CN216953568U - 加热器及可调节电热式热流体发生装置 - Google Patents

Abstract

一种加热器及可调节电热式热流体发生装置，该加热器包括：至少两个加热模块，每个所述加热模块分别包括加热单元和流体流道，所述加热单元穿设于所述流体流道内；其中，至少两个所述多个加热模块依次可拆卸地连接，且至少两个所述加热模块的流体流道相连通。

Description

加热器及可调节电热式热流体发生装置

技术领域

本实用新型涉及高温流体领域，特别涉及加热器及可调节电热式热流体发生装置。

背景技术

高温热流体广泛存在于各种实验过程和工业过程中，流体加热装置是产生高温热流体的主要设备。通常要求热流体加热器可以连续不断地产生温度可调、流量可调、成分稳定的热流体。加热元件是热流体加热器的核心，通常有燃烧加热和电加热两种方式。燃烧加热虽然从室温起升温快，调节温度迅速，但调节不够精确，并会消耗化石能源，易产生污染和积碳，设备结构复杂，零部件多，成本高，维护比较不便。电加热虽然从室温起升温相对较慢，烘炉时间相对燃烧式加热方式较长，但完成烘炉后，在热流体供给能力上与燃烧加热并无明显区别，且温度调节精确，加热过程无污染，设备结构简单，零件少，成本低，容易维护，没有燃料匮乏危机，适用于长时间热流体供给，也更符合国家污染防治和节能减排需求。

目前，合金电炉丝仍然是主流的电热式高温热流体加热器的加热元件。其主要采用铁铬铝、镍铬等材料，或直接与流体接触加热流体，或通过加热陶瓷管等元件间接加热流体。但是电炉丝存在氧化断丝、高温下强度低、通电时会产生感抗、加热温度上限多为600℃等弱点。此外，相关的电热式高温热流体加热装置多为一体化设计。图1是具有一体化结构的加热器的结构示意图。如图1所示，该加热器不能根据实际需求进行扩展，进行设备更换的时候需整体进行更换，定制化工作量大，生产厂家需要构建比较复杂的生产线，因此，会造成许多不必要的浪费。因此，亟需研制一款采用其它电热元件、结构简单、高效紧凑、调节方便、温度上限高、可长时间运行的高温热流体加热装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供可调节模块化电热式热流体发生装置，以期至少部分地解决上述提及的技术问题。

为实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，提供了一种加热器，包括：至少两个加热模块，每个加热模块分别包括加热单元和流体流道，加热单元穿设于流体流道内；其中，至少两个加热模块依次可拆卸地连接，且至少两个加热模块的流体流道相连通。

作为本实用新型的又一个方面，提供了一种模块化可调节电热式热流体发生装置，包括：如上所述的加热器；流体源接入口，用于向加热器通入需要加热的流体；控制箱，用于给加热器提供电流，使加热棒发热。

从上述技术方案可以看出，本实用新型的模块化可调节电热式热流体发生装置具有以下有益效果其中之一或其中一部分：本实用新型的加热器采用模块化设计，具有很好的可扩展性和制造经济性，适用不同用户的不同需求，具有较高的性价比和多样化的工况需求。

本实用新型的加热器的加热模块，结构简单且适合批量生产，厂家只需生产固定几种规格的加热模块，根据用户的需求选择适当规格、数量的模块进行组装连接，即可构成满足用户需求的加热装置，解决了定制化需求和批量加工的矛盾，也降低了厂家的综合成本。

附图说明

图1是具有一体化结构的加热器的结构示意图；

图2是本实用新型的一实施例的加热器结构示意图；

图3A是本实用新型的一实施例的加热模块的结构示意图；

图3B是本实用新型的一实施例加热模块的主视图；

图3C是本实用新型的一实施例加热模块的侧视图；

图3D是图3C的A-A剖视图；

图4是本实用新型的一实施例加热模块的局部放大结构图；

图5A是本实用新型的一实施例中带可拆卸法兰连接件的加热模块，且一个加热模块中只包含一个加热单元的示意图；

图5B是本实用新型的一实施例中带可拆卸法兰连接件的加热模块且一个加热模块中包含多个加热单元的示意图；

图6是本实用新型的一实施例中每个加热模块包括多个加热单元的加热器结构示意图；

图7是本实用新型的一实施例中采用12个加热模块、380V三相供电的电热式热流体发生装置的系统结构示意图。

附图标记说明

1加热器

11加热模块

111加热单元

1111加热棒 1112刚玉管

1113金属管

112流体流道 113膨胀节

114接电铝带 115陶瓷夹

12法兰 13外壳

14底架 15入口流体温度测点

16出口流体温度测点 17出口加热管壁温测点

18耐热保温棉 19入口变径头

2流体源接入口 3控制箱

4流体驱动装置 5流量计

具体实施方式

在实现本实用新型的过程中发现，将装置采用模块化设计，具有很好的可扩展性和经济性，适用不同用户的不同需求，具有较高的性价比和多样化的工况需求。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

根据本实用新型的实施例，提供了一种加热器。图2是本实用新型的一实施例的加热器结构示意图；图3A是本实用新型的一实施例的加热模块的结构示意图。图3B是本实用新型的一实施例加热模块的主视图。图3C是本实用新型的一实施例加热模块的侧视图。图3D是图3C的A-A剖视图。

如图2所示，该装置包括：至少两个加热模块11，每个加热模块11如图3A、3B、3C及3D所示，分别包括加热单元111和流体流道112，加热单元111穿设于流体流道112内；其中，至少两个加热模块11依次可拆卸地连接，且至少两个加热模块11的流体流道112相连通。

根据本实用新型的实施例，将加热器1采用模块化设计，各零部件容易批量化制造安装、对生产线要求小，装置结构简单，体积紧凑，装置容易维护和升级，具有很好的可扩展性和经济性，适合不同用户的不同需求，满足性价比最大化和工况需求最符合化。

图4是本实用新型的一实施例加热模块的局部放大结构图。如图4所示，加热单元111包括：加热棒1111，加热棒1111为硅碳棒或硅钼棒；接电铝带114，设置于加热棒1111上，用于将加热棒1111连接至供电线；刚玉管1112，套设于加热棒1111的外周；以及金属管1113，套设于刚玉管1112的外周。采用硅碳棒或硅钼棒作为加热棒1111可实现将入温为室温的流体加热至最高出温高达1000度以上，可长时间连续运行，不用担心加热元件的损坏，同时，无污染物排放，无积碳等问题，不存在燃烧式加热装置的诸多弊端。

根据本实用新型的实施例，每个流体流道包括流体进口和流体出口，其中一个加热模块的流体进口与相邻的另一个加热模块的流体出口密封连接。

根据本实用新型的实施例，刚玉管1112包括凸设于金属管上的T型台，用于使刚玉管1112和金属管1113相对固定；加热棒1111通过陶瓷夹115与刚玉管1112固定连接；流体流道112上设置有供金属管1113穿设的安装孔，安装孔与金属管1113为间隙配合；金属管1113与流体流道112之间利用膨胀节113焊接；加热棒1111的长度大于刚玉管1112及金属管1113。

根据本实用新型的实施例，每个加热模块由流体流道112、膨胀节113、金属管1113、硅碳棒(或硅钼棒)、刚玉管1112、陶瓷夹115、接电铝带114等组成。单个加热模块11的热流体通过流体流道112长100mm，宽50mm，高200mm，金属管的位于流体流道112两侧非加热段延伸管(含膨胀节113)长度各150mm，金属管1113外径30mm，以上尺寸可根据用户需求进行调整；单个加热模块11额定功率约等于硅碳棒(或硅钼棒)额定功率，在无流动流体情况下，单个加热模块11加热温度上限可达1200℃，以上数据可根据用户需求对硅碳棒(或硅钼棒)进行调整选型更改。所用硅碳棒(或硅钼棒)的加热段长度与流体流道112高度相同，两侧非加热段长度比流体流道112两侧非加热段延伸管长度稍长，硅碳棒外径与刚玉管1112内径相匹配。刚玉管1112介于硅碳棒(或硅钼棒)与金属管1113之间，实现绝缘、导热及保护硅碳棒的作用，刚玉管1112上部有T台，避免刚玉管1112滑落，刚玉管1112外径与金属管1113内径相匹配。陶瓷夹115起固定硅碳棒(或硅钼棒)的作用，且每根加热棒的上、下陶瓷夹的间距应大于刚玉管长度，为膨胀节的受热伸长留出余量，避免膨胀节伸长将加热棒拉断。接电铝带114用于接供电线。电流(直流电或交流电均可，常用电流0～20A)通过硅碳棒(或硅钼棒)，棒体发热升温，加热刚玉管1112，刚玉管1112将热量传递给金属管1113，再由金属管1113加热通过流体流道112的流体。由于刚玉管1112和金属管1113的壁厚较薄，硅碳棒(或硅钼棒)、刚玉管1112、金属管1113之间贴合较为紧密，热阻的影响可以忽略。

图5A是本实用新型的一实施例中带可拆卸法兰连接件的加热模块，且一个加热模块中只包含一个加热单元的示意图。图5B是本实用新型的一实施例中带可拆卸法兰连接件的加热模块且一个加热模块中包含多个加热单元的示意图。每个加热模块11包括一个流体流道112以及一个或者多个加热单元111。当然每个模块内的加热单元数可根据用户需求定制，结构如图5A-图5B所示，其中，图5A中加热单元的数量为一个，图5B中加热单元的数量为3个，但并不以此为限。

根据本实用新型的实施例，至少两个加热模块11之间通过法兰12连接。对于后续不需要扩展/更改加热模块数量的，可取消法兰，各模块流体流道出入口直接焊接。

根据本实用新型的实施例，流体流道112、金属管1113、法兰12及膨胀节113的材料相同。

对于模块化的装置来说，在模块首末用法兰12连接，法兰12采用耐温垫圈，或采用不需垫圈的凹凸法兰，保证耐高温密封。法兰12及其螺栓螺母与流体流道112金属材质相同，保证足够的耐温力。

根据本实用新型的实施例，如图2所示，加热器1还包括：入口变径头19，入口变径头19包括入口接头和第一渐变径式流体通道，且第一渐变径式流体通道和位于加热器一端的加热模块的流体进口密封连通，第一渐变径式流体通道的直径沿流体流动的方向逐渐变大；出口变径头，包括出口接头和第二渐变径式的流体通道，且第二渐变径式流体通道和位于加热器另一端的加热模块的流体出口密封连通，第二渐变径式流体通道的直径沿流体流动的方向逐渐变小。

根据本实用新型的实施例，加热器1还包括多个温度传感器，多个温度传感器分别位于入口变径头19内、出口变径头内和最靠近出口变径头的金属管的侧壁。温度传感器安装于传感器套管内，且温度传感器的末端插至传感器套管底部。多个传感器套管可以包括第一传感器套管、第二传感器套、第三管传感器套管。第一传感器套管从入口变径头19的入口接头的侧壁插入，末端位于第一渐变径式流体流道中心处，且传感器套管末端密封焊、套管外壁与入口接头的壁面接缝处密封焊；第二传感器套管从出口变径头的出口接头的侧壁插入，末端位于第二渐变径式流体通道中心处，且温度传感器的末端密封焊、套管外壁与出口接头的壁面接缝处密封焊；第三传感器套管位于最靠近出口变径头的金属管的侧壁，传感器套管末端密封焊、末端还与最靠近出口变径头的金属管侧壁焊接到一起、套管外壁与流体流道壁的接缝处密封焊。各套管在靠近流体流道一侧的管口密封，另一侧管口开放，用于插入温度传感器。

位于入口变径头内、出口变径头内的温度传感器分别用来检测加热前后流体的温度。最靠近出口变径头的金属管的侧壁的温度传感器用来检测所有加热单元的金属管1113的最高温度，避免装置的加热棒过热而损坏，因为此处的金属管在整个装置所有加热单元的金属管中温度最高。具体而言，如图1所示，在入口变径头的流体入口设置入口流体温度测点15，在出口变径头的流体出口设置出口流体温度测点16，在与出口变径头的流体出口最近的加热单元的金属管1113上设置两个出口加热管壁温测点17。

在流体总入口和流体总出口有温度传感器探测流体温度。由于整个加热装置温度最高点在靠近出口的金属管1113上，故在靠近出口的金属管1113上有多根温度传感器检测管壁温度以避免过度升温导致金属软化，保证装置安全稳定运行。

根据本实用新型的实施例，加热器1还包括：外壳13，用于放置至少两个加热模块11；在外壳13和两个或多个加热模块11之间填充有耐热保温棉18。

根据本实用新型的实施例，加热器1内部流体流道密封，与加热元件之间互不接触，因此该实用新型可保证流道内流体成分不受外环境影响，该实用新型可对多种流体(包括液体，可燃气体)实现加热作用。流体通过流体流道112(或称为箱体)，流体流道112外表面有保温棉，保温棉外有壳体13。装置1除外壳13及底架14外，均由310S耐高温不锈钢制成，耐温1200℃，并可根据用户的热流体温度范围需求，对材料进行更改(例如，需用热流体温度在400℃以下，材料可换成304不锈钢或碳钢，降低成本)。加热器1内部由模块化连接的加热模块11连接而成，并且以两片法兰之间单个加热单元的结构为1个加热模块11，方便增减模块，调节加热器加热能力。或者加热器1内部由模块化连接的加热模块11连接而成，并且以两片法兰12之间多个加热单元的结构为1个加热模块，由于减少了模块连接法兰12的数量，既具有一定的紧凑性和经济性，又具有一定的可扩展性。两种类型根据用户需求权衡选用，调整自由度较高。根据需求，将每个模块包含多个加热单元111的加热模块11，结构如图6所示。

根据本实用新型的实施例，还提供了一种模块化可调节电热式热流体发生装置，包括：如上的加热器1；流体源接入口2，用于向加热器通入需要加热的流体；控制箱3，用于给加热器提供电流，使加热棒发热。

根据本实用新型的实施例，可调节电热式热流体发生装置还包括：流体驱动装置，用于驱动流体进入装置；流量计5，设置于流体源接入口与装置之间，用于检测流体的流量；其中，流体驱动装置和流量计分别由控制箱控制。通过控制流量和加热功率，控制输出的热流体流量和温度。特别的，如果被加热流体自身具备动能、有驱动装置进行流量调控，在本装置中可去掉驱动装置，仅通过调节加热功率来控制输出流体温度。

图7是本实用新型的一实施例中采用12个加热模块、380V三相供电的电热式热流体发生装置的系统结构示意图。如图7所示，当流体为气体时，流体驱动装置4为风机，风机推动流体运动，流量计5测得气体流量，加热器1将通过的流体加热至所需温度，控制箱3控制风机和加热器1的工作强度，并可PID自动调节热流体流量、温度。加热器1由12根硅碳棒(或硅钼棒)提供热源，实际可根据加热功率等需求，对加热器1的加热棒数量、排布方式进行修改，相应的接线方式也随之进行调节；举例而言，图7中，4根加热棒串联为1组，接相线和零线，实际可根据需求使单根相线串联的加热棒数量可以在1根至多根之间调节，相应的接线方式随之调节。图7示例中采用380V三相四线制，实际可根据需求采用220V三线制等多种接线方式。控制箱3由可控硅元件温控表控制加热单元(以单根硅碳棒及其附属结构为一个加热单元)的加热功率，由温控表控制出口流体温度和加热单元金属温度上限报警自动降功，由变频器控制风机转速调节流体流量。

根据本实用新型的实施例，模块化可调节电热式热流体发生装置的加工方法如下：(1)加热模块11加工步骤如下：

进行金属板裁切(或对设计选用的金属材料进行裁切，以下不再重复说明)，打磨处理毛刺；将裁切好的金属板焊接为流体流道112；在流体流道112下部打孔；进行金属管1113裁切，打磨处理毛刺；将裁好的金属管1113与打好孔的流体流道112之间用同种材料的膨胀节113密封焊接到一起，金属管1113外壁与流体流道112圆孔之间留有一定距离，保证金属管1113可以随温度变化而自由伸缩；进行刚玉管1112裁切，首端T台耐高温胶粘接(也可采用一体化浇筑刚玉管，顶部自带圈形T台)；将刚玉管1112插入金属管1113中，金属管1113上部顶住刚玉管1112的T台；将硅碳棒插入刚玉管1112中，使硅碳棒中央加热段正处于流体流道112内区域位置，用陶瓷夹115夹住硅碳棒两端，使其不下落，上下陶瓷夹间距应大于刚玉管长度，给膨胀节伸缩留出余量；在硅碳棒两端安装接电铝带114。如采用模块化加热模块，则在金属板焊接为流体流道112时，在流体流道112上下按照设计打1对或多对孔，并在后续焊接安装时，安装对应数量的金属管1113及膨胀节113等零部件；在模块焊接完后，在模块首末端焊接法兰12。

在加热器1靠近出口的加热模块11的流体流道112上打孔，孔正对该加热模块11的金属管1113侧壁中心位置和最上位置，将两根一端焊死的细金属管插入孔中，抵住加热模块的金属管1113并焊上，将细金属管外壁与箱体孔洞之间密封焊死，这两根细金属管将用作温度传感器套管；

(2)变径头加工步骤如下：

进行金属板裁切，打磨处理毛刺后，焊接为装置流体进出口变径头，即入口变径头和出口变径头；进行细金属管裁切，打磨处理毛刺，一端焊死；在进出口变径头的各一侧打孔，该孔的轴向可以与流体流向相垂直，将细金属管插入，末端置于变径头中心线位置，将细金属管外壁与变径头孔之间密封焊死，此细金属管将用作流体温度传感器套管。

(3)装置组装步骤如下：

将各加热模块11用法兰12连接到一起(对于不考虑可扩展的，可采用不带法兰的加热模块，各模块密封焊接连接)；将流体进出口变径头与流体流道流体流道112连接到一起(对于不考虑可扩展的，可采用不带法兰的模块和变径头，密封焊接连接)，得到装置的核心结构；用方管、角钢或槽钢等型材为装置焊接出底架；用薄金属板弯折、打孔，制出装置的六面外壳13；将装置核心结构放在底架上，然后放入底部外壳；将装置的前后左右外壳安装上；在装置核心结构与外壳13之间填满耐热保温棉，如硅酸铝纤维棉、气凝胶毡等；安装装置上外壳13；对硅碳棒(或硅钼棒)进行接线，电缆与接线铝带114之间保证接触紧密牢固；将装置供电电线与控制箱3连接在一起；在装置的四个温度传感器套管上安装温度传感器，将传感器接线接入控制箱3内的温控仪表上；将流量计5的信号线和供电线接到控制箱3内；将流体驱动装置4的电源线接入控制箱3的变频器内；将控制箱3的总电线接入供电端子内。

采用上述方法制备的可调节电热式热流体发生装置具有较宽的流量、温度调节范围，并有过热保护功能，温度和流量PID自整定调节功能，使得热流体的物性控制简单便捷。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加热器，其特征在于，包括：

至少两个加热模块，每个所述加热模块分别包括加热单元和流体流道，所述加热单元穿设于所述流体流道内；

其中，至少两个所述加热模块依次可拆卸地连接，且至少两个所述加热模块的流体流道相连通。

2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热单元包括：

加热棒，所述加热棒为硅碳棒或硅钼棒；

接电铝带，设置于所述加热棒上，用于将所述加热棒连接至供电线；

刚玉管，套设于所述加热棒的外周；以及

金属管，套设于所述刚玉管的外周；

每个所述流体流道包括：

流体进口和流体出口，其中一个所述加热模块的流体进口与相邻的另一个所述加热模块的流体出口密封连接；

每个所述加热模块包括一个所述流体流道以及至少一个所述加热单元。

3.如权利要求2所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括：

入口变径头，包括入口接头和第一渐变径式流体通道，且所述第一渐变径式流体通道和位于所述加热器一端的加热模块的流体进口密封连通；

出口变径头，包括出口接头和第二渐变径式流体通道，且所述第二渐变径式流体通道和位于所述加热器另一端的加热模块的流体出口密封连通。

4.如权利要求3所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括多个温度传感器；

多个所述温度传感器分别位于所述入口变径头内、所述出口变径头内和最靠近所述出口变径头的所述金属管的侧壁。

5.如权利要求4所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括用于安装多个所述温度传感器的多个传感器套管。

6.如权利要求2所述的加热器，其特征在于，所述刚玉管包括凸设于所述金属管上的T型台，用于使所述刚玉管和所述金属管相对固定；

所述加热棒通过陶瓷夹与所述刚玉管固定连接；

所述流体流道上设置有供所述金属管穿设的安装孔，所述安装孔与所述金属管为间隙配合；

所述金属管与箱体之间利用膨胀节焊接；

所述加热棒的长度大于所述刚玉管及所述金属管。

7.如权利要求6所述的加热器，其特征在于，至少两个所述加热模块之间通过法兰连接；

所述箱体、所述金属管、所述法兰及所述膨胀节的材料相同。

8.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括：

外壳，用于放置所述至少两个所述加热模块；在所述外壳和至少两个所述加热模块之间填充有耐热保温棉。

9.一种可调节电热式热流体发生装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-8任一项所述的加热器；

流体源接入口，用于向所述加热器通入需要加热的流体；

控制箱，用于给所述加热器提供电流，使加热棒发热。

10.如权利要求9所述的可调节电热式热流体发生装置，其特征在于，所述电热式热流体发生装置还包括：

流体驱动装置，用于驱动所述流体进入所述加热器；

流量计，设置于所述流体源接入口与所述装置之间，用于检测所述流体的流量；

其中，所述流体驱动装置和所述流量计分别由所述控制箱控制。

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