[發明專利]一種加熱大流量空氣的組合感應加熱系統

有效

• 申請號: 202011487973.4
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112601308B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 賈英勝;陳峰;崔春
• 申請（專利權）人: 北京航天益森風洞工程技術有限公司
• 主分類號: H05B6/06
• 分類號: H05B6/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王瓊

本發明公開了一種加熱大流量空氣的組合感應加熱系統，其包括低溫加熱器、中溫加熱器、高溫加熱器、計算機控制系統、低溫加熱電源、中溫加熱電源、直流高溫加熱電源和高頻感應加熱電源，低溫加熱器、中溫加熱器和高溫加熱器依次安裝在空氣管道上，并且彼此之間安裝有高溫閥門，計算機控制系統各加熱電源分別控制低溫和中溫加熱器進行工作，高溫加熱器包括多個高溫單體加熱單元，高溫單體加熱單元是由氧化鋯質復合材料構成的內部封閉有鐵金屬的管狀發熱體，在其外壁上設置有感應加熱器。本發明利用前端低溫加熱的溫度啟動后端高溫加熱，并且高溫加熱體采用氧化鋯質復合材料發熱元件，解決了高溫加熱大流量空氣所產生的氧化問題。

技術領域

本發明涉及高超聲速大流量空氣清潔加熱風洞領域和高溫空氣加熱工業領域。

背景技術

過去幾十年中對大流量純凈空氣加熱器進行了大量研究，目前對空氣進行加熱的主要有兩類加熱器，一種是連續式加熱器，另一種是蓄熱式加熱器。連續性純凈空氣加熱器可以根據實驗需要長時間加熱試驗氣流；而蓄熱式加熱器受蓄熱材料和氣流量的限制，只能在有限時間內提供試驗所需溫度的熱氣流。當加熱原件的材料或蓄熱材料采用耐高溫金屬時，兩種加熱器可將純凈空氣加熱到1000K，但當需要將純凈空氣加熱到1000K以上時，目前連續性加熱器不能滿足，必須采用非金屬蓄熱材料的蓄熱式加熱器。而蓄熱式加熱器又分為兩類，一類是石墨加熱器，一類為金屬氧化物加熱器。石墨加熱器采用電感應加熱氮氣，然后與氧氣摻混，獲得高溫純凈空氣。此類加熱器可以獲得純凈空氣流的溫度達到1700K-1900K，但必須先加熱純凈氮氣避免石墨高溫下氧化，然后再混入一定比例的氧氣才可以達到純凈空氣的成分。金屬氧化物加熱器最先采用的蓄熱材料是高純氧化鋁，將氧化鋁做成小球形狀的蓄熱體，理論上獲得的純凈空氣溫度可達1700K-1800K。但國內已經運行的該類型加熱器實際獲得的純凈空氣溫度基本在1100K左右，且有效運行時間在1分鐘左右，滿足不了高馬赫數下大流量純凈空氣長時間試驗需要。

綜上分析，當前限制高馬赫數下大流量純凈空氣加熱技術的最主要原因有下面三點：

1)、蓄熱體材料集中于高純金屬氧化物和石墨加熱器的方面，但目前在蓄熱體材料和工藝方面均未取得突破；

2)、氣體加熱溫度的進一步提升，導致傳統蓄熱材料和加熱技術不能滿足需求；

3)、國外純凈加熱技術雖然溫度上有突破，但在運行時間上仍未滿足試驗需求。

因而國內外尚無系統有效的解決方案。

發明內容

本發明解決的技術問題為：本發明主要是解決高馬赫數下大流量空氣長時間清潔加熱問題，為高馬赫數風洞和所有需要高溫純凈空氣的工作環境。

本發明的加熱大流量空氣的組合感應加熱系統包括低溫加熱器、中溫加熱器、高溫加熱器、計算機控制系統、低溫加熱電源、中溫加熱電源、直流高溫加熱電源和高頻感應加熱電源，所述低溫加熱器、中溫加熱器和高溫加熱器依次安裝在空氣管道上，并且彼此之間安裝有高溫閥門，計算機控制系統經由所述低溫加熱電源和所述中溫加熱電源分別控制所述低溫加熱器和中溫加熱器進行工作，并經由所述直流高溫加熱電源和所述高頻感應加熱電源控制高溫加熱器進行工作，所述高溫加熱器包括多個高溫單體加熱單元，所述高溫單體加熱單元是由氧化鋯質復合材料構成的內部封閉有鐵金屬的管狀發熱體，在其外壁上設置有感應加熱器。

優選所述低溫加熱器和所述中溫加熱器采用當前成熟的金屬加熱器。

優選所述感應加熱器的感應線圈通水冷卻。

優選多個所述高溫單體加熱單元安裝在具有耐火材料內襯的管道內部，沿管道軸線排列，借助高頻感應電纜和直流加熱電纜通過管道兩側的法蘭分別與外部的所述高頻感應加熱電源和所述直流高溫加熱電源連接。

優選所述管狀發熱體的兩端設置有用于連接直流加熱電纜的直流電極