本發(fā)明涉及一種電阻加熱器，更具體地說，本發(fā)明涉及一種至少含有一個加熱元件的長形電阻加熱器，此加熱元件由絕緣材料包住的導(dǎo)電線心所組成。這種類型的加熱器能夠用來在高溫下，在高度腐蝕性的環(huán)境中長時間地工作。例如，這種加熱器能在超過約600℃的溫度下，長年用來加熱井孔的一部分。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種容易構(gòu)成，并且操作可靠的用于井中的長形電加熱裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包含至少一個內(nèi)部金屬芯線的長形電阻加熱器，此芯線是一個加熱元件或至少包括一個加熱元件。此加熱元件由管狀金屬鎧裝包住的絕緣的導(dǎo)電線心所組成。所說的芯線被包入金屬外鎧裝內(nèi)，此外鎧裝基本上是連續(xù)密封的，并沿徑向向內(nèi)受到壓縮，直至在該外鎧裝和芯線之間產(chǎn)生金屬與金屬的接觸。
這里所用的詞語“芯線”包括導(dǎo)線、電纜、棒狀或管狀芯線。
以下將參照附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的解釋。
圖1是本發(fā)明的加熱器的一部分的縱向視圖。
圖2是這種加熱器的橫截面圖，其中一組包括加熱器電纜和其它芯線的金屬芯線被包在金屬外鎧裝內(nèi)。
圖3是本發(fā)明加熱器的帶有加熱元件線心部分的縱向視圖。
圖4示出了針對彎曲應(yīng)力將本加熱器的一部分加強的一種方法。
圖5示出了裝配本發(fā)明的加熱器的方法，此加熱器有一串相串聯(lián)的加熱元件。
圖6示出了把本發(fā)明加熱器拉過旋鍛機而裝配該加熱器的方法。
本發(fā)明是（至少部分是）基于某種發(fā)現(xiàn)而提出的，即（特別是在地下井中工作的長形加熱器）本發(fā)明類型的加熱器特別易于構(gòu)成并可在許多場合下應(yīng)用。向內(nèi)壓縮的密封外鎧裝提供了一種方便的方法來確保加熱元件耐滲漏、腐蝕之類的穩(wěn)定性。在以下一些場合下，本發(fā)明尤為有用：單個加熱元件不能用長度或直徑足夠大的線心和適當(dāng)厚度、強度或金屬特性的鎧裝所制成;和/或加熱器需要以頭尾相連或并排放置并且串聯(lián)聯(lián)接的加熱元件;或多個加熱元件并聯(lián)地連接，并沿加熱器以不同的鄰距并排地放置，以便以最小的供電電壓和/或沿加熱器的不同位置等得到所希望的功率輸出或功率強度。
當(dāng)要求在控制的制造條件下完成金屬連接操作（例如焊接、釬焊等），以形成在整個長度方向上基本上密封的金屬管或金屬鎧裝時，本發(fā)明尤其能顯示出其優(yōu)越性。
本發(fā)明的加熱器及其制造方式提供了一種比較方便的方法，來連接有著不同線心電阻率和/或不同橫截面積或形狀、或不同材料的加熱元件，以形成能沿其長度方向的不同部位以不同速率加熱的可卷繞的長形加熱器。
圖1示出了本發(fā)明的加熱器的中心部分。圖示的部分包括一組加熱元件，每個加熱元件都包括一條在金屬鎧裝3內(nèi)，并由固體（顆粒狀、薄層狀或整體的）耐熱絕緣材料2包住的導(dǎo)電線心1。通過焊接點4（和/或釬焊，或金屬連接器等）把加熱元件的導(dǎo)電線心接合在一起而使其相互之間串聯(lián)地電連接。
接上供電系統(tǒng)5，即對加熱元件供應(yīng)電流。
加熱器線心1的相互連接部分1被耐熱固體絕緣材料6所包住。相互連接的加熱器線心和周圍的絕緣材料都包在金屬外鎧裝7內(nèi)，該外鎧裝7向內(nèi)受到壓縮而在外鎧裝的金屬表面和外鎧裝所包住的金屬芯線的金屬表面（例如加熱器元件鎧裝3）之間產(chǎn)生金屬與金屬的接觸（如在8處所示）。絕緣材料部分6最好以預(yù)成形的固體塊的形式在一開始時就安裝，當(dāng)外鎧裝向內(nèi)受到壓縮時，此固體塊被已壓或填入線心1和外鎧裝之間的空間的顆粒塊狀物。外鎧裝的向內(nèi)壓縮可采取擠壓、拉伸等方式來達(dá)到。
圖2示出了本發(fā)明加熱器的橫截面，其中，在金屬外鎧裝（如外鎧裝7）內(nèi)包含了一組各種類型的金屬芯線。在所示的實施方案中，內(nèi)部芯線包括一對被金屬鎧裝（例如鎧裝3）所包住的加熱器電纜。一個內(nèi)部元件由被金屬鎧裝9所包住的熱偶電纜組成。一個內(nèi)部元件由包含比較大和高導(dǎo)電率的導(dǎo)電線心10的電源電纜所組成，該線心10被包在固體耐熱絕緣材料2和金屬鎧裝3a內(nèi)。其它內(nèi)部元件由金屬管11組成。管狀芯線，例如11，可用作“微井”，細(xì)長的記錄裝置，如熱電偶，可通過該微井，在加熱區(qū)內(nèi)移動;或可用作結(jié)構(gòu)元件，或可被一種結(jié)構(gòu)元件（比如導(dǎo)線或棍等）所替代或與之同時使用
如所指出的，金屬外鎧裝，例如外鎧裝7，向內(nèi)受到壓縮而在該外鎧裝與內(nèi)部金屬芯線的金屬表面之間產(chǎn)生金屬與金屬的接觸。如圖所示，在金屬外鎧裝包含中空或可變形的金屬芯線的地方，最好向內(nèi)壓縮至內(nèi)部芯線產(chǎn)生足夠的變形，以確保這些芯線的壁和外鎧裝的壁之間產(chǎn)生導(dǎo)熱效果良好的金屬與金屬的接觸，而又不會使這些元件變形到足以降低在其預(yù)定用途中的效果。
圖3示出了此類型加熱器的一部分，其中，內(nèi)部加熱元件的導(dǎo)電芯線和外鎧裝的金屬焊接在一起，并電連接到電源（未示出）上。在此實施方案中，金屬外鎧裝12通過周邊焊接13連接到端片12a上。此外鎧裝圍繞著一個內(nèi)部加熱元件沿徑向向內(nèi)受壓縮，此加熱元件有一條與端片芯桿14a電連接的電阻加熱線心14。電阻器14的中心部分由壓緊的固體絕緣材料顆粒和金屬鎧裝16所包住。至少外鎧裝12的中心部分沿徑向向內(nèi)受的壓縮以達(dá)到與加熱器鎧裝16之間的金屬與金屬的接觸。加熱器電阻的端片14a最好由預(yù)先成形的固體絕緣材料塊19包住。已成形的外鎧裝的端片12a繞導(dǎo)體14a滑動，并通過周邊焊接20電連接到14a上。
圖4示出了一個實施方案，該方案中，利用周邊焊接22（或熱裝冷縮固定、釬焊等）將金屬短套管21圍繞著外鎧裝7而與其相連接，以增強抵抗加熱器扭曲的能力。
圖5示出了裝配此種加熱器的一種方法，采用接合其導(dǎo)電線心的連接方法，例如焊接4，可將一串帶有金屬鎧裝3和3a的內(nèi)部加熱元件的分段相互連接起來。由粉末狀固體絕緣材料預(yù)成形的固體壓制塊，即裝配部分23和23a繞著相互連接的導(dǎo)電線心而固定。固定部分的直徑最好稍大于加熱元件鎧裝3的直徑，但是要小于外鎧裝7的內(nèi)徑。將這樣裝配而成的組件連同其余的金屬管（例如圖2等當(dāng)中的熱偶管9，或微井管11）先拉入外鎧裝7中，然后向內(nèi)壓縮外鎧裝，以達(dá)到內(nèi)管的外表面之間的金屬與金屬的接觸。對絕緣材料預(yù)成形體所產(chǎn)生的擠壓作用確保了由該絕緣材料所形成的顆粒分布并使之被壓緊在相互連接的加熱器元件線心的周圍空間內(nèi)。
圖6示出了另一種構(gòu)成該加熱器的方法，此方法尤其適用于特別長的加熱器。如圖所示，將通過周邊焊接24與7a部分連接的外鎧裝的一部分7拉過軋輥旋鍛機的壓輥，以沿徑向向內(nèi)壓縮該外鎧裝。帶有包著絕緣了的導(dǎo)電線心的鎧裝3和3a的內(nèi)部加熱元件的各部分通過接合線心的焊接法而相互連接在一起，這些焊接部位最好由模制的絕緣材料23包住，如箭頭所示，加入附加的部分并向旋鍛機推進(jìn)，可將加熱元件加長。每個這些加熱元件都帶有如3b那樣的鎧裝，并隨后被外鎧裝，比如7、7a和7b，所包住，隨著裝配件送向旋鍛機25，更多的分段可加于其上。
1、一種長形的電阻加熱器，該加熱器包括：
至少一個包括至少一個加熱元件的內(nèi)部金屬芯線，此加熱元件帶有在金屬鎧裝內(nèi)的，被固體絕緣材料包住的導(dǎo)電線心；
一個包住內(nèi)部芯線，并主要由基本上連續(xù)密封的金屬管組成的外鎧裝，該金屬外鎧裝沿徑向向內(nèi)受到壓縮而在該外鎧裝與內(nèi)部芯線之間產(chǎn)生金屬與金屬的接觸；以及
對加熱元件供應(yīng)電流的裝置。
2、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，至少一個加熱元件含有無機絕緣的加熱電纜，該電纜有一條基本上是純金屬的導(dǎo)電線心，此線心在金屬鎧裝內(nèi)，并由無機絕緣材料顆粒所包住。
3、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，內(nèi)部芯線至少包括一條芯線，而不是一個加熱元件。
4、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，內(nèi)部金屬芯線和向內(nèi)受壓的金屬外鎧裝都卷繞起來，以制成一種能進(jìn)入井內(nèi)并在井內(nèi)工作的長加熱器。
5、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，內(nèi)部芯線至少包括兩個排列好的加熱元件，以便使該加熱器能夠沿加熱器的不同位置產(chǎn)生不同的加熱速度或溫度。
6、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，至少兩個加熱元件頭尾相連地排列，并以串聯(lián)的方式電連接。
7、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，至少兩個加熱元件并排地排列，并以串聯(lián)的方式電連接。
8、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，至少兩個加熱元件并排地排列，并以并聯(lián)的方式電連接。
9、如權(quán)利要求1的加熱器，其中，至少兩個加熱元件具有不同的單位長度電阻。
10、一種制成長形電阻加熱器的方法包括：
放置至少一條金屬芯線作為被金屬外鎧裝包住的內(nèi)部芯線，此外鎧裝在其整個長度上基本上是完全密封的;
包住至少一條含有至少一個加熱元件的上述內(nèi)部金屬芯線，該加熱元件有一條在管狀金屬鎧裝內(nèi)，并被固體絕緣材料包住的導(dǎo)電線心;以及
沿徑向向內(nèi)壓縮包住芯線的金屬外鎧裝，以在外鎧裝和內(nèi)部芯線的金屬之間產(chǎn)生金屬與金屬的接觸。
11、如權(quán)利要求10的方法，其中，用旋鍛機壓縮包住芯線的金屬外鎧裝。
12、如權(quán)利要求10的方法，其中，加熱器按如下方法構(gòu)成：
在至少兩個頭尾相連的包住芯線的金屬外鎧裝分段中，放入至少一個內(nèi)部加熱元件線心的至少兩個頭尾相連的分段;以及
同時將相互連接的芯線和包住芯線的外鎧裝分段推入用來向內(nèi)壓縮該外鎧裝的裝置中。
13、如權(quán)利要求12的方法，其中，至少兩個加熱元件電纜的線心在外鎧裝內(nèi)頭尾相連地排列，并以串聯(lián)的方式電連接。
14、如權(quán)利要求12的方法，其中，包住芯線并向內(nèi)受壓后的金屬外鎧裝接著被繞在卷繞裝置上，外鎧裝能從該裝置上松開而進(jìn)入井道中。
15、如權(quán)利要求10的方法，其中，至少兩個加熱元件在金屬外鎧裝內(nèi)并排地排列，并以串聯(lián)的方式電連接。
16、如權(quán)利要求10的方法，其中，至少兩個加熱元件在金屬外鎧裝內(nèi)并排地排列，并以并聯(lián)的方式電連接。
17、如權(quán)利要求10的方法，其中，在金屬外鎧裝包住的金屬芯線內(nèi)，至少包含一條金屬芯線，而不是一個加熱元件。