一种发热电阻结构以及使用该发热电阻的辐射式电热元件的制作方法

1.本实用新型涉及电热元件技术领域，尤其是一种发热电阻结构以及使用该发热电阻的辐射式电热元件。


背景技术：

2.现有的电加热元件通常采用固体粉状材料作为填充材料，来作为绝缘和传热的介质，通过传导的方式进行传热；也就是说，电阻丝产生的热量，通过填充的绝缘材料，传递给金属管，金属管再将热量传递给被加热的气体、液体和固体介质。由于现有的氧化镁等绝缘材料，在加热元件经过缩管后内部填充的绝缘材料仍然存在较大的孔隙率，而孔隙中的空气在高电压作用下将会发生电离现象，因此现有的加热元件无法在高压电直接供电下使用。
3.对于储能、风电、光电、光热发电、风光互补发电、电厂峰谷储能、集中供暖峰谷储能等领域，所需电加热器功率从几兆瓦到几百兆瓦，由于现有的加热元件采用中低供电，其将电能转化成热能通常需要配套相应的电力电缆和相应的变压器，成本和费用很高，并且在转换传输过程中还存在较大的能量消耗。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的发热电阻结构以及使用该发热电阻的辐射式电热元件，从而能够直接适用于高压供电，并且在增加传热效率的同时，可靠降低了电阻丝温度，实用性好。
5.本实用新型所采用的技术方案如下：
6.一种发热电阻结构，包括电阻丝，电阻丝沿着长度方向缠绕形成前后间隔均匀的螺旋状结构；沿着螺旋缠绕的方向，电阻丝由交替设置的直线部和弧形过渡部构成；沿着螺旋状结构的轴向，内切于各个直线部内侧在空间构成内切柱形，外接于各个弧形过渡部外端在空间构成外接柱形；所述外接柱形的径向尺寸与内切柱形的径向尺寸之差，大于电阻丝的直径尺寸。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.位于螺旋状结构的两端，由电阻丝的两端端部缠绕形成螺旋端；所述螺旋端的螺旋直径尺寸小于螺旋状结构的尺寸。
9.一端螺旋端位于螺旋状结构的轴向中心线上，另一端螺旋端位于螺旋状结构的边缘处。
10.所述螺旋端均由相应的直线部弯折延伸螺旋缠绕而成。
11.相邻两个直线部之间的夹角均小于90
°
。
12.一种使用所述的发热电阻结构的辐射式电热元件，包括电阻丝，电阻丝由交替设置的直线部和弧形过渡部缠绕构成前后间隔均匀的螺旋状结构；所述螺旋状结构沿着轴向套装于内管上，内管外壁面上开设有与直线部相互嵌装配合的凹槽；所述螺旋状结构外部
套装有外管，外管外部套装有金属管；所述电阻丝两端连接有引出线，通过引出线引出至金属管外部。
13.作为上述技术方案的进一步改进：
14.所述电阻丝端部的两根引出线从金属管的同一端引出，两根引出线平行设置且其轴向之间存在距离。
15.所述金属管和外管同轴设置且均为一端开口的管状结构，金属管开口端配装有端盖，引出线从内向外贯穿端盖后向外引出。
16.位于螺旋状结构的两端，由电阻丝的两端端部缠绕形成螺旋端，轴向贯穿内管中心安装有长引线棒；所述长引线棒一端与其中一个螺旋端电性连接，该螺旋端位于螺旋状结构的轴向中心线上，长引线棒另一端安装有绝缘陶瓷柱，绝缘陶瓷柱支撑固定于端盖的中心处；另一个螺旋端位于螺旋状结构的边缘处，该螺旋端电性连接有短引线棒；所述长引线棒和短引线棒平行间隔设置并分别电性连接有引出线。
17.靠近于端盖处的内管端部长度长于螺旋状结构的长度，位于螺旋状结构轴向外部的内管上套装有保温段，保温段容纳于外管内部；所述引出线穿过保温段后穿出端盖。
18.本实用新型的有益效果如下：
19.本实用新型结构紧凑、合理，发热电阻结构一方面通过轴向中心孔套装支撑于内管上，另一方面通过外端直线部与弧形过渡部的交替缠绕向外发散并形成较大的发热面积，从而在增加传热效率的同时，可靠降低电阻丝温度，并且实现了将电阻丝产生的热量通过辐射方式传递到外层的金属管，有效避免了现有填充材料孔隙率的影响，尤其适用于高压环境中的使用。
20.本实用新型还包括如下优点：
21.本实用新型的辐射式电热元件，可以制作成不同直径、不同长度、不同功率、不同设计温度，适用于低压、中压，高压直接供电，并且避免了加热元件容易受潮等潜在问题；
22.本实用新型的辐射式电热元件，可以直接使用高压供电，高压电的电压范围从10kv到100kv不等，也可以使用更高电压的高压电源直接供电，大幅度节省了电力电缆的费用和变压器的费用，节省的费用甚至比加热器系统的采购费用还要高，另外由于采用高压电直接供电，电流显著减小，也减少了电力控制和电力传输的能量消耗。
23.本实用新型中，电阻丝两端的螺旋端错开布设，一端通过中心处的长引线棒引出，另一端通过短引线棒直接引出，从而使得两根引出线位于同一端，并且可靠保证了引出线之间的间隔距离，有效保障于实际使用，尤其是高压环境下的使用。
附图说明
24.图1为本实用新型发热电阻结构的结构示意图。
25.图2为图1中a处的局部放大图。
26.图3为本实用新型电阻丝的轴向视图。
27.图4为本实用新型辐射式电热元件的外形图。
28.图5为本实用新型辐射式电热元件的剖视图。
29.图6为本实用新型电阻丝两端与引出线的连接示意图。
30.其中：1、电阻丝；2、金属管；3、端盖；4、绝缘陶瓷柱；5、内管；6、外管；7、保温段；
31.11、螺旋端；12、内切柱形；13、外接柱形；14、弧形过渡部；15、直线部；16、引出线；17、短引线棒；18、长引线棒；
32.51、端块；52、锁紧螺母；
33.61、缓冲垫一；62、缓冲垫二；63、缓冲环。
具体实施方式
34.下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
35.如图1、图2和图3所示，本实施例的一种发热电阻结构，包括电阻丝1，电阻丝1沿着长度方向缠绕形成前后间隔均匀的螺旋状结构；沿着螺旋缠绕的方向，电阻丝1由交替设置的直线部15和弧形过渡部14构成；沿着螺旋状结构的轴向，内切于各个直线部15内侧在空间构成内切柱形12，外接于各个弧形过渡部14外端在空间构成外接柱形13；外接柱形13的径向尺寸与内切柱形12的径向尺寸之差，大于电阻丝1的直径尺寸。
36.本实施例中，发热电阻结构可以通过内切柱形12可靠稳定的套装支承于外部内管5上，并且通过直线部15的设置，能够使得轴向相对于内管5相对固定，实现结构上的可靠、稳定、方便安装。
37.位于螺旋状结构的两端，由电阻丝1的两端端部缠绕形成螺旋端11；螺旋端11的螺旋直径尺寸小于螺旋状结构的尺寸；通过两端螺旋端11与外部电源连接。
38.一端螺旋端11位于螺旋状结构的轴向中心线上，另一端螺旋端11位于螺旋状结构的边缘处，通过不同位置螺旋端11的设置，来助力于最终引出线16能够从同一端引出。
39.螺旋端11均由相应的直线部15弯折延伸螺旋缠绕而成，通过螺旋缠绕来与外部引线棒可靠连接。
40.相邻两个直线部15之间的夹角均小于90
°
，以使得内切柱形12与外接柱形13之间的直径差值较大，在保证稳定支撑安装的同时，能够尽可能的增大发热面积，增大热量的产生和发散。
41.相邻两个直线部15之间的夹角大于90
°
时，则内切柱形12与外接柱形13之间的直径差值较小，其也能起到稳定支撑安装和热量发散的作用，只是效果没有小于90
°
时好。
42.如图4、图5和图6所示，本实施例的使用发热电阻结构的辐射式电热元件，包括电阻丝1，电阻丝1由交替设置的直线部15和弧形过渡部14缠绕构成前后间隔均匀的螺旋状结构；螺旋状结构沿着轴向套装于内管5上，内管5外壁面上开设有与直线部15相互嵌装配合的凹槽；螺旋状结构外部套装有外管6，外管6外部套装有金属管2；电阻丝1两端连接有引出线16，通过引出线16引出至金属管2外部。
43.本实施例中，发热电阻结构一方面通过轴向中心孔套装支撑于内管5上，另一方面通过外端直线部15与弧形过渡部14的交替缠绕向外发散并形成较大的发热面积，从而在增加传热效率的同时，可靠降低电阻丝温度，并且实现了将电阻丝产生的热量通过辐射方式传递到外层的金属管2，有效避免了现有填充材料孔隙率的影响，尤其适用于高压环境中的使用。
44.电阻丝1端部的两根引出线16从金属管2的同一端引出，两根引出线16平行设置且其轴向之间存在距离，通过距离的设置和保持，使得两根引出线16互补干扰。
45.金属管2和外管6同轴设置且均为一端开口的管状结构，金属管2开口端配装有端
盖3，引出线16从内向外贯穿端盖3后向外引出。
46.本实施例中，端盖3的设置，起到电热元件整体结构的支撑作用；金属管2开口端与端盖3通过周向布置的紧固件固定安装，外管6开口端通过缓冲环63压装于端盖3内侧面。
47.在外管6的另一端处，其外侧面与金属管2内壁之间安装有缓冲垫一61，内侧面与由内管5、电阻丝1构成的发热组件之间安装有缓冲垫二62；通过缓冲垫一61、缓冲垫二62以及缓冲环63的设置，使得外管6相对于金属管2、发热组件之间的安装位置稳定可靠，并且对外管6的正常使用起到保护作用。
48.位于螺旋状结构的两端，由电阻丝1的两端端部缠绕形成螺旋端11，轴向贯穿内管5中心安装有长引线棒18；长引线棒18一端与其中一个螺旋端11电性连接，该螺旋端11位于螺旋状结构的轴向中心线上，长引线棒18另一端安装有绝缘陶瓷柱4，绝缘陶瓷柱4支撑固定于端盖3的中心处；另一个螺旋端11位于螺旋状结构的边缘处，该螺旋端11电性连接有短引线棒17；长引线棒18和短引线棒17平行间隔设置并分别电性连接有引出线16。
49.本实施例中，内管5两端开口端分别配装有端块51，轴向贯穿的长引线棒18受到两端端块51支撑，位于端块51外侧面的长引线棒18上均配装有锁紧螺母52，从而实现长引线棒18相对于内管5的稳定、可靠安装。
50.本实施例中，电阻丝1两端的螺旋端11错开布设，一端通过中心处的长引线棒18引出，另一端通过短引线棒17直接引出，从而使得两根引出线16位于同一端，并且可靠保证了引出线16之间的间隔距离，有效保障于实际使用，尤其是高压环境下的使用。
51.靠近于端盖3处的内管5端部长度长于螺旋状结构的长度，位于螺旋状结构轴向外部的内管5上套装有保温段7，保温段7容纳于外管6内部；所述引出线16穿过保温段7后穿出端盖3。
52.本实施例中，保温段7位于缓冲环63内侧面并相互抵接，通过保温段7的设置，与引出线16处形成冷端，便于线缆的可靠连接和稳定使用。
53.本实施例中的保温段7通过填充保温材料，来降低引线温度。
54.本实施例中，金属管2开口端周向向外延伸有法兰结构，通过法兰结构与端盖3贴合安装。
55.本实施例中的内管5为陶瓷管或是石英管。
56.本实施例中，电阻丝1上和金属管2内壁面上，均可以喷涂耐高温绝缘材料，进一步增加传热效率，降低电阻丝温度；并且，当外管6发生破裂后，金属管2内壁会仍然具有良好的绝缘性能。
57.本实施例中，外管6由石英等透光材料制作，起到绝缘、耐高电压和透光，实现辐射传递热量的作用。
58.本实用新型的辐射式电热元件，可以制作成不同直径、不同长度、不同功率、不同设计温度，适用于低压、中压，高压直接供电，并且避免了加热元件容易受潮等潜在问题；
59.本实用新型的辐射式电热元件，可以直接使用高压供电，高压电的电压范围从10kv到100kv不等，也可以使用更高电压的高压电源直接供电，大幅度节省了电力电缆的费用和变压器的费用，节省的费用甚至比加热器系统的采购费用还要高，另外由于采用高压电直接供电，电流显著减小，也减少了电力控制和电力传输的能量消耗。
60.本实用新型结构巧妙，实现了将电阻丝产生的热量通过辐射方式传递到外层的金
属管，在增加传热效率的同时，可靠降低电阻丝温度，实用性好。
61.以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。