CN219607773U - 高温气体冷却装置和热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温气体冷却装置及热炉，该高温气体冷却装置包括气流管、外冷却管以及外冷却翅片，气流管用于通入气体。外冷却管内套设有气流管，外冷却管的内侧壁与气流管的外侧壁间隔设置。外冷却翅片沿气流管的轴向螺旋盘绕在气流管的外侧壁上，外冷却翅片、气流管、外冷却管围合形成外冷却流道，外冷却流道用于通入冷却液，以冷却气流管内的气体。该高温气体冷却装置能够提高换热效果，对气体的冷却效果较好。

Description

高温气体冷却装置和热炉

技术领域

本实用新型涉及高温热炉技术领域，尤其涉及一种高温气体冷却装置和热炉。

背景技术

热炉是在高温、高压以及特定气体氛围环境下进行加工制造的设备，它对温度和压力控制都有很高的要求。在实际工作过程中，炉内需要不断通入工艺气体，随着时间推移，炉内压力会超过允许值，这时，控制阀组就会让炉体向外排气，实现炉内压力的动态平衡。但是，炉内温度在工作时能达到2000℃，如果将气体直接排出，容易烧坏控制元件，也会对周边环境产生安全隐患。因此，通常都需要在排气时加入一个冷却装置，用来降低排出气体的温度。

目前，冷却装置包括管和水管，排气管穿设于水管内。热炉内的气体经由排气管排出，水管内通入水，以让水对排气管内的高温气体降温，但这种水管包裹排气管的设计换热效果有限，冷却效果不明显。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提出一种高温气体冷却装置，该高温气体冷却装置能够提高换热效果，对气体的冷却效果较好。

本实用新型的第二个目的在于提出一种热炉，该热炉对排出气体的冷却效果较好，排气温度较低。

为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型公开了一种高温气体冷却装置，包括：气流管，所述气流管用于通入气体；外冷却管，所述外冷却管内套设有所述气流管，所述外冷却管的内侧壁与所述气流管的外侧壁间隔设置；以及外冷却翅片，所述外冷却翅片沿所述气流管的轴向螺旋盘绕在所述气流管的外侧壁上；其中，所述外冷却翅片、所述气流管、所述外冷却管围合形成外冷却流道，所述外冷却流道用于通入冷却液，以冷却所述气流管内的气体。

在一些实施例中，所述气体流道的横截面积小于所述气流管的进气端的横截面积。

在一些实施例中，所述高温气体冷却装置还包括：内冷却管，所述内冷却管设于所述气流管内，所述内冷却管的外侧壁与所述气流管的外侧壁间隔设置。

在一些具体的实施例中，所述高温气体冷却装置还包括内冷却翅片，所述内冷却翅片沿所述内冷却管的轴向螺旋盘绕在所述内冷却管的外侧壁上；其中，所述内冷却管、所述内冷却翅片、所述气流管围合形成气体流道。

在一些实施例中，所述气流管与所述炉体相连的一端与所述外冷却管的出液端以及所述内冷却管的出液端对应设置，以使所述气流管内的气流流动方向与所述外冷却管以及所述内冷却管内的冷却液流动方向相反。

在一些实施例中，所述气流管的两端敞开设置；所述高温气体冷却装置还包括两个封盖，每个所述封盖具有与所述气流管连通的连通腔，两个所述封盖分别连接在所述气流管的两端。

在一些具体的实施例中，所述高温气体冷却装置还包括两个接口法兰和两个连接管，一个所述接口法兰通过一个所述连接管连通一个所述封盖的所述连通腔，另一个所述接口法兰通过另一个所述连接管连通另一个所述封盖的所述连通腔。

在一些实施例中，所述气体流道的横截面积小于所述气流管的进气端的横截面积。

在一些实施例中，所述外冷却管包括外冷管，所述外冷管的两端敞开设置，且所述外冷管的周面设有进液口和出液口；封板，所述封板为两个，且分别连接在所述外冷管的两端，每个所述封板均套设于所述气流管；进液接头，所述进液接头连接于所述外冷管且环绕所述进液口设置；出液接头，所述出液接头连接于所述外冷管且环绕所述出液口设置。

本实用新型的高温气体冷却装置的有益效果：在实际工作的过程中，气流管的进气端与高温炉体相连，出气端与控制阀相连，在排气过程中，炉体内部的气体经过气流管流向控制阀,而外冷却流道通入的冷却液能够以冷却气流管内的气体。由于气流管的外侧壁上设有沿其轴向螺旋盘绕的外冷却翅片，外冷却翅片一方面能够增加冷却水的接触面积，另一方面冷却翅片能够将气流管的热量传递给冷却水,以增加换热系数，从而使得本实施例的高温气体冷却装置具有较高的换热效率，提升了对气体的冷却效果。

本实用新型的热炉的有益效果：由于具有前文所述的高温气体冷却装置，从炉体的排气孔排出的气体在高温气体冷却装置的冷却作用下，能够较好地降低排出气体的温度。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型实施例的高温气体冷却装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的高温气体冷却装置的剖面图。

附图标记：

1、气流管；

2、外冷却管；21、外冷管；211、进液口；212、出液口；22、封板；23、进液接头；24、出液接头；

3、内冷却管；4、外冷却翅片；5、内冷却翅片；

6、封盖；61、连通腔；62、第一焊槽；63、第二焊槽；

7、接口法兰；71、第三焊槽；

8、连接管；

9、冷却流道；10、气体流道。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图2描述本实用新型实施例的高温气体冷却装置的具体结构。

本实用新型公开了一种高温气体冷却装置，如图1-图2所示，该高温气体冷却装置包括气流管1、外冷却管2以及外冷却翅片4，气流管1用于通入气体。外冷却管2内套设有气流管1，外冷却管2的内侧壁与气流管1的外侧壁间隔设置。外冷却翅片4沿气流管1的轴向螺旋盘绕在气流管1的外侧壁上，外冷却翅片4、气流管1、外冷却管2围合形成外冷却流道9，外冷却流道9用于通入冷却液，以冷却气流管1内的气体。

可以理解的是，在实际工作的过程中，气流管1的进气端与高温炉体相连，出气端与控制阀相连，在排气过程中，炉体内部的气体经过气流管1流向控制阀,而外冷却流道9通入的冷却液能够以冷却气流管1内的气体。这种换热方式，在传热学中被称为对流换热：

其公式为：

Q＝α_c(t_w-t_f)F＝α_cΔtF

其中，Q为单位时间内的对流换热量，α_c为对流换热系数，Δt为换热物体的温度差，F为换热面积。

对于对流换热系数α_c，其计算公式为

其中，ω为气体的表态流速，de为管道内径或者当量直径。

从以上两式可以看出，换热效率和换热物体的温度差、换热面积以及气体流速成正比。

在本实施例中，由于气流管1的外侧壁上设有沿其轴向螺旋盘绕的外冷却翅片4，外冷却翅片4一方面能够增加气体和冷却水的接触面积，另一方面能够冷却液能够沿着外冷却翅片4的表面流动，增加了冷却液的流速，以增加换热系数，从而使得本实施例的高温气体冷却装置具有较高的换热效率，提升了对气体的冷却效果。

需要说明的是，气流管1、外冷却管2可以采用铜管，也可以采用不锈钢管，还可以采用其他管材，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。外冷却翅片4能够导热，可以采用铜材制造，也可以采用不锈钢材制造，还可以其他采用其他导热材料制造，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。

冷却液可以是水，也可以是甘油型冷却液，还可以是其他冷却液，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。

在一些实施例中，外冷却流道9的横截面积小于外冷却管2的进液口211的横截面积。可以理解的是，由此冷却液从横截面积较大的外冷却管2进入横截面积相对较小的外冷却流道9内，减小了冷却液的流动截面积，提高了冷却液的压强，进一步提升了冷却液的流速，提升换热效率。

在一些实施例中，如图1-图2所示，高温气体冷却装置还包括内冷却管3和内冷却翅片5，内冷却管3设于气流管1内，内冷却管3的外侧壁与气流管1的外侧壁间隔设置。可以理解的是，在实际工作过程中，在排气过程中，炉体内部的气体经过气流管1流向控制阀，由于气流管1和内冷却管3限定出气体流道10，气流管1和外冷却管2限定出冷却流道9，气体在气体流道10中流动的过程中，能够与内冷却管3以及冷却流道9内流动的冷却液进行换热，使得气流管1的换热面积较大，冷却效果较好，提升了气体的冷却效果。

需要说明的是，内冷却管3可以采用铜管，也可以采用不锈钢管，还可以采用其他管材，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。

在一些具体的实施例中，如图2所示，高温气体冷却装置还包括内冷却翅片5，内冷却翅片5沿内冷却管3的轴向螺旋盘绕在内冷却管3的外侧壁上。内冷却管3、内冷却翅片5、气流管1围合形成气体流道10。由于气体流道10内设有内冷却翅片5，气体会沿着内冷却翅片5方向流动，流动方向的截面积小于最开始入口的截面积，可以提高气体的压强，气体的流速也因此增大，其相应的换热系数也增大，从而提升了换热效率。此外，内冷却翅片5还能够提升气体与内冷却管3内的冷却液的换热面积，从而进一步提升换热效率。

需要说明的是，内冷却翅片5能够导热，可以采用铜材制造，也可以采用不锈钢材制造，还可以其他采用其他导热材料制造，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择。

在一些更具体的实施例中，气体流道10的横截面积小于气流管1的进气端的横截面积。可以理解的是，由此气体从横截面积较大的气流管1的进气端的进入流通面积相对较小的气体流道10内，减小气体的流动截面积，进一步增大了气体流速，提升换热效率。

在一些实施例中，如图2所示，气流管1的两端敞开设置，高温气体冷却装置还包括两个封盖6，每个封盖6具有与气流管1连通的连通腔61，两个封盖6分别连接在气流管1的两端。可以理解的是，在实际组装过程中，气流管1通过封盖6与炉体以及控制阀相连，一方面能够方便连接，另一方面还能够提升气流管1与炉体以及控制阀之间的连接密封性，避免气体泄漏的现象发生。

在一些具体的实施例中，如图2所示，高温气体冷却装置还包括两个接口法兰7和两个连接管8，一个接口法兰7通过一个连接管8连通一个封盖6的连通腔61，另一个接口法兰7通过另一个连接管8连通另一个封盖6的连通腔61，可以理解的是，在实际组装过程中，使用接口法兰7与炉体以及控制阀的连接，能够方便连接和拆卸，从而方便安装和拆卸维护。增设的连接管8能够使得气流管1、外冷却管2和内冷却管3能够在一定程度上远离炉体，从而降低炉体温度对冷却效果的不利影响。

在一些更具体的实施例中，如图2所示，封盖6上设有第一焊槽62和第二焊槽63，气流管1的一端焊接于第一焊槽62，连接管8的一端焊接于第二焊槽63；接口法兰7上设有第三焊槽71，连接管8的另一端焊接于第三焊槽71。可以理解的是，连接管8的一端焊接于第二焊槽63，连接管8的另一端焊接于第三焊槽71，连接管8的两端分别焊接在封盖6和接口法兰7上，能够提升连接管8和接口法兰7之间的连接密封性，避免气体泄漏的现象发生。而气流管1的一端焊接于第一焊槽62，能够提升气流管1与封盖6的连接密封性，避免气体泄漏的现象发生。

在一些实施例中，如图2所示，外冷却管2包括外冷管21和封板22，外冷管21的两端敞开设置，且外冷管21的周面设有进液口211和出液口212。封板22为两个，且分别连接在外冷管21的两端，每个封板22均套设于气流管1。可以理解的是，将外冷管21的进液口211和出液口212设在在周面上，外冷管21的轴向两端采用封板22封闭，一方面能够方便外冷管21与气流管1的连接，另一方面能够从外冷管21的径向进出液体，方便接入外部冷源。

在一些具体的实施例中，如图2所示，外冷却管2还包括环绕进液口211设置的进液接头23以及环绕出液口212设置的出液接头24。由此，能够方便地连接外冷却管2和外部冷源。

在一些实施例中，如图2所示，气流管1与炉体相连的一端与外冷却管2的出液端以及内冷却管3的出液端对应设置，以使气流管1内的气流流动方向与外冷却管2以及内冷却管3内的冷却液流动方向相反。可以理解的是，逆流方式通入冷却液，可以最大程度保证高温气体和冷却液接触时的温度差，进一步提升换热效率。

实施例：

下面参考图1-图2描述本实用新型一个具体实施例的高温气体冷却装置。

如图1-图2所示，该高温气体冷却装置包括气流管1、外冷却管2、内冷却管3、两个封盖6、两个接口法兰7和两个连接管8，气流管1的两端敞开设置，内冷却管3设于气流管1内，内冷却翅片5沿内冷却管3的轴向螺旋盘绕在内冷却管3的外侧壁上。内冷却管3的外侧壁与气流管1的外侧壁间隔设置。内冷却管3、内冷却翅片5、气流管1围合形成气体流道10。每个封盖6具有与气体流道10连通的连通腔61，每个封盖6上均设有第一焊槽62和第二焊槽63，气流管1的一端焊接于第一焊槽62，每个接口法兰7上设有第三焊槽71，连接管8的一端焊接于第二焊槽63，连接管8的另一端焊接于第三焊槽71，两个接口法兰7背离连接管8的一端分别可拆卸地连接于炉体及控制阀。外冷却管2套设于气流管1，且与气流管1的外侧壁间隔设置，外冷却翅片4沿气流管1的轴向螺旋盘绕在气流管1的外侧壁上，外冷却翅片4、气流管1、外冷却管2围合形成外冷却流道9，外冷却流道9用于通入冷却液，以冷却气流管1内的气体。外冷却管2包括外冷管21、封板22、进液接头23和出液接头24，外冷管21的两端敞开设置，且外冷管21的周面设有进液口211和出液口212。封板22为两个，且分别连接在外冷管21的两端，每个封板22均套设于气流管1。进液接头23环绕进液口211设置，出液接头24环绕出液口212设置。气流管1内的气流流动方向与外冷却管2以及内冷却管3内的冷却液流动方向相反。外冷却流道9的横截面积小于外冷却管2的进液口211的横截面积。气体流道10的横截面积小于气流管1的进气端的横截面积。

本实施例的高温气体冷却装置的优点如下：

第一：气流管1和内冷却管3限定出气体流道10，气流管1和外冷却管2限定出冷却流道9，在气体流道10中流动的过程中，能够与内冷却管3以及冷却流道9内流动的冷却液进行换热，使得气流管1的换热面积较大，冷却效果较好

第二：冷却流道9内设置外冷却翅片4，增加了冷却流道9内的冷却液流速，有利于提升换热效率；

第三：气体流道10设置内冷却翅片5，增加了气体流通速度以及气体与冷却液的换热面积，有利于提升换热效率；

第四：气流管1内的气流流动方向与外冷却管2以及内冷却管3内的冷却液流动方向相反，能够气体和冷却液接触时的具有较大的温度差，有利于提升换热效率；

第五：气体流道10的横截面积小于气流管1的进气端的横截面积，减小了气体的流动截面积，进一步增大了气体流速，提升换热效率。

第六：外冷却流道9的横截面积小于外冷却管2的进液口211的横截面积，减小了冷却液的流动截面积，进一步提升了冷却液的流速，提升换热效率。

本实用新型还公开了一种热炉，包括炉体和前文所述的高温气体冷却装置，炉体的排气孔连通高温气体冷却装置的气流管1。本实用新型的热炉由于具有前文所述的高温气体冷却装置，从炉体的排气孔排出的气体在高温气体冷却装置的冷却作用下，能够较好地降低排出气体的温度。

这里需要补充说明的是，本实用新型的热炉可以是烧结炉，也可以是沉积炉或者是其他在高温以及特定气氛环境下进行工作的任何加工炉。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.高温气体冷却装置，其特征在于，包括：

气流管，所述气流管用于通入气体；

外冷却管，所述外冷却管内套设有所述气流管，所述外冷却管的内侧壁与所述气流管的外侧壁间隔设置；以及

外冷却翅片，所述外冷却翅片沿所述气流管的轴向螺旋盘绕在所述气流管的外侧壁上；

其中，所述外冷却翅片、所述气流管、所述外冷却管围合形成外冷却流道，所述外冷却流道用于通入冷却液，以冷却所述气流管内的气体。

2.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述外冷却流道的横截面积小于所述外冷却管的进液口的横截面积。

3.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述高温气体冷却装置还包括：内冷却管，所述内冷却管设于所述气流管内，所述内冷却管的外侧壁与所述气流管的外侧壁间隔设置。

4.根据权利要求3所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述高温气体冷却装置还包括：内冷却翅片，所述内冷却翅片沿所述内冷却管的轴向螺旋盘绕在所述内冷却管的外侧壁上；

其中，所述内冷却管、所述内冷却翅片、所述气流管围合形成气体流道。

5.根据权利要求3所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述气流管的进气端与所述外冷却管的出液端以及所述内冷却管的出液端对应设于所述高温气体冷却装置的同一端，以使所述气流管内的气体流动方向分别与所述外冷却流道内的冷却液流动方向、所述内冷却管内的冷却液流动方向相异。

6.根据权利要求3所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述气流管的两端敞开设置；所述高温气体冷却装置还包括两个封盖，每个所述封盖具有与所述内冷却管连通的连通腔，两个所述封盖分别连接在所述气流管的两端。

7.根据权利要求6所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述高温气体冷却装置还包括两个接口法兰和两个连接管，一个所述接口法兰通过一个所述连接管连通一个所述封盖的所述连通腔，另一个所述接口法兰通过另一个所述连接管连通另一个所述封盖的所述连通腔。

8.根据权利要求4所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述气体流道的横截面积小于所述气流管的进气端的横截面积。

9.根据权利要求1所述的高温气体冷却装置，其特征在于，所述外冷却管包括：

外冷管，所述外冷管的两端敞开设置，且所述外冷管的周面设有进液口和出液口；

封板，所述封板为两个，且分别连接在所述外冷管的两端，所述气流管穿过两所述封板，并与两所述封板密封连接；

进液接头，所述进液接头连接于所述外冷管且连通所述进液口；

出液接头，所述出液接头连接于所述外冷管且连通所述出液口。

10.一种热炉，其特征在于，包括炉体和如权利要求1至9任一所述的高温气体冷却装置，所述炉体的排气孔连通所述高温气体冷却装置的所述气流管。