专利名称：流体电加热模块式组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热气体或液体等流体介质的管式电加热组件，特别涉及一种流 体电加热模块式组件。
背景技术：
现有管式电加热元件的结构特点是由金属外套管作外壳，壳内装入高电阻电热 合金丝或棒作发热体，被加热介质不与发热体直接接触，金属外套管作为热量的接受器和 被加热介质的传热界面。其形式有如下两种一种是在电热丝或棒周围填充并压实绝缘填 料，热流通过导热方式从发热体经绝缘填料传递到金属外套管，再通过对流等方式将热量 传递给套管外的被加热介质，这种结构的管式电加热元件一般适用于较低温度下的加热； 另一种是在金属外套管与发热体之间轴向均勻布置绝缘隔板，绝缘隔板也起到发热体的定 位功能，热流通过辐射方式从发热体传递到金属外套管，再通过对流等方式将热流传递给 管外的被加热介质，这种结构的管式加热元件一般适用于较高温度下的加热，代表性产品 如瑞典Kanthal公司Tubothal加热元件。上述结构形式的管状电加热元件的优点是有效地避免了被加热介质对发热体的 侵蚀，如腐蚀、烧蚀等，特别是当被加热介质具有腐蚀性时。但其具有突出的缺点(1)由于 发热体和被加热介质不直接接触，增加了额外热阻，发热体的热流密度受到了限制；(2)加 热元件在被加热介质中的布置方式对介质温度分布有很大影响，易于出现温度不均勻、造 成部分加热元件过热甚至烧毁等；(3)加热元件构成独立的电热单元，不构成完整的换热 单元，易于出现电热和被加热介质的流动和携热的不匹配。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是实现加热和被加热介质的流动及携热能力的匹配； 提高发热体的热流密度和热效率；使介质温度分布均勻，提高整个系统的安全性；减小系 统的重量和体积。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种流体电加热模块式组件，其特征在于，包 括异型构件，用作所述模块式组件的基座，以固定安装其它部件；发热管，其端口焊接在所述异型构件上，用于加热流入其中的流体；电极，从所述异型构件中引出，用于连接外部电源；金属外套管，设置在所述发热管外部，用于热屏蔽和电磁屏蔽；所述异型构件和金属外套管之间设有绝缘套，用于隔离所述异型构件和金属外套 管；所述发热管和金属外套管之间设有绝缘隔离板，用于隔离所述发热管和金属外套管，以及固定所述发热管。其中，所述发热管为直管式、U型管式、或螺旋管式。其中，所述发热管为双端引出型或单端引出型，立式或卧式布置在流体流动方向 上。其中，所述异型构件有两个，所述发热管的两端分别焊接在所述两个异型构件上。其中，所述发热管为双端引出型，所述两个异型构件固定于所述模块式组件两端， 所述发热管的两端分别焊接在所述两个异型构件上。其中，所述发热管为单端引出型，所述两个异型构件固定于所述模块式组件同一 端，所述发热管的两端分别焊接在所述两个异型构件上。其中，所述发热管为单端引出型，所述两个异型构件之间设有绝缘隔 板，用于将所 述两个异型构件隔离开。(三)有益效果与现有技术相比，上述技术方案具有如下优点(1)管状发热体具有换热面体大、传热快的特点，所以发热体的热流密度大幅提 高，且热效率高，整个系统的重量轻、体积小；(2)发热管和被加热介质直接接触，使系统热阻小，热效率高；(3)被加热介质温度分布均勻，能有效避免组件间和组件内发热体部分过热；(4)组件内加热元件的并联连接和金属外套管的电磁屏蔽有效地避免了管间短路 和系统漏电。
图1是本发明直管式流体电加热模块式组件的结构示意图；图2是本发明螺旋管式流体电加热模块式组件的结构示意图；图3是本发明U型管式流体电加热模块式组件的结构示意图。其中，1 模块式组件；2 发热管；3 异型构件；4 电极；5 金属外套管；6 绝缘 套；7 绝缘隔离板；8 绝缘隔板。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图1为直管式流体电加热模块式组件的结构示意图，图2为螺旋管式流体电加热 模块式组件的结构示意图。它们为双端引出型结构，立式或卧式布置在流体流动方向(X) 上。在引电上，发热管2的两端分别焊接在两个异型构件3上，电极4从异型构件3中引出。 在流体组织上，流体从固定于组件一端的异型构件3进入发热管2，在发热管2内流动并吸 收电热流而升温，从固定于组件另一端的异型构件3流出。在组件两端，金属外套管5通过 绝缘套6与异型构件3隔离；在组件中间段，绝缘隔离板7沿轴向(对于直管式组件)或周 向(对于螺旋管式组件)均勻分布，一方面隔离金属外套管5与发热管2，另一方面定位发 热管2。图3为U型管式流体电加热模块式组件结构示意图。其为单端引出型，立式或卧式布置在流体流动方向(X)上，两个异型构件3固定于组件同一端，二者通过绝缘隔板8隔 离，发热管2的两端分别焊接在两个异型构件3上。在流体流动组织上，流体从进口异型构 件3进入发热管2，在发热管2内流动并吸收电热流而升温，从同侧的出口异型构件3流出。 两个异型构件3通过绝缘隔板8彼此隔离，并通过绝缘套6与金属外套管5隔离，在组件的 中间段，其电绝缘隔离措施与以上直管式组件相同。
由以上实施例可以看出，本发明流体-电加热模块式组件可归类于管状电加热元 件，但其结构、功能等与现有的管状电加热元件有所不同。它由金属套管、管状发热体(又 称为发热管)、绝缘构架和引电电极等组成。根据使用温度要求，管状发热材料可以选择 铬镍合金、铁铬铝或铁铬镍等高温合金，其几何形状可以为直管、螺旋管或U型管。布置方 式可以为立式或卧式。与现有管状电加热元件的区别为，其一该加热组件发热体为管状，而 不是丝或棒材，其二被加热介质与加热组件的换热面为发热管壁面，而非金属套管外壁面。 加热组件与被加热流体的换热流程为被加热介质从组件流体进口进入发热管内，与发热 管壁面直接接触，吸收管壁热流而被加热，从流体出口排出。该加热组件不仅仅是一个电热 体，而是集电热、流动、传热耦合于一体，这是将该发明主体称为“加热组件”而非“加热元 件”的原因。流体进出口与引电电极集成于两个异型构件上，发热管两端分别焊接其上。根 据发热管的几何形状，两个异性结构布置于组件的一端或两端。与管状电热元件相比，该流 体_电加热模块式组件具有如下特点1、该流体-电加热模块式组件集电热、流动、传热于一体，构成完整的换热单元， 从本质上，解决了电热和被加热介质的流动及携热能力的匹配问题。2、该流体_电加热模块式组件金属外套管和发热体的作用和功效都不同于现有 管状电加热元件。具体表现为(1)发热管不仅是电热源，而且其内壁面也是被加热介质的传热界面。被加热介 质在发热管内流动，通过对流吸收管壁电热流。金属外套管不再是电热的接收器以及被加 热介质的传热界面，而是起到热屏蔽、电磁屏蔽的功能。其优点表现为，第一，系统热阻低， 由于没有绝热填料的导热热阻和从发热体到金属外套管的辐射热阻，整个系统热阻大大降 低；第二，与丝状、棒状发热体相比，管状发热体具有换热面体大、传热快的特点，所以发热 体的热流密度大幅提高，且热效率高，整个系统的重量轻、体积小；(2)被加热介质在发热管内流动，介质在组件间和同一组件内的发热管束内的流 量分布均勻度远远高于管状电加热元件的流量分布，且易于控制。与管状电加热元件相比， 其具有介质温度分布均勻，由此避免了加热组件间和组件内发热体的部分过热甚至烧毁， 整个系统的安全性得到了很大提高；(3)组件内发热管并联布置，避免了发热管间的短路。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种流体电加热模块式组件，其特征在于，包括异型构件(3)，用作所述模块式组件的基座，以固定安装其它部件；发热管(2)，其端口焊接在所述异型构件(3)上，用于加热流入其中的流体；电极(4)，从所述异型构件(3)中引出，用于连接外部电源；金属外套管(5)，设置在所述发热管(2)外部，用于热屏蔽和电磁屏蔽；所述异型构件(3)和金属外套管(5)之间设有绝缘套(6)，用于隔离所述异型构件(3)和金属外套管(5)；所述发热管(2)和金属外套管(5)之间设有绝缘隔离板(7)，用于隔离所述发热管(2)和金属外套管(5)，以及固定所述发热管(2)。
2.如权利要求1所述的流体电加热模块式组件，其特征在于，所述发热管(2)为直管 式、U型管式、或螺旋管式。
3.如权利要求2所述的流体电加热模块式组件，其特征在于，所述发热管(2)为双端引 出型或单端引出型，立式或卧式布置在流体流动方向上。
4.如权利要求3所述的流体电加热模块式组件，其特征在于，所述异型构件(3)有两 个，所述发热管(2)的两端分别焊接在所述两个异型构件(3)上。
5.如权利要求4所述的流体电加热模块式组件，其特征在于，所述发热管(2)为双端引 出型，所述两个异型构件(3)固定于所述模块式组件两端，所述发热管(2)的两端分别焊接 在所述两个异型构件(3)上。
6.如权利要求4所述的流体电加热模块式组件，其特征在于，所述发热管(2)为单端引 出型，所述两个异型构件(3)固定于所述模块式组件同一端，所述发热管(2)的两端分别焊 接在所述两个异型构件(3)上。
7.如权利要求6所述的流体电加热模块式组件，其特征在于，所述发热管(2)为单端 引出型，所述两个异型构件(3)之间设有绝缘隔板(8)，用于将所述两个异型构件(3)隔离 开。
全文摘要
本发明公开了一种流体电加热模块式组件，包括异型构件，用作所述模块式组件的基座，以固定安装其他部件；发热管，其端口焊接在所述异型构件上，用于加热流入其中的流体；电极，从所述异型构件中引出，用于连接外部电源；金属外套管，设置在所述发热管外部，用于热屏蔽和电磁屏蔽；所述异型构件和金属外套管之间设有绝缘套，用于隔离所述异型构件和金属外套管；所述发热管和金属外套管之间设有绝缘隔离板，用于隔离所述发热管和金属外套管，以及固定所述发热管。本发明电加热组件具有系统热阻低、发热体面体大、热流密度高、热效率高、被加热介质温度分布均匀、以及防止组件间和组件内发热体的部分过热甚至烧毁等内在特点。
文档编号F24H1/10GK101832643SQ20101018210
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者吴宗鑫, 张作义, 朱宏晔, 杨巾农, 杨明德, 段日强, 薄涵亮 申请人:清华大学