CN113163528A - 一种可高温加热的气体电加热器及其制备方法 - Google Patents

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王建强
严慧娟
郭育菁
马成国
洪春峰
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Abstract

本发明涉及一种可高温加热的气体电加热器，包括流道盘管、加热管组和导热金属，其中，加热管组嵌套在流道盘管的内部，流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体，使得加热管组产生的热量能够通过导热金属传到流道盘管上，从而加热流道盘管中湍流的待加热气体。本发明还提供上述的气体电加热器的制备方法，包括将加热管组伸到流道盘管的内侧相对固定，在浇铸模具中，使加热管组升温，将液态的导热金属注入浇铸模具内，冷却使得流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体。根据本发明的可高温加热的气体电加热器，流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体，具有结构紧凑、体积小、加热效率高、可用作高温加热等特点。

Description

一种可高温加热的气体电加热器及其制备方法
技术领域
本发明涉及电加热升温，更具体地涉及一种可高温加热的气体电加热器及其制备方法。
背景技术
现有的气体电加热器多为气体导热，即用加热电阻丝将加热管组壁面附近的气体加热后再将热量传导给整个所需加热的气体。例如CN201710557889.7和CN201120470037.2公开了现有的气体电加热器的结构，如图3所示，待加热气体从气体入口11’流入到壳体1’内的流通区间12’，然后从气体出口13’流出，待加热气体在流通区间12’内平稳地流动以直接与加热管组2’接触被加热。显然，由于气体热导率低、流速快、流道为直管等原因，距离加热管组2’较远位置的气体只能通过气体导热来升温，加热效果不好，从而造成气体电加热器的体积大和加热效率低等问题。此外，为保证电加热器在高温加热的场合达到指定的温度，需要有很大的加热功率，对一些电源低功率的场合造成了不便。
发明内容
为了解决上述现有技术中的气体电加热器的体积大和加热效率低等问题，本发明提供一种可高温加热的气体电加热器及其制备方法。
根据本发明的可高温加热的气体电加热器，其包括流道盘管、加热管组和导热金属，其中，加热管组嵌套在流道盘管的内部，流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体，使得加热管组产生的热量能够通过导热金属传到流道盘管上，从而加热流道盘管中湍流的待加热气体。
优选地，气体电加热器还包括包裹在导热金属的外侧的保温层和包覆在保温层的外部的外壳。
优选地，气体电加热器还包括与加热管组连接的防爆接线盒。
优选地，加热管组从保温层和外壳中伸出并具有非加热段。
优选地，加热管组在非加热段的临近防爆接线盒的位置通过环氧树脂密封。
优选地，流道盘管由整根高镍合金不锈钢管弯曲而成。
优选地，加热管组包括相互垂直设置的两根U形加热管。
优选地，导热金属为铜。
优选地，气体电加热器还包括设置在流道盘管的进口位置的第一测温元件和设置在流道盘管的出口位置的第二测温元件。
本发明还提供上述的气体电加热器的制备方法，其包括：提供流道盘管；将加热管组伸到流道盘管的内侧相对固定；提供浇铸模具，将流道盘管和加热管组伸入浇铸模具内，使加热管组升温，控制温度低于流道盘管的熔点但高于导热金属的熔点；将液态的导热金属注入浇铸模具内；冷却凝固后取下浇铸模具，使得流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体。
根据本发明的可高温加热的气体电加热器，流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体，从而使得加热管组产生的热量能够通过导热金属迅速均匀地传到流道盘管上，待加热气体在流道盘管中流动，由于流道为盘管，气体于其内流通时会产生扰动，使热量能在气体中混合均匀，具有结构紧凑、体积小、加热效率高、可用作高温加热等特点。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的可高温加热的气体电加热器的结构示意图；
图2是图1的局部放大图；
图3是现有的气体电加热器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的可高温加热的气体电加热器包括流道盘管1、加热管组2和导热金属3，其中，流道盘管1和加热管组2通过导热金属3浇铸在一起形成整体，从而使得加热管组2产生的热量能够通过导热金属3快速且均匀地传到流道盘管1上，从而加热流道盘管1中湍流的待加热气体。特别地，加热管组2的材料的耐热性高于流道盘管1的材料的耐热性，流道盘管1的材料的耐热性高于导热金属3的耐热性。在本实施例中，导热金属3为铜。应该理解，例如导热性稍差的铝也可以用在本发明中。
流道盘管1由整根高镍合金不锈钢管弯曲而成，弯管半径、管道直径、弯折的圈数由待加热气体和气体电加热器的功率决定，可以通过已知的方法计算得出。流道盘管1的设置可以增加待加热气体在气体电加热器内的吸热量，同时保证待加热气体在指定管道内流动，不与加热管组2直接接触，减少因加热管组2裂开可能造成的风险。在本实施例中，流道盘管1的材料为Inconnel625。
加热管组2嵌套在流道盘管1的内部，由多组加热管组合而成。在本实施例中，加热管组2包括相互垂直设置的两根U形加热管。加热管是在无缝金属管内装入电热丝，空隙部分填满有良好导热性和绝缘性的氧化镁粉后缩管而成。在本实施例中，加热管的材料为Incoloy800，电热丝为镍铬合金丝。
如图1所示，根据本实施例的可高温加热的气体电加热器还包括保温层4，其紧密地包裹在导热金属3的外侧，保证热量不会散失在空气中。在本实施例中，保温层4的材料为氧化铝纤维。应该理解，保温层4的材料可用玻璃纤维、陶瓷纤维等保温材料。
如图1所示，根据本实施例的可高温加热的气体电加热器还包括外壳5，其包覆在保温层4的外部以对保温层4进行定型和固定。在本实施例中，外壳5的材料为铸铁。
如图1所示，根据本实施例的可高温加热的气体电加热器还包括与加热管组2连接的防爆接线盒6，其内设置有接电线用的导线，在使用时电源通过导线给加热管组2内的电热丝供电。应该理解，防爆接线盒6可以根据环境的要求进行设计，满足不同的防爆等级要求。
特别地，根据本实施例的可高温加热的气体电加热器的加热管组2从保温层4和外壳5中伸出并具有非加热段21，如图1所示，在该非加热段21的临近防爆接线盒6的位置具有环氧树脂22，如图2所示。这是因为加热管组2的加热管内的氧化镁粉如果暴露在空气中，极易吸收水分和二氧化碳而逐渐成为碱式碳酸镁，从而失去绝缘性能，因此需要通过环氧树脂22进行密封，考虑到环氧树脂不耐高温，因此环氧树脂22在非加热段21设置在临近防爆接线盒6的位置。
如图1所示，根据本实施例的可高温加热的气体电加热器还包括第一测温元件7和第二测温元件8，其中，第一测温元件7设置在流道盘管1的进口位置11以检测气体电加热器的进口温度，第二测温元件8设置在流道盘管1的出口位置12以检测气体电加热器的出口温度。
下面说明根据本实施例的可高温加热的气体电加热器的制备方法。首先，将流道盘管1根据需要按一定的半径和圈数盘好，将加热管组2伸到流道盘管1的内侧并固定好位置。然后，制作浇铸模具(例如铸铜模具)，将流道盘管1和加热管组2伸进模具内。接下来，接通防爆接线盒6内的电源，使加热管组2升温，控制温度低于流道盘管1的熔点但高于导热金属3(例如铜)的熔点。接下来，将液态导热金属(例如铜液)注入浇铸模具内，控制好注入的流量，以防产生气泡。当液态导热金属注满模具后，冷却，待凝固后取下浇铸模具。之后对导热金属3的表面的缺陷进行处理，并依次包裹上保温层4和外壳5。
下面以将氢气从常温升温至800℃为例来说明根据本实施例的可高温加热的气体电加热器的使用方法。首先，确定氢气的流量、压力等工况，计算得出加热管所需的直径和长度、电加热器的功率。然后，将气体流道管路弯曲制成流道盘管1，并制作加热管组2、防爆接线盒6、第一测温元件7和第二测温元件8。接下来，制作浇铸模具，将加热管组2置于流道盘管1的内部。将加热好的液态导热金属(例如铜液)注入模腔内部。接下来，冷却，待冷却后取下浇铸模具，之后去除导热金属3的表面缺陷，包上保温层4和外壳5。接下来，将电线接入防爆接线盒6中，加热管组2开始升温，一段时间后加热管组达到800℃。将待加热的常温氢气通入流道盘管1的进口11，监控进出口温度控制氢气流速，使氢气在盘管内充分吸收热量，若有需要可适当提升加热功率，待氢气从电加热器出来后温度达到800℃。
显然，本发明通过浇铸工艺将流道盘管1和加热管组2通过导热金属3紧密地接触在一起，集成度高、体积小、加热效果好。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种可高温加热的气体电加热器，其特征在于，该气体电加热器包括流道盘管、加热管组和导热金属，其中，加热管组嵌套在流道盘管的内部，流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体，使得加热管组产生的热量能够通过导热金属传到流道盘管上，从而加热流道盘管中湍流的待加热气体。
2.根据权利要求1所述的气体电加热器，其特征在于，气体电加热器还包括包裹在导热金属的外侧的保温层和包覆在保温层的外部的外壳。
3.根据权利要求2所述的气体电加热器，其特征在于，气体电加热器还包括与加热管组连接的防爆接线盒。
4.根据权利要求3所述的气体电加热器，其特征在于，加热管组从保温层和外壳中伸出并具有非加热段。
5.根据权利要求4所述的气体电加热器，其特征在于，加热管组在非加热段的临近防爆接线盒的位置通过环氧树脂密封。
6.根据权利要求1所述的气体电加热器，其特征在于，流道盘管由整根高镍合金不锈钢管弯曲而成。
7.根据权利要求1所述的气体电加热器，其特征在于，加热管组包括相互垂直设置的两根U形加热管。
8.根据权利要求1所述的气体电加热器，其特征在于，导热金属为铜。
9.根据权利要求1所述的气体电加热器，其特征在于，气体电加热器还包括设置在流道盘管的进口位置的第一测温元件和设置在流道盘管的出口位置的第二测温元件。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的气体电加热器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
提供流道盘管；
将加热管组伸到流道盘管的内侧相对固定；
提供浇铸模具，将流道盘管和加热管组伸入浇铸模具内，使加热管组升温，控制温度低于流道盘管的熔点但高于导热金属的熔点；
将液态的导热金属注入浇铸模具内；
冷却凝固后取下浇铸模具，使得流道盘管和加热管组通过导热金属浇铸在一起形成整体。
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