CN114909806B - 高压流体微通道电加热器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供高压流体微通道电加热器及其制备方法，在顶板和底板之间，金属微通道换热板与电加热板依次交替叠加；每层所述的金属微通道换热板包括一对相对称合拢的流道板，内的设流体通道；电加热板包括电热片层和绝缘层，电热片层包括一个由多个“几”字型金属薄片串联而构成的发热电阻，“几”字型金属薄片横向均布，电热片层与金属微通道换热板接触表面以及横向两端，均设有绝缘层隔离；电加热板横向的两端均设有边框；每层电加热板的电热片层均留有两个接线点。本发明体积紧凑、功率密度高、承压能力强、耐高温、换热均匀、使用寿命长。本发明可以在保证耐压等级的前提下，适应更多的流量范围。
Description
技术领域
本发明提供一种高压流体微通道电加热器及其制造方法，属于流体电加热器技术领域。
背景技术
石油、化工、医药等行业广泛应用的高压流体电加热器的主要形式是管壳式电加热器，本体主要由铠装电热管管束、筒体和导流板等几部分构成。铠装电热管是在金属管内放入高温电阻丝，在空隙部分紧密地填入绝缘材料，一般管径比较粗，电阻丝表面温度与铠装外表面有较大的温差，外表面换热面积有限，有时需要在外表面上加工出翅片扩展换热面积。电热管管束在筒体内并不能保证换热均匀，工作时存在局部电热管表面温度过高甚至干烧的可能性，进而导致电阻丝发热不能及时扩散，使得电阻丝超温，易熔断，影响使用寿命。筒体内安装了导流隔板，为的是使流体在流通时尽可能受热均匀，同时也是为了电热管尽可能冷却均匀。筒体通常属于压力容器，其大小、壁厚受到耐压等级的影响，对于既高温又高压的一些极限工况，筒体就必须非常厚重，体积非常庞大，经济性较差。
现有的管道加热器存在以下技术缺陷：(1)铠装电热管外表面换热面积小，加热效率低；(2)筒体内流体与电热管换热不均匀，存在局部热点，影响加热效果和电热管使用寿命；(3)筒体属于压力容器，体积大、重量重、耗材多，经济性较差。
发明内容
本发明提出一种高压流体微通道电加热器及其制造方法，加热器具有体积紧凑、功率密度高、承压能力强、耐高温、换热均匀、使用寿命长等有优点，加工制造方法具有工艺流程少、生产效率高、综合成本低的优点。
高压流体微通道电加热器，包括顶板和底板，还包括多层的金属微通道换热板、多层的电加热板；在顶板和底板之间，金属微通道换热板与电加热板依次交替叠加；
每层所述的金属微通道换热板包括一对相对称合拢的流道板，所述的流道板合拢面纵向分布流体通道槽，一对流道板的流体通道槽组成直径为毫米至百微米级的流体通道；
所述的电加热板包括电热片层和绝缘层，电热片层包括一个由多个“几”字型金属薄片串联而构成的发热电阻，“几”字型金属薄片横向均布，电热片层与金属微通道换热板接触表面以及横向两端，均设有绝缘层隔离；电加热板横向的两端均设有边框；
每层电加热板的电热片层均留有两个接线点，即第一接线点和第二接线点，各层电加热板的电热片层之间通过焊接连线进行串联或并联。
第一接线点和第二接线点分别设在电加热板横向的两端。
高压流体微通道电加热器的制造方法，包括以下步骤：
边框的坯件为矩形框，电热片层的坯件为横向交错均布有细长矩形镂空槽的金属薄板，横向最两端的镂空槽略长，与纵向上下边等距离，中间的镂空槽略短，相邻镂空槽分别与最两端的镂空槽顶对齐或底对齐，在纵向上的位置交错；电热片层的坯件上下安装边框的坯件，用氩弧焊焊接固定成组合体，并在组合体边框上下覆膜，放入平整的压制模具上，在边框的坯件内部空隙里填充绝缘粉体作为绝缘层，用压力机压实，再填充，再压实，重复多次，直至压力达到100MPa下粉体不再被压缩，将组合体从模具中取出，除去覆膜，得到电加热板的坯件；
各类板片至下而上的叠放顺序为：底板的坯件，之后按照金属微通道换热板的坯件、电加热板的坯件的顺序循环重复多组，重复的组数为偶数，最后以金属微通道换热板的坯件、顶板的坯件结束；
所有板片堆叠装配完成后，用压力机将板片压实至四周无缝隙且边角对齐，在四边各选取一条上下方向的线用氩弧焊焊接固定；
撤除压力机，将装配体送入真空扩散焊炉焊接；
焊接后，待整体冷却后，沿横向方向，将边框坯件纵向两边，以及金属微通道换热板的坯件、电加热板的坯件和边框坯件纵向两边相连接的部分切除；
第一接线点和第二接线点两点作为接线点，焊接导线；
在两侧的切割面上做绝缘封装，整体保温，得到高压流体微通道电加热器。
本发明的有益效果：
体积紧凑、功率密度高、承压能力强、耐高温、换热均匀、使用寿命长。
由于本发明提供的电加热器是由流道层与加热层交替堆叠而成的，所以可以在保证耐压等级的前提下，适应更多的流量范围。
内部无压力容器，无需备案年检，可适应各种苛刻环境，应用范围更广。
工艺流程少、生产效率高、综合成本低。
附图说明
图1是本发明的局部剖面结构示意图；
图2是图1上第一个局部放大示意图；
图3是图1上第二个局部放大示意图；
图4是图1上第三个局部放大示意图；
图5是流道板的坯件结构示意图；
图6是边框的坯件结构示意图；
图7是电加热板的板坯件结构示意图。
具体实施方式
如图1到图4所示，本发明所述的高压流体微通道电加热器，在顶板3和底板5之间，金属微通道换热板1与电加热板2交替叠加。金属微通道换热板1由两个流道板11构成，其内部分布有从左至右横向贯穿的直径为毫米至百微米级的流体通道12，流体通道12上下壁厚尺寸也是毫米至百微米级的，很薄但能够承受高压，流体通道12内壁具有较大的换热面积和较强的换热系数；所有金属微通道换热板1的横向左右两端连接为整体，是流体的进出口。
电加热板2由电热片层21和绝缘层22构成，电热片层21包括包括一个由多个“几”字型金属薄片串联而构成的发热电阻，“几”字型金属薄片横向均布，，电热片层21的上下表面与金属微通道换热板1之间，均有绝缘层22隔离；电加热板2横向的两端均设有边框4，边框4与电热片层21的左右两端不连接且有绝缘层22隔离；每层电加热板2的电热片层21均留有两个接线位置，即第一接线点7和第二接线点8；第一接线点7和第二接线点8分别设在电加热板2横向的两端。
各层电加热板2的电热片层21之间可以通过焊接连线进行串联或并联的组合，获得不同的电阻，达到不同的输出功率，功率密度可以达到10～50W/cm2。
本发明所述的高压流体微通道电加热器的制造方法，是一种固相增材制造方法，即按照一定功能要求加工制造出有功能结构的各种金属板片，将所有板片按照特定的顺序和定位堆叠在一起，采用真空扩散焊工艺在真空、加压、加温等特定条件下焊接为一体，再经过后处理即可完成加工制造。
具体地，本发明所述的高压流体微通道电加热器的制造方法，需要顶板3、金属微通道换热板1、边框4、电加热板2和底板5等五类板片。
边框4的坯件安装在电热片层21的坯件***；其中电热片层21的坯件在装配前需要上下面与边框4的坯件组合，对齐，压实，在侧面找几个点用氩弧焊焊接固定成组合体，并在组合体上下边框覆膜，以保护焊接面，然后放入平整的压制模具上，在边框4的坯件内部空隙里填充绝缘粉体作为绝缘层22，绝缘粉体内可添加少量无机粘接剂，用压力机压实，再填充，再压实，重复多次，直至压力100MPa下粉体不再被压缩，将组合体从模具中取出，除去覆膜，得到电加热板2的坯件，将其整体堆叠到装配体上。
各类板片至下而上的叠放顺序为：底板5的坯件，之后按照金属微通道换热板1的坯件、电加热板2的坯件的顺序循环重复多组，通常为8、10或12组，重复的组数为偶数，便于并联或串联组合，最后以金属微通道换热板1的坯件、顶板3的坯件结束。
所有板片堆叠装配完成后，用压力机将板片压实至四周无缝隙且边角对齐，在四边各选取一条上下方向的线用氩弧焊焊接固定，撤除压力机，将装配体送入真空扩散焊炉焊接。焊接后，待整体冷却后，沿切割线6切割，电加热板2的坯件、流道板11的坯件和边框4的坯件纵向边相连接的部分被切除，如图5到图7所示，各个板材的坯件切割示意图，实现与本体电绝缘，第一接线点7和第二接线点8两点可作为接线点，用于焊接导线。焊接完导线后，可在两侧的切割面上做进一步的绝缘封装，最后整体保温，至此基本完成了高压流体微通道电加热器的加工制造。
Claims (2)
1.高压流体微通道电加热器的制造方法，所述的高压流体微通道电加热器，包括顶板（3）和底板（5），还包括多层的金属微通道换热板（1）、多层的电加热板（2）；在顶板（3）和底板（5）之间，金属微通道换热板（1）与电加热板（2）依次交替叠加；
每层所述的金属微通道换热板（1）包括一对相对称合拢的流道板（11），所述的流道板（11）合拢面纵向分布流体通道槽，一对流道板（11）的流体通道槽组成直径为毫米至百微米级的流体通道（12）；
所述的电加热板（2）包括电热片层（21）和绝缘层（22），电热片层（21）包括一个发热电阻，所述的发热电阻由多个“几”字型金属薄片串联构成，“几”字型金属薄片横向均布，电热片层（21）与金属微通道换热板（1）接触表面以及横向两端，均设有绝缘层（22）隔离；电加热板（2）横向的两端均设有边框（4）；
每层电加热板（2）的电热片层（21）均留有两个接线点，即第一接线点（7）和第二接线点（8），各层电加热板（2）的电热片层（21）之间通过焊接连线进行串联或并联：
其特征在于，所述的方法，包括以下步骤：
边框（4）的坯件为矩形框，电热片层（21）的坯件为横向交错均布有细长矩形镂空槽的金属薄板，横向最两端的镂空槽比中间的镂空槽长，最两端的镂空槽与纵向上下边等距离，中间的相邻镂空槽分别与最两端的镂空槽顶对齐或底对齐，在纵向上的位置交错；
电热片层（21）的坯件上下安装边框（4）的坯件，用氩弧焊焊接固定成组合体，并在组合体边框上下覆膜，放入平整的压制模具上，在边框（4）的坯件内部空隙里填充绝缘粉体作为绝缘层（22），用压力机压实，再填充，再压实，重复多次，直至压力达到100MPa下粉体不再被压缩，将组合体从模具中取出，除去覆膜，得到电加热板（2）的坯件；
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焊接后，待整体冷却后，沿横向方向，将边框（4）坯件纵向两边，以及金属微通道换热板（1）的坯件、电加热板（2）的坯件和边框（4）坯件纵向两边相连接的部分切除；
第一接线点（7）和第二接线点（8）两点作为接线点，焊接导线；
在两侧的切割面上做绝缘封装，整体保温，得到高压流体微通道电加热器。
2.根据权利要求1所述的高压流体微通道电加热器的制造方法，其特征在于，第一接线点（7）和第二接线点（8）分别设在电加热板（2）横向的两端。
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