CN216114686U - 递进式气体升温系统 - Google Patents

Abstract

一种气体加热技术领域的用于气体的递进式气体升温系统，包括石英管、加热器、石英支管、电源线、热电偶、进出气直管、U型管、耐高温连接件，加热器布置在石英管内，在第一石英管、第二石英管、第三石英管的两端均分别布置第一石英支管，在第一石英管、第三石英管的两端均分别布置第二石英支管，各加热器的电源线从第一石英支管中引出，进、出气体的探温热电偶布置在第二石英支管内，位于进出气直管石英管两端口，被加热气体依次流经第一石英管、第二石英管、第三石英管。本实用新型设计合理，结构简单，集辐射、传导、对流为一体，较传统间接加热模式换热效率至少提升20倍，废热少，且通过PLC模组灵活实现电控、温控。

Description

递进式气体升温系统

技术领域

本实用新型涉及的是一种加热技术领域的升温系统，特别是一种集辐射、传导、对流为一体的递进式气体升温系统。

背景技术

气体升温，在科研或工业部门，一般是采用间接加热模式。通过气源管道内壁辐射和传导，使通过对气体升温。但这种方式，弱点在：①升温一般小于300℃；②热交换效率低、升温慢；③废热较多，而对器件要求多，制作成本高；④难以精确控制气体温度，且气体加热后的均匀性需专门设计的热流道达成；⑤对气体的“热过程”无法精确控制；⑥经检索，欧美有最高将气体加热到1100℃的大型管道设备，价格昂贵，仍然是对流和传导方式为主，换热效率偏低，不具备本实用新型红外辐照换热占比大于60％的优势。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种递进式气体升温系统，集辐射、传导、对流为一体，较传统间接加热模式换热效率至少提升20倍，废热少，且通过PLC模组灵活实现电控、温控。所串联的各加热器，既可手动、也可自动(闭环控温)调控输出功率。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的，本实用新型包括第一石英管、第二石英管、第三石英管、第一加热器、第二加热器、第三加热器、第一石英支管、第二石英支管、电源线、热电偶、进出气直管、U型管、耐高温连接件，第一加热器、第二加热器、第三加热器分别布置在第一石英管、第二石英管、第三石英管内，在第一石英管、第二石英管、第三石英管的两端均布置第一石英支管，在第一石英管、第三石英管的两端均布置第二石英支管，第二石英支管位于第一石英支管的外侧，第一加热器、第二加热器、第三加热器两端的电源线分别从石英管两端的第一石英支管中引出，进、出气体探温的四个热电偶分别布置在第一石英管、第三石英管的两端的第二石英支管内，六个进出气直管分别布置在第一石英管、第二石英管、第三石英管两端口，第一石英管一端的进出气直管通过耐高温连接件、U型管与同侧的第二石英管一端的进出气直管相连接，第二石英管另一端的进出气直管通过耐高温连接件、U型管与同侧的第三石英管一端的进出气直管相连接，被加热气体依次流经第一石英管、第二石英管、第三石英管。

进一步地，本实用新型还包括高反射率镀层，在加热器部位的三个石英管外壁面均布置高反射率镀层，高反射率镀层为氧化铝材料。

进一步地，本实用新型还包括不锈钢箱体、连接瓷件，第一石英管、第二石英管、第三石英管均布置在不锈钢箱体内，第一石英管、第二石英管、第三石英管两端的进出气直管通过连接瓷件与不锈钢箱体固结在一起。

更进一步地，在本实用新型中，第一加热器、第二加热器、第三加热器均为螺旋状。

在本实用新型中，第一加热器、第二加热器、第三加热器通过串联连接，形成递进式梯度加热组合；各加热器电源线分别穿过熔接石英支管后与外部电控系统连接，各加热器可单独控制功率输出；一号、三号加热器所内置测温热电偶信号线分别穿过熔接石英支管后与外部示温或温控系统连接；各加热器的特种加热丝布置于石英管体内，呈螺旋形、与管体内通过的气体充分换热，满足各种气体(最高达1100℃)的高效率快速升温需求。

在本实用新型中，第一加热器、第二加热器、第三加热器各自的输出功率，可通过PLC电控模组手动或自动调节，从而实现精准的“热过程”。各加热器的PLC控制模组，含电控和温控，组合成为递进式气体升温系统。通过触控屏界面，可直观显示各加热器所设定功率、实际输出功率和输出比例；对应各加热器所通过受热气体的进口/出口的实际温度、以及出口设定的所需温度值。该加热器出口的实际温度和其出口设定的所需温度值以及该加热器输出功率，三者间可形成升温闭环控制。对应用端特定的、常有的工况，该闭环可写成PLC配方程序以利快捷调用。

在本实用新型中，各加热器的PLC控制模组，除了显示各编号加热器的进口温度、出口温度、设定温度、设定功率、输出功率、输出比例之外，同时在界面上显示：气体类型、第一加热器进气口流速、第一加热器进气口气压、第三加热器出气口报警温度值设定、各电源开/关、切换手动调控或PID自动闭环控制。(所述一号加热器进气口，系初始进气量，流量和气压便于测试；所述第二、第三加热器进气口/出气口，因温度升高时，流速大增、气压遽升，导致流速和气压的探测在工程上难以实现，本实用新型是探测其各升温阶段的准确温度，通过多物理量仿真计算获得高温下的流速和气压，对满足稳态工况条件的数据，可在PLC模块的触控屏上显示)。

在本实用新型中，受热气体通道与外界均有严格可靠的耐高温、耐腐蚀、耐高压密封。第一石英管、第二石英管、第三石英管均内置于厚度大于2mm的SUS304不锈钢外箱内(折弯直径不小于6mm)，具有妥善的防护，确保安全，且依照相关国家标准符合防爆要求。

在本实用新型中，进口/出口两侧布置的热电偶探测所加热气体的实时温度，经熔接的细石英支管与气体流通的石英主管有可靠的密封、连接和绝缘，为减少探温过程中辐射和传导导致的热损失而获取较为精准的气体热信息，须按实际工况进行标定。探温精准是实现特种加热丝输出功率与所需气体升温点的闭环控制(含温控、电控)的前置条件。鉴于各编号加热器的升温区间差异较大，在实施例中，第一加热器、第二加热器、第三加热器的探温热电偶是分为低温、中温、高温段，分别标定，以求准确。

在本实用新型中，各特制加热器有360°密封的高反射率(全红外光谱段反射率＞85％)氧化铝镀层，这有效防止了能量耗散、并提升各编号加热器的物理强度。各加热器进气口/出气口两侧布置的电源线是经熔接的细石英支管与气体流通的石英主管有可靠的密封、连接和绝缘，确保各种工况下的用电安全。

在本实用新型中，各加热器互相之间的连接(如实施例第一与第二加热器、第二与第三加热器之间的连接)，均采用SUS316材质耐高温链接件，确保适宜各种工况。

本实用新型结合管内封闭环境的精准温度探测，通过所采集受热气体温度数据(模拟量)可形成闭环温控。本实用新型实施成本相对低，安全性高。在串联前，经测试专用加热器各功率输出段的峰值红外光谱，以利准确匹配受热气体按分子动力学原理的红外吸收光谱，这可很大程度上提升辐射换热效率。本实用新型可对特定气体如甲烷(CH4)在3min内加热到最高1100℃。本实用新型比较有利于科研或工业部门研究各种气体的“热物性”、分析各种气体升温的“热过程”、探求各种气体在高温下混合后的“燃爆原理”。当多种气体各自升温到一定指标，再混合后进行热反应实验，本实用新型也可以简便的通过组合达成。因此，本实用新型在物理研究(尤其是流体力学)和工程应用方面，均有一定的价值。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果为：本实用新型集辐射、传导、对流为一体，较传统间接加热模式换热效率至少提升20倍，废热少，且通过PLC模组灵活实现电控、温控。所串联的各加热器，既可手动、也可自动(闭环)调控输出功率。结合管内封闭环境的精准温度探测，通过所采集受热气体温度数据(模拟量)可形成闭环温控。本实用新型实施成本相对低，安全性高。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为图1左侧局部放大图；

图3为图1右侧局部放大图；

其中，1、第一石英管，2、第二石英管，3、第三石英管，4、第一加热器，5、第二加热器，6、第三加热器，7、第一石英支管，8、第二石英支管，9、电源线，10、热电偶，11、进出气直管，12、U型管，13、耐高温连接件，14、高反射率镀层，15、不锈钢箱体，16、连接瓷件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实用新型如上图1所示，本实用新型包括第一石英管1、第二石英管2、第三石英管3、第一加热器4、第二加热器5、第三加热器6、第一石英支管7、第二石英支管8、电源线9、热电偶10、进出气直管11、U型管12、耐高温连接件13、高反射率镀层14、不锈钢箱体15、连接瓷件16，第一加热器4、第二加热器5、第三加热器6分别布置在第一石英管1、第二石英管2、第三石英管3内，在第一石英管1、第二石英管2、第三石英管3的两端均布置第一石英支管7，在第一石英管1、第三石英管3的两端均布置第二石英支管8，第二石英支管8位于第一石英支管7的外侧，第一加热器4、第二加热器5、第三加热器6两端的电源线9分别从石英管两端的第一石英支管7中引出，四个热电偶10分别布置在第一石英管1、第三石英管3的两端的第二石英支管8内，六个进出气直管11分别布置在第一石英管1、第二石英管2、第三石英管3两端口，第一石英管1一端的进出气直管11通过耐高温连接件13、U型管12与同侧的第二石英管2一端的进出气直管11相连接，第二石英管2另一端的进出气直管11通过耐高温连接件13、U型管12与同侧的第三石英管3一端的进出气直管11相连接，被加热气体依次流经第一石英管1、第二石英管2、第三石英管3；在加热器部位的三个石英管外壁面均布置高反射率镀层14，高反射率镀层14为氧化铝材料；第一石英管1、第二石英管2、第三石英管3均布置在不锈钢箱体15内，第一石英管1、第二石英管2、第三石英管3两端的进出气直管11通过连接瓷件16与不锈钢箱体15固结在一起；第一加热器4、第二加热器5、第三加热器6均为螺旋状。

在本实用新型中，第一加热器4、第二加热器5、第三加热器6通过串联连接，形成递进式梯度加热组合；各加热器电源线9分别穿过熔接第一石英支管7后与外部电控系统连接，各加热器可单独控制功率输出；一号、三号加热器所内置测温热电偶信号线分别穿过熔接第二石英支管8后与外部示温或温控系统连接；各加热器的特种加热丝布置于石英管体内，呈螺旋形、与管体内通过的气体充分换热，满足各种气体(最高达1100℃)的高效率快速升温需求。

在本实用新型中，第一加热器4、第二加热器5、第三加热器6各自的输出功率，可通过PLC电控模组手动或自动调节，从而实现精准的“热过程”。各加热器的PLC控制模组，含电控和温控，组合成为递进式气体升温系统。通过触控屏界面，可直观显示各加热器所设定功率、实际输出功率和输出比例；对应各加热器所通过受热气体的进口/出口的实际温度、以及出口设定的所需温度值。该加热器出口的实际温度和其出口设定的所需温度值以及该加热器输出功率，三者间可形成升温闭环控制。对应用端特定的、常有的工况，该闭环可写成PLC配方程序以利快捷调用。

以上对本实用新型的具体实现方式进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定操作方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (4)

1.一种递进式气体升温系统，包括第一石英管(1)、第二石英管(2)、第三石英管(3)、第一加热器(4)、第二加热器(5)、第三加热器(6)，第一加热器(4)、第二加热器(5)、第三加热器(6)分别布置在第一石英管(1)、第二石英管(2)、第三石英管(3)内，其特征在于，还包括第一石英支管(7)、第二石英支管(8)、电源线(9)、热电偶(10)、进出气直管(11)、U型管(12)、耐高温连接件(13)，在第一石英管(1)、第二石英管(2)、第三石英管(3)的两端均布置第一石英支管(7)，在第一石英管(1)、第三石英管(3)的两端均布置第二石英支管(8)，第二石英支管(8)位于第一石英支管(7)的外侧，第一加热器(4)、第二加热器(5)、第三加热器(6)两端的电源线(9)分别从石英管两端的第一石英支管(7)中引出，四个热电偶(10)分别布置在第一石英管(1)、第三石英管(3)的两端的第二石英支管(8)内，六个进出气直管(11)分别布置在第一石英管(1)、第二石英管(2)、第三石英管(3)两端口，第一石英管(1)一端的进出气直管(11)通过耐高温连接件(13)、U型管(12)与同侧的第二石英管(2)一端的进出气直管(11)相连接，第二石英管(2)另一端的进出气直管(11)通过耐高温连接件(13)、U型管(12)与同侧的第三石英管(3)一端的进出气直管(11)相连接，被加热气体依次流经第一石英管(1)、第二石英管(2)、第三石英管(3)。

2.根据权利要求1所述的递进式气体升温系统，其特征在于还包括高反射率镀层(14)，在加热器部位的三个石英管外壁面均布置高反射率镀层(14)，高反射率镀层(14)为氧化铝材料。

3.根据权利要求2所述的递进式气体升温系统，其特征在于还包括不锈钢箱体(15)、连接瓷件(16)，第一石英管(1)、第二石英管(2)、第三石英管(3)均布置在不锈钢箱体(15)内，第一石英管(1)、第二石英管(2)、第三石英管(3)两端的进出气直管(11)通过连接瓷件(16)与不锈钢箱体(15)固结在一起。

4.根据权利要求1所述的递进式气体升温系统，其特征在于所述第一加热器(4)、第二加热器(5)、第三加热器(6)均为螺旋状。

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