一種反射式裝置單元和拼接式加熱裝置及其加熱裝置系統的製作方法

2024-01-19 04:55:15

本發明涉及材料加熱領域，具體涉及一種反射式裝置單元和拼接式加熱裝置及其加熱裝置系統。

背景技術：

現有的拋物面反射加熱爐，其反射體是整體結構，故其可加熱物料空間是固定的，即反射鏡面圍成的中間區域，被加熱物體不能超過其最大加熱尺寸。而且內部鏡面由多個拋物面組成，不好加工。

如公開號為cn-1490586a公開了一種反射型環形加熱裝置，其反射加熱、其被加熱棒最大長度即凹橢圓反射曲面的垂直長度，且環形凹形橢圓反射面加工極難保證加工的鏡面光潔度且能量僅聚焦在橢圓曲面另一焦點上，如對大直徑物體很難實現對其均勻加熱，且其加熱長度也受限。

技術實現要素：

本發明所的目的在於提供一種反射式裝置單元和拼接式加熱裝置及加熱系統，該裝置能夠組合成對圓柱狀、圓管狀、方管狀、矩形棒狀、薄板狀物體進行均勻加熱的圓管式、方管式、扁平式多功能組合快速加熱裝置，解決紅外線照射性加熱的整體閉合式、或開啟式、或環型反射加熱爐的被加熱空間大小，長度均受反射面整體結構的限制的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

反射式裝置單元，為n個反射體單元拼接成的中空閉合結構，每個反射體單元上對應設置有一個反射面，n個所述反射面圍合成中空的加熱腔，n≥2。

拼接而成的反射式裝置單元存在這樣一個優勢：可以根據實際待加熱材料的形狀和長度大小，靈活選擇合適個數的反射體單元來拼接成最適合待加熱材料的加熱裝置。反射面也可以為平面或者曲面。一般如無特殊需求，反射面還可以為凸曲面。

本裝置單元的截面形狀為矩形或者環形，2個相鄰的反射體單元之間的夾角為360°/n；本裝置單元的截面形狀為十字形時，2個相鄰的反射體單元之間的夾角為90°或者0°。即就是本裝置單元的截面形狀為矩形或者環形，n＝2時，則2個相鄰的反射體單元之間的夾角為180°，當n＝6時，則2個相鄰的反射體單元之間的夾角為60°。本裝置單元的截面形狀為十字形時，並排排列的兩個相鄰的反射體單元之間的夾角為0°，非並排排列的反射體單元之間的夾角為90°。

反射面為平面。反射面為凹型曲面。反射面為拋物面。當反射面為拋物面時，紅外加熱器可以設置在拋物面的焦點上，以實現待加熱物體的快速升溫。

還包括設置在相鄰反射體單元之間的鑲塊，鑲塊和反射體單元填充設置，當本裝置單元的截面形狀為環形時，鑲塊的個數為n，當本裝置單元的截面形狀為十字形時，鑲塊的個數為4。當鑲塊的個數為n個時，鑲塊可以為三角形鑲塊，且為等腰三角形，鑲塊和反射體單元相鄰的夾角為360°/n。當本裝置單元的截面形狀為十字形時，鑲塊的個數為4，且鑲塊可以為矩形。

鑲塊的設置是為了使得整個反射式裝置單元之間的連接更加堅固牢靠，也就是為反射式裝置單元尋找一個著力點。另外，鑲塊的存在使得反射體單元的結構簡單化，並且還能夠配合反射體單元拼接出諸如截面積為扁圓形等形狀，為了擴大反射體單元的靈活拼接方式，鑲塊的形狀可以根據不同形狀的待加熱材料進行設計，增多了靈活應對不同形狀的待加熱材料的拼接樣式。

反射體單元上設置有冷卻通道，所述冷卻通道沿長徑方向貫穿整個反射式裝置單元且分布在反射面外側。加熱溫度過高，意味著反射式裝置單元的溫度也高。可以設置冷卻通道，幫助反射式裝置單元散發熱量，冷卻通道可以為冷卻圓孔或者冷卻弧形孔等。根據反射式裝置單元的具體體積大小，可以靈活設置2個或以上的冷卻通道。冷卻通道包括冷卻輸出通道和冷卻輸入通道。

拼接式加熱裝置，包括紅外加熱器和多個如前所述的反射式裝置單元，多個反射式裝置單元同心軸重疊拼接成柱狀，多個反射式裝置單元的各個加熱腔共同圍合成加熱區，紅外加熱器設置在加熱區內。紅外加熱器設置在加熱區內，紅外加熱器貫穿於整個拼接式加熱裝置中。

紅外加熱器設置在反射面的焦點上，紅外加熱器和反射面的個數一一對應。當反射面為拋物面時，紅外加熱器設置在拋物面的焦點上。反射面為拋物面實現快速升溫的原理是：紅外加熱器設置在凹型拋物面的焦點上時，通過拋物面反射後的平行光均勻照射在被加熱的空間，實現均勻而快速的升溫。

一種拼接式加熱裝置系統，加熱區域溫度為1000℃～1700℃，升溫速度為300～1000℃/min。還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置和如前所述的拼接式加熱裝置相連。現有技術只能達到600℃左右的加熱溫度，加熱速率也非常低下，本發明相對於現有技術來說具有較顯著的進步。

現有的拋物面反射加熱爐，其反射體是整體結構，故其可加熱物料空間是固定的，即反射鏡面圍成的中間區域，被加熱物體不能超過其最大加熱尺寸。而且內部鏡面由多個拋物面組成，不好加工。本發明的結構，就是將爐體設置為可拼裝的形式，這樣就可以按需改變可加熱區域。做到根據被加熱物體的尺寸來調節爐體加熱區間。爐體可變，就不會出現：被加熱物體過大，過長，放不進去無法加熱；被加熱物體小，用大爐子加熱太浪費。每個單元體的反射鏡面為一個較短的拋物柱面，加工方便。特別說明的是，本發明中反射體單元的反射面距離紅外加熱器的平均距離在4-30mm之間，在這個距離範圍內，加熱有效率能夠達到70％，本發明中正是基於這種設計，能夠使得加熱效率得以快速提高。而現有技術由於沒有考慮紅外加熱管道反射面的距離範圍，因此其加熱有效率僅僅達到30-40％左右。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

1、本發明將爐體設置為可拼裝的形式，這樣就可以按需改變可加熱區域，並能夠根據被加熱物體的尺寸來調節爐體加熱區間，解決了被加熱物體過大，過長無法放入加熱爐體中或者被加熱物體過小，造成的加熱浪費的問題；

2、本發明能夠組合成組合成圓管式、方管式、扁平式多功能組合快速加熱裝置，針對圓柱狀、圓管狀、方管狀、矩形棒狀、薄板狀物體進行均勻加熱。

3、本發明的反射鏡面為一個較短的拋物柱面，加工方便。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為n＝2時，反射式裝置單元的矩形結構示意圖。

圖2為n＝4時，反射式裝置單元的正四邊形結構示意圖。

圖3為n＝6時，反射式裝置單元的正六邊形結構示意圖。

圖4為n＝8時，反射式裝置單元的加長十字形結構示意圖。

圖5為n＝4時，鑲塊為直角三角塊的反射式裝置單元的結構示意圖。

圖6為n＝4時，鑲塊為矩形塊的反射式裝置單元的結構示意圖。

圖7為n＝6時，鑲塊為等邊三角塊的反射式裝置單元的結構示意圖。

圖8為n＝8時，鑲塊為矩形塊的射體裝置單元的結構示意圖。

圖9為拼接式加熱裝置的結構圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-反射體單元，2-反射面，3-加熱腔，4-紅外加熱器，5-鑲塊，6-冷卻通道。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1

反射式裝置單元，為n個反射體單元1拼接成的中空閉合結構，每個反射體單元1上對應設置有一個反射面2，n個所述反射面2圍合成中空的加熱腔3，n≥2。

如圖1所示，當n＝2時，反射式裝置單元為2個反射體單元1拼接成一矩形的中空閉合結構，2個反射面2相對設置，圍合成中空的加熱腔3。

如圖2所示，當n＝4時，反射式裝置單元為4個反射體單元1拼接成一正四邊形或者十字形的中空閉合結構，4個反射面圍合成中空的加熱腔3。

如圖3所示，當n＝6時，反射式裝置單元為6個反射體單元1拼接成一正六邊形的中空閉合結構。

如圖4所示，當n＝8時，反射式裝置單元6個反射體單元1拼接成一個加長的十字形的中空閉合結構。

實施例2

本實施例中，反射式裝置單元還包括有鑲塊5結構。

如圖5和6所示，當n＝4時，鑲塊5為矩形或者直角三角形，且鑲塊5為4個，對應的反射式裝置單元的截面為矩形或者環形。

如圖7所示，當n＝6時，鑲塊5為等邊三角形，且鑲塊為6個，對應的反射式裝置單元的截面為扁平矩形。

如圖8所示，當反射式裝置單元的截面形狀為十字形時，n＝6或者8，鑲塊5的個數為4個，對應的反射式裝置單元的截面為矩形。

反射面2為平面。

反射面2為凹型曲面。

反射面2為拋物面。當反射面2為拋物面時，紅外加熱器4可以設置在拋物面的焦點上，以實現待加熱物體的快速升溫。

反射體單元1上設置有冷卻通道6，所述冷卻通道6沿長徑方向貫穿整個反射式裝置單元且分布在反射面2外側。加熱溫度過高，意味著反射式裝置單元的溫度也高。可以設置冷卻通道6，幫助反射式裝置單元散發熱量，冷卻通道6可以為冷卻圓孔或者冷卻弧形孔等。

實施例3

如圖9所示，拼接式加熱裝置，包括紅外加熱器4和多個如前所述的反射式裝置單元，多個反射式裝置單元同心軸重疊拼接成柱狀，多個反射式裝置單元的各個加熱腔3共同圍合成加熱區，紅外加熱器4設置在加熱區內，紅外加熱器4貫穿於整個拼接式加熱裝置中。

當反射面2為拋物面，紅外加熱器4設置在拋物面的焦點上。紅外加熱器4和反射面2的個數一一對應。

反射式裝置單元的長度為l，則根據需求可沿軸向由m個反射式裝置單元組接成拼接式加熱裝置。則被加熱區長度為l×m。則紅外加熱器4的有效加熱長度也為l×m。紅外加熱器產生的紅外線經拋物面反射產生一矩形束平行紅外線。而由幾個矩形束紅外線對被加熱區均勻加熱，實現快速升溫。

反射式裝置單元均有冷卻通道，兩兩之間的反射式裝置單元的鑲接處採用槽形密封結構，用柔性密封材料進行密封。在兩側端板上與冷卻劑供給裝置相連。從一側輸入冷卻劑，而從另一側輸出冷卻劑。

兩兩之間的反射式裝置單元採用鎖緊式卡環沿拼接式加熱裝置外沿上設置的周邊卡槽鎖緊。在其軸向外採用多根柱式雙頭螺栓在兩端板外側緊固連接，鎖緊固定。

總之，整個拼接加熱裝置能夠形成正方形或(類)圓形或扁平矩形空間實現均勻而快速加熱。這樣的結構使得整個裝置為開啟式，其加工、研磨工藝簡單，加工精度高，表面光潔度高，從而使其加工較閉合式拋物柱面或環型拋物柱面都更為簡單。而根據被加熱區的形狀、長度不同，可方便地組合成不同的爐型。廣泛的滿足不同應用領域的需求。

實施例4

一種拼接式加熱裝置系統，被加熱區域溫度為1000℃～1700℃，升溫速度為300～1000℃/min。還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置和如前所述的拼接式加熱裝置相連。

為了進一步說明本發明的有益效果，發明人還做了關於反射體單元的反射面距離紅外發射器的距離與加熱效率關係的試驗。

實施例5

將反射體單元的反射面距離紅外發射器的平均距離設置為4mm；

實施例6

將反射體單元的反射面距離紅外發射器的平均距離設置為15mm；

對比例1

將反射體單元的反射面距離紅外發射器的平均距離設置為3mm；

對比例2

將反射體單元的反射面距離紅外發射器的平均距離設置為35mm；

將同樣的待加熱裝置放置在具有實施例5-6以及對比例1-2設置的圖3所示的拼接式加熱裝置內，得到的加熱升溫速率分別為：實施例5為500℃/min，待加熱體的溫度達到預定加熱溫度時，散失熱量為35％，實施例6為600℃/min，待加熱體的溫度達到預定加熱溫度時，散失熱量為30％，對比例1為420℃/min，待加熱體的溫度達到預定加熱溫度時，散失熱量為70％，對比例2為450℃/min，待加熱體的溫度達到預定加熱溫度時，散失熱量為60％。從上數數據可以看到紅外加熱器與反射面之間的距離和加熱效率有關。在發明範圍內的具有較好的加熱效率。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。