CN103697591B - 一种纯净空气蓄热式加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯净空气蓄热式加热系统，由蓄热器、左端燃烧器、右端燃烧器构成；蓄热器水平放置，由内到外依次由陶瓷蜂窝体、耐火泥浇注料、绝热层、保温层、钢筒、排气筒构成；首先将常压空气和液化石油气供入左端燃烧器和右端燃烧器，点燃后产生的高温燃气由两侧向中央对蓄热器进行蓄热后由排气筒向上排出；当从排气筒排出的燃气温度达到需要的温度后，关闭常压空气和液化石油气，堵上排气筒的出口，打开高压空气，高压空气从高压空气入口进入，从高压空气出口排出后即被加热到高温度；本发明适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，蓄热时间短，可以长时间的提供恒温的高温高压空气。

Description

一种纯净空气蓄热式加热系统

技术领域

本发明涉及一种纯净空气加热系统，特别涉及一种纯净空气蓄热式加热系统，适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，蓄热时间短，可以长时间的提供恒温的高温高压空气。

背景技术

目前有很多类型的加热空气的设备，比如常用的有电弧加热、燃烧加热、蓄热加热以及激波加热等方式。但是如果要求空气是纯净的，没有污染物，则对加热方式带来很大挑战。。

电弧加热器使用高压直流电源直接对气体进行加热，可以将气流加热到3000k～10000k，但是电弧功率、气流的非均匀性、NO和铜的污染使得该类加热器加热的空气不太纯净。激波加热方式最高温度可达6000k以上，但工作时间极短，通常在微秒到毫秒级，这对其应用范围有很大的限制，同时高温导致部分气体的离解产生O、NOX等污染物。燃烧加热时通过在空气中通入氢气或者乙醇等燃料，点燃后补入氧气以模拟空气，这相当于用燃气来代替空气，其中有很多中间产物和燃烧产物，给后续试验的准确性带来很大问题。

蓄热式加热器的原理是：当热流体（燃气）通过时，将热量传给蓄热体，使其温度提高，进行蓄热；随后切断热流体通以冷流体（空气），蓄热体释热，将热量传给冷流体，使冷流体温度提高。一般将蓄热器成对使用，交互工作。蓄热材料对其性能优很大的影响，此前使用氧化铝做为蓄热材料的蓄热式加热，最高能将空气加热到2000K，而目前国际上氧化钇稳定氧化锆的出现，则可以将空气加热到2500K以上。

目前出现的高温高压蓄热式加热，其对空气的加压方式是将常压空气鼓入蓄热器内，将蓄热器当做一个充气罐，直至将其加压到指定压力。在高温下降蓄热器当气罐，材料在高温下的许用强度的降低，使其存在使用风险。

如果要长时间的提供高温高压空气，则要求蓄热器尽可能多的蓄热，温度尽量的高且均匀。可蓄热器的蓄热过程是个非常漫长的过程，时间长，使得其使用收到限制，另外时间长，而燃气一直通过，对系统附属设备比如排气设施带来危害。

综上所述，对于高温高压的纯净空气加热，很多加热方式都会产生污染杂质，使空气不纯净，蓄热式加热是可选的较少方案之一；另外对于高压空气的加热，牵涉到高压问题，其安全问题务必要考虑解决。而蓄热器蓄热过程太长，需要尽可能缩短此过程，同时还要尽可能温度高，以长时间提供高温高压空气。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种新式的纯净空气蓄热式加热系统，该系统单个蓄热器工作，两端同时蓄热，燃气从两侧向中央流动并向上排出，而冷气则从一侧向另一侧水平流动，缩短蓄热时间的同时并可以加长高压空气的被加温时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种纯净空气蓄热式加热系统，采用两端蓄热式加热方式，由蓄热器、左端燃烧器、右端燃烧器构成；蓄热器水平放置，有三个接口，由内到外依次由陶瓷蜂窝体、耐火泥浇注料、绝热层、保温层、钢筒、排气筒构成，其蓄热器材料为陶瓷蜂窝体，沿排气筒中心线对称布置在耐火泥浇注料内；左端燃烧器安装在蓄热器左端，其有三个入口，分别是左端常压空气入口、左端液化石油气入口及高压空气入口；右端燃烧器安装在蓄热器右端，其有三个接口，分别是右端常压空气入口、右端液化石油气入口及高压空气出口；首先将常压空气和液化石油气分别通过左端常压空气入口、左端液化石油气入口供入左端燃烧器，再同时将常压空气和液化石油气分别通过右端常压空气入口、右端液化石油气入口供入右端燃烧器，同时点燃后产生的高温燃气由两侧向中央对蓄热器进行蓄热后由排气筒向上经燃气出口排出；当从排气筒排出的燃气温度达到需要的温度后，停止供给常压空气和液化石油气，关闭左端常压空气入口、左端液化石油气入口、右端常压空气入口及右端液化石油气入口，堵上燃气出口，将高压空气从高压空气入口通入，其通过蓄热器从左向右流动过程中被加热，从高压空气出口排出后即被加热到需要的高温。本发明适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，蓄热时间短，可以长时间的提供恒温的高温高压空气。

所述蓄热器的蓄热器长度范围为10～15米，蓄热器最大直径范围为1～3米，高温燃气从两侧向中央通过蓄热器向上排出，高压空气从左到右通过蓄热器，高压空气通过蓄热器后的加温能力范围为500K～1750K。

所述高压空气入口进入的高压空气的压力范围为0.8～4MPa，流量范围为1～4kg/s。

所述蓄热器的蜂窝体左右间隔范围为0.12～0.24米。

所述蓄热器的排气管直径范围为0.1～0.2米。

所述陶瓷蜂窝体的内孔为六边形，蜂窝体孔边长范围为2.5～4mm，蜂窝体孔厚度范围为1～2mm。

本发明的工作原理：首先将常压空气和液化石油气分别通过左端常压空气入口、左端液化石油气入口供入左端燃烧器，再同样将常压空气和液化石油气分别通过右端常压空气入口、右端液化石油气入口供入右端燃烧器，同时点燃后，产生的高温燃气由两侧向中央对蓄热器进行蓄热后由排气筒向上排出，即从蓄热器两端同时向中央开始蓄热。当从排气筒排出的燃气温度达到需要的温度后，停止供给常压空气和液化石油气，关闭左端常压空气入口、左端液化石油气入口、右端常压空气入口及右端液化石油气入口，堵上排气筒的出口。蓄热结束后，陶瓷蜂窝体从左向右呈现高温到低温再到高温一个分布。将高压空气从高压空气入口通入，其从蓄热器左端流动到右端，从高压空气出口排出，这个过程中，陶瓷蜂窝体将热量传递给高压空气，当高压空气排出时，其温度被加热到需要的温度。

本发明与现有技术相比具有的优点如下：

（1）本发明的蓄热式加热，采用单台蓄热器，两端向中央同时蓄热，缩短蓄热时间的同时，又使蓄热器右端的蜂窝体温度很高，可以提高高压空气从右端排出时被加热的温度；

（2）本发明的高温高压纯净空气加热系统，随着高压空气的流动，蓄热器内被蜂窝体温度分布逐渐均匀，高压空气被加热的时间很长；

（3）本发明的高温高压纯净空气加热系统系统紧凑。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的蓄热器结构示意图；

图3为本发明的陶瓷蜂窝体结构示意图；

图中：1蓄热器，2左端燃烧器，3右端燃烧器，4常压空气入口，5左端液化石油气入口，6高压空气入口，7右端常压空气入口，8右端液化石油气入口，9高压空气出口，10燃气出口，11陶瓷蜂窝体，12耐火泥浇注料，13绝热层，14保温层，15钢筒阀，16排气筒，17蜂窝体孔边长，18蜂窝体孔厚度，19蓄热器长度，20蜂窝体左右间隔，21排气管直径，22蓄热器最大直径。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例采用两端蓄热式加热方式，由蓄热器1、左端燃烧器2、右端燃烧器3构成。蓄热器1水平放置。左端燃烧器2安装在蓄热器1左端，螺栓连接，其有三个入口，分别是左端常压空气入口4、左端液化石油气入口5及高压空气入口6。右端燃烧器3安装在蓄热器1右端，螺栓连接，其有三个接口，分别是右端常压空气入口7、右端液化石油气入口8及高压空气出口9。左端常压空气入口4与右端常压空气入口7共用一套风机，各自拥有独立的开关阀门和调节空气流量用调节阀。左端液化石油气入口5与右端液化石油气入口8共用一套液化气供给系统，各自拥有独立的开关阀门及调节流量用阀门。首先将常压空气和液化石油气分别通过左端常压空气入口4、左端液化石油气入口5供入左端燃烧器2，同时将常压空气和液化石油气分别通过右端常压空气入口7、右端液化石油气入口8供入右端燃烧器3，左端燃烧器2和右端燃烧器3各自拥有独立的点火器，同时点燃后产生的高温燃气。而此时蓄热器1排气筒打开，燃气只能通过排气筒16经燃气出口10排出，这样燃气流动就是一个两侧向中央的流动过程。在这样一个蓄热过程后，监控高温燃气经过蓄热后从燃气出口10排出的温度，当此燃气温度达到指定温度后，停止供给常压空气和液化石油气，关闭左端常压空气入口4、左端液化石油气入口5、右端常压空气入口7及右端液化石油气入口8，堵上燃气出口10。这时蓄热器1内的陶瓷蜂窝体11温度分布情况是从左端向中央从高到低，从右端向中央从高到低，从左到右就是高低高的分布。接着将高压空气从高压空气入口6通入，其通过蓄热器1从左向右流动过程中被加热，从高压空气出口9排出后即被加热到需要的高温。在初期的流动过程中，高压空气从左端到中央的过程中被加热到与中央蜂窝体11相等的温度，而继续向右流动的过程中，则继续被加热直至温度达到陶瓷蜂窝体11右端的温度，温度很高。此后陶瓷蜂窝体11会降温，但是随着高压空气的流动，其从左到右逐渐均衡，左中右基本相同并达到某一温度。如果继续通入高压空气，高压空气则被更长时间的加热到刚刚的某一温度。本发明适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，蓄热时间短，可以长时间的提供恒温的高温高压空气。

如图2所示，蓄热器1由里到外依次由陶瓷蜂窝体11、耐火泥浇注料12、绝热层13、保温层14、钢筒15及排气筒16组成。陶瓷蜂窝体11是蓄热材料，其主要成分为氧化铝，起到吸收燃气热量并释放给冷气的功能，其在本蓄热器中对称安装，左端和右端各置一半，在排气筒16对应位置空出排气空间。耐火泥浇注料12起到支撑陶瓷蜂窝体11的作用，另外其延伸到排气筒的内部，防止排气筒温度太高而软化。而绝热层13和保温层14则防止里面的高温热量传递到外面，提高蓄热器效率。钢筒15起到抗压的作用，排气筒16则将燃气排出，另外由于高温下钢筒15和排气筒16抗压能力会变弱，所以绝热层19和保温层20的作用更加突出。

如图3所示陶瓷蜂窝体11的蜂窝孔为六边形，其蜂窝体孔边长17和蜂窝体孔厚度18对其蓄热器的蓄热过程和放热过程起着很大的影响作用。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纯净空气蓄热式加热系统，其特征在于：采用两端蓄热式加热方式，由蓄热器(1)、左端燃烧器(2)、右端燃烧器(3)构成；蓄热器(1)水平放置、有三个接口，由内到外依次由陶瓷蜂窝体(11)、耐火泥浇注料(12)、绝热层(13)、保温层(14)、钢筒(15)、排气筒(16)构成，其蓄热材料为陶瓷蜂窝体(11)，陶瓷蜂窝体(11)沿排气筒(16)中心线对称布置在耐火泥浇注料(12)内；左端燃烧器(2)安装在蓄热器(1)左端，其有三个入口，分别是左端常压空气入口(4)、左端液化石油气入口(5)及高压空气入口(6)；右端燃烧器(3)安装在蓄热器(1)右端，其有三个接口，分别是右端常压空气入口(7)、右端液化石油气入口(8)及高压空气出口(9)；首先将常压空气和液化石油气分别通过左端常压空气入口(4)、左端液化石油气入口(5)供入左端燃烧器(2)，再同时将常压空气和液化石油气分别通过右端常压空气入口(7)、右端液化石油气入口(8)供入右端燃烧器(3)，同时点燃后产生的高温燃气由两侧向中央对蓄热器(1)进行蓄热后由排气筒(16)向上经燃气出口(10)排出；当从排气筒(16)排出的燃气温度达到需要的温度后，停止供给常压空气和液化石油气，关闭左端常压空气入口(4)、左端液化石油气入口(5)、右端常压空气入口(7)及右端液化石油气入口(8)，堵上燃气出口(10)，将高压空气从高压空气入口(6)通入，其通过蓄热器(1)从左向右流动过程中被加热，从高压空气出口(9)排出后即被加热到需要的高温。

2.根据权利要求1所述的一种纯净空气蓄热式加热系统，其特征在于：所述蓄热器(1)的蓄热器长度(19)范围为10～15米，蓄热器最大直径(22)范围为1～3米，高温燃气从两侧向中央通过蓄热器(1)向上排出，高压空气从左到右通过蓄热器(1)，高压空气通过蓄热器(1)后的加温能力范围为500K～1750K。

3.根据权利要求1所述的一种纯净空气蓄热式加热系统，其特征在于：所述高压空气入口(6)进入的高压空气的压力范围为0.8～4MPa，流量范围为1～4kg/s。

4.根据权利要求1所述的一种纯净空气蓄热式加热系统，其特征在于：所述蓄热器(1)的陶瓷蜂窝体左右间隔(20)范围为0.12～0.24米。

5.根据权利要求1所述的一种纯净空气蓄热式加热系统，其特征在于：所述蓄热器(1)的排气管直径(21)范围为0.1～0.2米。

6.根据权利要求1所述的一种纯净空气蓄热式加热系统，其特征在于：所述陶瓷蜂窝体(11)的内孔为六边形，陶瓷蜂窝体内孔边长(17)范围为2.5～4mm，陶瓷蜂窝体内孔厚度(18)范围为1～2mm。