一種適用于多種介質(zhì)的換熱器及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于多種介質(zhì)的換熱器及制造方法，包括內(nèi)腔換熱體，所述內(nèi)腔換熱體內(nèi)腔中安裝有內(nèi)腔散熱環(huán)，內(nèi)腔換熱體的外表面通過機(jī)械包覆、機(jī)械涂覆、熱燒結(jié)或復(fù)合材料的加工方式復(fù)合有碳材料發(fā)熱體，碳材料發(fā)熱體對稱復(fù)合在內(nèi)腔換熱體的中間部分的外表面，碳材料發(fā)熱體的外表面及兩端均熱復(fù)合有外層絕緣體，所述內(nèi)腔換熱體的外表面安裝有換熱片，碳材料發(fā)熱體的兩端點(diǎn)焊有連接電極。內(nèi)腔散熱環(huán)降低了液體、固體和氣體紊流熱交換的熱阻值，有利于提高換熱效率，同時(shí)也克服了現(xiàn)有技術(shù)中熱輻射和熱傳導(dǎo)換熱不均勻、溫度場不均勻、層流熱阻值大和熱能利用率低的技術(shù)瑕疵。
【專利說明】一種適用于多種介質(zhì)的換熱器及制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱器，具體涉及一種用于液體、固體及氣體的新型換熱器及制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]換熱器用于將高溫液、固及氣體物料的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)對高溫物料的冷卻和余熱回收，目前，現(xiàn)有的換熱器存在的具體缺點(diǎn)為:
[0003]1、目前的換熱器由于熱輻射和熱傳導(dǎo)換熱不均勻而導(dǎo)致溫度場不均勻，層流熱交換熱阻值大，熱能利用率低；
[0004]2、在加熱區(qū)內(nèi)熱輻射和熱傳導(dǎo)無法實(shí)現(xiàn)100%的均勻無間隙覆蓋熱交換；
[0005]3、目前的換熱器，物料介質(zhì)在外力和重力作用下的流動(dòng)過程中，對流熱交換、輻射熱交換和傳導(dǎo)熱交換熱能利用率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種適用于多種介質(zhì)的換熱器及制造方法，該換熱器實(shí)現(xiàn)了物料介質(zhì)在加熱工作區(qū)內(nèi)進(jìn)行熱輻射、熱對流及熱傳導(dǎo)的100%均勻無間隙覆蓋熱交換，因內(nèi)腔散熱環(huán)的阻尼作用，物料介質(zhì)在外力和重力作用下的流動(dòng)過程，改善了紊流攪動(dòng)對流換熱、熱傳導(dǎo)和熱輻射的熱交換效率，提高了對物料介質(zhì)加熱和冷卻熱交換效率及熱能利用率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0008]一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，包括內(nèi)腔換熱體，所述內(nèi)腔換熱體內(nèi)腔中安裝有內(nèi)腔散熱環(huán)，內(nèi)腔換熱體的外表面通過機(jī)械包覆、機(jī)械涂覆、熱燒結(jié)或復(fù)合材料的加工方式復(fù)合有碳材料發(fā)熱體，碳材料發(fā)熱體對稱復(fù)合在內(nèi)腔換熱體的中間部分的外表面，碳材料發(fā)熱體的外表面及兩端均熱復(fù)合有外層絕緣體，所述內(nèi)腔換熱體的外表面安裝有換熱片，碳材料發(fā)熱體的兩端外表面設(shè)有連接電極，連接電極的引出線即為外接電極。
[0009]所述內(nèi)腔散熱環(huán)為采用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型的結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)腔散熱環(huán)由金屬材料組成。
[0010]所述內(nèi)腔換熱體是有石英或陶瓷材料組成。
[0011]所述碳材料發(fā)熱體是由碳纖維、石墨和/或高導(dǎo)電材料組成。
[0012]所述連接電極是由金屬和/或石墨材料組成，外接電極是由金屬和/或石墨材料組成。
[0013]所述外層絕緣體是由樹脂、硅橡膠和陶瓷材料組成。
[0014]所述換熱片是由金屬或石墨材料組成。
[0015]所述內(nèi)腔換熱體的內(nèi)徑范圍為16mm?250mm。
[0016]所述換熱器的長度為150mm?3000mm。
[0017]所述換熱器的工作溫度區(qū)間在50°C?900°C范圍內(nèi)。
[0018]一種適用于多種介質(zhì)的換熱器的制造方法，包括以下步驟:
[0019]步驟一:采用石英管或燒結(jié)陶瓷管作為內(nèi)腔換熱體；
[0020]步驟二:采用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型內(nèi)腔散熱環(huán)并安裝在內(nèi)腔換熱體的內(nèi)腔中；
[0021]步驟三:碳材料通過機(jī)械包覆、機(jī)械涂覆、熱燒結(jié)或復(fù)合材料的加工方式復(fù)合在內(nèi)腔換熱體外形成碳材料發(fā)熱體；
[0022]步驟四:在碳材料發(fā)熱體兩端整體制造或點(diǎn)焊設(shè)備點(diǎn)焊連接電極，再通過安裝工具緊密包覆在碳材料發(fā)熱體兩端，連接電極與外接電極相連；
[0023]步驟五:采用由樹脂、硅橡膠和陶瓷材料組成的外層絕緣體熱復(fù)合在內(nèi)腔換熱體、碳材料發(fā)熱體、連接電極與外接電極的組合體的外表面；
[0024]步驟六:用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型的換熱片并安裝在外層絕緣體外表面。
[0025]所述連接電極及外接電極制作時(shí):碳材料發(fā)熱體的兩端外表面鑲嵌有彈簧連接電極，彈簧連接電極上點(diǎn)焊金屬材料形成的外接電極，或者，碳材料發(fā)熱體的兩端外表面鑲嵌有彈性金屬環(huán)連接電極或彈性金屬套連接電極，彈性金屬環(huán)連接電極或彈性金屬套連接電極上點(diǎn)焊金屬材料形成的外接電極，或者，碳材料發(fā)熱體的兩端外表面為石墨套連接電極，石墨套連接電極上鑲嵌金屬材料形成的外接電極。
[0026]工作原理:
[0027]電源加熱過程:完成了常溫液體、固體或氣體介質(zhì)在熱輻射和熱傳導(dǎo)區(qū)100%的均勻無間隙覆蓋流動(dòng)加熱。因內(nèi)腔散熱環(huán)的阻尼作用，液體、固體和氣體介質(zhì)在外力作用下，實(shí)現(xiàn)了紊流攪動(dòng)流動(dòng)，降低了對流熱交換的熱阻值。
[0028]當(dāng)內(nèi)腔換熱體采用一種石英材料時(shí)，碳材料發(fā)熱體加熱過程產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線輻射加熱功能透過石英材料同時(shí)作用在常溫液體、氣體或固體水分子介質(zhì)中，增強(qiáng)了輻射熱交換的作用。
[0029]碳材料100%貼敷覆蓋在內(nèi)腔換熱體外表面，并將換熱片再次貼敷覆蓋在碳材料外表面，具有的優(yōu)良熱傳導(dǎo)性能。
[0030]冷卻和余熱回收過程:完成了高溫液體、氣體或固體介質(zhì)在100%的均勻無間隙覆蓋的熱傳導(dǎo)區(qū)流動(dòng)放熱熱交換。因內(nèi)腔散熱環(huán)的阻尼作用，高溫液體介質(zhì)在外力作用的流動(dòng)過程，實(shí)現(xiàn)了紊流攪動(dòng)對流放熱和熱傳導(dǎo)放熱效率。達(dá)到了對高溫液體、氣體或固體介質(zhì)中熱量快速傳遞到外部的冷卻和余熱回收介質(zhì)中。
[0031]當(dāng)高溫液、固和氣體物料通過內(nèi)腔散熱環(huán)、內(nèi)腔換熱體、熱傳導(dǎo)性能優(yōu)良的碳材料和換熱片，把高溫物料熱量快速傳遞到外部冷卻介質(zhì)中，并把高溫液、固和氣體物料中的熱量帶走，實(shí)現(xiàn)了對高溫物料冷卻和余熱回收。
[0032]本發(fā)明的有益效果:
[0033]本發(fā)明的換熱器用于液、固或氣體物料加熱。實(shí)現(xiàn)了碳材料發(fā)熱體在熱輻射和熱傳導(dǎo)區(qū)100%的無間隙覆蓋，通過調(diào)整碳材料發(fā)熱體內(nèi)的碳材料的電導(dǎo)率，其加熱阻值任意可調(diào)。內(nèi)腔散熱環(huán)降低了液體、固體或氣體紊流熱交換的熱阻值，提高換熱效率，同時(shí)也克服了現(xiàn)有技術(shù)熱輻射和熱傳導(dǎo)換熱面積、溫度場不均勻，層流熱阻值大和熱能利用率低的技術(shù)瑕疵。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明的換熱器的剖視圖；
[0035]圖2是本發(fā)明的換熱器的正視圖；
[0036]圖3是本發(fā)明的換熱器的俯視圖；
[0037]圖中，1、內(nèi)腔散熱環(huán)，2、內(nèi)腔換熱體，3、碳材料發(fā)熱體，4、連接電極，5、外層絕緣體，6、換熱片，7、外接電極。

【具體實(shí)施方式】
:
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0039]如圖1-3所示，一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的原創(chuàng)特性。
[0040]1、換熱器外形結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立圓形、獨(dú)立方形和圓形+方形組合結(jié)構(gòu)。
[0041 ] 2、內(nèi)腔散熱環(huán)1、內(nèi)腔換熱體2和碳材料發(fā)熱體3在加熱、冷卻和余熱回收過程，實(shí)現(xiàn)了液體、固體、氣體流動(dòng)介質(zhì)紊流熱交換，從而提高了輻射、傳導(dǎo)和對流熱交換效率。
[0042]其制造過程:
[0043](I)內(nèi)腔散熱環(huán)2可采用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型并安裝在內(nèi)腔換熱體2的內(nèi)腔中。
[0044](2)內(nèi)腔換熱體2可采用現(xiàn)有石英類成型產(chǎn)品或自制燒結(jié)陶瓷零件實(shí)現(xiàn)。
[0045]3、碳材料發(fā)熱體3是由電熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)98%的材料組成，又是很好的傳熱材料。其制造過程:材料通過機(jī)械包覆、機(jī)械涂覆、熱燒結(jié)或復(fù)合材料的加工方式復(fù)合在內(nèi)腔換熱體3外實(shí)現(xiàn)。
[0046]4、連接電極4和外接電極7。其制造過程:可以整體制造或?qū)Ｓ命c(diǎn)焊接設(shè)備連接，再通過安裝工具緊密包覆在碳材料發(fā)熱體3兩端實(shí)現(xiàn)。
[0047]5、外層絕緣體5，其制造過程:采用樹脂、硅橡膠和陶瓷材料熱復(fù)合在內(nèi)腔換熱體2和碳材料發(fā)熱體3外表面實(shí)現(xiàn)。
[0048]6、換熱片6，其制造過程:用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型并通過專用機(jī)械安裝在外層絕緣體5外表面實(shí)現(xiàn)。
[0049]內(nèi)腔散熱環(huán)I由金屬材料組成，內(nèi)腔換熱體2是有石英和陶瓷材料組成，碳材料發(fā)熱體3是由碳纖維、石墨和/或高導(dǎo)電材料組成，連接電極4是由金屬和/或石墨材料組成，外層絕緣體5是由樹脂、硅橡膠和陶瓷材料組成，換熱片6是由金屬和石墨材料組成，外接電極7是由金屬和/或石墨材料組成。
[0050]該換熱器具有冷加工、熱加工和復(fù)合材料加工綜合技術(shù)制造的特點(diǎn)。結(jié)合不同應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求，產(chǎn)品制造具有不同加工組合，產(chǎn)品制造可采用的金屬材料、非金屬材料、樹脂材料和娃橡膠材料，材質(zhì)選擇寬泛。
[0051]本發(fā)明可以廣泛使用于:化工行業(yè)液體物料加熱和固體物料冷卻；鑄造舊砂再生系統(tǒng)加熱、舊熱砂冷卻系統(tǒng)和金屬恪化過程系統(tǒng)余熱回收；食品和糧食加熱干燥；油田局部采油管道保溫加熱；醫(yī)藥粉料和固體物料加熱、干燥和冷卻。冷空氣加熱采暖；飲用流水熱水器加熱；洗漱流水熱水器加熱；民用太陽能產(chǎn)品的冬季補(bǔ)充加熱等。
[0052]本發(fā)明的制造過程的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)大都采用了非標(biāo)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)完成，非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)和工藝制造技術(shù)保密性強(qiáng)。
[0053]本發(fā)明配合不同領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)，內(nèi)腔換熱體的內(nèi)徑為C>16mm?i>250mm，換熱器的長度范圍可達(dá)150mm?3000mm，工作溫度范圍在50°C?900°C之間。
[0054]換熱器在電加熱時(shí)，啟動(dòng)電流小，在大功率電源加熱過程對電網(wǎng)沒有沖擊電流發(fā)生，在低溫差熱交換過程余熱回收效率高，在高溫差熱交換過程冷卻效果和余熱回收效率尚O
[0055]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，包括內(nèi)腔換熱體，所述內(nèi)腔換熱體內(nèi)腔中安裝有內(nèi)腔散熱環(huán)，內(nèi)腔換熱體的外表面通過機(jī)械包覆、機(jī)械涂覆、熱燒結(jié)或復(fù)合材料的加工方式復(fù)合有碳材料發(fā)熱體，碳材料發(fā)熱體對稱復(fù)合在內(nèi)腔換熱體的中間部分的外表面，碳材料發(fā)熱體的外表面及兩端均熱復(fù)合有外層絕緣體，所述內(nèi)腔換熱體的外表面安裝有換熱片，碳材料發(fā)熱體的兩端外表面設(shè)有連接電極，連接電極的引出線即為外接電極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述內(nèi)腔散熱環(huán)為采用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型的結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)腔散熱環(huán)由金屬材料組成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述內(nèi)腔換熱體是由石英和陶瓷材料組成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述碳材料發(fā)熱體是由碳纖維、石墨和/或高導(dǎo)電材料組成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述連接電極是由金屬和/或石墨材料組成，外接電極是由金屬和/或石墨材料組成。
6.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述外層絕緣體是由樹脂、硅橡膠和陶瓷材料組成。
7.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述換熱片是由金屬和石墨材料組成。
8.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述內(nèi)腔換熱體的內(nèi)徑范圍為16mm?250mm，所述換熱器的長度為150mm?3000mm。
9.如權(quán)利要求1所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器，其特征是，所述換熱器的工作溫度區(qū)間在50°C?900°C范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1至9任一所述的一種適用于多種介質(zhì)的換熱器的制造方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一:采用石英管或燒結(jié)陶瓷管作為內(nèi)腔換熱體； 步驟二:采用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型內(nèi)腔散熱環(huán)并安裝在內(nèi)腔換熱體的內(nèi)腔中； 步驟三:碳材料通過機(jī)械包覆、機(jī)械涂覆、熱燒結(jié)或復(fù)合材料的加工方式復(fù)合在內(nèi)腔換熱體外形成碳材料發(fā)熱體； 步驟四:在碳材料發(fā)熱體兩端整體制造或點(diǎn)焊設(shè)備點(diǎn)焊連接電極，再通過安裝工具緊密包覆在碳材料發(fā)熱體兩端，連接電極與外接電極相連； 步驟五:采用由樹脂、硅橡膠和陶瓷材料組成的外層絕緣體熱復(fù)合在內(nèi)腔換熱體、碳材料發(fā)熱體、連接電極與外接電極的組合體的外表面； 步驟六:用螺旋繞制和機(jī)械沖壓成型的換熱片并安裝在外層絕緣體外表面。
【文檔編號】F28F1/42GK104456919SQ201410797460
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】劉逢時(shí), 王海慶, 李林林 申請人:劉逢時(shí), 王海慶, 李林林