CN112503763A - 一种小流量空气超高温电加热装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种小流量空气超高温电加热装置，涉及用于试验的加热装置。加热装置包括冷腔筒体、加热段筒体、热腔筒体、支撑结构、加热组件、保温结构及电气连接结构。冷腔筒体用于待加热冷气进入。加热段筒体用于提供加热场所。热腔筒体用于汇集加热后的空气并由热气流出。支撑结构支撑及固定加热组件。加热组件用于加热空气。保温结构用于为加热区筒体及热腔筒体保温。冷空气经过所述冷腔筒体后，进入所述加热组件内，与所述加热组件发生热交换获得加热，经加热的气流在所述热腔筒体汇聚排出。故使用本申请能够稳定生成航空航天试验用超高温空气，满足进口空气1000K以上的轻质高效换热器性能试验需求。

Description

一种小流量空气超高温电加热装置
技术领域
本申请涉及一种用于试验的加热装置，特别是涉及一种用于模拟航空航天用换热器来流空气的小流量空气超高温电加热装置。
背景技术
在进行航空航天用空-油、空-空换热器的设计及试验研究时，为了验证换热器的性能，必须建造其地面试验系统。空气加热装置是地面试验系统的关键设备，用于模拟实际使用时换热器进口高温空气来流。
目前，缺少一种能够解决进口空气1000K以上的轻质高效换热器性能试验需求的小流量空气超高温电加热装置。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
本申请提供了一种小流量空气超高温电加热装置，包括：
冷腔筒体、加热段筒体及热腔筒体，整体呈横卧布置且相邻筒体之间通过法兰连接，每一筒体均为两端开口的筒体，所述冷腔筒体的一端具有冷气入口，用于待加热冷气进入，所述加热段筒体用于提供加热场所，所述热腔筒体的一端具有热气出口，所述热腔筒体用于汇集加热后的空气并由热气流出；
支撑结构，安装在所述加热段筒体内，用于支撑及固定加热组件；
加热组件，安装在所述支撑结构中且呈横卧布置，用于加热空气；
保温结构，包括加热区保温结构和热腔保温结构，所述加热区保温结构形成在所述支撑结构、所述加热组件及所述加热段筒体之间的区域内，用于为所述加热区筒体保温，所述热腔保温结构形成在所述热腔筒体内，用于为所述热腔筒体保温；和
电气连接结构，安装在所述加热段筒体处，用于导通所述加热组件及外部电源；
其中，冷空气经过所述冷腔筒体后，进入所述加热组件内，与所述加热组件发生热交换获得加热，经加热的气流在所述热腔筒体汇聚排出。
可选地，所述支撑结构包括一个第一支撑盘和多个第二支撑盘，每一支撑盘均与所述加热段筒体同轴安装，所述一个第一支撑盘和所述多个第二支撑盘之间呈间隔布置，所述一个第一支撑盘和与其相邻的第二支撑盘通过螺栓连接，两个相邻的第二支撑盘之间通过保温纤维管固定。
可选地，所述第一支撑盘为空心陶瓷支撑盘，每一第二支撑盘为多晶莫来石纤维盘。
可选地，所述加热组件包括加热棒及陶瓷管，所述加热棒与所述电气连接结构导通，所述陶瓷管包裹在所述加热棒的外侧，所述加热棒与所述陶瓷管之间具有环形空间，以使空气在所述环形空间内流动，与所述加热棒和所述陶瓷管发生热交换升温。
可选地，所述加热棒为硅钼加热棒，所述陶瓷管内壁面做强化换热处理。
可选地，所述加热区保温结构包括：填充在所述支撑结构、所述加热组件与所述加热段筒体之间的硅酸铝纤维散棉，以及保温纤维管和多晶莫来石纤维盘。
可选地，所述热腔保温结构为形成在所述加热腔筒体内部的耐火隔热浇筑层。
可选地，所述电气连接结构包括电极绝缘密封塞套、铜电极和导电连接带，所述铜电极的一端经所述电极绝缘密封塞套安装在所述加热段套筒处，所述铜电极的另一端经所述导电连接带连接所述加热组件。
本申请的小流量空气超高温电加热装置，包括冷腔筒体、加热段筒体、热腔筒体及加热组件，冷空气经过所述冷腔筒体后，进入所述加热组件内，与所述加热组件发生热交换获得加热，经加热的气流在所述热腔筒体汇聚排出。故使用本申请能够稳定生成航空航天试验用超高温空气，满足进口空气1000K以上的轻质高效换热器性能试验需求。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的小流量空气超高温电加热装置的示意性主剖视图；
图2是图1所示小流量空气超高温电加热装置沿A-A截面剖切的示意性端面图，用以阐释本申请的加热段保温结构。
图中各符号表示含义如下：
1-冷腔筒体；2-电极绝缘密封塞套；3-铜电极；4-空心陶瓷支撑盘；5-保温纤维管；6-多晶莫来石纤维盘；7-硅酸铝纤维散棉；8-耐火隔热浇筑层；9-热腔筒体；10-冷腔筒体与加热段筒体连接法兰；11-第一法兰端面密封垫；12-导电连接带；13-硅钼加热棒；14-陶瓷管；15-加热段筒体；16-热腔筒体与加热段筒体连接法兰；17-第二法兰端面密封垫，
C支撑结构，D加热组件，E保温结构，F电气连接结构。
具体实施方式
图1是根据本申请一个实施例的小流量空气超高温电加热装置的示意性主剖视图。本实施例提供了一种小流量空气超高温电加热装置，一般性可包括：冷腔筒体1、加热段筒体15、热腔筒体9、支撑结构C、加热组件D、保温结构E及电气连接结构F。冷腔筒体1、加热段筒体15及热腔筒体9，整体呈横卧布置且相邻筒体之间通过法兰连接。具体实施时，所述冷腔筒体1、加热段筒体15、热腔筒体9采用不锈钢材料加工。每一筒体上焊接用连接用法兰，分别为冷腔筒体与加热段筒体连接法兰10和热腔筒体与加热段筒体连接法兰16。冷腔筒体与加热段筒体连接法兰10之间的密封使用第一法兰端面密封垫11。热腔筒体与加热段筒体连接法兰16之间的密封使用第二法兰端面密封垫17。每一密封垫具体类型可为石墨垫圈。每一筒体均为两端开口的筒体，所述冷腔筒体1的一端具有冷气入口，用于待加热冷气进入，所述加热段筒体15用于提供加热场所，所述热腔筒体9的一端具有热气出口，所述热腔筒体9用于汇集加热后的空气并由热气流出。支撑结构C安装在所述加热段筒体15内，用于支撑及固定加热组件D。加热组件D安装在所述支撑结构C中且呈横卧布置，用于加热空气。保温结构E包括加热区保温结构和热腔保温结构，所述加热区保温结构形成在所述支撑结构C、所述加热组件D及所述加热段筒体15之间的区域内，用于为所述加热区筒体保温，所述热腔保温结构形成在所述热腔筒体9内，用于为所述热腔筒体9保温。电气连接结构F安装在所述加热段筒体15处，用于导通所述加热组件D及外部电源。其中，冷空气经过所述冷腔筒体1后，进入所述加热组件D内，与所述加热组件D发生热交换获得加热，经加热的气流在所述热腔筒体9汇聚排出。
本申请的小流量空气超高温电加热装置，包括冷腔筒体1、加热段筒体15、热腔筒体9及加热组件D。冷空气经过所述冷腔筒体1后，进入所述加热组件D内，与所述加热组件D发生热交换获得加热，经加热的气流在所述热腔筒体9汇聚排出。故使用本申请能够稳定生成航空航天试验用超高温空气，满足进口空气1000K以上的轻质高效换热器性能试验需求。
如图1所示，本实施例中，所述支撑结构C包括一个第一支撑盘和多个第二支撑盘。进一步地，所述第一支撑盘为空心陶瓷支撑盘4，每一第二支撑盘为多晶莫来石纤维盘6。每一支撑盘均与所述加热段筒体15同轴安装，所述一个第一支撑盘和所述多个第二支撑盘之间呈间隔布置，所述一个第一支撑盘和与其相邻的第二支撑盘通过螺栓连接，两个相邻的第二支撑盘之间通过保温纤维管5固定。其中，多晶莫来石纤维盘6具有良好的力学性能和保温效果，兼有支撑和保温的作用。
如图1所示，本实施例中，所述加热组件D包括加热棒及陶瓷管14，组成了空气加热区。更具体地，所述加热棒可为硅钼加热棒13。所述加热棒与所述电气连接结构F导通，所述陶瓷管14包裹在所述加热棒的外侧，所述加热棒与所述陶瓷管14之间具有环形空间，以使空气在所述环形空间内流动，与所述加热棒和所述陶瓷管14发生热交换升温。
由于硅钼棒以二硅化钼为主要材料，具有耐高温、抗氧化的特点。在气体气氛下，硅钼棒最高可在1800℃下长期使用。本实施例中，本申请选用硅钼棒作为发热元件，具有结构简单、热效率高、启动时间短、经加热后的空气洁净的特点，可满足模拟换热器进口空气来流要求高温空气洁净度高的需求。
更进一步地，所述陶瓷管14内壁面做强化换热处理。
更进一步地，所述加热组件D可以有多组，每组加热组件D均包括硅钼加热棒13和陶瓷管14。所述陶瓷管14包裹在所述硅钼加热棒13的外侧，所述硅钼加热棒13与所述陶瓷管14之间具有环形空间，以使空气在所述环形空间内流动。多组加热组件D沿空心陶瓷支撑盘4和多晶莫来石纤维盘6的圆周均布。相应地，空心陶瓷支撑盘4上沿其圆周方向具有多个通孔，每一通孔用于穿过对应的硅钼加热棒13。每一多晶莫来石纤维盘6上沿其圆周方向具有多个通孔，每一通孔用于穿过对应的陶瓷管14。
本实施例中，具有六组加热组件D。所述加热组件D的数量具体视实验需求而定。
图2是图1所示小流量空气超高温电加热装置沿A-A截面剖切的示意性端面图，用以阐释本申请的加热段保温结构。本实施例中，所述加热区保温结构包括：填充在所述支撑结构C、所述加热组件D与所述加热段筒体15之间的硅酸铝纤维散棉7，以及所述保温纤维管5、所述多晶莫来石纤维盘6。
本实施例中，所述热腔保温结构为形成在所述加热腔筒体9内部的耐火隔热浇筑层8。
如图1所示，所述电气连接结构F包括电极绝缘密封塞套2、铜电极3和导电连接带12。所述铜电极3的一端经所述电极绝缘密封塞套2安装在所述加热段套筒处。所述铜电极3的另一端经所述导电连接带12连接所述加热组件D的硅钼加热棒13。其中，所述电极绝缘密封塞套2用于铜电极3与加热段筒体15之间的绝缘，以及保障铜电极3处具有良好的密封性。
本实施例中，空气经冷腔筒体1流入后，在陶瓷管14与硅钼加热棒13之间环形空间内流动，与通电的加热棒13发生热交换实现加热升温。陶瓷管14内经过加热后的空气在热腔筒体9内汇集，从热气出口向外流出。
可见，本申请公开了一种小流量空气超高温电加热装置，具有结构简单、热效率高、启动时间短、经加热后的空气洁净的特点。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，包括：
冷腔筒体、加热段筒体及热腔筒体，整体呈横卧布置且相邻筒体之间通过法兰连接，每一筒体均为两端开口的筒体，所述冷腔筒体的一端具有冷气入口，用于待加热冷气进入，所述加热段筒体用于提供加热场所，所述热腔筒体的一端具有热气出口，所述热腔筒体用于汇集加热后的空气并由热气流出；
支撑结构，安装在所述加热段筒体内，用于支撑及固定加热组件；
加热组件，安装在所述支撑结构中且呈横卧布置，用于加热空气；
保温结构，包括加热区保温结构和热腔保温结构，所述加热区保温结构形成在所述支撑结构、所述加热组件及所述加热段筒体之间的区域内，用于为所述加热区筒体保温，所述热腔保温结构形成在所述热腔筒体内，用于为所述热腔筒体保温；和
电气连接结构，安装在所述加热段筒体处，用于导通所述加热组件及外部电源；
其中，冷空气经过所述冷腔筒体后，进入所述加热组件内，与所述加热组件发生热交换获得加热，经加热的气流在所述热腔筒体汇聚排出。
2.根据权利要求1所述的小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，所述支撑结构包括一个第一支撑盘和多个第二支撑盘，每一支撑盘均与所述加热段筒体同轴安装，所述一个第一支撑盘和所述多个第二支撑盘之间呈间隔布置，所述一个第一支撑盘和与其相邻的第二支撑盘通过螺栓连接，两个相邻的第二支撑盘之间通过保温纤维管固定。
3.根据权利要求2所述的小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，所述第一支撑盘为空心陶瓷支撑盘，每一第二支撑盘为多晶莫来石纤维盘。
4.根据权利要求1所述的小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，所述加热组件包括加热棒及陶瓷管，所述加热棒与所述电气连接结构导通，所述陶瓷管包裹在所述加热棒的外侧，所述加热棒与所述陶瓷管之间构成环形空间，以使空气在所述环形空间内流动，与所述加热棒和所述陶瓷管发生热交换升温。
5.根据权利要求4所述的小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，所述加热棒为硅钼加热棒，所述陶瓷管内壁面做强化换热处理。
6.根据权利要求3所述的小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，所述加热区保温结构包括：填充在所述支撑结构、所述加热组件与所述加热段筒体之间的硅酸铝纤维散棉，以及所述保温纤维管和所述多晶莫来石纤维盘。
7.根据权利要求1所述的小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，所述热腔保温结构为形成在所述加热腔筒体内部的耐火隔热浇筑层。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的小流量空气超高温电加热装置，其特征在于，所述电气连接结构包括电极绝缘密封塞套、铜电极和导电连接带，所述铜电极的一端经所述电极绝缘密封塞套安装在所述加热段套筒处，所述铜电极的另一端经所述导电连接带连接所述加热组件。
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