专利名称：一种用于加热气体的电加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于加热气体的电加热装置，尤其涉及安装在带用压力的输气管路上的电热装置。
背景技术：
现有技术中用于气体尤其是用于空气加热的电加热装置主要包括壳体、保温层和加热件。保温层和加热件都固定在壳体内部，在保温层内部设有一个直径较大的通孔，加热件位于通孔内。该加热件以弯折形式或者电阻丝螺旋形式结构集聚通孔内，因此在通孔内的加热件长度远大于通孔高度或者通孔周长。壳体上设有进气口和出气口，进气口与出气口之间气体流动通道经过通孔，如此进气口进入的空气会流经加热件所在位置，然后再从出气口输出。例如2010年9月15公布的公开号为CN101832642A的中国专利，公开了一种气体电加热器。专利文献中公开了该气体电加热器包括承压壳体；进口空腔，置于所述承压壳体内的一端，与所述承压壳体上的进口管嘴相连；出口空腔，置于所述承压壳体内的另一端，与所述承压壳体上的出口管嘴相连；发热体，连接于所述进口空腔与所述出口空腔之间，用于加热从所述进口管嘴进入所述进口空腔并穿过发热体的气体；引电区，位于所述承压壳体内进口空腔一侧；电气贯穿件，从所述引电区引出，一端与所述发热体相连，一端连接外部电源。该专利技术中描述的气体电加热器使用时气体从进口管嘴进，流经进口空腔、发热体、出口空腔，最后从出口管嘴流出，由此，气体流动通道就分布在上述区域内。气体流动通道为直通式结构，气体流动路径长度稍大于气体电加热器的长度；气体电加热器长度受管路限制，只能达到有限长度，所以该结构的气体流动路径短，相应的加热气体的时间就短，尤其是在气体高速运动的状况下加热时间就更短，这降低了热交换效率。发热体上用于通过气体的通道孔径较大，气体形成气流通过发热体时只有气流外侧得到热交换，而气流中心位置的温度在极短时间内改变较少，使得气体受热不均匀。该气体电加热器存在热交换效率低、加热不均匀、加热所得气体温度波动幅度大的缺陷。现有技术在2008年4月30日公开了公开号为CN101170845A的中国专利，在该专利中公开了一种气体电加热器，它包括加热腔，由外套筒、内套筒和密封端盖，外套筒固定于密封端盖上，外套筒和密封端盖，外套筒固定于密封端盖上，外套筒和内套筒将加热腔分隔成外加热腔和内加热腔；该内套筒内设置有固定于密封端盖上的电加热元件；外套筒设有进气口，内套筒设置出气口，有两个以上固定于内套筒内壁的折流板，该折流板相对间隔排列。在该技术方案中内套筒、外套筒之间设置了弯折的气体流动通道，气体流动路径在折流板的导向作用下进一步弯折状分布，由此延长气体流动通道长度。采用弯折的气体流动路径设计的技术方案，除上述专利外，在2009年8月12日公开的公开号为CN101504114A的中国专利中公开了一种高压可拆换型电加热器组件，该高压可拆换型电加热器组件的筒体内部设有电热管，电热管上设有错位排列的导流板。气体进入该高压可拆换型电加热器组件内部时，气体首先经过进气口，流经电热管所在腔室，并在导流板的作用下弯折流动，最后从出气口流出。上述两种技术方案都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，另外气体流动通道的横截面面积大且呈类似矩形、圆形或者椭圆形等结构以及基于这些结构的变形结构，该变形指拉伸、缩小等情况但这只是局部，并不影响该横截面较为集中的结构特征。气体运动过程中形成气流；气流在气体流动通道内运动，气流外侧到中心位置的距离很长，其外侧与加热体接触，气流中间位置很难与加热体接触，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，故热交换效率就会大大降低，使用缺陷就更为明显。因此，现有技术中的电加热装置只适用于气体流速缓慢的输气管路中。现有技术中的电加热装置除上述技术缺陷外，还包括热损耗大的缺点。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。由于需要将加热件放置在保温层内部，故通孔直径被设置成较大值，这样导致保温层的壁厚度小。单位时间内，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。
发明内容
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。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:该用于加热气体的电加热装置包括壳体、加热件和保温层，所述壳体呈直筒状，其上设有进气口和出气口，所述加热件和保温层固定在壳体内部，所述保温层呈圆柱状，所述保温层的侧面与壳体固定连接，所述保温层上围绕其中心线设有环状分布的气道，所述气道贯穿整个保温层，每个气道内都分布有加热件，所述加热件上设有翅片，所述翅片呈螺旋形，所述翅片与保温层之间设有间隙。翅片与保温层之间只留有用于安装的间隙，高速运动的气体很难通过，气体从气道内通过时最畅通的路径是在翅片之间的空间。翅片为螺旋形，它缠绕在加热件上，如此，位于翅片处的气体流动通道为缠绕式的螺旋形状。该结构的气体流动路径设计具有立体特征，由于翅片很薄，所占气道的体积比较少，因而翅片可最大程度的分隔气道，到达充分运用气道空间的目的。该结构的气体流动通道长度能够达到气道长度的七到八倍，从而大大增加了气体流动通道的长度。翅片的螺旋形结构与气道横截面对应，即在气道横截面呈圆形时该翅片的螺旋形状为圆形、或者气道横截面呈矩形时该翅片的螺旋形状为矩形、又或者气道横截面呈椭圆形时该翅片的螺旋形状为椭圆形。最终气道在翅片和加热件的共同作用下分隔形成螺旋形状的气体流动通道。使用螺旋形状的气体流动通道相比使用现有技术中的弯折的气体流动通道具有压力损耗小的优点。螺旋形的翅片存在相邻翅片之间间距小的技术特征，这就决定了气体流动通道的横截面属于扁平的形状，该气体流动通道内形成的气流的横截面为扁平状结构，因此，气流外侧到中心位置的距离非常近。翅片固定在加热件上，增加了加热件的散热面积。气体与翅片接触时，气流外侧受热后能够马上将热量传递到气流中心位置，如此可以实现在短时间内完成有效的热交换过程，使气流内外温度都一致。除了优化的气体流动通道能够提升热交换效率外，气体流动通道的长度增加也可以提升热交换效率，因为气体流动通道的长度增加使得气体与翅片接触的时间大大增加，热交换时间就增加。该发明通过将发热体分散设置在一个保温层上的多个气道内，在单位时间内单个发热体发出的热量稍大于在该发热体周围的保温层所能保持的热量，相比现有技术中加热件集中设置在一个保温环境内，在单位时间内集中布置的发热体发出的热量远大于保温层所能保持的热量，该技术方案可明显降低损耗，提高保温层的保温效果。作为本发明的优选，所述加热件弯曲呈U形，所述加热件设有笔直的工作部和弯曲的连接部，所述工作部和连接部连接，所述加热件的工作部分别安装在两个气道内，并且所述两个气道之间至少间隔一个气道。该结构的加热件弯曲弧度的半径大，可方便加热件的生产，有助于降低生产成本。U形结构的加热件另一个重要作用在于可以便于将加热件的电气接头位置统一设置在壳体的同一个部位，这样有助于加强壳体的抗压结构，使该电加热装置能够适用于高压气体的加热操作中。作为本发明的优选，所述保温层的一端设有支架，所述加热件的连接部固定在支架上，各个加热件的连接部隔开分布在支架上。加热件在支架的作用下相互之间分开，使各个加热件能够散热通畅。作为本发明的优选，所述工作部上设有翅片。工作部位于气道内，所以该翅片集中在气道内。这样的设计在节约成本的前提下实现必要的加热功能。作为本发明的优选，所述保温层上设有六个气道，所述保温层内安装有三个加热件。每个加热件的发热功率相同；保温层在每个气道处的厚度相同，任何一个气道外侧的保温层在单位时间内所能保持的 热量相同。三个加热件总的发热功率大于任意一个加热件的
发热功率，所以单--个加热件在单位时间内发出的热量要比三个加热件同时工作时在单
位时间内发出的热量要少得多。将三个呈U形的加热件放置在六个气道内，而每个加热件都可以收到足够壁厚度的保温层的保温作用，这样就能彻底提高保温层的保温性能。本发明的技术方案中气道数量可以是任意个数，根据实际使用需要来确定气道数量。作为本发明的优选，所述保温层上设有一个气道，所述加热件设有笔直的工作部，所述工作部位于气道内。因为只具备一条气体流动通道，所以该结构适用于气体流量较小的使用环境。作为本发明的优选，所述保温层上设有一个气道，所述加热件呈U形，所述加热件设有笔直的工作部和弯曲的连接部，所述工作部和连接部连接，所述工作部位于气道内，所述气道横截面呈“m”形。在该机构中，加热件的U形结构较为紧密，两个工作部上的翅片之间紧挨在一起；有气道的限制作用，使得翅片在气道内形成了两道并列且连通的气体流动通道。该结构同样适用于气体流量较小的使用环境。 作为本发明的优选，所述保温层上设有两个气道，所述加热件呈U形，所述加热件设有笔直的工作部和弯曲的连接部，所述工作部和连接部连接，所述工作部分别位于两个气道内。该结构同样适用于气体流量较小的使用环境。由于两个工作部分别位于两个气道内，因此连接部处在得到支撑作用时可以加固加热件的工作位置，作为本发明的优选，所述保温层的一端设有支架，所述加热件的连接部固定在支架上。作为本发明的优选，所述保温层上设有四个气道，所述保温层内安装有两个加热件。该机构中气体流动通道数量有四个，因此可以适用于气体流量中等的使用环境。本发明采用上述技术方案:用于加热气体的电加热装置具有缠绕式气体流动通道，该结构有利于增加气体流动通道的长度，改变通道结构，最终起到提高热交换效率、气体受热均匀的作用。用于加热气体的电加热装置具有优化的保温层结构以及分布结构合理的加热件，两者配合在一起后热量分散在保温层多个部位，避免因多个加热件集中散发热量导致的保温层保温效果差的情况，从而有效抑制通过壳体散发热量造成的损耗。该用于加热气体的电加热装置具有节能优点。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步具体说明。图1为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第一种实施例的结构示意图1 ;图2为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第一种实施例的结构示意图1I ；图3为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第一种实施例的壳体与保温层结合示意图1;图4为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第一种实施例的壳体与保温层结合示意图1I ；图5为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第二种实施例的结构示意图；图6为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第三种实施例的结构示意图；图7为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第三种实施例的壳体与保温层结合示意图；图8为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第四种实施例的结构示意图；图9为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第五种实施例的保温层与支架的结合示意图；图10为本发明一种用于加热气体的电加热装置的第五种实施例的结构示意图。
具体实施例方式本发明第一种实施例，如图1、2、3、4所示，用于加热气体的电加热装置由壳体1、保温层2、加热件组成。壳体I为直筒状结构，其内部设有空腔；一端为渐径管结构。在壳体I上设有进气口 3和出气口 4，进气口 3位于壳体I呈直筒状的该端，出气口 4位于壳体I呈渐径管状的该端。进气口 3的中心线与壳体I的中心线垂直，出气口 4的中心线与壳体I的中心线重合。保温层2位于壳体I内部，它呈圆柱状。保温层2上设有六个笔直的气道，气道贯穿整个保温层2。每个气道的横截面都呈圆形，六个气道以保温层2中心线为中心呈圆环状分布在保温层2上。加热件为呈U形的长条状结构，它由工作部5和连接部6组成。加热件的工作部5为笔直状，表面设有螺旋形翅片7，翅片7与保温层2之间离得较近并形成间隙；连接部6弯曲呈弧形；连接部6的两端各设有一个工作部5。如图4所述，保温层2设有气道I 8、气道II 9、气道III 10、气道IV 11、气道V 12、气道VI 13。如图2所示，总共有三个加热件安装在壳体I内，任意一个加热件的两个工作部5分别位于两个气道内，如图1所述，翅片7仅位于气道内。三个加热件分别是加热件I 14、加热件II 15和加热件
III16，三个加热件呈“工”形分布。加热件I 14的两个工作部5分别位于气道I 8和气道
IV11内，气道I 8和气道IV 11之间相隔有气道II 9、气道III 10。加热件II 15的两个工作部5分别位于气道II 9和气道VI 13内，气道II 9和气道VI 13之间间隔气道I 8。加热件III16的两个工作部5分别位于气道III 10和气道V 12内，气道III 10和气道V 12之间间隔气道IV 11。加热件一端通过绝缘件固定在壳体I上，与外部的供电线路连接。保温层2的一端设有支架17，支架17固定连接在保温层2上。支架17上设有三个凹槽，分别是凹槽I 18、凹槽II 19和凹槽III20，凹槽I 18、凹槽II 19的中轴线平行，凹槽III 20的中轴线与凹槽I 18、凹槽II 19的中轴线垂直。凹槽I 18、凹槽II 19深度相同且都小于凹槽III 20的深度。加热件II 15的连接部6嵌入在凹槽I 18，加热件III 16的连接部6嵌入在凹槽II 19，加热件I 14嵌入在凹槽III 20内。加热件嵌入在凹槽内后加热件固定连接在之间上，并且在支架17的作用下加热件之间隔开。该用于加热气体的电加热装置可适合用于气体流动速度较快的作业环境中。工作时，供电给加热件，加热件将电能转化为热能，热量散发在壳体I内部，主要分布在保温层2所在区域；气体从进气口 3进入壳体I内部。气体通过六个气道的过程中不断与翅片7以及加热件主体进行热交换，达到加热的目的，故通过气道后的气体已经被加热，从各个气道内出来的气体汇集在壳体I的渐径管区域后进行混合，最后从出气口 4向外排出。由于翅片7尺寸稍小于气道的尺寸，因此翅片7与保温层2之间存在安装间隙。由于气体高速流动，使得气体不易从间隙通过，气流主要从翅片7间的通道通过，由此形成缠绕式气体流动通道。该缠绕式气体流动路径长度足够长，因此气体高速运动通过时仍能得到足够的热交换时间，足以保证气体加热到设定温度。通道横截面为扁平状，气流外侧到其中心位置的距离非常近，气流外侧受热升温的同时气流中心位置的温度随即增加。由于加热时间足够长，所以最后输出的气流外侧的温度与气流中心位置处的温度一致。如图5所示，本发明第二种实施例，该实施例与第一种实施的不同之处在于保温层2上只设有一个气道；加热件上只设有一个工作部，该工作部呈笔直状，其两端分别固定在壳体I的两个部位上，与第一种实施例中的加热件的固定安装位置不同。加热件的工作部上同样设有螺旋形翅片7。如图6、7所示，本发明第三种实施例，该实施例与第一种实施例的不同之处在于保温层2上设有两个横向连通的气道21，气道之间的中心线平行且两条中心线之间的距离小于气道半径；该实施例中只有一个呈U形的加热件，加热件设有两个笔直的工作部和一个弯曲的连接部，该U形状态比第一种实施例中的加热件的U形状态要紧凑，其连接部的半径要小于第一种实施例中的加热件的连接部的半径。保温层2上的气道21的横截面
形。加热件的工作部都位于气道并且上面同样设有螺旋形翅片7。如图8所示，本发明第四种实施例，该实施例与第一种实施例的不同之处在于保温层2上设有两个独立的气道，一个呈U形的加热件的工作部位于气道内，该加热件的弯曲的连接部位于保温层2的一端。在保温层上设有支架22，该支架22上只设有一道对应加热件外形的凹槽IV 23，加热件的连接部嵌入在凹槽IV 23内，与支架22固定连接。如图9、10所示，本发明第五种实施例，该实施例与第一种实施例的不同之处在于保温层2上设有四个独立的气道，分别是气道VII 24、气道珊25、气道IX 26、气道X 27，四个气道围绕保温层2中心线呈环状均匀分布；还包括加热件IV 28和加热件V 29，每个加热件都呈U形，并且设有笔直的工作部和弯曲的连接部。加热件IV 28的两个工作部分别位于气道VII 24、气道IX 26内，加热件V 29的两个工作部分别位于气道VDI 25、气道X 27内。加热件IV 28的连接部与加热件V 29的连接部交叉呈垂直状分布。在保温层2 —端设有支架17，该支架17上设有凹槽V 30和凹槽VI 31，凹槽V 30的深度大于凹槽VI 31的深度，凹槽
V30和凹槽VI 31之间交叉垂直。加热件IV 28的连接部嵌入在凹槽V 30内，加热件V 29的连接部嵌入在凹槽VI 31内，由此两个加热件固定连接在支架上。
权利要求
1.一种用于加热气体的电加热装置，该用于加热气体的电加热装置包括壳体(I)、加热件和保温层(2)，所述壳体(I)呈直筒状，其上设有进气口(3)和出气口(4)，所述加热件和保温层⑵固定在壳体⑴内部，其特征在于:所述保温层⑵呈圆柱状，所述保温层(2)的侧面与壳体(I)固定连接，所述保温层(2)上围绕其中心线设有环状分布的气道，所述气道贯穿整个保温层(2)，每个气道内都分布有加热件，所述加热件上设有翅片(7)，所述翅片(7)呈螺旋形，所述翅片(7)与保温层(2)之间设有间隙。
2.根据权利要求1所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述加热件弯曲呈U形，所述加热件设有笔直的工作部(5)和弯曲的连接部(6)，所述工作部(5)和连接部(6)连接，所述加热件的工作部(5)分别安装在两个气道内，并且所述两个气道之间至少间隔一个气道。
3.根据权利要求2所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述保温层(2)的一端设有支架(17)，所述加热件的连接部(6)固定在支架(17)上，各个加热件的连接部(6)隔开分布在支架(17)上。
4.根据权利要求2所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述工作部(5)上设有翅片⑵。
5.根据权利要求2或3所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述保温层(2)上设有六个气道，所述保温层(2)内安装有三个加热件。
6.根据权利要求1所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述保温层(2)上设有一个气道，所述加热件设有笔直的工作部，所述工作部位于气道内。
7.根据权利要求1所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述保温层(2)上设有一个气道(21)，所述加热件呈U形，所述加热件设有笔直的工作部和弯曲的连接部，所述工作部和连接部连接，所述工作部位于气道(21)内，所述气道(21)横截面呈形。
8.根据权利要求1所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述保温层(2)上设有两个气道，所述加热件呈U形，所述加热件设有笔直的工作部和弯曲的连接部，所述工作部和连接部连接，所述工作部分别位于两个气道内。
9.根据权利要求8所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述保温层(2)的一端设有支架(22)，所述加热件的连接部(6)固定在支架(22)上。
10.根据权利要求2或3所述用于加热气体的电加热装置，其特征在于:所述保温层(2)上设有四个气道，所述保温层(2)内安装有两个加热件。
全文摘要
本发明公开了一种用于加热气体的电加热装置，该用于加热气体的电加热装置包括壳体、加热件和保温层，所述壳体呈直筒状，其上设有进气口和出气口，所述加热件和保温层固定在壳体内部，所述保温层呈圆柱状，所述保温层的侧面与壳体固定连接，所述保温层上围绕其中心线设有环状分布的气道，所述气道贯穿整个保温层，每个气道内都分布有加热件，所述加热件上设有翅片，所述翅片呈螺旋形。用于加热气体的电加热装置具有缠绕式气体流动通道，该结构有利于增加气体流动通道的长度，改变通道结构，最终起到提高热交换效率、气体受热均匀的作用。
文档编号F24H3/00GK103090535SQ20131005386
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月19日 优先权日2013年2月19日
发明者史中伟, 吉永林, 周强华, 唐为荣 申请人:杭州中亚机械股份有限公司