一种高温高压气体的螺旋式电加热装置制造方法

一种高温高压气体的螺旋式电加热装置制造方法
【专利摘要】一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，涉及一种电加热气体装置，内筒内设置加热芯体，即内筒中设有电阻电热体电加热管，内筒外壁敷设耐热保温材料，保温材料外敷保护层；外筒内壁焊接螺旋导流板，电阻电热体电加热管内装设陶瓷螺旋杆；外筒内壁焊接螺旋导流板，螺旋导流板为单头，或为双头，或多头；螺旋陶瓷杆为单头、或双头或多头；螺旋陶瓷杆中心为金属芯杆，外串套单个或多个陶瓷件组成；保温材料外的保护层采用低发射率材料，如薄铜板、镀锌板或镀一层低发射率的材料的铬或银等其它低发射率金属或非金属材料。该装置节能、耐用，特别适用于加热气体压力大、温升高的场合。
【专利说明】—种高温高压气体的螺旋式电加热装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体电加热装置，特别是涉及一种高温高压气体的螺旋式电加热
>J-U ρ?α装直。

【背景技术】
[0002]气体加热尤其是空气加热技术广泛应用于助燃、干燥、加热以及取暖和保温等生产工艺乃至生活的各个场合。用电能加热气体由于高效、清洁、温控便利等应有的十分广泛。
[0003]目前，国内一般气体加热技术采用的方案有以下几种::用裸露的电热丝与气体进行对流换热，气体直接冲刷电热元件。这种方法存在的问题是:当加热空气等氧化性气体时，电热元件表面温度高，在气体中长期加热，造成氧化皮脱落，对气体的清洁度有影响。f电热元件外加不锈钢保护套管，气体直接冲刷不锈钢保护套管，不直接冲刷电热元件，避免了气体对电热元件的氧化。但这种方法也带来另外的问题:电热元件外面的保护套管影响了电热元件的散热，当加热气体温度高时，电热元件本身温度过高。电热元件高温时机械强度低，易变形倒塌，电热体材料加热后合金晶粒涨大，脆性增加，经不起冲击和弯曲，因而难以维修。1.带翅片的保护套管，电热元件外套无缝钢管，为增加散热面积外缠绕铝翅片，并用绝缘好的氧化镁作填充剂，典型的设备如天津暖风机厂、哈尔滨空调厂以及沈阳空调厂生产的DRML/W系列电热空气幕和NF0.2ZD暖风机等。该方案部分缓解了方案2的问题，但当加热气体温度高时，效果不明显。
[0004]查阅国内专利200720010647.8、200720010647.8、200820036770.1、200620078133.1等典型空气电加热器，其加热机理相同，主要是在结构形式上的变化。以上设备的共有的问题是:电热体寿命短，氧化皮脱落问题，热效率低，设备结构大，电热体材料费用高。
[0005]东南大学郭宏伟、葛仕福等开展的新型电加热器研究，采用的也是裸露式电热元件方法的一种，它改善了炉丝的散热条件，降低了炉丝表面温度，延长了炉丝使用寿命，提高了热效率，也降低了制造成本，但空气加热温度最高只可以达到600°C。
[0006]浙江大学热能所聂欣、周俊虎、岑可法等认为:常见的空气加热器多为使用电阻丝等电热导体制成的电加热器，其一般最高加热温度不超过700°C，且由于电阻丝多次反复升温后脆性加大，容易断裂，故而可靠性较差。
[0007]国外专利US2008021731A1介绍了一种新的气体加热技术，瞬间可将气体从常温加热至800多度，加热空气量大，热效率高，电热体寿命高。其特征是电加热管既是电阻电热体，又作为空气流通的通道，故又称为通道式空气加热器(through flow electricheater for fluids such as air)。
[0008]与US2008021731A1专利相近的国外引进的产品，其结构如图1，2所示。电加热管4既是电阻电热体，又作为气体流通的通道，多个电加热管两端串联或并联联接，接成符合加热功率要求的电阻，各相加热功率引线从下端引出。上下两个管板3固定多个电加热管，支撑板5是防止电加热管受热变形，电加热管与管板和支撑板靠绝缘磁套隔离，电加热管、管板和支撑板组成加热装置的芯体。芯体外套一个内筒2，内筒结构下部为圆筒，上部为锥形筒。冷气体采用压缩气体，沿外筒I和内筒之间的通道由上向下流动，冷却内外筒壁，再从电加热管内由下向上流出并被加热至要求的温度。该装置的优点是:结构紧凑；温升快，瞬间可从常温加热至800多度；加热气体量大，热效率高。但也存在以下不足和缺陷:为了防止电加热管受热变形，要求电热管壁厚度不能过薄，长度不能过长；而另一方面为了保证电热体足够大的阻值，电加热管必须有尽可能地长，厚度尽可能地薄，这是该装置存在的问题之一。
[0009]气体只在电加热管内做纵向冲刷，管外无气体横向冲刷，传热效果差，电加热管壁温高，容易变形甚至烧损，这是该装置存在的问题之二。
[0010]外筒壁温度过高，如果加热高压气体，外筒壁既承受高压又承受高温，外筒必须采用高牌号耐热厚壁结构，大大增加了制造成本，这是该装置存在的问题之三。
[0011]为了改进上述问题，本发明人于2009年3月27日向中国专利局申请了“一种空气电加热装置-ZL200920148713.7”专利，其结构如图3，4所示。该装置包括外筒、内筒、力口热芯体以及设置在外筒壁上的进气口 ；内筒的结构为一薄壁圆筒，上下两端分别设有上端环向进口 9和下端环向出口 10。内筒套在加热芯体外，加热芯体通过管板法兰6与外筒螺栓联接。
[0012]加热芯体由多根电加热管，用于固定电加热管的管板，管板法兰，环向折流板7以及中心折流板8组成，电加热管与管板、管板法兰、环向折流板以及中心折流板靠绝缘磁套隔离。电加热管既是电阻电热体，又作为空气流通的通道，多根电加热管两端串联或并联联接，接成符合加热功率要求的电阻，各相加热功率引线从下端引出。管板和管板法兰用于固定多个电加热管。进气口沿高度方向至少采用三个，由进气口进入的冷空气与外筒内壁相切；各进气口的管路上均安装有气体流量调节阀11，各进气口之间流量可调。环向折流板和中心折流对空气流动起导流作用还可防止电加热管受热变形。
[0013]空气加热流程是:压缩冷空气经由多个气体流量调节阀切向旋转进入外筒和内筒之间的通道，由下向上旋转流动，被外筒内壁和内筒外壁加热，空气在外筒和内筒之间的通道被加热后，经上端环向开口进入内筒，由于环向折流板和中心折流板的作用，使得空气在内筒多次折流往返，与内筒内壁和电加热管外壁换热，再经内筒下端环向开口进入电加热管内加热，最后由下向上流出并被加热至要求的温度，实现了空气在内外两侧与内筒和电加热管换热。该发明部分解决了国外通道式空气加热器的问题，但仍然存在下述问题:
X由于没有强制导流，气流在外筒和内筒之间通道内的旋转动量很快衰减，外筒冷却效果不明显；1电加热管内气流纵向冲刷，传热系数低，壁温仍然很高，尤其是加热高温气体时，电加热管容易受热变形't.被加热气体在多根并联布置的电加热管流通时，流量偏差大，原因是电加热管内的流通阻力占整个设备流通阻力比例份额少，容易造成较大流量偏差，而流量偏小的电加热管很容易造成管壁超温，损坏设备。S内筒对外筒高温辐射严重，尤其当加热气体温度高、气体压力高时，外筒同时承受高温、高压。


【发明内容】

[0014]本发明的目的在于提供一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，该装置通过高压气体沿外筒内壁上焊接的螺旋导流板旋转切向进入，高压气体在螺旋导流板的强制导流下，沿圆周方向切向冲刷外筒内壁，极大地强化了气体与外筒内壁的换热的，有效地降低了外壁温度，与此同时，焊接的螺旋导流板还强化了外筒的结构强度。
[0015]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，所述装置包括外筒、内筒、设置在内筒中的电阻电热体电加热管、内筒外壁敷设耐热保温材料，保温材料外的保护层；外筒内壁焊接螺旋导流板，气体沿外筒内壁上的螺旋导流板进入，电阻电热体电加热管内装设陶瓷螺旋杆，内筒外壁敷设耐热保温材料，保温材料外的保护层；外筒内壁焊接螺旋导流板，螺旋导流板可以是单头、双头或多头。
[0016]所述的一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，所述电阻电热体加热管内装设的陶瓷螺旋杆为单头、双头或多头；螺旋陶瓷杆中心用金属芯杆，外串套单个或多个陶瓷件组成。
[0017]所述的一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，所述内筒外壁敷设耐热保温材料的保护层，采用低发射率的材料如薄铜板、或镀锌板或镀一层低发射率的材料如铬或银等其它低发射率金属或非金属材料。
[0018]本发明的优点与效果是:
1.本发明通过高压气体沿外筒内壁上焊接的螺旋导流板旋转切向进入，高压气体在螺旋导流板的强制导流下，沿圆周方向切向冲刷外筒内壁，极大地强化了气体与外筒内壁的换热的，有效地降低了外壁温度，与此同时，焊接的螺旋导流板还强化了外筒的结构强度。
[0019]2.电阻电热体电加热管内装设陶瓷螺旋杆，可以使加热管壁厚减薄，长度缩短，既增加了加热管高温下的强度，又增加了电热材料的电阻；陶瓷螺旋杆又使得气体在加热管内沿螺旋旋转冲刷加热管内壁，增大了传热系数，强化了加热管内壁与气体的传热效果，降低了加热管壁温，加热管可以选择薄壁、低牌号电热体材料，节省高温贵金属材料。陶瓷螺旋杆另一个作用是适度增大了加热管内流通阻力，减少了多根并联布置的电加热管内流量偏差，避免个别电加热管超温烧损。
[0020]3.内筒外壁敷设耐热保温材料，保温材料外采用一种低发射率的保护层材料的措施，既提高了热效率，又降低了外筒壁温。内筒只承受高温，不承受压力；外筒只承受压力，不承受高温，解决了现有技术要求筒体既承受高温又承受高压的技术难点。
[0021]总之，本发明有效地降低了外筒壁温、加热管壁温，降低了加热管壁厚，增加了外筒和加热管结构强度，节约了贵金属材料消耗，进而降低了制造成本，而且提高了设备的热效率，特别适用于气体压力大、温升高的场合。

【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1为现有技术中采用的一种气体加热装置的结构示意图；
图2为图1的A — A剂视图；
图3为本发明人已申请专利对比技术的引用图；
图4为图3的A — A剂视图； 图5为本发明的整体结构示意图；
图6为本发明图5的A — A剖视图；
图7为本发明图5中电加热管和陶瓷螺旋杆的放大图。
[0023]图中部件:I 一外筒，2 —内筒，3 —管板，4 一电加热管，5—支撑板，6 —管板法兰，7 一环向折流板，8 一中心折流板，9 一上端环向进口，10 一下端环向出口，11 一气体流量调节阀，12 一陶瓷螺旋杆，13 —保温材料，14 一保护层，15 —螺旋导流板，16 一出口连接管。

【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的具体结构、原理和工作过程作进一步说明。本发明提供的空气电加热装置如图5，6，7所示，该装置包括外筒1、内筒2、内筒2外保温材料13、保护层14以及内筒2内设置的加热芯体等几部分组成，其中加热芯体包括:电加热管4、陶瓷螺旋杆12、环向折流板7、中心折流板8、管板3和管板法兰6等零件。
[0025]外筒I为一密封筒体，承受加热气体与外界之间的压差。外筒I的材质、壁厚可根据气体的压力大小不同选择不同的材质和壁厚参数。外筒I与【背景技术】中“ZL200920148713.7”专利的重要区别在于:外筒I的内壁上焊接了一螺旋导流板15，其目的是强制引导高压气体沿圆周方向切向冲刷外筒I内壁，极大地强化了气体与外筒I内壁的换热的，有效地降低了外壁温度，与此同时，焊接的螺旋导流板15还强化了外筒I的结构强度。
[0026]内筒2的结构为一薄壁圆筒，上下两端分别设有上端环向进口 9和下端环向出口10。内筒套在加热芯体外，内筒2与【背景技术】中“ZL200920148713.7”专利的重要区别在于:内筒2外壁敷设一层耐热保温材料13,保温材料外又敷设一层一种低发射率的保护层14材料，如薄铜板、镀锌板或镀一层低发射率的材料如铬或银等其它低发射率金属或非金属材料。目的防止内筒2对外筒I的高温辐射，极大地降低了外筒I壁温，同时又提高了电热效率。内筒2只承受高温，不承受压力。
[0027]加热芯体为本发明的核心部件，它的作用是作为电阻电热体放热，同时也构成气体被加热时流经的通道。加热芯体由多根并排布置的电加热管4、陶瓷螺旋杆12、环向折流板7、中心折流板8、管板3和管板法兰6等零件组成。管板3，管板法兰6在电加热管4的两端分别固定电加热管4 ;环向折流板7、中心折流板8在电加热管的中间固定电加热管。电加热管4与管板3、管板法兰6、环向折流板7以及中心折流板8靠绝缘磁套隔离。陶瓷螺旋杆12两端分别固定在管板3、管板法兰6上，最后通过管板法兰6将加热芯体整体与外筒I螺栓联接。加热芯体与【背景技术】中“ZL200920148713.7”专利的重要区别在于:电加热管4内设置的陶瓷螺旋杆12。其目的是强制引导高压气体沿圆周方向切向冲刷电加热管4内壁，极大地强化了气体与电加热管4内壁的换热，有效地降低了电加热管4壁温。与此同时，陶瓷螺旋杆12还起到对电加热管4的支撑作用，强化了电加热管4高温下的结构强度，可以使电加热管4壁厚减薄，长度缩短，降低设备造价。陶瓷螺旋杆12另一个作用是适度增大了电加热管4内流通阻力，减少了多根并联布置的电加热管4内流量偏差，避免个别电加热管4超温烧损。
[0028]多根并排布置的电加热管4之间的电气连接可采用串联或并联连接方式，接成符合加热功率要求的电阻。如果是串联连接，电源电极的一相从第一根电加热管4的下端将电流导入，电流在第一根电加热管内由下向上流过，电能转化成热能，在电加热管4的上端通过电气接线将电流导入第二根电加热管4，在第二根电加热管4内电流又由上向下流过，电能转化成热能……，以此类推，电流从最后一根电加热管4流出通过电气接线流回电源电极的另一相，完成电热转化。并联连接方式:将所有电加热管4分别在两端电气接线连接在一起，上下两端各引出一根电气接线与电源连接即可。
[0029]被加热气体吸热原理如图5、6所示。通过气体流量调节阀11，高压气体沿螺旋导流板15与外筒I内壁相切旋转进入外筒I和内筒2之间的通道，由下向上旋转流动，与外筒I内壁和内筒2外壁敷设的保护层换热。由于螺旋导流板15结构的设计，大大强化了冷气体对外筒I内壁的冷却作用；由于内筒2外壁的保温材料及保护层的低发射率措施进一步降低了外筒I内壁的温度，加上螺旋导流板15对筒体结构的强化，外筒I壁厚可低于常温同压力下的结构。气体在外筒I和内筒2之间的通道被加热后，经上端环向开口 9进入内筒2，由于环向折流板7和中心折流板8的作用，使得气体在内筒2内部，电加热管4外壁之间内多次折流往返，与内筒2内壁和电加热管4外壁换热，再经内筒2下端环向出口 10进入电加热管4内加热。在电加热管4内由于陶瓷螺旋杆12强制引导作用，气流旋转冲刷电加热管4内壁，与电加热管内壁对流换热。由于陶瓷螺旋杆12的存在，适度增大了电加热管4内流通阻力，减少多根并联布置的电加热管4内流量偏差，避免个别电加热管4超温烧损。最后，被加热的气体经电加热管4旋转流出并被加热至要求的温度。
【权利要求】
1.一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，其特征在于:所述装置包括外筒、内筒、设置在内筒中的电阻电热体电加热管、内筒外壁敷设耐热保温材料，保温材料外的保护层；夕卜筒内壁焊接螺旋导流板，气体沿外筒内壁上的螺旋导流板进入，电阻电热体电加热管内装设陶瓷螺旋杆，内筒外壁敷设耐热保温材料，保温材料外的保护层；外筒内壁焊接螺旋导流板，螺旋导流板可以是单头、双头或多头。
2.按照权利要求1所述的一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，其特征在于:所述电阻电热体加热管内装设的陶瓷螺旋杆为单头、双头或多头；螺旋陶瓷杆中心用金属芯杆，外串套单个或多个陶瓷件组成。
3.按照权利要求1所述的一种高温高压气体的螺旋式电加热装置，其特征在于:所述内筒外壁敷设耐热保温材料，保温材料外的保护层采用低发射率的材料如薄铜板、或镀锌板或镀一层低发射率的材料如铬或银等其它低发射率金属或非金属材料。
【文档编号】F24H9/02GK104132455SQ201410361856
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】刘吉堂 申请人:沈阳工程学院