一种套管式气体电加热装置的制作方法

本发明属于换热器技术领域，涉及一种气体电加热器，具体涉及一种套管式气体电加热装置。

背景技术：

气体加热器是一种运用广泛的加热设备，根据加热气体的不同，可细化分为很多种类，常见的有氮气加热器、空气加热器等，气体加热器已被广泛的应用到航空航天、兵器工业、化工工业和高等院校等许多科研生产试验室。但现有气体电加热装置的技术方案中多采用弯折的气体流动路径设计，虽然相比直通式的气体流动通道具有延长气体流动路径的作用，但是路径增加不明显，相比采用直通式的通道至多增加一倍，热交换效率仍然较低；此外气体流动通道的横截面面积大多呈矩形、圆形或者椭圆形等结构或基于这些结构的变形结构，气流通过流道时气流外侧到中心位置的距离很长，其外侧可与加热体接触，但气流中间位置难与加热体接触，温度很难在极短时间内得到改变，造成输出的气体受热不均匀，输出的气体温度波动大，在带有压力的输气管路中气体流速快，使用上述电加热装置时气体与加热体的接触时间就更短，故热交换效率就会降低，使用缺陷也就更加明显。

除上述技术缺陷外，还包括热损耗大的缺点，普通气体电加热装置中的保温层起保温作用，减少热量从壳体上散出流失，但一般加热器的壳体径向尺寸都较大，外部设置保温层厚度有限，集中设置的加热件的热量远大于该壁厚的保温层所能维持的热量，使得热量易从壳体处流失，所以现有的电加热装置存在明显的损耗问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是在有限空间内增加气体流动通道的长度，通过改变通道结构来实现气体受热均匀，降低由壳体散发热量造成的损耗，本发明的目的在于提供一种热交换效率高、受热均匀、保温性能强的用于加热气体的电加热装置。

本发明采用的技术方案为：一种套管式气体电加热装置，所述装置包括进气口1、出气口12、壳体13、内管2、外管5、翅片4、电热丝3、电源线引入口6a、电源线引出口6b、绝热层7、下管板8、中间管板9、上端盖10、上管板11、出气口12、壳体13和下端盖14；其中内管2与外管5为同心套管式设计，内管2的外径小于外管5的内径，翅片4呈螺旋状缠绕固定于内管2外表面，翅片4的外边缘与外管5的内表面接触，内管2外侧、翅片4、外管5内侧构成一个环形缠绕式气体流道；电热丝3为铠装电热丝，电热丝3沿翅片4相邻两个翅片间的间隙螺旋缠绕于内管2的外表面，并与内管2外表面焊接连接，电热丝3置于缠绕式气体流道中，可对缠绕式流道中流动的气体加热；壳体13呈直筒状，其上设有进气口1、出气口12、电源线引入口6a、电源线引出口6b,内管2与外管5组成的套管加热部件通过管板固定于壳体13内部，外管5外侧与壳体13内侧之间设有绝热层7，进气口1固定连接于壳体13侧面，出气口12与上端盖10固定连接，上端盖10与壳体13之间采用刀口法兰连接，下端盖14与壳体13焊接，内管2上端通过上管板11固定于壳体13内部，内管2下端通过下管板8固定于壳体13内部，外管5上端与中间管板9固定连接，外管5下端与下管板8固定连接。

进一步的，内管2、外管5、翅片4均采用奥氏体耐热合金钢Incoloy 800H，翅片4底部与内管2外表面焊接连接。

进一步的，翅片4与外管5采用公差配合，翅片4顶部与外管5内表面完全接触，翅片4顶部与外管5内表面之间没有间隙，翅片4缠绕的上升角和翅片个数，可根据装置设计加热功率的大小适当增大或减小。

本发明的原理在于：

本发明一种套管式气体电加热装置，气体的流动通道采用套管式结构设计，该套管分为两层，包括外管5和内管2,外管5的内径大于内管2的外径，外管5和内管2之间的空间被翅片4分割成螺旋形缠绕式流道；电热丝3为铠装电热丝，电热丝3缠绕于内管2外表面，并与内管2外表面焊接，电热丝3的高度小于翅片4的高度，其缠绕于相邻两翅片间的间隙中，电热丝3的缠绕方向与翅片4方向相同，内管2、翅片4和外管5都是金属材料且采用焊接固定连接方式，热量传输能力大，当电热丝通电后，外管5、翅片4和内管2都快速升温，全部成为加热气体的加热面，增加了与气体间的换热面积；气体由进气口1进入本发明装置，先通过外管5与内管2之间的缠绕式流道螺旋向下流动，在流动的过程中气体被外管5内表面，翅片4、内管2的外表面加热，气体流动通道长度是直通式加热器的几倍，使得本发明装置加热速度更快；气体沿缠绕式流道到达本发明装置底部后，通过内管2内部向上流动，在流动过程中再次被内管2加热，最终通过出气口流出。

本发明装置中电热丝3与内管2、翅片4、外管5共同构成了一个套管式加热芯体，该加热芯体呈柱状，分别通过上管板11、中管板9和下管板8固定于壳体13内部，外管5内侧流动的是初次加热的温度相对较低的气体，再次被加热的高温气体从内管2内部流动，此种结构设计有利于降低外管5的温度，并且外管5与壳体13之间设有绝热层，绝热层采用纳米微孔绝热材料，最高使用温度1000℃，密度200～400kg/m³，导热系数0.021～0.034W/m.k，有效减小本发明装置向外部环境的散热损失，提高加热效率。

本发明的突出优点在于采用了套管式结构设计，螺旋翅片和套管构成了缠绕流道，增加本电加热装置的加热面积和气体的流道长度，加热速度快，气体受热均匀；进入本发明装置的气体首先经内管外侧缠绕流动，被加热后高温气体从内管内部流动，外管壁温度相对较低，同时电加热装置壳体与外管之间设有绝热层，降低了散热损失，提高装置的热效率。

附图说明

图1为本发明一种套管式气体电加热装置结构图；

图2为本发明一种套管式气体电加热装置套管结构详图。

图中：1为进气口；2为内管；3为电热丝；4为翅片；5为外管；6a为电源线引入口；6b为电源线引出口；7为绝热层；8为下管板；9为中间管板；10为上端盖；11为上管板；12为出气口；13为壳体；14为下端盖。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明是一种套管式气体电加热装置，特别适用于带压力的输气管道中，对高速流动的气体进行加热，下面结合附图对本发明做进一步描述。一种套管式气体电加热装置，包括进气口1、内管2、电热丝3、翅片4、外管5、电源线引入口6a、电源线引出口6b、绝热层7、下管板8、中间管板9、上端盖10、上管板11、出气口12、壳体13和下端盖14。

本发明一种套管式气体电加热装置，气体的流动通道采用套管式结构设计，该套管分为两层，包括外管5和内管2，外管5的内径大于内管2的外径，外管5和内管2之间的空间被翅片4分割成螺旋形缠绕式流道，翅片4与外管5采用公差配合，翅片4顶部与外管5内表面完全接触，翅片4顶部与外管5内表面之间没有间隙；电热丝3为铠装电热丝，电热丝3缠绕于内管2外表面，并与内管2外表面焊接，电热丝3的高度小于翅片4的高度，缠绕于相邻两翅片的间隙之间，电热丝3的缠绕方向与翅片4方向相同，内管2、翅片4和外管5均为奥氏体耐热合金钢Incoloy 800H材料，且采用焊接连接方式，导热系数大，当电热丝通电后，外管5、翅片4和内管2升温速度快，全部成为加热气体的加热面，增加了与气体间的换热面积；气体由进气口1进入本发明电加热装置，气体先通过外管5与内管2之间的缠绕式流道螺旋向下流动，在流动的过程中气体被外管5内表面，翅片4、内管2的外表面加热，缠绕式气体流道长度是直通式电加热器的几倍，使得本发明装置加热速度快；气体沿缠绕流道到达本发明装置底部后，通过内管2内部向上流动，在流动过程中再次被内管2加热，最终通过出气口流出本发明装置。

如图2所示，本发明装置中电热丝3与内管2、翅片4、外管5共同构成了一个套管式加热芯体，该加热芯体呈柱状，分别通过上管板11、中管板9和下管板8固定于壳体13内部，外管5内侧流动的是初次加热的温度相对较低的气体，再次被加热的高温气体从内管2内部流动，此种结构设计有利于使外管5处于相对较低的温度，并且外管5外侧与壳体13内侧间填充有绝热层7，绝热层7采用纳米微孔绝热材料，最高使用温度1000℃，密度200～400kg/m³，导热系数0.021～0.034W/m.k，有效减小了本发明装置向外部环境的散热损失，提高了装置加热效率。