CN202261841U - 一种气冷式红外发热装置和加热设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气冷式红外发热装置和加热设备；一种气冷式红外发热装置包括红外发热体和用于固定红外发热体的二个固定端，还包括设于红外发热体外侧的灯罩；灯罩与红外发热体之间设有空气冷却通道；二个固定端分别设有与空气冷却通道连通的进气口、出气口。本实用新型在红外发热体的外侧设了空气冷却通道，充入洁净干燥的空气对红外发热体进行冷却散热，达到降低红外发热体本身温度的作用，从而可以延长红外发热体的使用寿命，以此降低发热装置的维护成本。本实用新型气冷式红外加热设备采用了气体混合结构，对气冷式红外加热装置中排出的过热气体混入室温气体，经该混合后排放的气体温度在55℃～70℃之间，符合直接排放标准，可以直接排放到厂务端。

Description

一种气冷式红外发热装置和加热设备

技术领域

本实用新型涉及一种发热装置，更具体地说是指一种采用空气对发热灯管进行冷却的红外发热装置和由其构成的加热设备。

背景技术

目前，半导体加热行业大部分都采用红外加热灯管加热，客户可以根据自己的需要定制各种规格和要求的红外加热灯管。因为这种灯管具有升温速率快、使用方便等优势，得到不少客户的青睐。

目前常用的红外发热灯管大多是石英灯管，影响红外加热灯管使用寿命的因素主要表现在以下几个方面：

1、环境温度

据相关资料记载(Fig 1)，当环境温度处在250℃～800℃之间时，石英灯管(即红外发热灯管)寿命最长，在环境温度高于800℃后，其使用寿命急剧下降；

2、环境中所含的杂质

灯管所处环境中含有的无机盐(主要成分含Na离子、Fe离子)杂质将会在高温环境(石英灯管管壁高达1000℃以上)下以盐垢的形式附着在石英灯管的管壁上，盐垢越积越多，因盐垢的热膨胀系数与石英玻璃的不同，在高温下，石英管因盐垢的挤胀和腐蚀而损坏，严重缩短了灯管的使用寿命；

3、灯管安装不当也会影响石英灯管的使用寿命

石英灯管的安装方式也会严重的影响其有效使用寿命，其一，因石英灯管本身材质是很脆的，故不易与金属直接接触；其二，灯管内置的发热丝在高温下(1000℃以上)处于游离状态，依赖于内部卤素气体的保护才不至于损耗发热丝，但是如果将灯管倾斜布置或者安装可能导致气体流通不畅，部分发热丝将会被氧化殆尽，进而缩短灯管使用寿命。

除了上述因素外，石英灯管本身存在的缺陷也将导致其使用寿命下降，如石英灯管管壁厚度不均、在使用过程中石英管壁各处的抗疲劳程度存在差异而使灯管损坏。

为了解决上述问题，本发明人创新地设计出一种气冷式红外发热装置，它利用空气对红外发热体外周进行散热，以降低红外发热体本身的温度，以达到延长红外发热体的使用寿命的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种气冷式红外发热装置和发热设备，利用空气对红外发热体外周进行散热，以降低红外发热体本身的温度，可以延长红外发热体的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种气冷式红外发热装置，包括红外发热体和用于固定红外发热体的二个固定端，其特征在于还包括设于红外发热体外侧的灯罩；所述的灯罩与红外发热体之间设有空气冷却通道；所述的二个固定端分别设有与空气冷却通道连通的进气口、出气口。

其进一步技术方案为：所述的红外发热体为红外发热灯管，所述的灯罩为套设于红外发热灯管外周的圆筒形透明罩；所述的空气冷却通道为圆环形通道。

其进一步技术方案为：所述固定端包括耐热支撑体和与耐热支撑体外侧固定联接的灯管安装座，所述的灯管安装座上设有灯管安装孔和与灯管安装孔同心的灯罩安装孔，所述的灯管安装孔为通孔，所述的灯罩安装孔位于灯管安装座与耐热支撑体的联接面，所述的灯管安装孔与灯罩安装孔之间设有通气腔，所述灯管安装座的外侧还设有与通气腔连通的气管接口，二个灯管安装座上的气管接口与通气腔分别构成前述的进气口、出气口；所述的耐热支撑体上设有用于穿过灯罩和红外发热灯管的安装通孔。

其进一步技术方案为：所述的灯罩与灯罩安装孔之间、红外发热灯管与灯管安装孔之间、灯罩与安装通孔之间均设有密封圈。

其进一步技术方案为：所述的灯罩为石英玻璃管；所述的耐热支撑体为多晶莫来石支撑体；所述的密封圈为玻璃纤维密封圈。

一种气冷式红外发热设备，包括设有炉腔的炉体，其特征在于所述的炉体上固设有若干个置于炉腔内的气冷式红外发热装置。

其进一步技术方案为：还包括设于炉体外的气体混合结构，所述的气体混合结构包括若干个与气冷式红外发热装置的出气口联接的热气进口、一个低温气体输入口和一个混合气体排出口。

其进一步技术方案为：所述的炉体包括不锈钢外壳和设于不锈钢外壳内侧的多晶莫来石支撑体。

其进一步技术方案为：还包括控制器和若干个与控制器联接的温度传感器，所述的温度传感器固设于灯罩内侧或灯罩外侧。

其进一步技术方案为：还包括与气冷式红外发热装置的进气口联接的气体节流阀，所述的气体节流阀为与控制器电性联接的电控节流阀。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型气冷式红外发热装置在红外发热体的外侧设了空气冷却通道，充入洁净干燥的空气对红外发热体进行冷却散热，达到降低红外发热体本身温度的作用，从而可以延长红外发热体的使用寿命，以此降低发热装置的维护成本。本实用新型气冷式红外加热设备采用了气体混合结构，对气冷式红外加热装置中排出的过热气体混入室温气体，经该混合后排放的气体温度在55℃～70℃之间，符合直接排放标准，可以直接排放到厂务端。通过增加的温度传感器和电控节流阀，可以根据检测到的红外发热体表面温度值来调节充入的空气流量，进而可以将红外发热体表面的温度降至900℃以下，有效地保证红外发热体工作在安全的温度范围之内。本实用新型能有效的降低红外发热灯管以及灯罩的表面温度，因为充入的是洁净干燥的预热空气，故成功的杜绝了外界无机盐的污染，采用精密加工的不锈钢外炉膛和灯座保证了灯管水平安装的一致性，从而延长红外发热灯管的使用寿命。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型一种气冷式红外发热装置具体实施例的剖视示意图；

图2为图1所示实施例的进气端的局部放大图；

图3为图1所示实施例的出气端的局部放大图；

图4为图2所示实施例中的灯管安装座的放大剖视图；

图5为本实用新型一种气冷式红外发热设备具体实施例的俯视方向的结构示意图；

图6为图5的左视图；

图7为图5的A-A方向剖视图；

图8为本实用新型一种气冷式红外发热设备具体实施例的电路方框图。

附图标记说明

1         红外发热灯管

2A、2B    固定端                20A、20B    气管组件

21        进气口                22          出气口

3         灯罩                  4           空气冷却通道

5         多晶莫来石支撑体      5A、5B      耐热支撑体

50        安装通孔              51          不锈钢外壳

6A、6B    灯管安装座            60          灯管安装孔

61        灯罩安装孔            62          通气腔

63A、63B  气管接口              71、72、73  密封圈

8         炉体                  80          炉腔

81        气体混合结构          811         热气进口

812       低温气体输入口        813         混合气体排出口

9         控制器                91          温度传感器

92        电控节流阀

S         气冷式红外发热装置

具体实施方式

为了更充分理解本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1至图4所示，本实用新型一种气冷式红外发热装置，包括红外发热体和用于固定红外发热体的二个固定端2A、2B，还包括设于红外发热体外侧的灯罩3；灯罩3与红外发热体之间设有空气冷却通道4(空气冷却通道中充入的是经过过滤之后的洁净空气)；二个固定端2A、2B分别设有与空气冷却通道4连通的进气口21、出气口22。进气口21、出气口22分别联接有气管组件20A、20B，气管组件主要包括气管和气管接头。

在本实施例中，红外发热体为红外发热灯管1，灯罩3为套设于红外发热灯管1外周的圆筒形透明罩；空气冷却通道4为圆环形通道。固定端2A、2B包括耐热支撑体5A、5B和与耐热支撑体5A、5B外侧固定联接的灯管安装座6A、6B，灯管安装座6A、6B上设有灯管安装孔60和与灯管安装孔60同心的灯罩安装孔61，灯管安装孔60为通孔，灯罩安装孔61位于灯管安装座与耐热支撑体的联接面，灯管安装孔60与灯罩安装孔61之间设有通气腔62，灯管安装座6A、6B的外侧还设有与通气腔62连通的气管接口63A、63B，二个灯管安装座6A、6B上的气管接口63A、63B与通气腔62分别构成前述的进气口21、出气口22；耐热支撑体5A、5B上设有用于穿过灯罩和红外发热灯管的安装通孔50。在灯罩3与灯罩安装孔61之间、红外发热灯管1与灯管安装孔60之间、灯罩3与安装通孔50之间各设有密封圈71、72、73。在本实施例中，灯罩3为石英玻璃管；耐热支撑体5A、5B为多晶莫来石支撑体；密封圈71、72、73均为玻璃纤维密封圈。在本实施例中，灯罩安装孔61的底部是一种环形槽结构，有利于固定和密封。其中的红外发热灯管的有效发热位置必须均位于二个固定端之间的炉腔内，以便防止端部的发热对密封圈的损坏。

于其它实施例中，红外发热体也可以是板式结构，灯罩也可以是平板式结构，其中的空气冷却通道则也为平面形状的空腔。

如图5至图8所示，本实用新型一种气冷式红外发热设备，包括设有炉腔80的炉体8，炉体8上固设有6个置于炉腔80内的气冷式红外发热装置S。还包括设于炉体外的气体混合结构81，气体混合结构81包括6个与气冷式红外发热装置的出气口联接的热气进口811、一个低温气体输入口812和一个混合气体排出口813。炉体8包括不锈钢外壳51和设于不锈钢外壳51内侧的多晶莫来石支撑体5。还包括控制器9和6个与控制器9联接的温度传感器91(每个气冷式红外发热装置S都设有一个)，温度传感器91固设于灯罩3的内侧或灯罩3的外侧(也可以是其它位置，比如红外发热体的表面)。还包括与气冷式红外发热装置S的进气口21联接的气体节流阀，气体节流阀为与控制器9电性联接的电控节流阀92。控制器9通过采集到每个气冷式红外发热装置的内部温度，当其超过某一设定值(比如900度)时，增加进气的流量，以实现红外发热体表面温度的下降。控制器能实现每个红外发热装置的单独控制。控制器还可以控制每个红外发热灯管的驱动电路，实现同步控制。

其中，灯罩可以选用透光率很高的石英玻璃管，在红外波长段，该种材料的透光率达到93％以上，大大降低了红外线穿透灯罩时产生的热损失，红外发热灯管选择的是近红外加热灯管(NIR)，安装在灯罩的中间，灯管最大外径15mm(抽真空封装口位置稍大，其它部位均为11mm)、灯罩内径17mm，这样就在灯管(即红外发热灯管)与灯罩之间形成一个狭小的空气冷却通道；考虑到灯管表面实际使用温度在1000℃以上，已经超出了其正常使用范围，故本实用新型采取从一侧(即进气口的那一端)向空气冷却通道内充入洁净干燥预热空气，从另一侧(即出气口的那一端)导出被加热的CDPA(Clean Dry Preheated Air，简写为CDPA)的方式来降低灯管表面温度，同时也降低了灯罩表面的温度，从而避免了因灯管表面温度一直处于高温800℃以上带来的不利影响；所有零件的重量主要靠不锈钢外壳承载；多晶莫来石支撑体是一种耐高温的隔热保温材料，主要目的是为了隔绝炉膛内外部环境的温度，起到保温作用；灯管与灯座之间的空隙、灯罩与多晶莫来石之间的空隙、灯罩与灯座之间的空隙，这些空隙都一律采用耐高温的玻璃纤维密封圈，主要目的有3个，其一是为了阻止炉膛内部的高温气体通过灯罩与莫来石的空隙散发到灯管安装座上，导致灯管安装座局部高温，产生变形压迫灯管外表面，造成灯管损坏；其二是利用玻璃纤维棉本身的弹性，改善灯罩与灯座、灯管与灯座之间因受热膨胀系数不同而造成元器件的损坏；其三是为了在空气冷却通道两端形成紧密的密封层，保证通入的CDPA按照指定的轨道运动，形成稳定的、定向的气体流动。

本实用新型一种气冷式红外发热设备现已成功的的应用在了光伏设备烘干/烧结炉上，并取得了非常好的效果，灯管寿命由原来的不到2个月提高到了8个月，大大节省了设备维护成本。

本装置的工作原理如下：

在给红外加热灯管通电之前，必须先将洁净干燥的预热空气CDPA(该气体温度在60℃左右)通过安装在灯管安装座6A上的铜管(即用于联接进气口的气管)充入到灯罩3与红外发热灯管1之间的狭小通道(即空气冷却通道4)中，对红外发热灯管和灯罩进行冷却，同时排出残留在里面的残留空气，还可以防止在灯管通电瞬间灯管内外温差过大造成灯管破裂。

如此的高温气体是不允许直接排放到空气中或者厂务端的，必须将其冷却到低温才能排放，因此在出气口设有气体混合结构。实验数据表明，经该气体混合结构后排放的气体温度在55℃～70℃之间，符合直接排放标准，可以直接排放到厂务端。

在设备正常生产过程中，灯管外面的环境温度高达930℃，灯管表面温度将达到1000℃以上，灯管在这样恶劣的环境下工作，其寿命将会急剧下降，但是增加了本套灯管冷却装置后，灯管表面温度将会降至900℃以下，进而延长了其使用寿命。

综上所述，本实用新型气冷式红外发热装置在红外发热体的外侧设了空气冷却通道，充入洁净干燥的空气对红外发热体进行冷却散热，达到降低红外发热体本身温度的作用，从而可以延长红外发热体的使用寿命，以此降低发热装置的维护成本。本实用新型气冷式红外加热设备采用了气体混合结构，对气冷式红外加热装置中排出的过热气体混入室温气体，经该混合后排放的气体温度在55℃～70℃之间，符合直接排放标准，可以直接排放到厂务端。通过增加的温度传感器和电控节流阀，可以根据检测到的红外发热体表面温度值来调节充入的空气流量，进而可以将红外发热体表面的温度降至900℃以下，有效地保证红外发热体工作在安全的温度范围之内。

上述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种气冷式红外发热装置，包括红外发热体和用于固定红外发热体的二个固定端，其特征在于还包括设于红外发热体外侧的灯罩；所述的灯罩与红外发热体之间设有空气冷却通道；所述的二个固定端分别设有与空气冷却通道连通的进气口、出气口。

2.根据权利要求1所述的一种气冷式红外发热装置，其特征在于所述的红外发热体为红外发热灯管，所述的灯罩为套设于红外发热灯管外周的圆筒形透明罩；所述的空气冷却通道为圆环形通道。

3.根据权利要求2所述的一种气冷式红外发热装置，其特征在于所述的固定端包括耐热支撑体和与耐热支撑体外侧固定联接的灯管安装座，所述的灯管安装座上设有灯管安装孔和与灯管安装孔同心的灯罩安装孔，所述的灯管安装孔为通孔，所述的灯罩安装孔位于灯管安装座与耐热支撑体的联接面，所述的灯管安装孔与灯罩安装孔之间设有通气腔，所述灯管安装座的外侧还设有与通气腔连通的气管接口，二个灯管安装座上的气管接口与通气腔分别构成前述的进气口、出气口；所述的耐热支撑体上设有用于穿过灯罩和红外发热灯管的安装通孔。

4.根据权利要求3所述的一种气冷式红外发热装置，其特征在于所述的灯罩与灯罩安装孔之间、红外发热灯管与灯管安装孔之间、灯罩与安装通孔之间均设有密封圈。

5.根据权利要求4所述的一种气冷式红外发热装置，其特征在于所述的灯罩为石英玻璃管；所述的耐热支撑体为多晶莫来石支撑体；所述的密封圈为玻璃纤维密封圈。

6.一种气冷式红外发热设备，包括设有炉腔的炉体，其特征在于所述的炉体上固设有若干个置于炉腔内的气冷式红外发热装置。

7.根据权利要求6所述的一种气冷式红外发热设备，其特征在于还包括设于炉体外的气体混合结构，所述的气体混合结构包括若干个与气冷式红外发热装置的出气口联接的热气进口、一个低温气体输入口和一个混合气体排出口。

8.根据权利要求7所述的一种气冷式红外发热设备，其特征在于所述的炉体包括不锈钢外壳和设于不锈钢外壳内侧的多晶莫来石支撑体。

9.根据权利要求8所述的一种气冷式红外发热设备，其特征在于还包括控制器和若干个与控制器联接的温度传感器，所述的温度传感器固设于灯罩内侧或灯罩外侧。

10.根据权利要求9所述的一种气冷式红外发热设备，其特征在于还包括与气冷式红外发热装置的进气口联接的气体节流阀，所述的气体节流阀为与控制器电性联接的电控节流阀。

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