CN110160262A - 可调节电热式热气流发生装置 - Google Patents

Abstract

一种可调节电热式热气流发生装置，包括一加热器，配置有多个加热单元，其中每个加热单元配置一加热棒，所述加热棒为硅碳棒或硅钼棒，用于通电后加热气流；一风机，一端与气源连接，另一端与所述加热器相连，用于将气源内待加热气流推送至加热器内；一流量计，配置在气源与风机之间，用于记录所加热气体流量；一控制器，与所述加热器电连接，用于控制该加热器内加热单元的加热功率，与所述风机电连接，用于调节该风机的气流流量，与所述流量计电连接，用于获取加热气体流量数据。

Description

可调节电热式热气流发生装置

技术领域

本发明涉及高温气流领域，尤其是一种可调节电热式热气流发生装置。

背景技术

高温热气流广泛存在于各种实验过程和工业过程中，热气流发生装置是产生高温热气流的主要设备。通常要求热气流发生装置可以连续不断地产生温度可调、流量可调、成分稳定的热气流。加热元件是热气流发生装置的核心，通常有燃烧加热和电加热两种方式。燃烧加热虽然从室温起升温快，调节温度迅速，但调节不够精确，并会消耗化石能源，易产生污染、积碳、积水和腐蚀等问题，设备结构复杂，零部件多，成本高，维护比较不便。

电加热虽然从室温起升温相对较慢，烘炉时间相对于燃烧式加热方式较长，但完成烘炉后，在热风供给能力上与燃烧加热并无明显区别，且温度调节精确，加热过程无污染，设备结构简单，零件少，成本低，容易维护，没有燃料匮乏危机，适用于长时间热风供给，也更符合国家大气污染防治和节能减排需求。

目前，合金电炉丝仍然是主流的电热式高温热气流发生装置的加热元件，其主要采用铁铬铝、镍铬等材料，加热元件或直接与气流接触加热气流，或通过加热陶瓷管等元件间接加热气流。由于电炉丝存在氧化断丝、高温下强度低、通电时会产生感抗、加热温度上限多为600℃等弱点，亟需研制一款采用其它电热元件、结构简单、高效紧凑、调节方便、温度上限高、可长时间运行的高温气流发生装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种可调节电热式热气流发生装置，以至少部分解决上述的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种可调节电热式热气流发生装置，包括：一加热器，配置有多个加热单元，其中每个加热单元配置一加热棒，所述加热棒为硅碳棒或硅钼棒，用于通电后加热气流；一风机，一端与气源连接，另一端与所述加热器相连，用于将气源内待加热气流推送至加热器内；一流量计，配置在气源与风机之间，用于记录所加热气体流量；一控制器，与所述加热器电连接，用于控制该加热器内加热单元的加热功率，与所述风机电连接，用于调节该风机的气流流量，与所述流量计电连接，用于获取加热气体流量数据。

在进一步的方案中，所述的加热单元还包括：一刚玉管，内径大于所述加热棒直径，长度短于所述加热棒，套于加热棒外侧，所述刚玉管顶部还配置一T形台，用于固定该刚玉管，防止脱落；一金属管，内径大于所述刚玉管外径，长度短于所述加热棒，套于刚玉管外侧，用于加热气流；一箱体，配置为两侧为空的长方体，上下打孔，加热棒、刚玉管和金属管从该孔中穿过，用于通过待加热气流，其中该箱体为空的两侧还配置多个螺丝孔，用于连接其他加热单元；两个膨胀节，配置在箱体上下两侧，金属管之外，用于箱体密封、固定金属管和缓解金属管热胀冷缩造成的应力；一铝带，配置在加热棒的最上端，用于连接电源和加热棒；两个陶瓷夹，用于固定加热棒。

在进一步的方案中，所述的加热单元可多个连接在一起，每两个加热单元通过螺丝螺母固定连接，该两个加热单元中间还配置有法兰盘和耐温垫圈，用于密封所述加热单元的箱体。

在进一步的方案中，所述的硅碳棒或硅钼棒，加热温度上限可达到1200℃。

在进一步方案中，所述加热器还包括：一进风口，一端与最外侧加热单元密封连接，另一端与所述风机出口密封连接；一出风口，一端与另一最外侧加热单元密封连接；一壳体，包于多个加热单元之外，一侧面开口，所述进风口从中穿出，于上述侧面相对的另一侧面开口，所述出风口从中穿出，其中该壳体与加热单元中间还配置有保温棉，用于隔热；一底座，用于支撑所述至壳体；多个温度传感器，分别设置在所述箱体的进风口和出风口的风道中心，以及与出风口密封连接的加热单元的金属管管壁上，与所述控制器电连接，用于将气流温度和金属管温度反馈给控制器。

在进一步的方案中，所述的壳体为310S不锈钢或304不锈钢。

在进一步的方案中，所述的控制器，包括：可控硅元件温控表，与所述温度传感器和加热单元上铝带电连接，用于控制加热单元的加热功率；变频器，与所述风机电连接，用于控制风机的气流流量。

在进一步的方案中，所述的可控硅元件温控表，根据温度传感器输入的温度信息，自动调节所述加热单元的加热功率。

在进一步的方案中，所述的变频器，根据流量计输入的气流流量信息，自动调节所述风机的气流流量。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的可调节电热式热气流发生装置至少具有以下有益效果：

加热棒为硅碳棒或硅钼棒制备，加热温度上限达到1200℃，且可长时间运行，解决了现有技术电加热中存在的电炉丝容易氧化断丝、使用寿命短以及加热温度上限低等技术问题。

加热单元模块化，结构简单，体积紧凑，各零部件容易制造安装，且具有很好的可扩展性。根据需要可定制加热单元数，并可布局多排加热单元。

加热单元箱体严格密封且与加热棒及外环境严格分离，可加热不同种类的气流，包括燃气，甚至可用于加热液体。加热介质必须对箱体和金属管材质无腐蚀性。

控制器可根据温度传感器和流量计自动控制加热气体温度和气体流量，从而使本发明所提供的装置具有较宽的气体流量和温度调节范围。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例一种可调节电热式热气流发生装置总体结构图。

图2A是图1中加热器第一实施例的结构图。

图2B是图1中加热器第二实施例的结构图。

图2C是图1中加热器第三实施例的结构图。

图3A是图2中加热单元的效果图。

图3B是图2中加热单元的主视图。

图3C是图2中加热单元的后视图。

图3D是图2中加热单元的透视图。

图3E是图2中加热单元的顶部结构图。

图4A是图2中加热单元第一实施例组装图。

图4B是图2中加热单元第二实施例组装图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种可调节电热式热气流发生装置，如图1所示，包括：一加热器，配置有多个加热单元，其中每个加热单元配置一加热棒，所述加热棒为硅碳棒或硅钼棒，用于通电后加热气流；一风机，一端与气源连接，另一端与所述加热器相连，用于将气源内待加热气流推送至加热器内；一流量计，配置在气源与风机之间，用于记录所加热气体流量；一控制器，与所述加热器电连接，用于控制该加热器内加热单元的加热功率，与所述风机电连接，用于调节该风机的气流流量，与所述流量计电连接，用于获取加热气体流量数据。该装置可用在各种需要使用高温热气流的场景和过程中，如实验装置、工业热风烘干、燃烧机气体预热、化工反应、烤漆加工、临时供暖等，以下将结合具体实施例对该发明进行具体阐述。

在本发明实施例中，如图1所示，加热器由12根加热棒提供热源，在本发明其他实施例中，可根据加热功率等需求，对加热器的加热棒数量以及排布方式进行修改，相应的接线方式也随之进行调节。

在本发明实施例中，如图1所示，四根加热棒串联为一组，采用380V三相五线制电源供电，在本发明其他实施例中，可根据需求使单根相线串联的加热棒数量可以在一至五根之间调节，相应的接线方式随之调节，如220V三线制多种接线方式。

在本发明的实施例中，如图1所示，控制箱由可控硅元件温控表控制加热单元的加热功率，进而控制出口气流温度，当加热单元金属温度达到设定温度上限，自动降低加热功率甚至自动停止加热。由变频器控制风机转速调节气流流量。

图2为本发明的加热器结构图，该加热器的第一实施例，即模块化方案，如图2A所示，加热器内部气体流道密封，与加热器元件之间互不接触，因此可保证流道内气体成分不受外环境影响，可对多种气体，包括可燃气体实现加热作用，甚至可用于液体加热。气体通过箱体，箱体外表面有保温棉，保温棉外有壳体。加热器除外壳及底架外，均由310S耐高温不锈钢制成，耐温1200℃，并可根据用户的热气流温度范围需求，对材料进行更改，例如，需用热气流温度在400℃以下，材料可换成304不锈钢或碳钢，降低成本。

加热器内部由模块化连接的加热单元组合而成，加热单元通过螺丝螺母固定连接，中间还配置有法兰盘和耐温垫圈，用于密封箱体，使用者还可增减模块，调节设备加热能力，并可根据使用者的具体需求，定制为更加紧凑和经济的去模块化一体型加热器，图2B为加热器第二实施例的结构图，即去模块化方案，如图2B所示，去掉了加热单元之间的连接法兰，加热单元的间距可进一步缩小。

图2C为加热器第三实施例的结构图，如图3C所示，该加热器做成两者之间的方案，即半模块化方案，既具有一定的紧凑性和经济性，又具有一定的可扩展性。

此外，如图2A，图2B，图2C所示，在气流入口和出口配置有温度传感器探测气流温度。由于整个加热装置温度最高点在靠近出口的金属管上，因此在靠近出口的金属管上有多根温度传感器检测管壁温度以避免过度升温导致金属软化，保证加热器安全稳定运行。

图3A为加热单元的效果图，如图3A所示，加热单元包括箱体、膨胀节、金属管、加热棒、刚玉管、陶瓷夹和铝带，在本发明的示例实施例中，箱体长100mm，宽50mm，高200mm，两侧非加热段延伸管(含膨胀节)长度各150mm，金属管外径为30mm，单个加热单元额定功率约等于硅碳棒或硅钼棒额定功率800W，在无流动气体情况下，单个加热单元加热温度上限可达1200℃。

图3B为加热单元主视图，如图3B所示，加热单元中箱体为两侧为空的长方体，上下打孔，加热棒、刚玉管和金属管从该孔中穿过。

图3C为加热单元后视图，如图3C所示，所用加热棒的加热段长度与箱体高度相同，两侧非加热段长度比箱体两侧非加热段延伸管长度稍长。

图3D为加热单元剖面图，如图3D所示，加热棒外径与刚玉管内径相匹配。刚玉管介于加热棒与金属管之间，实现绝缘、导热及保护加热棒的作用。

图3E为加热单元的顶部结构图，如图3E所示，刚玉管上部有T形台，用于固定该刚玉管，防止脱落，刚玉管外径与金属管内径相匹配，陶瓷夹起固定加热棒的作用，铝带用于接供电线。供电电流可为直流电或交流电，常用电流可选为0～20A，电流通过加热棒，棒体发热升温，加热刚玉管，刚玉管将热量传递给金属管，再由金属管加热通过箱体的气流。由于刚玉管和金属管的壁厚较薄，加热棒、刚玉管、金属管之间贴合较为紧密，热阻的影响可以忽略。

在本发明的实施例中，如图4A所示的加热单元第一实施例组装图，加热单元可多个连接在一起，每两个加热单元通过螺丝螺母固定连接，该两个加热单元中间还配置有法兰盘和耐温垫圈，用于密封所述加热单元的箱体。

图4B是加热单元第二实施例组装图，图中示例为三个加热单元组成一个加热模块，在本发明的其他实施例中，使用者可按需定制一个模块内的加热单元的数量，模块连接采用法兰盘和耐温垫圈，或不需垫圈的凹凸法兰盘，保证耐高温密封，法兰盘及其螺栓螺母与箱体金属材质相同，保证足够的耐温力。

在本发明的还提供了加热单元的加工步骤，包括：

进行金属板裁切并打磨处理毛刺；

将裁切好的金属板焊接为箱体，并在该箱体上下部打孔；

进行金属管裁切，打磨处理毛刺；

将裁好的金属管，与打好孔的箱体之间用同种材料的膨胀节焊接到一起，金属管外壁与箱体圆孔之间留有一定距离，保证金属管可以随温度变化而自由伸缩；

进行刚玉管裁切，首端T形台耐高温胶粘接；

将刚玉管插入金属管中，金属管上部顶住刚玉管T形台；

将加热棒插入刚玉管中，使加热棒中央加热段正处于箱体内区域位置，用陶瓷夹夹住加热棒两端，使其不下落，并在加热棒两端安装接电铝带。

优选的，如采用图4B的模块化加热器，则在金属板焊接为箱体时，在箱体上下按照设计打一对或多对孔，并在后续焊接安装时，安装对应数量的金属管及膨胀节等零部件，在模块焊接完后，在模块首末端焊接方法兰。

优选的，在加热器靠近出口的加热单元的箱体上打孔，孔正对该加热单元的金属管侧壁中心位置和最上位置，将两根一端焊死的细金属管插入孔中，抵住加热单元金属管外壁，将细金属管外壁与箱体孔洞之间密封焊死，这两根细金属管用作金属管温度均匀性和温度报警传感器探头套管。

在本发明的还提供了组装步骤，包括：

将各加热单元用法兰连接到一起，可选的，去模块化一体型加热器，可省略该步骤；

将气流进出口变径接头与气体流道箱体密封焊死，得到加热器的核心结构；

用方管或角钢等金属型材为加热器焊接出底架；

用薄金属板弯折、打孔，制出加热器的壳体；

将壳体底部安装在底架上；

将加热器核心结构放在壳体内，用支架等结构将其固定；

在加热器核心结构与外壳之间填满耐热保温棉，在本发明的示例实施例中，可为硅酸铝纤维棉或气凝胶毡等；

对加热棒进行接线，电缆与接线铝带之间保证接触紧密牢固；

将加热器供电电线与控制箱连接在一起；

在加热器的四个温度传感器套管上安装温度传感器，将传感器接线接入控制箱内的温控仪表上；

将流量计的信号线和供电线接到控制箱内；

将风机的电源线接入控制箱的变频器内；

将控制箱的总电线接入供电端子内。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可调节电热式热气流发生装置，包括：

一加热器，配置有多个加热单元，其中每个加热单元配置一加热棒，所述加热棒为硅碳棒或硅钼棒，用于通电后加热气流；

一风机，一端与气源连接，另一端与所述加热器相连，用于将气源内待加热气流推送至加热器内；

一流量计，配置在气源与风机之间，用于记录所加热气体流量；

一控制器，与所述加热器电连接，用于控制该加热器内加热单元的加热功率，与所述风机电连接，用于调节该风机的气流流量，与所述流量计电连接，用于获取加热气体流量数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述的加热单元还包括：

一刚玉管，内径大于所述加热棒直径，长度短于所述加热棒，套于加热棒外侧，所述刚玉管顶部还配置一T形台，用于固定该刚玉管，防止脱落；

一金属管，内径大于所述刚玉管外径，长度短于所述加热棒，套于刚玉管外侧，用于加热气流；

一箱体，配置为两侧为空的长方体，上下打孔，加热棒、刚玉管和金属管从该孔中穿过，用于通过待加热气流；

两个膨胀节，配置在箱体上下两侧，金属管之外，用于箱体密封、固定金属管和缓解金属管热胀冷缩造成的应力；

一铝带，配置在加热棒的最上端，用于连接电源和加热棒；

两个陶瓷夹，用于固定加热棒。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述的加热单元可多个连接在一起，每两个加热单元通过螺丝螺母固定连接，该两个加热单元中间还配置有法兰盘和耐温垫圈，用于密封所述加热单元的箱体。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述的硅碳棒或硅钼棒，加热温度上限为1200℃。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述的加热器，还包括：

一进风口，一端与最外侧加热单元密封连接，另一端与所述风机出口密封连接；

一出风口，一端与另一最外侧加热单元密封连接；

一壳体，包于多个加热单元之外，一侧面开口，所述进风口从中穿出，于上述侧面相对的另一侧面开口，所述出风口从中穿出，其中该壳体与加热单元中间还配置有保温棉，用于隔热；

一底座，用于支撑所述至壳体；

多个温度传感器，分别配置在所述箱体的进风口和出风口的风道中心，以及与出风口密封连接的加热单元的金属管管壁上，与所述控制器电连接，用于将气流温度和金属管温度反馈给控制器。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述的壳体为310S不锈钢或304不锈钢材质。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述的控制器，包括：

可控硅元件温控表，与所述温度传感器和加热单元上铝带电连接，用于控制加热单元的加热功率；

变频器，与所述风机电连接，用于控制风机的气流流量。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述的可控硅元件温控表，根据温度传感器输入的温度信息，自动调节所述加热单元的加热功率。

9.根据权利要求7所述的装置，其中所述的变频器，根据流量计输入的气流流量信息，自动调节所述风机的气流流量。