CN100486393C - 工频电加热的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工频电加热的方法及其装置，当绕组接通交流电时，铁芯形成一个闭合磁回路，将变化磁场所产生的涡旋电场作用于套装在闭合磁回路截面周围的封闭金属环上，设置在储液箱内的封闭金属环其内部的自由电子形成闭合涡电流而产生热量作为发热体，对其周边的液体进行加热，且发热功率随着封闭金属环数量、封闭金属环截面积、封闭金属环周长以及封闭金属环材料电阻率的变化而变化。本发明具有加热均匀，运行安全可靠，并能对液体完磁化，设备使用寿命长的特点。

Description

工频电加热的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种将电能转换成磁能的工频电加热的方法及其装置。
背景技术
目前所采用的工频感应加热液体的装置和方法，如CN1142706C所公开的《液用三相工频电磁感应及短路加热装置和方法》，是将铁芯和三相原边绕组全部封装在一个金属外壳内，而金属外壳沿三相闭合磁回路包围着铁芯和三相原边绕组，形成原边绕组的副边，使金属外壳不仅作为加热装置的主发热体，而且也作为铁芯和三相原边绕组的保护外壳及散热体，将铁芯、原边绕组以及金属外壳除接线座的出线口外全部沉浸于液体中，当原边绕组接通电源后，则金属外壳的各副边金属圈中感应产生大电流，各相位的副边借同一金属外壳导通而产生相与相之间的短路及三相短路大电流，以加热金属外壳周围的液体。用上述结构的加热装置和方法，会产生以下问题：1、安全性不高。由于铁芯及原边绕组用环氧树脂封闭在金属外壳中，虽然金属外壳作为铁芯和三相原边绕组的散热体，但当铁芯和原边绕组发出的热量不能及进导出而受热膨胀，又因树脂的膨胀系数远大于金属外壳的膨胀系数，通常在10倍左右，所以在使用中必须控制进出水口的温差，尤其在加热装置使用一段时间后，由于铁芯和原边绕组产生的热量集中在环氧树脂内，使环氧树脂产生巨大的膨胀力而使金属外壳开裂，既而会使原边绕组进水短路，致使整个加热装置毁坏。再则由于与原边绕组连接的电源线需穿过水箱，增加了安全隐患。2、金属外壳表面积小，与液体的热传导中会产生极大的温度梯度。由于金属外壳及矩形管作为发热体，而液体仅与金属外壳和矩形管的一侧进行热传导，根据《给排出水设计手册》的金属换热面积公式：
F＝1.1～1.2×Q/ε×k×△t；
其中：F—为与水接触发热体表面积；
      Q—为设计小时耗热量；
      ε—影响传热效率系数；
      k—传热系数，取872{w/m2℃}，
      △t—发热体表面的温差；
从上述的公式中可以推导出发热体表面的温差为：
△t＝1.1～1.2×Q/ε×k×F，
由此可见，发热体表面温差与发热体的表面积成反比，发热体的表面积越小，则温差越大。由于该装置的发热体仅为金属外壳和矩形管，因此造成金属外壳外部以及矩形管内被加热的液体受热非常不均匀，运行时，靠近金属外壳处的液体温度很高，而相对远离金属外壳的液体则温度明显偏低，所以高温在金属外壳表面形成气化而对金属外壳表面进行腐蚀。3、维修不便。由于金属外壳是包围着铁芯和三相原边绕组，为整体结构，不能拆装，故维修不便。4、配液不均匀。该加热装置是通过三个管路将待加热液送至金属外壳处，其中，二路经支管送至矩形管与导流件中，由于此处温度较高，会产生局部汽化，形成气堵，造成流水不畅。5、水体磁化不足。因金属外壳是一个闭合磁回路，所以对水体而言，只有少部分的漏磁作用于水体，因此不能完全对水体进行磁化。
发明内容
本发明的目的是提供一种加热均匀，运行安全可靠，并能对液体磁化的工频电加热的方法及其装置。
本发明的进一步目的是提供一种热效率高的工频电加热的方法及其装置。
为达到本发明目的的工频电加热的方法的技术方案是：当绕组接通交流电时，铁芯形成一个闭合磁回路，将变化磁场所产生的涡旋电场作用于套装在闭合磁回路截面周围的封闭金属环上，封闭金属环设置在储液箱内，封闭金属环其内部的自由电子形成闭合涡电流而产生热量作为发热体，对封闭金属环周边的液体进行加热，且发热功率随着封闭金属环的数量、封闭金属环的截面积、封闭金属环的周长以及封闭金属环材料的电阻率的变化而变化。
为达到本发明进一步目的的技术方案是：所述环绕变化磁场所产生涡旋电场周围的导电液体被磁化，并及时释放其内能产生热量。
为达到本发明目的的工频电加热装置的技术方案是：包括铁芯和绕在铁芯上的线圈以及设有进液口和出液口的储液箱，绕有线圈的铁芯部分设置在储液箱外部，至少两个以上的封闭金属环设置在密封的储液箱内，且封闭金属环设在穿过储液箱内的铁芯部分周围作为发热体，线圈通电后，封闭金属环产生涡电流而发热，对储液箱内的液体进行加热，加热装置的发热功率通过调节布设在储液箱内的封闭金属环的数量、封闭金属环的截面积、封闭金属环的周长以及封闭金属环材料的电阻率而变化。
本发明的工作原理是利用变化的磁场强度所产生的涡旋电场，使环绕在铁芯部分的封闭金属环内部自由电子在涡旋电场的作用下，形成涡旋电流而产生热量，作为发热体对液体进行加热，同时涡旋电场周围的导电液体被磁化并及时释放其内能，而进一步提高加热效率。本发明能通过调节封闭金属环的数量、截面积、周长以及材料的电阻率方便地控制发热功率。
本发明采用上述技术方案后：1、加热装置安全性高。本发明封闭金属环是设置在储液箱内，由于发热体累积表面积远大于箱体的表面积，换热面积大，加之线圈组与储液箱完全隔离，不仅能将铁损和铜损产生的热量能及时散出，而且还解决了电源线绝缘密封的问题，故整个加热装置的运行安全可靠性得到了保证。2、换热面积大。本发明由于采用多个封闭金属环作为发热体，因此在有限的空间内大幅度提高了发热体的表面积，与相同体积的加热装置相比，在充分利用体积的前提下，换热表面积可增加到10倍以上，加之封闭金属环的周边表面均与液体进行换热，液体受热面积大，液体受热均匀，因此大幅度降低了发热体表面的温度，避免了金属发热体高温下的金属腐蚀，延长了加热装置的使用寿命。3、结构紧凑，并可调节发热功率。本发明由于采用多个封闭金属环作为发热体，体积小，结构合理紧凑，在相同的发热功率下，能实现最优化的设计，降低制造成本，可通过调节封闭金属环的数量、截面积、周长以及材料来控制发热功率，来实现工业化模块设计，形成系列化产品。4、液体磁化效果更好。由于液体是环绕在磁场周围，因此能直接对液体进行磁化，磁化功能达到最佳。5、热效率高。由于导电液体在变化磁场的作用下，产生的磁熵变化，而释放内能，故能进一步提高加热的输出效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明的一种工频电加热装置的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视结构示意图。
图3是本发明工频电加热装置的另一种结构示意图。
图4是图3的A-A剖视结构示意图。
图5是图3的B-B剖视结构示意图。
图6是本发明工频电加热装置的再一种结构示意图。
图7是图6储液箱的剖视结构示意图。
1—储液箱；1-1—进液口；1-2—壳体；1-3—出液口：1-4—槽形板；1-5—盖板；1-6—框板；2—密封垫；3—线圈；4—铁芯；5—线圈骨架；6—封闭金属环；7—配液网板；8—出液管；9—挡板；10—轴销；11—进液管。
具体实施方式
本发明的工频电加热装置，如图1-2所示包括铁芯4和绕在铁芯4上的线圈3以及设有进液口1-1和出液口1-3的储液箱1。线圈3通过线圈骨架5设置在铁芯4的两侧上，该铁芯4为方形或矩形或圆形或椭圆形三排并排设置，用三相交流电进行加热，绕有线圈3的铁芯4部分设置在储液箱1外侧，可通过空气或其它介质对铁芯4和线圈3所产生的热量进行散出，两个以上相互平行的封闭金属环6连接在储液箱1内，且封闭金属环6设在穿过储液箱1的铁芯4部分两侧周围作为发热体，当线圈3通电后，铁芯4形成一个闭合磁回路，并将变化磁场所产生的涡旋电场作用于套装在闭合磁回路截面周围的封闭金属环6上，使封闭金属环6其内部自由电子形成闭合涡电流而产生热量，作为发热体对储液箱1内的液体进行加热，而环绕变化磁场所产生涡旋电场周围的导电液体被磁化，并及时释放其内能产生热量。本发明封闭金属环6的数量可设置在4—100之间，其表面积远远大于储液箱1的表面积。本发明的加热装置其发热功率能通过调节布设在储液箱1内的封闭金属环6的数量、封闭金属环6的截面积、封闭金属环6的周长以及封闭金属环6材料的电阻率而变化，其发热功率与封闭金属环6的数量、截面积、周长成正比，与封闭金属环6材料的电阻率成反比，可采用电阻率较低的铁片等材料制成，本发明的封闭金属环6可根据储液箱1的大小以及输出功率来设置，便于模块化生产。见图1、2所示的储液箱1可采用不锈钢箱体，储液箱1由组装的壳体1-2和套在铁芯4上并与壳体1-2连接的槽形板1-4和盖板1-5构成，壳体1-2上的法兰连接面之间以及槽形板1-4与盖板1-5之间装有绝缘的密封垫2，使壳体1-2以及槽形板1-4和盖板1-5构成的储液箱1在变化磁场的作用下，不能形成闭合回路而不发热，提高使用的安全可靠性。为保持进、出液体压力的平衡，储液箱1的进液口1-1和出液口1-3设置在储液箱1下部和上部的对角线上，并分别与进液管和出液管相连通。见图2所示本发明的储液箱1下部还具有配液网板7，配液网板7均布有多个液孔，进液管内的液体通过配液网板7均匀地送至储液箱1内与封闭金属环6进行热交换。
本发明另一种结构的工频电加热装置，如图3-5所示，包括铁芯4和绕在铁芯4上的线圈3以及设有进液口1-1和出液口1-3的储液箱1。线圈3通过线圈骨架5设置在铁芯4的一侧，该铁芯4为方形或矩形或圆形或椭圆形三排并排设置，采用三相交流电进行加热。绕有线圈3的铁芯4部分设置在储液箱1外侧，铁芯4的两外侧还设有挡板9，并通过轴销10连接，两个以相互平行的封闭金属环6连接在储液箱1内，且封闭金属环6设在穿过储液箱1的铁芯4部分一侧周围作为发热体，线圈3通电后，铁芯4形成一个闭合磁回路，并将变化磁场所产生的涡旋电场作用于套装在闭合磁回路截面周围的封闭金属环6上，使封闭金属环6其内部自由电子形成闭合涡电流而产生热量，作为发热体对储液箱1内的液体进行加热。本发明的储液箱1可采用不锈钢箱体，储液箱1由组装的壳体1-2和套在铁芯4上并与壳体1-2连接的框板1-6构成，壳体1-2上的法兰连接面之间装有绝缘的密封垫2，使壳体1-2在变化磁场的作用下，不能形成闭合回路而产生涡电流，由于设置在外部的壳体1-2不发热，能提高使用的安全可靠性。储液箱1具有对应的三个进液口1-1和三个出液口1-3，并分别设置在储液箱1下部和上部对应的对角线上，三个进液口1-1和三个出液口1-3分别与进液管11和出液管8并联相通，将液体均匀地送至储液箱1内与封闭金属环6进行热交换。
上述两种结构的工频电加热装置，其铁芯4可两排或单排设置，采用单向交流电进行加热。
本发明再一种结构的工频电加热装置，如图6-7所示，包括铁芯4和绕在铁芯4上的线圈3以及设有进液口1-1和出液口1-3的储液箱1。线圈3通过线圈骨架5设置在铁芯4的一侧，该铁芯4为方形或矩形或圆形或椭圆形单排设置，采用单向交流电加热，绕有线圈3的铁芯4部分设置在储液箱1外侧，封闭金属环6为四个以上连续盘旋的金属环，封闭金属环6设在穿过储液箱1的铁芯4部分一侧周围作为发热体，线圈3通电后，铁芯4形成一个闭合磁回路，并将变化磁场所产生的涡旋电场作用于套装在闭合磁回路截面周围的封闭金属环6上，使封闭金属环6其内部自由电子形成闭合涡电流而产生热量，作为发热体对储液箱1内的液体进行加热。本发明的储液箱1为不锈钢箱体，储液箱1由套在铁芯4上的壳体1-2构成，封闭金属环6的内、外侧均与壳体1-2密封连接，每个封闭金属环6通过其侧板封闭，该侧板可等分均布在相邻的封闭金属环6之间，而每个封闭金属环6开有出液孔6-1并与相邻的封闭金属环6的液腔相通，封闭金属环6还能起到导液的作用，进液口1-1和出液口1-3设置在储液箱1下部和上部的对角线上，与进液管和出液管相连通，将液体均匀地送至储液箱1内与封闭金属环6进行热交换。

Claims (11)

1、一种工频电加热的方法，其特征在于：当绕组接通交流电时，铁芯形成一个闭合磁回路，将变化磁场所产生的涡旋电场作用于套装在闭合磁回路截面周围的封闭金属环上，封闭金属环设置在储液箱内，封闭金属环内部的自由电子形成闭合涡电流而产生热量，封闭金属环作为发热体，对封闭金属环周边的液体进行加热，且发热功率随着封闭金属环的数量、封闭金属环的截面积、封闭金属环的周长以及封闭金属环材料的电阻率的变化而变化。
2、据权利要求1所述的工频电热的方法，其特征在于：所述环绕变化磁场所产生的涡旋电场周围的液体被磁化，被磁化的液体及时释放内能产生热量。
3、一种工频电加热装置，包括铁芯(4)和绕在铁芯(4)上的线圈(3)以及设有进液口(1-1)和出液口(1-3)的储液箱(1)，其特征在于：绕有线圈(3)的铁芯(4)部分设置在储液箱(1)外部，两个以上的封闭金属环(6)设置在密封的储液箱(1)内，且封闭金属环(6)设在穿过储液箱(1)的铁芯(4)部分周围作为发热体，线圈(3)通电后，封闭金属环(6)产生涡电流而发热，对储液箱(1)内的液体进行加热，加热装置的发热功率通过调节设置在储液箱(1)内的封闭金属环(6)的数量、封闭金属环(6)的截面积、封闭金属环(6)的周长以及封闭金属环(6)材料的电阻率而变化。
4、根据权利要求3所述的工频电加热装置，其特征在于：所述的储液箱(1)为金属箱体，储液箱(1)由组装的壳体(1-2)和套在铁芯(4)上并与壳体(1-2)连接的槽形板(1-4)和盖板(1-5)构成，壳体(1-2)上的法兰连接面之间以及槽形板(1-4)与盖板(1-5)之间装有绝缘的密封垫(2)，使储液箱(1)不能形成闭合回路，相互平行的封闭金属环(6)连接在壳体(1-2)内。
5、根据权利要求3所述的工频电加热装置，其特征在于：所述的储液箱(1)为金属箱体，储液箱(1)由组装的壳体(1-2)和套在铁芯(4)上并与壳体(1-2)连接的框板(1-6)构成，壳体(1-2)上的法兰连接面之间装有绝缘的密封垫(2)，使壳体(1-2)不能形成闭合回路，相互平行的封闭金属环(6)连接在壳体(1-2)内。
6、根据权利要求3所述的工频电加热装置，其特征在于：所述的储液箱(1)由套在铁芯(4)上的壳体(1-2)构成，封闭金属环(6)为四个以上连续盘旋的金属环，封闭金属环(6)的内、外侧均与壳体(1-2)密封连接，且每个封闭金属环(6)通过侧板封闭，该侧板等分均布在相邻的封闭金属环(6)之间，每个封闭金属环(6)开有出液孔(6-1)并与相邻的封闭金属环(6)的液腔相通。
7、根据权利要求3至6之一所述的工频电加热装置，其特征在于：所述的封闭金属环(6)的数量在4-100个。
8、根据权利要求3至6之一所述的工频电加热装置，其特征在于：所述的铁芯(4)为方形或矩形或圆形或椭圆形，单排或两排以上并排设置。
9、根据权利要求3至6之一所述的工频电加热装置，其特征在于：所述的封闭金属环(6)套在铁芯(4)的一侧或分别套在铁芯(4)的两侧。
10、根据权利要求3至6之一所述的工频电加热装置，其特征在于：所述的储液箱(1)的进液口(1-1)和出液口(1-3)分别设置在储液箱(1)下部和上部，并位于储液箱(1)的对角线上，进液口(1-1)和出液口(1-3)分别与进液管和出液管相连通。
11、根据权利要求3或5之一所述的工频电加热装置，其特征在于：所述在储液箱(1)的下部还装连具有均布液孔的配液网板(7)。
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