CN115164406A - 氦气纯化设备用加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氦气纯化设备用加热器，属于氦气纯化设备技术领域。它包括导热外壳，该导热外壳内设有至少一个氮化硅加热结构，至少一个氮化硅加热结构的尾端具有延伸至导热外壳的接线侧外且用于连接电源的引出导线；所述的导热外壳具有关于接线侧相对设置的至少一对导热面。导热外壳1内设置至少一个氮化硅加热结构并通过独立设置的引出导线与电源相连对导热外壳进行加热，能够降低将气体加热到950℃以上所需的电源电压及功率，且能降低引出导线和氮化硅加热结构2内的加热丝中的电流，从而实现降低电源、导线和加热丝成本的目的，且能提高安全性。
Description
技术领域
本发明属于氦气纯化设备技术领域，涉及一种氦气纯化设备用加热器。
背景技术
为脱除氦气中存在的杂质，如甲烷、氮气等，氮气纯化设备中需要使用一类在高温条件下发挥作用的多元金属合金吸附剂，这类多元金属合金吸附剂在高温(950℃以上)下能形成活性表面，当气体杂质与活性表面接触后，会被捕获并进入金属合金的晶格，从而达到与氦气分离的作用。
为了给上述多元金属合金吸附剂提供高温条件，现有技术中是直接利用加热丝对吸附器内的低温气体进行加热的。
如申请号为201610741179.5的中国发明专利申请公开了一种高温气体电加热管，该高温气体电加热管包括钢管、伸出钢管外的接线装置以及设于钢管内的导电棒、电阻丝和绝缘瓷件；其中，钢管侧壁上间隔设置有多个贯通钢管内外侧壁的开口，而导电棒的其中一端与电阻丝焊接，另一端则与接线装置焊接；电阻丝穿过绝缘瓷件并在钢管的各个开口处直接与钢管外部气体接触，从而实现对气体的加热。
然而，为了将气体加热到950℃以上，需要采用电压220V、功率1500W的电源，不仅对电源性能要求较高，而且导线和加热丝中电流需达到7A，为了降低电阻、减少损耗，必须采用较粗的导线和加热丝；无论是电源的成本还是导线和加热丝的成本均大大增加了。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种氦气纯化设备用加热器。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种氦气纯化设备用加热器，包括导热外壳，该导热外壳内设有至少一个氮化硅加热结构，至少一个氮化硅加热结构的尾端具有延伸至导热外壳的接线侧外且用于连接电源的引出导线；所述的导热外壳具有关于接线侧对称设置的至少一对导热面。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，所述的导热外壳内设有至少两个并排设置的氮化硅加热结构，所述的导热面的延伸方向与各氮化硅加热结构的排列方向相一致。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，所述的导热外壳具有相对设置的内侧弧面和外侧弧面，该内侧弧面和外侧弧面同心设置；
所述的导热外壳具有连接内侧弧面和外侧弧面的一对径向面和一对周向面，所述的周向面的截面积自朝向内侧弧面的一侧向朝向外侧弧面的一侧逐渐变大。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，所述的导热外壳的接线侧处于其内侧弧面、外侧弧面或周向面上；
所述的导热外壳的导热面处于其径向面上。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，所述的导热外壳的接线侧处于其外侧弧面上，所述的氮化硅加热结构呈条状自外侧弧面向内侧弧面延伸；
每一氮化硅加热结构的截面积均自朝向内侧弧面的一端向朝向外侧弧面的一端逐渐变大。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，所述的导热外壳的接线侧处于其周向面上，所述的氮化硅加热结构呈条状自一侧周向面向另一侧周向面延伸，所述的氮化硅加热结构的截面积自内侧弧面向外侧弧面逐渐变大。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，每一氮化硅加热结构的截面积均保持不变；
或，每一氮化硅加热结构的截面积均自朝向内侧弧面的一侧向朝向外侧弧面的一侧逐渐变大。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，所述的导热外壳内开设有与氮化硅加热结构一一适配的装配槽，所述的装配槽贯穿导热外壳或一端开口一端封闭，所述的氮化硅加热结构与装配槽过盈配合或氮化硅加热结构通过耐热粘接剂与装配槽粘接；
或者，所述的氮化硅加热结构与导热外壳一体成型。
在上述的氦气纯化设备用加热器中，所述的氮化硅加热结构包括内设加热丝的氮化硅制件，所述的引出导线与该加热丝相连。
一种氦气纯化设备用吸附装置，包括内设加热腔的壳体，所述的加热腔内设有加热机构，该加热机构包括呈圆柱状的加热座，该加热座上形成有若干绕加热座周向布置的嵌槽，每一嵌槽内均安装有氦气纯化设备用加热器。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、导热外壳内设置至少一个氮化硅加热结构并通过独立设置的引出导线与电源相连对导热外壳进行加热，能够降低将气体加热到950℃以上所需的电源电压及功率，且能降低引出导线和氮化硅加热结构内的加热丝中的电流，从而实现降低电源、导线和加热丝成本的目的，且能提高安全性；本发明加热器只需通过普通电线与电压18V、功率600W的电源连接即可将气体加热至850-1200℃。
2、设置至少两个并排设置的氮化硅加热结构并通过独立设置的引出导线与电源相连能够通过多个氮化硅加热结构同时进行通电加热，将每个氮化硅加热结构所需的电源电压和功率分散，在能够将气体温度加热到950℃以上的条件下降低每个氮化硅加热结构所需的电源电压及功率。
3、当接线侧位于外侧弧面上时，装配槽贯穿导热外壳，由于氮化硅加热结构从内侧弧面至外侧弧面的截面逐渐增大，通过与氮化硅加热结构相适配的装配槽能够对氮化硅加热结构进行限位，当接线侧位于周向面上时，氮化硅加热结构从一侧周向面到另一侧周向面的截面面积相等，因此需要一端开口封闭以防止氮化硅加热结构脱落，上述结构设置的氮化硅加热结构可拆卸设置能方便进行拆卸。
4、加热丝可采用钨丝，由于氧化硅的熔点远高于所需加热的温度950℃，且氧化硅的化学性质稳定，在钨丝外侧设置氧化硅制件作为阻隔介质能防止钨丝和制成导热壳体的导热材料在高温下出现粘连等物理反应。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是实施例1的三维图；
图2是实施例1中氮化硅加热结构的结构示意图；
图3是实施例2中多组氮化硅加热结构的结构示意图；
图4是实施例2中单一氧化硅加热结构面积不变时的结构示意图；
图5是实施例2中单一氧化硅加热结构面积变化时的结构示意图；
图6是氦气纯化设备用吸附装置的结构示意图；
图7是实施例1的剖面示意图。
图中，导热外壳1、氮化硅加热结构2、接线侧3、引出导线4、导热面5、内侧弧面6、外侧弧面7、径向面8、周向面9、装配槽10、加热丝11、氮化硅制件12、加热腔13、壳体14、加热机构15、加热座16、嵌槽17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种氦气纯化设备用加热器，包括导热外壳1，该导热外壳1内设有至少一个氮化硅加热结构2，至少一个氮化硅加热结构2的尾端具有延伸至导热外壳1的接线侧3外且用于连接电源的引出导线4；该导热外壳1具有关于接线侧3对称设置的至少一对导热面5。
本实施例中，导热外壳1内设置至少一个氮化硅加热结构2并通过独立设置的引出导线与电源相连对导热外壳进行加热，能够降低将气体加热到950℃以上所需的电源电压及功率，且能降低引出导线4和氮化硅加热结构2内的加热丝11中的电流，从而实现降低电源、导线和加热丝11成本的目的，且能提高安全性。
优选地，结合图1所示，导热外壳1内设有至少两个并排设置的氮化硅加热结构2，该导热面5的延伸方向与各氮化硅加热结构2的排列方向相一致。设置至少两个并排设置的氮化硅加热结构2并通过独立设置的引出导线与电源相连能够通过多个氮化硅加热结构2同时进行通电加热，将每个氮化硅加热结构2所需的电源电压和功率分散，在能够将气体温度加热到950℃以上的条件下降低每个氮化硅加热结构2所需的电源电压及功率。
具体地说，通过上述结构设置的氦气纯化设备用加热器进行气体加热时，仅需18V、600W的电源和普通电线即能够将气体加热到850-1200℃，大大降低了成本，本氦气纯化设备用加热器的总发热量大于1.5KW，热流密度大于0.2273W/mm2。
具体地说，结合图1所示，导热外壳1具有相对设置的内侧弧面6和外侧弧面7，该内侧弧面6和外侧弧面7同心设置；本实施例中，内侧弧面6处于半径为86mm的圆上，外侧弧面7处于半径为130mm的圆上，二者对应的圆心角为6°，内侧弧面6弧长约为5.6mm。
具体地说，结合图1所示，该导热外壳1具有连接内侧弧面6和外侧弧面7的一对径向面8和一对周向面9，该周向面9的截面积自朝向内侧弧面6的一侧向朝向外侧弧面7的一侧逐渐变大。本实施例中，径向面8的长度约为75mm，宽度约为44mm(130mm-86mm＝44mm)。
优选地，径向面8呈向外凸出的弧面形，弧面形设置能够增加散热面积。
优选地，导热外壳1的接线侧3处于其内侧弧面6、外侧弧面7或周向面9上；
优选地，该导热外壳1的导热面5处于其径向面8上。两个径向面的有效散热面积之和为6600mm2,总发热量大于1.5kW，热流密度大于0.2273W/mm2。
具体地说，结合图1和图2所示，导热外壳1的接线侧3处于其外侧弧面7上，该氮化硅加热结构2呈条状自外侧弧面7向内侧弧面6延伸；
优选地，结合图1和图2所示，每一氮化硅加热结构2的截面积均自朝向内侧弧面6的一端向朝向外侧弧面7的一端逐渐变大。上述结构设置的氮化硅加热结构2能够最大化的增加氮化硅加热结构2的加热效率。
实施例2
结合图3所示，导热外壳1的接线侧3处于其周向面9上，该氮化硅加热结构2呈条状自一侧周向面9向另一侧周向面9延伸，该氮化硅加热结构2的截面积自内侧弧面6向外侧弧面7逐渐变大。上述结构中的若干组氮化硅加热结构2的截面积自内侧弧面6向外侧弧面7逐渐变大，能够最大化的利用导热外壳内的空间，从而最大化增加加热量，氮化硅加热结构2的截面形状可为圆形或矩形。
优选地，结合图4所示，每一氮化硅加热结构2的截面积均保持不变；每组氮化硅加热结构2内的单一氮化硅加热结构2的截面积相等，上述结构中的氮化硅加热结构2的统一度高，方便生产组装，且对导热外壳加工方便。
优选地，结合图5所示，或，每一氮化硅加热结构2的截面积均自朝向内侧弧面6的一侧向朝向外侧弧面7的一侧逐渐变大。每组氮化硅加热结构2内的单一氮化硅加热结构2的截面面积均自朝向内侧弧面6的一侧向朝向外侧弧面7的一侧逐渐变大，上述结构中的若干氮化硅加热结构2能够最大化的利用导热外壳内的空间，从而最大化增加加热量。
具体地说，结合图1和图7所示，导热外壳1内开设有与氮化硅加热结构2一一适配的装配槽10，该装配槽10贯穿导热外壳1或一端开口一端封闭，该氮化硅加热结构2与装配槽10过盈配合或氮化硅加热结构2通过耐热粘接剂与装配槽10粘接；
本实施例中，当接线侧3位于外侧弧面7上时，装配槽10贯穿导热外壳1，由于氮化硅加热结构2从内侧弧面至外侧弧面的截面逐渐增大，通过与氮化硅加热结构2相适配的装配槽10能够对氮化硅加热结构2进行限位，当接线侧3位于周向面上时，氮化硅加热结构2从一侧周向面到另一侧周向面的截面面积相等，因此需要一端开口封闭以防止氮化硅加热结构2脱落，上述结构设置的氮化硅加热结构2可拆卸设置能方便进行拆卸；
氮化硅加热结构2通过耐热粘接剂与装配槽10粘接不易进行拆卸，但固定效果较好。
优选地，或者，该氮化硅加热结构2与导热外壳1一体成型。
具体地说，结合图1和图7所示，氮化硅加热结构2包括内设加热丝11的氮化硅制件12，该引出导线4与该加热丝11相连。加热丝11可采用钨丝，由于氧化硅的熔点远高于所需加热的温度950℃，且氧化硅的化学性质稳定，在钨丝外侧设置氧化硅制件作为阻隔介质能防止钨丝和制成导热壳体的导热材料在高温下出现粘连等物理反应。
实施例3
本实施例中，结合图6所示，一种氦气纯化设备用吸附装置，包括内设加热腔13的壳体14，该加热腔13内设有加热机构15，该加热机构15包括呈圆柱状的加热座16，该加热座16上形成有若干绕加热座16周向布置的嵌槽17，每一嵌槽17内均安装有氦气纯化设备用加热器。上述结构能够最大化增加氦气纯化设备用加热器和待加热气体的加热面积，从而提高加热效率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了导热外壳1、氮化硅加热结构2、接线侧3、引出导线4、导热面5、内侧弧面6、外侧弧面7、径向面8、周向面9、装配槽10、加热丝11、氮化硅制件12、加热腔13、壳体14、加热机构15、加热座16、嵌槽17等，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种氦气纯化设备用加热器，其特征在于，包括导热外壳(1)，该导热外壳(1)内设有至少一个氮化硅加热结构(2)，至少一个氮化硅加热结构(2)的尾端具有延伸至导热外壳(1)的接线侧(3)外且用于连接电源的引出导线(4)；所述的导热外壳(1)具有关于接线侧(3)对称设置的至少一对导热面(5)。
2.如权利要求1所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，所述的导热外壳(1)内设有至少两个并排设置的氮化硅加热结构(2)，所述的导热面(5)的延伸方向与各氮化硅加热结构(2)的排列方向相一致。
3.如权利要求2所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，所述的导热外壳(1)具有相对设置的内侧弧面(6)和外侧弧面(7)，该内侧弧面(6)和外侧弧面(7)同心设置；
所述的导热外壳(1)具有连接内侧弧面(6)和外侧弧面(7)的一对径向面(8)和一对周向面(9)，所述的周向面(9)的截面积自朝向内侧弧面(6)的一侧向朝向外侧弧面(7)的一侧逐渐变大。
4.如权利要求3所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，所述的导热外壳(1)的接线侧(3)处于其内侧弧面(6)、外侧弧面(7)或周向面(9)上；
所述的导热外壳(1)的导热面(5)处于其径向面(8)上。
5.如权利要求4所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，所述的导热外壳(1)的接线侧(3)处于其外侧弧面(7)上，所述的氮化硅加热结构(2)呈条状自外侧弧面(7)向内侧弧面(6)延伸；
每一氮化硅加热结构(2)的截面积均自朝向内侧弧面(6)的一端向朝向外侧弧面(7)的一端逐渐变大。
6.如权利要求4所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，所述的导热外壳(1)的接线侧(3)处于其周向面(9)上，所述的氮化硅加热结构(2)呈条状自一侧周向面(9)向另一侧周向面(9)延伸，所述的氮化硅加热结构(2)的截面积自内侧弧面(6)向外侧弧面(7)逐渐变大。
7.如权利要求6所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，每一氮化硅加热结构(2)的截面积均保持不变；
或，每一氮化硅加热结构(2)的截面积均自朝向内侧弧面(6)的一侧向朝向外侧弧面(7)的一侧逐渐变大。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，所述的导热外壳(1)内开设有与氮化硅加热结构(2)一一适配的装配槽(10)，所述的装配槽(10)贯穿导热外壳(1)或一端开口一端封闭，所述的氮化硅加热结构(2)与装配槽(10)过盈配合或氮化硅加热结构(2)通过耐热粘接剂与装配槽(10)粘接；
或者，所述的氮化硅加热结构(2)与导热外壳(1)一体成型。
9.如权利要求1-7中任意一项所述的氦气纯化设备用加热器，其特征在于，所述的氮化硅加热结构(2)包括内设加热丝(11)的氮化硅制件(12)，所述的引出导线(4)与该加热丝(11)相连。
10.一种氦气纯化设备用吸附装置，包括内设加热腔(13)的壳体(14)，其特征在于，所述的加热腔(13)内设有加热机构(15)，该加热机构(15)包括呈圆柱状的加热座(16)，该加热座(16)上形成有若干绕加热座(16)周向布置的嵌槽(17)，每一嵌槽(17)内均安装有如权利要求1-9中任意一项所述的氦气纯化设备用加热器。
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- 2022-06-20 CN CN202210700252.XA patent/CN115164406B/zh active Active
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