1.本公开涉及一种用于加热
流体流的电加热器，并且特别地是但非排它地是，本公开涉及一种加热
元件，该加热元件能够安装在由高电阻导电材料形成的电加热器内。
背景技术：
2.用于将气体加热至高温的电加热器通常包括具有纵向延伸孔的陶瓷块或夹套，相对较细的加热丝延伸穿过该纵向延伸孔，以在气体流过陶瓷块时加热气体。电能转化为热量(经由电热丝)的有效性和效率例如取决于所施加的可用电压、电热丝的电阻、电热丝能够达到的最高操作温度、流体流阻力和加热元件的与流动的流体接触的外表面积。通常，传统的电工艺加热器可以达到的最高气体温度可在约700℃到900℃左右。
3.不同类型的电加热器包括一个或
多个加热通道，该一个或多个加热通道形成用于加热流体的元件。wo 2009/071590、us 2007/189741、ep 2784049、us 2013/287378和de 10012675公开了各种这样的加热系统，这些加热系统包括形成一个或多个通道的陶瓷电阻加热元件，待加热的流体流过该一个或多个通道。
4.us 2007/189741和ep 2784049各自公开了包括多个通道的加热元件，该多个通道布置用于供待加热的流体平行流动通过其中。用于加热这些加热元件的电流并联地施加在这些通道之上。
技术实现要素：
5.本公开的一个目的是提供一种加热元件、加热组件和/或电加热器，该加热元件、加热组件和/或电加热器被构造用于通过具有高的单位体积加热表面积来增强装置和流体之间的热能传递。另一特定目的是提供一种加热元件布置，该加热元件布置具有增强的结构和机械特性并且特别地是具有抗弯强度，以承受相对于加热组件/装置的其它部件的振动和运动，并且该加热布置可以在任何定向上操作。另一特定目的是提供一种加热元件和一种电加热器，该电加热器不易由于导电加热元件的不期望运动而发生“短路”，并且不易与自身或该加热装置内的其它导电部件相接触。
6.这些目的经由加热元件和电气加热装置来实现，在该加热元件和电气加热装置中，加热块由导电材料形成，从而无需在加热块的流体流动孔内延伸的其它加热丝(根据现有布置)。因此，由导电材料形成的加热块代表稳定的结构，并且经由内孔或通道而适合用于流体的通流和直接/有效加热。因此，内部中空材料结构能够抵抗在使用中遇到的、由大压力差、重力和循环加热梯度引起的应力和通常物理要求。特别地是，本布置提供了一种高强度加热组件，从而无需附加的丝型加热元件和陶瓷通道状结构。这样，本布置将比传统布置更紧凑并且更轻，并且与传统加热装置相比，其特征在于较高的每单位体积加热表面积。
7.本加热组件适合于经由形成/限定加热块的导电材料而成为主动加热组件，该加热块进而限定a)通路，电流相对于在电加热器内的任何其它导电主体而排它地、主要地或优先地流过该通路，以及b)满足限定供流体流过的结构的功能。然而，本加热块可以与诸如
陶瓷部件、护套、稳定杆或间隔件之类的附加结构元件主体一起操作，这些附加部件提供相对于本加热元件的辅助和被动加热部件，这些辅助和被动加热部件是非导电的，以允许扩展的操作条件。
8.如果并未对加热块的结构进行进一步限定，则如本文在加热块的上下文中使用的术语“块”不限于特定的横截面几何形状，而是还可以涉及任何相关的结构形状。
9.本加热元件进一步有利于实现关于加热块的形状和构造方面的设计选择的自由，该加热块也可以称为加热结构。例如，本加热元件可以通过使用增材制造(诸如，3d打印)来制造，在增材制造中，导电加热块形成为单体主体或形成为增材制造打印的多个单独加热元件的组件/集合，这些加热元件电气地耦合并且机械地组装，以形成加热块。有利地是，加热元件和/或加热块和/或加热结构可以通过增材制造打印以及附加特征和部件的一体制造来形成，这些附加特征和部件诸如是用于连接到电流供应的端子、稳定盘、杆、块、撑条、支架、凸缘和/或流体流引导翅片/表面积扩展部和流体流扰动部，这些流体流扰动部用于扰乱通过孔或通道的流体流。替代地是，诸如用于连接到电流供应的端子、稳定盘、杆、块、撑条和/或支架的附加特征和部件可以单独地制造，并且与加热元件和/或加热块和/或加热结构组装在一起。
10.根据本公开的第一方面，提供一种用于加热流体流的电加热器，该电加热器包括：
11.至少一个加热元件，该至少一个加热元件限定轴向伸长的加热块，该轴向伸长的加热块具有第一纵向端和第二纵向端；
12.多个纵向孔或通道，该多个纵向孔或通道在内部延伸穿过该轴向伸长的加热块，并且在每个相应的第一纵向端和第二纵向端处开口；
13.该至少一个加热元件由用于主动电阻电热的导电材料或用于主动电阻加热的多于一种的导电材料构成；以及
14.第一端子和第二端子，该第一端子和第二端子设置在加热块处、以用于连接到电流供应。该导电材料或该多于一种的导电材料选自以下组成的组：铁铬铝合金；镍铬合金、铜镍基合金或铁镍铬合金以及金属间化合物。
15.因此，可以在电加热器中实现高功率密度，并且该加热元件的附加电阻加热将使得加热块加热至高达1300摄氏度的温度。因此，通过电加热器的流体流可以在单个步骤中加热到高温，诸如例如从环境温度(例如20℃)加热到1000到1250℃的范围内。此外，加热块的电流供应可以由公共线路电压提供。
16.该至少一个加热元件将引导流体流，并且当流体流通过电加热器时加热该流体流。
17.根据实施例，该加热元件可以通过使用增材制造来制造，在增材制造中，导电加热块形成为单体主体或形成为增材制造印刷的多个单独加热元件的组件/集合，这些加热元件电气地耦合并且机械地组装，以形成加热块。这样，可以以有效的方式制造加热元件。即，可以使用的材料选自由以下组成的组中的一种或多种：铁铬铝合金、镍铬合金、铜镍基合金或铁镍铬合金以及金属间化合物，这些材料是使用诸如机加工的普通制造方法可能难以或不可能成型的材料。此外，复杂的几何形状(例如，在通道内部)可以通过使用增材制造来实现。
18.根据一个实施例，如上文或下文限定的加热块的加热表面积与体积比(htvr)由等
式(1)所定义：
19.σ(a)/v≥1m-1
(1)
20.其中，σ(a)是至少在第一纵向端和第二纵向端之间延伸的
所述孔或通道的加热表面积之和，并且v是所述导电材料的总包络体积，其中，所述导电材料的总包络体积是所有的孔和通道以及导电材料的体积之和。
21.根据一个实施例，如上文或下文所限定的电加热器的至少80％还可以满足条件(2)：
22.[润湿周长或周围]/[包络截面积]≥1m-1
(2)
[0023]
其中，润湿周长或周围是加热块的在给定截面处与流体流直接接触的所有边缘的总长度；并且其中，该包络截面积是处于同一纵向方向下的加热块或加热结构以及孔或通道的截面积之和。
[0024]
根据实施例，对于如上文或下文所限定的加热块，htvr和/或条件(2)在1.0至4.0m-1
、1.0至3.0m-1
或1.0至2.5m-1
的范围内。
[0025]
根据本公开，该至少一个加热元件由用于主动电阻加热的导电材料构成，但该至少一个加热元件也可以由用于主动电阻加热的多于一种的导电材料构成。该导电材料可以具有均质组分。如上所述，用于主动电阻加热的导电材料选自由以下组成的组：铁铬铝(fecral)合金；镍铬(nicr)合金、铁镍铬(nicrfe)合金、铜镍(cuni)基合金和金属间化合物。金属间化合物也应生成热量。因此，该至少一个加热元件可以由上述材料中的一种构成或者可以由上述材料的组合构成。此外，该加热结构可以包括不同材料的加热元件。如果将增材制造用作生产方法，则上述材料以粉末或线材的形式提供。
[0026]
根据实施例，加热元件表面负载在大气条件下可以在1到3w/cm2的范围内，并且流体流的出口温度可以在1000到1250℃的范围内。这样，在电加热器的使用过程中，可以在实现高的出口温度的同时在加热块上提供相对较低的表面负载。与使用较细的高电阻加热丝的传统电加热器相比，这可以提供较长的工作寿命。
[0027]
可选地是，该加热器可以包括组装在一起作为加热块的多个加热元件，每个加热元件均包括所述材料并且具有这样的孔或通道，该孔或通道部分地限定该加热块的所述孔或通道。具体地是，每个加热元件可以仅包括一个延伸穿过其中的孔或通道。
[0028]
根据一个实施例，该加热器进一步包括多个稳定杆或间隔件，该多个稳定杆或间隔件定位在加热元件之间并且沿它们相应的长度邻接抵靠于这些加热元件，这些加热元件彼此间隔开并且经由杆或间隔件间接接触。根据这样的布置，该加热器有利地是提供该加热块的面向内和面向外的表面都作为有效加热表面，当流体(诸如，气体)在加热块的相应纵向端之间流动时，这些有效加热表面与该流体相接触。该加热块可以包括邻近于面向外的表面定位的隔热材料。这样的隔热材料可以设置为与面向外的表面直接接触，或者可以与外表面间隔开，以使得该外表面暴露于待加热的流体流/气体流的流动，以增大该装置内的总有效加热表面的大小(表面积)。
[0029]
因此，根据包括组装在一起的多个加热元件的实施例，在内部延伸穿过该轴向伸长的加热块的所述多个纵向孔或通道可以包括形成在相邻加热元件间的面向外的表面之间的间隙区域中的通道。这样，流体流不仅可以流过所述多个加热元件的内部，而且还可以沿着加热元件的外表面流动。因此，该加热块可以提供高htvr。
[0030]
根据实施例，这些稳定杆或间隔件的尺寸设定为在加热元件之间产生所述间隙区域。这样，可以方便地提供间隙区域，同时稳定杆或间隔件可以同时提供加热元件的稳定功能。例如，这些杆或间隔件可以仅邻接抵靠于这些加热元件的面向外的表面的部分。
[0031]
根据实施例，这些稳定杆或间隔件中的至少一个可以布置成与其中三个或四个加热元件邻接。这样，一个杆或间隔件可以支承三个或四个加热元件，同时还至少有助于在这三个或四个加热元件之间提供间隙区域。例如，如果每个加热元件均具有基本上正方形的横截面，则杆或间隔件可以布置成与四个相邻加热元件中的每个加热元件的四个角部部分邻接。可以为具有圆形横截面的加热元件提供杆或间隔件的与四个加热元件相关联的对应位置。替代地是，杆或间隔件可以邻接抵靠于三个具有圆形横截面的加热元件。
[0032]
根据实施例，每个稳定杆或间隔件可以是非导电的。这样，所施加的电流可以不会经由任何杆或间隔件短路，而将只会流过加热元件。例如，这些杆或间隔件可以由不导电的陶瓷材料制成。因此，这些杆或间隔件可以承受电加热器内的高温。
[0033]
根据实施例，所述多个加热元件中的加热元件可以串联地电连接。这样，对于适用的电压，可以实现加热块的合适的总电阻。此外，这样的适用电压可以是常见的线路电压之一，诸如230、400、480或690v。这简化了电加热器与电网的连接。特别地是，这可以实现用于选自由以下组成的组中的材料：铁-铬-铝合金、镍铬合金、铜镍基合金或铁镍铬合金以及金属间化合物。
[0034]
可选地是，该加热器可以包括单个加热元件，该单个加热元件限定具有多个孔或通道的加热块。在这样的构造中，限定所述孔或通道的面向内的表面主要提供流体(气体)的有效加热表面。根据某些实施方式，该有效加热表面是所述孔或通道的面向内的表面的表面积之和。
[0035]
本加热块由高电阻材料形成并且是主要的或唯一的主体，通过向加热块的端子施加电压，电流流过该主体。这种加热块或结构满足了如下主要目的：产生和传递热量以及引导流体(气体)流。
[0036]
可选地是，该加热器可以包括径向突出到所述孔或通道中的翅片或突出部。这些翅片或突出部有利于增加有效表面积，以加热在该加热块的第一纵向端和第二纵向端之间的区域处的气体/流体。
[0037]
可选地是，该加热块可以包括径向地突出到所述孔或通道中的扰动部，以扰乱通过所述孔或通道的流体流。这种扰动部可以由节点、突出部、凸缘、肋、脊、横杆或梁、网等形成，这些节点、突出部、凸缘、肋、脊、横杆或梁、网等被定位在所述孔或通道中，并且限制来自原本纵向流路的流体流。这种扰动部可以同时增加加热元件的表面积和边界层中的流体混合特性，并且因此相应地增加热传递速率。
[0038]
可选地是，这些孔或通道由该加热块的壁限定，这些壁包括减少壁处的材料体积的孔、凹口、凹槽或棘爪中的任何一个或组合。这提供了增加本加热器的htvr、表面负载和加热密度的构造。
[0039]
可选地是，在垂直于该加热块的纵向轴线的平面中，这些壁的横截面积在第一端和第二端之间是不均匀的并且/或者在第一端和第二端之间减小。这种构造可以有利于在加热块处纵向地提供差异或加热梯度。特别地是，该加热块可以设置有管壁，相对于相对较厚的、气体/流体进行加热并且从该装置排出的下游端，该管壁朝向该加热块的第一较冷端
相对较薄，以最大化/优化htvr和表面负载(向该加热块的这一区域提供相对较冷的进气流)。因此，htvr、表面负载和加热密度可以沿纵向方向在加热块的第一端和第二端之间变化。
[0040]
根据一个实施例，该至少一个加热元件是轴向伸长的。在这种构造中，该加热元件在流体流方向上的长度大于垂直于流体流对准的宽度。
[0041]
根据本公开，该加热装置并且特别是内部加热组件不具有任何基于盘绕的丝线或在加热块的孔或通道内纵向延伸的丝线的加热元件。特别地是，提供加热效果的电流仅通过由高电阻材料形成的加热块的壁提供。
[0042]
根据一个实施例，该加热器进一步包括：壳体，该壳体定位成至少部分地围绕该加热块；以及至少一个安装座，该至少一个安装座从壳体径向地延伸，以接触加热块并且将该加热块固定在加热器内。根据另一实施例，该加热器可以进一步包括隔热材料，该隔热材料径向地定位在壳体和加热块中间。
[0043]
可选地是，第一端子和第二端子定位在该至少一个加热元件的第一和第二端中的至少一个处，或朝向该至少一个加热元件的第一端和第二端中的至少一个定位。根据一个实施例，这些端子与该至少一个加热元件和/或该加热块一体地形成。可选地是，这些端子与该至少一个加热元件和/或该加热块非一体地形成，并且以化学或机械方式附连到加热组件。
[0044]
根据本公开的另一方面，提供了一种模块化电加热器组件，该模块化电加热器组件包括多个如本文所述和要求保护的加热块，该多个加热块串联和/或并联地电连接。
附图说明
[0045]
现在将仅以示例方式并且参照附图来描述本公开的特定实施方式，附图中：
[0046]
图1是根据本公开的特定实施方式的包含加热元件的电加热器的侧视剖视图；
[0047]
图2是形成图1的电加热器一部分的加热组件的立体图；
[0048]
图3a是图2的加热组件/加热块的一端的放大图；
[0049]
图3b是通过形成图2的加热块的加热元件的a-a的剖视图；
[0050]
图4是根据本公开的另一特定实施方式的加热块的端部立体图；
[0051]
图5是根据本公开的另一实施方式的具有向内突出的翅片的加热元件的剖视图；
[0052]
图6是根据另一特定实施方式的加热元件的局部截面立体图，该加热元件具有根据特定实施方式的壁厚减小的部分；
[0053]
图7是根据另一特定实施方式的加热元件的部分截面立体图，该加热元件包含内部扰动部，以扰乱通过加热元件的流体流；
[0054]
图8是本公开的另一实施方式的立体图，其中，加热块经由单个加热元件形成为单体主体。
具体实施方式
[0055]
参照图1，电加热器10包括呈管状护套或外壳11形式的壳体，该壳体限定内部腔室17。加热器10包括气体/流体入口管21和带有排气管13的气体出口喷嘴14。固定凸缘20安装到馈电凸缘19，该馈电凸缘19则联接到外部电气连接18。隔热材料37抵靠于或朝向外壳11
的面向内的表面在内部安装于腔室17内。隔热层37进而在腔室17内限定出内腔15，以接纳通常由附图标记23指示的加热块。加热块23安装在成对的中空圆盘40内，该成对的中空圆盘在加热块23的外表面和外壳11的内表面之间径向延伸。
[0056]
加热块23由多个伸长加热元件26形成，该多个伸长加热元件组装在一起，以形成单体加热组件。大致线性的加热元件26的集合限定了大致伸长的加热块23，该加热块具有第一纵向端23a和第二纵向端23b。加热块23进一步包括第一端子22a和第二端子22b，该第一端子和第二端子设置在/连接到第二端23b，以用于连接到外部电气连接18(经由导管16)，用于向加热元件26并且因此向加热块23供应电流。
[0057]
参照图1、图2、图3a和图3b，每个加热元件26形成为内部中空的伸长管，在该伸长管中，内孔或通道25由壁32的面向内的表面28限定，该壁代表每个加热元件26的主体。内部孔或通道25形成穿过每个加热元件26的唯一的孔或通道25。壁32进一步包括面向外的表面29，并且限定在相应的面向内的表面28和面向外的表面29之间。每个加热元件26且由此加热块23是伸长的，其中，加热块23以纵向轴线12为中心，并且每个相应的加热元件26以其自身的相应纵向轴线31为中心。
[0058]
加热元件26优选地是由诸如铁-铬-铝(fecral)的高电阻材料形成的。材料的示例是那些以商品名apm或apmt出售的合金，或者如果将增材制造用作制造方法，则材料示例是以商品名pm100出售的粉末，所有这些都能够从瑞典kanthal公司获得，这些材料的化学组分及其物理和机械特性均通过参照的方式并入本文。取决于流体的组分，诸如镍基合金或钼基合金的其它电阻材料也可以是优选的。
[0059]
在加热元件26经由端子22a、22b连接到外部电气连接18的情况下，电压/电流可以施加到块23。因此，气体/流体可以在其从管21流入腔室17并且流动通过该块时进行加热。特别地是，气体适合于流过内孔25，以经由喷嘴14和排气管13从装置10排出。根据特定实施方式，块23(经由每个加热元件26的壁32)被所施加的电流直接加热，以便在孔25和间隙区域38内提供(对气体流的)直接有效加热。因此，本加热组件消除了对于在孔25内延伸的安装于内部的加热丝或导管的需求(这对于传统的流体电加热器是常见的)。本布置有利于使得加热元件26和在内部腔室17内流动的流体之间的热能传递的效率和有效性最大化。特别地是，本布置提供较大的加热表面积与体积比(htvr)，该加热表面积与体积比可以被定义为加热材料的有效表面积(润湿表面积)除以加热元件32的包络体积。
[0060]
在块23内，加热元件26可以串联连接。也就是说，经由端子22a、22b施加到块23的电压导致电流串联地流过加热元件26。为此，加热元件26经由图1到图3c中未示出的导电元件一个接一个地连接。参照图4的实施例和对导电元件41的讨论。
[0061]
根据特定实施方式，隔热材料24可以定位成封装或至少部分地围绕加热块23的面向外的表面(如由每个加热元件26的面外向表面29的区域所限定的)。在这样的布置中，面向外的表面29的这些被覆盖的区域对于加热流体流是不起作用的，使得面向内的表面28可以是主要的有效加热表面。然而，当气体在相邻的加热元件26之间流动时，面向外的表面29的其它未隐藏/阻塞的区域可以被认为是起作用的。
[0062]
特别地是并且参照图3a和图3b，加热元件26经由中间伸长杆27在位置上固定并且保持为单体组件，这些中间伸长杆在相邻的加热元件26的边缘/表面区域之间延伸并且邻接该边缘/表面区域。杆27的尺寸设定为经由通过内表面28和外表面29限定的可用的有效
加热表面来产生间隙区域38，该间隙区域有效用来增加htvr。杆27可以在加热元件26的整个轴向长度之上延伸，或者可以仅在整个长度中的仅仅部分长度之上延伸。因此，杆27可以形成为相对较短的衬套或间隔件，以便进一步使得可用的有效加热表面积最大化，这进而又提高了htvr。
[0063]
因此，加热块23的htvr可以被定义为有效/暴露的加热表面(同时包括面向内的表面28和面向外的表面29的区域)的总和除以加热块的形成/创建壁32的总包络体积。这样，本加热组件(加热块23)包括较高的单位体积加热表面积，即较高的加热密度。因此，这样的布置提供了具有以w/m2表述的相对较低的表面负载的加热布置。有利地是，除了排气区域13、14处的较高出口温度之外，本发明的加热布置/装置也适合用于相对较长的工作寿命。在加热元件26由以商品名apm或apmt出售的高电阻材料形成的情况下，或者如果使用增材制造作为制造方法而可以使用以商品名pm100销售的粉末(所有这些都可以从瑞典kanthal公司获得)，空气中的最高加热温度可能达到1300℃左右。对于大气条件，加热元件的表面负载可以在1到3w/cm2的范围内，对于在100bar压力下运行的系统，加热元件的表面负载可以达到高达30w/cm2的数值。根据本公开的电加热器可以经由本文所述的构造而包括1至2.5的htvr(1/m)。这与传统的工艺电加热器形成对比，在传统的工艺电加热器中，较细的高电阻加热丝穿过陶瓷加热块的内孔安装并且螺接。这种传统布置通常在空气中实现1100℃的最高加热温度，其中，元件表面负载为3到20w/cm2，htvr为0.2到0.5。
[0064]
图4示出了图1到图3b的加热块23的另一实施方式，在该实施方式中，相对于图3b所示的矩形截面轮廓，各个加热元件26形成为具有圆形截面形状轮廓的管。如将要指出的，通过a-a的横截面轮廓限定在垂直于纵向轴线12、31对准的平面中。
[0065]
再次，加热元件26串联地电连接。为此，提供适当数量的导电元件41，每个导电元件连接两个加热元件26，使得加热元件26在整个加热块中串联连接。
[0066]
因此，一个这样的导电元件41可以将第一加热元件26的一个端部部分与第二加热元件26的端部部分连接。第二加热元件26的相对端部部分连接到第三加热元件的端部部分，因此连接到整个加热块23。这一系列互连的加热元件26中的第一加热元件和最后一个加热元件26设置有端子22a、22b中的每一个。
[0067]
导电元件41可以在以增材制造工艺制造加热块23期间与加热元件26一起制造。这样，整个加热块23可以在一个制造步骤中制造。如果使用稳定杆27，则这些稳定杆可以在加热块23的制造之后插入。可选地是，也参见图2，端子22a、22b也可以在增材制造过程中制造。
[0068]
替代地是，导电元件41可以与加热元件26分开制造，并且可以在单独的制造步骤中连结到加热元件26。
[0069]
此外，在该加热块的这种实施方式中，加热元件26可以经由中间伸长杆(未示出)而在位置上固定并且保持为单体组件，该中间伸长杆在相邻的加热元件26的边缘/表面区域之间延伸并且邻接该边缘/表面区域。在该实施方式中，每个杆将邻接抵靠于三个相邻的加热元件26。再次，在各个加热元件之间将保持/形成间隙区域。
[0070]
图5示出了本公开的另一实施方式，在该实施方式中，每个加热元件26均包括径向向内突出的翅片30。每个翅片30从壁32朝向内孔25的轴向中心31延伸。翅片30有利于在恒
定的流体出口温度下进一步增加有效表面积，进而增加htvr、加热密度以及相应地是来自排气管13、14或更小的加热器特征尺寸的加热气体的可用输出操作温度。
[0071]
参照图6，htvr可以通过减小形成壁32的高电阻材料的体积而进一步提高。特别地是，壁32的区域可以经由每个或至少一些加热元件26的外表面29中凹入的凹槽33或通道34来减小厚度。附加地是或替代地是，壁32可以包括在面向外的表面29和面向内的表面28之间延伸的通孔39，以进一步减少导电材料的质量并且因此增加htvr。上述特征还可以允许人为地增加整个流量加热器的总电阻，这将使本发明的流量加热器10甚至更适合于直接连接到线路电压。
[0072]
参照图7，根据另外可选的实施方式，加热元件26中的至少一些可以设置有扰动部35、36，这些扰动部呈从面向壁的面向内的表面28径向向内突出的障碍物的形式。这样的扰动部35、36定位在孔25的流路中，并且有效用以扰乱气体流并进而产生涡流，由此增强边界层中的混合效果，并且因此增加向流体的热传递。出于上述原因，这种扰动部可以进一步增加有效加热表面积。
[0073]
参照图8，加热块23的另一实施方式形成为单个单体主体，在该单体主体中，单个加热元件26包括多个内孔25，该多个内孔在第一纵向端23a和第二纵向端23b之间延伸(参照图1所示)。电气端子22a和22b(参照图1所示)连接到或设置在或朝向一个或两个纵向端23a、23b，以便与外部电流供应进行电连接。该另一实施方式的加热块23也由诸如fecral合金的高电阻材料形成。图8的加热块23的所有其它特征和功能与针对图1至图7的实施例所描述的一样，在图1至图7的实施例中，气体适合于在孔25内流动并通过使得电流通过形成加热块壁32的电阻材料而进行加热。
[0074]
加热块23/加热元件26可以经由诸如3d打印和其它基于计算机模型的工程制造方法的常规技术方便地制造。这种技术能够在单个制造工艺中制造出如图5到图8所示的加热元件的复杂形状和构造，这些加热元件包括翅片30、凹槽和通道33、34、孔39以及扰动部35、36。
[0075]
参照诸如fecral基合金的高电阻材料来描述本实施例。然而，这些实施例可以由任何合适的导电材料形成，该导电材料包括基于nicr的合金、基于nicrfe的合金、基于cuni的合金或基于mo的合金。所有构造都可以由基于粉末的材料和工艺形成。
[0076]
电气端子22a、22b可以与加热元件26和/或加热块23一体地形成。根据另外的实施方式，端子22a、22b可以经由化学或机械附连而附接或连接到加热块23的相应区域。优选地是，端子22a、22b在加热块23的一个纵向端处一体地形成。
技术特征：
1.一种用于加热流体流的电加热器(10)，所述电加热器包括：至少一个加热元件(26)，所述至少一个加热元件限定轴向伸长的加热块(23)，所述轴向伸长的加热块具有第一纵向端(23a)和第二纵向端(23b)；多个纵向孔或通道(25)，所述多个纵向孔或通道在内部延伸穿过所述轴向伸长的加热块(23)，并且在每个相应的第一纵向端(23a)和第二纵向端(23a)处开口；所述至少一个加热元件(26)由用于主动电阻加热的导电材料或用于主动电阻加热的多于一种的导电材料构成；以及第一端子(22a)和第二端子(22b)，所述第一端子和第二端子设置在所述加热块(23)处、以用于连接到电流供应；其中，所述导电材料或所述多于一种的导电材料选自由以下组成的组：铁铬铝合金；镍铬合金、铜镍基合金或铁镍铬合金以及金属间化合物。2.根据权利要求1所述的电加热器(10)，其中，所述加热元件(26)通过使用增材制造来制造，在增材制造中，所述导电加热块(23)形成为单体主体或形成为增材制造打印的多个单独加热元件(26)的组件/集合，所述多个单独加热元件电气地耦合并且机械地组装，以形成所述加热块(23)。3.根据权利要求1或2所述的电加热器(10)，其中，所述加热器(10)满足由如下等式定义的、所述加热块(23)的每单位长度的加热表面积与体积比(htvr)：σ(a)/v≥1m-1
其中，σ(a)是至少在所述第一纵向端(23a)和第二纵向端(23b)之间延伸的所述孔或通道的加热表面积之和，并且v是所述导电材料的总包络体积。4.根据权利要求3所述的电加热器(10)，其中，htvr在1.0到4.0m-1
、1.0到3.0m-1
或1.0到2.5m-1
的范围内。5.根据任一前述权利要求所述的电加热器(10)，其中，加热元件表面负载在大气条件下在1到3w/cm2的范围内，并且出口温度在1000到1250℃的范围内。6.根据任一前述权利要求所述的电加热器(10)，包括多个加热元件(26)，所述多个加热元件被一起组装为所述加热块(23)，每个加热元件(26)均包括所述材料并且具有这样的孔或通道(25)，所述孔或通道部分地限定所述加热块(23)的所述孔或通道(25)。7.根据权利要求6所述的电加热器(10)，包括多个稳定杆或间隔件(27)，所述多个稳定杆或间隔件定位在所述加热元件(26)之间并且沿所述加热元件的相应的长度邻接抵靠于所述加热元件(26)，所述加热元件(26)彼此间隔开并且经由所述杆或间隔件(27)间接接触。8.根据权利要求6或7所述的电加热器(10)，其中，在内部延伸穿过所述轴向伸长的加热块(23)的所述多个纵向孔或通道(25)包括这样的通道(25)，所述通道形成在相邻的加热元件26之间的面向外的表面29之间的间隙区域中。9.根据权利要求7和8所述的电加热器(10)，其中，每个所述稳定杆或间隔件(27)的尺寸设定为在所述加热元件(26)之间产生所述间隙区域。10.根据权利要求7到9中任一项所述的电加热器(10)，其中，所述稳定杆或间隔件(27)中的至少一个稳定杆或间隔件布置成与三个或四个所述加热元件(26)邻接。11.根据权利要求7到10中任一项所述的电加热器(10)，其中，所述稳定杆或间隔件
(27)中的每个稳定杆或间隔件均是不导电的。12.根据权利要求6到11中任一项所述的电加热器(10)，其中，所述多个加热元件(26)中的加热元件(26)串联地电连接。13.根据权利要求1到5中任一项所述的电加热器(10)，包括单个加热元件(26)，所述单个加热元件限定所述加热块(23)，所述加热块具有所述多个孔或通道(25)。14.根据任一前述权利要求所述的电加热器(10)，其中，所述加热块(23)包括翅片或突出部(30、35、36)，所述翅片或突出部径向地突入所述孔或通道(25)。15.根据任一前述权利要求所述的电加热器，其中，所述孔或通道(25)由所述加热块的壁(32)限定，所述壁(32)包括减少所述壁(32)处的材料的体积的孔(39)、凹口、凹槽或棘爪(33、34)中的任何一种或组合。16.根据任一前述权利要求所述的电加热器(10)，包括：壳体(11)，所述壳体定位成至少部分地围绕所述加热块(23)；以及至少一个安装座，所述至少一个安装座从所述壳体(11)径向地延伸，以接触并且在位置上将所述加热块(23)固定于所述加热器(10)内；并且可选地是，进一步包括隔热材料，所述隔热材料定位在所述壳体(10)和所述加热块(23)中间。
技术总结
一种加热元件和加热组件，该加热元件和加热组件作为加热装置的一部分来加热流体。该加热元件由诸如FeCrAl基材料的高电阻材料形成。该加热装置包括加热块，该加热块具有较高的加热表面积与体积比(HTVR)，以在低的表面负载下实现高的加热密度。实现高的加热密度。实现高的加热密度。
技术研发人员：
马库斯
受保护的技术使用者：
康泰尔有限公司
技术研发日：
2021.03.22
技术公布日：
2022/11/4
