CN110579016A - 气体加热装置以及气体加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种气体加热装置以及气体加热方法，涉及气体加热技术领域，包括：具有进口和出口的密封腔体；支撑体位于密封腔体的内腔；加热丝缠绕在支撑体的外壁，加热丝与密封腔体的内壁构成第一间隙，加热丝的线圈之间具有第二间隙，第一间隙和第二间隙构成气体通路；气体通路与进口及出口连通。在上述技术方案中，气体在密封腔体的内腔中流经气体通路，然后从气体通路的另一侧出来流向密封腔体的出口，在气体流经气体通路的过程中，加热丝开启并产生热量，流经气体通路的气体在极小的空间内流过，可以与加热丝的表面充分接触，从而极大的提高热传导的效率。

Description

气体加热装置以及气体加热方法

技术领域

本发明涉及气体加热技术领域，尤其是涉及一种气体加热装置以及气体加热方法。

背景技术

工业生产中，经常需要将气体加热。目前，对气体加热的方式主要有两种，一种是将管道加热，气体在管道中流通时，管道本身作为热源将热量传导给流通的气体；另外一种是将气体通过一个或者多个置于高温环境中的密闭腔体，利用腔体对气体加热。

但是，现有技术中对气体加热的方式，存在加热效率低的问题，无法满足现有的工业生产需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体加热装置以及气体加热方法，以解决现有技术中气体加热效率低的技术问题。

本发明提供的一种气体加热装置，包括：

具有进口和出口的密封腔体；

支撑体，所述支撑体位于所述密封腔体的内腔；

加热丝，所述加热丝缠绕在所述支撑体的外壁；

所述加热丝与所述密封腔体的内壁构成第一间隙，所述加热丝的线圈之间具有第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙构成气体通路；所述气体通路与所述进口及所述出口连通。

进一步的，所述气体加热装置还包括：

多孔泡沫金属，所述多孔泡沫金属封堵在所述出口处。

进一步的，所述多孔泡沫金属的孔隙率大于70％。

进一步的，所述气体加热装置还包括：

反馈单元，所述反馈单元包括测温元件和控制器；

所述测温元件安装在所述出口处，用于获取所述出口处的实时气体温度值；

所述控制器与所述测温元件和所述加热丝的温控器控制连接，用于根据所述气体温度值控制所述加热丝的加热温度。

进一步的，所述气体加热装置还包括：

气压表，所述气压表安装在所述出口处。

进一步的，所述密封腔体为筒体结构，所述支撑体为柱体结构；

所述支撑体同轴设置在所述密封腔体的内腔中。

进一步的，所述密封腔体包括端盖和一端开口的套筒；所述端盖密封安装在所述套筒的开口，所述进口和所述出口分别位于所述端盖和所述套筒的筒底；

所述加热丝的两端电极分别密封穿透所述端盖和所述套筒的筒底。

进一步的，所述密封腔体和/或所述支撑体的材质为云母或氧化物陶瓷。

进一步的，所述第一间隙为0～0.5mm，所述第二间隙大于零且小于等于0.5mm。

本发明还提供了一种气体加热方法，根据所述气体加热装置，步骤如下：

将待加热的气体从所述进口导入至所述密封腔体的内腔，并经过所述气体通路流动至所述出口；

开启所述加热丝，利用所述加热丝产生的热量加热经过所述气体通路的气体。

在上述技术方案中，加热丝缠绕在支撑体上以后，加热丝、支撑体的外壁和密封腔体的内壁三者之间会共同构成气体通路，该气体通路相对于密封腔体的内腔空间极小。气体在密封腔体的内腔中流经气体通路，然后从气体通路的另一侧出来流向密封腔体的出口。在气体流经气体通路的过程中，加热丝开启并产生热量，流经气体通路的气体在极小的空间内流过，可以与加热丝的表面充分接触，从而极大的提高热传导的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的气体加热装置的结构图；

图2为本发明一个实施例提供的反馈单元的电路连接示意图。

附图标记：

1、密封腔体；2、支撑体；

3、加热丝；4、气体通路；

5、多孔泡沫金属；

6、反馈单元；7、气压表；

11、进口；12、出口；

13、端盖；14、套筒；

31、电极；

61、测温元件；62、控制器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种气体加热装置，包括：

具有进口11和出口12的密封腔体1；

支撑体2，所述支撑体2位于所述密封腔体1的内腔；

加热丝3，所述加热丝3缠绕在所述支撑体2的外壁；

所述加热丝3与所述密封腔体1的内壁构成第一间隙，所述加热丝3的线圈之间具有第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙构成气体通路4；所述气体通路4与所述进口11及所述出口12连通。

与现有技术的结构相比，该气体加热装置通过支撑体2、加热丝3和密封腔体1限定出一种不同的通道结构。具体的，当加热丝3朝着支撑体2的一个方向均匀缠绕在支撑体2上以后，加热丝3与密封腔体1的内壁会构成第一间隙，加热丝3的相邻线圈之间会构成第二间隙。该第一间隙位于密封腔体1的内腔中并与进口11和出口12连通，可以供气体流动；与此同理，该第二间隙也位于密封腔体1的内腔中并与进口11和出口12连通，同样可以供气体流动。所以，通过第一间隙和第二间隙形成的供气体流动的通道便可以构成气体通路4。

该气体通路4相比于密封腔体1的内腔来说空间极小。沿着加热丝3缠绕的方向，该气体通路4朝向支撑体2的两端延伸，并从延伸的两端分别与密封腔体1的进口11和出口12连通，构成可供气体流动的通道结构。

当需要对气体加热时，可以将气体从密封腔体1的进口11导入，使气体在密封腔体1的内腔中流经气体通路4，然后从气体通路4的另一侧出来流向密封腔体1的出口12。在气体流经气体通路4的过程中，加热丝3开启并产生热量，流经气体通路4的气体在极小的空间内流过，可以与加热丝3的表面充分接触，从而极大的提高热传导的效率。其中，加热丝3可以采用电阻丝等，在此不做限定。

需要说明的是，根据密封腔体1、支撑体2和加热丝3三者之间的装配关系不同，还可以构成不同结构的气体通路4。例如，参考图1所示，相邻线圈之间具有第二间隙，支撑体2固定于密封腔体1的中央且不与密封腔体1的内壁接触，此时可在支撑体2的周围构成第一间隙；或者，相邻线圈之间具有第二间隙，支撑体2在密封腔体1的内腔受重力下落，重力方向的下部位置与密封腔体1的内壁相互支撑，此时下部位置与密封腔体1的内壁间隙为零，仅可依靠支撑体2其他部位与密封腔体1的内壁构成第一间隙；或者，支撑体2的一个周向均匀与密封腔体1的内壁接触，此时第一间隙为零，仅靠第二间隙构成气体通路4。除此之外，本领域技术人员还可以根据其他设置方式构成第一间隙和第二间隙，以通过第一间隙和第二间隙构成供气体流动的气体通路4，在此便不再赘述。

继续参考图1所示，所述气体加热装置还包括：多孔泡沫金属5，所述多孔泡沫金属5封堵在所述出口12处。所以，当气体经过气体通路4被加热后，在即将从出口12排出之前，可以首先经过该多空泡沫金属，使高速流动的气体流经多空泡沫金属的孔隙后，能够变得更加稳定，并可以消除气体在高速流动中产生的气泡，使气体稳定的从出口12排出。

优选的，所述多孔泡沫金属5的孔隙率大于70％。将孔隙率设置为大于70％，可以保证高速流动的气体经过多空泡沫金属的孔隙后，有效的降低气体中的气泡，并显著的使气体趋于稳定，提高对气体处理的效果和效率。在实际设置中，可以将孔隙率设置为75％、80％、85％或90％等。优选的，所述多孔泡沫金属5包括泡沫钛或泡沫镍，除此之外，本领域技术人员还可以根据实际需求以及成本等因素选择其他类型的多孔泡沫金属5，在此不做限定。

结合图2所示，所述气体加热装置还包括：反馈单元6，所述反馈单元6包括测温元件61和控制器62；所述测温元件61安装在所述出口12处，用于获取所述出口12处的实时气体温度值；所述控制器62与所述测温元件61和所述加热丝3的温控器控制连接，用于根据所述气体温度值控制所述加热丝3的加热温度。

反馈单元6可以对加热温度进行动态的控制，以保证对气体的加热处于稳定的加热状态中。当气体经过气体通路4，在与加热丝3的充分接触下被快速加热并流经出口12时，位于出口12处的测温元件61可以实时检测流经出口12处的气体温度，并将实时的气体温度转换为数据的气体温度值。控制器62会从测温元件61处获取该气体温度值，并根据预设的加热温度相比较，判断此时的气体温度是否达标。

当气体温度不达标时，控制器62会控制加热丝3的温控器，并利用温控器继续升高加热丝3的温度，以使气体加热达到预设的加热温度；当气体温度超过预设加热温度时，控制器62会控制加热丝3的温控器，并利用温控器降低加热丝3的温度，以使气体加热回落至预设的加热温度。通过控制器62与测温元件61和加热丝3之间的温度检测和控制配合，可以使气体加热温度处于一种动态平衡的状态，保证气体加热温度趋于稳定。测温元件61可以采用温度传感器、热电偶等，本领域技术人员可以自行选择。

继续参考图1所示，所述气体加热装置还包括：气压表7，所述气压表7安装在所述出口12处。气压表7可以实时的检测出口12处的气压，并通过数据的气压值表示出来，从而可以通过气压表7观察出口12处的气体气压以及气流的稳定性。工作人员根据气压表7显示出来的气压值，可以及时的对该气体加热装置进行相应的操作，避免气压过高时发生危险。

继续参考图1所示，所述密封腔体1为筒体结构，所述支撑体2为柱体结构；所述支撑体2同轴设置在所述密封腔体1的内腔中。

采用筒体结构的密封腔体1可以适于气体沿着筒体结构的周向流动，使气体的流动更加顺畅。与之配合的，支撑体2也采用与筒体结构相应的柱体结构，柱体结构可以同轴安装在筒体结构的内腔中，从而使加热丝3与支撑体2和密封腔体1之间产生的气体通路4沿着轴向方向延伸。所以，利用筒体结构的形式可以使气体通路4沿着筒体结构的本身长度结构延伸，提高密封腔体1的空间利用率。

继续参考图1所示，所述密封腔体1包括端盖13和一端开口的套筒14；所述端盖13密封安装在所述套筒14的开口，所述进口11和所述出口12分别位于所述端盖13和所述套筒14的筒底；所述加热丝3的两端电极31分别密封穿透所述端盖13和所述套筒14的筒底。

套筒14和端盖13所构成的密封腔体1就属于筒体结构，具备了上述优点。并且，套筒14和端盖13配合的结构具有方便拆卸安装的优点，便于安装和拆卸支撑体2和加热丝3，同时也方便了对二者的定期检查，保证设备的工作安全。

在端盖13密封安装在套筒14开口时，可以采用密封圈等密封件对端盖13和套筒14进行密封连接，保证套筒14内腔的密封性。并且，加热丝3两端电极31穿透端盖13和套筒14的筒底时，可以在端盖13和套筒14的筒底设置开孔，当电极31穿过两个开孔后采用密封材料进行填充，保证套筒14内腔的密封性。其中，端盖13可以采用法兰端盖13，套筒14可以采用法兰套筒14，从而通过螺栓对二者进行密封连接。

优选的，所述密封腔体1和/或所述支撑体2的材质为云母或氧化物陶瓷。云母或氧化物陶瓷均属于具有耐高温性能与绝缘性能的材料，所以，利用云母或氧化物陶瓷制作密封腔体1或支撑体2后，通电的加热丝3便可以安全的与密封腔体1或支撑体2直接接触，利用其绝缘的性能防止漏电、触电的危险。并且，还能够保证气体最高加热温度达到1000℃以上。

除了云母或氧化物陶瓷两种材质以外，本领域技术人员还可以自行选择耐高温或具有绝缘性能的材质制作密封腔体1或支撑体2，在此不做限定。

优选的，所述第一间隙为0～0.5mm，所述第二间隙大于零且小于等于0.5mm。例如第一间隙可以设置为0mm(即加热丝3与密封腔体1的内壁之间紧贴)、0.3mm、0.35mm、0.4mm或0.45mm等，或者，第二间隙可以设置为0.3mm、0.35mm、0.4mm或0.45mm等。将第二间隙限制在0.5mm以内可以保证气体流经气体通路4时与加热丝3充分接触，保证加热效率。另外，与之配合的，加热丝3的直径可以选择在3mm至5mm之间，例如将加热丝3的直径设置为3mm、3.5mm、4mm或4.5mm等，以保证加热丝3具有足够的强度和加热效率下，使加热丝3、支撑体2和密封腔体1三者之间形成的气体通路4空间更小。本领域技术人员还可以根据需求选择不同尺寸的加热丝3以及配合的第一间隙和第二间隙，在此不做限定。

本发明还提供了一种气体加热方法，根据所述气体加热装置，步骤如下：

将待加热的气体从所述进口11导入至所述密封腔体1的内腔，并经过所述气体通路4流动至所述出口12；开启所述加热丝3，利用所述加热丝3产生的热量加热经过所述气体通路4的气体。

由于所述气体加热装置的具体结构、功能原理以及技术效果均在前文详述，在此便不再赘述。任何有关于所述气体加热装置的技术内容，均可参考前文记载。

在利用所述气体加热装置进行气体加热时，可以将气体从进口11导入，使气体沿着气体通路4流过。在流经气体通路4的过程中，由于气体通路4的空间极小，所以气体在空间极小的气体通路4中可以与加热丝3充分接触，极大的提高加热的效率。经过加热后可以快速的从出口12排出，整个过程的气体加热效率相比于现有技术可以大大提升。

优选的，待加热的气体经所述进口11流动至所述出口12，将所述密封腔体1内腔的杂质气体排出后，再开启所述加热丝3。在将气体从进口11导入，从出口12导出的过程中，可以稍晚启动加热丝3，以能够通过气体的流动将密封腔体1内腔中残留的杂质气体从出口12排出。待排出以后，再启动加热丝3，便可以对纯净的待加热气体进行加热，避免能源的浪费。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种气体加热装置，其特征在于，包括：

具有进口和出口的密封腔体；

支撑体，所述支撑体位于所述密封腔体的内腔；

加热丝，所述加热丝缠绕在所述支撑体的外壁；

所述加热丝与所述密封腔体的内壁构成第一间隙，所述加热丝的线圈之间具有第二间隙，所述第一间隙和所述第二间隙构成气体通路；所述气体通路与所述进口及所述出口连通。

2.根据权利要求1所述的气体加热装置，其特征在于，还包括：

多孔泡沫金属，所述多孔泡沫金属封堵在所述出口处。

3.根据权利要求2所述的气体加热装置，其特征在于，所述多孔泡沫金属的孔隙率大于70％。

4.根据权利要求1所述的气体加热装置，其特征在于，还包括：

反馈单元，所述反馈单元包括测温元件和控制器；

所述测温元件安装在所述出口处，用于获取所述出口处的实时气体温度值；

所述控制器与所述测温元件和所述加热丝的温控器控制连接，用于根据所述气体温度值控制所述加热丝的加热温度。

5.根据权利要求1所述的气体加热装置，其特征在于，还包括：

气压表，所述气压表安装在所述出口处。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的气体加热装置，其特征在于，所述密封腔体为筒体结构，所述支撑体为柱体结构；

所述支撑体同轴设置在所述密封腔体的内腔中。

7.根据权利要求6所述的气体加热装置，其特征在于，所述密封腔体包括端盖和一端开口的套筒；所述端盖密封安装在所述套筒的开口，所述进口和所述出口分别位于所述端盖和所述套筒的筒底；

所述加热丝的两端电极分别密封穿透所述端盖和所述套筒的筒底。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的气体加热装置，其特征在于，所述密封腔体和/或所述支撑体的材质为云母或氧化物陶瓷。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的气体加热装置，其特征在于，所述第一间隙为0～0.5mm，所述第二间隙大于零且小于等于0.5mm。

10.一种气体加热方法，其特征在于，根据如权利要求1-9中任一项所述的气体加热装置，步骤如下：

将待加热的气体从所述进口导入至所述密封腔体的内腔，并经过所述气体通路流动至所述出口；

开启所述加热丝，利用所述加热丝产生的热量加热经过所述气体通路的气体。