CN102206820B - 一种冷喷涂用空气加热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于表面工程热喷涂技术领域，具体涉及一种冷喷涂用空气加热器，圆筒式金属壳筒顶端一角处制有斜式冷气体进口，金属壳筒底端一角处制有伸出式或采用金属软管结构的加热气体连接管；金属壳筒内侧排列式分布置有保温砖，保温砖内侧壁内形成的空腔中竖向制有加热元件，加热元件两端外侧分别与电源接线相连，加热元件外型为螺旋状内空式结构；加热元件周围的空隙中填充式结构置有陶瓷纤维保温层；在金属壳筒的内外壁之间的空腔中充有通过冷气体进口进入的被加热气体，热气体出口设置在加热器元件的内空管道的顶端出口处；其结构新颖，原理可靠，使用操作安全，节省电学能源，施工环境好，加热效率高。

Description

一种冷喷涂用空气加热器

技术领域：

本发明属于表面工程热喷涂技术领域，具体涉及一种冷喷涂用空气加热器，用于冷喷涂设备加热器部件结构形状和热利用效率的优化和改进。

背景技术：

目前，空气加热器是冷喷涂设备的一个重要部件，决定着设备的性能和加工能力。通常对于加热器能达到300摄氏度的冷喷涂设备，能加工的材料主要限于铝和铅等；达到500摄氏度时，可加工铜、钛、不锈钢等材料；达到800摄氏度时则能加工MCrAls、Co-WC等高硬度材料。然而高温意味着对设备的使用寿命和防护措施有更高的要求，从而导致加热器体积庞大或者安装操作不便。已知的俄罗斯专利1674585，美国专利6502767《advanced cold spraysystem》，6759085《methods and apparatus for low pressure coldspraying》，中国专利200410034941.3《具有粉末预热装置的冷喷涂设备》和ZL00253384.7《超音速冷喷涂装置》等技术文献，都分别记载了关于空气加热器部件的参数设计和结构设计，但这些加热器的方式均为短路电阻加热，其中根据加热器元件的材料特性又分为管式加热和丝式加热两种，丝式加热是在金属管内置放陶瓷管，陶瓷挖孔内置电阻丝，利用电焊机电源或者其他电源进行加热，陶瓷起绝缘和固定电阻丝作用，丝式加热方式主要用于便携式设备，因为加热空间受手持操作的限制；管式加热则是在金属管内走气体，利用电焊机电源的电能直接加热管道生热，与气体交换加热气体，主要用于大型的冷喷涂设备和对最高温度和温升有较高要求的设备。目前的这些加热器存在的最大问题是体积庞大，结构复杂，对隔热耐温材料的要求高，需在加热器表面额外添加防护措施等。如CGT公司生产的电加热器，不论是将气体温度加热到500摄氏度或800摄氏度以上，其加热器体积都很庞大(约1m×1m×1m)。便携式的加热器，其喷枪重量也在20kg以上，无法手持，且喷枪的外表面温度至少在100摄氏度以上，对防护要求较高，同时由于保温部分的体积较大，热量的损失比较严重，因此对热量的利用效率较低。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，通过改进现有喷涂用加热器的结构，使加热器具有快速加热特点的同时，力求缩小加热器体积，使气体通过加热器外部的容器对加热器进行冷却，冷却气体最大限度的使用电转换而来的热能，同时由于气体的快速通过，使得喷枪的外表面温度低于50摄氏度，手工操作时无须进行特别的防护。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括保温砖、金属壳筒、陶瓷纤维保温层、加热元件、冷气体进口、加热气体连接管、加热电源接线和热气体出口，圆筒式内腔结构的金属壳筒顶端一角处制有斜式冷气体进口，金属壳筒底端一角处制有伸出式或采用金属软管结构的加热气体连接管；金属壳筒内壁内侧等厚平行结构置有排列式分布的保温砖，保温砖内侧壁内形成的空腔中竖向制有内空管道式螺旋加热元件，加热元件两端外侧分别与加热电源接线相连，内空管道式加热元件外型结构为螺旋状内空式结构，被加热后的气体经金属软管式的加热气体连接管对接加热元件的内空并被二次加热后从顶端电源连接线处的热气体出口对接进入喷枪的前气室；加热元件周围的空隙中填充式结构置有陶瓷纤维保温层；在金属壳筒的内外壁之间的空腔中充有通过冷气体进口进入的被加热气体，热气体出口设置在加热器元件的内空管道的顶端出口处。

本发明采用电加热器金属管式螺旋结构，气体通过和金属管发生强烈湍流换热被加热；金属壳筒由耐压金属板焊接组成，金属壳筒内腔空间的宽度小于1cm，载气经冷气体进口进入金属壳筒并汇集后再经由一段金属软管的加热气体连接管接出，再从底部进入螺旋式管道状加热元件，最后从热气体出口进入喷枪的前气室，这种结构设计使气流通过外部可以部分的重新利用加热器元件散发出来的热量，使热量利用率最大，同时外部的高速气流又能保证其温度不至于升高过多，无需特殊的外部高温防护措施；加热元件的螺旋式管道和金属壳筒之间通过保温砖和陶瓷纤维保温层绝缘和隔热；金属壳筒内衬保温砖采用板式结构排列贴成，加热元件置于内腔中，其余空间用陶瓷纤维保温层填充，螺旋管道式加热元件上相隔均匀距离的位置上可以焊接多对热电偶，用于监控管壁的温度，防止金属壳筒过热发生裂管事故。

本发明螺旋管道式加热元件为不锈钢金属管结构，选用蒙奈尔合金、康铜或锰铜；金属的电阻率要求在0.7Ω.m以上，加热温度600摄氏度以上采用蒙奈尔合金，加热元件的金属管应一次成型并无焊接，长度为6～10米；管壁厚度均匀在1.2～2.0mm之间；将加热元件的金属管弯成螺旋状，螺旋管的直径小于15cm，角度不限，管子间的距离控制在1～3cm之间，弯曲施工时管壁不能有机械损伤；在加热元件周边放置的保温材料包括保温砖或陶瓷纤维保温层，保温砖用于隔绝加热元件和保温元件，使之不相互接触，衬于内壁，或采用石棉或锆棉保温陶瓷纤维作为填充材料并用于稳固加热元件，保温材料的热传导系数越低越好；加热电源连接线为普通不锈钢或者同加热器元件材料，焊接在加热管两头外侧，用于固定电源的铜鼻子；加热器电源采用逆变电源，最大调节功率要求不小于50kW，为了达到最大的换热效率且保证设备安全，加热元件设计在管壁内气流必须产生湍流，规定雷诺数大于10000；金属材料在高温下应具有耐压性能，通常为不锈钢；要求在加热元件部分的压力损失小于0.1MPa，而且加热元件的最小总面积不应小于喷嘴喉部面积的两倍。

本发明与现有技术相比，其结构新颖，原理可靠，使用操作安全，节省电学能源，施工环境好，加热效率高。

附图说明：

图1为本发明的剖面结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括保温砖1、金属壳筒2、陶瓷纤维保温层3、加热元件4、冷气体进口5、加热气体连接管6、加热电源接线7和热气体出口8，圆筒式金属壳筒2顶端一角处制有斜式冷气体进口5，金属壳筒2底端一角处制有伸出式或采用金属软管结构的加热气体连接管6；金属壳筒2内壁内侧等厚平行结构置有排列式分布的保温砖1，保温砖1内侧壁内形成的空腔中竖向制有内空管道式螺旋加热元件4，加热元件4两端外侧分别与电源接线7相连，内空管道式加热元件4外型结构为螺旋状内空式结构，被加热后的气体经金属软管式的加热气体连接管6进入加热元件4的内空中被螺旋管壁二次加热后从顶端的电源连接线7处的热气体出口8对接进入喷枪的前气室；管道式加热元件4周围的空隙中填充式结构置有陶瓷纤维保温层3；金属壳筒2为内腔式结构，在金属壳筒2的内外壁之间的空腔中充有通过冷气体进口5进入的被加热气体，热气体出口8为加热器元件4的内空管道的出口。

本实施例的加热元件曲线长度为7m，管道内径8mm，外径15mm，外加电压25伏特，加热器外围尺寸直径25cm，长度60cm；对于空气来说定压热比容约1050；升温300摄氏度，操作压力1.6MPa，空气所消耗的能量为5kW，考虑15％的热量损失，电源须提供7kW的功率；如升温600摄氏度，操作压力1.6MPa，空气所消耗的能量为12kW，考虑热损失，电源须提供15kW的功率。

Claims (1)

1.一种冷喷涂用空气加热器，主体结构包括保温砖、金属壳筒、陶瓷纤维保温层、加热元件、冷气体进口、加热气体连接管、加热电源接线和热气体出口，其特征在于圆筒式的金属壳筒顶端一角处制有斜式冷气体进口，金属壳筒底端一角处制有采用金属软管结构的加热气体连接管；金属壳筒内壁内侧等厚平行结构置有排列式分布的保温砖，保温砖内侧壁内形成的空腔中竖向制有内空管道式螺旋加热元件，加热元件两端外侧分别与加热电源接线相连，内空管道式加热元件外型为螺旋状内空式结构，被加热后的气体经金属软管式加热气体连接管对接加热元件的内空并被二次加热后从顶端的电源连接线处的热气体出口对接进入喷枪的前气室；加热元件周围空隙中填充式结构置有陶瓷纤维保温层；在金属壳筒的内外壁之间的空腔中充有通过冷气体进口进入的被加热气体，热气体出口设置在加热器元件的内空管道的顶端出口处。

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