一种沥青车载换热装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种沥青车载换热装置，所述换热装置包括第一管箱、第二管箱和浮动盘管，浮动盘管与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热管设置在第一管箱内。本发明在电加热器启动时，电加热管束开始对导热油管箱中的导热油进行加热，导热油受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管振动，管束自由端在振动的过程中将该振动传递至周围沥青，可以防止沥青超温结焦，沥青受热达到软化温度后开始软化具有一定流动性，使得周围固态沥青不断形成塌陷，甚至脱落，脱落的沥青块与沥青流体混合，形成封闭空间的自然对流，以达到均匀加热沥青的目的。
【专利说明】
一种沥青车载换热装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种新型的沥青车载换热装置，具体涉及一种浮动盘管式导热油均匀快速电加热装置。
【背景技术】
[0002]沥青是重要的道路工程材料。由于用户使用需要，沥青需要从产地运输到用户所在地，通常运输距离较远。在经过远距离运输后，沥青凝结为固态，流动性差，无法卸载，需加热使其具有一定的流动性才可以进行卸车。国内常用的沥青加热技术普遍采用的是沥青罐内内置火管，用柴油、天然气加热沥青，通过其燃烧产生高温烟气，通过热交换装置(火管)，与低温被加热的沥青实现热交换进而完成加热过程的，通常称之为明火加热或火管加热。这种明火直接加热技术加热设备简单、操作容易，但加热慢，大量热量随烟气排出因而能耗高、热效率低，同时严重污染环境，操作过程伴随着一定的危险性。
[0003]国外铁路沥青罐车通常采用蒸汽加热方式和电加热方式。蒸汽加热方式一般在较低压力下运行，系统循环热效率较低，通常在30-40%。美国PHCo公司采用的电加热技术主要为辐射管式，辐射管内布线圈或电加热管，容易实现过程自动控制，无污染，安全性好。该技术应用的局限性在于沥青加热温度区间为-30°C-14(TC，属于低温区换热，辐射换热热效率也很低。
[0004]此外，现有加热技术，无论是采用燃油火焰加热方式还是电加热方式，其换热装置均无法保证加热过程沥青内部温度均匀性，部分工质由于温度过高而产生老化，影响其使用。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有沥青罐车卸车加热技术存在的不足，提供一种沥青车载电换热装置。该装置具有加热迅速、温度分布均匀、功率自动控制、安全可靠的功能，有效避免沥青在加热过程局部超温，保证了沥青的品质，提高了加热效率。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种沥青车载换热装置，包括换热装置，所述换热装置包括第一管箱、第二管箱和浮动盘管，所述的浮动盘管分别与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，在所述的第一管箱内设置电加热管设置;所述的浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端。
[0008]作为优选，所述的浮动盘管的管束是弹性管束。
[0009]作为优选，所述的电加热管沿径向以层状方式排列。
[0010]作为优选，所述同心圆是以第一管箱的中心为圆心的圆。
[0011]作为优选，所述第一管箱的管径大于第二管箱的管径。
[0012]作为优选，第一管箱的内径为Rl，第二管箱的内径为R2，则1.5<R1/R2<2.5。[0013 ]作为优选，所述加热流体为导热油。
[0014]作为优选，随着距离第一管箱的中心越远，相邻管束之间的距离越来越大。
[0015]作为优选，第一管箱的内径为Rl，第二管箱的内径为R2，相邻管束的中心线所在的圆弧的半径分别是rl，r2，其中rl>r2，距离第一管箱中心线最近的圆弧的半径为r，满足如下关系:
[0016](r2-r)/(rl-r) = (Rl/R2)a;其中a是系数，满足如下条件:
[0017]1.5〈Rl/R2〈 = 1.8，-1.50〈 = a〈 = -1.32;
[0018]1.8〈Rl/R2〈 = 2.2，-1.32〈a〈 = -1.18;
[0019]2.2〈Rl/R2〈 = 2.5，-1.18〈a〈 = -0.95。
[0020]作为优选，随着R1/R2的增加，a的数值不断的增加。
[0021]本发明具有如下优点:
[0022]1、本发明首次将浮动盘管应用于沥青的加热，通过设置浮动盘管，加热流体受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管自由端BC、B’C’产生振动。
[0023]2、本发明采用导热油作为传热介质，电加热器启动时，电加热管束开始对导热油管箱中的导热油进行加热，导热油受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管振动，管束自由端在振动的过程中将该振动传递至周围沥青，可以防止沥青超温结焦，沥青受热达到软化温度后开始软化具有一定流动性，使得周围固态沥青不断形成塌陷，甚至脱落，脱落的沥青块与沥青流体混合，形成封闭空间的自然对流，以达到均匀加热沥青的目的。
[0024]3、本发明通过大量的试验，优化了浮动盘管的参数的最佳关系，从而进一步提高加热效率。
[0025]4、本发明提供了一个新式的漏油保护装置，进一步提高加热的安全性。
【附图说明】
:
[0026]图1为车载电加热器装置示意图。
[0027]图2为漏油保护装置示意图。
[0028]图3是图1中的A-A截面视图。
[0029]图4是图1中的B-B截面视图。
[°03°]图5是图4结构的尺寸示意图。
[0031 ]图中:1、浮动盘管，2、第一管箱，3、控制系统，4、压力温度传感器，5、排气阀，6、流体注入管，7、连通管，8、第二管箱，9、漏油保护装置，10、电加热管束，11、螺栓，12第一管段，13第一弹簧，14金属片，15第二弹簧，16第一法兰，17第二管段，18活塞，19密封橡圈，20流体液位，21第二法兰，22滑销系统，23电源控制结构，24槽孔。
【具体实施方式】
[0032]如附图1所示，一种沥青车载换热装置，包括换热装置，所述换热装置包括第一管箱2、第二管箱8和浮动盘管I，浮动盘管I与第一管箱2和第二管箱8相连通，加热流体在第一管箱2和第二管箱8以及浮动盘管内进行封闭循环，电加热管10设置在第一管箱2内。
[0033]浮动盘管I为一组或者多组，每组浮动盘管I包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得盘管的端部形成管束自由端，例如图4中的自由端BC、B’C’端。
[0034]作为优选，所述的加热流体为导热油。
[0035]传统的浮动盘管都是利用流体的流动的冲击进行振动除垢作用进行强化传热，都是用于强制对流换热，沥青一般凝结为固态，流动性差，沥青无法进行强制对流换热流动，而本发明首次将浮动盘管应用于沥青的加热，通过设置浮动盘管，加热流体受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管I自由端BC、B’C’产生振动;管壁周围的沥青受热达到软化温度后开始软化具有一定流动性，管束自由端BC、B’C’在振动的过程中将该振动传递至周围沥青流体，沥青流动后对罐内沥青产生扰动，在罐内沥青逐步形成自然对流进而逐渐软化变成流体，周围固态沥青会不断形成塌陷、脱落，脱落的沥青块继续被加热，以达到均匀加热沥青的目的。
[0036]作为优选，所述第一管箱2与第二管箱8之间设有连通管7联通，所述连通管7与流体注入管6相连，流体由管6顶部注入装置内，注入结束后，顶部密封，优选采用螺拴密封并旋紧，顶部设有排气阀5。
[0037]作为以优选，所述第一管箱2、第二管箱8以及浮动盘管I都是圆管结构。
[0038]作为优选，浮动盘管I的管束是弹性管束。
[0039]通过将浮动盘管I的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。
[0040]作为优选，所述的浮动盘管I的管束是是膨胀管束，膨胀系数是大于等于17.2。
[0041]通过设置管束为膨胀管束，可以进一步利用加热流体加热作用而产生的体积膨胀，从而通过管束的体积膨胀来进一步增加管束周围的沥青由于管束膨胀震动而产生的流动性。
[0042]作为优选，所述同心圆是以第一管箱2的中心为圆心的圆。即浮动盘管I的管束围绕着第一管箱2的中心线布置。
[0043]如图4所示，管束不是一个完整的圆，而是留出一个口部，从而形成管束的自由端。所述口部的圆弧所在的角度为65 — 85度，即图5夹角b和c之和是65 — 85度。
[0044]作为优选，所述第一管箱2的管径大于第二管箱8的管径。
[0045]通过上述设置，可以进一步强化传热，提高8—15%的换热效率。
[0046]作为优选，第一管箱的内径为Rl，第二管箱的内径为R2，则1.5<R1/R2<2.5。
[0047]通过上述的优选设置，能够使得换热效率达到最佳。
[0048]作为优选，随着距离第一管箱2的中心越远，相邻管束之间的距离越来越大。
[0049]作为优选，相邻管束之间的距离越来越大的幅度不断的增加。
[0050]通过上述的优选设置，可以进一步提高换热效率，增加加热的均匀性。通过实验发现，通过上述设置可以提高9 一 12 %的换热效率。
[0051 ]作为优选，随着距离第一管箱2的中心越远，管束的直径越来越大。
[0052]作为优选，管束的直径越来越大的幅度不断的增加。
[0053]通过上述的优选设置，可以进一步提高换热效率，增加加热的均匀性。通过实验发现，通过上述设置可以提高1 %左右的换热效率。
[0054]在试验中发现，第一管箱2、第二管箱8以及管束之间的距离关系可以对加热效率以及均匀性产生影响。如果管束之间距离过大，则加热效率太差，管束之间的距离太小，则管束分布太密，也会影响加热效率，而且第一管箱2、第二管箱8的管径的大小与管束之间的距1?具有一定的关系。
[0055]本发明是通过多个不同尺寸的换热器的试验数据总结出的最佳的尺寸关系。从换热效果中的换热量最大出发，计算了近200种形式。所述的尺寸关系如下:
[0056]第一管箱的内径为Rl，第二管箱的内径为R2，相邻管束的中心线所在的圆弧的半径分别是rl，r2(作为一个实施例，图4中的管束B、C或者C、D所在的圆弧的半径)，其中rl>r2，距离第一管箱中心线最近的管束中心线所在圆弧的半径为r(作为一个实施例，图4中的管束A所在的圆弧的半径)，在保证加热效率最高的条件下，满足如下关系:
[0057](r2-r)/(rl-r) = (Rl/R2)a;其中a是系数，满足如下条件:
[0058]1.5〈Rl/R2〈 = 1.8，-1.50〈 = a〈 = -1.32;
[0059]1.8〈Rl/R2〈 = 2.2，-1.32〈a〈 = -1.18;
[0060]2.2<R1/R2< = 2.5,-1.18〈a〈 = -0.950
[0061]r2 不等于 r。
[0062]作为优选，管束的数量为3— 5根，优选为3或4根。
[0063]作为优选，r/R2为R2/R1的0.5-0.8倍，优选为0.72倍。
[0064]作为优选，随着R1/R2的增加，a的数值不断的增加。
[0065]7 0mm<Rl<90mm；30mm<R2<50mm；
[0066]150mm<r<180mm；
[0067]第一管箱2和第二管箱8中心线的距离为220 — 270mm;
[0068]管束的半径优选为10 — 25mm;
[0069]作为优选，距离第一管箱中心线最近的管束中心线所在的圆弧与其相邻的管束的中心线所在的圆弧之间的距离(例如图4中管束A和B所在的圆弧中心线之间的距离)为两根管束平均外径(外部直径)的1.1-2.0倍，优选为1.2-1.7倍，优选为1.3-1.5倍。
[0070]两个管束的直径的平均为两个管直径的加权平均数。
[0071]作为优选，如果(R1/R2)M、于0.5，则(Rl/R2)a取值为0.5。
[0072]作为优选，管束在同一侧的端部对齐，在同一个平面上，端部的延长线(或者端部所在的平面)经过第一管箱2的中线，如图5所示。
[0073]如图3所示，电加热管束1沿径向以层状方式排列。
[0074]通过上述设置，可以保证加热均匀，进一步提高加热效率。
[0075]本发明所述沥青车载电换热装置，如图4所示，所述第一管箱2与浮动盘管A端相连通;第二管箱8与浮动盘管D端相连通。
[0076]作为优选，如图1所示，第一管箱2顶部安装有控制系统3，所述控制系统包括温度控制装置与电源接口，电源接口与内置电加热器10相连，温度控制装置用来实时监测导热油的温度，并设有温度采集连接出口连接外部的温度采集装置，根据设定程序自动调节加热器功率。
[0077]所述第二管箱8上部连接漏油保护装置(参见图2)，与电源相连，由液位进行制动自动控制。
[0078]所述第一管箱2与第二管箱8之间设有连通管7联通，所述连通管7与注油管6相连，导热油由注油管6顶部注入装置内，注油结束后，顶部采用螺拴密封并旋紧，顶部设有排气阀5 0
[0079]作为优选，如图4所示，浮动盘管I的内侧管束的第一端与第一管箱2连接，第二端与相邻的外侧管束一端连接，浮动盘管I的最外侧管束的一端与第二管箱8连接，相邻的管束的端部连通，从而形成一个串联的结构。
[0080]第一端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角c为40一50 度。
[0081]第二端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角b为25一35 度。
[0082]通过上述优选的夹角的设计，使得自由端的振动达到最佳，从而使得加热效率达到最优。
[0083]如图4所示，浮动盘管的管束为4个，管束A、B、C、D联通。当然，不局限于四个，可以根据需要设置多个，具体连接结构与图4相同。
[0084]所述浮动盘管I为多个，多个浮动盘管I分别独立连接第一管箱2和第二管箱8，即多个浮动盘管I为并联结构。
[0085]电加热器启动时，电加热管开始对第一管箱2中的导热油进行加热，导热油受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管自由端B、C、B’、C’产生振动;管壁周围的沥青受热达到软化温度后开始软化具有一定流动性，管束自由端B、C、B’、C’在振动的过程中将该振动传递至周围沥青流体，沥青流动后对罐内沥青产生扰动，在罐内沥青逐步形成自然对流进而逐渐软化变成流体，周围固态沥青会不断形成塌陷、脱落，脱落的沥青块继续被加热，以达到均匀加热沥青的目的。
[0086]本发明的另一个目的是提供一种流体泄漏保护装置。如图2所示为流体泄漏保护装置，当流体泄漏事故发生时可自动切断电源，停止电加热器工作，实现自动保护功能。下面结合前面的实施例详细描述具有体泄漏保护装置。
[0087]—种沥青车载换热装置，包括换热装置，所述换热装置包括第一管箱2、第二管箱8和加热管，加热管与第一管箱2和第二管箱8相连通，电加热管10设置在第一管箱2内，第二管箱8的一端连接流体泄漏保护装置(参见图2)，当换热装置发生流体泄漏的时候自动切断电源，停止电加热管工作，实现自动保护功能。
[0088]所述流体泄漏保护装置包括管段、弹簧、活塞18、金属片14、滑销系统22和电源控制机构23，活塞18置于管段中，活塞18底部为加热流体，活塞18上部为弹簧，管段内置金属片14，金属片14连接弹簧，金属片14连有滑销系统22，管段设有槽孔24，滑销可沿槽孔24上下移动；
[0089]达到受力平衡位置时，金属片14通过滑销系统22与外部电源控制机构23相连，接通电源，电加热管10启动；当流体泄露工况时，活塞下行，原力平衡状态改变，弹簧被拉伸，金属片下行，滑销22与电源系统断开，设定动作断电，电加热管10停止工作，自动形成流体泄漏断电保护。
[0090]作为优选，所述管段包括第一管段12和第二管段17，第一管段12位于第二管段17的上部，弹簧从第一管段12延伸到第二管段17，所述金属片14设置在第一管段12中。
[0091]通过设置两个管段，可以便于维护，同时便于部件损坏的替换。
[0092]作为优选，所述弹簧包括第一弹簧13和第二弹簧15，所述金属片14设置在第一弹簧13和第二弹簧15之间并连接第一弹簧13和第二弹簧15。
[0093]通过设置两段弹簧并将金属片14设置在两段弹簧之间，可以使得一段弹簧发生弹性下降后，保持整个流体泄漏保护装置的正常运行，延长使用寿命。
[0094]作为优选，活塞18置于第二管段17中，作为优选，采用密封橡圈19密封。
[0095]作为优选，管段顶部采用螺栓11密封，安装时，旋紧螺栓11，弹簧处于压缩状态将力传递至内置金属片14，活塞11下行至导热油液面，使其达到受力平衡。
[0096]作为优选，所述第一弹簧13的弹性系数大于第二弹簧15，作为优选，第一弹簧13的弹性系数是第二弹簧15的1.3-1.5倍。
[0097]作为优选，达到受力平衡位置时，第一弹簧的长度是第二弹簧长度的0.8-0.9倍。
[0098]通过实验发现，通过上述的弹簧的设置，可以使得流体泄漏保护装置的精确度提高10%左右。
[0099]下面以加热流体是油来对图2进行详细说明。
[0100]所述漏油保护装置由第一管段12、第二管段17、第一弹簧13、第二弹簧15、第一法兰16、第二法兰21、活塞18、螺栓11、金属片14及滑销系统22、电源控制结构23组成。保护装置与第二管箱8通过第二法兰21相连，活塞18置于第二管段17中，采用密封橡圈19密封，活塞18底部为加热流体，优选导热油，活塞18上部为第二弹簧15。第一管段12与第二管段17通过第一法兰16相连，第一管段12顶部采用螺栓11密封，第一管段12内置金属片14，金属片14上部为第一弹簧13，下部为第二弹簧15。安装时，旋紧螺栓11，第一弹簧13处于压缩状态将力传递至内置金属片14，进而使第二弹簧15压缩，活塞18下行至导热油液面，使其达到受力平衡。第一弹簧13第二弹簧15处于压紧状态。内置金属片14连有滑销系统22，二者优选为螺纹连接，第一管段12设有槽孔，滑销22可上下移动。达到受力平衡位置时，金属片14通过滑销系统与外部电源控制机构23相连，接通电源，电加热器启动。当导热油泄露工况时，活塞18下行，原力平衡状态改变，第二弹簧15被拉伸，金属片14下行，滑销与电源系统断开，设定动作断电，电加热器停止工作，自动形成漏油断电保护。
[0101]本发明的第三个目的是提供一种只能温度控制的换热装置，下面结合前面的实施例详细描述具有体泄漏保护装置。
[0102]—种沥青车载换热装置，所述换热装置包括第一管箱2、第二管箱8和加热管，加热管与第一管箱2和第二管箱8相连通，电加热管10设置在第一管箱2内，所述换热装置还包括控制系统，所述控制系统包括温度控制装置、温度传感器与电源接口，所述温度传感器用于测量加热流体的温度，电源接口与电加热管10相连，温度控制装置根据检测的加热流体的温度自动调节电加热管1的功率。
[0103]作为优选于，所述温度传感器测量第一管箱2内加热流体的温度。
[0104]作为优选，当测量的加热流体的温度低于第一温度时，电加热管启动加热，并以第一功率进行加热；当测量的加热流体的温度低于比第一温度低的第二温度时，电加热管以高于第一功率的第二功率进行加热；当测量的加热流体的温度低于比第二温度低的第三温度时，电加热管以高于第二功率的第三功率进行加热；当测量的加热流体的温度低于比第三温度低的第四温度时，电加热管以高于第三功率的第四功率进行加热；当测量的加热流体的温度低于比第四温度低的第五温度时，电加热管以高于第四功率的第五功率进行加热。
[0105]作为优选，所述温度传感器测量第二管箱8内加热流体的温度。
[0106]作为优选，所述温度传感器测量第一管箱2和第二管箱8内加热流体的温度，并根据测量的温度的平均值来自动控制电加热管的功率。这样可以提高检测的准确性。
[0107]作为优选，温度传感器为多个，分布在换热装置的不同位置，通过测量不同位置的温度平均值来进行控制。
[0108]作为优选，电加热管10为多根，以第一管箱为圆心沿径向以层状方式排列。
[0109]作为优选，距离圆心的距离越远，电加热管10的功率越大。通过试验发现，通过上述设置可以提高1 %左右的换热效率，而且使得沥青加热的更加均匀。
[0110]作为优选，距离圆心的距离越远，电加热管10的功率增加的幅度越大。通过试验发现，通过上述设置可以提高5%左右的换热效率。
[0111]对于没有描述的内容，与前面的实施例相同。
[0112]上面所述的滑销系统和电源控制机构均采用现有的结构，在这里不进行赘述了。
[0113]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1.一种沥青车载换热装置，包括换热装置，其特征在于，所述换热装置包括第一管箱、第二管箱和浮动盘管，所述的浮动盘管分别与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，在所述的第一管箱内设置电加热管;所述的浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端。2.如权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述的浮动盘管的管束是弹性管束。3.如权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述的电加热管沿径向以层状方式排列。4.如权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述同心圆是以第一管箱的中心为圆心的圆。5.如权利要求4所述的换热装置，其特征在于，所述第一管箱的管径大于第二管箱的管径。6.如权利要求5所述的换热装置，其特征在于，所述的第一管箱的内径为Rl，第二管箱的内径为R2，则 1.5<R1/R2<2.5。7.如权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述加热流体为导热油。8.如权利要求4所述的换热装置，其特征在于，随着距离第一管箱的中心越远，相邻管束之间的距离越来越大。9.如权利要求8所述的换热装置，其特征在于，所述的第一管箱的内径为Rl，第二管箱的内径为R2，相邻管束的中心线所在的圆弧的半径分别是rl，r2，其中rl>r2;距离第一管箱中心线最近的圆弧的半径为r，满足如下关系: (r2-r)/(rl-r) = (Rl/R2)a;其中a是系数，满足如下条件:1.5〈Rl/R2〈 = 1.8，-1.50〈 = a〈 = -1.32;1.8〈Rl/R2〈 = 2.2，-1.32〈a〈 = -1.18; 2.2〈Rl/R2〈 = 2.5，-1.18〈a〈 = -0.95。10.如权利要求9所述的换热装置，其特征在于，随着R1/R2的增加，a的数值不断的增加。
【文档编号】E01C19/08GK106049231SQ201610552976
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】程林, 崔峥
【申请人】山东大学