CN104797888A - 用于泵送系统的流体加热器 - Google Patents
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Abstract
一种用于泵送系统的流体加热器系统，包括芯部、加热元件和套管。该芯部包括由导热材料制成的主体以及形成在所述主体的外周上的多个通道。所述加热元件设置在所述芯部内。所述套管邻近所述多个通道围绕所述芯部。所述套管由强度高于所述芯部的导热材料的强度的材料形成。在另一实施例中，所述多个通道被切成斜面，以形成公共出口通气部的一部分，并且所述芯部包括紧邻所述公共出口通气部定位的温度传感器孔。
Description
技术领域
一般地，本发明涉及用于工业应用的加热器。更具体地，本发明涉及结合借助于由泵送和喷射系统分配将可变加热提供至黏性流体的加热器。
背景技术
在与高黏性材料一起使用的喷射系统中，期望将热量提供至位于喷射系统内的材料以促进所述材料泵送至喷枪。具体地，升高的温度可以减小材料的黏度，以使其易于泵送和喷射。高黏性材料在通过仅利用材料流过其中的单一通道的传统加热器泵送时经历较大的压降。已经开发各种加热器试图减小加热器内的压紧。具体地，Kolibas的美国专利No.4,465,922描述了具有材料流过其中的双通道的加热芯部。这样的加热器利用芯部和覆盖均由导热材料制成的通道的套管来使贯穿加热器的热传递最大化。该加热器还使用设置在接近流通通道的跨中间位置的芯部的内部中的温度传感器。需要持续改进用于喷射系统中的加热器的性能，以能够耐受更高的压力和温度并且能够更准确地管理所泵送材料的温度。
发明内容
一种用于泵送系统的流体加热器系统，包括芯部、加热元件和套管。该芯部包括由导热材料制成的主体以及形成在该主体的外周上的多个通道。该加热元件设置在该芯部中。该套管邻近该多个通道围绕该芯部。该套管由具有高于所述芯部的导热材料的强度的强度的材料形成。在另一实施例中，所述多个通道被切成斜面，以形成公共出口通气部的一部分，并且所述芯部包括紧邻所述公共出口通气部定位的温度传感器。
附图说明
图1是示出定位在流体泵与喷枪之间的喷射系统的示意图。
图2A是示出连接至定位在入口壳体与出口壳体之间的套管的外壳的图1的加热器的透视图。
图2B是示出多通道芯部和从套管延伸的加热筒的图2A的加热器的分解图。
图3是示出加热筒和连接至电路板的电阻式温度检测器(RTD)的图2A和2B的外壳的局部剖视分解图。
图4是示出图3的RTD相对于芯部的出口通气部的位置的图2A的部分4-4。
具体实施方式
图1是具有本发明的实施例所针对的加热器11的喷射系统10的示意图。除加热器11之外，喷射系统10包括流体容器12、空气源14、分配器16和泵18。喷射系统10通过空气分配管路20提供有来自空气源14的加压空气。空气分配管路20绞接至空气源管路22中，该空气源管路22直接连接至空气源14。在一个实施例中，空气源14包括压缩机。空气源管路22可以连接至多个空气分配管路，用于驱动多个分配器。空气分配管路20包括诸如过滤器24、阀26和空气调节器28的其它部件。气动马达组件34在空气入口30处被供给来自空气分配管路20的加压空气。泵18被连接至地面32。加压空气驱动泵18中的气动马达组件34，该气动马达组件驱动泵组件36。在驱动气动马达组件34之后，加压空气在空气排出口38处离开泵18。
在一个实施例中，泵18包括线性排量活塞泵，以使得气动马达组件34驱动泵组件36中的活塞。泵组件36中的活塞的操作通过流体管路40从容器12抽取诸如颜料或工业涂料的流体。流体管路40可包括被定位以浸没在容器12中以维持泵组件36的起动注入(priming)的止回阀的吸入管。泵18给流体加压并且将其推动至排放管路42中，该排放管路42在截流阀41处被连接至加热器11。流体管路43允许加压流体在导向阀44(director valve)被定位为连接流体管路43与流体管路40时回流至容器12。
加热器11包括加热泵18与分配器16之间的加压流体的加热装置。当导向阀44被定位为连接流体管路45与流体管路40时，流体管路45提供从分配器16至泵18的回路。流体管路46连接加热器11与分配器16。分配器16包括在被操作者致动时分配流体的手动操作阀。在一个实施例中，分配器16包括具有使加压流体雾化的孔的喷枪。背压阀47被定位在流体管路45和46中，以防止回流通过系统10。此外，系统10还可以包括压力释放系统48，该压力释放系统48允许加热器11与分配器16之间的加压流体排至容器49中。系统10还可以包括具有排泄阀51的过滤器50，用于从加压流体中筛选杂质。
期望在特定的喷射操作中控制所泵送流体的黏度。具体地，一些流体在较高温度下变为较低黏性，其使得流体易于泵送和喷射。例如，期望控制经由采用雾化喷射技术的分配器施加的流体的黏度。当所喷射流体贯穿喷射操作具有相同的黏度时，雾化喷射技术施加更均匀一致的涂面。加热器11控制泵18与分配器16之间的加压流体的温度，以促进更一致的喷射操作。可以使用连接至温度传感器和加热元件的电子器件主动地控制加热器11，以将流体的温度维持在所期望的范围内。
为了使加压流体通过内嵌式加热器，通常需要升高所泵送流体的压力，以克服在加热器内引起的压力损失。上述Kolibas的美国专利No.4,465,922中描述的加热器利用位于加热器中的双流动通道来减小加热器内的压力损失。然而，由加热器内的泵产生的压力仍然是显著的并且使加热器遭受负荷，该负荷可导致被制作用于优化热传递的特别是套管的加热器部件的破裂或故障。在一个实施例中，本发明的加热器11利用由在加热装置与流体之间具有高传热系数、而在围绕加压流体处具有高强度的材料制作而成的加热器。
图2A是示出连接至套管54的外壳52的图1的加热器11的透视图，该套管54定位在入口壳体56与出口壳体58之间。图2B是示出从套管54延伸的多通道芯部60和加热筒62的图2A的加热器11的分解图。加热器11还包括流体出口歧管64、安装支架66和流体入口68。图2A和2B被同时讨论。
图2A和2B公开了包括内RTD(电阻式温度检测器)温度传感器(参见图3)的加热器11的实施例。在该构造中，出口歧管64包括堵头70、出口配件72和堵头74。然而，在其它实施例中，堵头74可以被移除并且温度计可以被插入出口歧管64中。此外，堵头70和出口配件72可以切换以适应与处于不同方向中的流体管路的连接，例如图1中所示。
安装支架66以及U形螺栓73A和螺母73B被用来将加热器11固定在期望的位置中，例如靠近用于流体入口68和出口配件72的流体管路。如参照图1的讨论所示，加压流体在流体入口68处进入入口壳体56，在芯部60与套管54之间的流体通道内行进至出口壳体58。在本发明的一个实施例中，芯部60包括三个平行的流动通道78A、78B和78C，其中每一个流动通道都在入口壳体56处接收流体并且在出口壳体58处排出流体。来自加热筒62的热能通过芯部60行进至流动通道78A-78C，以减小加压流体的黏度。同时，流动通道78A-78C的增大的总横截面面积限制加热器11产生的压力损失。流动通道78A-78C将参照图4进一步详细讨论。
在本发明的一个实施例中，芯部60由传热系数高于套管54的传热系数的材料制成，同时套管54由强度高于芯部60的强度的材料制成。例如，芯部60可以由铝或铝合金制成，同时套管54由诸如不锈钢的钢制成。铝比不锈钢更导热大约十五倍，而不锈钢比铝强大约两倍。这样，芯部60可以被优化用于将热能从加热筒62传递至流动通道78A-78C，同时套管54可以被优化用于给加热器11提供强度以耐受由加压流体产生的力。具体地，套管54相对于芯部60的作用在传热至流动通道78A-78C中起较小的作用。此外，三个流动通道的存在增加了芯部60暴露于加压流体的表面面积，由此增加了传热能力。这样，由具有优于芯部60的材料的强度能力的材料制成套管54变为可接受的。
此外，套管54能够容易地从芯部60移除，以使得加热器11可以被拆卸以便维护和维修。特别地，套管54可以被移除，以使得通道78A-78C内堵塞的材料可以被去除。此后，加热器11可以被重新组装，以便进一步使用。在一个实施例中，芯部60被压入配合进套管54中，并且套管54被拧入入口壳体56和出口壳体58中。此外，固定螺钉或销81A-81D可以被用来将套管54固定至出口壳体58和入口壳体56上。
具体参照图2B，加热筒62通过头部82被插入芯部60的内部。加热筒62电连接至设置在外壳52中的电子器件。例如，加热筒62和指示灯80被连接至电路板并且被安装至头部82。当加热筒62起作用时，指示灯80可以被用来发信号。此外，恒温开关和诸如RTD(图3和4)的温度感测装置可以位于外壳52内。芯部60包括传感器孔83，温度感测装置的探针延伸进该传感器孔83中。
图3是安装至帽86的RTD 84和加热筒62A和62B的近视透视图。外壳52被部分拆除并且从帽86分解地示出。加热筒62A和62B、RTD 84和指示灯80被电耦合至外壳52内的电路板88。使用螺母89将指示灯80固定至外壳52。配件90被连接至外壳52，以允许电缆连接至电路板88，从而提供电力给加热筒62A和62B以及加热器11的其它部件。
使用紧固件92A-92D将帽86固定至芯部60(图4)。帽86提供用于将诸如指示灯80的电子部件和诸如出口壳体58(图4)的壳体部件安装至芯部60的平台。加热筒62A和62B包括细长的加热元件，该细长的加热元件延伸通过帽86内的孔并且被插入芯部60内的孔中。在所公开的实施例中，加热筒62A和62B是电阻加热器。通常，适于与芯部60一起使用的加热筒62A和62B可以从工业供应商购买到。加热筒62A和62B电连接至电路板88，以从延伸通过配件99的导线接收电力。如果加热筒62A和62B发生故障或磨损，那么加热筒62A和62B可以从帽86和芯部60移除并且被更换。
RTD 84延伸通过帽86内的孔并且被插入芯部60内的孔中。虽然本发明参照RTD描述，但是可以使用诸如热电偶的其它类型的温度传感器。RTD84包括电连接器94和延伸通过配件98进入芯部60中的探针护套96。具体地，如图4所示，RTD 84的尖端延伸进芯部60的传感器孔83中，从而被定位在用于通道78A-78C的公共出口通气部中。
图4是示出图3的RTD 84相对于芯部60的公共出口通气部100的位置的图2A的部分4-4。此外，芯部60包括公共入口通气部102。紧固件92A-92D(图3)将帽86固定至芯部60的头部82，并且芯部60插入穿过出口壳体58、穿过套管54并且进入入口壳体56中。帽86比芯部60更宽，以使得帽86接合出口壳体58，以防止芯部60掉入入口壳体56的底部。固定螺钉81A和81B将出口壳体58固定至套管54。固定螺钉81C和81D(图2B)将入口壳体56固定至套管54。紧固件104A和104B将外壳52固定至出口壳体58。
流动通道78A-78C在围绕芯部60的细长流动部分的螺旋路径中从入口通气部102延伸至出口通气部104。套管54环绕该细长流动部分以封闭流动通道78A-78C，由此在入口通气部102与出口通气部104之间形成密封通路。由通道78A-78C产生的形成在芯部60上的肋部包括分别位于出口通气部100和入口通气部102处的斜面106和斜面108，以确保通道78A-78C中的每一个都在公共通气部处接收和排放流体。此外，芯部60的尺寸在出口通气部100与头部82之间且在颈部110处逐渐变小，以防止芯部60与出口歧管64之间的通道78A-78C形成阻塞。如前所述，流动通道78A-78C的表面面积和铝制芯部60的导热率促进从加热筒62A和62B至通道78A-78C内的流体的热传递。
加热筒62A和62B延伸进芯部60内的孔12A和12B中。加热筒62A和62B是细长形的，以使得流动通道78A-78C的大部分长度被加热。RTD 84的探针护套96延伸穿过将RTD 84固定至帽86的配件98。加热筒62A和62B以及RTD 84均被连接至外壳52内的电路，该电路基于RTD 84获取的温度读数而选择性地打开加热筒62A和62B。探针护套96的尖端延伸穿过传感器孔83并且进入公共出口通气部100。这样，RTD 84被定位以感测与系统10(图1)的操作更相关的加热器11内的流体的温度。
在诸如上述Kolibas的美国专利No.4,465,922中的现有系统中，温度传感器居中定位在靠近流动通道的跨中间的芯部内。这样的定位仅提供了与加热器应响应的材料的温度并不是特别相关的入口与出口之间的材料的平均温度。例如，期望知道正被泵送至分配器16(图1)的流体的实际温度。特别地，在系统10的间歇操作期间，期望知道流动开始以及流动停止时出口通气部100处的温度，以使得可以操作加热筒62A和62B，以更精确地控制最接近分配器16的流体的温度。在本发明的实施例中，传感器孔83允许RTD 84感测出口通气部100内的流体的温度。RTD 84与芯部60的材料和正被泵送的实际流体接触，以使得获取流体的温度的更准确的读数。
虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在形式和细节上作出改变。
Claims (21)
1.一种流体加热器系统，包括：
芯部，该芯部包括：
由导热材料制成的主体；以及
形成在所述主体的外周上的多个通道；
设置在所述芯部内的加热元件；以及
套管，该套管邻近所述多个通道围绕所述芯部；
其中，所述套管由强度高于所述芯部的导热材料的强度的材料形成。
2.如权利要求1所述的流体加热器系统，其中所述多个通道包括沿螺旋路径平行延伸的三个流动通道。
3.如权利要求1所述的流体加热器系统，其中所述套管的导热率小于所述芯部的导热率。
4.如权利要求3所述的流体加热器系统，其中所述芯部包括铝基材料，而所述套管包括基于不锈钢的材料。
5.如权利要求1所述的流体加热器系统，其中所述套管以能够释放的方式连接至所述芯部。
6.如权利要求5所述的流体加热器系统，还包括：
入口壳体，该入口壳体连接至所述套管，以至少部分地限定用于所述多个通道的公共入口通气部；以及
出口壳体，该出口壳体连接至所述套管，以至少部分地限定用于所述多个通道的公共出口通气部。
7.如权利要求6所述的流体加热器系统，还包括：
帽，该帽连接至所述芯部，以防止所述芯部穿过所述入口壳体和所述出口壳体；以及
固定螺钉，该固定螺钉将所述入口壳体和所述出口壳体与所述套管连接。
8.如权利要求6所述的流体加热器系统，其中，所述芯部还包括：
头部，该头部邻近所述公共出口通气部从所述主体延伸；以及
传感器孔，该传感器孔紧邻所述公共出口通气部延伸通过所述头部。
9.如权利要求8所述的流体加热器系统，其中，所述芯部还包括：
加热器孔，该加热器孔延伸通过所述头部并且延伸到所述芯部的主体中；
其中所述加热元件设置在所述加热器孔中。
10.如权利要求8所述的流体加热器系统，其中，所述芯部还包括：
颈部，该颈部邻近所述公共出口通气部将所述芯部的主体连接至所述头部。
11.如权利要求8所述的流体加热器系统，其中，所述芯部还包括：
出口斜面，该出口斜面设置在所述头部与所述主体的第一端之间，以至少部分地形成所述公共出口通气部；以及
入口斜面，该入口斜面设置在所述主体的第二端处，以至少部分地形成所述公共入口通气部。
12.如权利要求11所述的流体加热器系统，其中，所述传感器孔邻近所述出口斜面穿透进所述公共出口通气部中。
13.如权利要求11所述的流体加热器系统，其中，所述出口斜面和所述入口斜面包括所述多个通道的斜口。
14.如权利要求1所述的流体加热器系统，还包括：
温度传感器，该温度传感器定位在所述芯部中，以感测所述公共出口通气部处的温度。
15.如权利要求14所述的流体加热器系统，其中，所述温度传感器包括电阻式温度检测器。
16.如权利要求1所述的流体加热器系统，还包括：
流体泵，该流体泵以流体连通的方式连接至所述公共入口通气部；以及
流体喷射器，该流体喷射器以流体连通的方式连接至所述公共出口通气部。
17.一种流体加热器芯部，包括：
细长流动部分，该细长流动部分从入口端延伸至出口端；
多个平行螺旋流动通道，该多个平行螺旋流动通道设置在在所述入口端与所述出口端之间延伸的所述细长流动部分中；
所述多个平行螺旋流动通道的在所述入口端处的第一斜面；
所述多个平行螺旋流动通道的在所述出口端处的第二斜面，
其中，所述流体加热器的芯部由铝合金制造而成。
18.如权利要求17所述的流体加热器的芯部，还包括：
颈部，该颈部从所述细长流动部分的出口端延伸；
连接至所述颈部的头部；以及
传感器孔，该传感器孔朝向所述第二斜面延伸穿过所述头部。
19.如权利要求18所述的流体加热器的芯部，还包括：
套管，该套管围绕所述细长流动部分；
其中所述套管由不锈钢合金制造而成。
20.如权利要求19所述的流体加热器的芯部，还包括：
出口壳体，该出口壳体围绕所述第二斜面，以至少部分地限定用于所述多个平行螺旋流动通道的公共出口通气部。
21.如权利要求20所述的流体加热器的芯部，还包括：
紧固件，该紧固件将所述出口壳体连接至所述套管；
帽，该帽将所述头部连接至所述出口壳体；以及
传感器，该传感器设置在所述传感器孔中。
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