专利名称：高温高压纯净空气加热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气加热系统，特别涉及一种高温高压纯净空气加热系统，适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，可以提供大流量的高温高压纯净空气。
背景技术：
空气的加热方式有很多种，现在有很多空气的加热方式，而如果需要既高温又高压的空气，则可选的加热方式不太多，现在常用的有电弧加热、燃烧加热、蓄热加热以及激波加热等方式。当需要纯净的高温高压空气时，则对加热方式要求更多。电弧加热器使用高压直流电弧直接对气体进行加热，可以将气流加热到3000k 10000k，但是电弧功率、气流的非均匀性、NO和铜的污染使得该类加热器加热的空气不太纯净。激波加热方式最高温度可达6000k以上，但工作时间极短，通常在微秒到毫秒级，这对其应用范围有很大的限制，同时高温导致部分气体的离解产生O、NOX等污染物。燃烧加热时通过在空气中通入氢气或者乙醇等燃料，点燃后补入氧气以模拟空气，此类加热气用燃气添加氧气的方式，合成的空气中至少含有水分子，如果使用烃类燃料则有碳氧化物等杂质，以及反应过程中的一些反应基。蓄热式加热器的原理是当热流体(燃气)通过时，将热量传给蓄热体，使其温度提高，进行蓄热；随后切断热流体通以冷流体(空气)，蓄热体释热，将热量传给冷流体，使冷流体温度提高。一般将蓄热器成对使用，交互工作。蓄热材料对其性能优很大的影响，此前使用氧化铝做为蓄热材料的蓄热式加热，只最高将空气加热到2000K，而目前国际上氧化钇稳定氧化锆的出现，则可以将空气加热到2500K以上。目前出现的高温高压蓄热式加热，其对空气的加压方式是将常压空气鼓入蓄热器内，将蓄热器当做一个充气罐，直至将其加压到指定压力。此种蓄热器对安装空间要求很大，且对蓄热器的材料要求很高。综上所述，对于高温高压的纯净空气加热，很多加热方式都会产生污染杂质，使空气不纯净，蓄热式加热是可选的较少方案之一；另外对于高压空气的加热，牵涉到高压问题，其安全问题务必要考虑解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新式的高温高压纯净空气加热系统，该系统单个蓄热器工作，燃气和冷气均从同一个方向流动，节省空间，并可以加长高压空气的被加温时间。本发明解决其技术问题所采用的技术方案一种高温高压纯净空气加热系统,采用蓄热式加热方式，主要由蓄热器、四通、高压空气系统、常压空气系统以及液化石油气系统构成；蓄热器水平放置，从里到外依次由陶瓷蜂窝体、耐火泥浇注料、绝热层、保温层、钢筒组成；四通右端通过螺栓连接在蓄热器前端，高压空气系统位于四通的下端，包括依次通过管路连接的高压气源截止阀、高压调节阀和杠杆截止阀，杠杆截止阀通过管道连接到四通的下端；常压空气系统由风机供气，位于四通的上端，包括通过管道依次连接的常压调节阀、空气滤、常压空气前球阀、常压路安全阀以及常压空气后球阀，常压空气后球阀通过管道与四通的上端连接；液化石油气系统位于四通的左端，包括通过管道依次连接的液化石油气前球阀、液化石油气路安全阀以及液化石油气后球阀，液化石油气后球阀通过管道与四通的左端连接；关闭高压空气系统的杠杆截止阀，风机供气，开启常压空气前球阀和常压空气后球阀，常压空气进入蓄热器；接着打开液化石油气前球阀和液化石油气后球阀，液化石油气进入蓄热器；常压空气和液化石油气在蓄热器的前端经点燃后通过蓄热器，燃气预热陶瓷蜂窝体，当燃气在蓄热器的出口达到指定温度后，关闭常压空气后球阀和液化石油气后球阀，打开杠杆截止阀，高压空气进入蓄热器，陶瓷蜂窝体将热量传递给高压空气，高压空气排出时即达到指定的温度；本发明适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，可以提供大流量的高温高压纯净空气。所述蓄热器的长度范围6 10米，直径范围为f 3米，高温燃气和高压空气都是从左到右通过蓄热器，高压空气通过蓄热器后的加温能力范围为700ΙΓ1700Κ。
所述高压空气系统承压达到lOMPa，通过高压空气流量范围为f4kg/s，压力范围为I 4MPa。所述常压空气系统通过空气流量范围为O. 3 lkg/s，常压空气前球阀和常压空气后球阀承压lOMPa，主要防止高压空气通过四通进入常压空气系统，常压路安全阀在常压空气后球阀泄漏时工作，开启压力IMPa。所述液化石油气系统通过液化气流量范围为25飞0m3/h，液化石油气前球阀和液化石油气后球阀承压lOMPa，主要防止高压空气通过四通进入进入液化石油气系统，液化石油气路安全阀在液化石油气后球阀泄漏时工作。所述陶瓷蜂窝体的内孔为六边形,蜂窝体孔边长范围为2 3mm,蜂窝体孔厚度范围为 O. 5 L Smnin本发明的工作原理先关闭高压空气系统，打开常压空气系统，常压空气先进入蓄热器内。接着打开液化石油气系统，液化石油气进入蓄热器内。点火后，高温燃气通过蓄热器排出，通过调节两者的流量，使燃气的温度在蓄热器进口的温度稍高于需要的高温高压空气的指定温度。在燃气从蓄热器前端到后端流动的过程中，其将热量传递给陶瓷蜂窝体，将陶瓷蜂窝体加热，当燃气从蓄热器后端排出时的温度达到高温高压空气的指定温度时，停止加热。关闭常压空气系统和液化石油气系统，打开高压空气系统，将指定高压的空气通入蓄热器内，当高压空气也仍然是从蓄热器前端到后端流动的过程中，陶瓷蜂窝体将加热传递给高压空气，当高压空气排出蓄热器时，其温度达到指定温度，误差在IOK范围内。本发明与现有技术相比具有的优点如下(I)本发明的蓄热式加热，采用单台蓄热器，燃气和冷气均从蓄热器前端流动到后端，蓄热器内陶瓷蜂窝体从前端到后端温度分布接近均匀，将高压空气加热到指定温度的工作时间较长；(2)本发明的高温高压纯净空气加热系统，空气是以高压进入蓄热器，等流量下，流速低，换热效率高；(3)本发明的高温高压纯净空气加热系统需要空间小。
图1为本发明的系统结构示意图；图2为本发明的蓄热器结构示意图；图3为本发明的陶瓷蜂窝体结构示意图；图中1蓄热器，2四通，3高压空气系统，4常压空气系统，5液化石油气系统，6高压气源截止阀，7高压调节阀，8杠杆截止阀，9常压调节阀，10空气滤，11常压空气前球阀，12常压路安全阀，13常压空气后球阀，14液化石油气前球阀，15液化石油气路安全阀，16液化石油气后球阀，17陶瓷蜂窝体，18耐火泥浇注料，19绝热层，20保温层，21钢筒 ，22蜂窝体孔边长，23蜂窝体孔厚度。
具体实施例方式如图1所示，本发明实施例采用蓄热式加热方式，主要由蓄热器1、四通2、高压空气系统3、常压空气系统4以及液化石油气系统5构成。蓄热器I水平放置。四通2的右端通过螺栓连接在蓄热器I前端，高压空气系统3包括高压气源截止阀6、高压调节阀7和杠杆截止阀8，通过管道连接到四通2的下端。常压空气系统4由风机供气，包括常压调节阀9、空气滤10、常压空气前球阀11、常压路安全阀12以及常压空气后球阀13，通过管道连接到四通2的上端。液化石油气系统5包括液化石油气前球阀14、液化石油气路安全阀15以及液化石油气后球阀16，通过管道连接到四通2的左端。关闭某个系统即关闭其包括的所有阀门，关闭高压空气系统3的杠杆截止阀8，这样低压空气和液化石油气就不会进入高压空气系统3内。风机供气，开启常压空气前球阀11和常压空气后球阀13，常压空气进入蓄热器1，通过常压调节阀9来调节常压空气流量。接着打开液化石油气前球阀14和液化石油气后球阀16，液化石油气进入蓄热器1，液化石油气的流量调节由液化气罐出口的减压阀调节。常压空气和液化石油气在蓄热器I的前端经点燃后通过蓄热器I，通过常压空气和液化石油气流量的调节，使燃气的温度比需要的高温高压空气的指定温度高5(Γ100摄氏度。燃气从蓄热器I的前端到后端的流动过程中，预热陶瓷蜂窝体17，燃气通过蓄热器后温度的变化是从低到高。当燃气在蓄热器I的出口达到指定温度后，关闭常压空气后球阀13和液化石油气后球阀16,关闭常压空气系统4和液化石油气系统5。打开杠杆截止阀8,由于已经关闭了另外两个系统，高压不会顶入另外两个系统而发生故障。高压空气进入蓄热器1，其仍然是从蓄热器I前端向后端的流动过程中，陶瓷蜂窝体17将热量传递给高压空气，高压空气排出时即达到指定的温度。本发明适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，可以提供大流量的高温高压纯净空气。如图2所示，蓄热器I从里到外依次由陶瓷蜂窝体17、耐火泥浇注料18、绝热层19、保温层20、钢筒21组成。陶瓷蜂窝体17是关键部件，其材料为氧化铝，起到吸收燃气热量并释放给冷气的功能。耐火泥浇注料18起到支撑陶瓷蜂窝体17的作用。而绝热层19和保温层20则防止里面的高温热量传递到外面，提高蓄热器效率。钢筒21提到抗压的作用，另外由于高温下钢筒抗压能力会变弱，所以绝热层19和保温层20的作用更加突出。如图3所示陶瓷蜂窝体17的蜂窝孔为六边形，其孔变长和孔之间的厚度对其吸热热量和释放热量有着重要的影响作用。本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.高温高压纯净空气加热系统，其特征在于采用蓄热式加热方式，包括蓄热器(I)、四通(2)、高压空气系统(3)、常压空气系统(4)及液化石油气系统(5);蓄热器(I)水平放置，从里到外依次由陶瓷蜂窝体(17)、耐火泥浇注料(18)、绝热层(19)、保温层(20)、钢筒(21)组成；四通(2)右端通过螺栓连接在蓄热器(I)前端；高压空气系统(3)位于四通(2)的下端，包括通过管道依次连接的高压气源截止阀(6)、高压调节阀(7)和杠杆截止阀(8)，所述杠杆截止阀(8)通过管道与四通(2)的下端连接；常压空气系统(4)位于四通(2)的上端，由风机供气，包括通过管道依次连接的常压调节阀(9)、空气滤(10)、常压空气前球阀(11)、常压路安全阀(12)及常压空气后球阀(13)，常压空气后球阀(13)通过管道与四通(2)的上端连接；液化石油气系统(5)位于四通(2)的左端，包括通过管道依次连接的液化石油气前球阀(14)、液化石油气路安全阀(15)及液化石油气后球阀(16)，液化石油气后球阀(16)通过管道与四通(2)的左端连接；关闭高压空气系统(3)的杠杆截止阀(8)，风机供气，开启常压空气前球阀(11)和常压空气后球阀(13)，常压空气进入蓄热器(I);接着打开液化石油气前球阀(14)和液化石油气后球阀(16)，液化石油气进入蓄热器(I);常压空气和液化石油气在蓄热器(I)的前端经点燃后通过蓄热器(I )，燃气预热陶瓷蜂窝体(17)，当燃气在蓄热器(I)的出口达到指定温度后，关闭常压空气后球阀(13)和液化石油气后球阀(16)，打开杠杆截止阀(8)，高压空气进入蓄热器(I )，陶瓷蜂窝体(17)将热量传递给高压空气，高压空气排出时即达到指定的温度。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压纯净空气加热系统，其特征在于所述蓄热器(I)的长度范围为6 10米，直径范围为f 3米，高温燃气和高压空气都是从左到右通过蓄热器(1)，高压空气通过蓄热器(I)后的加温能力范围为700IT1700K。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压纯净空气加热系统，其特征在于所述高压空气系统(3)承压达到lOMPa，通过高压空气流量范围为l 4kg/s，压力范围为l 4MPa。
4.根据权利要求1所述的一种高温高压纯净空气加热系统，其特征在于所述常压空气系统(4)通过空气流量范围为0. 3 lkg/s，常压空气前球阀(11)和常压空气后球阀(13)承压lOMPa，防止高压空气通过四通(2)进入常压空气系统(4)，常压路安全阀(12)在常压空气后球阀(13)泄漏时工作，开启压力IMPa。
5.根据权利要求1所述的一种高温高压纯净空气加热系统，其特征在于所述液化石油气系统(5)通过液化气流量范围为25飞0m3/h，液化石油气前球阀(14)和液化石油气后球阀(16)承压lOMPa，防止高压空气通过四通(2)进入液化石油气系统(5)，液化石油气路安全阀(15)在液化石油气后球阀(16)泄漏时工作。
6.根据权利要求1所述的一种高温高压纯净空气加热系统，其特征在于所述陶瓷蜂窝体(17)的内孔为六边形,蜂窝体孔边长(22)范围为2 3mm,蜂窝体孔厚度(23)范围为·0. 5 L 5mm。
全文摘要
高温高压纯净空气加热系统，由蓄热器、四通、高压空气系统、常压空气系统以及液化石油气系统构成；蓄热器从里到外依次由陶瓷蜂窝体、耐火泥浇注料、绝热层、保温层、钢筒组成；四通右端连接在蓄热器前端，高压空气系统包括高压气源截止阀、高压调节阀和杠杆截止阀，通过管道连接到四通的下端；常压空气系统由风机供气，包括常压调节阀、空气滤、常压空气前球阀、常压路安全阀以及常压空气后球阀，通过管道连接到四通的上端；液化石油气系统包括液化石油气前球阀、液化石油气路安全阀以及液化石油气后球阀，通过管道连接到四通的左端；本发明适用于地面需要高温高压纯净空气的试验设备，可以提供大流量的高温高压纯净空气。
文档编号F24H9/20GK102997411SQ201210530230
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者林宇震, 王建臣, 张弛, 刘伟, 徐向阳, 贺杰 申请人:北京航空航天大学