本實(shí)用新型涉及電加熱器領(lǐng)域，尤其涉及一種直接式高效電加熱器。

背景技術(shù)：

在許多工業(yè)過程中，氣體介質(zhì)的加熱非常重要，特別對(duì)于化工生產(chǎn)過程，經(jīng)常需要根據(jù)工藝要求把高溫、高壓、有毒、有害、易燃、易爆的一種或多種混合氣體加熱到一定溫度，為了確保反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行及提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，對(duì)溫度的控制嚴(yán)格。同時(shí)，氣體加熱還要做到加熱均勻、換熱效果好，加熱系統(tǒng)內(nèi)電熱元件不能結(jié)垢，以免局部過熱，腐蝕甚至燒斷加熱元件。

傳統(tǒng)流體電加熱器的加熱原理是：介質(zhì)經(jīng)管道輸送，由電加熱器容器的進(jìn)口端進(jìn)入裝有管狀電熱元件的電加熱器容器內(nèi)，現(xiàn)有通用的加熱管為普通的防腐管或彎曲的螺旋管盤管結(jié)構(gòu)。介質(zhì)從加熱管內(nèi)壁流動(dòng)時(shí)，電加熱絲導(dǎo)電對(duì)加熱管熱輻射加熱，通過熱傳導(dǎo)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行熱交換，屬于間接加熱,能效利用低，受電流密度、表功率及換熱速度和加熱器體積影響，實(shí)現(xiàn)高壓、高溫、大流量、大功率電加熱器難度較大，且不經(jīng)濟(jì)，甚至很難實(shí)現(xiàn)。特別對(duì)于有較強(qiáng)的腐蝕性以及在加熱的過程中易于結(jié)垢的介質(zhì)，傳統(tǒng)的電加熱器采用對(duì)螺旋換熱管直接加熱的方式，導(dǎo)致在加熱過程中經(jīng)常發(fā)生設(shè)備堵塞和元件腐蝕損壞，使用壽命短，增加企業(yè)運(yùn)行成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決盤管間接加熱存在的加熱效率低，易堵塞和易腐蝕，壽命低的問題，本實(shí)用新型提供了一種直接式高效電加熱器。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一種直接式高效電加熱器，所述直接式高效電加熱器包括外筒體，其內(nèi)設(shè)有介質(zhì)流入的穩(wěn)流腔、加熱腔以及介質(zhì)流出的整流腔，所述穩(wěn)流腔內(nèi)設(shè)有流體分布器，所述加熱腔內(nèi)設(shè)有加熱組件，所述加熱腔與外筒體內(nèi)壁間設(shè)有隔熱屏，所述外筒體上設(shè)有電極組件，所述電極組件與所述加熱組件相連。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述加熱組件為蛇形結(jié)構(gòu)發(fā)熱體。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述外筒體穩(wěn)流腔所在的一側(cè)設(shè)有進(jìn)口接口法蘭。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述外筒體整流腔所在的一側(cè)設(shè)有出口接口法蘭。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述外筒體上設(shè)有熱電偶管口，所述外筒體內(nèi)設(shè)有若干溫度檢測(cè)裝置，所述溫度檢測(cè)裝置通過熱電偶管口外接溫控設(shè)備。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述穩(wěn)流腔內(nèi)流體經(jīng)流體分布器均勻分布。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述電極組件包括電極安裝罩、接線盒和接地故障保護(hù)系統(tǒng)。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述加熱腔為中空結(jié)構(gòu)。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述隔熱屏通過壓縮彈簧支撐件與外筒體進(jìn)行連接固定。

依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述加熱組件為棒狀或帶狀結(jié)構(gòu)發(fā)熱體。

本實(shí)用新型實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型所述的直接式高效電加熱器，包括外筒體，其內(nèi)設(shè)有介質(zhì)流入的穩(wěn)流腔、加熱腔以及介質(zhì)流出的整流腔，所述加熱腔外設(shè)有加熱組件和流體分布器，所述加熱腔與外筒體內(nèi)壁間設(shè)有隔熱屏，所述外筒體上設(shè)有電極組件，所述電極組件與所述加熱組件相連；是采用蛇形加熱組件結(jié)構(gòu)的一種直接式加熱器。流體介質(zhì)進(jìn)入管道進(jìn)口法蘭后，經(jīng)過一段穩(wěn)流腔流動(dòng)后經(jīng)流體分布器進(jìn)行均流，再在加熱腔進(jìn)行直接換熱，通過熱電偶和溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)控，換熱后的介質(zhì)再經(jīng)過一段整流腔后流經(jīng)出口法蘭面流出，進(jìn)一步進(jìn)入反應(yīng)器等下一工段；介質(zhì)通過加熱腔內(nèi)的加熱組件進(jìn)行直接換熱，其換熱效率可達(dá)95％以上，無阻力，壓力損失較小；加熱組件根據(jù)介質(zhì)加熱工藝要求，無污染，不易結(jié)垢，加熱高效穩(wěn)定。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型所述的一種直接式高效電加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型所述的一種直接式高效電加熱器的加熱組件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1和圖2所示，一種直接式高效電加熱器，所述直接式高效電加熱器包括外筒體1，其內(nèi)設(shè)有介質(zhì)流入的穩(wěn)流腔2、加熱腔3以及介質(zhì)流出的整流腔4，所述穩(wěn)流腔2內(nèi)設(shè)有流體分布器12，所述穩(wěn)流腔2內(nèi)流體經(jīng)流體分布器12均勻分布，所述加熱腔3內(nèi)設(shè)有加熱組件9所述加熱腔3與外筒體1內(nèi)壁間設(shè)有隔熱屏11，所述外筒體1上設(shè)有電極組件10，所述電極組件10與所述加熱組件9相連。

其中，所述加熱組件9可為蛇形結(jié)構(gòu)。所述外筒體1穩(wěn)流腔2所在的一側(cè)設(shè)有進(jìn)口接口法蘭5。所述外筒體1整流腔4所在的一側(cè)設(shè)有出口接口法蘭8。所述外筒體上設(shè)有熱電偶管口7。所述外筒體內(nèi)設(shè)有若干溫度檢測(cè)裝置，所述溫度檢測(cè)裝置通過熱電偶管口外接溫控設(shè)備。所述電極組件包括電極安裝罩、接線盒和接地故障保護(hù)系統(tǒng)。所述加熱組件還可為棒狀或帶狀結(jié)構(gòu)。所述加熱腔為中空結(jié)構(gòu)。所述隔熱屏11通過壓縮彈簧支撐件6與外筒體1進(jìn)行連接固定。

在實(shí)際應(yīng)用中，可如下：

外筒體為承壓容器，按壓力容器設(shè)計(jì)，其具備介質(zhì)流入的穩(wěn)流腔，一中空的加熱腔，以及介質(zhì)加熱后流出的整流腔，外筒體上有進(jìn)口接口法蘭，多個(gè)壓縮彈簧支撐件，熱電偶管口以及出口接口法蘭。

外筒體內(nèi)包含的加熱腔內(nèi)，裝有加熱組件，該加熱組件具有蛇形結(jié)構(gòu)，根據(jù)電氣配置要求，一般加熱組件為三相連接，即加熱組件一般分組分別連接到電源的三相。該加熱組件根據(jù)介質(zhì)加熱工藝要求，一般采用石墨、炭-炭復(fù)合、硅鉬、鎢、鎳鉻合金等加熱材料中的一種。

三相加熱組件通過三個(gè)電極組件連接到電源的三相，提供從電源到加熱器件的功率。電極組件一般包含電極安裝罩，接線盒，接地故障保護(hù)系統(tǒng)等，電極罩在電極周圍，防止人員誤碰到電源連接點(diǎn)；接線盒用于傳感器功率與信號(hào)連接；接地故障保護(hù)系統(tǒng)用來檢測(cè)內(nèi)部加熱組件是否接觸到外殼體、其它內(nèi)部件，或者電源線短路的接地故障。

在外殼體與加熱腔之間的腔體內(nèi)還裝有圓筒型隔熱屏，隔熱屏的主要作用是隔熱、保溫及減少熱損失。隔熱屏根據(jù)工藝介質(zhì)要求可采用金屬材料、金屬涂層材料、石墨材料中的一種。隔熱屏通過外殼體的壓縮彈簧支撐件固定在外筒體上，提供隔熱屏的內(nèi)部支撐，防止由于介質(zhì)流動(dòng)引起的內(nèi)構(gòu)件晃動(dòng)。

頭部紊流腔內(nèi)裝有流體分布器，用于均勻流體流動(dòng)，更有效地?fù)Q熱。

通過熱電偶和溫度傳感器提供加熱器進(jìn)口、中間和出口溫度顯示，監(jiān)控溫度過熱報(bào)警和停機(jī)。

在實(shí)際工作時(shí)，工作壓力為0.1～8MPa，工作溫度為常溫～1500℃，輸出功率為500～15000KW。

三組蛇形加熱組件通過三個(gè)電極分別連接到電源的三相，通過功率調(diào)節(jié)滿足介質(zhì)出口溫度的要求。蛇形加熱組件所用材料要求不易在高溫下變形、變質(zhì)等特點(diǎn)。根據(jù)工作溫度以及氣體介質(zhì)性質(zhì)選用加熱材料。常見的材料有碳碳復(fù)合材料、石墨材料、鎳鉻合金等。加熱組件的選型、展開面積及開孔等參數(shù)是由加熱器功率、電流密度、表功率、氣體壓力、流量、溫度等參數(shù)綜合確定的。通過功率調(diào)節(jié)器對(duì)電加熱器輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過此種控制被加熱物料溫度更加均勻?？梢圆捎枚鄠€(gè)串聯(lián)或并聯(lián)以達(dá)到工藝目的。加熱器可垂直或水平安裝。

在實(shí)際應(yīng)用中，可用在航空領(lǐng)域的大功率空氣加熱器。航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)需要大功率、大流量的空氣加熱器。

在實(shí)際使用時(shí)，加熱器一般可采用垂直或水平安裝。設(shè)計(jì)壓力為5MPa，高壓空氣從50℃加熱到750℃，單臺(tái)加熱功率可達(dá)15000kW。根據(jù)本實(shí)施例，高壓氣體從入口法蘭進(jìn)入穩(wěn)流腔，經(jīng)過一段穩(wěn)流流動(dòng)后經(jīng)流體分布器進(jìn)行均流，再在加熱腔進(jìn)行直接換熱，進(jìn)行直接換熱，通過熱電偶和溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)控，換熱后的介質(zhì)再經(jīng)過整流腔后流經(jīng)出口法蘭面流出，用于發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境模擬試驗(yàn)。

外筒體包含的流動(dòng)腔及加熱腔中，裝有環(huán)形多孔加熱組件，該加熱組件具有蛇形結(jié)構(gòu)，(下稱蛇形加熱組件)根據(jù)電氣配置要求，采用三相星型連接，加熱組件分為三相連接，即加熱組件一般分組分別連接到電源的三相。蛇形加熱組件分三相通過三個(gè)電極組件連接到電源的三相，提供從電源到加熱器件的功率。

該加熱組件根據(jù)空氣加熱工藝要求，無污染，不易結(jié)垢，可采用炭-炭復(fù)合材料，加熱高效穩(wěn)定。

在外殼體與加熱腔之間的腔體內(nèi)還裝有圓筒型隔熱屏，隔熱屏的主要作用是隔熱、保溫及減少熱損失。隔熱屏根據(jù)工藝介質(zhì)要求可采用耐高溫不銹鋼或鎳基合金材料，保溫隔熱，保護(hù)壓力容器筒體。隔熱屏通過外殼體的壓縮彈簧支撐件固定在外筒體上，提供隔熱屏的內(nèi)部支撐，防止由于大流量空氣流動(dòng)引起的內(nèi)構(gòu)件晃動(dòng)。

頭部穩(wěn)流腔內(nèi)裝有流體分布器，用于均勻流體流動(dòng)，能更有效地?fù)Q熱。

加熱器電極組件一般包含電極安裝罩，接線盒，接地故障保護(hù)系統(tǒng)等，電極罩在電極周圍，防止人員誤碰到電源連接點(diǎn)；接線盒用于傳感器功率與信號(hào)連接；接地故障保護(hù)系統(tǒng)用來檢測(cè)內(nèi)部加熱組件是否接觸到外殼體、其它內(nèi)部件，或者電源線短路的接地故障。通過熱電偶和溫度傳感器提供加熱器進(jìn)口，中間和出口溫度顯示，監(jiān)控溫度過熱報(bào)警和停機(jī)。通過電纜連接加熱器電級(jí)和電源，電加熱器的功率在量程內(nèi)是可調(diào)的，依據(jù)加熱器的出口溫度，進(jìn)行加熱器件上的功率調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)可以配置成一個(gè)控制器同時(shí)控制兩臺(tái)加熱器，來維持所需要的出口溫度?？諝庵苯恿鹘?jīng)加熱器的空腔，進(jìn)行直接換熱，避免經(jīng)過管子間接換熱，加熱效率大大提高。

1、采用了至少兩個(gè)由外層筒體和內(nèi)隔熱屏結(jié)構(gòu)，承壓部件按壓力容器設(shè)計(jì)，隔熱屏保溫，減少熱量損失，可耐高溫高壓。

2、介質(zhì)在加熱腔內(nèi)直接換熱，不需要經(jīng)過盤管或管子間接換熱，換熱效率高，流動(dòng)阻力小，不易結(jié)垢和堵塞，使用壽命長(zhǎng)。

3、蛇形加熱組件采用特殊結(jié)構(gòu)和材料，加熱面積大，表面負(fù)荷高，加熱穩(wěn)定。(替代方案可用棒形加熱組件)碳碳復(fù)合的高溫加熱材料，是碳纖維及其織物增強(qiáng)的碳基體復(fù)合材料。具有低密度、高強(qiáng)度、高比模量、高導(dǎo)熱性、低膨脹系數(shù)、摩擦性能好，以及抗熱沖擊性能好、尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

4、配合均流設(shè)計(jì)，介質(zhì)流動(dòng)可均勻分布，高效換熱。

5、三相電控制有電極保護(hù)罩及接線盒，接地防護(hù)系統(tǒng)，絕緣件等，安全性高。

6、通過功率調(diào)節(jié)器對(duì)電加熱器輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過此種控制被加熱物料溫度更加均勻。

本實(shí)用新型實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型所述的直接式高效電加熱器，包括外筒體，其內(nèi)設(shè)有介質(zhì)流入的穩(wěn)流腔、加熱腔以及介質(zhì)流出的整流腔，所述加熱腔外設(shè)有加熱組件和流體分布器，所述加熱腔與外筒體內(nèi)壁間設(shè)有隔熱屏，所述外筒體上設(shè)有電極組件，所述電極組件與所述加熱組件相連；是采用蛇形加熱組件結(jié)構(gòu)的一種直接式加熱器。流體介質(zhì)進(jìn)入管道進(jìn)口法蘭后，經(jīng)過一段穩(wěn)流腔流動(dòng)后經(jīng)流體分布器進(jìn)行均流，再在加熱腔進(jìn)行直接換熱，通過熱電偶和溫度傳感器進(jìn)行溫度監(jiān)控，換熱后的介質(zhì)再經(jīng)過一段整流腔后流經(jīng)出口法蘭面流出，進(jìn)一步進(jìn)入反應(yīng)器等下一工段；介質(zhì)通過加熱腔內(nèi)的加熱組件進(jìn)行直接換熱，其換熱效率可達(dá)95％以上，無阻力，壓力損失較??；加熱組件根據(jù)空氣加熱工藝要求，無污染，不易結(jié)垢，加熱高效穩(wěn)定。采用了至少兩個(gè)由外層筒體和內(nèi)隔熱屏結(jié)構(gòu)，承壓部件按壓力容器設(shè)計(jì)，隔熱屏保溫，減少熱量損失，可耐高溫高壓；介質(zhì)在加熱腔內(nèi)直接換熱，不需要經(jīng)過盤管或管子間接換熱，換熱效率高，流動(dòng)阻力小，不易結(jié)垢和堵塞，使用壽命長(zhǎng)；蛇形加熱組件采用特殊結(jié)構(gòu)和材料，加熱面積大，表面負(fù)荷高，加熱穩(wěn)定；配合均流設(shè)計(jì)，高效換熱。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的技術(shù)人員在本實(shí)用新型公開的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。