CN104053262A - 一种电磁加热装置及加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁加热装置，包括电磁感应线圈；控制系统，与电磁感应线圈相连通，用于为电磁感应线圈提供电力；用于容纳被加热物的加热腔，靠近电磁感应线圈设置；加热腔靠近电磁感应线圈的器壁由内、外两层器壁连接组成，内层器壁为防腐传热层，外层器壁为受磁发热层；还包括电磁波导体层，设置于电磁感应线圈和受磁发热层之间；电磁波导体层和受磁发热层之间的空隙密封形成真空隔层。还相应提出了加热系统。该装置可用作电磁加热蒸发设备使用，可避免加热腔器壁发生材料疲劳，同时能够减少高温蒸汽对器壁的腐蚀，提高了加热腔的承压性和耐腐蚀性，也提高了器壁上磁场分布的均匀性。

Description

一种电磁加热装置及加热系统

技术领域

本发明涉及一种电磁加热装置，以及使用该电磁加热装置的加热系统，属于电磁加热技术领域。

背景技术

大规模工业生产离不开加热处理，如医药化工行业中，对液体进行加热以提取有效成分或发生反应，对气体反应原料进行预热以及对半成品进行加热烘焙等。大型加热装置一般采用蒸汽或导热油作换热介质，除了加热装置本体外，蒸汽加热装置和导热油加热装置还需配置燃料储存系统、锅炉、蒸汽或导热油循环系统、废物处理系统等，同时还需配备后期维护人员，这使得以蒸汽或导热油作为换热介质的加热装置不仅设备投入成本高，而且矿物燃料燃烧产生的温室气体和粉尘对环境造成了污染。近年来，中国不少地区的雾霾天气，究其原因正是由于大量矿物燃料燃烧产生的粉尘造成的，2014年，中国从国家层面提出了通过“减压燃煤、严格控车、调整产业、强化管理、联防联控、依法治理”来严控PM2.5指数、防治雾霾污染的要求，而减少燃料燃烧所产生的粉尘量正是制霾防霾的重要一环。

为了降低燃料燃烧对环境的污染，减少雾霾的形成，有研究者对加热装置进行了改进，如中国专利文献CN201982385U公开了一种用于真空系统中的油扩散泵加热装置，包括依次相接的励磁线圈、高频电源和控制器，励磁线圈的外侧设置有上部敞开的磁屏蔽外壳，其利用电磁感应方式，直接在底板内产生涡流，最终实现加热扩散泵油的目的。

上述电磁加热装置直接通过电磁涡流产热，无需燃烧燃料来加热蒸汽或导热油，因此节约了成本、降低了对环境的污染；但是，由于工业系统对容器的耐压性要求很高，同时需要很高的加热温度，采用上述电磁加热装置高温加热耐压容器内的原料时，产生涡流的容器器壁容易发生局部机械损坏和材料疲劳，造成容器器壁的耐压性降低甚至泄露，影响工业使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是工业系统对容器的耐压性和加热温度要求高，现有电磁加热装置高温加热耐压容器内的原料时，产生涡流的容器器壁容易发生局部机械损坏和材料疲劳，使得容器器壁的耐压性降低甚至泄露；进而提出一种耐压容器器壁不易损坏的的电磁加热装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁加热装置，包括，

电磁感应线圈；

控制系统，与所述电磁感应线圈相连通，用于为所述电磁感应线圈提供电力；

用于容纳被加热物的加热腔，靠近所述电磁感应线圈设置；

所述加热腔靠近所述电磁感应线圈的器壁由内、外两层器壁连接组成，其中，内层器壁为防腐传热层，外层器壁为受磁发热层；

还包括电磁波导体层，设置于所述电磁感应线圈和受磁发热层之间；

所述电磁波导体层和受磁发热层之间的空隙密封形成真空隔层。

所述电磁波导体层的厚度、真空隔层的厚度、受磁发热层和防腐传热层的厚度比为（1-20）：（5-10）：（5-50）：（1-10）。

所述真空隔层的厚度为5-10mm。

所述电磁感应线圈贴紧所述电磁波导体层设置。

所述加热腔为管状，所述加热腔沿垂直于管轴方向的截面为圆形、椭圆形或矩形。

所述真空隔层和电磁波导体层均成型为管状，依次套置在所述加热腔的外部；所述电磁感应线圈围绕所述电磁波导体层的管体外部设置。

管状真空隔层的端部设置有连接法兰，所述连接法兰上开设有可启闭地与所述真空隔层内部相连通的抽气口。

所述控制系统的电力输出频率为5-2400kW。

所述防腐传热层为钛钼镍合金。

所述受磁发热层为碳素钢、碳素钢不锈钢复合材、碳素钢钛复合材、碳素钢钼复合材、碳素钢镍复合材或碳素钢钛钼镍复合材。

所述电磁波导体层为陶瓷、特种玻璃或聚四氟乙烯；所述电磁感应线圈的包层材料为云母或石棉；还包括靠近所述电磁感应线圈设置的风冷设备。

使用所述电磁加热装置的加热系统，由多个电磁加热装置并联组成。

本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：

（1）本发明所述的电磁加热装置，包括电磁感应线圈；控制系统，与所述电磁感应线圈相连通，用于为所述电磁感应线圈提供电力；用于容纳被加热物的加热腔，靠近所述电磁感应线圈设置；所述加热腔靠近所述电磁感应线圈的器壁由内、外两层器壁连接组成，其中，内层器壁为防腐传热层，外层器壁为受磁发热层；还包括电磁波导体层，设置于所述电磁感应线圈和受磁发热层之间；所述电磁波导体层和受磁发热层之间的空隙密封形成真空隔层。

现有技术中，加热腔整个器壁所处的磁场强弱不同，器壁各处涡流强弱不同导致发热程度不同，又由于涡流可瞬间发热达到高温，该温度甚至远高于工业加热温度，器壁各处来不及相互传热，导致在器壁上某些涡流发热温度过高的部位容易发生高温氧化，造成该处材料的机械损坏和材料疲劳，而且产生材料疲劳的该处器壁在高温作用下更容易与加热腔内的被加热物发生反应造成器壁材料进一步腐蚀，导致加热腔器壁的承压性下降甚至破裂，腔内物质容易泄漏。本申请将加热腔的器壁设置为内、外两层，外层的受磁发热层在电磁感应线圈所产生的磁场中产生涡流发热，内层的防腐传热层不易产生涡流，但易于将热量迅速传递给加热腔内的被加热物，同时设置真空隔层将受磁发热层的外部封闭起来，从而能够在利用受磁发热层涡流所产生热量的同时，避免了受磁发热层的高温氧化，而且通过防腐传热层将受磁发热层和所加热物质隔离开来，也避免了受磁发热层涡流发热时被加热腔内物质腐蚀的问题。

在电磁感应线圈和真空隔层之间设置的电磁波导体层，对电磁感应线圈产生的磁场有集聚作用，使得磁场由电磁波导体集聚后可穿过真空隔层毫无损耗地传递至受磁发热层，从而进一步提高了受磁发热层各处磁场的均匀性，减少了受磁发热层在产生涡流过程中的过热点的数量，从而降低了受磁发热层材料的损耗。

（2）本发明所述的电磁加热装置，所述电磁波导体层的厚度、真空隔层的厚度和受磁发热层的厚度比为（1-20）：（5-10）：（10- 50）。所述受磁发热层和防腐传热层的厚度比为（10-50）：（1-10）。上述厚度比例能进一步提高加热腔的加热效果，同时能够进一步均匀受磁发热层各处磁场的强弱，从而进一步减少受磁发热层材料的损耗。

（3）本发明所述的电磁加热装置，所述加热腔为管状，所述真空隔层和电磁波导体层均成型为管状，依次套置在所述加热腔的外部；所述电磁感应线圈围绕所述电磁波导体层的管体外部设置。上述结构使得电磁加热装置整体呈管状，将被加热物质注入加热腔内即可使用，符合工业上的常规使用要求。管状真空隔层的端部设置有连接法兰，所述连接法兰上开设有可启闭地与所述真空隔层内部相连通的抽气口。连接法兰用于将管状真空隔层与加热腔及电磁波导体层连接，通过连接法兰上的抽气口可直接将空气抽出，实现真空隔层。所述控制系统的电力输出频率为5-2400kW。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被理解，本发明结合附图和具体实施方式对本发明的内容进行进一步的说明；

图1为本发明实施例1所述电磁加热装置的内部结构示意图；

图2为本发明实施例1所述管状电磁加热装置沿垂直于管轴方向的圆形截面的示意图；

图3为本发明实施例2所述管状电磁加热装置的立体示意图；

图4为本发明实施例2所述管状电磁加热装置沿垂直于管轴方向的截面示意图；

其中附图标记为：1-电磁感应线圈，2-控制系统，3-加热腔，4-防腐传热层，5-受磁发热层，6-电磁波导体层，7-真空隔层，8-保温层，9-设备外壳体。

具体实施方式

实施例1

本发明所述电磁加热装置如图1-2所示，包括一种电磁加热装置，包括电磁感应线圈1；控制系统2，与所述电磁感应线圈1相连通，用于为所述电磁感应线圈1提供电力；用于容纳被加热物的加热腔3，靠近所述电磁感应线圈1设置；所述加热腔3靠近所述电磁感应线圈1的器壁由内、外两层器壁连接组成，其中，内层器壁为防腐传热层4，外层器壁为受磁发热层5，所述防腐传热层4很少产生涡流，所述受磁发热层5可产生较强的涡流发热；还包括电磁波导体层6，设置于所述电磁感应线圈1和受磁发热层5之间；所述电磁波导体层6和受磁发热层5之间的空隙密封形成真空隔层7。本实施例中，所述电磁波导体层6的厚度、真空隔层7的厚度、受磁发热层5和防腐传热层4的厚度比为（1-20）：（5-10）：（5-50）：（1-10），所述真空隔层7的厚度为5-10mm，所述电磁感应线圈1贴紧所述电磁波导体层6设置，所述防腐传热层4为钛钼镍合金层，所述受磁发热层5为碳素钢、碳素钢不锈钢复合材、碳素钢钛复合材、碳素钢钼复合材、碳素钢镍复合材或碳素钢钛钼镍复合材，本实施例优选所述受磁发热层5为碳素钢，所述电磁波导体层6为陶瓷、特种玻璃或聚四氟乙烯，本实施例优选所述电磁波导体层6为陶瓷。所述加热腔3为管状，所述加热腔3沿垂直于管轴方向的截面为圆形、椭圆形或矩形。本实施例中，所述加热腔3沿垂直于管轴方向的截面为圆形。所述真空隔层7和电磁波导体层6均成型为管状，依次套置在所述加热腔3的外部；所述电磁感应线圈1围绕所述电磁波导体层6的管体外部设置。本实施例中，所述控制系统2的电力输出频率为5-2400kW，但本发明电磁加热装置所使用控制系统2的电力输出频率不限于此。所述电磁感应线圈的外侧包覆有保温层8，以防止加热装置内部的热量向外界散失，保温层8的外侧套有设备外壳体9。

使用时，加热腔3外层的受磁发热层5在电磁感应线圈1所产生的磁场中产生涡流发热，内层的防腐传热层4不易产生涡流但易于将热量迅速传递给加热腔3内的被加热物、不发生腐蚀，同时真空隔层7将受磁发热层5的外部封闭起来，从而能够在利用受磁发热层5涡流所产生热量的同时，避免了受磁发热层5发生高温氧化，而且通过防腐传热层4将受磁发热层5和所加热物质隔离开来，也避免了受磁发热层5涡流发热时被加热腔3内物质腐蚀的问题。在电磁感应线圈1和真空隔层7之间设置的电磁波导体层6，对电磁感应线圈1产生的磁场有集聚作用，使得磁场穿过真空隔层7毫无损耗地传递至受磁发热层5，从而进一步提高了受磁发热层5各处磁场的均匀性，减少了受磁发热层5在产生涡流过程中的过热点的数量。该装置可用于向加热腔3内直接填充原料进行加热，或者将蒸汽、导热油等导热介质装入加热腔3内加热，再将导热介质用于加热原料进行反应。

实施例2

作为可替换的实施方式，如图3-4所示，本实施例中，所述加热腔3沿垂直于管轴方向的截面为椭圆形，所述真空隔层7和电磁波导体层6均成型为管状，依次套置在所述加热腔3的外部，并且所述真空隔层7和电磁波导体层6沿垂直于管轴方向的截面为矩形。

实施例3

在以上基础上，本实施例中，管状真空隔层7的端部设置有连接法兰，所述连接法兰上开设有可启闭地与所述真空隔层7内部相连通的抽气口。所述电磁感应线圈1的包层材料为云母或石棉；还包括靠近所述电磁感应线圈1设置的风冷设备。所述电磁加热装置用于加热,蒸发各种介质。

实施例4

本发明还包括使用上述实施例所述电磁加热装置的加热系统，由多个电磁加热装置并联组成。

经测试，实施例1-3的电磁加热装置的热效可达0.9-0.95，而现有的列管式蒸发加热装置的热效仅为0.5-0.6，远低于本发明中的电磁加热装置，从而，本发明所述电磁加热装置能够替代现有的蒸发加热装置，大大提高了系统能效，同时能够减少对环境的污染，其电磁感应的产热方式更利于对化工工艺设备进行智能化管理。

此外，经测试实施例1-3的电磁加热装置单台加热面积可达到1000m²，远高于现有技术的中、大型列管式蒸发加热装置的单台加热面积，因而本发明实施例4所形成的矩阵加热系统相较于列管式蒸发加热系统具有更高的加热效率。

虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细的阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (12)

1.一种电磁加热装置，包括，

电磁感应线圈（1）；

控制系统（2），与所述电磁感应线圈（1）相连通，用于为所述电磁感应线圈（1）提供电力；

用于容纳被加热物的加热腔（3），靠近所述电磁感应线圈（1）设置；

其特征在于，

所述加热腔（3）靠近所述电磁感应线圈（1）的器壁由内、外两层器壁连接组成，其中，内层器壁为防腐传热层（4），外层器壁为受磁发热层（5）；

还包括电磁波导体层（6），设置于所述电磁感应线圈（1）和受磁发热层（5）之间；

所述电磁波导体层（6）和受磁发热层（5）之间的空隙密封形成真空隔层（7）。

2.根据权利要求1所述的电磁加热装置，其特征在于，所述电磁波导体层（6）的厚度、真空隔层（7）的厚度、受磁发热层（5）和防腐传热层（4）的厚度比为（1-20）：（5-10）：（5-50）：（1-10）。

3.根据权利要求1或2所述的电磁加热装置，其特征在于，所述真空隔层（7）的厚度为5-10mm。

4.根据权利要求1-3任一所述的电磁加热装置，其特征在于，所述电磁感应线圈（1）贴紧所述电磁波导体层（6）设置。

5.根据权利要求1-4任一所述的电磁加热装置，其特征在于，所述加热腔（3）为管状，所述加热腔（3）沿垂直于管轴方向的截面为圆形、椭圆形或矩形。

6.根据权利要求5所述的电磁加热装置，其特征在于，所述真空隔层（7）和电磁波导体层（6）均成型为管状，依次套置在所述加热腔（3）的外部；所述电磁感应线圈（1）围绕所述电磁波导体层（6）的管体外部设置。

7.根据权利要求6所述的电磁加热装置，其特征在于，管状真空隔层（7）的端部设置有连接法兰，所述连接法兰上开设有可启闭地与所述真空隔层（7）内部相连通的抽气口。

8.根据权利要求1-7任一所述的电磁加热装置，其特征在于，所述控制系统（2）的电力输出频率为5-2400kW。

9.根据权利要求1-8任一所述的电磁加热装置，其特征在于，所述防腐传热层（4）为钛钼镍合金。

10.根据权利要求1-9任一所述的电磁加热装置，其特征在于，所述受磁发热层（5）为碳素钢、碳素钢不锈钢复合材、碳素钢钛复合材、碳素钢钼复合材、碳素钢镍复合材或碳素钢钛钼镍复合材。

11.根据权利要求1-10任一所述的电磁加热装置，其特征在于，所述电磁波导体层（6）为陶瓷、特种玻璃或聚四氟乙烯；所述电磁感应线圈（1）的包层材料为云母或石棉；还包括靠近所述电磁感应线圈（1）设置的风冷设备。

12.使用权利要求1-11任一所述电磁加热装置的加热系统，其特征在于，由多个电磁加热装置并联组成。