CN109654730A - 一种整体式气体加热装置 - Google Patents

Abstract

一种整体式气体加热装置，属于燃料喷雾和燃烧可视化实验研究装置的技术领域。该装置包括加热器外壳和端盖，端盖与加热器外壳固定连接，加热器外壳中设有加热芯，加热器外壳上的进、出气口与其内部的所述加热芯形成气体流动通道。该装置减少气体加热过程所需要的时间，实现气体的快速均匀加热；摆脱传统加热方式对定容燃烧弹材料结构的限制及加热过程产物对实验的影响；延长了硅碳棒的使用寿命；可准确监测加热器内气体温度；可根据实际需要调整硅碳棒与高温合金板和垫片的数量和布置方式；简化定容燃烧弹内结构，增强燃烧和喷雾可视化实验系统的布置灵活度，实现整个系统的模块化布置，拓宽系统应用前景。

Description

一种整体式气体加热装置

技术领域

本发明涉及一种整体式气体加热装置，属于燃料喷雾和燃烧可视化实验研究装置的技术领域。

背景技术

环境气体温度是研究燃料喷雾和燃烧过程的一个重要参数，在定容燃烧弹内进行燃料喷雾和燃烧可视化实验时必须对环境气体温度进行控制。现有的用于定容燃烧弹的气体加热装置有以下几类：（a）电加热类型：很多定容燃烧弹采用电加热的方式，这种加热方式是在定容燃烧弹底部布设加热棒，或在定容燃烧弹内盘布电热丝，这种加热方式会导致定容燃烧弹内温度分布不均匀，对实验的精度产生干扰，而且这种加热方式的加热速度和功率不易调节；（b）定容弹壁面加热型：一部分定容燃烧弹采用了壁面加热的方式，在定容燃烧弹表面均匀缠绕加热带。若要达到定容燃烧弹内所需的高温，这种加热方式会导致定容燃烧弹壁面温度过高，对定容燃烧弹金属材料有很高的要求，而且过高的壁面温度可能会损坏具有视窗的定容燃烧弹的视窗玻璃；（c）燃气燃烧型：燃气燃烧型加热装置是将可燃气体通入定容燃烧弹内燃烧以快速达到高温高压，这种加热方式需要进行精确的计算，生成的产物也会对实验本身造成干扰，同时燃烧产物可能会附着在视窗玻璃表面，不仅影响视野，而且对玻璃造成损伤。

综上所述，电加热方式安全快速，但存在加热不均的问题；壁面加热方式可使容弹内温度分布较为均匀，但对容弹材料有较高的要求，且存在一定的安全隐患；燃气燃烧加热会对实验结果造成干扰且可能会造成视窗玻璃损伤。

发明内容

为了现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种对通入定容燃烧弹内的气体进行加热的外部整体式气体加热装置，可以实现：（a）安全快速地为定容燃烧弹提供受热均匀的高温高压气体；（b）摆脱传统加热方式对定容燃烧弹材料结构的限制及加热过程产物对实验的影响；（c）简化定容燃烧弹内结构，增强燃烧和喷雾可视化实验系统的布置灵活度，实现整个系统的模块化布置，拓宽系统应用前景。

本发明采用的技术方案是：一种整体式气体加热装置，它包括加热器外壳和端盖，端盖与加热器外壳固定连接，加热器外壳中设有加热芯，所述加热器外壳上的进、出气口与其内部的所述加热芯形成气体流动通道，气体可从加热器外壳的进气口进入，经过加热芯加热后，再从加热器外壳的出气口出去；

所述加热芯包括加热内芯，所述加热内芯与加热器外壳和端盖之间用上陶瓷衬套、出口陶瓷衬套、下陶瓷衬套、进口陶瓷衬套、前陶瓷衬套和后陶瓷衬套隔开，所述出口陶瓷衬套和进口陶瓷衬套上开有与所述加热器外壳上的出、进气口相对应的气孔；

所述U形硅碳棒套于所述加热内芯中，所述上陶瓷衬套开有方形槽，U形硅碳棒上端部伸到所述方形槽中并由硅碳棒夹子夹紧，硅碳棒夹子通过铝带与插在端盖上的电极相连，对U形硅碳棒供电。

所述上陶瓷衬套和进口陶瓷衬套上开有细圆洞，固定在端盖和加热器外壳上的热电偶探针插入到细圆洞内，监测气体温度。

所述加热内芯由数个圆垫片、第一高温合金板、第二高温合金板、方形一号垫片、第三高温合金板、第四高温合金板和方形二号垫片按一定顺序叠在一起由紧固夹具夹紧形成加热内芯内部气体流动通道，由定位销进行定位，每两个高温合金板间均有6个圆垫片及一个方形一号垫片或方形二号垫片。

所述第一高温合金板、第二高温合金板、第三高温合金板、第四高温合金板与方形一号垫片、方形二号垫片的长和宽均一致，一个第一高温合金板与一个方形一号垫片及6个圆垫片组成第一高温合金板单层装配体，一个第二高温合金板与一个方形一号垫片及6个圆垫片组成第二高温合金板单层装配体，一个第三高温合金板与一个方形二号垫片及6个圆垫片组成第三高温合金板单层装配体，一个第四高温合金板与一个方形二号垫片及6个圆垫片组成第四高温合金板单层装配体；一个第一高温合金板单层装配体与12个第二高温合金板单层装配体叠加在一起组成A板组；一个第三高温合金板单层装配体与12个第四高温合金板单层装配体叠加在一起组成B1板组，五个B1板组叠加在一起组成B2板组；一个第三高温合金板单层装配体与12个第二高温合金板单层装配体及一个第一高温合金板叠加在一起组成C板组，A板组、B2板组及C板组叠加在一起由紧固夹具夹紧组成加热内芯。

所述A板组、B2板组及C板组叠加在一起于镂空处形成6个圆形贯穿通道，即为加热内芯内部U形硅碳棒安装空间，所述U形硅碳棒与6个圆形贯穿通道壁面间保留必要的距离。

所述第一高温合金板、第二高温合金板、第三高温合金板、第四高温合金板与圆垫片及方形一号垫片、方形二号垫片间均不是严格密封的，大部分气体在气体流动通道内流动，极少部分气体泄漏到气体流动通道外部。

本发明的有益效果是：这种整体式气体加热装置，它包括加热器外壳和端盖，端盖与加热器外壳固定连接，加热器外壳中设有加热芯，所述加热器外壳上的进、出气口与其内部的所述加热芯形成气体流动通道，气体可从加热器外壳的进气口进入，经过加热芯加热后，再从加热器外壳的出气口出去。该装置在一定体积下拥有较大的换热面积，可以大幅减少气体加热过程所需要的时间，实现气体的快速均匀加热；摆脱传统加热方式对定容燃烧弹材料结构的限制及加热过程产物对实验的影响；将硅碳棒套于加热内芯中，硅碳棒不与大部分被加热气体直接接触，延长了硅碳棒的使用寿命；装有热电偶探针，可较准确监测加热器内气体温度；可根据实际需要调整硅碳棒与高温合金板和垫片的数量和布置方式；简化定容燃烧弹内结构，增强燃烧和喷雾可视化实验系统的布置灵活度，实现整个系统的模块化布置，拓宽系统应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是一种整体式气体加热装置的主视图。

图2是一种整体式气体加热装置的俯视图。

图3是图2中A-A剖视图。

图4是图2中B-B剖视图。

图5是图2中C-C剖视图。

图6是图1中D-D剖视图。

图7是加热内芯的结构示意图。

图8是加热内芯气体流动方向的示意图。

图9是圆垫片的结构示意图。

图10是第一高温合金板的结构示意图。

图11是第二高温合金板的结构示意图。

图12是方形一号垫片的结构示意图。

图13是第三高温合金板的结构示意图。

图14是第四高温合金板的结构示意图。

图15是方形二号垫片的结构示意图。

图16是第一高温合金板单层装配体的仰视图。

图17是第二高温合金板单层装配体的仰视图。

图18是第三高温合金板单层装配体的仰视图。

图19是第四高温合金板单层装配体的仰视图。

图中：1、电极，2、端盖，3、加热器外壳，4、上陶瓷衬套，5、出口陶瓷衬套，6、下陶瓷衬套，7、热电偶探针，8、进口陶瓷衬套，9、U形硅碳棒，10、硅碳棒夹子，11、前陶瓷衬套，12、后陶瓷衬套，13、定位销，14、紧固夹具，15、圆垫片，16、第一高温合金板，17、第二高温合金板，18、方形一号垫片，19、第三高温合金板，20、第四高温合金板，21、方形二号垫片，22、第一高温合金板单层装配体，23、第二高温合金板单层装配体，24、第二高温合金板单层装配体，25、第二高温合金板单层装配体。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

图1、2示出了一种整体式气体加热装置主视图和俯视图；图3、4、5示出了图2中A-A处、B-B处和C-C处的剖面示意图。这种整体式气体预加热装置包括加热芯、电极1、加热器外壳3、端盖2和热电偶探针7，上陶瓷衬套4开有方形槽，U形硅碳棒9上端部伸到方形槽中并由硅碳棒夹子10夹紧，硅碳棒夹子10通过铝带与插在端盖2上的电极1相连，对U形硅碳棒9供电。U形硅碳棒9套于加热内芯中，加热内芯用上陶瓷衬套4、出口陶瓷衬套5、下陶瓷衬套6、进口陶瓷衬套8、前陶瓷衬套11和后陶瓷衬套12固定，形成加热芯，加热芯固定在加热器外壳3内，并由端盖2封住上端。上陶瓷衬套4和进口陶瓷衬套8上开有一定深度的细圆洞，固定在端盖2和加热器外壳3上的热电偶探针7插入到细圆洞内，可较准确地监测气体温度。

图6示出了图1中D-D处的剖面示意图。本装置使用的3根U形硅碳棒9与6个圆形贯穿通道壁面间保留有一定距离，这是为了在保证热辐射强度的同时防止第一高温合金板16、第二高温合金板17、第三高温合金板19、第四高温合金板20及圆垫片15接触导电。同时U形硅碳棒9与第一高温合金板16（2个）、第二高温合金板17（24个）、第三高温合金板19（6个）、第四高温合金板20（60个）呈一定度数夹角布置，增强气流扰动以提高换热效果。

图7示出了加热内芯的结构示意图。第一高温合金板16、第二高温合金板17、第三高温合金板19、第四高温合金板20与方形一号垫片18、方形二号垫片21的长和宽均一致。图8示出了待加热气体在加热装置加热内芯内的气体流动路线。第一高温合金板16、第二高温合金板17、第三高温合金板19、第四高温合金板20及圆垫片15和方形一号垫片18、方形二号垫片21按一定顺序叠加在一起形成加热内芯内部气体流动通道。气体在流动通道内曲折流动，装置使用的加热芯长a mm、宽b mm、高c mm，则气体流动通道总长（21a+b+3c）mm，且由多层第一高温合金板16、第二高温合金板17、第三高温合金板19、第四高温合金板20对其进行加热，具有较大的换热面积。

图9、10、11、12、13、14、15分别示出了圆垫片15、第一高温合金板16、第二高温合金板17、方形一号垫片18、第三高温合金板19、第四高温合金板20、方形二号垫片21的结构图。本装置所有高温合金板与垫片间均不是严格密封的，大部分气体在气体流动通道内流动，极少部分气体泄漏到外部，这是为了防止气体流动通道内外形成压差，破坏圆垫片15、第一高温合金板16、第二高温合金板17、方形一号垫片18、第三高温合金板19、第四高温合金板20、方形二号垫片21。本装置使用的圆垫片15、第一高温合金板16、第二高温合金板17、方形一号垫片18、第三高温合金板19、第四高温合金板20、方形二号垫片21均由镍铬合金材料加工而成，可在1100℃环境下可靠使用。

图16、17、18、19分别示出了第一高温合金板单层装配体22、第二高温合金板单层装配体23、第3高温合金板单层装配体24、第4高温合金板单层装配体25的仰视图。

一个第一高温合金板16与一个方形一号垫片18及6个圆垫片15组成第一高温合金板单层装配体22，一个第二高温合金板17与一个方形二号垫片18及6个圆垫片15组成第二高温合金板单层装配体23，一个第三高温合金板19与一个方形二号垫片21及6个圆垫片15组成第三高温合金板单层装配体24，一个第四高温合金板20与一个方形二号垫片21及6个圆垫片15组成第四高温合金板单层装配体25，一个第一高温合金板单层装配体22与12个第二高温合金板单层装配体23叠加在一起组成A板组；一个第三高温合金板单层装配体24与12个第四高温合金板单层装配体25叠加在一起组成B1板组，五个B1板组叠加在一起组成B2板组；一个第三高温合金板单层装配体24与12个第二高温合金板单层装配体23及一个第一高温合金板16叠加在一起组成C板组；A板组、B2板组及C板组叠加在一起由紧固夹具14夹紧组成加热内芯。加热内芯于镂空处形成6个圆形贯穿通道，即为U形硅碳棒安装空间，将大部分气体与硅碳棒隔绝开。

Claims (6)

1.一种整体式气体加热装置，它包括加热器外壳（3）和端盖（2），端盖（2）与加热器外壳（3）固定连接，其特征在于：所述加热器外壳（3）中设有加热芯，加热器外壳（3）上的进、出气口与其内部的加热芯形成气体流动通道，气体从加热器外壳（3）的进气口进入，经过加热芯加热后，再从加热器外壳（3）的出气口出去；

所述加热芯包括加热内芯，加热内芯与加热器外壳（3）和端盖（2）之间用上陶瓷衬套（4）、出口陶瓷衬套（5）、下陶瓷衬套（6）、进口陶瓷衬套（8）、前陶瓷衬套（11）和后陶瓷衬套（12）隔开，所述出口陶瓷衬套（5）和进口陶瓷衬套（8）上开有与所述加热器外壳（3）上的出、进气口相对应的气孔；

U形硅碳棒（9）套于所述加热内芯中，所述上陶瓷衬套（4）开有方形槽，U形硅碳棒（9）上端部伸到所述方形槽中并由硅碳棒夹子（10）夹紧，硅碳棒夹子（10）通过铝带与插在端盖（2）上的电极（1）相连，对U形硅碳棒（9）供电。

2.根据权利要求1所述的一种整体式气体加热装置，其特征在于：所述上陶瓷衬套（4）和进口陶瓷衬套（8）上开有细圆洞，固定在端盖（2）和加热器外壳（3）上的热电偶探针（7）插入到细圆洞内，监测气体温度。

3.根据权利要求2所述的一种整体式气体加热装置，其特征在于：所述加热内芯由数个圆垫片（15）、第一高温合金板（16）、第二高温合金板（17）、方形一号垫片（18）、第三高温合金板（19）、第四高温合金板（20）和方形二号垫片（21）按一定顺序叠在一起由紧固夹具（14）夹紧形成加热内芯内部气体流动通道，由定位销（13）进行定位，每两个高温合金板间均有6个圆垫片（15）及一个方形一号垫片（18）或方形二号垫片（21）。

4.根据权利要求3所述的一种整体式气体加热装置，其特征在于：所述第一高温合金板（16）、第二高温合金板（17）、第三高温合金板（19）、第四高温合金板（20）与方形一号垫片（18）、方形二号垫片（21）的长和宽均一致，一个第一高温合金板（16）与一个方形一号垫片（18）及6个圆垫片（15）组成第一高温合金板单层装配体（22），一个第二高温合金板（17）与一个方形一号垫片（18）及6个圆垫片（15）组成第二高温合金板单层装配体（23），一个第三高温合金板（19）与一个方形二号垫片（21）及6个圆垫片（15）组成第三高温合金板单层装配体（24），一个第四高温合金板（20）与一个方形二号垫片（21）及6个圆垫片（15）组成第四高温合金板单层装配体（25）； 一个第一高温合金板单层装配体（22）与12个第二高温合金板单层装配体（23）叠加在一起组成A板组；一个第三高温合金板单层装配体（24）与12个第四高温合金板单层装配体（25）叠加在一起组成B1板组，五个B1板组叠加在一起组成B2板组；一个第三高温合金板单层装配体（24）与12个第二高温合金板单层装配体（23）及一个第一高温合金板（16）叠加在一起组成C板组；A板组、B2板组及C板组叠加在一起由紧固夹具（14）夹紧组成加热内芯。

5.根据权利要求4所述的一种整体式气体加热装置，其特征在于：所述A板组、B2板组及C板组叠加在一起于镂空处形成6个圆形贯穿通道，即为加热内芯内部U形硅碳棒（9）安装空间，所述U形硅碳棒(9)与6个圆形贯穿通道壁面间保留必要的距离。

6.根据权利要求5所述的一种整体式气体加热装置，其特征在于：所述第一高温合金板（16）、第二高温合金板（17）、第三高温合金板（19）、第四高温合金板（20）与圆垫片（15）及方形一号垫片（18）、方形二号垫片（21）间均不是严格密封的，大部分气体在气体流动通道内流动，极少部分气体泄漏到气体流动通道外部。