CN105180424B - 一种波纹管式气体电加热装置 - Google Patents
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Abstract
一种波纹管式气体电加热装置,涉及一种气体电加热装置,所述装置包括外壳(4)、加热器芯体、电气接线盒(1)、保温衬套(5)、端头隔板(9)、进口连接管(11)、出口连接管(10),其中加热器芯体为该装置的核心部件,包括若干根波纹管(7)、若干导流支撑板(6)、端板(3)、导流端板(8)以及绝缘环套(13);外壳为一密封金属壳体,外壳内壁上贴敷一层保温衬套;外壳内壁进气口一侧设有环形安装板(2),通过加热器芯体上的端板将外壳与加热器芯体一端连接固定;本发明实现了电热元件内外换热,使得该设备热效率高,电热元件壁温低,热应力小,寿命长,节省贵金属电热元件材料的消耗。特别适用于气体压力大、温升高的场合。
Description
技术领域
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波纹管式气体电加热装置。
背景技术
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。目前,国内外一般气体电加热技术采用的方案可以分成以下两种。
一是中间为实体的电热元件与被加热气体在电热元件外表面进行对流换热,气体直接冲刷电热元件外表面。这种方案包括:裸露的电热元件,电热元件外加不锈钢保护套管等形式。该方案存在的问题是:电热元件散热面积小,电热元件温度过高,氧化皮脱落,电热体寿命短,气体加热质量无法保证,无法加热高温气体,尤其是加热高温、高压空气等问题。
二是中间为空心的电热元件与被加热气体在电热元件内表面进行对流换热,气体直接冲刷电热元件内表面。即电热元件为光滑金属薄壁管,气体在管内通过并被加热,故又称为通道式空气加热器(through flow electric heater for fluids such as air)。该装置部分解决了方案一的问题,但也存在以下不足和缺陷:气体只在电热元件内做纵向冲刷,管外无气体横向冲刷,传热面积小,传热效果差,电热元件管壁温度高,容易变形甚至烧损,这是该装置存在的问题之一。电热元件为为光滑金属薄壁管,管内气体流动传热系数小,传热效果差,这是该装置存在的问题之二。气体一次性通过电热元件,传热面积小,使得该方案沿气流方向上,长度过长,结构强度不够,这是该装置的问题之三。电热元件为光滑金属薄壁管,沿气体流动方向金属管壁温度高,热膨胀量大,电热元件两端的固定端板处热应力大,容易变形损坏,这是该设备最大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波纹管式气体电加热装置,该装置在电热元件内外加热,换热面积增大,减少了沿气流方向上或长度方向上通道尺寸,增加了电热元件的结构强度和传热系数,增大了电阻和传热面积,节省了贵金属电热元件材料的消耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种波纹管式气体电加热装置,所述装置包括外壳、加热器芯体、电气接线盒、保温衬套、端头隔板、进口连接管、出口连接管,其中加热器芯体为该装置的核心部件,包括若干根波纹管、若干导流支撑板、端板、导流端板以及绝缘环套; 外壳为一密封金属壳体,外壳内壁上贴敷一层保温衬套;外壳内壁进气口一侧设有环形安装板,通过加热器芯体上的端板将外壳与加热器芯体一端连接固定;外壳进气口一侧设有电气接线盒,将电气接线引入加热器芯体上电热元件波纹管;外壳两端还设有被加热气体进出口连接管;加热芯体构成气体加热时流经的通道;加热芯体由若干根波纹管、若干导流支撑板、端板、导流端板以及绝缘环套组成;每一个波纹管为一并联的气体加热通道,同时在电气上又作为一个独立的电阻电热元件;波纹管束一端通过端板与外壳连接,另一端通过导流端板与外壳连接;导流支撑板支撑波纹管束。
所述的一种波纹管式气体电加热装置,所述端板、导流端板、导流支撑板与波纹管束之间装设有绝缘环套。
所述的一种波纹管式气体电加热装置,所述导流端板上设有导流孔。
所述的一种波纹管式气体电加热装置,所述加热芯体每一个波纹管是一个独立的电阻电热元件,波纹管束两端根据电热功率及电压等级选择电气并联或串联连接。
本发明的优点与效果是:
1.本发明气体在电热元件内外加热,换热面积增大;二是气体由冷气体进口侧进入,在波纹管外,折返冲刷波纹管外壁,由冷气体进口侧流向热气体出口侧;在热气体出口侧进入上部波纹管内,由气热体出口侧流向冷气体进口侧,再从冷气体进口侧进入下部纹管内,由冷气体进口侧流向热气体出口侧。在通道内串联加热,可大大减少通道长度方向的尺寸,增加电热元件的结构强度;三是波纹管的特殊结构,无论是在外表面还是内表面都大大强化了气体的紊流,大大增加了传热系数;四是波纹管作为电热元件与光管相比,结构强度大,可以减少壁厚,增大电阻和传热面积;五是波纹管的特殊结构可以减少电热元件长度方向的热应力,避免变形与烧损。
2.本发明气体先与波纹管外壁换热,再与波纹管内壁换热;波纹管内壁换热是气体先通过上部部分通道,再通过下部部分通道,在通道内串联加热。因此装置热效率高、电热元件壁温低、热应力小、寿命长、节省了贵金属电热元件材料的消耗。
附图说明
图1波纹管式气体电加热装置结构示意图;
图2波纹管式气体电加热装置A-A剖面图;
图3波纹管式气体电加热装置B-B剖面图;
图4波纹管式气体电加热装置C-C剖面图;
图5波纹管电热元件结构图。
图中:1-电气接线盒,2-环形安装板,3-端板,4-外壳,5-保温衬套,6-导流支撑板,7-波纹管,8-导流端板,9-端头隔板,10-出口连接管,11-进口连接管,12-绝缘环套,13-导流孔。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例,对本发明作进一步详述。
本发明提供的波纹管式气体电加热装置如图1-5所示。该装置包括:外壳4、加热器芯体、电气接线盒1、保温衬套5、端头隔板9、进口连接管11、出口连接管10等几部分组成.,其中加热器芯体为该装置的核心部件,它包括:若干根波纹管7、若干导流支撑板6、端板3、导流端板8以及绝缘环套13等零件。
外壳为一密封金属壳体,承受加热气体与外界之间的压差。外壳的材质、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。根据加热功率、气体加热终温大小不一,外壳内壁上贴敷一层保温衬套。外壳内壁进气口一侧设有环形安装板2,通过加热器芯体上的端板将外壳与加热器芯体一端连接固定。外壳进气口一侧设有电气接线盒,将电气接线引入加热器芯体上电热元件波纹管。外壳两端还设有被加热气体进出口连接管。
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。加热芯体由若干根波纹管、若干导流支撑板、端板、导流端板以及绝缘环套等零件组成。每一个波纹管为一并联的气体加热通道,同时在电气上又作为一个独立的电阻电热元件。波纹管束一端通过端板与外壳连接,另一端通过导流端板与外壳连接。导流支撑板的目的:一是支撑波纹管束,防止波纹管束高温变形;另一目的是引导气体在波纹管束外做横向冲刷对流换热。端板、导流端板、导流支撑板与波纹管束之间装设有绝缘环套,防止它们之间电气短路。
加热芯体的电热原理如下:每一个波纹管都是一个独立的电阻电热元件,电源(交流或直流)一极通过电气接线盒将电流导入波纹管,波纹管束两端可以根据电热功率及电压等级选择电气并联或串联连接,电流从最后一根波纹管经电气接线盒流出,电能转化成热能。
被加热气体吸热原理如图1所示,冷气体由进口连接管进入外壳,在波纹管束外做横向冲刷对流换热,气体在导流支撑板的引导下多次折返流向热气体出口一侧,经导流端板上的导流孔13进入端头隔板上部空间的波纹管束。气体从上部空间的波纹管束内从热气体出口一侧向冷气体进口一侧流动,与波纹管内壁做对流换热。气体在壳体内冷气体进口一侧由上部空间的波纹管束内流出转向下部空间的波纹管束内,再由冷气体进口一侧流向热气体出口一侧,完成下部空间的波纹管束内的对流换热,最后经由热气体出口连接管流出,完成整个加热过程。
Claims (4)
1.一种波纹管式气体电加热装置,所述装置包括外壳、加热器芯体、出口连接管、进口连接管,其中加热器芯体为该装置的核心部件,外壳为一密封金属壳体,外壳内壁上贴敷一层保温衬套,其特征在于,所述装置还包括电气接线盒(1)、端头隔板(9),波纹管(7)、导流支撑板(6)、端板(3)、导流端板(8)以及绝缘环套(13);外壳内壁进气口一侧设有环形安装板(2),通过加热器芯体上的端板将外壳与加热器芯体一端连接固定;外壳进气口一侧设有电气接线盒,将电气接线引入加热器芯体上电热元件波纹管;外壳两端还设有被加热气体进出口连接管;加热芯体构成气体加热时流经的通道;加热芯体由若干根波纹管、若干导流支撑板、端板、导流端板以及绝缘环套组成;每一个波纹管为一并联的气体加热通道,同时在电气上又作为一个独立的电阻电热元件;波纹管束一端通过端板与外壳连接,另一端通过导流端板与外壳连接;导流支撑板支撑波纹管束。
2.根据权利要求1所述的一种波纹管式气体电加热装置,其特征在于,所述端板、导流端板、导流支撑板与波纹管束之间装设有绝缘环套。
3.根据权利要求2所述的一种波纹管式气体电加热装置,其特征在于,所述导流端板上设有导流孔(13)。
4.根据权利要求1所述的一种波纹管式气体电加热装置,其特征在于,所述加热芯体每一个波纹管是一个独立的电阻电热元件,波纹管束两端根据电热功率及电压等级选择电气并联或串联连接。
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