[发明专利]一种高温高压气体的螺旋式电加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体电加热装置，特别是涉及一种高温高压气体的螺旋式电加热装置。

背景技术

气体加热尤其是空气加热技术广泛应用于助燃、干燥、加热以及取暖和保温等生产工艺乃至生活的各个场合。用电能加热气体由于高效、清洁、温控便利等应有的十分广泛。

目前，国内一般气体加热技术采用的方案有以下几种：用裸露的电热丝与气体进行对流换热，气体直接冲刷电热元件。这种方法存在的问题是：当加热空气等氧化性气体时，电热元件表面温度高，在气体中长期加热，造成氧化皮脱落，对气体的清洁度有影响。电热元件外加不锈钢保护套管，气体直接冲刷不锈钢保护套管，不直接冲刷电热元件，避免了气体对电热元件的氧化。但这种方法也带来另外的问题：电热元件外面的保护套管影响了电热元件的散热，当加热气体温度高时，电热元件本身温度过高。电热元件高温时机械强度低，易变形倒塌，电热体材料加热后合金晶粒涨大，脆性增加，经不起冲击和弯曲，因而难以维修。带翅片的保护套管，电热元件外套无缝钢管，为增加散热面积外缠绕铝翅片，并用绝缘好的氧化镁作填充剂，典型的设备如天津暖风机厂、哈尔滨空调厂以及沈阳空调厂生产的DRML/W系列电热空气幕和NF0.2ZD暖风机等。该方案部分缓解了方案2的问题，但当加热气体温度高时，效果不明显。

查阅国内专利200720010647.8、200720010647.8、200820036770.1、200620078133.1等典型空气电加热器，其加热机理相同，主要是在结构形式上的变化。以上设备的共有的问题是：电热体寿命短，氧化皮脱落问题，热效率低，设备结构大，电热体材料费用高。

东南大学郭宏伟、葛仕福等开展的新型电加热器研究，采用的也是裸露式电热元件方法的一种, 它改善了炉丝的散热条件，降低了炉丝表面温度，延长了炉丝使用寿命, 提高了热效率, 也降低了制造成本，但空气加热温度最高只可以达到600℃。

浙江大学热能所聂欣、周俊虎、岑可法等认为：常见的空气加热器多为使用电阻丝等电热导体制成的电加热器，其一般最高加热温度不超过700℃，且由于电阻丝多次反复升温后脆性加大，容易断裂，故而可靠性较差。

国外专利US2008021731A1 介绍了一种新的气体加热技术，瞬间可将气体从常温加热至800多度，加热空气量大，热效率高，电热体寿命高。其特征是电加热管既是电阻电热体，又作为空气流通的通道，故又称为通道式空气加热器（through flow electric heater for fluids such as air）。

与US2008021731A1专利相近的国外引进的产品，其结构如图1，2所示。电加热管4既是电阻电热体，又作为气体流通的通道，多个电加热管两端串联或并联联接，接成符合加热功率要求的电阻，各相加热功率引线从下端引出。上下两个管板3固定多个电加热管，支撑板5是防止电加热管受热变形，电加热管与管板和支撑板靠绝缘磁套隔离，电加热管、管板和支撑板组成加热装置的芯体。芯体外套一个内筒2，内筒结构下部为圆筒，上部为锥形筒。冷气体采用压缩气体，沿外筒1和内筒之间的通道由上向下流动，冷却内外筒壁，再从电加热管内由下向上流出并被加热至要求的温度。该装置的优点是：结构紧凑；温升快，瞬间可从常温加热至800多度；加热气体量大，热效率高。但也存在以下不足和缺陷：

为了防止电加热管受热变形，要求电热管壁厚度不能过薄，长度不能过长；而另一方面为了保证电热体足够大的阻值，电加热管必须有尽可能地长，厚度尽可能地薄，这是该装置存在的问题之一。

气体只在电加热管内做纵向冲刷，管外无气体横向冲刷，传热效果差，电加热管壁温高，容易变形甚至烧损，这是该装置存在的问题之二。

外筒壁温度过高，如果加热高压气体，外筒壁既承受高压又承受高温，外筒必须采用高牌号耐热厚壁结构，大大增加了制造成本，这是该装置存在的问题之三。

为了改进上述问题，本发明人于2009年3月27日向中国专利局申请了“一种空气电加热装置 - ZL200920148713.7”专利，其结构如图3，4所示。该装置包括外筒、内筒、加热芯体以及设置在外筒壁上的进气口；内筒的结构为一薄壁圆筒，上下两端分别设有上端环向进口9和下端环向出口10。内筒套在加热芯体外，加热芯体通过管板法兰6与外筒螺栓联接。