CN115854546A - 在线加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线加热装置，包括：加热腔壳体，所述加热腔壳体的底部的两侧分别设置有进液口和出液口；进液管，设置在所述加热腔壳体的内部，所述进液管的顶部连通所述加热腔壳体的内部，所述进液管的底部与所述进液口连通；加热管，螺旋环绕设置于所述进液管的外部；螺旋叶片，设置在所述加热腔壳体的内壁，沿所述进液管的高度方向安插在指定的上下层加热管之间的流动间隙，以螺旋分隔流体空间，建立流体螺旋通道。本发明设置双层螺旋间隔加热管，内外层加热管螺旋方向相同，加热管相互之间存在间隙，使加热管周围的液体相互流通，散热性好。

Description

在线加热装置

技术领域

本发明属于在线加热技术领域，具体涉及一种在线加热装置。

背景技术

在线加热器是一种在半导体行业流行的加热设备，用于对流动液态介质的升温、保温、加热。当加热介质在压力作用下进入电加热器的加热腔体，利用流体热力学原理均匀地带走电热元件工作中所产生的巨大热量，使被加热介质温度达到用户工艺要求，电加热是将电能转换为热能的过程。另外，在湿法清洗设备工艺中，液体里会添加各种清洗用的化学添加剂。

目前的在线加热器存在以下问题：(1)半导体湿法清洗对工艺有特殊要求，需要保证化学药液的洁净度，由于化学药液具有腐蚀性，特别容易腐蚀加热器产生污染；(2)现有加热器的结构达不到工艺要求的加热效果，持续加热能力低、效率低、能耗高、温度低、热传递时间短；(3)现有加热器采用在本体是安装加工螺纹，在装配拆卸时非常麻烦，而且螺牙容易损坏，密封不好容易漏水，更换维护成本极高。

针对上述问题主要采取的措施如下：(1)采用PFA包覆加热管；虽然解决了防腐问题，但是存在PFA管一旦出现问题破裂将无法察觉，没有任何安全防滑措施；(2)采用大功率、大尺寸的加热器或者大幅降低药液流量；使用大功率的加热器会导致加热器体积增大，设备没有足够的安装空间，同时用电成本也成倍增加，降低药液流量速度会导致清洗效率降低，不能从根本上解决问题；(3)安排两名工人共同安装拆装工作，或使用专用工具和夹具拆装，对于螺牙损坏无法使用的情况，采取更换整个加热器的方式，但这样的措施就导致企业用工成本、维修成本极高，人机操作性差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种在线加热装置，通过在加热容器内部设置扰流结构，将液态控制在加热管周围均匀受热，提高液体的热传递效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种在线加热装置，包括：

加热腔壳体，所述加热腔壳体的底部的两侧分别设置有进液口和出液口；

进液管，设置在所述加热腔壳体的内部，所述进液管的顶部连通所述加热腔壳体的内部，所述进液管的底部与所述进液口连通；

加热管，螺旋环绕设置于所述进液管的外部；

螺旋叶片，设置在所述加热腔壳体的内壁，沿所述进液管的高度方向安插在指定的上下层加热管之间的流动间隙，以螺旋分隔流体空间，建立流体螺旋通道。

作为优选的技术方案，所述加热管设置为内外两层，内外两层的螺旋方向、螺距相同。

作为优选的技术方案，所述加热管采用等螺距螺旋环绕，或所述加热管采用变螺距螺旋环绕。

作为优选的技术方案，所述加热管采用上下双层间隔式螺旋环绕，所述螺旋叶片安插在上下双层加热管之间。

作为优选的技术方案，所述加热管的外部包覆设置PFA管，所述加热管与所述PFA管之间填充氮气。

作为优选的技术方案，所述PFA管的一端与所述加热管的一端密封连接，所述PFA管的另一端与所述加热管之间设置有密封接头。

作为优选的技术方案，所述密封接头连接压力监测仪。

作为优选的技术方案，所述螺旋叶片的外径与所述加热腔壳体的内径配合，所述螺旋叶片的内径与所述进液管的外径配合，以使所述螺旋叶片固定在所述加热腔壳体和所述进液管之间。

作为优选的技术方案，所述螺旋叶片固定在所述加热腔壳体的内壁，所述螺旋叶片的内径大于外层加热管沿进液管围成圆柱的外径，以使所述螺旋叶片与与外层加热管间隙配合。

作为优选的技术方案，所述加热腔壳体包括上壳体与下壳体，所述进液管、所述加热管、所述螺旋叶片设置于所述上壳体内，所述进液口、所述出液口设置于所述下壳体上，所述下壳体与所述上壳体通过螺钉套件连接。

作为优选的技术方案，所述上壳体的底部向外延伸设置有上圆台，所述下壳体的顶部向外延伸设置有下圆台，所述下圆台、所述上圆台的圆周均设置有用于安装所述螺钉套件的U型槽，所述上圆台与所述下圆台之间设置有密封O型圈。

作为优选的技术方案，所述上圆台的上端面固定安装有第一钢圈，所述下圆台的下端面固定安装有第二钢圈，所述第一钢圈与所述U型槽相对应的位置设置有圆形安装孔，所述第二钢圈与所述U型槽相对应的位置设置有螺纹安装孔，所述螺纹安装孔的螺纹与所述螺钉套件相匹配。

作为优选的技术方案，所述上壳体与所述下壳体的连接处环绕设置有防护罩壳，所述防护罩壳包括第一护罩与第二护罩，所述第一护罩与所述第二护罩的纵向截面均为L型，所述第一护罩安装于所述下壳体上，所述第二护罩与所述第一护罩卡扣式连接。

作为优选的技术方案，还包括接线盒，所述接线盒设置在加热腔壳体的底部，所述接线盒的外径与所述加热腔壳体的外径相同，所述接线盒安装于所述加热腔壳体的出线端部并与所述加热腔壳体通过螺丝固定，所述接线盒的端部设置有密封盖板。

作为优选的技术方案，所述出液口处设置有温度传感器。

作为优选的技术方案，所述加热腔壳体的外部设有安装凹槽，适用于T型、L型、法兰型支座的安装固定。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明设置双层螺旋间隔加热管，内外层加热管螺旋方向相同，加热管相互之间存在间隙，加热管之间可以是变距可以是等距，使加热管周围的液体相互流通，散热性好。

(2)本发明在加热腔壳体与加热管之间设置螺旋叶片，通过螺旋叶片控制引流，可以使加热回路增加5～20倍，让液体的受热时间延长，基于流体力学分析，螺旋分隔空间可以使液体热传递效率更高效科学，螺旋通道可以让每一处液体流体性受热均匀，持续加热能力强。

(3)本发明采用氮气侦测保护，在加热管外层包裹一层PFA管防止污染，同时在加热管和PFA管之间填充氮气，氮气连接压力检测仪，后台可监测检查更加方便，可以满足客户数字化安全生产。

(4)本发明设置有法兰钢圈锁紧结构，钢圈之间通过螺钉套件连接，钢圈外侧设置有密闭防护罩，防护罩设置有旋紧卡扣，连接更加牢靠，拆装更加方便。

(5)本发明设置有圆形集成接线盒，整体外观设计更加科学，避免线管杂乱无章的裸露在外部，起到安全和美观的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明在线加热装置的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为图1中B处的局部放大图。

图4为本发明加热管的布置示意图。

图5为本发明螺旋叶片的结构示意图。

图6为本发明螺旋叶片的布置示意图之一。

图7为本发明螺旋叶片的布置示意图之二。

图8为图7螺旋叶片布置方式的液体加热流向图。

图9为现有技术的加热回路的流向图。

图10为本发明的加热回路的流向图。

图11为本发明第一钢圈(第二钢圈)的结构示意图。

图12为本发明上圆台(下圆台)的结构示意图。

其中，附图标记具体说明如下：加热腔壳体1、加热管2、螺旋叶片3、进液管4、进液口5、出液口6、接线盒7、压力检测仪8、温度传感器9、上壳体10、下壳体11、上圆台12、下圆台13、第一钢圈14、第二钢圈15、螺钉套件16、第一护罩17、第二护罩18、U型槽19、O型圈20、密封盖板21、PFA管22、安装凹槽23、密封接头24。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

如图1所示，本实施例提供一种在线加热装置，包括加热腔壳体1、加热管2、螺旋叶片3、进液管4，加热腔壳体1的底部的两侧进设置有液口5、出液口6，进液口5与进液管4连通，出液口6与加热腔壳体1的内部连通，出液口6出设置有温度传感器9，进液管4设置于加热腔壳体1的内部，进液管4的顶部与加热腔壳体1的内部连通，进液管4的底部与进液口5连通，加热管2螺旋环绕设置于进液管4的外部。螺旋叶片3设置在所述加热腔壳体1的内壁，沿进液管4的高度方向安插在指定的上下层加热管2之间的流动间隙，以螺旋分隔流体空间，建立流体螺旋通道。

如图3及图4所示，加热管2分为内圈和外圈两侧，内层和外层加热管2的螺旋方向相同，以顺时针方向旋转，内层和外层加热管2的螺距也相同。加热管2的上下层与内外层之间均设置有缝隙，缝隙的范围为是3～15mm。流体从进液口5进入进液管4，然后从进液管4的顶部流出，进入加热腔壳体1内部的空间，最后由出液口6流出，加热管2一方面对进液管4内部的液体进行加热，另一方面，液体进入加热腔壳体1的内部空间后，经过每层加热管2并包裹加热管2，在加热器每寸表面流动，由于流动的液体会通过加热管2之间的间隙，也使液体在加热管2之间串联流动，充分带走加热管2表面的热量，使流动的液体在加热管2之间不会产生堆积，防止液体堆积导致堆积处的加热管2表面的热量就无法被及时带走，影响加热管2的效率。

本实施例中，加热管2之间的液体相互流通，还一定程度减少阻力增加流速，因为液体在加热管2之间相互撞击，如果加热管2之间不存在间隙，液体冲撞后会反向流动，与后面正常流出的液体发生正面碰撞，则会降低液体流速。请继续参照图1和图4，加热管2的螺距可以是等距也可以是变距，即变距C＞B或等距C＝B，图4中a为内层加热管2与外层加热管2之间的流动间隙，b、c为上层加热管2与下层加热管2之间的流动间隙，在间隙c内可以安装螺旋叶片3。加热管2的上下圈数可以是单数一组或双数一组，加热管2从内层开始螺旋盘绕，然后再从外层沿内层加热管2原路返回，如图4所示的为采用双层加热管2螺旋盘绕，包括上下双层加热器和内外双层加热器。

请继续参照图1和图3，在加热管2的表面包覆一层薄的PFA管22，然后在加热管和PFA管之间填充氮气，加热管2外径和PFA管22内径之间单边有0.3mm-0.5mm的填充间隙，PFA管22的一端与加热管2的一端密封堵死，PFA管22的另一端与加热管2的另一端通过密封接头24连接，密封接头24在接入外部压力检测仪8，压力检测仪8会实时检测氮气压力变化，检测的大数据会被后台系统端记录分析，一旦加热管2或者PFA管22发生破损，氮气就会泄漏，压力检测仪8就会检测到异常并报警，可以及时发现，避免加热管2腐蚀药液。

如图1所示，加热腔壳体1的内侧壁沿其高度方向设置有螺旋叶片3，螺旋叶片3采用PFA材质，加热腔壳体1的内侧壁设置有安装螺旋叶片3的定位槽，使螺旋叶片3在加热腔壳体1内不发生转动，螺旋叶片3可以拆卸，拆卸下后加热器仍然可以使用。因为现有加热器的加热回路短，流动不规则，热交换效率低，有的部位流动性好，有的部位流动性差，有部分液体还未升温就匆匆出来了，还有部分液体横冲直撞滞留在加热器内很长时间才出来。以市面现有96KW的加热器为例，以每分钟24升水的流量下，加热器的加热管2升温到160度，而出口来的水根本达不到100度，最多加热到80～90度已经是极限，要想使液体温度达到工艺要求，只有大幅度的降低液体流量或者使用大功率加热器来实现。

如图5所示，本发明的螺旋叶片3为螺旋状结构，其外径为D，内径为d，叶片的厚度为T，螺旋叶片3的结构可以增加加热回路长度，使液体充分吸收热能，同样条件下可以轻松达到100以上的温度，对沸点高的药液可以加热到更高。将同样将液体加热到80～90度进行对比，现有加热器需要96KW的功率，而本发明的加热器不需要这么大的功率，且本发明的加热器体积小。与目前同功率尺寸的加热器相比较，相同流量下，本发明提供的加热器加热温度预估可以高出30％以上，相同温度下预估每小时可以多加热20％升以上的液体，相同时间下预估每小时能耗降低30％。

本发明提供的加热器中螺旋叶片3有两种设置方式，如图5及图6所示，第一种设置方式为：螺旋叶片3的外径D与加热腔壳体1的内径配合，螺旋叶片3的内径d与进液管4的外径配合，加热管2螺距设计为不等螺距，可以与螺旋叶片3相互配合，在间隙C内安装螺旋叶片3，螺旋叶片3固定在加热腔壳体1和进液管4之间。安装方式为：首先将螺旋叶片3放入加热腔壳体1内固定好，然后将加热管2沿着螺旋叶片3螺旋方向旋转的插入进去。如图5及图7所示，第二种设置方式为：螺旋叶片3的厚度T为2～6mm，螺距20～150mm，螺旋叶片3的外径D与加热腔壳体1的内径配合，螺旋叶片3的内径大于外层加热管2沿进液管4围成圆柱的外径，以使螺旋叶片3与外层加热管2间隙配合。安装方式为：加热腔壳体1内设有定位槽，首先将螺旋叶片3放入加热腔壳体1内固定好，然后将加热管2直接插入进加热腔壳体1内。

如图8所示，现有加热器的加热回路为直线形，其加热时间短，液体无法与加热回路充分接触，加热效率低。如图9及图10所示，本发明通过设置螺旋叶片3控制引流，将加热回路由直线形转变成螺旋形，使加热回路增加5～20倍，让液体的受热时间延长，螺旋分隔空间可以使液体热传递更高效科学，螺旋通道可以让每一处液体流动性一致受热均匀，持续加热能力强。

如图2、图11及图12所示，加热腔壳体1包括上壳体10与下壳体11，进液管4、加热管2、螺旋叶片3设置于上壳体10内，进液口5、出液口6设置于下壳体11上，下壳体11与上壳体10通过螺钉套件16连接。在本实施中，上壳体10的底部向外延伸设置有上圆台12，下壳体11的顶部向外延伸设置有下圆台13，上圆台12、下圆台13的圆周均设置有用于安装螺钉套件16的U型槽19，上圆台12的上端面固定安装有第一钢圈14，下圆台13的下端面固定安装有第二钢圈15，第一钢圈14与U型槽19相对应的位置设置有圆形安装孔，第二钢圈15与U型槽19相对应的位置设置有螺纹安装孔，螺纹安装孔的螺纹与螺钉套件16相匹配，上圆台12与下圆台13之间设置有密封O型圈20。上壳体10与下壳体11的连接处环绕设置有防护罩壳，防护罩壳包括第一护罩17与第二护罩18，第一护罩17与第二护罩18的纵向截面均为L型，在直角处设置有倒角。第一护罩17安装于下壳体11上，第二护罩18与第一护罩17卡扣式连接。本实施例采用两个钢圈进行密封锁紧，不需要工装夹具和专用扳手，只需要常规的内六角扳手即可完成拆装，单人就可以操作完成，人机操作性好，而且不受加热器温度膨胀现象影响，不会发生松动脱落。由于现有加热器是在树脂材质外壳上加工螺纹，螺纹会随着温度反复升高降低，螺纹应力变化产生性能下降，而且螺丝一旦损坏就要更换整个壳体总成，而本发明采用的钢圈密封锁紧不会有这样的问题，耐用可靠不会有任何质量方面问题，而且钢圈可以更换，维护成本低。

请继续参照图1，本实施例中，接线盒7的外径与加热腔壳体1的外径相同，接线盒7安装于加热腔壳体1的出线端部并与加热腔壳体1通过螺丝固定，接线盒7的端部设置有密封盖板21，加热管2的线路集成设置于接线盒7内，这样可以保证加热器美观整洁，检修方便，可以很好的保护裸漏的线管。在加热腔壳体1的外侧壁还设置有安装凹槽23，可适用于T型、L型、法兰型等各类支座，满足不同环境的安装需求，使用性高。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (16)

1.一种在线加热装置，其特征在于，包括：

加热腔壳体，所述加热腔壳体的底部的两侧分别设置有进液口和出液口；

进液管，设置在所述加热腔壳体的内部，所述进液管的顶部连通所述加热腔壳体的内部，所述进液管的底部与所述进液口连通；

加热管，螺旋环绕设置于所述进液管的外部；

螺旋叶片，设置在所述加热腔壳体的内壁，沿所述进液管的高度方向安插在指定的上下层加热管之间的流动间隙，以螺旋分隔流体空间，建立流体螺旋通道。

2.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，所述加热管设置为内外两层，内外两层的螺旋方向、螺距相同。

3.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，所述加热管采用等螺距螺旋环绕，或所述加热管采用变螺距螺旋环绕。

4.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，所述加热管采用上下双层间隔式螺旋环绕，所述螺旋叶片安插在上下双层加热管之间。

5.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，所述加热管的外部包覆设置PFA管，所述加热管与所述PFA管之间填充氮气。

6.如权利要求5所述的在线加热装置，其特征在于，所述PFA管的一端与所述加热管的一端密封连接，所述PFA管的另一端与所述加热管之间设置有密封接头。

7.如权利要求6所述的在线加热装置，其特征在于，所述密封接头连接压力监测仪。

8.如权利要求2所述的在线加热装置，其特征在于，所述螺旋叶片的外径与所述加热腔壳体的内径配合，所述螺旋叶片的内径与所述进液管的外径配合，以使所述螺旋叶片固定在所述加热腔壳体和所述进液管之间。

9.如权利要求2所述的在线加热装置，其特征在于，所述螺旋叶片固定在所述加热腔壳体的内壁，所述螺旋叶片的内径大于外层加热管沿进液管围成圆柱的外径，以使所述螺旋叶片与外层加热管间隙配合。

10.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，所述加热腔壳体包括上壳体与下壳体，所述进液管、所述加热管、所述螺旋叶片设置于所述上壳体内，所述进液口、所述出液口设置于所述下壳体上，所述下壳体与所述上壳体通过螺钉套件连接。

11.如权利要求10所述的在线加热装置，其特征在于，所述上壳体的底部向外延伸设置有上圆台，所述下壳体的顶部向外延伸设置有下圆台，所述下圆台、所述上圆台的圆周均设置有用于安装所述螺钉套件的U型槽，所述上圆台与所述下圆台之间设置有密封O型圈。

12.如权利要求11所述的在线加热装置，其特征在于，所述上圆台的上端面固定安装有第一钢圈，所述下圆台的下端面固定安装有第二钢圈，所述第一钢圈与所述U型槽相对应的位置设置有圆形安装孔，所述第二钢圈与所述U型槽相对应的位置设置有螺纹安装孔，所述螺纹安装孔的螺纹与所述螺钉套件相匹配。

13.如权利要求10所述的在线加热装置，其特征在于，所述上壳体与所述下壳体的连接处环绕设置有防护罩壳，所述防护罩壳包括第一护罩与第二护罩，所述第一护罩与所述第二护罩的纵向截面均为L型，所述第一护罩安装于所述下壳体上，所述第二护罩与所述第一护罩卡扣式连接。

14.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，还包括接线盒，所述接线盒设置在加热腔壳体的底部，所述接线盒的外径与所述加热腔壳体的外径相同，所述接线盒安装于所述加热腔壳体的出线端部并与所述加热腔壳体通过螺丝固定，所述接线盒的端部设置有密封盖板。

15.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，所述出液口处设置有温度传感器。

16.如权利要求1所述的在线加热装置，其特征在于，所述加热腔壳体的外部设有安装凹槽，适用于T型、L型、法兰型支座的安装固定。

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