一種浸入式電加熱系統及應用該系統的罐式集裝箱的制作方法

本發明涉及一種加熱系統，特別涉及一種浸入式電加熱系統及應用該系統的罐式集裝箱。

背景技術：

一些物質在不同溫度時會有不同的物理狀態，低于額定溫度時是固態，高于該溫度時又變成液態，當我們采用液體罐式集裝箱裝運該類物質時，我們需要讓罐箱保持一定的溫度，以便于卸貨時物質狀態保持液態。比較常用的通常有三種方法，一種是用蒸汽加熱，一種是直接用火焰加熱器加熱罐箱箱體，還有一種是在箱體周圍加裝電熱管，這幾種方法各有利弊。蒸汽加熱要求現場有蒸汽發生器，只能在固定的狀態時使用，在移動的狀態下很難實現，而且高溫蒸汽操作存在危險性，加熱時溫度控制比較難，容易造成過熱。火焰加熱器則因為有明火，存在火災隱患，溫度不容易控制，難以避免過度加熱的問題。箱體周圍保溫層內加裝電熱管，可以很好的控制加熱進程，但是改裝費用相當昂貴，改裝一臺罐箱的費用超過2萬美金，不適合我國的基本國情，此外電熱管加熱還存在一個弊端，一旦電熱管出故障，整臺罐箱必須返回堆場維修，短期內無法再投入使用。

技術實現要素：

【1】要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單緊湊、安全系數高、溫控精度高、綠色無污染且使用壽命長的浸入式電加熱系統及應用該加熱系統的罐式集裝箱。

【2】解決問題的技術方案

本發明提供一種浸入式電加熱系統，包括：

管路系統，所述管路系統包括與罐體側壁接觸、且用于對所述罐體進行加熱的蒸汽管路21、及與所述蒸汽管路連接并形成封閉管路的輸送管路22，所述管路系統內裝有介質，所述管路系統外包覆有保溫層；

電加熱器4，安裝在所述輸送管路22上，用于對所述管路系統內的介質進行加熱；

循環泵5，安裝在所述輸送管路22上，實現介質的循環流動，用于將加熱后的介質輸送至蒸汽管路并與所述罐體進行熱交換，同時將完成熱交換的介質輸送至電加熱器再加熱；

膨脹罐3，所述膨脹罐安裝在所述電加熱器的出口端及所述循環泵的入口端之間，且所述膨脹罐的安裝高度高于所述管路系統的高度，所述膨脹罐內儲存有介質，在整個管路系統的介質不足時，為管路系統補充液體；同時將管路系統內在加熱過程中釋放出來的空氣通過膨脹罐釋放到系統外部；

監控系統，包括溫控器、溫度記錄儀、電源開關、電路保護及溫度傳感器，所述溫控器與電加熱器連接，用于使所述電加熱器以設定的溫度對介質進行加熱；所述溫度傳感器用于檢測電加熱器內的介質溫度及罐體的溫度，并將檢測值發送至溫控器及溫度記錄儀。

進一步的，所述膨脹罐的出液口設有浮球開關，當管路系統內的介質量低于設定值后，觸發所述浮球開關動作，并將信號反饋至監控系統。

進一步的，所述加熱器為浸入式加熱器，且在所述加熱器外包覆有保溫層。

進一步的，所述膨脹罐上設有排氣閥。

進一步的，所述管路系統內設有壓力傳感器和/或流量傳感器。

進一步的，所述電加熱器的輸出端與所述循環泵的輸入端相連，所述膨脹罐通過軟管與所述循環泵輸入端相連，所述循環泵的輸出端設有安全閥。

進一步的，所述介質為乙二醇水溶液或導熱油。

進一步的，所述監控系統內還設有用于異常報警的報警裝置、及用于記錄數據的存儲器。

進一步的，所述浮球開關、所述電加熱器及所述循環泵上均設有保護罩。

同時本發明還提供一種iso罐式集裝箱，其使用所述的浸入式電加熱系統。

【3】有益效果

本發明浸入式電加熱系統，是非常安全的一種加熱方式，不存在燃燒爆炸和高溫、高壓的隱患，而且能夠實現溫度的精準控制，在溫度達到設定值時自動停止加熱，避免了能源的浪費，而且元器件如果出現故障可以進行更換，無需把整臺罐箱返回堆場維修，提高了罐箱的利用率；利用電加熱器加熱乙二醇和水的混合溶液，再通過循環泵把加熱的乙二醇溶液送入罐體的蒸汽管道中，通過加熱罐體來提高罐內介質的溫度，加熱過程比較溫和，不易造成物料的變質。同時加熱系統通過管路連接，跟罐體原有的蒸汽管道形成一個閉環系統，因此不存在乙二醇這個加熱介質的污染；本發明浸入式電加熱系統，結構簡單緊湊、安全系數高、溫控精度高、綠色無污染、改造成本低、加熱效果好且使用壽命長。

附圖說明

圖1為本發明浸入式電加熱系統的結構示意圖；

圖2為本發明浸入式電加熱系統的蒸汽管路的安裝示意圖；

圖3為應用本發明浸入式電加熱系統的iso罐式集裝箱的結構示意圖；

圖4為應用本發明浸入式電加熱系統的iso罐式集裝箱的另一角度結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，詳細介紹本發明實施例。

參閱圖1和圖2，本發明提供一種浸入式電加熱系統，其包括管路系統、電加熱器4、循環泵5和監控系統，其中：

管路系統包括蒸汽管路21和輸送管路22，蒸汽管路與罐體側壁接觸，用于對罐體進行加熱，通過加熱整個罐體來實現對罐體內部液體的加熱，使用加熱均勻且溫和，在iso罐式集裝箱中，該蒸汽管路位于罐體的下底面，輸送管路與蒸汽管路連接并形成封閉管路，該輸送管路位于罐體外，用于安裝其它加熱或動力組件，在管路系統內裝有介質，在管路系統外包覆有保溫層，防止熱量流失，在本實施例中，該介質為乙二醇水溶液或為導熱油，乙二醇水溶液作為重要的載冷劑，其物理性質對設備和系統的設計都十分重要，

以下表一為乙二醇水溶液的冰點沸點和其濃度的關系：

表一

以下表二為乙二醇水溶液的比熱(kj/kg.k)和其濃度的關系

表二

以下表三是乙二醇水溶液的導熱系數(w/m.k)和其濃度的關系：

表三

而導熱油具有抗熱裂化和化學氧化的性能，傳熱效率好，散熱快，熱穩定性很好。導熱油作為工業油傳熱介質具有以下特點：在幾乎常壓的條件下，可以獲得很高的操作溫度。可以大大降低高溫加熱系統的操作壓力和安全要求，提高了系統和設備的可靠性；可以在更寬的溫度范圍內滿足不同溫度加熱、冷卻的工藝需求，或在同一個系統中用同一種導熱油同時實現高溫加熱和低溫冷卻的工藝要求。可以降低系統和操作的復雜性；省略了水處理系統和設備，提高了系統熱效率，減少了設備和管線的維護工作量。可以減少加熱系統的初投資和操作費用；由于導熱油系統在低壓條件下工作，故其操作安全性要高于水和蒸汽系統，導熱油與另一類高溫傳熱介質熔鹽相比，在操作溫度為400℃以上時，熔鹽較導熱油在傳熱介質的價格及使用壽命方面具有絕對的優勢。

通常，iso罐式集裝箱罐體的側壁為雙層結構，蒸汽管路位于該雙層結構之間，在罐體的外側設有保溫層。

電加熱器4安裝在輸送管路22上，用于對管路系統內的介質進行加熱；本實施例中，電加熱器采用的是浸入式加熱器，功率6kw，電壓380v，頻率50hz，外殼材料為不銹鋼，安裝時與循環泵連接，外部包覆有保溫棉；加熱之后的乙二醇-水溶液通過循環系統流道罐體的蒸汽管道內，通過熱交換使罐體內部的介質升溫。該電加熱器的溫度變化范圍為0-100攝氏度，最高的設計極限溫度為120攝氏度，該電加熱器可使罐體內的介質溫度最高加熱到95攝氏度(設計溫度)。

循環泵5安裝在輸送管路22上，實現介質的在管路內的循環流動，用于將加熱后的介質輸送至蒸汽管路并與罐體進行熱交換，從而實現對罐體的加熱，同時將完成熱交換的介質輸送至電加熱器再加熱；本實施例中，循環泵采用乙二醇循環泵，其為離心泵，功率1.5kw，電壓380v，頻率50hz，安裝時與加熱器及管路系統連接；循環泵將加熱后的乙二醇水溶液通過循環系統流道罐體的蒸汽管道內，通過熱交換來提高罐體介質內的溫度；該循環泵的最大流量是160l/分鐘，最高揚程27米，使用溫度范圍為-40到150攝氏度；為了提高安全性，防止過壓，在循環泵的出口端設有一安全閥。

膨脹罐3，安裝在輸送管路22上，且膨脹罐的出口端位于電加熱器出口端與循環泵入口端之間，在膨脹罐的出口端設有一浮球開關，在膨脹罐內儲存有介質，本實施例中，膨脹罐容積為8升，材料為鋁合金，主要作用是存儲乙二醇水溶液或導熱油，在整個管路系統的介質不足時，為管路系統補充液體；同時將管路系統在加熱過程中產生的空氣通過膨脹罐排到系統外；為了能使內部空氣排出，在膨脹罐上設有自動排氣閥；上述電加熱器的輸出端與循環泵的輸入端連接，膨脹罐的輸出端循環泵的輸入端連接，且膨脹罐的安裝高度高于管路系統的高度，當管路系統的介質減少時，膨脹罐內的介質在重力作用下自動補充至管路系統內；在iso罐式集裝箱中，該膨脹罐水平安裝在箱體上端框架上，并通過軟管與循環泵連接。

監控系統，用于控制加熱器、循環泵的工作，同時能將工作狀態，例如加熱器溫度、蒸汽管路溫度、輸送管路溫度、罐體內部溫度、膨脹罐內介質量、內部壓力、流量等反饋至監控系統，利于實時監控管理，具體的，其包括溫控器、溫度記錄儀和溫度傳感器，溫控器與電加熱器連接，用于使電加熱器以設定的溫度對介質進行加熱；溫度傳感器用于檢測管路系統及罐體內的溫度，并將檢測值傳送至溫控器和溫度記錄儀；同時在管路系統內設置有壓力傳感器和流量傳感器，用于實時檢測內部壓力和流量。為了進一步提高安全性，在監控系統上還設置有報警裝置，該報警裝置為聲報警或光報警，或聲光報警，用于在壓力過高、溫度過高、介質量過少、循環泵故障等情況下進行報警；為了使系統具有數據追溯性，在監控系統內還設有存儲器，用于記錄內部溫度、及電源通斷等相關數據，便于后期對數據的追溯查看；同時，在膨脹罐出口端設有與監控系統連接的浮球開關，當管路系統內的介質量低于設定值后，觸發浮球開關動作，并將信號反饋至監控系統，表明管路系統內的介質量過低，需要及時補充。

同時還設有其他輔助部件，包括連接管路、電纜線、及各類開關閥，在浮球開關、電加熱器和循環泵外設有保護罩、用于存放線纜的線纜儲存箱，所有連接管路都進行密封處理，并用密封膠加固，確保設備在公路、鐵路及海運過程中的運行不出現松動或泄漏的現象。電纜線為全橡膠材料保護的三相四芯線，長度根據實際情況定制，插頭為專業的三相四線防水工業插頭，浮球開關用于控制循環系統液位過低時切斷設備運行，保證設備安全；電加熱器與循環泵的保護罩及電纜儲存箱提高強度和可靠性；主要部件的螺絲采用不銹鋼防松螺絲，并用螺紋膠固定，增加牢固度，防止松動，可應用于公路、鐵路及海運的各種復雜作業工況。

在應用該加熱系統的罐式集裝箱中，與原來的罐式集裝箱的蒸汽系統是共用同一套管路系統的，當該加熱設備出現故障時，可以把管路內的乙二醇水溶液放掉，改用原來的蒸汽加熱。該加熱系統可以在現有的罐式集裝箱的基礎上進行改裝，改裝方便，成本低，且效果好。

本發明中的循環系統設計簡單，由于系統設計為封閉系統，因此內部流通不再設置過濾器，然而，如果在系統的初始使用中，系統被固體物質污染，則其將限制流量并因此限制系統的容量，在這種情況下，系統可以采用如濕蒸汽高壓、高容量液體反向沖洗。

乙二醇-水加熱系統是非常安全的一種加熱方式，利用電加熱器加熱乙二醇和水的混合溶液，再通過泵把熱的乙二醇溶液送入罐箱的蒸汽管道中，通過加熱罐體來提高罐內介質的溫度，加熱過程比較溫和，不易造成物料的變質。加熱系統通過軟管連接跟罐箱原有的蒸汽管道形成一個閉環系統，因此不存在乙二醇這個加熱介質的污染。整個加熱系統由四個主要部件組成，一個是電加熱器，實現對系統里面循環的乙二醇水溶液的加熱功能。第二個是泵，實現乙二醇水溶液的循環功能。第三個是膨脹水箱，實現系統因為某些原因導致缺液時的緊急補液功能。第四個是控制箱，實現溫度的控制、故障報警和整個系統的安全保護。

同時本發明還提供一種iso罐式集裝箱，參閱圖3和圖4，其使用上的浸入式電加熱系統，其包括框架及位于框架中的罐體，具體的，循環泵和電加熱器安裝在一箱體內，該箱體安裝在框架下端，膨脹罐水平安裝在框架上橫梁上、且通過軟管連接至循環泵入口端，監控系統安裝在一電箱內，該電箱安裝在框架端部；蒸汽管路由若干支管構成，支管沿罐體的軸線方向貼合安裝在罐體側壁，提高了與罐體的貼合度，利于加熱；且蒸汽管路安裝在罐體的下端，大大提高了熱源利用率，減少能量損耗。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。