气体加热装置的制作方法

本发明涉及一种气体加热装置。

背景技术：

对气体的加热分为对静稳气体的加热和对流动气体的加热，受气体流速的影响，对流动气体加热最大的问题在于加热效率偏低，不能在很短的时间内使气体温度达到设计要求。

随着技术的发展，出现了一些新的领域，例如超音速冷喷涂、热喷涂、超音速火焰喷涂等工艺，都需要流速相对比较高的气体作为喷涂动力，并且对气体的温度都有相应的技术要求。

针对流速比较高的气体的加热，普遍采用间接加热的方式，具体是将用作介质（例如喷涂介质）的气体分成两部分，对其中一部分气体进行静稳加热，然后对两部分气体进行混合。相应地，加热设备具有两个独立的部分，静稳加热部分通过一高温管体导出，另一部分气体通过低温管道导出（此处的高温低温是一对相对的概念），低温管道和高温管道都与喷嘴连接，即低温气体与高温气体在喷嘴处混合，从而得到混合后的中温气体（相对于前述的低温和高温的概念，也是最终的目标温度）。目标温度气体的获得受喷嘴自身结构影响较大，气体温度均匀性往往不佳，为了满足气体温度均匀性的技术要求，喷嘴往往具有非常复杂的结构。

典型地，中国专利文献cn1603008a，其公开了一种气体动力粉末喷涂装置，其包括气体加热器和超音速喷嘴，其中，气体加热器包括金属壳体、加热元件和电热绝缘体，气体加热在喷嘴端完成，在气体流向上，可利用空间较小，对加热器的加热效率有比较高的要求，并且可利用空间小，所对应的加热通道偏短，温度控制的时间相对较短，而导致温度控制精度偏低。此外，该专利文献采用增加电加热器与气体接触面积的方式提高加热效率，加热元件配置成多个，在每一个用于输送气体的沟槽内设置有一个，加热元件与气体直接接触。该种结构需要构造复杂的管腔，即需要构造多个用于输送气体的沟槽，然后把加热元件安装在沟槽内。加热元件与输送气体直接接触可能会产生防爆方面的问题。

为克服加热通道偏短而影响加热效率和加热精度的问题，如中国专利文献cn204692888u，其所公开气体加热器，其并没有采用纯粹的延长加热通道的手段，而是在通流截面面积相同的条件下，增加受热面面积，具体是在一个光孔内安装一导流杆，导流杆与光孔间间隙作为气流通道，据此增加受热面面积。并且进一步地，气流通道构造成螺旋通道，等效地增加了气流通道的长度。另外，提供一个壳体，壳体内表面具有保温棉隔热层，加热圈位于壳体内、光孔外，利用壳体内空间的气氛对气流通道进行加热。该种结构相比于前一专利文献具有相对更长的等效的气流通道，但由于其利用壳体内的气氛对光孔实现均匀的加热，确定出光孔的管体结构表面属于有效利用面，而壳体属于热损面，并且热损面远大于有效利用面，尽管使用保温棉隔热层以降低热损，但受初始加热对象（壳体内气体）的限制，热利用率受限较大。

中国专利文献cn207230921u所公开用于气体加热的电加热器，其整体上采用内外壳体结构，其中，外壳体设置进气口，内壳体内腔作为出气腔，类似于通过回绕的方式增加气流通道的长度，但该种方式仍然会导致外壳体散热面面积比较大的问题，尤其是外壳体直接作为受热腔，尽管其保温内壳体，从而利用了内壳体对其的预热作用，降低了内壳体的热损，但其自身的热损仍然不好控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简练，并且热利用率高的气体加热装置。

依据本发明的实施例，提供一种气体加热装置，包括：

罐体，该罐体为圆筒结构，且罐体上设有抽真空接头；

封头，用于罐体两端的封接，形成罐；

流通管，在罐的轴向贯穿罐，并与罐共轴线；

加热元件，结合在流通管上，对流通管进行加热；以及

反射涂层，均匀地附着在罐的内表面。

上述气体加热装置，可选地，加热元件为缠绕在流通管外壁的电阻丝；

相应地，电阻丝具有绝缘层。

可选地，电阻丝位于包裹在流通管外的覆盖层内。

可选地，加热元件为电加热管，该电加热管的内壁与流通管的外壁接合。

可选地，加热管的外表面具有隔热层。

可选地，覆盖层或隔热层的外表面具有减辐射涂层。

可选地，封头与罐体间的连接为法兰连接。

可选地，流通管与封头上的贯穿孔间为过盈配合；或

流通管与封头上的贯穿孔间焊接；

采用过盈配合时，所形成配合面涂有密封膏。

可选地，流通管的两端预设有法兰接头。

可选地，流通管的内表面形成有以流通管轴线为轴线的螺旋槽。

本发明实施例所提供的气体加热装置使用流通管导通被加热的气体，加热元件设置在流通管外，并与流通管结合，一方面不与被加热的气体直接接触，不会产生防爆的问题，另一方面，流通管与加热元件的结合则是利用热传导实现加热。罐体提供一个相对封闭的环境，对罐体进行抽真空，抑制热对流，加热元件的热损主要体现在热辐射上，而罐体内表面形成有反射涂层，有效的降低热辐射损耗。基于上述描述可知，本发明实施例所提供气体加热装置整体上也是嵌套结构，但整体结构更加简练，并且能够有效降低热损，热利用率高。

附图说明

图1为本发明一实施例中气体加热装置外廓结构示意图。

图2为本发明一实施例中气体加热装置主剖结构示意图。

图中：1.法兰连接结构，2.封头，3.进气管接头，4.进气管，5.出气管，6.法兰连接结构，7.出气管接头，8.封头，9.法兰连接结构，10.罐体，11.支撑体，12.抽真空接头，13.螺栓，14.反射涂层，15.流通管，16.加热元件。

具体实施方式

图2所示实施例的结构比较清晰的反映出气体加热装置采用罐内设置流通管15的基本结构，整体结构非常简练，没有产生管路回绕，并且由于基于抽真空来抑制热对流，罐体10表面不需要再做保温，也不必专门考虑其与外界的热交换。

具体地，参见说明书附图1和2所示的一种气体加热装置，其基本原理体现在：首先气体加热装置包括一个罐体10和在轴向穿过罐体10的流通管15，两者同轴线，并尽可能使两者间保持较高的同轴度，从热辐射的方面看，热辐射与上下等方位无关，只与距离有关，例如太阳作用于地球的光，可以穿过真空到达地球，与地球在其运行轨道上的方位无关，只与距离有关。

关于罐体10，基于前述的基本原理，罐体采用圆筒结构，基于从其中心穿过的流通管15在径向距离大致相同的配置，其向各个方向上的热辐射量也大致相同，并且若罐体10内表面具有反射涂层14，反射的焦线也在其轴线上，或者说会直接反射到流通管15上。

整体而言，基于本发明的原理，罐体10和封头2、封头8所形成的罐主要目的是除热辐射外，对其他热交换方式进行抑制。首先需要抑制的是热传导和热对流。

可以理解的是，空气属于导热性能极差的介质，但其在受热时会产生热胀冷缩，因此，热空气密度小，冷空气密度大，并据此产生热空气上升，冷空气下降的物理现象，这种物理现象被称之为对流。在本发明的实施例中，在罐体10上设有抽真空接头12，若罐密封性能比较好，抽真空可以周期的进行，如果罐密封性能相对较差，抽真空可以实时进行。

真空度控制在50pa时效果最好，不会产生真空设备的负担或者说抽真空成本，并且对热对流的抑制作用可以满足所期望的要求，罐体10表面与常温基本相同。

对于热传导的抑制，减少流通管15与罐的接触点，在图2所示的结构中可见，流通管15在封头2和封头8处与罐产生连接，形成热传导点。

进一步地，为有效抑制热传导，封头2和封头8在其轴向顶点处设置贯通管，以用于流通管15的穿过，贯通管的内径大于流通管15的外径，两者同轴线装配，在两者间所形成的间隙填充隔热材料，例如聚氨酯发泡层、石棉层或者其他隔热材料，形成隔热层。

另外，例如聚氨酯发泡层，其还具备一定的密封效果，可以实现罐体内的密封。

对于本体密封效果不良的隔热材料，可以设置独立的封接结构或表面涂密封胶。

可以理解的是，流通管15具备一定的重量，要求隔热层需要有一定的支撑能力，因此，所产生的的结合力相对较大，有利于密封结构的构造。

在一些实施例中，不设置贯通管，而是直接在例如封头2上开孔，直接将流通管15焊接在封头2上，尽管会产生一定量的热传导，但由于焊接结合强度高，所需要的连接面并不大，热传导所产生的损失相对比较小。

在一些实施例中，保留贯通管，贯通管与流通管15间采用过盈配合，并在装配前在贯通管上涂密封胶或者其他密封介质以保证密封。

关于封头2和封头8，图1中采用法兰连接结构9与罐体10间形成连接，有利于整体的装配和内表面反射涂层14的构建。例如罐体10内表面的反射涂层，可以采用电镀方式制备，如果罐是整体结构，内部涂层的制备将会非常困难。

法兰连接结构9所适配的两个法兰盘间可以垫密封垫，由于纯粹的热辐射对罐体10的加热效果有限，密封垫并不需要高温密封垫，采用常规的橡胶密封垫即可。

罐体10的两端被封头2和封头8相应封接形成一个相对封闭的腔体。

关于用于加热的设备，如图2中所示的加热元件16，将其装配在流通管15上，利用热传导进行加热。

此外，关于反射涂层14的制备，例如电镀，可以形成银层，银层的反射率与其厚度和制备工艺有关，但镀银层的反射率通常都会大于90%。

此外，对气体的加热，温度通常不高，所产生热辐射集中在红外区，并且多在远红外区，在选择反射涂层14可以优选对远红外区具有较好反射效果的反射涂层14。

在一些实现中，若期望反射涂层14具有更佳的反射率，可以采用多膜层结构。

在一些实现中，若所期望的反射率相对较低，可以采用例如冷喷涂等喷涂工艺所形成的反射面。

在一些实施例中，加热元件16采用缠绕在流通管15外壁的电阻丝，结构简单，且电阻丝基于缠绕易于与流通管15形成较好的结合效果，有利于热传导桥的形成。

相应地，电阻丝具有绝缘层。

进一步地，电阻丝位于包裹在流通管外的覆盖层内，减少其电热丝本体的热辐射。

在一些实施例中，加热元件16为电加热管，该电加热管的内壁与流通管15的外壁接合，即产生接触，形成较大的接触面面积。

进一步地，加热管的外表面具有隔热层，以降低其热辐射特征，减少热辐射量。

进一步地，覆盖层或隔热层的外表面具有减辐射涂层，一般采用颜色相对较浅的涂料即可，例如硅基白色涂料，颜色越浅，减辐射效果越好。

由于属于工业级应用，对减辐射涂层的减反射效果要求并不高，如果期望更好的减反射效果，可以采用镜面级的涂层，即表面粗糙度为一级精度或二级精度。

在一些实施例中，流通管15的两端预设有法兰接头，气体加热装置外接管路采用法兰连接结构6，如进气管4和出气管5与气体加热装置的连接采用法兰连接结构6。

优选地，流通管15的内表面形成有以流通管轴线为轴线的螺旋槽，在流体领域，采用螺旋槽可以将流通在管内的流体导流成涡流，气体在流通过程中会产生混合，可以实现更好的加热效果。

图1中可见，在罐体10的下面还有三个支撑体11，以把罐体10支撑起一定高度，利于后期的维护。