一种换热片式快速高压气体预加热装置的制作方法

本发明涉及一种换热片式快速高压气体预加热装置，属于内燃机喷雾燃烧可视化实验装置的技术领域。

背景技术：

定容燃烧弹是目前国内外广泛使用的对内燃机喷雾和燃烧特性进行可视化实验研究的一种密闭容器，其主要作用是建立压力和温度环境，用以模拟真实内燃机的压力和温度状态。进气温度是其中的一个重要参数，为了能够更准确地模拟内燃机缸内喷雾和燃烧的过程，需要对定容燃烧弹内燃料和空气混合物的温度进行调控。

目前，较为常用的方法是电加热方式，这种加热方式是在定容燃烧内部布设电加热丝，对定容燃烧弹内气体直接进行加热。由于定容燃烧弹内结构紧凑，这种加热器往往难以布置，且加热丝的发光会对光学测试带来影响。另外也存在所需加热时间长、温度范围小、加热丝高温容易熔断等缺点。

另一种较为常见的加热方式是外壁加热，这种加热方式是通过对定容燃烧弹壁面进行加热，进而加热定容燃烧弹内混合气。若要达到足够的加热温度，必须对定容燃烧弹壁面温度进行提升，而过高的温度对定容燃烧弹壁面金属材料的性能有很高的要求，更可能会损坏部分具有视窗的定容燃烧弹的视窗玻璃。

也有先向定容燃烧弹内通入可燃气体，进行点火燃烧后定容燃烧弹内升温升压的方式。但这种方式需要严格地配置可燃气体成分，且其安全性差，有发生爆炸的可能；燃烧后产物容易对后续的光学测试产生干扰，若燃烧产物中有水蒸气则容易在定容燃烧弹视窗上凝结成水雾。

技术实现要素：

为了现有加热方式所需加热时间长、温度范围小等问题，本发明提供一种能对定容燃烧弹内气体进行快速加热的换热片式快速高压气体预加热装置，可实现高压气体的快速加热，使出口气体压力达15mpa，温度可达1400k，出口流速可达80m/s，且气体在加热器中的加热时间不超过1s。

本发明采用的技术方案是：一种换热片式快速高压气体预加热装置，它包括硅碳棒内核与换热芯，硅碳棒内核嵌于换热芯中，由硅碳棒对换热芯进行加热，被加热气体由换热芯进行加热；所述硅碳棒内核包括硅碳棒及与其相连的绝缘环，硅碳棒通过绝缘环固定在换热芯上；所述换热芯的上下为底板，中间为若干组换热片，换热片中间为隔板，使用固定螺栓和螺母压紧紧固；所述隔板有两种不同形状，所述换热片有6种不同形状可组成3种不同换热片组，每种换热片组包括两种不同形状的换热片，并由其交错堆叠而成；所述换热芯的换热片组与隔板按适当顺序组合，形成可供被加热气体通过的曲折气路。

所述换热芯由换热片与隔板按适当顺序组合，形成可供被加热气体通过的气路；具体组合方式如下：由第一种换热片与第二种换热片交叉堆叠组成出口换热片组，所述出口换热片组两端为第一种换热片；由第三种换热片与第四种换热片交叉堆叠组成中间换热片组，所述中间换热片组两端为第三种换热片；由第五种换热片与第六种换热片交叉堆叠组成进口换热片组，所述进口换热片组两端为第五种换热片；按照从下到上依次为底板、进口换热片组、第二种隔板、中间换热片组、第一种隔板、中间换热片组、第二种隔板、中间换热片组、第一种隔板、出口换热片组、底板的顺序堆叠，并由固定螺栓与螺母紧固在一起，组成所述换热芯。

所述换热片、隔板、底板与固定螺栓均采用耐高温合金材料加工而成；所述绝缘环由多莫来石加工而成。

所述硅碳棒采用硅钼加热棒。

本发明的有益效果是：这种换热片式快速高压气体预加热装置包括硅碳棒内核与换热芯，硅碳棒内核嵌于换热芯中，由硅碳棒对换热芯进行加热，被加热气体由换热芯进行加热；所述硅碳棒内核包括硅碳棒及与其相连的绝缘环；所述换热芯上下为底板，中间是若干组换热片，换热片中间为隔板，使用固定螺栓和螺母压紧紧固；所述隔板有两种不同形状，所述换热片有6种不同形状可组成3种不同换热片组，每种换热片组包括两种不同形状的换热片，并由其交错堆叠而成；所述换热芯的换热片组与隔板按适当顺序组合，形成可供被加热气体通过的曲折气路。该装置的被加热气体与换热芯中换热片接触面积大，使其能对高压气体进行快速加热，从而同时保证了出口处的气体温度与气流速度；可根据实际加热需要增减硅碳棒与换热片组的数量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是一种换热片式快速高压气体预加热装置的结构示意图。

图2是底板的结构示意图。

图3是第一种换热片的结构示意图。

图4是第二种换热片的结构示意图。

图5是第三种换热片的结构示意图。

图6是第四种换热片的结构示意图。

图7是第五种换热片的结构示意图。

图8是第六种换热片的结构示意图。

图9是第一种隔板的结构示意图。

图10是第二种隔板的结构示意图。

图11是一种换热片式快速高压气体预加热装置的左视图。

图12是图11中各剖面的气体流动方向示意图。

图13是被加热气体流动路径的立体示意图。

图中：1、硅碳棒，2、螺栓，3、换热片，3a、第一种换热片，3b、第二种换热片，3c、第三种换热片，3d、第四种换热片，3e、第五种换热片，3f、第六种换热片，4、隔板，4a、第一种隔板，4b、第二种隔板，5、螺母，6、底板，7、绝缘环，8、硅碳棒孔，9、螺栓孔，10、出口连接件安装口，11、水平气路孔，12、纵向气路孔，13、进口连接件安装口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

图1示出了一种换热式快速高压气体预加热装置的结构示意图，这种换热式快速高压气体预加热装置包括由硅碳棒1、绝缘环7组成的硅碳棒内核，由固定螺栓2、换热片3、隔板4、螺母5、底板6组成的换热芯；隔板4有两种不同形状，换热片3有6种不同形状；底板6、换热片3、隔板4与固定螺栓2均采用耐高温合金材料加工而成。绝缘环7由多莫来石加工而成。

图2示出了底板6的结构示意图，图3-图8是6种不同形状的换热片3的结构示意图，图9与图10示出了两种不同形状的隔板4的结构示意图。

换热片3与隔板4按适当顺序组合，形成可供被加热气体通过的气路，其中隔板的作用是改变气路方向。具体组合方式如下：由第一种换热片3a与第二种换热片3b交叉堆叠组成出口换热片组，出口换热片组两端为第一种换热片3a；由第三种换热片3c与第四种换热片3d交叉堆叠组成中间换热片组，中间换热片组两端为第三种换热片3c；由第五种换热片3e与第六种换热片3f交叉堆叠组成进口换热片组，进口换热片组两端为第五种换热片3e。

以下为一个具体的组合方式实施例：由n+1片图3所示的第一种换热片3a与n片图4所示的第二种换热片3b交叉堆叠组成年n片出口换热片组，由n+1片图5所示的第三种换热片3c与n片图6所示的第四种换热片3d交叉堆叠组成n片中间换热片组，由n+1片图7所示的第五种换热片3e与n片图8所示的第六种换热片3f交叉堆叠组成n片进口换热片组；其中，n=1、2、3、4、5、…、20，在实际使用中，根据实际情况调整n的个数。按照从下到上依次为底板6、n片进口换热片组、图10所示的第二种隔板4b、n片中间换热片组、图9所示的第一种隔板4a、n片中间换热片组、图10所示的第二种隔板4b、n片中间换热片组、图9所示的第一种隔板4a、n片出口换热片组、底板6的顺序堆叠，并由固定螺栓2与螺母5紧固在一起，组成所述换热芯。在应用中可根据实际加热需求增减n片中间换热片组与隔板数量。

该加热装置可根据不同的加热需求增减硅碳棒与中间换热片组的数量。

所述硅碳棒1与换热片3之间留有间隙，避免了直接接触，硅碳棒与换热片之间主要为辐射换热，为保证较高的换热效率，间隙不可过大。

图11示出了一种换热式快速高压气体预加热装置的左视图，图12是图11中各剖面的气体流动方向示意图，其中剖面a-a、b-b、c-c反映了在隔板的换向作用下被加热气体在换热芯内的流动情况，剖面d-d、e-e、f-f、g-g则反映了被加热气体在不同换热片组构成的气路内的流动情况。被加热气体在换热芯中的流动可分为三个循环，每个循环中被加热气流换向4次，呈蛇形由换热芯底部流到顶部或由顶部流到底部。在第一个循环中，被加热气体由进气口进入换热芯后首先沿进口换热片组中的气路流动，并经纵向气路孔向上进入中间换热片组，如图12中d-d；后在隔板9和隔板10的纵向气路孔的换向作用下，被加热气体在中间换热片组的气路中蛇形向上流动直到进入出口换热片组,如图12中a-a；气流沿出口换热片组中的气路换向,后进入下一循环，如图12中g-g。在第二个循环中，被加热气体换向后经纵向气路孔向下进入中间换热片组，后在隔板9和隔板10的纵向气路孔的换向作用下在中间换热片组的气路中蛇形向下流动直到进入进口换热片组,如图12中b-b；气流沿进口换热片组中的气路换向，后进入下一循环，如图12中d-d。在第三个循环中，被加热气体换向后经纵向气路孔向上进入中间换热片组，后在隔板9和隔板10的纵向气路孔的换向作用下在中间换热片组的气路中蛇形向上流动直到进入出口换热片组,如图12中c-c；气流沿出口换热片组中的气路由出气口流出，完成气体加热，如图12中g-g。

图13是被加热气体流动路径的立体示意图。被加热气体在换热芯中的流动路径示意图，可更直观的反应气体流动路径。对于具有m组边长为a、厚度为b的换热片组的换热芯，被加热气体流过路径长度为（3m+1）×a+3m×b。由硅碳棒对加换芯进行加热，气体主要由换热芯进行加热。