CN213713577U - 一种超临界二氧化碳流体电加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超临界二氧化碳流体电加热器，涉及电加热设备技术领域，包括壳体，壳体内设置有铸件导热层，铸件导热层内部浇铸有若干电加热管以及用于输送二氧化碳流体的螺旋盘管，螺旋盘管围绕在若干电加热管的外侧并靠近电加热管，且螺旋盘管的外壁靠近铸件导热层的壁面；铸件导热层外部还套接有保温层；由此，本实用新型中螺旋盘管内壁靠近电加热管，缩短了铸件导热层传递热量的距离，提高了传热速度，同时外壁靠近铸件导热层的壁面，使得铸件导热层体积更小，减小了浇铸金属用量，电加热器更轻量化。

Description

一种超临界二氧化碳流体电加热器

技术领域

本实用新型涉及电加热设备领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳流体电加热器。

背景技术

二氧化碳的密度对温度和压力的变化很敏感，而其溶解能力在一定压强范围内与其密度成比例关系，通过对温度和压力的调控而改变溶质的溶解度；特别是在临界状态附近，超临界流体具有高度可压缩性，温度和压强的微小变化往往会导致溶质的溶解度发生几个数量级的突变。正是利用压力和温度对二氧化碳在气体、液体、亚临界以及超临界态之间转变应用这一特性，超临界二氧化碳流体技术从基础理论研究到实际应用方面都得到了显著的提高和拓展，已深入到超临界二氧化碳流体染色、超临界二氧化碳流体萃取、超临界二氧化碳流体化学反应、超临界二氧化碳流体清洗、超临界二氧化碳流体干燥技术等诸多领域。而加热器作为超临界二氧化碳流体装置温控系统的关键部件，其先进性程度直接影响着二氧化碳在气体、液体、亚临界以及超临界态之间转变应用效果。

现有的超临界流体装置的水加热器和油浴加热器存在加热效率低下，加热时间长等问题，经过不断创新，本领域技逐渐出现将电加热器与输送二氧化碳流体的管路浇铸在金属铸层中的技术方案，如申请号为“201811521880.1”，发明名称为“一种双螺旋流体加热器”的发明专利，但是其在实际使用过程中存在以下弊端，第一，由于电加热元件位于螺旋管的外侧，且没有任何保温装置，导致电加热元件向金属铸层外传导的热量不能良好地用于对螺旋管中的流体进行加热，不但造成热量浪费，而且会降低加热效率，第二，其金属铸层体积较大，热量传导损失较多，会进一步降低加热效率；因此，如何提高加热器的加热效率是亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超临界二氧化碳流体电加热器，以解决上述现有技术存在的问题，明显降低热量损失，提高传热效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种超临界二氧化碳流体电加热器，包括壳体，所述壳体内设置有铸件导热层，所述铸件导热层内部浇铸有若干电加热管以及用于输送二氧化碳流体的螺旋盘管，所述螺旋盘管围绕在若干所述电加热管的外侧并靠近所述电加热管，且所述螺旋盘管的外壁靠近所述铸件导热层的壁面；所述铸件导热层外部还套接有保温层。

优选的，每根所述电加热管分为浇铸在所述铸件导热层内部的加热部以及自所述铸件导热层顶部伸出的散热部，所述散热部的顶端通过接线柱固定在固定法兰的接线孔中。

优选的，所述散热部的外侧套设有散热管，所述散热管上均具有若干散热孔。

优选的，所述加热部自上而下套设有起固定作用的若干电加热管分布盘；所述散热管外部套设有起固定作用的散热管分布盘。

优选的，所述接线孔呈环形阵列分布。

优选的，所述固定法兰中心位置开设有测温孔，所述测温孔中固定有伸入所述铸件导热层的温度传感器保护管，所述温度传感器保护管中设置有用于测量所述电加热管加热温度的第一温度传感器。

优选的，螺旋盘管的出液口处设置有用于测量出液温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器以及所述电加热管均与伺服控制系统电连接。

优选的，所述固定法兰上设置有具有可拆卸顶盖的接线仓，所述接线仓侧壁上设置有接线口。

优选的，所述螺旋盘管为先向上盘旋再向下盘旋的双螺旋管道。

优选的，还包括固定底座，所述固定底座上设置有用于承载所述壳体的支腿。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本实用新型中螺旋盘管内壁靠近电加热管，缩短了电加热管与螺旋盘管之间传递热量的距离，提高了传热速度，同时电加热管的外壁靠近铸件导热层的壁面，使得铸件导热层中容纳螺旋盘管的部分体积更小，从而降低了铸件导热层的整体体积，减小了浇铸金属用量，使电加热器更轻量化，降低了生产成本，符合电加热器的发展趋势；除此之外，降低铸件导热层体积的同时还降低了铸件导热层对热量的储存，使得铸件导热层的温度升高更迅速，传热效率能够得到进一步增强；

2、本实用新型利用保温层对铸件导热层进行保温，使得热量能够集中在铸件导热层，防止热量过渡流失，提高热量利用率；

3、本实用新型中每根电加热管分为浇铸在铸件导热层内部的加热部以及自铸件导热层顶部伸出的散热部，当需要将二氧化碳流体的温度调低时，通过散热部能够加快铸件导热层、螺旋盘管的散热速度，达到快速调节二氧化碳流体温度的目的；

4、本实用新型中设置有与第一温度传感器、第二温度传感器以及电加热管电连接的伺服控制系统，通过伺服控制系统对电加热管的加热温度与二氧化碳流体的出液温度进行实时监测，并根据监测结果实时调整电加热管的加热温度，从而实现智能化控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为固定法兰的结构示意图；

其中，1、壳体；2、铸件导热层；3、电加热管；4、螺旋盘管；5、保温层；6、固定法兰；7、加线孔；8、散热管8；9、电加热管分布盘；10、散热管分布盘10；11、测温孔；12、接线仓；13、接线口；14、固定底座；15、支腿；16、进液口；17、出液口；18、顶盖。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种超临界二氧化碳流体电加热器，以解决现有技术存在的问题，明显降低热量损失，提高传热效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～图2所示，本实施例提供一种超临界二氧化碳流体电加热器，包括壳体1，壳体1内设置有铸件导热层2，铸件导热层2内部浇铸有若干电加热管3以及用于输送二氧化碳流体的螺旋盘管4，螺旋盘管4围绕在若干电加热管3的外侧并靠近电加热管3，且螺旋盘管4的外壁靠近铸件导热层2的壁面；铸件导热层2外部还套接有保温层5。

工作时，电加热管3通电发热，热量通过铸件导热层2传递给螺旋盘管4中的二氧化碳流体，从而实现对二氧化碳流体的加热。由于本实施例中螺旋盘管4内壁靠近电加热管3(螺旋盘管4的内壁与外壁分别指的是螺旋结构在径向方向的内侧壁面与外侧壁面)，缩短了铸件导热层2传递热量的距离，提高了传热速度，同时外壁靠近铸件导热层2的壁面，使得铸件导热层2体积更小，能够减小了浇铸金属用量，使得电加热器更轻量化，降低了生产成本，符合电加热器的发展趋势；除此之外，降低铸件导热层2体积的同时还降低了铸件导热层对热量的储存，使得铸件导热层的温度升高更迅速，传热效率能够得到进一步增强。

需要说明的是，本实施例中还利用保温层5对铸件导热层2进行保温，使得热量能够集中在铸件导热层2中，防止热量过渡流失，提高热量利用率。

本实施例中铸件导热层2为铸铜件或者铸铝件，制作时，先将电加热管3、螺旋盘管4置于浇铸模具中，然后向浇铸模具中浇铸金属液体，使得金属液体填充电加热管3与螺旋盘管4之间、螺旋盘管4内部的缝隙，保证传热更均匀；需要说明的是，要保证螺旋盘管4的进液口16与出液口17均位于铸件导热层2的外部，以便于连接管路。

为了进一步提高电加热管3的散热速度，使得对温度地调整更加迅速，本实施例中每根电加热管3分为浇铸在铸件导热层2内部的加热部以及自铸件导热层2顶部伸出的散热部，散热部的顶端通过接线柱固定在固定法兰6的接线孔7中，且散热部长度与加热部长度的比例为1/5～1/4，散热部的设置在得到快速调节温度这一优良效果时，可能会导致加热时热量产生损失，本领域技术人员可以结合实际的生产在快速调节温度与节省热量之间选择合适的实施方式。

进一步的，本实施例中接线孔7呈环形阵列分布，优选数量为30个。

为了保护散热部，本实施例中接线孔7散热部的外侧套设有散热管8，散热管8的顶端、底端分别焊接在固定法兰6、壳体1上，散热管8上均具有若干散热孔8。

由于电加热管3整体长度较大，为了对电加热管3的固定，防止其在安装过程中出现歪斜、分布不均匀的情况，本实施例中加热部自上而下套设有起固定作用的若干电加热管分布盘9；散热管8外部套设有起固定作用的散热管分布盘10；管件的分布盘为带孔的板状构件，其为本领域中的常用设备，本实施例并不对此进行过多限制，能够起到固定的作用即可。

为了对电加热管3的加热温度以及二氧化碳流体的温度进行监测，本实施例中固定法兰6中心位置开设有测温孔11，测温孔11中固定有伸入铸件导热层2的温度传感器保护管，温度传感器保护管中设置有用于测量电加热管3加热温度的第一温度传感器，螺旋盘管4的出液口17处设置有用于测量出液温度的第二温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器以及电加热管3均与伺服控制系统电连接；第一温度传感器与第二温度传感器将测量数据传递给伺服控制系统，伺服控制系统将第二温度传感器测量的数值与所需数值进行比较，并根据比较结果对电加热管3发出命令，降低或者升高其加热温度，实现智能化控制；进一步的，还可以设置警报灯，等第一温度传感器反馈的数值或者第二传感器反馈的数值超过对应的设定范围时，警报灯发出警报，提醒工作人员进行查看。

需要说明的是，伺服控制系统为本领域的常用智能控制系统，其写入的控制程序也是本领域技术人员能够实际需求能够进行编写的，因此，并不对其进行赘述。

为了对接线柱以及线路进行保护，本实施例中固定法兰6上设置有具有可拆卸顶盖18的接线仓12，其中固定法兰6作为接线仓12的底板存在，顶盖18通过铰接或者螺栓固定的方式固定在接线仓12上，接线仓12侧壁上设置有接线口13，控制线缆自接线口13进入接线仓12内部，通过接线柱连接电加热管3与第一温度传感器。

本实施例中还包括固定底座14，固定底座14上设置有用于承载壳体1的支腿15，并且螺旋盘管4为先向上盘旋再向下盘旋的双螺旋管道。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本实用新型的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置有铸件导热层，所述铸件导热层内部浇铸有若干电加热管以及用于输送二氧化碳流体的螺旋盘管，所述螺旋盘管围绕在若干所述电加热管的外侧并靠近所述电加热管，且所述螺旋盘管的外壁靠近所述铸件导热层的壁面；所述铸件导热层外部还套接有保温层。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，每根所述电加热管分为浇铸在所述铸件导热层内部的加热部以及自所述铸件导热层顶部伸出的散热部，所述散热部的顶端通过接线柱固定在固定法兰的接线孔中。

3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，所述散热部的外侧套设有散热管，所述散热管上均具有若干散热孔。

4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，所述加热部自上而下套设有起固定作用的若干电加热管分布盘；所述散热管外部套设有起固定作用的散热管分布盘。

5.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，所述接线孔呈环形阵列分布。

6.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，所述固定法兰中心位置开设有测温孔，所述测温孔中固定有伸入所述铸件导热层的温度传感器保护管，所述温度传感器保护管中设置有用于测量所述电加热管加热温度的第一温度传感器。

7.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，螺旋盘管的出液口处设置有用于测量出液温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器、所述第二温度传感器以及所述电加热管均与伺服控制系统电连接。

8.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，所述固定法兰上设置有具有可拆卸顶盖的接线仓，所述接线仓侧壁上设置有接线口。

9.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，所述螺旋盘管为先向上盘旋再向下盘旋的双螺旋管道。

10.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳流体电加热器，其特征在于，还包括固定底座，所述固定底座上设置有用于承载所述壳体的支腿。

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