CN111780559A - 一种加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加热炉，属于加热设备领域，该加热炉炉体的容纳腔内由内向外依次设置有内管、第一气体夹层、外管、第二气体夹层、蓄热层和冷却水夹层，内管的内腔为加热反应区，内管的外壁缠绕有加热元件，外管的内壁涂敷有保温涂层，保温涂层能够将加热元件的热辐射反射回内管中心，实现保温的目的；保温涂层的保温作用可降低蓄热层的负荷，减小蓄热层的厚度，使得炉体的整体尺寸变小，降温时热容小，降温速度更快；通过设置两个气体夹层，利用气体带走夹层热量，可以实现快速降温；通过设置冷却水夹层，利用水带走夹层热量，同时降低炉体外壁温度，防止烫伤发生。该加热炉结构简单体积小，加工难度低。

Description

一种加热炉

技术领域

本发明涉及加热设备技术领域，尤其涉及一种加热炉。

背景技术

流程工业中的物理或化学过程都需要在一定温度条件下进行。为这些过程提供热量的设备常为加热炉。加热炉的结构决定了加热炉的性能，比如不同的炉外壁材料、电阻丝直径和材料、保温材料及厚度等，通常能综合影响加热炉的升温速率、最高可加热温度、保温性能、温控精度和稳定性等。

如今的加热炉在快速升温和最高可加热温度方面已经基本可以满足科学实验和工业需求，但是与此同时，在精确和稳定控温方面以及快速降温方面往往不能兼得，这便造成流态化反应过程的温度条件不稳定，导致实际反应过程与理想反应过程存在一定偏差。此外，市面上大多数加热炉降温速率较慢，大大降低了工作人员的工作效率。

目前已有一些针对上述问题作出改进的加热炉，但依旧存在降温效果不明显、加工难度高、价格昂贵等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加热炉，升温和降温速率快，结构简单、体积小、加工难度低。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种加热炉，包括：

炉体，具有容纳腔；

内管，设置于所述容纳腔内，所述内管的内腔为加热反应区；

加热元件，缠绕于所述内管的外壁；

外管，设置于所述容纳腔内并间隔套设于所述内管外周，所述外管和所述加热元件之间为第一气体夹层；

保温涂层，涂敷于所述外管的内壁，所述保温涂层用于反射所述加热元件产生的热量；

蓄热层，设置于所述容纳腔内并间隔套设于所述外管外周，所述蓄热层和所述外管之间为第二气体夹层，所述蓄热层和所述炉体的内壁之间为冷却水夹层。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述炉体包括：

外壳，所述外壳呈环形；

炉盖，密封连接于所述外壳的顶部；

炉底，密封连接于所述外壳的底部。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述加热炉还包括：

热电偶，所述热电偶的一端穿过所述炉盖插入所述加热反应区中，另一端伸出所述炉盖并与控制装置电连接。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述炉盖内表面由中心向外周依次设有第一固定凹槽、第二固定凹槽和第三固定凹槽，分别用于固定所述内管的顶端、所述外管的顶端和所述蓄热层的顶端；

所述炉底内表面由中心向外周依次设有与所述第一固定凹槽正对设置的第四固定凹槽、与所述第二固定凹槽正对设置的第五固定凹槽和与所述第三固定凹槽正对设置的第六固定凹槽，所述第四固定凹槽、所述第五固定凹槽和所述第六固定凹槽分别用于固定所述内管的底端、所述外管的底端和所述蓄热层的底端。

作为上述加热炉的优选技术方案，

所述炉底上对应所述第一气体夹层设有第一气体入口，所述炉盖上对应所述第一气体夹层设有第一气体出口；

所述炉底上对应所述第二气体夹层设有第二气体入口，所述炉盖上对应所述第二气体夹层设有第二气体出口；

所述炉底上对应所述冷却水夹层设有进水口，所述炉盖上对应所述冷却水夹层设有出水口。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述加热炉还包括：

隔板，设置于所述蓄热层和所述冷却水夹层之间。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述内管采用刚玉制成。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述加热元件为铂丝或铂铑丝。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述保温涂层由铂、铑中的一种制成。

作为上述加热炉的优选技术方案，所述蓄热层由硅酸铝耐火纤维棉、玻璃纤维棉、陶瓷纤维棉中的一种制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出的加热炉，炉体的容纳腔内由内向外依次设置有内管、第一气体夹层、外管、第二气体夹层、蓄热层和冷却水夹层，内管的内腔为加热反应区，内管的外壁缠绕有加热元件，外管的内壁涂敷有保温涂层，保温涂层能够将加热元件的热辐射反射回内管中心，防止热量损失，实现保温的目的；同时，保温涂层的保温作用可有效地降低蓄热层的负荷，减小蓄热层的厚度，使得蓄热层的热容最大限度降低，也使得炉体的整体尺寸变小，降温时热容小，降温速度更快；通过设置两个气体夹层，利用气体带走夹层热量，可以实现快速降温；通过设置冷却水夹层，利用水带走夹层热量，可带走多余热量，同时降低炉体外壁温度，具有安全作用，可防止烫伤发生。该加热炉结构简单，方便拆装更换部件，结构紧凑体积小，加工难度低。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的加热炉的示意图。

图中：

1、内管；2、加热元件；3、保温涂层；4、外管；5、蓄热层；6、第一气体夹层；7、第二气体夹层；8、冷却水夹层；9、外壳；10、炉盖；101、贯穿孔；11、炉底；12、热电偶；13、第一气体入口；14、第一气体出口；15、第二气体入口；16、第二气体出口；17、进水口；18、出水口；19、控制装置。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”“下”“左”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例公开了一种加热炉，如图1所示，该加热炉包括炉体，炉体具有容纳腔。具体地，炉体包括炉盖10、炉底11和外壳9，外壳9呈环形，炉盖10和炉底11分别密封连接于外壳9的顶部和底部，三者围合而成上述容纳腔。可选地，环形的外壳9与炉盖10和炉底11分别通过配套的螺纹孔和螺丝进行连接，外壳9与炉盖10和炉底11之间均设有密封结构。进一步可选地，炉底11的侧面和炉盖10的侧面分别设有炉底螺纹孔和炉盖螺纹孔，通过配套的螺丝固定于配套的不锈钢支架上，从而实现加热炉与不锈钢支架的固定。

容纳腔内由内向外依次设置有内管1、第一气体夹层6、外管4、第二气体夹层7、蓄热层5和冷却水夹层8，内管1的内腔为加热反应区，内管1的外壁缠绕有加热元件2，外管4间隔套设于内管1外周，外管4的内壁涂敷有保温涂层3，蓄热层5间隔套设于外管4外周。

上述结构下，保温涂层3能够将加热元件2的热辐射反射回内管1中，从而达到防止热量损失，实现保温的目的；同时，保温涂层3的保温作用可有效地降低蓄热层5的负荷，减小蓄热层5的厚度，使得蓄热层5的热容最大限度降低，也使得炉体的整体尺寸变小，降温时热容小，降温速度更快；通过设置两个气体夹层，利用气体带走夹层热量，可以实现快速降温；通过设置冷却水夹层8，利用水带走夹层热量，可带走多余热量，同时降低炉体外壁温度，具有安全作用，可防止烫伤发生。该加热炉采用三耦合保温方法，即反射保温、气体隔热保温和实体蓄热保温耦合的保温方法，相同热量下，升温速率高，且该加热炉结构简单，方便拆装更换部件，结构紧凑体积小，加工难度低。

进一步地，加热炉还包括热电偶12。炉盖10上开设有贯穿孔101，热电偶12的一端穿过贯穿孔101插入加热反应区中，另一端伸出炉盖10并与控制装置19电连接，以测量并监控加热反应区的温度，实现对升温、降温的控制。优选地，热电偶12的外壁包裹设有保护套管(图中未示出)。

为实现内管1、外管4和蓄热层5在容纳腔内的固定，炉盖10内表面由中心向外周依次设有第一固定凹槽、第二固定凹槽和第三固定凹槽，分别用于固定内管1的顶端、外管4的顶端和蓄热层5的顶端；相应地，炉底11内表面由中心向外周依次设有与第一固定凹槽正对设置的第四固定凹槽、与第二固定凹槽正对设置的第五固定凹槽和与第三固定凹槽正对设置的第六固定凹槽，第四固定凹槽、第五固定凹槽和第六固定凹槽分别用于固定内管1的底端、外管4的底端和蓄热层5的底端。

进一步地，炉底11上对应第一气体夹层6设有第一气体入口13，炉盖10上对应第一气体夹层6设有第一气体出口14；炉底11上对应第二气体夹层7设有第二气体入口15，炉盖10上对应第二气体夹层7设有第二气体出口16；炉底11上对应冷却水夹层8设有进水口17，炉盖10上对应冷却水夹层8设有出水口18。更为优选地，第一气体入口13、第二气体入口15和进水口17通过螺纹连接固定于炉底11，第一气体出口14、第二气体出口16和出水口18过螺纹连接固定于炉盖10。

在第一气体夹层6中，气体以一定流量从第一气体入口13进入第一气体夹层6，并从第一气体出口14离开，以此带走第一气体夹层6内的热量，即带走内管1的热量，使外管4快速降温。

在第二气体夹层7中，气体以一定流量从第二气体入口15进入第二气体夹层7，并从第二气体出口16离开，以此带走第二气体夹层7内的热量，即带走外管4的热量，使蓄热层5快速降温。

在冷却水夹层8中，冷却水以一定流量从进水口17进入冷却水夹层8，并从出水口18离开，以此带走冷却水夹层8内的热量，即带走蓄热层5的热量，使外壳9快速降温。

在本实施例中，加热炉还包括隔板，隔板设置于蓄热层5和冷却水夹层8之间。优选地，隔板为不锈钢钢板。

优选地，本实施例中的内管1采用刚玉制成。选用耐高温的刚玉管作为内管1，能够很大程度上耐受炉内的加热温度。

可选地，加热元件2与内管1外壁之间有两种固定方式：第一种是内管1的外壁上设有螺旋状凹槽，用于支撑加热元件2；第二种是内管1的外壁设置支撑架，在支撑架上设有卡槽，用于支撑加热元件2。本实施例优选第一种。优选地，加热元件2的上端从炉盖10上的矩形凹槽引出，加热元件2的下端从炉底11上的矩形凹槽引出，并分别连接至控制电源。

可选地，加热元件2为铂丝或铂铑丝。优选地，铂丝、铂铑丝的直径为0.5mm-5mm，进一步优选为1mm-3mm。更进一步优选地，当加热元件2为铂铑丝时，铂铑丝中的铂元素和铑元素的含量比例可选为7:3或8:2。本实施例中的加热元件2优选为铂丝，其直径为1.5mm。

可选地，保温涂层3为铂、铑中的一种或两种的合金涂层。由于高温状态下(500℃以上)的传热方式以红外辐射为主，内管1外侧的保温涂层3可以有效地把来自加热元件2的红外辐射反射到内管1中心，实现保温的目的。本实施例中保温涂层3优选为铂镀膜层。进一步优选地，保温涂层3的厚度为5nm-500nm，例如可选5.02nm-496nm，8nm-460nm，15nm-421nm，40nm-400nm，53nm-375nm，80nm-340nm，120nm-318nm，148nm-300nm，180nm-264nm，234nm等，其中，进一步优选20nm-100nm。本实施例中的保温涂层3厚度优选为20nm。

优选地，保温涂层3与加热元件2之间的距离为5mm-50㎜。

可选地，蓄热层5由硅酸铝耐火纤维棉、玻璃纤维棉、陶瓷纤维棉中的一种或多种制成。优选为陶瓷纤维棉。进一步优选地，蓄热层5的厚度为20mm。

可选地，炉底11和炉盖10由耐高温陶瓷、高纯氧化铝、高纯氧化镁、金属铝中的一种或多种混合制成。优选地，炉底11和炉盖10表面光滑。

在本实施例中，第一气体夹层6和第二气体夹层7中流动有空气作为冷却介质，第一气体入口13和第二气体入口15连通于外部的空压机以提供空气。可选地，空气的温度为室温25℃，流量范围为0ml/min-2000ml/min，根据实际情况进行调整。

冷却水夹层8中流动有水作为冷却介质。可选地，水的温度为室温，流量范围为0ml/min-1000ml/min，根据实际情况进行调整。

本实施例中的加热炉可快速升温、降温，其最大加热功率为1500w，最高加热温度为1600℃，升温速率为5℃/min-300℃/min，从室温起升温到1600℃用时约5min，误差小于1℃。降温速率程序可控，最高可为500℃/min，从1600℃降温到室温用时约3min，且可在1500℃做恒温反应。当使用温度为1500℃时，加热炉外壁温度不高于65℃。需要说明的是，加热炉的最高加热温度和升温速率与均与内管1的外径和高度有关，同时还与加热元件2的直径和长度有关。本实施例中的内管1的直径为30mm，高度为300mm，外管4的直径为42mm，高度为300mm。

在本实施例中，控制装置19可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制装置19可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制热电偶12、空压机等结构实现其功能。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种加热炉，其特征在于，包括：

炉体，具有容纳腔；

内管(1)，设置于所述容纳腔内，所述内管(1)的内腔为加热反应区；

加热元件(2)，缠绕于所述内管(1)的外壁；

外管(4)，设置于所述容纳腔内并间隔套设于所述内管(1)外周，所述外管(4)和所述加热元件(2)之间为第一气体夹层(6)；

保温涂层(3)，涂敷于所述外管(4)的内壁，所述保温涂层(3)用于反射所述加热元件(2)产生的热量；

蓄热层(5)，设置于所述容纳腔内并间隔套设于所述外管(4)外周，所述蓄热层(5)和所述外管(4)之间为第二气体夹层(7)，所述蓄热层(5)和所述炉体的内壁之间为冷却水夹层(8)。

2.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述炉体包括：

外壳(9)，所述外壳(9)呈环形；

炉盖(10)，密封连接于所述外壳(9)的顶部；

炉底(11)，密封连接于所述外壳(9)的底部。

3.根据权利要求2所述的加热炉，其特征在于，所述加热炉还包括：

热电偶(12)，所述热电偶(12)的一端穿过所述炉盖(10)插入所述加热反应区中，另一端伸出所述炉盖(10)并与控制装置(19)电连接。

4.根据权利要求2所述的加热炉，其特征在于，

所述炉盖(10)内表面由中心向外周依次设有第一固定凹槽、第二固定凹槽和第三固定凹槽，分别用于固定所述内管(1)的顶端、所述外管(4)的顶端和所述蓄热层(5)的顶端；

所述炉底(11)内表面由中心向外周依次设有与所述第一固定凹槽正对设置的第四固定凹槽、与所述第二固定凹槽正对设置的第五固定凹槽和与所述第三固定凹槽正对设置的第六固定凹槽，所述第四固定凹槽、所述第五固定凹槽和所述第六固定凹槽分别用于固定所述内管(1)的底端、所述外管(4)的底端和所述蓄热层(5)的底端。

5.根据权利要求2所述的加热炉，其特征在于，

所述炉底(11)上对应所述第一气体夹层(6)设有第一气体入口(13)，所述炉盖(10)上对应所述第一气体夹层(6)设有第一气体出口(14)；

所述炉底(11)上对应所述第二气体夹层(7)设有第二气体入口(15)，所述炉盖(10)上对应所述第二气体夹层(7)设有第二气体出口(16)；

所述炉底(11)上对应所述冷却水夹层(8)设有进水口(17)，所述炉盖(10)上对应所述冷却水夹层(8)设有出水口(18)。

6.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，所述加热炉还包括：

隔板，设置于所述蓄热层(5)和所述冷却水夹层(8)之间。

7.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，

所述内管(1)采用刚玉制成。

8.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，

所述加热元件(2)为铂丝或铂铑丝。

9.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，

所述保温涂层(3)由铂、铑中的一种制成。

10.根据权利要求1所述的加热炉，其特征在于，

所述蓄热层(5)由硅酸铝耐火纤维棉、玻璃纤维棉、陶瓷纤维棉中的一种制成。

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