CN201155859Y - 高效强制流动气体电加热单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型为强制流动气体高效电加热单元，用于快速，有效地将引进的，具有一定压力的冷态(空)气体加热到指定温度，减少加热单元的径向热损失。新装置采用双螺旋，展开式电热丝体结构，电热丝体置于管式通道内，引进空气从加热器的一端进入，从另一端释出。此类加热管可具有单独或多重并联加热腔方式以保证在短距离内，大流通量的热交换。

Description

高效强制流动气体电加热单元

技术领域：

此实用新型描述了高效强制流动气体电加热单元，其中采用了双螺旋缠绕电热丝为热源，多重方式排列的气体通道，以提高热交换效率。本单元适用于工业用途的气体快速加热装置。此单元的特点是提高了气体流通效率，热交换效率，减少了加热器的径向热损失。

背景技术：

电热丝加热方式是一种经常使用的热源设备。其原理是当电源接通时，电热丝呈炙热状态。当冷风通过时，两者进行接触和热交换。通常的方式是：将由圆柱/筒胎具缠绕出的电热丝置于绝缘通道体内或支架上。当伸展后，电热丝仍然呈单一圆环螺旋，即圈与圈的排列方式为轴向重叠。以这种排列的结构，当冷空气与炙热电热丝热交换时，两者的主要接触发生在缠绕体的圆筒体外表面，而缠绕炉丝的内部区域，由于其同心圆排布，圈与圈间致密方式使得冷风进入产生的冷却速度低于其自身的加热速度，从而炉丝内部的温度处于较高水平。这种较高水平的内部温度会导致热量的径向热扩散，致使支撑绝缘体温度的提高。这种径向热扩散对加热其本身来说是一种无功损耗。同时，炉丝的较高的内部温度会导致炉丝的氧化速度加快，寿命缩短。由于此类加热器要求热交换路径和时间短暂，冷，热体间的接触面积是关键因素。工业用途的此类加热器，多希望加热路径短，升温幅度大，加热体自身径向温升幅度小和炉丝寿命长等特点。其中加热体具有径向温升幅度小是提高加热效率降低能耗的关键点。这些因素包括：在给定冷空气压力和流量下，增加空气流通的截面积，增加空气与加热丝间的接触面积，提高加热丝的表面温度等。

实用新型内容：

本发明目的旨在通过错位排列的电热丝重复单元，增加炙热的电热丝与流通气体间的接触面积，从而提高了热交换效率.此类设计可以克服和改善普通电加热单元中，热体与冷态气体检热交换面积过小，交换不充分的问题。这种以改进了电热丝的分布方式，提高交换了效率的结果是可进一步提高电热丝的功率，增加热交换总量.作为结果，减少了加热器壳体的表观热容和加热器在径向方向上的扩散热损失。

具体包括：

1.高效强制流动气体电加热单元是一种将具有一定压力的冷态气体快速加热到指定温度的筒状加热装置，由下列元件构成：

1)位于通风通道中，呈双螺旋体结构的电加热丝缠绕体，

2)位于加热单元前部，包围在电加热丝体外的电绝缘套体，

3)绝缘套体外的保温隔热层和金属外套，

4)安装在金属外套尾部的电子控制和保护电路和端子接口。

所说的电加热丝体按照特定方式缠绕形成的，双螺旋结构包括：

1)作为基本丝体缠绕螺旋的短程螺旋周期

2)长程排列螺旋周期；

所说短程周期是指由丝体按照特定几何尺寸，经360度缠绕一圈，形成的单一矩形单元所构成的周期，即每一单元为一周期。所说的矩形单元的几何尺寸的长∶宽比例范围在2∶1到20∶1；

所说的双螺旋结构中的长程周期结构是指一系列相邻矩形单元，按特定方向，沿轴向旋转一定角度，错位排列构成的周期，即重复排列所含的矩形单元数。所说的长程周期可由5到30个矩形单元构成；

所说的缠绕式电加热丝体可包括多于一种几何尺寸的矩形单元构成，形成不同的丝体表管直径，以适合绝缘套上的不同的圆筒通道的直径。

这种按特定方向，轴向错位排列形成丝体，从轴向看，表观表现为，中空，同心圆形的镂空结构，所说的缠绕式电加热丝体沿轴向，按不同拉伸间隔，舒展后，置于绝缘套体内。所说的轴向拉伸间隔的标准为：在加热器气流进口端的拉伸间隔小于气流出口端的拉伸间隔，以防止局部丝体温度过高、过热。在具有一定压力的冷态气体流经错位旋转排列的电热丝表面，并充分接触后，可被快速加热到指定温度。

所说的绝缘套是由多孔内腔和具有与位于其外部的，筒状金属外壳适应的外部几何结构组成。内腔是由多于一个的轴向对称的，并均匀分布排列的，光滑圆筒通道组成，所说多孔内腔可有具有不同的圆筒内径的通道构成，以保证在给定的绝缘套体截面积下获得最大的流通截面积和绝缘体结构强度。

所说圆筒通道具有与所说拉伸展开的，电热丝缠绕加热体的表观直径相匹配内径。电热丝缠绕加热体以串联的方式，按顺序通过绝缘套的孔内腔。

所说的外形几何结构可以是具有圆筒型，或方形，或长方形截面形状的结构或由他们组成的组合体，和套体支撑结构构成，所说的支撑结构是与所说的金属外壳匹配的，起支撑，固定作用的附件机构；所说的绝缘套可以选择由耐温玻璃，或石英，或陶瓷等材料制作，耐温能达到400-1400度的绝缘材料构成。

所说的保温层为可耐受400-700度温度以上的保温，隔热材料构成；所说保温材料为各种纤维类毡式材料。

加热单元辅助设施包括电子控制，过热保护电路和端子接口。

所说进口端结构包括安装在金属外壳末端的端子和位于其上的气体进口接口连接管件，电加热器动力电源连接件和控制及保护信号连接件。

所说出口端结构为电加热单元前端结构，由适合被加热设备要求，允许被加热到给定温度的压缩空气输出的锥形，变径通风口和测温热偶组成。

附图说明：

图1：双螺旋丝体的外部形状，端面视图。

图2：绝缘体结构举例，端面图。

图3：绝缘体结构举例，侧视图。

具体实施方式：

高效强制流动气体电加热单元是一种将流经加热器的具有一定压力的冷态气体快速加热到指定温度的装置，其包括：筒状加热结构，位于其后部的进口端组件；和位于其前部的出口端组件构成。

筒状加热结构包括：筒状的金属壳体，安置于壳体内的，位于其前部的加热体组件，和安置与壳体内的，位于其后部的辅助组件构成。

加热体由按顺序组装的，位于最外部保温层222，绝缘套体322和置于绝缘套体内的电加热丝体222构成。

电加热丝体222是电加热丝，按照双螺旋的方式缠绕而成。所说的双螺旋周期是指缠绕体具有短程周期和长程周期结构。其中短程周期是指电热丝按照需求的尺寸，和缠绕方向360度产生的单一矩形单元的周期。长程周期是指一系列相邻的矩形丝体单元按照规定的角度，沿轴向旋转后形成的错位排列的360度重复周期内所包括的单元数量。这种错位排列方式使得相邻矩形单元间重叠部分趋于减少。当冷空气通过时，与电热丝间可得以充分的进行热交换。这种缠绕的表观效果是缠绕体的电热丝的断面为镂空，中空的圆形。从缠绕体轴向看去，缠绕体具有如下特征：

1。矩形圈与下一个矩形圈之间有一个5到14度的相位的差角度旋转，使得相邻矩形圈相互间的排列实际距离加大。

2。缠绕体轴向中心形成了由矩形内缘构成中心圆孔结构。

3。所形成的缠绕体的表观直径相当于或略大于矩形单元的对角线尺寸。

所说的双螺旋丝体应由一种或多种尺寸的矩形单元构成。同一双螺旋丝体上的不同的尺寸的矩形单元将对应于不同的绝缘体上筒腔通道直径。

所选择双螺旋丝体的矩形尺寸的原则是：矩形对角线的尺寸等于绝缘体上筒腔通道直径。所说矩形的长261∶宽262比例为2∶1到10∶1。

所说双螺旋结构电加热丝体经拉伸舒展后，可以滑配合地置入到绝缘套管体的腔体内部，其展开后的双螺旋丝体外径将适合于绝缘体通道直径或孔径。进一步展开的电加热丝体的矩形圈与下一矩形圈的距离范围为1到10毫米。最可行的方案是在筒状通道内，沿进口到出口方向，矩形圈与圈的距离范围是不均匀一致的。一般的讲，进口的间隔小于出口间隔，以防止局部丝体温度过高，过热。。

电加热丝体以串联方式穿行在以并联方式排列的绝缘套体的筒状通道内326。由于双螺旋丝体矩形单元错相位排列结构，在筒状通道腔内所形成的气流流通方式和热交换截面积远远大于传统电炉丝排列方式。

电加热丝体为能够将电能转化成热能的丝状线体元件。

电加热丝体是将给定线径的电热丝，经在胎具上，定向缠绕产生的双螺旋丝体。

所说的绝缘套322是由多孔内腔和具有与位于其外部的，筒状金属外壳适应的外部几何结构346组成。腔体结构是由多于一个的轴向对称的，并均匀分布的，光滑圆筒通道组成，所说圆筒可有具有不同的圆筒内径的筒体构成以保证所说的绝缘套体的有效截面积和结构强度。所说的通道直径范围可以为5-50毫米。

所说圆筒式腔体具有与所说伸展开的，电热丝缠绕加热体的表观直径相匹配内径。

所说的外形几何结构由具有圆筒型，或方形，或长方形截面结构或由他们组成的组合体，和套体支撑结构358构成，所说的支撑结构是与所说的金属外壳匹配的几何机构；所说的绝缘套是由耐温玻璃，或石英，或陶瓷等，耐温能达到400-1400度的绝缘材料构成。

保温层设置位于绝缘体与金属外套之间，以防止内部热量沿径向丢失。材料可采用耐受200-700度温度以下的保温，隔热材料；特别是各种纤维类，毡式保温材料；所说的保温层厚度是5-30毫米。

所说的辅助组件位于金属外套的后端，包括电子控制和保护器件电路，包括基于出口热风温度的调节电路和加热器自身过热和断电保护电路。

所说的进口端组件包括安装在金属外壳的尾端的端子，和安装在端子上的，与周边设备相匹配的冷空气进风口接口管件，动力电源接口，控制接口等

所说的出口端组件为与被加热设备匹配，允许被加热到给定温度的压缩空气输出的锥形，变径结构和测温热偶组成。

上述列举是基于所描述基本原理下的典型应用实例，本专利并不局限于此应用实例，对于基于此原理延伸，替代，组合和变化而产生的其他应用方式或器具仍属于本专利的保护效用范围。

Claims (9)

1.高效强制流动气体电加热单元是一种将具有一定压力的冷态气体快速加热到指定温度的筒状加热装置，其特征是由下列元件构成：

1)位于通风通道中，呈双螺旋体结构的电加热丝缠绕体，

2)位于加热单元前部，包围在电加热丝体外的电绝缘套体，

3)绝缘套体外的保温隔热层和金属外套，

4)安装在金属外套内的电子控制和保护电路和外套尾端接口。

2.权利要求1所说的电加热单元，其特征是所说双螺旋电加热丝体是以缠绕形成的电加热丝体，舒展后的丝体，构成了由序列矩形单元错位排列形成的双螺旋体结构；所说的螺旋丝体结构的表观外径在一个范围，其允许将所说的缠绕丝体置于所说绝缘套体筒状内腔内；所说的螺旋状丝体应包括至少一种尺寸的矩形单元，所说的矩形单元的几何尺寸的长∶宽比例范围在1∶1到50∶1；所说的双螺旋状丝体经拉伸舒展后，可置于绝缘套管体的筒状内腔内，其双螺旋丝体矩形单元间距离范围在1到10毫米。

3.权利要求2所说的电加热单元，其特征是所述双螺旋电加热丝体是能够将电能直接转化成热能的丝状线体元件。

4.权利要求1所说的电加热单元，其特征是所说电绝缘套是由内腔结构和外部几何结构组成，所说内腔结构是由至少一个或多个空腔式筒状体组成，所说的筒状体的截面形状可选择于：圆和方形，所说圆形截面的直径范围可以为5-50毫米，所说方形截面的边长范围5-50毫米；所说的绝缘套外部的几何构造其特征是包括主体结构和支撑结构，所说的主体结构可选择为圆筒，方形，长方形几何形状或他们的组合，所说的支撑结构是与保护外套相匹配的，用于固定绝缘套的几何机构。

5.权利要求4所说的电加热单元，其特征是所说空腔式筒状体的组合结构是可以由具有不同截面积的，中心轴对称分布的多个筒状内腔排列组成，以形成最大的绝缘套体内腔的流通面积，所说的电绝缘材料可以选择由耐温玻璃，石英和陶瓷材料制成。

6.权利要求1所说的电加热单元，其特征是所说保温隔热层是采用可耐受400到700度温度的保温材料；各种纤维类毡式保温材料；所说的保温层厚度是5-30毫米。

7.权利要求1所说的电加热单元，其特征是所说金属外套是外套的前部安放包围着保温层的绝缘套体，外套的尾部安放相应的加热器控制电子器件和电路，外套前端子为热风出口和外套后端子设置有冷风入口接口，电源和信号接口。

8.权利要求1所说的电加热单元，其特征是所说电子控制和保护电路是位于加热腔体尾部的，包括用于控制出口热风温度的传感器，调节电路和加热器过热和断电保护电路。

9.权利要求1所说的电加热单元，其特征是所说尾端接口是包括设有与周边设备相匹配的冷态气体进风口接口，电加热动力源接口，控制及保护信号接口。

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