專利名稱：一種承壓高溫空氣電加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫空氣燃燒技術(shù)領(lǐng)域，是一種承壓高溫空氣電加熱器，為產(chǎn)生高溫高壓空氣的實驗儀器，同時也可應(yīng)用于其他需要少量高壓高溫空氣的場合。
背景技術(shù)：
高溫空氣燃燒興起于上世紀90年代，其特點為高燃燒穩(wěn)定性，極低污染物排放， 該種技術(shù)目前已經(jīng)逐漸應(yīng)用于冶金、石化、機械、建材、鍋爐等行業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景， 目前燃氣輪機燃燒領(lǐng)域正試圖使用這一技術(shù)。在研究領(lǐng)域，高溫空氣燃燒同樣在全球范圍 內(nèi)方興未艾。目前產(chǎn)生高溫空氣的方法主要有三1)使用電加熱器來提供高溫空氣，該種 方法易于控制出口條件，然而加熱到800°C以上的空氣加熱器目前并無成品，也無法作為帶 有壓力的高溫空氣氣源；2)采取預(yù)燃提供高溫?zé)煔?，這種方法的缺點在于預(yù)燃室本身會產(chǎn) 生一定的NOx排放，供給的空氣不足達到實驗室需要的條件；3)采用蓄熱體式高溫空氣發(fā) 生器，兩個或多個蓄熱體交替加熱空氣，這種裝置體積龐大，空氣在其中不斷換向，出口溫 度存在波動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種承壓高溫空氣電加熱器，可以承受一定壓力、且有持續(xù) 穩(wěn)定的高壓高溫空氣輸出，克服了目前空氣加熱技術(shù)的缺點，并且這種高壓高溫空氣未經(jīng) 燃燒，不含有CO，NOx, UHC等。。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種承壓高溫空氣電加熱器，包括外殼，承溫導(dǎo)流襯套，電熱棒安裝板，折流板，出 口密封盒，空氣導(dǎo)管，電加熱棒以及接線端子盒；其承壓外殼由兩端部和一中部組成，三部 分之間以法蘭盤密封連接；一端部側(cè)壁上設(shè)有接線端子盒和冷空氣入口，在端部與外殼中 部之間的法蘭盤中，固接有電加熱棒安裝板，電加熱棒安裝板徑向隔斷承壓外殼內(nèi)腔；外殼中部上側(cè)壁靠近另一端部處，設(shè)有垂直向上的出口密封盤根盒；外殼中部空 腔內(nèi)水平設(shè)有一根承溫導(dǎo)流襯套和至少一空氣導(dǎo)流管，徑向設(shè)有兩空氣折流板；空氣折流板上設(shè)有通孔，多數(shù)個大通孔，其內(nèi)徑與承溫導(dǎo)流襯套的外徑相適配；至 少一個小通孔，其內(nèi)徑與空氣導(dǎo)流管的外徑相適配；空氣折流板一邊有一弓形缺口，無缺口 的周緣與外殼中部空腔內(nèi)壁相適配；兩空氣折流板位于外殼中部的中段，兩者之間有一距 離，且兩塊空氣折流板的缺口分別在相對的兩側(cè)；電加熱棒安裝板上有與空氣折流板相同的通孔；承溫導(dǎo)流襯套一端側(cè)面設(shè)有開 孔，并固接于電加熱棒安裝板的一大通孔左側(cè)，電加熱棒安裝板的一大通孔右側(cè)以電加熱 棒底座固接密封；承溫導(dǎo)流襯套另一端蛇形順序穿過所有的大通孔，最后由靠近另一端部 的空氣折流板上的中心大通孔伸出后，向上彎折，接一垂直的空氣出口管下端；空氣出口管 上端向上，由出口密封盤根盒的中心孔穿出，接需氣場合管道；空氣導(dǎo)流管兩端為開口，其一端固接于電加熱棒安裝板的小通孔上，另一端水平穿過兩空氣折流板上的小通孔，空懸于靠近另一端部的承壓外殼內(nèi)腔中；在承溫導(dǎo)流襯套的通道中，軸向布設(shè)有電加熱棒，電加熱棒兩引線與接線端子盒 電連接。所述的空氣電加熱器，其所述空氣出口管與出口密封盤根盒之間纏繞著盤根進行 密封從而防止承壓外殼內(nèi)的空氣泄露。所述空氣電加熱器，其所述空氣導(dǎo)流管，在位于兩空氣折流板之間的中段開有多 數(shù)個降溫小孔。所述空氣電加熱器，其所述電加熱棒安裝板與導(dǎo)流襯套之間，以及電加 熱棒安裝 板與承壓外殼之間均通過螺釘連接并通過金屬纏繞墊進行密封。所述空氣電加熱器，其所述一根承溫導(dǎo)流襯套，為承溫導(dǎo)流襯套管束，是由水平設(shè) 置于兩空氣折流板之間的多根承溫導(dǎo)流襯套段，首尾依序以連接管連接而成；軸向布設(shè)有 電加熱棒，是多根電加熱棒經(jīng)電加熱棒安裝板上的大通孔伸入承溫導(dǎo)流襯套段中，當(dāng)電熱 棒完全伸入承溫導(dǎo)流襯套段一端時，電加熱棒安裝板與承溫導(dǎo)流襯套端面貼合，再以連接 管固接。所述空氣電加熱器，其所述多根電加熱棒為串聯(lián)設(shè)置。所述的空氣電加熱器，其所述承溫導(dǎo)流襯套為不銹鋼材料，采取滲鋁工藝處理，使 不銹鋼耐熱溫度達到1200攝氏度以上。所述的空氣電加熱器，其所述多數(shù)個大通孔，為九個，呈矩陣排列，大通孔A、B、C、 D位于四角，大通孔E、F、G、H位于四邊的中點，大通孔I位于中心；承溫導(dǎo)流襯套為穿過A 至I個大通孔首尾相連的管束，空氣首先經(jīng)承溫導(dǎo)流襯套一端側(cè)面的開孔，進入大通孔A中 的承溫導(dǎo)流襯套，然后通過大通孔A、B間的連接管進入后續(xù)的承溫導(dǎo)流襯套中，如此往復(fù)， 依次通過C、D、E、F、G、H、I孔間的連接管進入后續(xù)的承溫導(dǎo)流襯套中，最后從中心大通孔 I的承溫導(dǎo)流襯套中流出，該管束排列方式保證了在承溫導(dǎo)流襯套中，冷空氣在管束的外圍 流動，隨著空氣的依次加熱，通過熱空氣的管道靠近中心，以避免熱量損失。所述空氣電加熱器，其所述電加熱棒為直型電加熱棒，由電阻絲外裹耐熱材料，電 加熱棒上纏有肋片，該電熱棒兩個接線端子均放置在電加熱器一端。本發(fā)明的一種承壓高溫空氣電加熱器，其有益效果1.是一種全新的電加熱器設(shè)計，提出了承壓部件與承溫部件為不同部件的方案， 可以持續(xù)輸出帶有壓力的高溫空氣，避免承壓部件在高溫下工作造成壽命短、氣體泄露等 缺點，是高溫空氣燃燒高溫氣源的理想解決方案。2.通過電壓空氣加熱溫度，具有升溫速率快，操作簡便，使用安全，體積小等特點。3.可以應(yīng)用于其他需要少量高溫空氣的場合


圖1是本發(fā)明的一種承壓高溫空氣電加熱器整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的電加熱器承溫導(dǎo)流襯套布置示意圖；圖3是本發(fā)明的空氣折流板示意圖；圖4是本發(fā)明空氣導(dǎo)流管示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。請參閱圖1、圖2、圖3。圖1是本發(fā)明的承壓高溫空氣電加熱器整體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，承壓外殼1，承溫導(dǎo)流襯套2，空氣折流板3，出口密封盤根盒4，空氣出口管5，接線端子盒6，電加熱棒安裝板 7，空氣導(dǎo)流管8。承壓外殼1由兩端部11、12和一中部13組成，三部分之間以法蘭盤密封 連接。一端部11側(cè)壁上設(shè)有接線端子盒6和冷卻空氣入口 15。在端部11與外殼中部13 之間的法蘭盤14中，固接有電加熱棒安裝板7，電加熱棒安裝板7徑向隔斷承壓外殼1內(nèi) 腔。外殼中部13上側(cè)壁靠近另一端部12處，設(shè)有垂直向上的出口密封盤根盒4 ；外殼 中部13空腔內(nèi)水平設(shè)有一根承溫導(dǎo)流襯套2和一空氣導(dǎo)流管8，徑向設(shè)有兩空氣折流板3。
見圖3是本發(fā)明的空氣折流板示意圖?？諝庹哿靼?上設(shè)有通孔，多數(shù)個大通孔 32，其內(nèi)徑與承溫導(dǎo)流襯套2的外徑相適配；一個小通孔33，其內(nèi)徑與空氣導(dǎo)流管8的外徑 相適配。本實施例中設(shè)有九個大通孔32，分別為々、8、(、034、6、!1、1;只設(shè)有一根空氣導(dǎo) 流管8，也可以設(shè)為多根?？諝庹哿靼?—邊有一弓形缺口 31，無缺口 31的周緣與外殼中 部13空腔內(nèi)壁相適配。兩空氣折流板3位于外殼中部13的中段，兩者之間有一距離。兩 塊空氣折流板3的缺口 31分別布置在相對的兩側(cè)。見圖2是承溫導(dǎo)流襯套布置示意圖。電加熱棒安裝板7上有與空氣折流板3同心 的通孔，承溫導(dǎo)流襯套2 —端側(cè)面設(shè)有開孔，并通過螺栓固接于電加熱棒安裝板7的大通孔 A左側(cè)，電加熱棒安裝板7的大通孔A右側(cè)以電加熱棒底座通過螺栓固接密封；承溫導(dǎo)流襯 套2另一端穿過兩空氣折流板3上的大通孔A后折回，再順序穿過兩空氣折流板3和電加熱 棒安裝板7上的大通孔B后折回，蛇形順序穿過所有的大通孔C、D、E、F、G、H、I，最后由靠 近另一端部12的空氣折流板3上的中心大通孔I伸出后，向上彎折，接一垂直的空氣出口 管5下端?？諝獬隹诠?上端向上，由出口密封盤根盒4的中心孔穿出，接需氣場合管道。 空氣出口管5與出口密封盤根盒4中間纏繞著盤根進行密封從而防止承壓外殼1內(nèi)的空氣 泄露。見圖4，空氣導(dǎo)流管8兩端為開口，在位于兩空氣折流板3之間的中段開有多數(shù)個 降溫小孔，其一端通過螺栓固接于電加熱棒安裝板7的小通孔33上，另一端穿過兩空氣折 流板3上的小通孔33，空懸于靠近另一端部12的承壓外殼1內(nèi)腔中。承溫導(dǎo)流襯套2的通道中，軸向布設(shè)有電加熱棒(圖中沒示出)，電加熱棒兩引線 與接線端子盒6電連接。冷空氣從端部11的入口 15進入端部11內(nèi)腔，由唯一入口空氣導(dǎo)流管8的端口進 入外殼中部13和另一端部12圍成的內(nèi)腔中。冷空氣經(jīng)空氣導(dǎo)流管8中段的降溫小孔噴出， 對承壓外殼1內(nèi)腔降溫，可通過控制降溫小孔的面積來控制冷卻空氣在外殼中部13和端部 12內(nèi)的流量分配，大部分冷空氣從空氣導(dǎo)流管8的尾部開口進入另一端部12內(nèi)，然后冷空 氣經(jīng)兩塊空氣折流板3的缺口 31回到電加熱棒安裝板7的左端。由于電加熱棒安裝板7的 阻礙，冷空氣只能由承溫導(dǎo)流襯套2位于大通孔A左側(cè)的開孔進入承溫導(dǎo)流襯套2中。承 溫導(dǎo)流襯套2為管束，電加熱棒(圖中沒示出)布置于其中，最后經(jīng)加熱后的空氣從空氣出 口管5中流出，以供應(yīng)帶壓高溫空氣。承溫導(dǎo)流襯套2由于承溫導(dǎo)流襯套2與承壓外殼1內(nèi)的壓力基本相同，所以承溫導(dǎo)流襯套2作為高溫部件不承擔(dān)壓力。而冷空氣由于空氣導(dǎo)流管8的作用首先對承壓外殼1進行沖擊冷卻，所以承壓外殼1的溫度不超過100°C。電加 熱器安裝板7與承溫導(dǎo)流襯套2接觸部分通過螺栓連接。圖2是本發(fā)明的承壓高溫空氣電加熱器的承溫導(dǎo)流襯套2的管路布置圖。圖2表 示的是從承壓外殼1頭部向后看的狀態(tài)，點畫線上的小圓為連接法蘭的螺栓孔?？諝鈱?dǎo)流 襯套2即為A至I首尾相連的管束，空氣首先進入承溫導(dǎo)流襯套中的A管的頭部，然后通過 A管，再從A管與B管尾部的連接進入B管中。在B管中，空氣則由尾部流向頭部，之后在通 過22mm的連接管進入C管的頭部。C管中空氣流向為從頭部進入尾部，而后進入D管。如 此往復(fù)，依次通過D、E、F、G、H管，最后從中心的I管流出。該種管束排列方式保證了在承 溫導(dǎo)流襯套中，冷空氣在管束的外圍流動，隨著空氣的依次加熱，通過熱空氣的管道靠近中 心，這樣可以避免熱量損失。本發(fā)明是一種承壓高溫空氣電加熱器，與目前已有的空氣電加熱器完全不同，該 承壓高溫空氣電加熱器通過將承壓部件與承溫部件分開。高溫部件安置在電加熱器內(nèi)部， 無需承壓，保證了原件的壽命。而承壓部件被內(nèi)部循環(huán)空氣冷卻，在外殼無需額外的保溫措 施，這樣一方面保證了使用者的安全，另一方面充分利用熱量，保證了電加熱器的能量轉(zhuǎn)換 效率。承壓外殼材料為鑄造碳鋼管，一端通過法蘭和金屬纏繞墊與球形封頭相連，一段 通過法蘭和金屬纏繞墊與頭部接線端子盒相連。本發(fā)明的實施例中，鋼管外徑273mm，內(nèi)徑 250mm，長度 1. 35m。承溫空氣導(dǎo)流襯套為不銹鋼管束，不銹鋼材料為lCol8Ni9Ti，不銹鋼管材通過不 銹鋼彎頭以及短管首尾相連，使空氣依次通過所有不銹鋼管，整個管束通過滲鋁處理，提高 耐溫溫度。本發(fā)明中，使用九根不銹鋼管，呈矩陣排列，空氣首先通過四角的鋼管，然后進入 邊上四根鋼管，最后通過中心鋼管。鋼管外徑38mm，厚度3mm。在靠近尾端這些鋼管通過不 銹鋼彎頭焊接連接，靠近頭部通過外徑為22mm，厚度為2mm的短管連接。空氣折流板為不銹鋼板；空氣導(dǎo)管為不銹鋼管。空氣進入電加熱器殼體內(nèi)部后，通 過空氣導(dǎo)管進行流量分配，不同流量空氣射流進入電加熱器的不同部位，對承壓外殼進行 冷卻。最多的空氣進入到電加熱器尾端，通過兩道折流板整流后，回到電加熱器頭部，與之 前射流進入空氣一同流入空氣導(dǎo)流襯套。折流不銹鋼板厚度5mm。電加熱器安裝板為不銹鋼板，電加熱器安裝于電加熱器安裝板上，伸入導(dǎo)流襯套 中對空氣進行加熱。安裝板另一側(cè)在接線端子盒中。電加熱器安裝板通過螺栓與導(dǎo)流襯套 相連接，在拆修維修時，只需取下電加熱器安裝板就可以對電加熱棒進行處理，無需對承溫 導(dǎo)流襯套以及電加熱器其他部件進行修改。電加熱器上開10個孔，九個為安裝電熱棒，剩 下的一個安裝空氣導(dǎo)管。頭部接線端子盒為碳鋼結(jié)構(gòu)，空氣進入電加熱器后，首先進入頭部接線端子盒，而 后進入空氣導(dǎo)管，這樣接電部分可以保證為整個空氣電加熱器中溫度最低部分，避免由于 導(dǎo)熱與輻射的溫度對電線的損傷，進一步避免了短接或熔斷的風(fēng)險。帶壓高溫空氣管路通過一個密封的盤根盒弓I出空氣電加熱器，避免空氣泄露的問 題。盤根使用直徑6mm的石墨盤根。電加熱棒采用直型結(jié)構(gòu)，接線端子在加熱棒同一側(cè)，加熱棒上纏有金屬肋片增強換熱效果。電加熱棒外徑29mm，加熱有效長度0. 95m.
權(quán)利要求
一種承壓高溫空氣電加熱器，包括外殼，承溫導(dǎo)流襯套，電熱棒安裝板，折流板，出口密封盒，空氣導(dǎo)管，電加熱棒以及接線端子盒；其特征在于，承壓外殼由兩端部和一中部組成，三部分之間以法蘭盤密封連接；一端部側(cè)壁上設(shè)有接線端子盒和冷空氣入口，在端部與外殼中部之間的法蘭盤中，固接有電加熱棒安裝板，電加熱棒安裝板徑向隔斷承壓外殼內(nèi)腔；外殼中部上側(cè)壁靠近另一端部處，設(shè)有垂直向上的出口密封盤根盒；外殼中部空腔內(nèi)水平設(shè)有一根承溫導(dǎo)流襯套和至少一空氣導(dǎo)流管，徑向設(shè)有兩空氣折流板；空氣折流板上設(shè)有通孔，多數(shù)個大通孔，其內(nèi)徑與承溫導(dǎo)流襯套的外徑相適配；至少一個小通孔，其內(nèi)徑與空氣導(dǎo)流管的外徑相適配；空氣折流板一邊有一弓形缺口，無缺口的周緣與外殼中部空腔內(nèi)壁相適配；兩空氣折流板位于外殼中部的中段，兩者之間有一距離，且兩塊空氣折流板的缺口分別在相對的兩側(cè)；電加熱棒安裝板上有與空氣折流板相同的通孔；承溫導(dǎo)流襯套一端側(cè)面設(shè)有開孔，并固接于電加熱棒安裝板的一大通孔左側(cè)，電加熱棒安裝板的一大通孔右側(cè)以電加熱棒底座固接密封；承溫導(dǎo)流襯套另一端蛇形順序穿過所有的大通孔，最后由靠近另一端部的空氣折流板上的中心大通孔伸出后，向上彎折，接一垂直的空氣出口管下端；空氣出口管上端向上，由出口密封盤根盒的中心孔穿出，接需氣場合管道；空氣導(dǎo)流管兩端為開口，其一端固接于電加熱棒安裝板的小通孔上，另一端水平穿過兩空氣折流板上的小通孔，空懸于靠近另一端部的承壓外殼內(nèi)腔中；在承溫導(dǎo)流襯套的通道中，軸向布設(shè)有電加熱棒，電加熱棒兩引線與接線端子盒電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的空氣電加熱器，其特征在于，所述空氣出口管與出口密封盤根 盒之間纏繞著盤根進行密封從而防止承壓外殼內(nèi)的空氣泄露。
3.如權(quán)利要求1所述空氣電加熱器，其特征在于，所述空氣導(dǎo)流管，在位于兩空氣折流 板之間的中段開有多數(shù)個降溫小孔。
4.如權(quán)利要求1所述空氣電加熱器，其特征在于，所述電加熱棒安裝板與導(dǎo)流襯套之 間，以及電加熱棒安裝板與承壓外殼之間均通過螺釘連接并通過金屬纏繞墊進行密封。
5.如權(quán)利要求1所述空氣電加熱器，其特征在于，所述一根承溫導(dǎo)流襯套，為承溫導(dǎo)流 襯套管束，是由水平設(shè)置于兩空氣折流板之間的多根承溫導(dǎo)流襯套段，首尾依序以連接管 連接而成；軸向布設(shè)有電加熱棒，是多根電加熱棒經(jīng)電加熱棒安裝板上的大通孔伸入承溫 導(dǎo)流襯套段中，當(dāng)電熱棒完全伸入承溫導(dǎo)流襯套段一端時，電加熱棒安裝板與承溫導(dǎo)流襯 套端面貼合，再以連接管固接。
6.如權(quán)利要求5所述空氣電加熱器，其特征在于，所述多根電加熱棒為串聯(lián)設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的空氣電加熱器，其特征在于，所述承溫導(dǎo)流襯套為不銹鋼材料， 采取滲鋁工藝處理，使不銹鋼耐熱溫度達到1200攝氏度以上。
8.如權(quán)利要求1或5所述的空氣電加熱器，其特征在于，所述多數(shù)個大通孔，為九個， 呈矩陣排列，大通孔A、B、C、D位于四角，大通孔E、F、G、H位于四邊的中點，大通孔I位于中 心；承溫導(dǎo)流襯套為穿過A至I個大通孔首尾相連的管束，空氣首先經(jīng)承溫導(dǎo)流襯套一端側(cè) 面的開孔，進入大通孔A中的承溫導(dǎo)流襯套，然后通過大通孔A、B間的連接管進入后續(xù)的承 溫導(dǎo)流襯套中，如此往復(fù)，依次通過C、D、E、F、G、H、I孔間的連接管進入后續(xù)的承溫導(dǎo)流襯套中，最后從中心大通孔I的承溫導(dǎo)流襯套中流出，該管束排列方式保證了在承溫導(dǎo)流襯 套中，冷空氣在管束的外圍流動，隨著空氣的依次加熱，通過熱空氣的管道靠近中心，以避 免熱量損失。
9.如權(quán)利要求1、5或6所述空氣電加熱器，其特征在于，所述電加熱棒為直型電加熱 棒，由電阻絲外裹耐熱材料，電加熱棒上纏有肋片，該電熱棒兩個接線端子均放置在電加熱器一端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種承壓高溫空氣電加熱器，涉及高溫空氣燃燒技術(shù)，包括承壓外殼，承溫導(dǎo)流襯套，電熱棒安裝板以及電熱棒等。該電加熱器通過電壓控制出口溫度，通過不同部件分別承壓與承溫的設(shè)計可以最高在15atm壓力下工作；在內(nèi)部導(dǎo)流襯套采取滲鋁工藝處理后，出口空氣溫度可以達到1000℃；通過冷卻設(shè)計，該電加熱器產(chǎn)生高溫空氣同時，外殼無需額外保溫。在高溫空氣燃燒成為研究熱點的背景下，本發(fā)明的電加熱器可以安全有效地提供穩(wěn)定的帶有壓力的高溫空氣，同時，可以滿足其他需要高溫空氣的場合。
文檔編號F24H9/18GK101813372SQ20091007855
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者呂煊, 崔玉峰, 徐綱, 房愛兵 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所