CN110006171A - 一种气体加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气体加热器，包括PTC发热芯体和用于配装PTC发热芯体的导热结构，PTC发热芯体和导热结构轴向设置于三维肋片换热管内，三维肋片换热管轴向设置于外筒内，冷媒介经进气口进入外筒内，并与三维肋片换热管、导热结构实现换热，换热所得热媒介经排气口流出。本发明一方面能够提高加热器的热利用效率，另一方面能够提高加热器的使用寿命，还具有较好的安全性能和优异的均温性能。
Description
技术领域
本发明涉及加热装置，具体涉及一种带有PTC结构的气体加热器。
背景技术
目前，市面上的加热器种类繁多，如CN105682268A公开的PTC电加热器，包括导热管、发热芯和散热条，其中发热芯置于导热管的空腔中，散热条固定在导热管的上下表面上；散热条包括波纹片和夹固在波纹片两侧的固定片，波纹片为方齿波纹形状，与固定片的连接处为面接触；又如CN2724348Y公开的电热棒，由棒体、发热元件、导热垫充材料和盒盖构成，它通过连接螺栓与罐体接口法兰连接并密封，伸入罐体内加热，发热元件是由高值PTC 合金为发热材料的管状电热元件制成。此外，还有一种管状加热器，包括管体，PTC发热芯体配装于管体上，工作状态下，PTC发热芯体产生的热量传递给管体，管体将热量传递给流经管体壁的冷媒介使其变成热媒介用于加热其它物品或介质。该管状加热器虽然能够实现加热，但其热利用效率较低，使用寿命较短，其正常使用寿命仅为1-1.5年。
发明内容
本发明目的在于提供一种热利用效率高、使用寿命长的气体加热器。
为实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
一种气体加热器，包括PTC发热芯体和用于配装PTC发热芯体的导热结构，PTC发热芯体和导热结构轴向设置于三维肋片换热管内，三维肋片换热管轴向设置于外筒内，冷媒介经进气口进入外筒内，并与三维肋片换热管、导热结构实现换热，换热所得热媒介经排气口流出。
进一步地，三维肋片换热管外壁与外筒内壁通过可密封的螺旋体连接。
作为优选，螺旋体采用至少能够耐受300℃高温的密封胶。
作为更优选，螺旋体的螺距为150-350mm。
进一步地，导热结构包括筒体，筒体内壁设置有翅片，筒体外壁设置有肋体。
进一步地，筒体外壁的肋体呈V形，PTC发热芯体嵌装于相邻肋体之间。
进一步地，肋体内壁设置有肋片，肋体内壁的相邻肋片与肋体共同构成导流槽A。
进一步地，筒体内壁的相邻翅片与筒体共同构成导流槽B。
作为优选，三维肋片换热管内壁与导热结构外壁的配合方式为过盈配合。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明一方面能够提高加热器的热利用效率，相比于现有的管状加热器，本发明气体加热器热利用效率可提高约67％，另一方面能够提高加热器的使用寿命，相比于现有的管状加热器，本发明气体加热器的使用寿命可达2-3年；而且，本发明还具有较好的安全性能，即使在高达200-270℃的情况下(加热器壁温高达200-270℃)连续使用，也很少导致PTC发热芯体烧坏；更为重要的是，本发明还具有优异的均温性能，不同时段经排气口流出的热媒介温差不大于5℃，适用于加热或烘干医药中间体、食物等热敏性要求较高的物品。
附图说明
图1是本发明实施例1中气体加热器的轴向剖面示意图；
图2是本发明实施例1中气体加热器的径向截面示意图；
图3是本发明实施例1中气体加热器的筒体径向截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
一种气体加热器，如图1、图2和图3所示，包括发热功率为3000W的PTC发热芯体1和用于配装PTC发热芯体1的导热结构，PTC发热芯体1可通过导线连接电源，PTC发热芯体1和导热结构轴向设置于三维肋片换热管3内，三维肋片换热管3的内壁与导热结构外壁的配合方式为过盈配合，三维肋片换热管3轴向设置于外筒4内，冷媒介经进气口5进入外筒4内，进气口5一端有法兰8用于连接风机法兰或其它空气引入设备，并与三维肋片换热管3、导热结构实现换热，换热所得热媒介经排气口6流出。
进一步地，三维肋片换热管3外壁与外筒4内壁通过可密封的螺旋体7连接。如图2所示，螺旋体7设置于由三维肋片换热管3外壁与外筒4内壁构成的空间9内。
作为优选，螺旋体7采用至少能够耐受300℃高温的密封胶。
作为更优选，螺旋体7的螺距为150-350mm。
进一步地，如图2和图3所示，导热结构包括筒体201，筒体201内壁设置有翅片，筒体201外壁设置有肋体202。
进一步地，筒体201外壁的肋体202呈V形，PTC发热芯体1嵌装于相邻肋体202之间，相邻肋体202之间的宽度约等于PTC发热芯体1的厚度使PTC发热芯体1恰好能够稳定地嵌装于相邻肋体202之间。
进一步地，肋体202内壁设置有肋片，肋体202内壁的相邻肋片与肋体202共同构成导流槽A203。
进一步地，筒体201内壁的相邻翅片与筒体201共同构成导流槽B 204。
本实施例中，三维肋片换热管3的外径为70mm、壁厚1mm、长340mm，三维肋片换热管3的肋片高度为10mm，螺旋体7的螺距为320mm；筒体201规格为Φ30*4.5mm；本实施例中，筒体201外壁共均匀设置有12个肋体202和12个PTC发热芯体1。本实施例中，三维肋片换热管3、筒体201、肋体202均采用铝合金制得。
原理及使用方法：通电后，PTC发热芯体1产生的热量一部分传递至筒体201、筒体201的翅片和肋体202上，另一部分传递至三维肋片换热管3，冷空气从进气口5进入，分别从三维肋片换热管3外壁与外筒4之间的空间、三维肋片换热管3内壁与筒体201之间的空间、筒体201内腔流过，并与筒体201、三维肋片换热管3实现换热，换热过程中，在三维肋片换热管3外壁与外筒4内壁之间的空间9内流过的空气呈螺旋流、扰流和翻越流，在三维肋片换热管3内壁与筒体201外壁之间的空间内流过的空气呈扰流、翻越流和直流，在筒体201内腔流过的空气呈直流；由于PTC发热芯体1产生的热量能够快速传递至三维肋片换热管3和筒体201，再配合三维肋片换热管3外壁与外筒4内壁的螺旋体7的引导，以及这几种特定的气流流动方式，使得流过的空气能够在加热器内实现均匀加热，所得热空气经排气口6流出后用于加热或烘干物品。
均温试验：将实施例1中加热器法兰8水平安装在引风机的法兰上，加热器排气口6置于放空状态，在加热器排气口6中部(筒体201端面中心)放置一个温度计A、三维肋片换热管3端部圆周部位均匀放置三个温度计B，所有温度计与加热器端面保留10mm间隙，开机后观察并记录温度变化情况，见下表1，
表1加热器出口温度
| 时间 | 温度计A | 温度计B1 | 温度计B2 | 温度计B3 | 最大温差 |
| 开机后第10分钟 | 204.6℃ | 207.5℃ | 207.7℃ | 207.9℃ | 3.3℃ |
| 开机后第15分钟 | 203.4℃ | 207.7℃ | 207.6℃ | 207.4℃ | 4.3℃ |
| 开机后第30分钟 | 204.5℃ | 208.5℃ | 208.7℃ | 208.6℃ | 4.2℃ |
| 开机后第50分钟 | 203.6℃ | 207.7℃ | 208.1℃ | 208.5℃ | 4.9℃ |
| 开机后第100分钟 | 205.4℃ | 208.5℃ | 208.6℃ | 208.2℃ | 3.2℃ |
| 开机后第180分钟 | 204.5℃ | 208.6℃ | 208.7℃ | 208.1℃ | 4.2℃ |
可见，本发明加热器具有优异的均温性能，不同时段经排气口流出的热媒介温差不大于5℃，适用于加热或烘干医药中间体、食物等热敏性要求严格的物品。
实施例2
一种气体加热器，参照实施例1，其中，螺旋体7的螺距为150mm，三维肋片换热管3、筒体201、肋体202均采用304不锈钢制得。
实施例3
一种气体加热器，参照实施例1，其中，螺旋体7的螺距为350mm，三维肋片换热管3、肋体202均采用304不锈钢制得，筒体201为普通碳钢管。
加速试验：试验在实验室内进行，室内环境温度为15-25℃。实施例1-3中各取3个(共 9个)同规格加热器，将加热器法兰8水平安装在引风机的法兰上，加热器排气口6置于放空状态，通电启动后开始加速试验，试验过程中不断电不停机，确保加热器连续运行，直至加热器停止工作时统计其工作时长；同时，将现有的3个同规格用于注塑机内塑料加热的加热器(全新产品，也属于管状加热器)在相同环境温度的实验室内进行加速试验，直至其停止工作时统计工作时长，见表2，
表2加热器加速试验
结果表明，本发明气体加热器的连续工作时长为979～1437小时，而现有的用于注塑机内塑料加热的加热器连续工作时长仅为721～744小时。
就烘干相同物品(如注塑机内的塑料)而言，现有的用于注塑机内塑料加热的加热器需要采用发热功率为5000W的PTC发热芯体才能满足要求，而采用实施例1中加热器，只需要发热功率为3000W的PTC发热芯体就能满足要求，相比之下，热利用效率提高约67％；现有常用的用于注塑机内塑料加热的加热器正常使用寿命约为1.5年，而实施例1-3中加热器使用寿命可达2-3年。此外，本发明加热器还具有较好的安全性能，即使连续使用上百小时，也很少导致PTC发热芯体烧坏。
Claims (9)
1.一种气体加热器，包括PTC发热芯体（1）和用于配装PTC发热芯体（1）的导热结构，其特征在于：所述PTC发热芯体（1）和所述导热结构轴向设置于三维肋片换热管（3）内，三维肋片换热管（3）轴向设置于外筒（4）内，冷媒介经进气口（5）进入外筒（4）内，并与三维肋片换热管（3）、导热结构实现换热，换热所得热媒介经排气口（6）流出。
2.根据权利要求1所述的加热器，其特征在于：所述三维肋片换热管（3）外壁与所述外筒（4）内壁通过可密封的螺旋体（7）连接。
3.根据权利要求2所述的加热器，其特征在于：所述螺旋体（7）采用至少能够耐受300℃高温的密封胶。
4.根据权利要求3所述的加热器，其特征在于：所述螺旋体（7）的螺距为150-350mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的加热器，其特征在于：所述导热结构包括筒体（201），筒体（201）内壁设置有翅片，筒体（201）外壁设置有肋体（202）。
6.根据权利要求5所述的加热器，其特征在于：所述筒体（201）外壁的肋体（202）呈V形，所述PTC发热芯体（1）嵌装于相邻肋体（202）之间。
7.根据权利要求6所述的加热器，其特征在于：所述肋体（202）内壁设置有肋片，所述肋体（202）内壁的相邻肋片与所述肋体（202）共同构成导流槽A（203）。
8.根据权利要求7所述的加热器，其特征在于：所述筒体（201）内壁的相邻翅片与所述筒体（201）共同构成导流槽B（204）。
9.根据权利要求8所述的加热器，其特征在于：所述三维肋片换热管（3）内壁与所述导热结构外壁的配合方式为过盈配合。
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