CN102384577A - 液用三相工频电磁双重感应加热装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液用三相工频电磁双重感应加热装置和方法。本发明应用铁磁性材质的金属板既具导磁性能好又易产生涡流与磁滞的机理，将它设置在7副边短路加热装置的四周而构成导磁框。运行时，导磁框诱导上述7副边短路加热装置所产生的漏磁与之形成回路，在导磁框内感应产生涡流与磁滞而使之成为一涡流加热装置，它与上述的7副边短路加热装置同时对流经它们的液体介质进行加热，即一7副边短路加热装置接通三相工频电源，而加热液体是短路与涡流两个感应加热装置的加热方法，使短路漏磁限止在导磁框内而得到了有效的控制和利用，而漏磁属无功，所以使本发明的液用三相工频电磁双重感应加热装置的加热效率突破了不大于1.0的传统概念。

Description

液用三相工频电磁双重感应加热装置和方法

技术领域

本发明涉及一种工频电磁感应短路和感应涡流加热装置和方法，更确切地说是一种用于加热液体的三相工频电磁感应短路和感应涡流加热装置和方法。

背景技术

在这里所称涡流加热，是指由工频感应涡流产生焦耳效应的一种电加热。其工作原理是，交变的磁力线通过导体在导体内产生涡流与磁滞，其中产生焦耳效应的主要是涡流，故称涡流加热。

在这里所称短路加热，是指由工频感应短路电流产生焦耳效应的一种电加热。文献号为CN1142706C的中国专利ZL01134187.4公开了一种液用三相工频电磁感应及短路加热装置就属此例，其工作原理是，根据变压器原副边匝数比，使副边获得低电压大电流，在上述专利中，副边均为1匝，并且短接形成回路，故称短路加热。按变压器专业术语，铁心上设置绕组的部分称心柱，铁心上不设绕组仅起构成闭合磁回路的部分称轭铁；上述专利创造性地利用金属外壳作为副边，它沿着三相闭合磁回路包围铁心及原边绕组，这样，在铁心的心柱上形成三个短接的副边金属圈，在铁心的轭铁部位上形成四个短接的副边金属圈，共7个副边短路（上述专利以下简称7副边短路加热装置）。当原边接通三相工频电源，金属外壳的各副边金属圈则感应产生短路大电流；各相位的副边金属圈与同一金属外壳导通而产生相与相之间及三相间的短路大电流。上述两种不同的短路大电流使金属外壳被快速加热，因三相短路其矢量之和等于零，运行时金属外壳呈零电位，安全。上述两种短路大电流产生非比寻常的漏磁，这对将该加热装置为开发成为商用品所必须的防护外壳、电控箱等的热影响却同样非比寻常，若不采取一定措施则会影响正常运行。而上述专利并没提及短路漏磁。

图1为变压器短路情况下的磁场分布（边界条件足够远），这种情况下，原副边均有电流，两绕组的电流产生的磁场大部分相互抵消。从图1磁感应强度线分布可以看出，空间分布的主要是漏磁场（见《工程电磁场》，清华大学出版社——2004.9）。显然，具有两种不同短路的上述7副边短路加热装置，其漏磁的磁感应强度势必大于图1所示的磁感应强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种液用三相工频电磁双重感应加热装置和加热方法，使上述7副边短路加热装置的漏磁限止在循环箱内且得到有效的利用，运行时热效更高，更安全可靠。

本发明的技术构思是：应用铁磁性材质的金属板既具导磁性能好又易产生涡流与磁滞的机理，将它设置在7副边短路加热装置的四周，这样，既使短路漏磁受到有效控制，又使它成为一涡流加热体。

实现本发明的液用三相工频电磁双重感应加热装置（以下简称为双感应加热装置）的技术方案是：本发明的双感应加热装置包括7副边短路加热装置、循环箱及管路系统；7副边短路加热装置固定在循环箱中的内底座上，其接线座伸出循环箱后立面上部预设的管孔且焊接固定；管路系统的进口总管穿过循环箱前立面下部预设的管孔、穿过内底座，分别焊接固定；该进口总管进入循环箱后分三路出口，一路在内底座部位该进口总管下方设1～12个圆孔出口，另二路在内底座前该进口总管的左右两侧各设一L型支管，各L型支管的进口与进口总管焊接连接，出口分别与7副边短路加热装置相应的进口圆管焊接连接；在循环箱的上端设有出口管道；其结构特点是：上述双感应加热装置还包括铁磁性材质的导磁框；该导磁框三面紧覆循环箱后立面的内侧及其左右，第四面设在循环箱内且位于L型支管的后侧，导磁框俯视呈“口”字型，它上端高于上述7副边短路加热装置，下端直至循环箱底面，四周与上述7副边短路加热装置保持一定的间距且间距均匀一致，从而构成一循环液体流动的通道。运行时，所有待加热的循环液体均由此通道从下向上通过，导磁框诱导上述7副边短路加热装置所产生的漏磁与之形成回路，在导磁框内感应产生涡流与磁滞而使之成为一涡流加热装置，它与上述的7副边短路加热装置同时对流经它们的液体介质进行加热，使短路漏磁限止在导磁框内而得到了有效的控制和利用。

上述导磁框由铁磁性材质的金属板制作，优选厚度为1～3毫米的不锈铁板或钢板。

上述导磁框与7副边短路加热装置之间的通道，其间距大小可按液体流经该通道的流速为每秒0.7～2.0米计算确定。

实现本发明目的的液用三相工频电磁双重感应加热方法的技术方案是：将7副边短路加热装置除接线座伸出循环箱外全部沉浸在循环的液体介质中，如此，它消耗的有功电能几乎全部转换成焦耳热能；在上述7副边短路加热装置的四周外围专设的铁磁性材质的导磁框，诱导该7副边短路加热装置所产生的漏磁形成回路，在导磁框内感应产生涡流与磁滞，使之成为一涡流加热装置，而漏磁属无功；这样，消耗有功电能的7副边短路加热装置与消耗无功电能的涡流加热装置，同时对流经它们之间的液体介质进行加热，即一7副边短路加热装置接通三相工频电源，而加热液体的是短路与涡流两个感应加热装置的加热方法，该方法突破了加热效率不大于1.0的传统概念。

本发明具有积极效果：（1）导磁框既导磁也导流，它使所有的循环液体在通过短路与涡流两加热装置之间的通道时流速增加，热交换更充分，实测原边绕组温升下降7.2K，有利短路加热装置的使用寿命；（2）导磁框限止了漏磁的辐射，实测保护外壳的温升从57K下降到15K，确保了运行安全；（3）导磁框使无功的短路漏磁能转换成热能，实测热效率从0.977提高到1.108，提高了11.1个百分点，节能、省钱。本发明通过对ZL01134187.4更进一步的改进和完善，花费不多，节能及经济效果却非常的好。

附图说明

图1 为变压器短路情况下的磁场分布示图。

图2为本发明的三相工频电磁双重感应加热装置的导磁框一构件示意图。

图3为本发明的三相工频电磁双重感应加热装置的导磁框另一构件示意图：其中图3-a为正视图，图3-b为图3-a的侧视图，图3-c为图3-a的俯视图。

图4为本发明的三相工频电磁双重感应加热装置的一种结构示意图：其中图4-a为正视图，图4-b为图4-a的侧视图，图4-c为图4-a的A-A剖面俯视图。

图5为本发明的三相工频电磁双重感应加热装置的一种成套商用品：其中图5-a为正视图，图5-b为图5-a的侧视图。

具体实施方式

（实施例）

图2显示了本发明的导磁框一构件18-1的示图。

图3的3个视图显示了本发明的导磁框另一构件18-2的示图。

图4的3个视图显示了本发明的双重感应加热装置50。将7副边短路加热装置30（ZL01134187.4专利文献中的液用三相工频电磁感应及短路加热装置30）以接线座6位于上部后侧的方式固定在循环箱13内的内底座14上；取上述图3的导磁框构件18-2，将它的圆孔穿过接线座6后其三面紧覆循环箱13后立面的内侧及其左右，分别焊接固定；取上述图2的导磁框构件18-1，将它的大小圆孔分别穿过进口总管16和7副边短路加热装置的各进口支管11，其下端与循环箱底面焊接固定，左右与导磁框构件18-2的左右侧端焊接固定；这样，形成在7副边短路加热装置30的四周外围设置的一导磁框18，俯视呈“口”字形，它上端高于上述短路加热装置30的上端面，下端直至循环箱13的底板，四周与7副边短路加热装置30保持一定的间距且间距均匀一致，该导磁框18诱导7副边短路加热装置30的漏磁形成回路，且又形成循环液体流动的通道19；待加热的液体由循环泵从储液箱（图中未给出）中经进口总管16泵入循环箱13的导磁框18之后分三路出水：一路经圆孔15向下喷出，扩散后向上；另二路经L型支管17通过7副边短路加热装置30的6个进口圆管11，进入两矩形管5与导流件10的间隙，然后从两矩形管5的另一端排出而进入通道19（矩形管5与导流件10的具体结构详见ZL01134187.4专利）。上述三路液体经7副边短路加热装置30的外壳及导磁框18的表面，将其产生短路与涡流的焦耳热量随着被加热的液体从出口12排出，回到储水箱中，如此周而复始，将储液箱的液体加热到要求的温度。

图5的2个视图显示了本发明的双重感应加热装置的一种成套商用品100，取上述图4的双重感应加热装置50，与防护外壳51安装在机座54上，它与电控箱60安装在同一底座56上，固定式结构；上述加热装置50与防护外壳51之间设有保温层（图中未给出），加热装置50的底部设有排污阀55，在其进口16的管道上设有进口温度传感器52与压力传感器53，在其出口12的管道上设有出口温度传感器57；配套的电控箱所选择的低压电器能有效地检测电气系统中的短路、过流、漏电等故障信号，以及从上述各传感器检测到出口水温、出进口水温差、压力等信号均送到PLC程序控制器，然后由PLC根据编制的程序发出控制或报警信号，实现无人、安全自动运行。

（试验例）

取上述同规格的3台7副边短路加热装置30，在相同电源条件下做如下3个试验：第1台7副边短路加热装置30直接暴露在空气中，按图1边界条件足够远，即四周在其5倍高度尺寸的范围内无任何金属件，实测该7副边短路加热装置30的有关数据见下表序号1；其它2台7副边短路加热装置30分别按ZL01134187.4专利不设导磁框18和本发明设置导磁框18组装成如图5所示的成套商用品100，其中循环箱13的材质为304不锈钢、循环介质为水、保护外壳51的材质Q235、保温等条件相同，实测的有关数据分别见下表序号2和序号3。从表中可清楚看到，7副边短路加热装置30边界条件不同，各项参数也不同，其中变化幅度最大的是无功功率：序号1边界条件足够远，其消耗的无功功率最少，系励磁无功消耗，其中包括漏磁；其次是序号2，7副边短路加热装置30的四周无导磁框18，无功功率较序号1增幅较大，其保护外壳51的温升之高就是该7副边短路加热装置30的漏磁使然；序号3为本发明，7副边短路加热装置30的四周设有导磁框18，无功功率增幅最大，其保护外壳51的温升大幅下降，实测热效率η达1.108创新高度，显然，这是该7副边短路加热装置30的漏磁在导磁框18中产生涡流使然也！在这里，漏磁虽属无功，但磁能也是能，同样可转换成热能。另外，表中实测数据对日后检测短路漏磁能转换成热能之无功当量的确定具有相当价值。

表

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种液用三相工频电磁双重感应加热装置，包括7副边短路加热装置（30）、循环箱（13）及管路系统；7副边短路加热装置（30）固定在循环箱（13）中的内底座（14）上，其接线座（6）伸出循环箱（13）后立面上部预设的管孔且焊接固定；管路系统的进口总管（16）穿过循环箱（13）前立面下部预设的管孔、穿过内底座（14），分别焊接固定；该进口总管（16）进入循环箱（13）后分三路出口，一路在内底座（14）部位，该进口总管（16）下方设1～12个圆孔出口（15），另二路在内底座（14）前，该进口总管（16）的左右两侧各设一L型支管（17），各L型支管（17）的进口与进口总管（16）焊接连接，出口分别与7副边短路加热装置（30）的相应的进口圆管（11）焊接连接；在循环箱（13）的上端设有出口管道；其特征在于：还包括铁磁性材质的导磁框（18）；该导磁框（18）三面紧覆循环箱（13）后立面的内侧及其左右，第四面设在循环箱（13）内且位于L型支管（17）的后侧，导磁框（18）俯视呈“口”字型，它上端高于上述7副边短路加热装置（30），下端直至循环箱（13）底面，四周与上述7副边短路加热装置（30）保持一定的间距且间距均匀一致，从而构成一循环液体流动的通道（19）；运行时，所有待加热的循环液体均由此通道（19）从下向上通过，导磁框（18）诱导上述7副边短路加热装置（30）所产生的漏磁与之形成回路，在导磁框（18）内感应产生涡流与磁滞而使之成为一涡流加热装置，它与上述的7副边短路加热装置（30）同时对流经它们的液体介质进行加热，使短路漏磁限止在导磁框（18）内而得到了有效的控制和利用。

2.根据权利要求1所述的液用三相工频电磁双重感应加热装置，其特征在于：所述导磁框（18）由铁磁性材质的金属板制作。

3.根据权利要求2所述的液用三相工频电磁双重感应加热装置，其特征在于：导磁框（18）的板体是厚度为1～3毫米的不锈铁板或钢板。

4.根据权利要求1所述的液用三相工频电磁双重感应加热装置，其特征在于：导磁框（18）与7副边短路加热装置（30）之间的通道（19），其间距大小可按液体流经该通道（19）的流速为每秒0.7～2.0米计算确定。

5.一种液用三相工频电磁双重感应加热方法，其特征在于：将7副边短路加热装置（30）除接线座（6）伸出循环箱（13）外全部沉浸在循环的液体介质中，如此，它消耗的有功电能几乎全部转换成焦耳热能；在上述7副边短路加热装置（30）的四周外围所专设的铁磁性材质的导磁框（18）诱导该7副边短路加热装置（30）所产生的漏磁形成回路，在导磁框（18）内感应产生涡流与磁滞，使之成为一涡流加热装置，而漏磁属无功；这样，消耗有功电能的7副边短路加热装置（30）与消耗无功电能的涡流加热装置同时对流经它们之间的液体介质进行加热，即一7副边短路加热装置（30）接通三相工频电源，而加热液体的是短路与涡流两个感应加热装置的加热方法，该方法突破了加热效率不大于1.0的传统概念。

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