CN100508668C - 一种工业用电磁加热方法及装置和用途 - Google Patents

Abstract

一种工业用电磁加热方法及装置和用途，所述的电磁感应加热方法是通过多层叠加的电磁感应加热线圈平面或弧状贴在被加热金属器皿或管道外表，通过电磁感应直接加热金属器皿或管道加热的。在需加热负载的金属器皿或管道外安装由两层以上电磁线圈所叠加形成的复合叠层电磁感应加热线圈，各层电磁加热圈叠加后的磁力线叠加作用在需加热负载的金属器皿或管道上，整个复合叠层电磁感应加热线圈加热是由整流电路将外接交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为高频电压，再将高频电压施加到复合叠层电磁感应加热线圈上，利用电磁感应方法加热金属器皿或管道内的物质的。

Description

一种工业用电磁加热方法及装置和用途

技术领域

本发明属于一种电磁加热方法及装置，尤其是一种应用于工业的电磁加热方法及装置。本发明还涉及到前述方法和装置的应用，主要应用于塑料(橡胶)成型机械，原油、重油输送的管道上，以及其它工业加热场所。

背景技术

在工业生产中，许多时候需要对物料进行加热。现在一般工业加热方式有两种，一种是利用燃料物加热，另一种是利用电能加热。随着工业的发展和进步，利用电能加热的工矿场所已经越来越多，但现在利用电能加热大多仍是直接利用电热器件发热，然后再通过热传导的方式进行加热的。如塑料加工机械的加热方式就是利用电热圈发热，再传导到料筒上。这种加热方式存在热传导损失，并导致环境温度上升。只有紧靠在料筒表面内圈的热量传导到料筒上，而外圈的热量大部分散失到空气中，造成热量的损失。目前，现在正在兴起一种利用电磁感应的电加热方式。电磁加热是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的方法，电磁加热通常是由整流电路将交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成高频电压，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿(导磁又导电材料)底部金属体内产生无数的小涡流，使金属器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西。因此电磁加热圈本身并不发热，而且可以采用陶瓷材料和高温电缆制造，所以不存在原电热圈的电阻丝在高温状态下氧化而缩短使用寿命的问题，具有使用寿命长、升温速率快、无需要维修等优点，减少了维修时间，降低了成本。现在家用电器使用较多，如电磁炉等。用电磁加热在工业上应用是近几年才兴起的新技术，虽说目前电磁感应加热技术在一定的工业领域有所应用，如名称为“电磁感应加热圈”，专利号为ZL03248743.6的中国专利公开了一种工业用电磁感应加热技术。但现有工业用电磁感应加热技术的电磁加热圈基本都是采用单层平面或弧状的结构，在金属管道加热方面有采用整圆包围式绕线结构的，也有采用半圆或弧状平面单层绕线的电磁感应加热圈结构的。这些电磁加热方式虽然对应于常规的电阻丝直接加热方式，具有节能好、热效率高的优势，但同时也存在以下一些不足：

一、对于整圆包围绕线的管状加热线圈

1、在实际应用中，两线圈的安装距离要求≥50mm，否则线圈之间会产生较强的磁场干扰，影响电磁控制器的正常工作。

2、不适用于管道直径较大的加热设备，因为在保持适合的电感量的前提下，直径太大所绕制的线圈圈数必须减少，热效率降低。

3、有些管道较长，有些管道中间有法兰或模头，圆形电磁感应加热圈无法安装使用。

二、对于半圆或弧状平面单层绕线的电磁感应加热圈

1、单位面积的电感量偏低，只适用于小功率加热的设备。

2、线圈与被加热金属设备的间距要求较大，热效率较低，节能效果不是很好。

以上两种结构的电磁感应加热圈共同存在的一个不足是单位面积加热功率密度小，对于需要加热功率密度大的设备不适用，限制了它们的广泛应用。因此很有必要对此加以改进。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有工业电加热方法的不足，提出一种单位面积加热功率密度大，热效率更高，抗干扰性能好，安装制作方便，能适应各种工矿场所应用的电磁感应加热方法；

本发明的另一目的在于提供一种上述方法的装置；

本发明的另一目的在于提供一种上述方法和装置的用途。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：采用电磁感应加热方法，其特征在于，所述的电磁感应加热方法是通过多层叠加的电磁感应加热线圈平面或弧状贴在被加热金属器皿或管道外表，通过电磁感应直接加热金属器皿或管道来加热金属器皿或管道内物质的。在需加热负载的金属器皿或管道(导磁又导电材料)外安装由两层以上电磁线圈所叠加形成的复合叠层电磁感应加热线圈，复合叠层电磁感应加热线圈的外形是根据所加热金属器皿或管道的外形相配的形状，可以是平面或弧状或半圆形的，复合叠层电磁感应加热线圈是先平面螺旋绕制后，再多层叠合起来，并根据所加热金属器皿或管道的外形成型的，各层电磁加热圈叠加后的磁力线叠加作用在需加热负载的金属器皿或管道上，各层电磁加热圈之间可以通过串连进行连接，采用一根导线绕制；也可以采用并联连接。整个复合叠层电磁感应加热线圈加热是由整流电路将外接交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为高频电压，再将高频电压施加到复合叠层电磁感应加热线圈上，通过高速变化的电流流过复合叠层电磁感应加热线圈产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿或管道(导磁又导电材料)时，就会在金属体内产生无数的小涡流，使金属器皿或管道本身自行高速发热，利用电磁感应方法加热金属器皿或管道内的物质的。

根据上述方法所提出的工业用复合叠层电磁感应加热线圈的结构是：一种电磁感应加热圈，所述的电磁感应加热圈为复合叠层电磁感应加热线圈，由单层平面绕线制成的线圈叠合成多层叠合结构，且每层电磁感应加热圈叠合后的磁力线方向是相同的，电感量是叠加的，每层电磁感应加热圈之间可以是通过串连进行连接，采用一根导线绕制，每层线圈的入口和出口正好相接，在未叠合之前平面状态时，每相邻两层之间线圈的线圈旋转方向是相反的，但叠合后的磁力线方向应是相同的；也可以采用并联连接的，直接将每层的入口和出口统一连接到总线上。复合叠层电磁感应加热线圈可以每两层一组，构成双层结构电磁感应加热圈，线圈采用同名端相连的接线方式，线圈的绕线方向在线圈未叠合之前可以是反相的，但叠合后的磁力线方向应是是同向的，复合叠层电磁感应加热线圈的电感量是叠加的。复合叠层电磁感应加热线圈的整体形状可以根据加热负载的金属器皿或管道的外形变化而制作成相配形状的，可以是平面状，也可以是弧形状或半圆形的，先由平面绕线制成的单层线圈，再叠合在一起，再根据金属器皿或管道的外形整形成相配的形状。复合叠层电磁感应加热线圈在整形后安置在由绝缘材料构成的护套内，由护套封闭起来。

根据上述方法和装置的发明主要用途是：塑料或橡胶成型机械的原料加热或石油管道输送行业的油品加热，也可以用于其它管道或平板加热行业。

本发明采用多层叠加结构的复合叠层电磁感应加热线圈，并使得各层线圈的磁力线在叠合后为同一方向的叠加，这样可以大大增强电磁感应加热圈的电感量，其总的电感量＝各层线圈的电感量+各层线圈之间的互感，所以，两层线圈的电感量为单层线圈的2.2-2.6倍。其磁力线如图4所示，设某一瞬间电流I的方向如图，根据右手螺旋定则，则线圈一的磁力线方向是由线圈1的中间进入(X)，由线圈一的外面出来(●)，形成闭合磁路。而线圈2的磁力线方向是中间出来(●)，外面进入(X)。当把线圈2翻转180度与线圈1紧贴在一起时，其磁力线方向正好是相同的。这点也可以从图5平移示意图中看出，图5是将两个叠合在一起的复合电磁线圈在同一水平面上平行移开后的示意图。由于两线圈的磁力线方向相同，磁场强度相等，则合成一个线圈后其磁场强度增加了约一倍。这样就增加了单位面积的加热功率密度，而应用范围更广，节能效果更好。本发明的优点是：

1、由于采用的是平面弧形结构，电磁感应线圈产生的磁力线大部分作用到金属管道上，所以其热效率比以前圆形的要高5％—10％。

2、由于磁力线作用在线圈侧面很少，所以两个线圈之间的干扰很小，可以紧贴在一起安装在金属管道上，提高了加热功率密度，适用范围更广。

3、由于金属管道的外径上可以放置多个平面弧形状的电磁感应圈，所以适用于大口径如ф400—ф1500的金属管道。

4、由于是多层叠绕，电感量和加热功率比单层线圈成倍增加，经试验双层线圈比单层线圈的电感量和加热功率增加了2.2-2.6倍，加热功率密度进一步增加。

该结构的电磁感应加热圈与金属平面和管道的间隙比单层结构的电磁感应加热圈的间距很小，热效率提高很多。

附图说明

图1是本发明一种形式的结构示意图

图2是本发明的一种形式的电磁感应线圈剖面结构示意图；

图3是本发明的双层电磁感应线圈的结构剖面示意图；

图4是本发明的双层电磁感应线圈的工作原理说明示意图；

图5是本发明的双层电磁感应线圈的平移示意图。

图中：1、金属管道；2、复合叠层电磁感应加热线圈；3、隔热材料层；4、电源线；5、电磁控制器；6、外套；7、内套；8、连接件；9、第一线圈；10、第二线圈；11、线尾；12、线头；13、导线。

具体实施方式

附图给出了本发明的实施例，下面将结合实施例对本发明作进一步的描述。从附图可以看出，本发明采用电磁感应加热方法，其特征在于，所述的电磁感应加热方法是通过多层叠加的电磁感应加热线圈平面或弧状贴在被加热金属器皿或管道外表，通过电磁感应直接加热金属器皿或管道来加热金属器皿或管道内物质的。在需加热负载的金属器皿或管道(导磁又导电材料)外安装由两层以上电磁线圈所叠加形成的复合叠层电磁感应加热线圈，复合叠层电磁感应加热线圈的外形是根据所加热金属器皿或管道的外形相配的形状，复合叠层电磁感应加热线圈是先平面螺旋绕制后，再多层叠合起来，并根据所加热金属器皿或管道的外形成型的，可以是平面或弧状或半圆形的。各层电磁加热圈叠加后的磁力线叠加作用在需加热负载的金属器皿或管道上，各层电磁加热圈之间可以通过串连进行连接，采用一根导线绕制；也可以采用并联连接。整个复合叠层电磁感应加热线圈加热是由整流电路将外接交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为高频电压，再将高频电压施加到复合叠层电磁感应加热线圈上，通过高速变化的电流流过复合叠层电磁线圈产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿或管道(导磁又导电材料)时，就会在金属体内产生无数的小涡流，使金属器皿或管道本身自行高速发热，利用电磁感应方法加热金属器皿或管道内的物质的。

实施例一

从附图1和图2可以看出，本发明为一种复合叠层电磁感应加热线圈，包括复合叠层电磁感应加热线圈2，复合叠层电磁感应加热线圈2安装在金属管道1的外部并通过导线13与电磁控制器5相连接，电磁控制器5再通过电源线4与外接电源连接。复合叠层电磁感应加热线圈2无磁芯，它的内表面与金属管道1的外表面之间，设有隔热材料层3，其特征是：所述的复合叠层电磁感应加热线圈2电磁感应加热方法是通过双层叠加的电磁感应加热线圈加热的。在需加热负载的金属管道1外安装有由双层电磁线圈所叠加形成的复合型半园状平面绕线的复合叠层电磁感应加热线圈2，复合叠层电磁感应加热线圈2是双层线圈叠合构成的，双层电磁加热圈叠加后的磁力线叠加作用在需加热负载的金属管道1上。复合叠层电磁感应加热线圈2是经平面绕制螺旋形线圈，再多层叠合起来，并根据金属管道1的外形做成半园状线圈的，复合叠层电磁感应加热线圈2置于绝缘材料制成的外套6和内套7之间，并在外套6和内套7的结合部设有用于连接两半圆形复合叠层电磁感应加热线圈2的连接件8，两半圆形电磁感应线圈2通过连接件8形成一个与负载金属管道1外圆相配的整圆。双层电磁加热圈之间的电磁导线通过串连进行连接，采用一根导线绕制，每层线圈的入口和出口正好相接，线圈采用同名端相连的接线方式，即第一线圈9的线尾11为第二线圈10的线头12。当电流通过电源线4输入到电磁控制器5之后，电磁控制器5则产生超音频电流接到复合叠层电磁感应加热线圈2上，形成强烈的交变磁场。该磁场与复合叠层电磁感应加热线圈2内部的金属管道形成磁回路，该电流又通过金属管道的自身电阻作用而转化为热能，从而金属管道1被加热升温，并作用在金属管道1内需要加热的介质(如塑料、原油、水)上，以满足生产和运输等的要求，温度的高低可通过输入电磁控制器5内的电流大小或通断来调整。本实施例主要应用于各种大型较长的管道加热工矿场所，尤其是指用于塑料(橡胶)成型机械中。

实施例二

实施例二与实施例一的原理是一样的，所叠层的复合叠层电磁感应加热线圈也是为双层电磁加热圈，只是复合叠层电磁感应加热线圈的外形是根据所应用的管道形状做成弧状结构的，并由多段弧状结构的复合叠层电磁感应加热线圈组合形成一个整圆，每段双层复合叠层电磁感应加热线圈都通过绝缘材料制成的外套和内套包裹着，并在每段复合叠层电磁感应加热线圈的外套和内套结合处设有用于连接各段弧状结构的复合叠层电磁感应加热线圈的连接件，各段弧状结构的复合叠层电磁感应加热线圈通过连接件连接起来。每段双层电磁加热圈之间的内部线圈导线连接是采用串联连接的，也可以采用并联连接，直接将每层的入口和出口统一连接到总线上，只是要保证两线圈在叠合之后的电磁力线是叠加的。这种复合叠层电磁感应加热线圈主要应用于大直径的管道中，采取多段弧形复合叠层线圈，更有利于加工制作，安装也十分方便。

实施例三

实施例三为一种平面状的复合叠层电磁感应加热线圈，每个复合叠层电磁感应加热线圈所叠合的线圈数为四层，各层线圈都是平面螺旋绕制成后再叠合在一起的，线圈与线圈之间为串联连接，且每相邻线圈的导线是首尾相连的，即上层线圈由外向里通过平面螺旋绕制，线尾位于线圈的最里面，而下一层线圈的线头是从里向外平面螺旋绕制的，所以下一层线圈的线头正好与上层线圈的线尾相接。且四线圈为一根导线绕制成的。复合叠层电磁感应加热线圈也由绝缘材料包裹起来，在绝缘材料的外面可以设置固定复合叠层电磁加热圈的连接件。此种复合叠层电磁感应加热线圈可以广泛应用于各种平面加热的工矿场所，尤其是指橡胶硫化加热平板中。

实施例四

实施例四与实施例一的原理是一样的，两个半圆平面绕线的复合叠层电磁感应加热线圈组成一个整圈的电磁加热圈，其特点在于两个半圆平面绕线的复合叠层电磁感应加热线圈是分别连接到各自的电磁控制器，由两个电磁控制器分别控制两个半圆平面绕线的复合叠层电磁感应加热线圈的。

本发明的工作原理是：当电流通过电源线输入到电磁控制器5之后，经过整流转换后变成高频电源，再由电源线4将电磁控制器5产生超音频电流接到感应线圈2上，形成强烈的交变磁场。该磁场与感应线圈2内部或外部的金属管道1内形成磁回路，该电流又通过金属管道1的自身电阻作用而转化为热能，从而金属管道1被加热升温，并作用在金属管道1内需要加热的介质如塑料、原油、水上，以满足生产和运输等的要求，温度的高低可通过输入电磁控制器5内的电流大小或通断来调整。

Claims (8)

1、一种工业用电磁加热方法，所述的电磁感应加热方法是通过多层叠加的电磁感应加热线圈平面或弧状贴在被加热金属器皿或管道外表，通过电磁感应直接加热金属器皿或管道来加热金属器皿或管道内物质的；其特征在于：所述的电磁感应加热圈为复合叠层电磁感应加热线圈，由单层平面绕线制成的线圈叠合成多层叠合结构，且每层电磁感应加热圈叠合后的磁力线方向是相同的，电感量是叠加的，每层电磁感应加热圈之间是通过串连进行连接，采用一根导线绕制，每层线圈的入口和出口正好相接，在未叠合之前平面状态时，每相邻两层之间线圈的线圈旋转方向是相反的，但叠合后的磁力线方向应是相同的。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的复合叠层电磁感应加热线圈的外形是根据所加热金属器皿或管道的外形相配的形状，复合叠层电磁感应加热线圈是先平面螺旋绕制后，再多层叠合起来，并根据所加热金属器皿或管道的外形成型是平面或弧状或半圆形的。

3、一种工业用电磁加热装置，包括电磁感应加热线圈，电磁感应加热线圈安装在金属管道的外部并通过导线与电磁控制器相连接，电磁控制器再通过电源线与外接电源连接；电磁感应加热线圈无磁芯，电磁感应加热线圈的内表面与金属管道的外表面之间设有隔热材料层，其特征在于：所述的电磁感应加热圈为复合叠层电磁感应加热线圈，由单层平面绕线制成的线圈叠合成多层叠合结构，且每层电磁感应加热圈之间是通过串连进行连接，采用一根导线绕制，每层线圈的入口和出口正好相接，在未叠合之前平面状态时，每相邻两层之间线圈的线圈旋转方向是相反的，但叠合后的磁力线方向应是相同的。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的复合叠层电磁感应加热线圈的每层线圈之间是通过串联连接的，采用一根导线绕制，每层线圈的入口和出口正好相接，线圈采用同名端相连的接线方式。

5、如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的复合叠层电磁感应加热线圈的每层线圈之间是通过并联连接的，直接将每层的入口和出口统一连接到总线上。

6、如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的复合叠层电磁感应加热线圈的外形是平面状或弧形状或半圆形的。

7、如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的复合叠层电磁感应加热线圈的每层线圈是平面螺旋绕制的；所述的复合叠层电磁感应加热线圈安置在由绝缘材料构成的护套内。

8、如权利要求1或3所述方法和装置的用途，其特征在于：所述的电磁感应加热方法和装置是用于塑料或橡胶成型机械的原料加热或石油管道输送行业的油品加热。

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