一种高效辐射式电加热器及其组装方法

技术领域

本发明涉及一种高效辐射式电加热器及其组装方法。

背景技术

目前在多晶硅光伏领域，生产多晶硅主要工艺流程是用工业硅和氯化氢反应生成三氯氢硅；将三氯氢硅经提纯后与氢气反应生成多晶硅。生成多晶硅的同时会产生大量的四氯化硅的尾气，四氯化硅气体需要加热到600℃左右进入流化床才能反应还原成三氯氢硅，使得生产资料能够得以充分的回收利用，并且大大减少了生产中污染物的产生和数量。

目前国内外对于四氯化硅气体的加热均采用电阻发热组件放置在气体流通管道的一侧面进行辐射加热的方式，电阻发热组件产生的热量仅对盘管的一侧面所在区域进行辐射加热，盘管一侧的热量再通过金属传导传递到整个盘管截面，盘管表面温度极不均匀，且经过两次热量传递，热效率较低，造成同等热量传递的情况下需要更长的金属管来进行换热，存在加热器体积庞大，运输困难，热效率低、制造成本高的缺点。

而且现在电阻发热组件一般是由发热丝、陶瓷固定盘、法兰、接线盒等组成，其放置在气体流通管道的一侧，需要一定的安装空间，因此气体流通管道需要螺旋形设计，以便在两侧留出电阻发热组件的安装位置，这也会导致加热器整体体积较大，有时需要拆装发货，再现场安装，会造成人力物力的浪费。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种高效辐射式电加热器及其组装方法，在缩小辐射式电加热器体积的前提下还能保持甚至提高换热效率。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种高效辐射式电加热器，包括有电加热器壳体，所述电加热器壳体的内部设置有换热管道和发热丝，所述发热丝以螺旋方式套设于换热管道的外周侧面；

所述换热管道包括有多根水平部，其中沿换热管道延伸轨迹相邻的两根水平部之间设置有弯曲部，以使所述两根水平部之间贯通设置，所述换热管道的多根水平部呈网格状排列；

所述发热丝的外周侧面套设有绝缘包覆层和/或所述换热管道的外周侧面设置有若干绝缘隔件，若干所述绝缘隔件包括有第一、第二部分，其中所述第一部分设置于发热丝和换热管道之间，所述第二部分套设于所述换热管道上的发热丝的外侧。

优选的，所述换热管道的首、尾端分别为气体入口和气体出口，所述气体入口、气体出口均接通于电加热器壳体的外部。

优选的，所述电加热器壳体的外侧设置有接线盒，所述换热管道上的发热丝的端部接入于接线盒内。

优选的，所述电加热器壳体内设置有管道第二支撑组件，所述换热管道的多根水平部通过管道第二支撑组件固定于电加热器壳体内部。

优选的，所述管道第二支撑组件上设置有管道第一支撑组件，所述发热丝通过管道第一支撑组件固定在换热管道的外周侧。

优选的，所述绝缘隔件的第一部分包括有多个沿换热管道延伸轨迹间隔分布的第一绝缘套，所述绝缘隔件的第二部分包括有多个沿换热管道延伸轨迹间隔分布的第二绝缘套。

优选的，所述多个第一绝缘套和多个第二绝缘套交错分布，使相邻的两个第一绝缘套之间的空间和与之对应的一个第二绝缘套沿径向相邻分布。

优选的，所述电加热器壳体的内部空隙部分填充有保温材料，所述换热管道的内侧设置有强化传热内插件。

一种高效辐射式电加热器的组装方法，包括有以下步骤

步骤1、在绕丝机器上通过外径与第一绝缘套外径相同的绕丝芯棒将发热丝绕制完成，在绕制之前或之后对发热丝的电阻进行测量，确保其功率符合要求；

步骤2、将绕制完成后的发热丝拉伸，拉伸长度=换热管道长度-200mm，拉伸后的发热丝呈弹簧状，并使发热丝螺距为发热丝直径的2.5倍以上；

步骤3、将第一绝缘套间隔均匀地套在换热管道上，并用耐高温粘结剂固定，将拉伸后的发热丝均匀套在第一绝缘套外面，然后将第二绝缘套间隔均匀地套在发热丝上；

步骤5、利用管道第一、第二支撑组件将换热管道固定好，使多个具有一水平部和一弯曲部的换热管道首尾相接，然后将保温棉塞进换热管道周围的间隙中，直至将换热管道包裹住，然后将上述整体装进电加热器壳体内；

步骤6、使发热丝的引出端经过陶瓷隔热筒统一引到接线盒，用绝缘套固定在法兰盘上面，法兰盘上面安装接线盒，用铜排将发热丝引出端各相连接在一起即可。

本发明的有益技术效果：

1、本发明提供的换热管道的水平部呈网格状排列，该排列方式可使换热管道整体的占据空间小，能够缩小辐射式电加热器整体的体积，同时在该换热管道的外周侧以螺旋方式缠绕有发热丝，提高了热量的传导面积，在确保能够对换热管道内介质加热的同时还确保了热辐射均匀，有效提高换热效率。

2、本发明提供的组装方法整体流程简单且快速，通过该组装方法能够很快得到一个体积小、换热效率高的辐射式电加热器。

附图说明

图1为按照本发明的实施例的电加热器正视示意图；

图2为按照本发明的实施例的电加热器侧视示意图；

图3为按照本发明的实施例的换热管道示意图；

图4为按照本发明的实施例的换热管道示意图；

图5为按照本发明的实施例的换热管道示意图；

图6为按照本发明的实施例的换热管道的弯曲部示意图。

图中：1-发热丝，2-绝缘包覆层，3-强化传热内插件，4-绝缘隔件，401-第一绝缘套，402-第二绝缘套，5-换热管道，6-管道第一支撑组件，7-管道第二支撑组件，8-电加热器壳体，9-保温棉，10-接线盒。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-图6所示，本实施例提供的高效辐射式电加热器，包括有电加热器壳体8，电加热器壳体8的内部设置有换热管道5和发热丝1，换热管道5的首、尾端分别为气体入口11和气体出口12，气体入口、气体出口均接通于电加热器壳体8的外部，换热管道5的首、尾端分别折弯至电加热器壳体8的外部，确保需加热的物料便于向换热管道5内输入和从换热管道5内排出，发热丝1沿着换热管道5的延伸轨迹（即换热管道5整体，可以不包括首、尾端）以螺旋的方式套设于换热管道5的外周侧面，且呈螺旋缠绕状态的发热丝1能够均匀包裹换热管道5，发热丝螺距一般是发热丝直径的2.5倍以上，加热器功率确定，根据功率、电压、丝负荷就可以计算出发热丝的直径与总长，再根据换热管直径计算发热丝的总圈数，总圈数确定根据换热管的长度就可以计算出发热丝的螺距（丝距离），使热量的传导面积大，热辐射均匀，因此当发热丝1通电发热时，其产生的热量能够均匀辐射给换热管道5，然后热量通过金属均匀的传导给管道内的气体介质，有效提高热效率，而且该发热丝1以螺旋的方式缠绕在换热管道5上，不需要占据较大空间，无需换热管道5留出较大的空间来安装发热部件；

换热管道5包括有多根水平部，其中沿换热管道5延伸轨迹相邻的两根水平部之间设置有弯曲部，以使两根水平部之间贯通设置，水平部和弯曲部均是贯通的管状结构，发热丝1以螺旋方式缠绕在水平部和弯曲部上，水平部可以指仅具有直管的管状结构，也可以指具有直管和弯管管状结构；

换热管道5的多根水平部呈网格状排列，具体呈现为：换热管道5中间某一部位的竖截面呈网格状，如图2所示，这样的排列方式结构紧密，排列均匀，占据空间不大，无需使用大体积的电加热器壳体8，而且配合以螺旋方式缠绕在换热管道5上的发热丝1能够起到非常优秀的对气体加热的效果，解决了当前市场上辐射式电加热器体积大、运输困难等问题；

网格状排列具体可以为：多根水平部自上向下排列分为七行，其中第一行有两个左右间隔分布的水平部，第二行有四个自左向右间隔分布的水平部，第三行有六个自左向右间隔分布的水平部，第四行也有六个自左向右间隔分布的水平部，第一~第三行水平部和第五~第七行以第四行为对称轴上下间隔对称，其中沿换热管道5延伸轨迹相邻的两个水平部之间有且仅有一个弯曲部；该网格状排列的换热管道5能够有效缩短整体（换热管道5）占用的空间，能够适应电加热器壳体8的结构；

发热丝1的外周侧面套设有绝缘包覆层2，避免发热丝1向外漏电，换热管道5的外周侧面设置有若干绝缘隔件4，若干绝缘隔件4包括有第一、第二部分，其中第一部分设置于发热丝1和换热管道5之间，第二部分套设于换热管道5上的发热丝1的外侧；

绝缘隔件4的第一部分包括有多个沿换热管道5延伸轨迹间隔分布的第一绝缘套401，这样既能保证绝缘性能，又能让发热丝1的热量能很好的辐射传导到换热管道5上，保证换热管与介质之间的传热效率，绝缘隔件4的第二部分包括有多个沿换热管道5延伸轨迹间隔分布的第二绝缘套402；

多个第一绝缘套401和多个第二绝缘套402交错分布，使相邻的两个第一绝缘套401之间的空间和与之对应的一个第二绝缘套402沿径向相邻分布，这样既能保证绝缘性能，又能让发热丝1的热量能很好的辐射传导到换热管道5上，保证换热管与介质之间的传热效率。

在本实施例中，如图1所示，电加热器壳体8的外侧设置有接线盒10，换热管道5上的发热丝1的端部接入于接线盒10内，外部电源可接入接线盒10内，以对发热丝1进行供电，使发热丝1能够正常使用。

在本实施例中，如图1所示，电加热器壳体8内设置有管道第二支撑组件7，换热管道5的多根水平部通过管道第二支撑组件7固定于电加热器壳体8内部，确保换热管道5在电加热器壳体8内能够稳定放置。

在本实施例中，如图1所示，管道第二支撑组件7上设置有管道第一支撑组件6，发热丝1通过管道第一支撑组件6固定在换热管道5的外周侧，确保位于换热管道5上的发热丝1能够稳定放置，且相对于换热管道5不产生偏移。

在本实施例中，如图1所示，电加热器壳体8的内部空隙部分填充有保温材料，保温材料可为保温棉，换热管道5的内侧设置有强化传热内插件3，对于管内流体具有强化换热的作用。

一种高效辐射式电加热器的组装方法，包括有以下步骤

步骤1、在绕丝机器上通过外径与第一绝缘套外径相同的绕丝芯棒将发热丝绕制完成，在绕制之前或之后对发热丝的电阻进行测量，确保其功率符合要求；

步骤2、将绕制完成后的发热丝拉伸，拉伸长度=换热管道长度-200mm，拉伸后的发热丝呈弹簧状，并使发热丝螺距为发热丝直径的2.5倍以上；

步骤3、将第一绝缘套间隔均匀地套在换热管道上，并用耐高温粘结剂固定，将拉伸后的发热丝均匀套在第一绝缘套外面，然后将第二绝缘套间隔均匀地套在发热丝上；

步骤5、利用管道第一、第二支撑组件将换热管道固定好，使多个具有一水平部和一弯曲部的换热管道首尾相接，然后将保温棉塞进换热管道周围的间隙中，直至将换热管道包裹住，然后将上述整体装进电加热器壳体内；

步骤6、使发热丝的引出端经过陶瓷隔热筒统一引到接线盒，用绝缘套固定在法兰盘上面，法兰盘上面安装接线盒，用铜排将发热丝引出端各相连接在一起即可。

综上所述，在本实施例中，本实施例提供的换热管道5的水平部呈网格状排列，该排列方式可使换热管道5整体的占据空间小，能够缩小辐射式电加热器整体的体积，同时在该换热管道5的外周侧以螺旋方式缠绕有发热丝1，提高了热量的传导面积，在确保能够对换热管道5内介质加热的同时还确保了热辐射均匀，有效提高换热效率。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。