專利名稱：高效強制流動氣體電加熱單元的制作方法
技術領域：
此實用新型描述了高效強制流動氣體電加熱單元，其中采用了雙螺旋纏繞電 熱絲為熱源，多重方式排列的氣體通道，以提高熱交換效率。本單元適用于工業用 途的氣體快速加熱裝置。此單元的特點是提高了氣體流通效率，熱交換效率，減少 了加熱器的徑向熱損失。
技術背景
電熱絲加熱方式是一種經常使用的熱源設備。其原理是當電源接通時，電熱
絲呈炙熱狀態。當冷風通過時，兩者進行接觸和熱交換。通常的方式是將由圓柱 /筒胎具纏繞出的電熱絲置于絕緣通道體內或支架上。當伸展后，電熱絲仍然呈單 一圓環螺旋，即圈與圈的排列方式為軸向重疊。以這種排列的結構，當冷空氣與炙 熱電熱絲熱交換時，兩者的主要接觸發生在纏繞體的圓筒體外表面，而纏繞爐絲的 內部區域，由于其同心圓排布，圈與圈間致密方式使得冷風進入產生的冷卻速度低 于其自身的加熱速度，從而爐絲內部的溫度處于較高水平。這種較高水平的內部溫 度會導致熱量的徑向熱擴散，致使支撐絕緣體溫度的提高。這種徑向熱擴散對加熱 其本身來說是一種無功損耗。同時，爐絲的較高的內部溫度會導致爐絲的氧化速度 加快，壽命縮短。由于此類加熱器要求熱交換路徑和時間短暫，冷，熱體間的接觸 面積是關鍵因素。工業用途的此類加熱器，多希望加熱路徑短，升溫幅度大，加熱 體白身徑向溫升幅度小和爐絲壽命長等特點。其中加熱體具有徑向溫升幅度小是提 高加熱效率降低能耗的關鍵點。這些因素包括在給定冷空氣壓力和流量下，增加 空氣流通的截面積，增加空氣與加熱絲間的接觸面積，提高加熱絲的表面溫度等
實用新型內容
本發明目的旨在通過錯位排列的電熱絲重復單元，增加炙熱的電熱絲與流通氣體 間的接觸面積，從而提高了熱交換效率.此類設計可以克服和改禪普通電加熱單元 中，熱體與冷態氣體檢熱交換面積過小，交換不充分的問題。這種以改進了電熱絲 的分布方式，提高交換了效率的結果是可進一步提高電熱絲的功率，增加熱交換總 量.作為結果，減少了加熱器殼體的表觀熱容和加熱器在徑向方向卜.的擴散熱損失。 具體包括
l. A效強制流動氣體ll加熱單元記--種將具有一定FR力的冷態氣休快速加熱到
指定溫度的筒狀加熱裝置，出下列元件構成:
1) 位于通風通道屮，雖雙螺旋休結構的電加熱絲纏繞休，
2) 位于加熱單元前部，包圍在屯加熱絲體外的電絕緣套體，
3) 絕緣套休外的保溫隔熱層和金屬外套，4)安裝在金屬外套尾部的電了控制和保護電路和端子接口。所說的電加熱絲體按照特定方式纏繞形成的，雙螺旋結構包括1) 作為基本絲體纏繞螺旋的短程螺旋周期2) 長程排列螺旋周期；所說短程周期是指由絲體按照特定幾何尺寸，經360度纏繞一圈，形成的單 一矩形單元所構成的周期，即每一單元為一周期。所說的矩形單元的幾何尺 寸的長寬比例范圍在2: l到20: 1;所說的雙螺旋結構中的長程周期結構是指一系列相鄰矩形單元，按特定方 向，沿軸向旋轉一定角度，錯位排列構成的周期，即重復排列所含的矩形單元數。所說的長程周期可由5到30個矩形單元構成> 所說的纏繞式電加熱絲體可包括多于一種幾何尺寸的矩形單元構成， 形成不同的絲體表管直徑，以適合絕緣套上的不同的圓筒通道的直徑。這種按特定方向，軸向錯位排列形成絲體，從軸向看，表觀表現為，中空， 同心圓形的鏤空結構，所說的纏繞式電加熱絲體沿軸向，按不同拉伸間隔，舒展后，置于絕緣套體內。所說的軸向拉伸間隔的標準為在加熱器氣流進口端的拉伸 間隔小于氣流出口端的拉伸間隔，以防止局部絲體溫度過高、過熱。在具有一定 壓力的冷態氣體流經錯位旋轉排列的電熱絲表面，并充分接觸后，可被快速加熱到指定溫度。皿^說的絕緣套是由多孔內腔和具有與位于其外部的，筒狀金屬外殼適應的外 部幾何結構組成。內腔是由多于一個的軸向對稱的，并均勻分布排列的，光滑圓筒 通道組成，所說多孔內腔可有具有不同的圓筒內徑的通道構成，以保證在給定的絕 緣套體截面積下獲得最大的流通截面積和絕緣體結構強度。所說圓筒通道具有與所說拉伸展開的，電熱絲纏繞加熱體的表觀直徑相匹配 內徑。電熱絲纏繞加熱體以串聯的方式,按順序通過絕緣套的孔內腔。所說的外形幾何結構可以是具有圓筒型，或方形，或長方形截面形狀的結構 或由他們組成的組合體，和套體支撐結構構成，所說的支撐結構是與所說的金屬外 殼匹配的，起支撐,固定作用的附件機構；所說的絕緣套可以選擇由耐溫玻璃，或 石英，或陶瓷等材料制作，耐溫能達到400-1400度的絕緣材料構成。所說的保溫層為可耐受400-700度溫度以上的保溫，隔熱材料構成；所說保 溫材料為各種纖維類氈式材料。加熱單元輔助設施包括電了控制，過熱保護電路和端了接口 。所說進口端結構包括安裝在金屬外殼末端的端了和位于其上的氣體進[:l接口 連接符件，電加熱器動力電源連接件和控制及保護信號連接件。所說出口端結構為電加熱單元前端結構，lil迠合被加熱設谷耍求，允許被加 熱到給定溫度的'』(縮交氣輸出的都(形，變徑通風口和測溫熱偶組成。
:圖1:雙螺旋絲體的外部形狀，端面視圖。 圖2:絕緣體結構舉例，端面圖。 圖3:絕緣體結構舉例，側視圖。
具體實施方式
高效強制流動氣體電加熱單元是一種將流經加熱器的具有一定壓力的冷態氣 體快速加熱到指定溫度的裝置，其包括筒狀加熱結構，位于其后部的進口端組 件；和位于其前部的出口端組件構成。筒狀加熱結構包括筒狀的金屬殼體，安置于殼體內的，位于其前部的加熱 體組件，和安置與殼體內的，位于其后部的輔助組件構成。加熱體由按順序組裝的，位于最外部保溫層222，絕緣套體322和置于絕緣 套體內的電加熱絲體222構成。電加熱絲體222是電加熱絲，按照雙螺旋的方式纏繞而成。所說的雙螺旋周 期是指纏繞體具有短程周期和長程周期結構。其中短程周期是指電熱絲按照需求的 尺寸，和纏繞方向360度產生的單一矩形單元的周期。長程周期是指一系列相鄰的 矩形絲體單元按照規定的角度，沿軸向旋轉后形成的錯位排列的360度重復周期內所包括的單元數量。這種錯位排列方式使得相鄰矩形單元間重疊部分趨于減少。當 冷空氣通過時，與電熱絲間可得以充分的進行熱交換。這種纏繞的表觀效果是纏繞 體的電熱絲的斷面為鏤空，中空的圓形。從纏繞體軸向看去，纏繞體具有如下特 征1。 矩形圈與下一個矩形圈之間冇一個5到14度的相位的差角度旋轉，使得 相鄰矩形圈相互間的排列實際距離加大。2。 纏繞體軸向中心形成了由矩形內緣構成中心圓孔結構。3。 所形成的纏繞體的表觀直徑相當于或略大于矩形單元的對角線尺寸。 所說的雙螺旋絲體應由一種或多種尺寸的矩形單元構成。同一雙螺旋絲體上的不同的尺寸的矩形單元將對應于不同的絕緣體上筒腔通道直徑。所選擇雙螺旋絲體的矩形尺寸的原則是矩形對角線的尺寸等于絕緣體上筒腔通道直徑。所說矩形的長261:寬262比例為2: 1到10: 1。所說雙螺旋結構電加熱絲體經拉伸舒展后，可以滑配合地置入到絕緣套符體的腔體內部，其展開后的雙螺旋絲休外徑將適合于絕緣體通道直徑或孔徑。進一步展開的電加熱絲休的矩形圈與下一矩形圈的距離范圍為1到IO毫米。最可行的方案是在筒狀通道內，沿進口到出n方向，矩形圈與圈的距離范Ff;l是不均勻一致的。 一般的講，進u的間隔小T出口問l站，以防止局部絲體溫度過"，過熱。。電加熱絲休以串聯方式穿行在以并聯方式排列的絕緣套休的筒狀通邁內326。出于雙螺旋絲休矩形單7匸鉛柑位排列結構，在筒狀通逝腔內所形成的氣流流通方式和熱交換截而枳遠遠大于傳統iti爐絲排列方式。電加熱絲休為能夠將電能轉化成熱能的絲狀線體元件。電加熱絲體是將給定線徑的電熱絲，經在胎具上，定向纏繞產牛的雙螺旋絲體。
所說的絕緣套322是由多孔內腔和具有與位于其外部的，筒狀金屬外殼適應 的外部幾何結構346組成。腔體結構是由多于一個的軸向對稱的，并均勻分布的， 光滑圓筒通道組成，所說圓筒可有具有不同的圓筒內徑的筒體構成以保證所說的絕 緣套體的有效截面積和結構強度。所說的通道直徑范圍可以為5-50毫米。
所說圓筒式腔體具有與所說伸展開的，電熱絲纏繞加熱體的表觀直徑相匹配內徑。
所說的外形幾何結構由具有圓筒型，或方形，或長方形截面結構或由他們組 成的組合體，和套體支撐結構358構成，所說的支撐結構是與所說的金屬外殼匹配 的幾何機構；所說的絕緣套是由耐溫玻璃，或石英，或陶瓷等，耐溫能達到400-1400度的絕緣材料構成。
保溫層設置位于絕緣體與金屬外套之間，以防止內部熱量沿徑向丟失。材料 可采用耐受200- 700度溫度以下的保溫，隔熱材料；特別是各種纖維類，氈式保 溫材料；所說的保溫層厚度是5-30毫米。
所說的輔助組件位于金屬外套的后端，包括電子控制和保護器件電路，包括 基于出口熱風溫度的調節電路和加熱器自身過熱和斷電保護電路。
所說的進口端組件包括安裝在金屬外殼的尾端的端子，和安裝在端子上的， 與周邊設備相匹配的冷空氣進風口接口轉件，動力電源接口，控制接口等
所說的出口端組件為與被加熱設備匹配，允許被加熱到給定溫度的壓縮空氣 輸出的錐形，變徑結構和測溫熱偶組成。
上述列舉是基于所描述基本原理下的典型應用實例，本專利并不局限于此應 用實例，對于基于此原理延伸，替代，組合和變化而產生的其他應用方式或器具仍 屬于本專利的保護效用范圍。
權利要求1. 高效強制流動氣體電加熱單元是一種將具有一定壓力的冷態氣體快速加熱到 指定溫度的筒狀加熱裝置，其特征是由下列元件構成-1) 位于通風通道中，呈雙螺旋體結構的電加熱絲纏繞體，2) 位于加熱單元前部，包圍在電加熱絲體外的電絕緣套體，3) 絕緣套體外的保溫隔熱層和金屬外套，4) 安裝在金屬外套內的電了控制和保護電路和外套尾端接口。
2. 權利要求l所說的電加熱單元，其特征是所說雙螺旋電加熱絲體是以纏繞形成 的電加熱絲體，舒展后的絲體，構成了由序列矩形單元錯位排列形成的雙螺旋 體結構；所說的螺旋絲體結構的表觀外徑在一個范圍，其允許將所說的纏繞絲 體置于所說絕緣套體筒狀內腔內；所說的螺旋狀絲體應包括至少一種尺寸的 矩形單元，所說的矩形單元的幾何尺寸的長寬比例范圍在1: 1到50: 1; 所說的雙螺旋狀絲體經拉伸舒展后，可置于絕緣套宵體的筒狀內腔內，其雙 螺旋絲體矩形單元間距離范圍在1到IO毫米。
3. 權利要求2所說的電加熱單元，其特征是所述雙螺旋電加熱絲體是能夠將電能 直接轉化成熱能的絲狀線體元件。
4. 權利要求1所說的電加熱單元，其特征是所說電絕緣套是由內腔結構和外部幾 何結構組成，所說內腔結構是由至少一個或多個空腔式筒狀體組成，所說的 筒狀體的截面形狀可選擇于圓和方形，所說圓形截面的直徑范圍可以為5-50毫米，所說方形截面的邊長范圍5-50毫米；所說的絕緣套外部的幾何構造 其特征是包括主體結構和支撐結構，所說的主體結構可選擇為圓筒，方形， 長方形幾何形狀或他們的組合，所說的支撐結構是與保護外套相匹配的,用于 固定絕緣套的幾何機構。
5. 權利要求4所說的電加熱單元，其特征是所說空腔式筒狀體的組合結構是可以 由具有不同截面積的，中心軸對稱分布的多個筒狀內腔排列組成，以形成最大 的絕緣套體內腔的流通面積，所說的電絕緣材料可以選擇由耐溫玻璃，石英 和陶瓷材料制成。
6. 權利要求1所說的電加熱單元，其特征是所說保溫隔熱層是采用可耐受400到 700度溫度的保溫材料；各種纖維類氈式保溫材料；所說的保溫層厚度是5-30毫米。
7. 權利要求1所說的電加熱單元，其特征是所說金屬外套是外套的前部安放包圍 著保溫層的絕緣套體，外套的尾部安放相應的加熱器控制電了器件和電路,外 套前端了為熱風出口和外套后端了設置有冷風入口接口，電源和信號接口。
8. 權利要求1所說的電加熱單元，其特征是所說電子控制和保護電路是位于加熱 腔體尾部的,包括用于控制出口熱風溫度的傳感器，調節電路和加熱器過熱和 斷電保護電路。
9. 權利要求1所說的電加熱單7i:，〗〔特征是所說尾端接口是包括設冇'5周邊設備 相^W的冷態氣休進風口接口，tl加熱動力源接口，控制及保護信號接W。
專利摘要本實用新型為強制流動氣體高效電加熱單元，用于快速，有效地將引進的，具有一定壓力的冷態(空)氣體加熱到指定溫度，減少加熱單元的徑向熱損失。新裝置采用雙螺旋，展開式電熱絲體結構，電熱絲體置于管式通道內，引進空氣從加熱器的一端進入，從另一端釋出。此類加熱管可具有單獨或多重并聯加熱腔方式以保證在短距離內，大流通量的熱交換。
文檔編號F24H3/04GK201155859SQ20072009535
公開日2008年11月26日 申請日期2007年2月27日 優先權日2007年2月27日
發明者平 謝, 鋼 謝 申請人:謝 鋼;謝 平