一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置制造方法
【專利摘要】一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，涉及一種電加熱氣體裝置，內筒內設置加熱芯體，即內筒中設有電阻電熱體電加熱管，內筒外壁敷設耐熱保溫材料，保溫材料外敷保護層；外筒內壁焊接螺旋導流板，電阻電熱體電加熱管內裝設陶瓷螺旋桿；外筒內壁焊接螺旋導流板，螺旋導流板為單頭，或為雙頭，或多頭；螺旋陶瓷桿為單頭、或雙頭或多頭；螺旋陶瓷桿中心為金屬芯桿，外串套單個或多個陶瓷件組成；保溫材料外的保護層采用低發射率材料，如薄銅板、鍍鋅板或鍍一層低發射率的材料的鉻或銀等其它低發射率金屬或非金屬材料。該裝置節能、耐用，特別適用于加熱氣體壓力大、溫升高的場合。
【專利說明】—種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣體電加熱裝置，特別是涉及一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術】
[0002]氣體加熱尤其是空氣加熱技術廣泛應用于助燃、干燥、加熱以及取暖和保溫等生產工藝乃至生活的各個場合。用電能加熱氣體由于高效、清潔、溫控便利等應有的十分廣泛。
[0003]目前，國內一般氣體加熱技術采用的方案有以下幾種::用裸露的電熱絲與氣體進行對流換熱，氣體直接沖刷電熱元件。這種方法存在的問題是:當加熱空氣等氧化性氣體時，電熱元件表面溫度高，在氣體中長期加熱，造成氧化皮脫落，對氣體的清潔度有影響。f電熱元件外加不銹鋼保護套管，氣體直接沖刷不銹鋼保護套管，不直接沖刷電熱元件，避免了氣體對電熱元件的氧化。但這種方法也帶來另外的問題:電熱元件外面的保護套管影響了電熱元件的散熱，當加熱氣體溫度高時，電熱元件本身溫度過高。電熱元件高溫時機械強度低，易變形倒塌，電熱體材料加熱后合金晶粒漲大，脆性增加，經不起沖擊和彎曲，因而難以維修。1.帶翅片的保護套管，電熱元件外套無縫鋼管，為增加散熱面積外纏繞鋁翅片，并用絕緣好的氧化鎂作填充劑，典型的設備如天津暖風機廠、哈爾濱空調廠以及沈陽空調廠生產的DRML/W系列電熱空氣幕和NF0.2ZD暖風機等。該方案部分緩解了方案2的問題，但當加熱氣體溫度高時，效果不明顯。
[0004]查閱國內專利200720010647.8、200720010647.8、200820036770.1、200620078133.1等典型空氣電加熱器，其加熱機理相同，主要是在結構形式上的變化。以上設備的共有的問題是:電熱體壽命短，氧化皮脫落問題，熱效率低，設備結構大，電熱體材料費用高。
[0005]東南大學郭宏偉、葛仕福等開展的新型電加熱器研究，采用的也是裸露式電熱元件方法的一種，它改善了爐絲的散熱條件，降低了爐絲表面溫度，延長了爐絲使用壽命，提高了熱效率，也降低了制造成本，但空氣加熱溫度最高只可以達到600°C。
[0006]浙江大學熱能所聶欣、周俊虎、岑可法等認為:常見的空氣加熱器多為使用電阻絲等電熱導體制成的電加熱器，其一般最高加熱溫度不超過700°C，且由于電阻絲多次反復升溫后脆性加大，容易斷裂，故而可靠性較差。
[0007]國外專利US2008021731A1介紹了一種新的氣體加熱技術，瞬間可將氣體從常溫加熱至800多度，加熱空氣量大，熱效率高，電熱體壽命高。其特征是電加熱管既是電阻電熱體，又作為空氣流通的通道，故又稱為通道式空氣加熱器(through flow electricheater for fluids such as air)。
[0008]與US2008021731A1專利相近的國外引進的產品，其結構如圖1，2所示。電加熱管4既是電阻電熱體，又作為氣體流通的通道，多個電加熱管兩端串聯或并聯聯接，接成符合加熱功率要求的電阻，各相加熱功率引線從下端引出。上下兩個管板3固定多個電加熱管，支撐板5是防止電加熱管受熱變形，電加熱管與管板和支撐板靠絕緣磁套隔離，電加熱管、管板和支撐板組成加熱裝置的芯體。芯體外套一個內筒2，內筒結構下部為圓筒，上部為錐形筒。冷氣體采用壓縮氣體，沿外筒I和內筒之間的通道由上向下流動，冷卻內外筒壁，再從電加熱管內由下向上流出并被加熱至要求的溫度。該裝置的優點是:結構緊湊；溫升快，瞬間可從常溫加熱至800多度；加熱氣體量大，熱效率高。但也存在以下不足和缺陷:為了防止電加熱管受熱變形，要求電熱管壁厚度不能過薄，長度不能過長；而另一方面為了保證電熱體足夠大的阻值，電加熱管必須有盡可能地長，厚度盡可能地薄，這是該裝置存在的問題之一。
[0009]氣體只在電加熱管內做縱向沖刷，管外無氣體橫向沖刷，傳熱效果差，電加熱管壁溫高，容易變形甚至燒損，這是該裝置存在的問題之二。
[0010]外筒壁溫度過高，如果加熱高壓氣體，外筒壁既承受高壓又承受高溫，外筒必須采用高牌號耐熱厚壁結構，大大增加了制造成本，這是該裝置存在的問題之三。
[0011]為了改進上述問題，本發明人于2009年3月27日向中國專利局申請了“一種空氣電加熱裝置-ZL200920148713.7”專利，其結構如圖3，4所示。該裝置包括外筒、內筒、力口熱芯體以及設置在外筒壁上的進氣口 ；內筒的結構為一薄壁圓筒，上下兩端分別設有上端環向進口 9和下端環向出口 10。內筒套在加熱芯體外，加熱芯體通過管板法蘭6與外筒螺栓聯接。
[0012]加熱芯體由多根電加熱管，用于固定電加熱管的管板，管板法蘭，環向折流板7以及中心折流板8組成，電加熱管與管板、管板法蘭、環向折流板以及中心折流板靠絕緣磁套隔離。電加熱管既是電阻電熱體，又作為空氣流通的通道，多根電加熱管兩端串聯或并聯聯接，接成符合加熱功率要求的電阻，各相加熱功率引線從下端引出。管板和管板法蘭用于固定多個電加熱管。進氣口沿高度方向至少采用三個，由進氣口進入的冷空氣與外筒內壁相切；各進氣口的管路上均安裝有氣體流量調節閥11，各進氣口之間流量可調。環向折流板和中心折流對空氣流動起導流作用還可防止電加熱管受熱變形。
[0013]空氣加熱流程是:壓縮冷空氣經由多個氣體流量調節閥切向旋轉進入外筒和內筒之間的通道，由下向上旋轉流動，被外筒內壁和內筒外壁加熱，空氣在外筒和內筒之間的通道被加熱后，經上端環向開口進入內筒，由于環向折流板和中心折流板的作用，使得空氣在內筒多次折流往返，與內筒內壁和電加熱管外壁換熱，再經內筒下端環向開口進入電加熱管內加熱，最后由下向上流出并被加熱至要求的溫度，實現了空氣在內外兩側與內筒和電加熱管換熱。該發明部分解決了國外通道式空氣加熱器的問題，但仍然存在下述問題:
X由于沒有強制導流，氣流在外筒和內筒之間通道內的旋轉動量很快衰減，外筒冷卻效果不明顯；1電加熱管內氣流縱向沖刷，傳熱系數低，壁溫仍然很高，尤其是加熱高溫氣體時，電加熱管容易受熱變形't.被加熱氣體在多根并聯布置的電加熱管流通時，流量偏差大，原因是電加熱管內的流通阻力占整個設備流通阻力比例份額少，容易造成較大流量偏差，而流量偏小的電加熱管很容易造成管壁超溫，損壞設備。S內筒對外筒高溫輻射嚴重，尤其當加熱氣體溫度高、氣體壓力高時，外筒同時承受高溫、高壓。


【發明內容】

[0014]本發明的目的在于提供一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，該裝置通過高壓氣體沿外筒內壁上焊接的螺旋導流板旋轉切向進入，高壓氣體在螺旋導流板的強制導流下，沿圓周方向切向沖刷外筒內壁，極大地強化了氣體與外筒內壁的換熱的，有效地降低了外壁溫度，與此同時，焊接的螺旋導流板還強化了外筒的結構強度。
[0015]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，所述裝置包括外筒、內筒、設置在內筒中的電阻電熱體電加熱管、內筒外壁敷設耐熱保溫材料，保溫材料外的保護層；外筒內壁焊接螺旋導流板，氣體沿外筒內壁上的螺旋導流板進入，電阻電熱體電加熱管內裝設陶瓷螺旋桿，內筒外壁敷設耐熱保溫材料，保溫材料外的保護層；外筒內壁焊接螺旋導流板，螺旋導流板可以是單頭、雙頭或多頭。
[0016]所述的一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，所述電阻電熱體加熱管內裝設的陶瓷螺旋桿為單頭、雙頭或多頭；螺旋陶瓷桿中心用金屬芯桿，外串套單個或多個陶瓷件組成。
[0017]所述的一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，所述內筒外壁敷設耐熱保溫材料的保護層，采用低發射率的材料如薄銅板、或鍍鋅板或鍍一層低發射率的材料如鉻或銀等其它低發射率金屬或非金屬材料。
[0018]本發明的優點與效果是:
1.本發明通過高壓氣體沿外筒內壁上焊接的螺旋導流板旋轉切向進入，高壓氣體在螺旋導流板的強制導流下，沿圓周方向切向沖刷外筒內壁，極大地強化了氣體與外筒內壁的換熱的，有效地降低了外壁溫度，與此同時，焊接的螺旋導流板還強化了外筒的結構強度。
[0019]2.電阻電熱體電加熱管內裝設陶瓷螺旋桿，可以使加熱管壁厚減薄，長度縮短，既增加了加熱管高溫下的強度，又增加了電熱材料的電阻；陶瓷螺旋桿又使得氣體在加熱管內沿螺旋旋轉沖刷加熱管內壁，增大了傳熱系數，強化了加熱管內壁與氣體的傳熱效果，降低了加熱管壁溫，加熱管可以選擇薄壁、低牌號電熱體材料，節省高溫貴金屬材料。陶瓷螺旋桿另一個作用是適度增大了加熱管內流通阻力，減少了多根并聯布置的電加熱管內流量偏差，避免個別電加熱管超溫燒損。
[0020]3.內筒外壁敷設耐熱保溫材料，保溫材料外采用一種低發射率的保護層材料的措施，既提高了熱效率，又降低了外筒壁溫。內筒只承受高溫，不承受壓力；外筒只承受壓力，不承受高溫，解決了現有技術要求筒體既承受高溫又承受高壓的技術難點。
[0021]總之，本發明有效地降低了外筒壁溫、加熱管壁溫，降低了加熱管壁厚，增加了外筒和加熱管結構強度，節約了貴金屬材料消耗，進而降低了制造成本，而且提高了設備的熱效率，特別適用于氣體壓力大、溫升高的場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現有技術中采用的一種氣體加熱裝置的結構示意圖；
圖2為圖1的A — A劑視圖；
圖3為本發明人已申請專利對比技術的引用圖；
圖4為圖3的A — A劑視圖； 圖5為本發明的整體結構示意圖；
圖6為本發明圖5的A — A剖視圖；
圖7為本發明圖5中電加熱管和陶瓷螺旋桿的放大圖。
[0023]圖中部件:I 一外筒，2 —內筒，3 —管板，4 一電加熱管，5—支撐板，6 —管板法蘭，7 一環向折流板，8 一中心折流板，9 一上端環向進口，10 一下端環向出口，11 一氣體流量調節閥，12 一陶瓷螺旋桿，13 —保溫材料，14 一保護層，15 —螺旋導流板，16 一出口連接管。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明的具體結構、原理和工作過程作進一步說明。本發明提供的空氣電加熱裝置如圖5，6，7所示，該裝置包括外筒1、內筒2、內筒2外保溫材料13、保護層14以及內筒2內設置的加熱芯體等幾部分組成，其中加熱芯體包括:電加熱管4、陶瓷螺旋桿12、環向折流板7、中心折流板8、管板3和管板法蘭6等零件。
[0025]外筒I為一密封筒體，承受加熱氣體與外界之間的壓差。外筒I的材質、壁厚可根據氣體的壓力大小不同選擇不同的材質和壁厚參數。外筒I與【背景技術】中“ZL200920148713.7”專利的重要區別在于:外筒I的內壁上焊接了一螺旋導流板15，其目的是強制引導高壓氣體沿圓周方向切向沖刷外筒I內壁，極大地強化了氣體與外筒I內壁的換熱的，有效地降低了外壁溫度，與此同時，焊接的螺旋導流板15還強化了外筒I的結構強度。
[0026]內筒2的結構為一薄壁圓筒，上下兩端分別設有上端環向進口 9和下端環向出口10。內筒套在加熱芯體外，內筒2與【背景技術】中“ZL200920148713.7”專利的重要區別在于:內筒2外壁敷設一層耐熱保溫材料13,保溫材料外又敷設一層一種低發射率的保護層14材料，如薄銅板、鍍鋅板或鍍一層低發射率的材料如鉻或銀等其它低發射率金屬或非金屬材料。目的防止內筒2對外筒I的高溫輻射，極大地降低了外筒I壁溫，同時又提高了電熱效率。內筒2只承受高溫，不承受壓力。
[0027]加熱芯體為本發明的核心部件，它的作用是作為電阻電熱體放熱，同時也構成氣體被加熱時流經的通道。加熱芯體由多根并排布置的電加熱管4、陶瓷螺旋桿12、環向折流板7、中心折流板8、管板3和管板法蘭6等零件組成。管板3，管板法蘭6在電加熱管4的兩端分別固定電加熱管4 ;環向折流板7、中心折流板8在電加熱管的中間固定電加熱管。電加熱管4與管板3、管板法蘭6、環向折流板7以及中心折流板8靠絕緣磁套隔離。陶瓷螺旋桿12兩端分別固定在管板3、管板法蘭6上，最后通過管板法蘭6將加熱芯體整體與外筒I螺栓聯接。加熱芯體與【背景技術】中“ZL200920148713.7”專利的重要區別在于:電加熱管4內設置的陶瓷螺旋桿12。其目的是強制引導高壓氣體沿圓周方向切向沖刷電加熱管4內壁，極大地強化了氣體與電加熱管4內壁的換熱，有效地降低了電加熱管4壁溫。與此同時，陶瓷螺旋桿12還起到對電加熱管4的支撐作用，強化了電加熱管4高溫下的結構強度，可以使電加熱管4壁厚減薄，長度縮短，降低設備造價。陶瓷螺旋桿12另一個作用是適度增大了電加熱管4內流通阻力，減少了多根并聯布置的電加熱管4內流量偏差，避免個別電加熱管4超溫燒損。
[0028]多根并排布置的電加熱管4之間的電氣連接可采用串聯或并聯連接方式，接成符合加熱功率要求的電阻。如果是串聯連接，電源電極的一相從第一根電加熱管4的下端將電流導入，電流在第一根電加熱管內由下向上流過，電能轉化成熱能，在電加熱管4的上端通過電氣接線將電流導入第二根電加熱管4，在第二根電加熱管4內電流又由上向下流過，電能轉化成熱能……，以此類推，電流從最后一根電加熱管4流出通過電氣接線流回電源電極的另一相，完成電熱轉化。并聯連接方式:將所有電加熱管4分別在兩端電氣接線連接在一起，上下兩端各引出一根電氣接線與電源連接即可。
[0029]被加熱氣體吸熱原理如圖5、6所示。通過氣體流量調節閥11，高壓氣體沿螺旋導流板15與外筒I內壁相切旋轉進入外筒I和內筒2之間的通道，由下向上旋轉流動，與外筒I內壁和內筒2外壁敷設的保護層換熱。由于螺旋導流板15結構的設計，大大強化了冷氣體對外筒I內壁的冷卻作用；由于內筒2外壁的保溫材料及保護層的低發射率措施進一步降低了外筒I內壁的溫度，加上螺旋導流板15對筒體結構的強化，外筒I壁厚可低于常溫同壓力下的結構。氣體在外筒I和內筒2之間的通道被加熱后，經上端環向開口 9進入內筒2，由于環向折流板7和中心折流板8的作用，使得氣體在內筒2內部，電加熱管4外壁之間內多次折流往返，與內筒2內壁和電加熱管4外壁換熱，再經內筒2下端環向出口 10進入電加熱管4內加熱。在電加熱管4內由于陶瓷螺旋桿12強制引導作用，氣流旋轉沖刷電加熱管4內壁，與電加熱管內壁對流換熱。由于陶瓷螺旋桿12的存在，適度增大了電加熱管4內流通阻力，減少多根并聯布置的電加熱管4內流量偏差，避免個別電加熱管4超溫燒損。最后，被加熱的氣體經電加熱管4旋轉流出并被加熱至要求的溫度。
【權利要求】
1.一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，其特征在于:所述裝置包括外筒、內筒、設置在內筒中的電阻電熱體電加熱管、內筒外壁敷設耐熱保溫材料，保溫材料外的保護層；夕卜筒內壁焊接螺旋導流板，氣體沿外筒內壁上的螺旋導流板進入，電阻電熱體電加熱管內裝設陶瓷螺旋桿，內筒外壁敷設耐熱保溫材料，保溫材料外的保護層；外筒內壁焊接螺旋導流板，螺旋導流板可以是單頭、雙頭或多頭。
2.按照權利要求1所述的一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，其特征在于:所述電阻電熱體加熱管內裝設的陶瓷螺旋桿為單頭、雙頭或多頭；螺旋陶瓷桿中心用金屬芯桿，外串套單個或多個陶瓷件組成。
3.按照權利要求1所述的一種高溫高壓氣體的螺旋式電加熱裝置，其特征在于:所述內筒外壁敷設耐熱保溫材料，保溫材料外的保護層采用低發射率的材料如薄銅板、或鍍鋅板或鍍一層低發射率的材料如鉻或銀等其它低發射率金屬或非金屬材料。
【文檔編號】F24H9/02GK104132455SQ201410361856
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】劉吉堂 申請人:沈陽工程學院