CN102563843A

CN102563843A - 电磁感应加热装置

Info

Publication number: CN102563843A
Application number: CN2012100177500A
Authority: CN
Inventors: 高宝爱; 王显军
Original assignee: SHANDONG LIAOCHENG LUFA ENERGY-SAVING EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANDONG LIAOCHENG LUFA ENERGY-SAVING EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: CN102563843B

Abstract

本发明公开了一种电磁感应加热装置，其包括圆筒状的热交换器，热交换器外设有绝缘隔热层，绝缘隔热层外设有螺旋电磁感应线圈，热交换器体内设有连接进水管和出水管的热交换腔，所述热交换腔的腔体的横截面靠近电磁感应线圈的一侧具有平的侧边。本发明的有益效果是，经实际对比测试，在使用同功率的电磁加热电源、其它试验一致的前提下、结果使用本发明的电磁加热器的加热体表面温度下降30℃左右，而出口温度有显著提高，平均提高5℃。总体热工效率提高5％以上。

Description

电磁感应加热装置

技术领域

本发明涉及一种加热装置，具体涉及一种电磁感应加热装置。

背景技术

目前市场上生产销售的电磁感应加热器主要有以下几种方式：1、采用直管状的加热器外绕有感应加热线圈。2、在直管状的加热器内套一层管状物再在加热器外绕有感应加热线圈。3、在两层管状结构中间绕有加热线圈。4、采用一个或多个螺纹状(螺旋)的金属管圈，加热线圈置于其中或外部，加热器中心通水。

专利申请号为200520139707.7(公告号CN2847776Y，公告日2006.12.13)名称为“高频电磁感应加热器”的实用新型专利公开了一种高频电磁感应加热器，该加热器包括中心管和感应线圈，感应线圈套在中心管外面，外管套在感应线圈外面，外管与中心管通过两端的封盘连通。

专利申请号为200920262729.0(公告号CN201550307U，公告日2010.08.11)名称为“一种电磁感应加热器”的实用新型专利公开了一种电磁感应加热器，高频电磁感应加热组件包括加热管，加热管外缠绕有高频线圈。

专利申请号为201020270233.0(公告号CN201724396U，公告日2011.01.26)名称为“电磁感应加热器”的实用新型专利公开了一种电磁感应加热器，该电磁感应加热器包括其内充满导热介质且其上带有进液口、出液口的导热介质包，导热介质包内密封贯穿有若干导热翅片管，导热介质密封外套有电磁线圈。

以上缺点是结构简单热交换不充分，没有完全按照水流力学以及感应加热热交换原则进行设计，这样的做法使热量无法很快被介子带走，热转换效率低。

专利申请号为200720057975.3(公告号CN201114843Y，公告日2008.09.10)名称为“电磁感应加热器”的实用新型专利公开了一种电磁感应加热器，其特征在于：所述的热水管包括有两个绕城螺纹弹簧状的磁导性金属管圈，分别为内管圈和外管圈，内管圈分隔置于外管圈内，并且两者相连通。

专利申请号为200720169941.3(公告号CN201083434Y，公告日2008.7.9)名称为“超/变频电磁感应锅炉”的实用新型专利公开了一种电磁感应加热的装置。

专利申请号为201110094770.3(公布号CN102202435A，公告日2011.9.28)的实用新型专利公开了一种带冷却腔的电磁加热装置。

专利申请号为200920203306.1(公告号CN201476265U，公告日2009.09.15)的实用新型专利公开了一种电磁感应加热装置，其热交换器机体为空心圆柱体，空心圆柱体的上方为圆弧形上盖；空心圆柱体的外侧壁上设有螺旋电磁感应线圈，螺旋电磁感应线圈外设置有内有铁氧体磁棒的管状骨架；热交换器机体的中心设置有出水管，出水管外为空心圆柱体底部进入的螺旋进水管，螺旋进水管同出水管的顶端相连；出水管的顶部螺旋进水管的底部上分别设置有进水孔和出水孔。以上专利虽然进行了改进，把中空管或内外两层结构管改成了螺旋弹簧式结构，在单位面积内增加了热交换次数，但是在具体实施过程中忽略了电磁感应加热单位面积功率密度、传导与热交换之间的内在联系，使得加热效果很不理想。

众所周知，电磁感应加热主要是利用其集肤、圆环、临近三效应与涡流、磁滞来发热工作的，但是如何能把生成的热量能充分的利用，就是摆在了技术人员面前的一个重大技术难题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种电磁感应加热装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种电磁感应加热装置，其包括圆筒状的热交换器，热交换器外设有绝缘隔热层，绝缘隔热层外设有螺旋电磁感应线圈，热交换器体内设有连接进水管和出水管的热交换腔，所述热交换腔的腔体的横截面靠近电磁感应线圈的一侧具有平的侧边。

绝缘隔热层，首先起到绝缘的作用，对电磁感应线圈与电磁感应加热器之间的电器起到绝缘隔离的作用，使水电分离的必要手段。再是起到保温的作用，使感应加热器产生的热量不要往外散发。

所述热交换腔的腔体的横截面的另一侧具有弧形的侧边。

所述热交换腔的腔体的横截面靠近电磁感应线圈的一侧为矩形，另一侧为半圆形。

所述矩形的宽度等于半圆形的半径，矩形的长度等于半圆形的直径。

所述热交换腔的腔体的横截面的另一侧具有平的侧边。

所述热交换腔的腔体的横截面为正方形。

所述热交换腔在热交换器机体内部呈360°螺旋缠绕排列，其上下两端为出水口或进水口。

所述圆筒状热交换器的内部空腔为真空腔。所述真空腔为抽成真空为1.2×10^-3Pa的负压的真空腔。

所述的热交换腔一侧为矩形面，处于其中的液体可以有效与电磁感应产生的热进行最大限度的热交换，而另一面为半圆面可以消除液体在腔壁的流动阻力。

所述的热交换腔的腔体的截面大小根据试验公式

计算可得，其中：S_截面为腔体截面面积，单位为mm²；P为加热电源功率，kw；Δt为热交换腔出入口温差，℃；S为1小时时间，即3600s；v为水流速度，按试验数据选3.0m/s，π为圆周率。

本热交换器的使用方法：本加热器在其上下设置了供液体出入的出口22和入口21，入口21和阀门连接，出口22与阀门连接，在热交换器外有绝缘隔热层18，在绝缘隔热层18外绕有螺旋结构的电磁感应线圈17，电磁感应线圈17的两端分别与感应加热专用电源的出线端相连。感应加热专用电源是本公司已申请的实用新型专利产品(专利号：ZL200920290991.6，专利名称：一种智能超变频磁流子加热装置)。

本发明中电磁感应加热器利用了简单的原理计算、运行经验与巧妙的结构把感应来的热量迅速让液体交换带走，使其热效率在原有基础上达到了一个高度。如采用本发明替代传统的加热方式，所带来的社会效益与经济效益也将是不可估量的。

鉴于上述，本发明专利根据电磁感应加热单位面积功率密度、电磁加热电流传透深度ρ指热交换器材料电阻率(Ω·cm)；u_r指热交换器材料相对磁导率；f指电源频率(Hz)，以及电磁感应加热三效应，及其之间的内在联系，使电磁感应加热主体1优先采用了合理外形尺寸的螺旋桶型结构形式，其螺旋交换腔5内截面为靠近螺旋电磁感应线圈3部分为半方型结构，而靠近真空腔6部分为内圆结构，螺旋交换腔5横截面总体为方圆结合的截面体。这种结构外部为半方型能够把感应加热后的热量由介质迅速带走。

根据电磁加热电流透入深度

来选择感应加热器主体1的热交换腔5的壁厚也是本发明的关键。如果太薄则浪费电功率，如果太厚则形成传导损失，本螺旋内截面为离螺旋感应加热线圈部分为半方型结构，而离桶型部分为内圆结构。这种内部总体为方圆结合的截面体能够这种达到要求。而圆形截面结构的加热器则无法达到这种效果。

本发明专利是根据很多次的试验结果与现有的计算公式相结合得到最佳的参数。首先根据需求确定加热的功率P，再根据电磁加热的特点与多次试验结果确定加热器的单位面积功率密度为K＝0.15kw/cm²，根据公式P＝KS计算出S(cm²)-即加热体表面积。根据公式S＝πDh与D/h＝0.618，0.618为黄金分割点。计算出并确认D与h，D为电磁感应加热主体1的直径(cm)，h为电磁感应加热主体1的高度(cm)。

本发明的有益效果是，经实际对比测试，在使用同功率的电磁加热电源、其它试验一致的前提下、结果使用本发明的电磁加热器的加热体表面温度下降30℃左右，而出口温度有显著提高，平均提高5℃。总体热工效率提高5％以上。

附图说明

图1是本发明实施例1结构示意图(半方半圆型结构)；

图2是本发明实施例1剖面图；

图3是本发明实施例2结构示意图(半圆型结构)；

图4是本发明实施例2剖面图；

图5是本发明实施例3结构示意图(方形结构)；

图6是本发明实施例3剖面图；

图7是本发明安装使用连接示意图。

其中1.电磁感应加热主体，2.绝缘隔热层，3.电磁感应线圈，4.出水口，5.热交换腔，6.真空腔，7.进水口，8.阀门，9.用热负载，10.阀门，11.膨胀水箱，12.连接管道，13..热水循环屏蔽水泵，14.止回阀，15.排污管，16.排污阀，17.感应加热专用电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

如图1、图2所示，一种电磁感应加热装置，电磁感应加热装置20是由电磁感应加热主体1，绝缘隔热层2，电磁感应线圈3组成。其包括圆筒状的热交换器，热交换器外设有绝缘隔热层，绝缘隔热层外设有螺旋电磁感应线圈，热交换器体内设有连接进水管和出水管的热交换腔，所述热交换腔的腔体的横截面靠近电磁感应线圈的一侧具有平的侧边。

所述热交换腔的腔体的横截面靠近电磁感应线圈的一侧为矩形，另一侧为半圆形。所述矩形的宽度等于半圆形的半径，矩形的长度等于半圆形的直径。

所述热交换腔在热交换器机体内部呈360°螺旋缠绕排列，在360°螺旋结构的热交换腔上下有供液体出入的进水口7与出水口4。所述圆筒状热交换器的内部空腔为抽成真空为1.2×10^-3Pa的负压的真空腔。

电磁感应加热主体1的直径D与高度h由公式P＝KS、S＝πDh与D/h＝0.618，计算确定，热交换腔5的截面大小由公式

计算可得，其中：S_截面为腔体截面面积，单位为mm²；P为加热电源功率，kw；Δt为热交换腔出入口温差，℃；S为1小时时间，即3600s；v为水流速度，按试验数据选3.0m/s。在电磁感应加热主体1外包有绝缘隔热层2，绝缘隔热层2是市售的高温绝缘保温材料，其厚度为15-30mm。在电磁加热主体1的螺旋热交换腔5与绝缘隔热层2之间的感应传导层L由公式

计算确定。在绝缘隔热层2外紧密曾360°缠绕有市售的高温绝缘电磁线组成的电磁感应线圈3，电磁感应线圈3的谐振频率f由公式

中的负载电感(电磁感应线圈的电感)确定，L电感由常州市同惠电子有限公司生产的TH2821B手持式LCR数字电桥测得。C为本公司专利产品感应加热电源中的谐振电容的值，在此不再论述。

具体如图7，其工作的水路走线是，热水循环屏蔽水泵14工作后，液体通过热水循环屏蔽水泵14的出口经止回阀15、阀门16到达电磁感应加热装置20的进水口7，在电磁加热装置20的热交换腔5进行充分的热交换后经出水口4流经阀门8，到达用热负载9，再流进阀门10阀门13到热水循环屏蔽水泵14完成一次循环，这样周而复始直到用热负载达到要求而停机。在用热负载9的最下端接有排污管17与排污阀18，目的是定时排掉管道中的淤污，使管道运行畅通。还在管道回水的最上端设有膨胀水箱11，目的是为整体管道定呀与储存加热后膨胀的液体，防止液体流出造成不必要的事故，膨胀水箱的计算不在本专利申请范围，故不论述。

实施例2

如图3、图4的电磁感应加热装置20是由电磁感应加热主体1，绝缘隔热层2，电磁感应线圈3，组成。其与实施例1的不同之处是电磁感应加热主体1的结构为360°螺旋结构的内截面为半圆型结构的热交换腔5。其余同实施例1，在此不再论述。

实施例3

如图5、图6的电磁感应加热装置20是由电磁感应加热主体1，绝缘隔热层2，电磁感应线圈3，组成。其与实施例1的不同之处是电磁感应加热主体1的结构为360°螺旋结构的内截面为方形结构的热交换腔5。其余同实施例1，在此不再论述。

为了证实本实施例1中的结构的创造性，制作了样机并采取了如图7所示的试验平台来验证。除电磁感应加热装置外其它设备相同。

一、测试任务和目的要求：

1、任务：对比确定本发明电磁感应加热装置的可行性与优越性。使用同一台本公司的专利电源CB-30-JT《智能超变频磁流子加热装置》(专利号：ZL200920290991.6)。

2、目的：根据试验数据进一步确定本发明电磁感应加热装置的可行性与优越性。

3、要求：参照国家标准GB10180《工业锅炉热工试验规范》和Q/1500LJT001-2010《智能超变频磁流子加热装置》的要求进行测试。

二、测试点布置及测试设备、仪表说明：

1、测试点布置如图7所示。

2、测试设备、仪表说明：

①电磁感应加热装置的进、出水温度用50-100℃试验室水银温度计测量，分度值为0.1℃。

②电磁感应加热装置的循环水量用LWGY-32A/05型涡轮流量传感器测量，精度为0.5级。

③耗电量的测定使用DT862型三相四线电度表，精度为2.0级，互感器的型号为LMZJ1-0.5/600：5型，精度为0.5级。

④本次试验所用仪器、仪表均在校验合格期内。

三、测试工况说明及结果分析

1、本次对比试验共进行2个工况测试，在负荷稳定后开始测试，每工况测试时间为1小时。

2、该电磁感应加热装置的测试功率为30.45kw，热效率为98.53％。而对比传统的电磁感应加热器的测试功率为28.665kw，热效率为92.785％。

四、本发明测试结果数据综合表(见表1)

五、本发明对比测试结果数据综合表(见表2)

本发明实施例1测试结果数据综合表(表1)

本发明对比测试结果数据综合表(表2)

本对比测试采用了如专利申请号为200720169941.3(公告号CN201083434Y，公告日2008.7.9)名称为“超/变频电磁感应锅炉”的实用新型专利所公开的一种电磁感应加热的装置的结构。

经实际对比测试，在使用同功率的电磁加热电源、其它试验一致的前提下、结果使用本发明的电磁加热器的炉体表面温度平均下降30.5℃左右，而出口温度有显著提高，平均提高3.78℃。总体平均热效率提高5.7％以上。

根据上述如果采用本发明的电磁感应加热器来服务社会，将会产生巨大的经济效益与社会效益，值得推广与应用。

Claims

1.一种电磁感应加热装置，其包括圆筒状的热交换器，热交换器外设有绝缘层，绝缘层外设有螺旋电磁感应线圈，热交换器机体内设有连接进水管和出水管的热交换腔，其特征是，所述热交换腔的腔体的横截面靠近电磁感应线圈的一侧具有平的侧边。

2.如权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述热交换腔的腔体的横截面的另一侧具有弧形的侧边。

3.如权利要求2所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述热交换腔的腔体的横截面靠近电磁感应线圈的一侧为矩形，另一侧为半圆形。

4.如权利要求3所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述矩形的宽度等于半圆形的半径，矩形的长度等于半圆形的直径。

5.如权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述热交换腔的腔体的横截面的另一侧具有平的侧边。

6.如权利要求5所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述热交换腔的腔体的横截面为正方形。

7.如权利要求1-6任一项所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述热交换腔在热交换器机体内部螺旋缠绕排列，其上下两端为进水口或出水口。

8.如权利要求1-6任一项所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述圆筒状热交换器的内部空腔为真空腔。

9.如权利要求8所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述真空腔为抽成真空为1.2×10^-3Pa的负压的真空腔。

10.如权利要求1-6任一项所述的电磁感应加热装置，其特征是，所述热交换腔的腔体的截面面积大小由公式

计算而得，其中：P为加热电源功率；

Δt为热交换腔出入口温差；S为1小时时间，即3600s；v为水流速度。