接触区域）设有薄的、电绝缘的涂层，以便使加热电阻向外电绝缘。
设置的涂层可以已经施布在坯体上，从而加热区域和至少一个接触区域一起并且必要时和至少一个绝缘区域一起在一个步骤中通过烧结坯体形成完成的陶瓷加热电阻，其中涂层相互材料融合地连接。备选地，涂层也可以事后施布到已经被烧结的坯体上，即已经产生的仅包含加热区域的陶瓷热电阻上。第二个提到的方式比第一个提到的方式成本更高，因为需要至少一个另外的烧结过程。
烧结是用于制造或改变材料的方法，其中颗粒状的陶瓷或金属材料经常在更高的压力下被加热，其中该温度然而保持在这些成分的熔化温度以下，从而工件、即坯体的形状得到保持。在此通常导致收缩，因为初始材料的颗粒会压实，并且孔隙被填充。烧结过程在陶瓷制造中并且也在冶金中都非常重要。通过烧结的温度处理，从细颗粒的或粗颗粒的或细孔的或粗孔的在之前的过程步骤中制成的软的坯体变为固体工件。烧结产品只有通过温度处理才会得到其最终的特性、如硬度、强度或导热性，其在相应的使用中是必需的，从而多次烧结可以导致陶瓷加热电阻的改变。
在此，在根据本发明的加热电阻中，导电成分、尤其优选的二硅化钼的部分是优选20至60重量百分比，和/或10至30体积百分比，优选25至30重量百分比，或12至15体积百分比。电绝缘成分的部分相应是优选80至40重量百分比，和/或90至70体积百分比，优选75至70重量百分比，或88至85体积百分比。绝缘成分在此优选由长石、似长石或形成硅酸盐玻璃的其他物质和氧化铝的混合物构成，其中氧化铝部分在根据本发明的加热电阻中优选是20至30体积百分比，并且长石部分是50至70体积百分比。这些值可以被存在的污物影响。通过改变导电成分或二硅化钼的部分和电绝缘成分的部分的混合比，电阻率、即加热区域、接触区域和/或绝缘区域的电导率可以有利地在宽的范围内被任意调节，以便理想地使陶瓷加热电阻或电加热元件与相应的应用情况相协调。
在根据本发明的用于加热流体、优选空气的电加热元件中（其具有至少一个被流体流过或可流过的管形元件），陶瓷加热元件根据其中一个上述的根据本发明的设计变型方案布置在管形元件中，从而加热元件的螺旋表面体的一个或多个螺旋轴线基本上平行于管形元件的中间轴线地取向，并且流体在一个或多个螺旋表面体的螺旋表面上流动。
根据本发明的用于加热流体、优选空气的设备具有至少一个在前面的区段中描述的根据本发明的电加热元件。尤其地，根据本发明的用于加热流体的设备优选是用于在空气加热器中加热或升温空气流的设备，以用于干燥或加热物体或此外也用于使用在塑料材料的塑化中、例如相应的热空气风扇或焊接自动装置中。
与标准加热元件相比，本发明提供如下优点，即制造过程可以比迄今为止更强地自动化，这又导致更低的制造成本。取决于加热元件的更高的运行温度或在加热电阻与流体之间的改进的热传输，基于更大的热传输表面和电特性和/或热特性的简单的变化，另外的优点是更高的使用寿命和加热的流体的更高的可达到的温度和/或加热元件的更短的结构方式。加热元件基本上通过加热电阻形成，这是相对于具有置入的电阻线的现有技术的重要的简化。陶瓷部件附加地是导电的。
之前在描述中提到的特征和特征组合以及随后在附图描述中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合可以不仅在相应说明的组合中，而且也在其他的组合中使用或单独使用。为了实施本发明，并非必须实现权利要求1的所有特征。权利要求1的各个特征也可以通过其他的公开的特征或特征组合替代。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节由权利要求、随后对优选实施方式的描述以及根据附图得到，在附图中，相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。在此：
图1以侧视图示出了根据本发明的加热电阻的示意图；
图2示出了沿图1的线A-A的图1的加热电阻的截面图；
图3示出了沿图2的线B-B的图1的加热电阻的截面图；
图4沿纵轴线的观察方向示出了图1的加热电阻的连接区域的俯视图；
图5沿纵轴线的与图4相反的观察方向示出了图1的加热电阻的连接侧的俯视图；
图6示出了在根据图2的截面图中的加热电阻在管形元件中的示意性的布置的纵截面图；
图7示出了根据本发明的具有（在该视图中不可见的）根据本发明的加热电阻的加热元件的等距图；
图8示出了根据图7的根据本发明的加热元件的纵截面图；
图9示出了具有根据本发明的加热元件（在该视图中不可见）的加热空气手持设备；并且
图10示出了焊接自动装置，用于利用根据本发明的加热元件（在该视图中不可见）重叠地焊接平面的塑料材料。
具体实施方式
在图1的图像中示出了根据本发明的加热电阻1的实施例。加热电阻1基本上由一个由第一螺旋表面体2和第二螺旋表面体3构成的布置形成，第一螺旋表面体和第二螺旋表面体无接触地相互螺旋并且其螺旋轴线重合。由两个螺旋表面体构成的布置因此相应于1型双蜗旋，其也被称为双线螺旋。螺旋表面体2、3的共同的螺旋轴线同时是加热电阻1的优选纵轴线。螺旋表面体2、3相同地构造，然而在垂直于螺旋轴线的平面内相互转动一个角度，从而两个螺旋表面体2、3非接触地相互围绕。出于该原因，由两个螺旋表面体2、3构成的布置的中心是空的，这通过两个螺旋表面体2、3作为敞开的螺旋表面体的设计来确保。中间的空心空间21是柱形的，其中柱体对称轴线相应于两个螺旋表面体2、3的共同的螺旋轴线。在由两个螺旋表面体2、3构成的布置的两个纵向侧的端部4、5上，螺旋表面体分别通过成形件沿共同的螺旋轴线相互平行地延伸。在由两个螺旋表面体2、3构成的布置的纵向侧，至螺旋表面体2、3的相应的成形件在连接区域22中相互导电地连接。在由两个螺旋表面体2、3构成的布置的与连接区域22相反的纵向侧的端部4上，相应的成形件实施为单独的连接电极6、7，其中连接电极6属于第一螺旋表面体2，并且连接电极7属于第二螺旋表面体3。
在图2中，加热电阻1作为截面图沿图1的线A-A示出，并且在图3中作为截面图沿图2的线B-B示出。内半径r和外半径R以及两个螺旋表面体2、3的螺旋的径向厚度dr=R-r（参见图5）在所示的实施例中在由两个螺旋表面体2、3构成的布置的整个轴向长度上是恒定的。轴向的宽度ba、也就是说螺旋相对于平行于由两个螺旋表面体2、3构成的布置的共同的螺旋轴线的方向的厚度，在两个螺旋表面体2、3的所有螺旋中也是相同的，并且如果不考虑螺旋的外部的径向边缘上的相应的倒圆，那么随着与两个螺旋表面体2、3的共同的螺旋轴线的径向距离增大。
在图4的图示中，以朝由两个螺旋表面体2、3构成的布置的具有连接区域22的纵向侧的端部5看的俯视图示出了图1的加热电阻1，并且在图5的图示中，以朝具有两个单独的连接电极6、7和内半径r以及外半径R的相反的纵向侧的端部4看的俯视图示出了图1的加热电阻。
图6中示出了在加热元件的管形元件8中的根据图2的截面图的图1的加热螺旋1的示意性的纵截面图。在这里示出的实施例中，管形元件8空心柱形地实施，并且管形元件8的内半径仅稍微大于由布置在管形元件8的内部的加热电阻1的两个螺旋表面体2、3构成的布置的外半径。因此，加热电阻1可以顺利地导入管形元件中，其中沿径向方向仍有足够的间隙来补偿制造公差，并且此外确保，由于热膨胀，在加热电阻1运行时，加热电阻和管形元件8的内侧没有接触。管形元件8由耐热的电绝缘的陶瓷材料、优选硅酸盐陶瓷或由氧化物陶瓷、如氧化铝构成。
这种管形元件8是在图7中的等距三维图中示出的加热元件9的组成部分，其中管形元件8如在图6中那样包含加热电阻1，加热电阻在图7中是不可见的。在图8中示出了具有在管形元件8的内部的加热电阻1的这种加热元件9的简化的示意性的纵截面图。除了管形元件8和加热电阻1以外，加热元件9还具有覆盖盘10、连接件11以及紧固和张紧器件15，其形式为沿加热元件9的中间的纵轴线延伸的由电绝缘的耐热的陶瓷材料构成的杆。连接件11具有两个外部的电触点12，外部的电触点在加热元件9的内部分别过渡至两个内部的电触点13中的一个，其中每个内部的电触点13分别在管形元件8的内部电接触加热电阻1的两个连接电极6、7中的一个。连接件11此外具有四个缺口14，空气可以从外部空间通过缺口流入加热元件9的内部，绕流管形元件8中的加热电阻1，并且通过覆盖盘10中的缺口16又从加热元件9的内部流出。紧固和张紧器件15不仅延伸通过整个管形元件8并且由此也通过加热电阻1，并且也延伸通过连接件11和覆盖盘10。紧固和张紧器件15承载加热元件1，并且在连接件11和覆盖盘10的外侧实施有相应的轴承，从而使由连接件11、加热电阻1和覆盖盘10构成的整个布置沿轴向方向压紧。这也用于限制加热元件1沿轴向方向的热膨胀。在图8中的纵截面图中示出的加热电阻1中，两个螺旋表面体2、3的连接区域5必须与在图1至图5的图像中示出的加热电阻1中不同地设计，从而紧固和张紧器件15也可以直线地延伸通过该区域。加热电阻1为此例如可以在连接区域5中具有用于紧固和张紧器件15的相应的穿引部。
图9中示例性地示出了热空气手持设备17作为根据本发明的用于加热流体、尤其空气的设备的设计变型方案。在热空气手持设备中，在加热管18中布置有根据本发明的加热元件、如在图7和8的图像中示出的加热元件9。
图10示出了用于重叠地焊接平面的塑料材料和/或沥青幅材的焊接自动装置19作为用于根据本发明的用于加热流体、尤其空气的设备的设计变型方案的另外的示例，其中待焊接的材料层借助热的空气流至少在连接区域中至少部分被塑化。在焊接自动装置中，在加热管20中布置有根据本发明的加热元件、如在图7和8的图像中示出的加热元件9。
附图标记列表
1加热电阻
2第一螺旋表面体
3第二螺旋表面体
4第一端部
5第二端部
6第一连接电极
7第二连接电极
8管形元件
9加热元件
10覆盖盘
11连接件
12外部的触点
13内部的触点
14用于空气进入的缺口
15紧固和张紧器件
16用于空气逸出的缺口
17热空气手持设备
18加热管
19焊接自动装置
20加热管
21中间的空心空间
22连接区域。

Claims (14)

1.用于加热流体的电加热元件（9），具有至少一个被流体流过或能流过的管形元件（8），并且具有布置在管形元件（8）中的陶瓷加热电阻（1），其中所述陶瓷加热电阻（1）通过烧结具有至少一种陶瓷原材料的坯体制成或能够制成，所述陶瓷加热电阻具有电绝缘成分和导电成分，并且电绝缘成分形成基体，在其中容纳有导电成分，
其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）具有由两个敞开的、分别具有中间的螺旋轴线的螺旋表面体（2、3）构成的布置结构，其中所述螺旋表面体（2、3）的螺旋轴线相互平行并且所述螺旋表面体（2、3）非接触地相互螺旋，所述螺旋表面体（2、3）的中间的螺旋轴线基本上平行于所述管形元件（8）的中间的轴线地取向，所述螺旋表面体（2、3）在螺旋表面布置结构的端部（5）的区域中导电地相互连接，并且在螺旋表面布置结构的对置的另外的端部（4）上构造为单独的连接电极（6、7），在至少一个中间的、通过敞开的螺旋表面体（2、3）沿敞开的螺旋表面体（2、3）的螺旋轴线形成的空心空间（21）中布置有电绝缘元件，其中所述电绝缘元件管形地、杆形地或部分管形地和杆形地构造，并且所述管形元件（8）的横截面在形状和尺寸方面仅稍微大于所述陶瓷加热电阻（1）的最大的横截面。
2.根据权利要求1所述的电加热元件，其特征在于，所述电加热元件设置用于加热空气。
3.根据权利要求1所述的电加热元件，其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）的至少一个螺旋表面体（2、3）的径向的螺旋厚度和轴向的螺旋宽度的比是至少2:1。
4.根据权利要求1或2中至少任一项所述的电加热元件，其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）的至少一个螺旋表面体（2、3）的内直径与外直径之间的比是最大1:2。
5.根据权利要求1或2所述的电加热元件，其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）的至少一个螺旋表面体（2、3）具有可变的轴向的螺旋宽度。
6.根据权利要求5所述的电加热元件，其特征在于，所述可变的轴向的螺旋宽度是径向增大的轴向的螺旋宽度。
7.根据权利要求1或2所述的电加热元件，其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）的至少一个螺旋表面体（2、3）具有沿其螺旋轴线可变的轴向的螺旋宽度。
8.根据权利要求1或2所述的电加热元件，其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）的至少一个螺旋表面体（2、3）沿其螺旋轴线具有相邻的卷曲部的可变的距离。
9.根据权利要求1或2所述的电加热元件，其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）的导电成分至少部分由硅化物类型的金属合金形成。
10.根据权利要求9所述的电加热元件，其特征在于，所述硅化物类型的金属合金是二硅化钼。
11.根据权利要求1或2所述的电加热元件，其特征在于，所述陶瓷加热电阻（1）的电绝缘成分至少由硅酸盐类型的矿物、氧化物类型的陶瓷和/或其任意组合形成。
12.根据权利要求11所述的电加热元件，其特征在于，硅酸盐类型的矿物是长石、似长石或形成硅酸盐玻璃的其他物质，并且氧化物类型的陶瓷是氧化铝。
13.用于加热流体的设备（17、19），具有至少一个根据权利要求1至12中至少任一项所述的电加热元件（9）。
14.根据权利要求13所述的设备， 其特征在于，所述设备设置用于加热空气。
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