CN215499606U - 一种复合电加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电加热器，尤其是一种复合电加热装置，包括电热烘箱、安装在电热烘箱上的进口管和出口管，还包括换热管，所述换热管安装在电热烘箱内，所述换热管为直管或螺旋管，所述换热管包括内管、外管和工作液体，所述内管和外管同心设置，所述工作液体位于所述内管与外管之间，所述内管的两端分别与所述进口管和出口管连接，所述外管的两端封闭；在所述换热管换热时所述外管通过所述工作液体将所述电热烘箱的热量传递给所述内管，所述内管形成等温管并对所述内管内的工作介质加热。该一种复合电加热装置的换热管采用双层热管结构，使内管形成等温管，从而提高了热场的均匀性和换热效率，减小了换热管的换热面积，成本低、使用寿命长。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电加热器，尤其是一种复合电加热装置。
背景技术
现有的辐射电加热器的换热管采用跑道形式的蛇形结构，发热元件采用冶金炉业行业中的开放式电热丝结构，优点是：跑道蛇形结构容易排液。缺点是：跑道蛇形结构换热系数低，管壁温度高。另外电热丝与换热管之间距离不等，靠近的换热管温度高，远离的换热管温度低，热场不均匀。
当使用在腐蚀性介质加热场合，往往需要高镍合金，使用的温度高、压力高和腐蚀性强，其中高镍合金占整个系统的大约70％的费用，随着市场竞争的越来越激烈，终端用户越来越关注投资成本，迫切需要一种成本低，热效率高的产品。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供一种换热系数高、热场均匀、使用寿命长、成本低的一种复合电加热装置，具体技术方案为：
一种复合电加热装置，包括电热烘箱、安装在所述电热烘箱上的进口管和出口管，还包括：换热管，所述换热管安装在所述电热烘箱内，所述换热管为直管或螺旋管，所述换热管包括内管、外管和工作液体，所述内管和所述外管同心设置，所述工作液体位于所述内管与所述外管之间，所述内管的两端分别与所述进口管和所述出口管连接，所述外管的两端封闭；在所述换热管换热时所述外管通过所述工作液体将所述电热烘箱的热量传递给所述内管，所述内管形成等温管并对所述内管内的工作介质加热。
通过采用上述技术方案，电热烘箱包括保温箱和电加热器，保温箱用于形成换热空间，减少热量损坏。电加热器作为热源，对换热管内部的介质进行加热。
换热管为双层热管，由于进口管的处的温度要低于出口管处的温度，并且电加热器对换热管进行加热时存在加热不均匀的情况，因此外管的温度不均匀，进口处与出口处存在较大的温差，而工作液体能够使内管形成等温管，热场均匀，进而提高换热效率，减小换热管的换热面积，降低换热管的成本。
换热管螺旋设置可以形成二次流，换热系数高。
内管可以采用高镍合金，而外管可以采用不同不锈钢，降低成本。
电加热器可以为电加热管、电加热丝、电加热膜等。
优选的，所述换热管不少于两个，所述换热管交错设置。
通过采用上述技术方案，多个换热管交错设置能够缩短每个换热管的长度，减少无效的换热长度，降低成本。
进一步的，所述电热烘箱内填充有氮气。
通过采用上述技术方案，防止换热管和电加热器在高温下氧化。
进一步的，还包括第一温度传感器和调功器，所述第一温度传感器安装在所述出口管上，所述调功器分别与所述电热烘箱内的电加热器和所述第一温度传感器连接，用于根据温度控制所述电加热器的加热功率。
通过采用上述技术方案，调功器用于根据温度传感器的温度调整加热功率，从而使介质恒温输出。
优选的，还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器安装在所述换热管上，且与所述调功器连接。
通过采用上述技术方案，防止温度过高，保护电加热器和换热管。
优选的，所述换热管竖直设置，所述进口管固定在所述电热烘箱的底部，所述出口管固定在所述电热烘箱的顶部。
通过采用上述技术方案，竖直设置的换热管排液和排污方便。
其中，所述内管为高镍合金管，所述外管为不锈钢管。
优选的，所述工作液体为液态金属。
与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的一种复合电加热装置的换热管采用双层热管结构，使内管形成等温管，从而提高了热场的均匀性和换热效率，减小了换热管的换热面积，成本低、使用寿命长。
附图说明
图1是一种复合电加热装置的结构示意图；
图2是换热管的热交换示意图；
图3是换热管的温度与长度的曲线图；
图4是换热的温差原理图。
具体实施方式
现结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1和图2所示，一种复合电加热装置，包括电热烘箱、安装在电热烘箱上的进口管4和出口管5，还包括：换热管2，换热管2安装在电热烘箱内，换热管2为直管或螺旋管，换热管2包括内管22、外管21和工作液体6，内管22 和外管21同心设置，工作液体6位于内管22与外管21之间，内管22的两端分别与进口管4和出口管5连接，外管21的两端封闭；在换热管2换热时外管21 通过工作液体6将电热烘箱的热量传递给内管22，内管22形成等温管并对内管 22内的工作介质加热。
电热烘箱包括保温箱1和电加热器3，电加热器3安装在保温箱1的内部，保温箱1用于形成换热空间，减少热量损坏。电加热器3作为热源，对换热管2 内部的介质进行加热。
换热管2为双层热管，换热管主要是利用热管的热屏蔽特性而制成的一种等温度换热管，当外部不均匀温度场对外管辐射加热时，同心热管内部的工作液体 (例如液态金属)将由于内外壁温差形成气液两相流循环，内管壁将形成等温度场管壁，其温度取决于热管内的循环两相流温度。由于进口管4的处的温度要低于出口管5处的温度，并且电加热器3对换热管2进行加热时存在加热不均匀的情况，因此外管21的温度不均匀，进口处与出口处存在较大的温差，而工作液体6能够使内管22形成等温管，热场均匀，进而提高换热效率，减小换热管2 的换热面积，降低换热管2的成本。
由于换热管内管的温度的前后的等温特性，将大大降低换热管所用材料。举个例子说明：传统的辐射加热器结构，当流体温度从160℃加热到560℃，由于加热元件输出的恒功率特性，换热管的温度是从360℃到760℃(平均温差200℃)，而换热管的寿命是有760℃来决定的。如果一旦有这样一个换热管，温度是前后等温的，假如温度也是760℃，与流体的平均温差就是400℃，相同的换热，材料可以节省一半。
换热管2螺旋设置可以形成二次流，换热系数高。
内管22可以采用高镍合金，而外管21可以采用不同不锈钢，降低成本。
电加热器3可以为电加热管、电加热丝、电加热膜等。
保温箱1的内部可以根据换热需要安装多个换热管2。电加热器3与换热管 2之间是通过辐射传热的方式进行加热。
具体的，换热管2竖直设置，进口管4固定在保温箱1的底部，出口管5固定在保温箱1的顶部。竖直设置的换热管2排液和排污方便。
还包括第一温度传感器和调功器，第一温度传感器固定在出口管5上，调功器分别与第一温度传感器和电加热器3连接。调功器用于根据温度传感器的温度调整加热功率，从而使介质恒温输出。
还包括第二温度传感器，第二温度传感器安装在换热管2上，且与调功器连接。第二温度传感器能防止换热管2温度过高，实现高温切断电源，保护电加热器3和换热管2。
在某些实施例中，换热管2不少于两个，换热管2交错设置。多个换热管2 交错设置能够缩短每个换热管2的长度，减少无效的换热长度，降低成本。
换热管2每两个一组，上下交错设置。
在某些实施例中，保温箱1内填充有氮气，防止换热管2和电加热器3在高温下氧化。
工作介质根据被加热温度的需要可以选择：甲醇、水、导热油、萘、汞、钾、钠和锂等材料。
工作液体在高温时采用液体金属，如钾、铯、钠、锂、银等，在中温时采用联苯、导热姆-A、导热姆-B、汞等。
如图2所示，长箭头表示电加热器3对外管21的辐射，短箭头表示内管22 与被加热介质之间的对流换热，空心箭头表示被加热介质的流动方向。当外部不均匀温度场对外管21辐射加热时，由于流体温度进出口的不一致加上电加热器 3恒定功率的输出，根据辐射公式可知辐射的电加热器3的温度也不一致，换热管2内部的工作液体将由于内外壁温差而形成气液两相流循环，内管22的管壁将形成等温管壁，其温度取决于换热管2内的循环两相流的温度。
如图3所示，为沿长度方向的温度示意，t0为电加热器3温度，t1为外管 21温度，t2为换热管2内工作液体6的温度，t3为内管22温度，t4为被加热的工作介质的温度。
如图4所示，“线10”是被加热的流体温度，“线11”是换热管的管壁温度。流体(工作介质)从进口20℃需要通过电加热器加热到出口500℃的要求。通常传统的辐射电加热器的设计，换热管内被加热介质的换热系数恒定，换热管的管壁温度在进口处220℃，出口处是720℃，换热管的寿命主要受720℃的影响。如“线12”所示，与被加热介质接触的内管在进口处管壁温度为720℃，出口处管壁温度也是720℃，内管是一种恒温度或等温度输出，进口处管壁温度与流体温度有700℃温差参考平均数据，温差也是线性的，传统辐射电加热器参见“线 11”中换热管的管壁与流体的平均温差是200℃；同样参考“线12”，换热管与流体的平均温度差是460℃，由于流体的了流速及物性相同，换热系数也是一样，因此如果采用“线12”的方式可以比传统的“线11”的方式节省2.3倍的换热面积，也就节省了2.3倍的材料。
当加热腐蚀性介质时，内管22采用高镍合金，外管21仅采用普通的不锈钢管，换热管2内的工作液体可以采用碱性金属。
换热盘管换热面积减少2.3倍，意味着外壳容器的体积也可以减少2.3倍，体积更小，对外热损失也更小。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种复合电加热装置，包括电热烘箱、安装在所述电热烘箱上的进口管和出口管，其特征在于，还包括：换热管，所述换热管安装在所述电热烘箱内，所述换热管为直管或螺旋管，所述换热管包括内管、外管和工作液体，所述内管和所述外管同心设置，所述工作液体位于所述内管与所述外管之间，所述内管的两端分别与所述进口管和所述出口管连接，所述外管的两端封闭；
在所述换热管换热时所述外管通过所述工作液体将所述电热烘箱的热量传递给所述内管，所述内管形成等温管并对所述内管内的工作介质加热。
2.根据权利要求1所述的一种复合电加热装置，其特征在于，所述换热管不少于两个，所述换热管交错设置。
3.根据权利要求1所述的一种复合电加热装置，其特征在于，所述电热烘箱内填充有氮气。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种复合电加热装置，其特征在于，还包括第一温度传感器和调功器，所述第一温度传感器安装在所述出口管上，所述调功器分别与所述电热烘箱内的电加热器和所述第一温度传感器连接，用于根据温度控制所述电加热器的加热功率。
5.根据权利要求4所述的一种复合电加热装置，其特征在于，还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器安装在所述换热管上，且与所述调功器连接。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种复合电加热装置，其特征在于，所述换热管竖直设置，所述进口管固定在所述电热烘箱的底部，所述出口管固定在所述电热烘箱的顶部。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种复合电加热装置，其特征在于，所述内管为高镍合金管，所述外管为不锈钢管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202121617978.4U CN215499606U (zh) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | 一种复合电加热装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN215499606U true CN215499606U (zh) | 2022-01-11 |
Family
ID=79727117
Family Applications (1)
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| CN202121617978.4U Active CN215499606U (zh) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | 一种复合电加热装置 |
Country Status (1)
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2021
- 2021-07-15 CN CN202121617978.4U patent/CN215499606U/zh active Active
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