一种低温负压加热器的制作方法

本实用新型涉及制冷装置技术领域，尤其涉及一种低温负压加热器。

背景技术：

随着我国大科学装置的不断发展，提供稳定的低温环境成为一种必需环节，大型低温制冷装置系统可以提供大制冷量的稳定输出，能够满足这种需求。在该系统的测试平台中，需要在负压的条件下，对从冷箱中流出的冷工质加热到额定温度，保证系统的顺利运行。

对于小流量负压加热器，常常采用多圆形管道并联的方式，单级加热器布置形式，直接将工质加热到额定温度，冷工质在管道内流动，管壁作为热源对其进行加热，这样的系统简单紧凑。对于大流量的工况，多圆形管道并联的方式中工质的流动状态很容易从层流转变为湍流，造成压降增大。

对于大流量负压加热器，常常采用横截面为矩形的多管道并联方式；为便于控制，常采用多级加热器串联的布置形式，工质在管道内流动，设置加热棒对冷工质加热。对于这种方式来说，由于加热棒的存在，无法使整个流道拥有均匀的加热温度，靠近加热棒的工质温度高，远离加热棒的工质温度低，导致流道内工质温度分布不均匀，造成较大的损失。

技术实现要素：

鉴于此，有必要提供一种适用于大流量的，加热温度均匀，压降小，损失小的低温负压加热器。

一种低温负压加热器，包括外壳、第一级加热器、第二级加热器和连接管道，所述第一级加热器、所述第二级加热器和所述连接管道均设于所述外壳内，所述第一级加热器的一端、所述第二级加热器的一端通过所述连接管道连通，所述第一级加热器的另一端设有流体入口，所述流体入口伸出所述外壳，所述第二级加热器的另一端设有流体出口，所述流体出口伸出所述外壳；

所述第一级加热器内设有流道，每条所述流道的相对两侧的侧壁分别固定设有加热棒，且所述第一级加热器的流道内的所述加热棒交错对称设置；

所述第二级加热器的结构和所述第一级加热器的结构相同。

在一个实施例中，所述外壳设有第一安装口和第二安装口，所述第一级加热器通过第一连接导杆吊装在第一上端法兰上，所述第一上端法兰固定在所述第一安装口，所述第二级加热器通过第二连接导杆吊装在第二上端法兰上，所述第二上端法兰固定在所述第二安装口。

在一个实施例中，所述第一级加热器与所述第一上端法兰之间设有第一隔热屏，所述第二级加热器与所述第二上端法兰之间设有第二隔热屏。

在一个实施例中，所述第一级加热器设有第一引线，所述第一引线伸出所述第一上端法兰，所述第一引线和所述第一级加热器的加热棒连接；所述第二级加热器设有第二引线，所述第二引线伸出所述第二上端法兰，所述第二引线和所述第二级加热器的加热棒连接。

在一个实施例中，还包括温度传感器、温度采集系统和温度控制系统，所述流体入口、所述第一级加热器的出口、所述第二级加热器的进口和所述流体出口均设有所述温度传感器，所述温度传感器和所述温度采集系统连接，所述温度采集系统和所述温度控制系统连接，所述第一级加热器的加热棒和所述第二级加热器的加热棒均与所述温度控制系统连接。

在一个实施例中，每条所述流道内的加热棒的数量为两条，两条所述加热棒分别固定设于所述流道的相对两侧的侧壁上。

在一个实施例中，所述加热棒包括铜管和加热丝，所述加热丝设于所述铜管内部，所述铜管焊接于所述流道的内壁。

上述低温负压加热器通过选择适合大流量变工况的两级加热器串联的形式，缩短连接管道及其他辅助管道的长度，减少了工质流动距离从而减小流动沿程损失，降低压降损失。采用加热棒交错对称布置的形式，可以采用较少加热棒，在每个流道内减少了加热棒数量，减少了流动损失，减小了法兰密封的困难，采用加热棒交错对称布置的形式，降低了冷工质经过第一加热器和第二加热器温度分布不均匀的情况，减少了损失。

附图说明

图1为一实施方式的低温负压加热器的结构示意图；

图2是一实施方式的第一级加热器的横截面结构示意图；

图3是一实施方式的加热功率控制流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一实施方式的低温负压加热器100，包括外壳10、第一级加热器20、第二级加热器30和连接管道40。

第一级加热器20、第二级加热器30和连接管道40均设于外壳10内。第一级加热器20的一端、第二级加热器30的一端通过连接管道40连通。具体的，如图1所示，第一级加热器20、连接管道40和第二级加热器30呈U型设置。

第一级加热器20的另一端设有流体入口50，流体入口50伸出外壳10。

第二级加热器30的另一端设有流体出口60，流体出口60伸出外壳10。

请参考图2，第一级加热器20内设有流道22，每条流道22的相对两侧的侧壁分别固定设有加热棒24，且第一级加热器20的流道内的加热棒24交错对称设置。具体的，每条流道22内的加热棒24的数量为两条。两条加热棒24的结构相同。两条加热棒24分别固定设于流道22相对两侧的侧壁上。

进一步的，加热棒24包括铜管和加热丝。加热丝设于铜管内部，铜管焊接于流道22的内壁。进一步的，为满足大流量冷工质的加热要求，如图2所示，流道22横截面为矩形。流道22的材料为高热导率的铜。当加热棒24加热时，热量一部分传递给流道22固体壁面，一部分传递给冷工质。由于流道22固体壁面材料有很高的热导率，在稳定状态时可以近似认为流道22固体表面具有相同的温度，且温度高于冷工质温度，可以形成从流道22固体壁面向冷工质传递热量的稳定温差。

第二级加热器30的结构和第一级加热器20的结构相同。第二级加热器30和第一级加热器20的加热功率相同。第一级加热器20将冷工质加热到中间温度，第二级加热器30将冷工质继续加热到额定温度。

在图1所示的实施方式中，外壳10设有第一安装口(图未标)和第二安装口(图未标)。第一级加热器20通过第一连接导杆26吊装在第一上端法兰70上，第一上端法兰70固定在第一安装口。第二级加热器30通过第二连接导杆36吊装在第二上端法兰80上，第二上端法兰80固定在第二安装口。

如图1所示，进一步的，第一级加热器20与第一上端法兰70之间设有第一隔热屏75。第一连接导杆26穿设于第一隔热屏75内。第二级加热器30与第二上端法兰80之间设有第二隔热屏85。第二连接导杆36穿设于第二隔热屏85内。第一隔热屏75和第二隔热屏85用于防止第一级加热器20和第二级加热器30热量流失。

如图1所示，第一级加热器20设有第一引线28，第一引线28伸出第一上端法兰70。第一引线28和第一级加热器20的加热棒24连接。第二级加热器30设有第二引线38，第二引线38伸出第二上端法兰80。第二引线38和第二级加热器30的加热棒连接。

上述低温负压加热器100还包括温度传感器(图未示)、温度采集系统(图未示)和温度控制系统(图未示)。流体入口50、第一级加热器20的出口、第二级加热器30的进口和流体出口60均设有温度传感器，温度传感器和温度采集系统连接，温度采集系统和温度控制系统连接。第一级加热器20的加热棒和第二级加热器30的加热棒均与温度控制系统连接。具体的，第一级加热器20的加热棒和第二级加热器30的加热棒分别通过第一引线28和第二引线38与外部温度控制系统连接。便于控制第一级加热器20和第二级加热器30的加热功率。流体入口50、第一级加热器20的出口、第二级加热器30的进口和流体出口60均设有温度传感器，用于即时测量冷工质温度，并通过温度采集系统收集，反馈给温度控制系统，便于进行加热功率的调节。两级加热器功率单独调节控制。按照额定设计工况，第一级加热器出口应该达到中间温度，第二级加热器出口应该达到额定温度。若未达到额定温度，相应调节该级加热功率，使其满足额定要求。

如图3所示为低温负压加热器100加热功率控制流程图。

低温负压加热器100的第一级加热器20和第二级加热器30分开进行加热功率调节，包括以下步骤：

S10、输入额定加热功率。

S20、检测第一级加热器和第二级加热器的出口流体温度。

S30、判断第一级加热器和第二级加热器的出口流体温度是否达到预设温度，若否，则进行S40后返回S20，若是，则进行S50。

S40、调节加热功率。

S50、维持现有加热功率。

上述低温负压加热器100通过即时温度测量反馈，可以完成变工况下的加热功率调节，具有更强的适用性。

进一步的，流体入口50、流体出口60、连接管道40、第一级加热器20和第二级加热器30的外壁均包覆有绝热材料。进一步的，外壳10与各管道外壁的空间抽真空，减少与外界环境的换热。

上述低温负压加热器100运行时，冷工质从流体入口50进入，自上而下通过第一级加热器20，由第一级加热器20下部进入连接管道40，从第二级加热器30底部进入，自下而上通过第二级加热器30，由第二级加热器30上部经流体出口60排出。

传统的低温负压加热器，加热棒较多时，可以获得更加均匀的温度分布，但由于焊接等实际操作中的原因，不可避免的增大了流动阻力，也增加了上端法兰的密封困难程度；加热棒较少时，又无法获得均匀的出口温度分布，导致损失增大。与传统的低温负压加热器相比，上述低温负压加热器100通过选择适合大流量变工况的两级加热器串联的形式，缩短连接管道及其他辅助管道的长度，减少了工质流动距离从而减小流动沿程损失，降低压降损失。采用采用加热棒交错对称布置的形式，可以采用较少加热棒，在每个流道内减少了加热棒数量，减少了流动损失，减小了法兰密封的困难，采用加热棒交错对称布置的形式，降低了冷工质经过第一加热器和第二加热器温度分布不均匀的情况，减少了损失。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。