[发明专利]一种加热大流量空气的组合感应加热系统

说明书

本发明公开了一种加热大流量空气的组合感应加热系统，其包括低温加热器、中温加热器、高温加热器、计算机控制系统、低温加热电源、中温加热电源、直流高温加热电源和高频感应加热电源，低温加热器、中温加热器和高温加热器依次安装在空气管道上，并且彼此之间安装有高温阀门，计算机控制系统各加热电源分别控制低温和中温加热器进行工作，高温加热器包括多个高温单体加热单元，高温单体加热单元是由氧化锆质复合材料构成的内部封闭有铁金属的管状发热体，在其外壁上设置有感应加热器。本发明利用前端低温加热的温度启动后端高温加热，并且高温加热体采用氧化锆质复合材料发热元件，解决了高温加热大流量空气所产生的氧化问题。

技术领域

本发明涉及高超声速大流量空气清洁加热风洞领域和高温空气加热工业领域。

背景技术

过去几十年中对大流量纯净空气加热器进行了大量研究，目前对空气进行加热的主要有两类加热器，一种是连续式加热器，另一种是蓄热式加热器。连续性纯净空气加热器可以根据实验需要长时间加热试验气流；而蓄热式加热器受蓄热材料和气流量的限制，只能在有限时间内提供试验所需温度的热气流。当加热原件的材料或蓄热材料采用耐高温金属时，两种加热器可将纯净空气加热到1000K，但当需要将纯净空气加热到1000K以上时，目前连续性加热器不能满足，必须采用非金属蓄热材料的蓄热式加热器。而蓄热式加热器又分为两类，一类是石墨加热器，一类为金属氧化物加热器。石墨加热器采用电感应加热氮气，然后与氧气掺混，获得高温纯净空气。此类加热器可以获得纯净空气流的温度达到1700K-1900K，但必须先加热纯净氮气避免石墨高温下氧化，然后再混入一定比例的氧气才可以达到纯净空气的成分。金属氧化物加热器最先采用的蓄热材料是高纯氧化铝，将氧化铝做成小球形状的蓄热体，理论上获得的纯净空气温度可达1700K-1800K。但国内已经运行的该类型加热器实际获得的纯净空气温度基本在1100K左右，且有效运行时间在1分钟左右，满足不了高马赫数下大流量纯净空气长时间试验需要。

综上分析，当前限制高马赫数下大流量纯净空气加热技术的最主要原因有下面三点：

1)、蓄热体材料集中于高纯金属氧化物和石墨加热器的方面，但目前在蓄热体材料和工艺方面均未取得突破；

2)、气体加热温度的进一步提升，导致传统蓄热材料和加热技术不能满足需求；

3)、国外纯净加热技术虽然温度上有突破，但在运行时间上仍未满足试验需求。

因而国内外尚无系统有效的解决方案。

发明内容

本发明解决的技术问题为：本发明主要是解决高马赫数下大流量空气长时间清洁加热问题，为高马赫数风洞和所有需要高温纯净空气的工作环境。

本发明的加热大流量空气的组合感应加热系统包括低温加热器、中温加热器、高温加热器、计算机控制系统、低温加热电源、中温加热电源、直流高温加热电源和高频感应加热电源，所述低温加热器、中温加热器和高温加热器依次安装在空气管道上，并且彼此之间安装有高温阀门，计算机控制系统经由所述低温加热电源和所述中温加热电源分别控制所述低温加热器和中温加热器进行工作，并经由所述直流高温加热电源和所述高频感应加热电源控制高温加热器进行工作，所述高温加热器包括多个高温单体加热单元，所述高温单体加热单元是由氧化锆质复合材料构成的内部封闭有铁金属的管状发热体，在其外壁上设置有感应加热器。

优选所述低温加热器和所述中温加热器采用当前成熟的金属加热器。

优选所述感应加热器的感应线圈通水冷却。

优选多个所述高温单体加热单元安装在具有耐火材料内衬的管道内部，沿管道轴线排列，借助高频感应电缆和直流加热电缆通过管道两侧的法兰分别与外部的所述高频感应加热电源和所述直流高温加热电源连接。

优选所述管状发热体的两端设置有用于连接直流加热电缆的直流电极