CN1820544A - 具有辐射管的电热元件 - Google Patents

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Abstract

一种具有辐射管的电热元件，所述辐射管包括辐射管道(1)和包含在所述管道中的电热元件(2、3)，其中电热元件具有在管道中往复布设的支腿，并且其中电热元件在管道靠近炉壁的一端与电源输出口连接，通过所述电源输出口能向电热元件供应电流，其中电热元件通过支持陶瓷盘(9)支撑在管道中，所述陶瓷盘设置有各个支腿延伸穿过的贯穿孔，并且其中两个电热元件(2、3)沿所述辐射管道的长轴线顺序地设置在管道中。本发明的特征在于，中央杆(5)贯穿辐射管道(1)的中心从它的一端(8)到它的另一端(11)并且也穿过每个支持盘(9)的中心延伸；中央杆形成用于所述电热元件(3)中至少一个的电源输出口；用于在辐射管道中的两个电热元件的连接区(12)沿管道(1)的纵向方向设置在电热元件之间，其中各个电热元件连接于在所述连接区中的它们各自的电源输出口(4－6)；电热元件具有止挡装置(13－17)，其用于基本沿管道的长轴线方向保持在连接区中存在的陶瓷盘(18－23)；并且用于支撑各个电热元件的支持陶瓷盘(9)与所述连接区(12)隔开一定的距离放置，其中当各个电热元件响应所述电热元件的温度改变而膨胀或者收缩时，所述陶瓷盘(14、15)中的至少一些能够自由地沿管道(1)移动由电热元件相关的止挡装置(27)所允许的程度。

Description

具有辐射管的电热元件
技术领域
本发明涉及一种具有辐射管的电热元件。
背景技术
热处理过程要求高度均匀的功率供应以便节省/优化成本。无需对商品进行后续修整/校正的商品热处理能力是必须的。
通过热处理能在材料结构上调节材料特性的可能性提高了进行均匀功率供应的要求。
在这点可以从金属板的制造中找到一个例子。金属板制造成不同的厚度、宽度、长度和机械强度等级，所有这些均按照用户的要求提供。这些产品的变型导致由施加的能量而引起的不同应变状态。
通常可以说，板宽度的增大降低了生产成本并且常规生产的板宽度增加了材料成本，但是后者能够通过在最终产品中减少废料而得以避免。
为了能够生产所有的变型，确定建立用于生产最大宽度产品的热处理设备。
因此期望的是，使热处理设备设置有加热系统，通过该系统功率能够沿加热炉或者炉子的横向(transversely)改变。
但是，当已经确定提供具有辐射管的设备以便维持可控气氛时产生一个问题。
这个问题通常通过安装能覆盖不同炉子空间的宽度的电热元件来解决，从而产生的功率能够随着所被进行处理的产品不同而进行改变。但是这意味着不能相对于炉子空间的限定表面设置以kW/m2为单位的最大功率密度。
另一种方法是使用螺旋形的电热元件，它们设置在设有电源输出口的不同区域中，所述电源输出口与螺旋的轴线同轴延伸。但是该电热元件系统不能形成用于每个辐射管的高功率输出的尺寸。
关于与用每个辐射管获得高功率输出的可能性相关的可靠性，最令人感兴趣的电热元件类型是通常称为鸟笼元件(bird cage element)的类型，即所谓的Kfigelement元件，或者由瑞典的Kanthal AB以Tubothal为商标出售的束杆元件(bundle rod element)。
但是这种类型的电热元件已经被设计为串联的电热元件，其中加热丝或线在两个电源输出口之间形成单环。星形连接或者三角形连接的环也用于较大的电热元件的情况中，从而电热元件可选的设置有三个或者四个输出口。同样已知在期望低供应电压的应用的情况下在两个电源输出口之间对电热元件环进行并联连接。同样已知其中使用四个输出口的情况，从而可以方便的将环连接，其在要求的副功率和全功率的时候都能运转。
但是这些传统的电热元件结构的共同缺点在于功率不能沿辐射管的长轴进行不同的分配。用于防止电热元件沿它的轴线设置两个或多个区域的原因是因为其中设置的另外输出口以及在电热元件中的连接对于电热元件发热丝的可用空间有过大的影响，这是由于这些另外的输出口必须布设在辐射管中，从而丧失了高功率的优点。同样存在产生电火花的危险，特别在使用NiCr类型的加热丝时。
发明内容
上述问题通过本发明解决。
因此，本发明涉及一种包括辐射管的电热元件，在所述辐射管中放置辐射管道和电热元件，其中电热元件具有在管道中来回延伸的导电支腿，并且其中电热元件在管道靠近炉壁的一端与电源输出口连接，通过所述电源输出口能向电热元件供应电流，其中电热元件通过陶瓷盘支撑在管道中，所述陶瓷盘设置有各个支腿延伸穿过的贯穿孔，其中管道包含沿所述辐射管道的长轴顺序地设置在管道中的两个电热元件，并且其中电热元件的特征在于，中央杆贯穿辐射管道的中央从它的一端到它的另一端并且也穿过每个盘的中央延伸；并且特征还在于中央杆形成用于所述电热元件中至少一个的电源输出口；用于在辐射管道中的两个电热元件的连接区沿管道的纵向方向设置在电热元件之间，其中各个电热元件与它们在所述连接区中的相应电源输出口连接；电热元件包括止挡装置，其用以基本沿管道的长轴的方向保持在连接区中存在的陶瓷盘；以及用于支撑各个电热元件的陶瓷盘与所述连接区隔开一定的距离放置，其中当各个电热元件响应所述电热元件的温度改变而膨胀或者收缩时，所述陶瓷盘中的至少一些能够自由地沿管道移动由电热元件相关的止挡装置所允许的程度。
附图说明
现在将更详细地说明本发明，部分参考在附图中示出的示例性实施例，其中：
图1是包含电热元件的辐射管的剖视图；
图2是沿图1中的线A-A截取的剖视图；
图3是沿图1中的线B-B截取的剖视图；
图4是沿图1中的线C-C的截取剖视图；
图5是沿图1中的线D-D的截取剖视图；
图6是沿图1中的线E-E的截取剖视图；
图7是沿图1中的线F-F的截取剖视图；以及
图8示意地示出包含于辐射管道中的陶瓷盘和电热元件。
具体实施方式
图1示出辐射管，其包括辐射管道1和包含在所述管道中的电热元件2、3。每个电热元件2、3具有在管道1中往复布设的支腿。电热元件在管道靠近炉壁7的一端8处连接到输出口4、5、6，通过它们向电热元件供给电流。电热元件2、3通过陶瓷盘9支撑在管道中，所述陶瓷盘设置有各个支腿延伸穿过的贯穿孔。
管道1和支持盘9由Al、Si、Mg和/或Y的氧化材料，或者物质Si和Ti的氮化物或硼化物构成。典型的材料是Al2O3。管道1也可以由FeCrAl材料制成。
两个电热元件沿辐射管道的长轴线方向互相顺序地设置在辐射管道1中。
在图1中轴向分开地示出管道并且沿管道和所述电热元件的各自长度分开地示出电热元件。
根据本发明中央杆10穿过辐射管道1的中心从所述管道的一端8到另一端11延伸。杆10贯穿每个陶瓷盘9的中心并且由导电的材料构成，适宜地由与电热元件相同的材料组成，优选为FeCrAl材料。
中央杆10形成用于所述电热元件的至少一个的电源输出口。
而且，包含在辐射管道中的用于所述两个电热元件2、3的电热元件连接区12沿管道的纵向方向设置在电热元件之间，其中各个电热元件在所述的连接区连接到它们各自的电源输出口。这意味着基本上设置在管道中间的电热元件连接区形成关于所述电热元件的热线性膨胀的热基准点。
还包括止挡装置，其用于以基本沿管道的长轴的方向保持在连接区12中存在的陶瓷盘9。
用于支撑各个电热元件2、3的另外的陶瓷盘9以与所述连接区12间隔的关系放置，其中当各个电热元件2、3响应所述电热元件的温度改变膨胀或者收缩时，所述陶瓷盘能够自由地沿管道移动到由电热元件相关的止挡装置所允许的程度。
简而言之，本发明的目的是将连接区域集中到紧凑体积中并且使用一个部件即中央杆10作为电源输出口5，该部件在早期仅从机械方面的角度来看是必须的。这导致对着管道1的内部的辐射丝表面的增加并且使得所述表面被用作功率输出。
FeCrAl材料的使用，特别是标明为铬铝钴耐热钢APM(kanthalAPM)材料的使用，减小了用于容纳电热元件的持久线性膨胀所需的空间。而且，因为材料的低的脆性，大大地减小了过多产生火花(over-sparking)的危险和产生蠕变流的危险。材料的破裂基本上是不存在的，并且如果破裂发生了，它将在是电绝缘体的氧化铝中发生。
FeCrAl材料的良好的氧化/腐蚀特性的利用，甚至在由高能量密度产生的高工作温度下，能够使体积优化的桥接和输出口连接区域12沿各个电热元件的轴线选择性地放置。除了提供设计的自由度之外，还能获得允许两个能量区域被给定共同的热膨胀参考点的优点，这降低了由热膨胀的不均匀性导致的不良机械变形的危险，所述热膨胀不均匀性是由关于电热元件、摩擦、热质量、在炉子中电热元件的位置等方面的不同程度的自由辐射导致的。
从管道所述的一端8布设到各个电热元件2、3中以与中央杆1O形成电路的输出口4或者输出口4、6穿过支撑陶瓷盘9。
在一个优选的实施例中，陶瓷套管13-17沿着中央杆5设置在其外侧。除了在管道的端部处将设置在所述电热元件的支腿的各个端部上的陶瓷盘14、15隔开之外，套管同时也一起适合于将陶瓷盘9隔开。
优选地是位于各个电热元件的支腿的端部上的陶瓷盘14、15布设在所述套管的外侧上。位于管道的所述另一端的陶瓷盘15可以直接布设在中央杆5上。
优选地，中央杆5将在它的非导电端通过陶瓷盘支撑，该陶瓷盘通过板29、30固定于中央杆5。
套管13-17用于将沿中央杆位于连接区最中央的陶瓷盘18-21、以及最靠近连接区的陶瓷盘22、23和靠管道的所述另一端11最近的陶瓷盘保持在适当位置。陶瓷盘24向图1中的右侧的运动被固定到中央杆的板25所限制。
优选的是支腿借助于电导体在它的至少确定端26处被短路，所述电导体例如由与电热元件相同的材料构成的板，靠近所述支持陶瓷盘9并且在陶瓷盘的相对于支腿的端部26的相对侧上放置。这种布置确保陶瓷盘将被保持在各个电热元件的支腿的端部。
上述的固定意味着，当电热元件响应温度升高而膨胀时，它们将利用位于陶瓷盘14、15处并向图1中的左边或者右边移动的端部膨胀。陶瓷盘14、15同样与之向图1的左边或者右边移动。这通过盘14a和15a在图1中示出。但是，连接区域将保持基本固定。由于在管道中向外沿两个方向膨胀，可沿管道长度保持均匀的热辐射，而如果热基准点邻近于或者在管道的一端将不是这种情况。
辐射管道优选地是闭管，所以电热元件将不受炉内气氛的影响。
同样优选的是两个辐射管1轴向地相继放置在炉子空间中，以便基本覆盖炉子的宽度。在这种情况下，各个管道的电流接收端(currentreceiving end)对着炉壁。
图8是不完全的示意图，从中可以看出所述短路板也用于连接和短路在连接区12中的电热元件。
图2-7分别是图1中的辐射管的剖视图。附图标记31表示导电板，用于连接和短路电热元件的不同支腿32。附图标记33表示在图中所示的陶瓷板下面的支腿的端部。附图标记34表示支腿的端部。
根据本发明的优选的实施例，距配有输出口的炉壁最远的电热元件通过中央杆5和单独的引入线35通电；见图2-7。另一个电热元件2通过两个单独的引入线36、37通电。
根据另一个优选的实施例，两个电热元件均通过所述中央杆和用于每个电热元件的单独引入线通电。
虽然上述结合水平安装的辐射管进行说明，但是应该理解管还可以以可选方式进行竖直安装。在竖直安装的情况下，陶瓷管道直接安装在中央杆上并且一直向下延伸到外面的管道1的底部。在这种情况下，陶瓷盘和所述套管沿陶瓷管道一直堆到炉顶7。在其它方面，辐射管的配置如上所述。
因此明显的是本发明解决了在导言中提到的问题。
虽然本发明已经参考不同的实施例进行说明，应该理解的是可以使用更多或者更少的支腿，陶瓷盘也可以具有与所述不同的设计，并且电热元件能够以某种不同于所述的方式连接。
由于在所附的权利要求书的范围内能够进行变型和修改，因此本发明将不限于所述的实施例。

Claims (10)

1.一种具有辐射管的电热元件，所述辐射管包括辐射管道(1)和包含在所述管道中的电热元件(2、3)，其中电热元件具有在管道中往复布设的支腿，并且其中电热元件在管道靠近炉壁的一端与电源输出口连接，通过所述电源输出口向电热元件供应电流，其中电热元件通过支持陶瓷盘(9)支撑在管道中，所述陶瓷盘设置有各个支腿延伸穿过的贯穿孔，并且其中两个电热元件(2、3)沿所述辐射管道的长轴顺序地设置在管道中，其特征在于，中央杆(5)贯穿辐射管道(1)的中央从它的一端(8)到它的另一端(11)并且也穿过每个支持盘(9)的中央延伸；中央杆形成用于所述电热元件(3)中至少一个的电源输出口；用于在辐射管道中的两个电热元件的连接区(12)沿管道(1)的纵向方向设置在电热元件之间，其中各个电热元件与它们在所述连接区中的相应电源输出口(4-6)连接；电热元件具有止挡装置(13-17)，其用于基本沿管道的长轴线方向保持在连接区中存在的陶瓷盘(18-23)；并且用于支撑各个电热元件的支持陶瓷盘(9)与所述连接区(12)隔开一定的距离放置，其中当各个电热元件响应所述电热元件的温度改变而膨胀或者收缩时，所述陶瓷盘(14、15)中的至少一些能够以所述电热元件的相关止挡装置(27)所允许的程度自由地沿管道(1)移动。
2.如权利要求1所述的电热元件，其特征在于，从管道所述的一端布设到各个电热元件(2、3)以便与中央杆(5)形成电路的电源输出口(4)或者电源输出口(4、6)延伸穿过陶瓷支持盘(9)。
3.如权利要求1或2所述的电热元件，其特征在于，陶瓷套管(13-17)沿着中央杆(5)设置在其外侧，其中除了在管道的端部(8、11)处将设置在所述电热元件(2、3)的支腿的各个端部上的陶瓷盘(14、15)隔开之外，套管同时也一起适于将支持陶瓷盘(9)隔开。
4.如权利要求1、2或3所述的电热元件，其特征在于，位于各个电热元件的支腿的端部上的陶瓷盘(14、15)沿所述套管(13)的外侧布设。
5.如权利要求1、2、3或4所述的电热元件，其特征在于，支腿借助于电导体(27)在它的至少一个特定的端部(26)处被短路，所述电导体靠近所述支持陶瓷盘(9)并且在陶瓷盘的相应于支腿的端部(26)的相对侧上放置。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的电热元件，其特征在于，陶瓷盘(28)在中央杆的自由的非电流接收端处固定到中央杆(5)上。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的电热元件，其特征在于，辐射管道(1)是闭管。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的电热元件，其特征在于，两个辐射管(1)轴向地相继放置在炉子空间中，以便基本覆盖炉子的宽度。
9.如前述权利要求中任一项所述的电热元件，其特征在于，距带有电源输出口的炉壁(7)最远的电热元件(2)通过所述中央杆和单独的引入线(35)被供电；并且另一个电热元件通过两条单独的引入线(36、37)被供电。
10.如权利要求1-8中任一项所述的电热元件，其特征在于，两个电热元件(2、3)均通过所述中央杆(5)和用于每个电热元件的单独引入线被供电。
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