一种气动式气体加热装置及气体加热方法

摘要

本发明公开了一种气动式气体加热装置及气体加热方法，加热装置包括由两段直管相互密封连接的管道，管道内壁设置有隔热层，两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐缩、反方向渐扩的环形通道；该喷管内设置有变截面气流通道。将高速压缩气体由管道一端以亚音速送入，通过喷管时被分成两股，中间一股进入喷管的变截面气流通道，周围一股则进入喷管与隔热层之间的正方向渐缩的环形管道内，使两股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剪切摩擦和扰动而被加热，被加热气体从管道的另一端流出。本发明具有结构简单、制造成本低、加热均匀且升温迅速、节能高效、清洁卫生等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气动式气体加热装置及气体加热方法。

背景技术

高温气体广泛应用于冶金炼钢行业等工业现场。常规气体加热(如燃气、电热等)都是利用热传导、对流、热辐射将热量首先传递给发热体表面附近的气体，再通过对流换热逐步使气体整体温度升高。要使气体整体达到所需的温度，需要一定的传热时间。用温差加热方式加热时，为提高加热速度，就需升高外部温度，加大温差梯度，从而也增大了热损失。

而内通道高速气体气动加热方法是把高速压缩空气的一部分动能和压能直接转化为其内能(热能)，故可在短时间内达到均匀加热。而且，压缩气体被誉为“人类第二大能源”，可见该加热方法有广泛利用的基础。但目前并未有这方面的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低、加热均匀而且升温迅速的气动式气体加热装置以及利用该加热装置的气体加热方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种气动式气体加热装置，其特征在于，包括由两段直管相互密封连接的管道，管道内壁设置有隔热层，所述两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐缩、反方向渐扩的环形通道；该喷管内设置有变截面气流通道。

上述方案中，所述变截面气流通道由多个环形渐扩通道和多个环形渐缩通道组成，所述环形渐扩通道与环形渐缩通道沿喷管径向相隔设置。环形渐扩通道可为2个，环形渐缩通道可为3个。

一种采用以上装置的气体加热方法，包括下述步骤：

(1)首先在两段直管内壁设置隔热层，然后用一个支撑构件联接一个喷管，将支撑构件置于两段直管相向的端面之间，再将两段直管的相向端面密封连接成管道，并通过支撑构件使喷管固定于管道内截面中心位置，喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐缩、反方向渐扩的环形通道；喷管内设置有变截面气流通道；

(2)将高速压缩气体由管道一端以亚音速送入，当高速气流通过喷管时被分成两股，中间一股进入喷管的变截面气流通道，周围一股则进入喷管与隔热层之间的正方向渐缩的环形管道内，使两股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剪切摩擦和扰动而被加热，被加热气体从管道的另一端流出。

上述方法中，所述喷管的变截面气流通道可采用多个环形渐扩通道和多个环形渐缩通道组成，所述环形渐扩通道与环形渐缩通道沿喷管径向相隔设置，当高速气流通过喷管时的中间一股被分成多股，在喷管末端汇合面上产生多股气流速度差，使汇合的多股气流发生剧烈剪切摩擦和扰动而被加热。

本发明气动式气体加热装置及加热方法，具有以下优点：加热速度快；加热均匀；节能高效；清洁卫生。此外，加热装置结构简单、耐用、不易损坏，在需要高温气体的工业现场可以得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是图1中喷管的另一种剖面结构示意图。

图1到图3中：1-连接法兰；2-连接螺栓；3-密封垫圈；4-连接法兰5-支撑构件；6-喷管；7-管道；8-隔热层；9-变截面气流通道；10-渐缩环形通道(正方向)；11-环形渐扩通道；12-环形渐缩通道。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1、图2所示，一种气动式气体加热装置，包括由两段直管相互密封连接的管道7，管道内壁设置有隔热层8，两段直管连接处设置有支撑构件5联接一个置于管道7内截面中心位置的喷管6，该喷管与管道绝缘层8之间形成一个正方向渐缩、反方向渐扩的环形通道10；该喷管6内设置有变截面气流通道9。两段直管的密封连接处采用连接法兰1、4，连接螺栓2和密封垫圈3。支撑构件5的结构为一个具有径向三等分间隔筋的法兰，管道7可采用钢管。

高速压缩气体以亚音速v由左端进入管道7，气流被分成2股，中间一股进入喷管6的变截面气流通道9，该变截面气流通道9为一个渐扩通道；而边缘的一股则进入喷管6与隔热层8之间的渐缩环形通道10内，前者被减速，而后者被加速，如此气流便在汇合面B上产生剪切摩擦和扰动，从而将气体的一部分压能和动能直接转化为气体的内能(热能)，实现加热气体的目的；气体如自右端进入，具有以上相同的效果。采用本实施例的装置，气体加热的温度可达14摄氏度。

如图3所示，为了提高加热气体的温度，本发明对图1中的喷管6进行了进一步的改进，即喷管6的变截面气流通道9可设计为由多个环形渐扩通道11和多个环形渐缩通道12构成；环形渐扩通道与环形渐缩通道沿喷管6的径向相隔设置；环形渐扩通道可为2个，环形渐缩通道可为3个。这样，当高速气流通过喷管6时的中间一股可被分成多股，在喷管末端汇合面B上产生多股气流速度差，使汇合的多股气流发生剧烈剪切摩擦和扰动而提高了气体加热的温度。采用图3所示结构的喷管比图1结构的喷管气体加热温度可提高10摄氏度。