CN104427670A - 电磁感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁感应加热装置,其包含一电磁感应加热模块、一热电芯片、一散热装置及一电源供应装置。电磁感应加热模块以电磁感应产生热能。热电芯片具有一第一端及一第二端，其中第二端与电磁感应加热模块接触。散热装置与热电芯片的第一端接触。电源供应装置与电磁感应加热模块及热电芯片电连接，并供应电磁感应加热模块电源。电磁感应加热模块产生的废热经由热电芯片传送至散热装置进行散热。利用该热电芯片将废热转成电力回存至电源供应装置，或通电使其产生致冷功能，以加速散热。

Description

电磁感应加热装置

技术领域

本发明涉及一种电磁感应加热模块，特别是一种具有热电废热回收发电的电磁感应加热模块。

背景技术

电磁感应加热的方式是目前加热的主流，与其它加热方法相比，其优点在于可快速升温、可局部对对象加热、高安全性、无排放一氧化碳(CO)。请参见图1，现有的电磁感应加热装置1利用电磁感应加热的原理，在感应线圈11通入可调变频率的交流电，以产生感应磁场。所产生的磁力线通过待加热对象10上会产生感应电流，也就是所谓的涡电流(eddy current)。待加热对象10则会因为涡电流与对象之间的电阻而造成焦耳热，而达到感应加热的目的。感应加热在机械加工上的应用可分为下列四项，亦可应用于家电用品上：

然而，感应线圈11周围也会产生高温，因此一般电磁感应加热装置1会加装散热装置，以确保机台正常运作，并同时增加组件寿命以及产品长时间的可靠度。例如，家电产品电磁炉及电磁加热器(hotplate)内部会加装散热风扇。然而，风扇一方面增加产品耗电量，且主要缺点为产生噪音。工业界机台，例如高周波感应熔解炉或是高周波感应锻造炉大多使用水冷方式散热，但其缺点是耗电，同时部分能量会以热能的方式散失。二者均属于耗电耗能的产品。

如上述，现有电磁感应加热装置1利用电磁感应将电能转化为热能，然而部分的热能将以废热的形式散失，因此造成电磁感应加热装置1的温度升高并减少组件寿命。为了降温，一般电磁感应加热装置1会采用气冷或是水冷方式，不仅会增加能源消耗，亦提高设备成本。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种电磁感应加热装置，其可有效利用电磁感应加热装置产生的废热以减少电量消耗，并降低电磁感应加热装置的温度。本发明的电磁感应加热装置将废热回收转换为电能，并将产生的电能回馈给电磁感应加热装置，以降低电磁感应加热模块的消耗功率。

为达上述目的，本发明的电磁感应加热装置包含一电磁感应加热模块、一热电芯片、一散热装置及一电源供应装置。电磁感应加热模块以电磁感应产生热能。热电芯片具有一第一端及一第二端，其中第二端与电磁感应加热模块接触。散热装置与热电芯片的第一端接触。电源供应装置与电磁感应加热模块及热电芯片电连接，并向电磁感应加热模块供应电源。电磁感应加热模块产生的废热经由热电芯片传送至散热装置进行散热。

附图说明

图1是现有技术中的电磁感应装置的示意图；

图2是本发明电磁感应装置当其电磁感应加热模块处于开启状态的示意图；

图3是本发明电磁感应装置当其电磁感应加热模块处于关闭状态的示意图；及

图4是本发明电磁感应装置应用于一电磁炉的一实施例的一示意图。

具体实施方式

请参考图2及3，本发明的电磁感应加热装置3包含一电磁感应加热模块31、一热电芯片33、一散热装置35及一电源供应装置37。电磁感应加热模块31以电磁感应产生热能，以加热待加热对象30。热电芯片33本身具有将热能与电能互相转换的功能，其具有一第一端331及一第二端333，其中第二端333与电磁感应加热模块31接触。散热装置35与热电芯片33的第一端331接触。电源供应装置37与电磁感应加热模块31及热电芯片33电连接，并向电磁感应加热模块31供应电源。电磁感应加热模块31产生的废热经由热电芯片33传送至散热装置35进行散热。热电芯片33以其第二端333为接口，电磁感应加热模块31产生的废热由此进入热电芯片33内部，并经由第一端331传递至散热装置35散热，废热在此可被转换为电能，而储存于电源供应装置37中。

本发明的电磁感应加热装置3整合电磁感应加热模块31及热电芯片33；热电芯片33可将其第一端331及第二端333之间所存在的温度差转换为电压差，因此产生电能。本发明的电磁感应加热装置3可藉由热电芯片33将电磁感应加热模块31的废热回收再发电而将电能储存于电源供应装置37。电源供应装置37再将废热所产生的电能再提供给电磁感应加热模块31或散热装置35，以达到节电和快速散热的双重功效。

更具体地说，热电芯片33放置于电磁感应加热模块31与散热装置35之间。热电芯片33包含多个P型半导体及多个N型半导体，P型半导体及N型半导体交错地以电性串联、热性并联的方式连接，以组成多组热电偶，如图2及3所示。电磁感应加热装置3利用散热装置35与周围环境进行热交换，因此在热电芯片33的第一端331及第二端333产生温度差。此时，热电芯片33的第一端331为冷端且第二端333为热端。藉此，电磁感应加热模块31所产生的废热流经热电芯片33而驱使热电芯片33的P型半导体及N型半导体中的载子移动。载子累积则可于热电芯片33的第一端331及第二端333产生电压差，进而产生电能回存于电源供应装置37的电池内。热电芯片33的第一端331及第二端333间的温差愈大，则转换的电压差就会愈高。

本发明的电磁感应加热装置3所使用的散热装置35可为一水冷式或冷媒冷却的散热装置，或一气冷式散热装置。图1及图2所示的散热装置35一气冷式散热装置。具体而言，气冷式散热装置35可包含至少一由热的良导体所制成的散热片351，以协助散热，并且散热装置35还可包含一风扇353，以协助产生大量气流通过散热片351而协助散热片351进行散热。风扇353可藉由电源供应装置37供应其电能。水冷式或冷媒冷却式的散热装置则是藉由水或是冷媒流动的管路通过该散热片351，或是直接接触于第一端331的表面，而达成迅速散热的效果。

然而，如果不需设置散热片351等散热辅助装置，热电芯片33的第一端331及第二端333之间即可建立足够的温差，那么连接于热电芯片33的第一端331的散热装置35可不需使用散热片351或风扇353协助散热。此时，散热装置35可仅为热电芯片33的第一端331上的一散热表面。

优选地，本发明的热电芯片33进一步包含两个陶瓷板335，其分别设置于第一端331及第二端333，以分别与电磁感应加热模块31及散热装置35接触。藉此，本发明的热电芯片33易与家电产品中的电磁感应加热模块31整合成嵌入式厨房家电产品(陶瓷面板)。

本发明的电源供应装置37可包含一DC转AC转换器、一变压器及一稳压器，藉以达到提供交流电给电磁感应加热模块31、储存热电芯片33产生的直流电或提供热电芯片33电能等的功能。本发明的电磁感应加热装置3可应用于一电磁炉、一电子锅、一电热水器、一热水瓶、一高周波焊接机、一热挤型机具、一射出成形机、或一熔炼炉等。

请参考图2，当本发明的电磁感应加热模块31处于开启状态，以产生热能加热待加热对象30时，热电芯片33可将电磁感应加热模块31的废热回收，以降低电磁感应加热模块31的温度，并同时将热能转成电能，以将电能回馈给电源供应装置37。电源供应装置37可再将电量供给散热装置35或电磁感应加热模块31，但不限定于此，藉此可使操作中的电磁感应加热模块31耗电量降低。

请参考图3，当关闭本发明的电磁感应加热模块31，而不产生热能给待加热对象30时，由于此时电磁感应加热模块31及加热对象30上尚未降温，可利用热电芯片33将其废热回收，并经由散热装置35达到快速散热的功效。此时，热电芯片33同步将废热转换成电能循环再利用而回馈给电源供应装置37，藉此可使本发明的电磁感应加热装置3总耗电量降低。

除上述操作模式外，请参考图3，当本发明电磁感应加热模块31处于关闭状态，而不产生热能给待加热对象30时，为了达到使电磁感应加热模块31更快速降温的目的，电源供应装置37更可供应热电芯片33电能，以使热电芯片33于第二端333致冷，以协助电磁感应加热模块31产生的废热进行散热。在此操作模式下，热电芯片33的第二端333转变为冷端，而第一端331转变为热端，并藉由与热电芯片33的第一端331接触的散热装置35，更快速地协助转变为热端的第一端331上的热能发散。

电磁感应加热原理的一应用实例为电磁炉。由于传统电磁炉的操作功率大，电磁炉上所产生的热，会直接往电磁线圈传导，因此，电磁炉主体设计上需多方考虑散热功能。目前，大部份电磁炉所使用的散热装置也包含散热片以及散热风扇。然而，此类散热装置相当占空间，也使得大功率电磁炉的体积无法轻量化。

本发明应用于电磁炉的实施例如下所述，其操作操作原理如图4所示。当电磁炉中的电磁感应加热装置3运作时，电磁感应加热模块31的感应线圈制造涡电流，在例如陶瓷板335的炉面上对待加热对象30产生热能。当电磁感应加热装置3欲降温(调温)时，会透过散热装置35连同其散热风扇353来协助散热(降温)。然而，仅藉由散热风扇353散热，可能无法达到快速降温的效果。为了解决这个问题，电磁炉内部的电磁感应加热装置3可包含一包含电磁感应线圈的电磁感应加热模块31、一片或多片热电芯片33及至少一散热装置35。电磁炉的电磁感应加热模块31在操作时所产生的废热，可利用热电芯片33进行热电转换，而进行发电储电动作，以作为后备电源，进而降低电磁炉的总耗电量。使用完毕的电磁炉的陶瓷面板335表面如欲更快速降温，也可启动电源供应装置37供应热电芯片33电能的功能，以使热电芯片33于第二端333致冷，以加速降温。

此外，如图4所示，本发明电磁感应加热装置3还可包含两组以上热电芯片33及散热装置35的组合，并仍包含一电源供应装置37及一电磁感应加热模块31，藉此提高本发明电磁感应加热装置3的散热及热电芯片33发电的效率。

据此，本发明的关于节能以及快速冷却的改良型电磁感应加热装置3，其包含一电磁感应加热模块31、一热电芯片33、一散热装置35及一电源供应装置37。本发明的电磁感应加热装置3利用热电芯片33回收电磁感应加热模块31的废热，并将热能回收转成电能，此电能被散热装置35或是电磁感应加热模块31再利用。藉此，本发明的电磁感应加热装置3不仅可降低系统总耗能，也能迅速带走电磁感应加热模块31所产生的废热，达到快速降温和温控稳定等效果。本发明的电磁感应加热装置3的一优选实施例为节能电磁炉。此电磁炉可有效改善传统电磁炉的缺点，如高功率输出、耗电和散热性差等问题。藉此，使本发明的电磁感应加热装置3的一优选实施例的电磁炉在较低功率输出下操作，并同时带来许多优点，如温控稳定性佳(可快速升降温或保温)、体积缩小(散热面积缩小或可改使用小瓦数风扇)、炉体轻薄化(嵌入式家具用途)。

综上所述，本发明的电磁感应加热装置3的上述优选实施例所具备的优点列举如下：

1.废热回收发电，降低操作功率(省电)。

2.快速升降温，温控性佳(热电芯片搭配散热装置)。

3.热电芯片使用陶瓷基板来隔电导热，易与家电产品整合成嵌入式厨房家电产品(陶瓷面板)。

4.相关实施例可改用较小型散热装置，使产品(如电磁炉)轻量化或薄型化。

5.本装置体积小、易与制造业工具机具整合。尤其是电磁感应式射出成型和熔炼设备，除可有效进行废热回收外，亦可精确控制炉具或模具温度，降低工艺变异性。

Claims (10)

1.一种电磁感应加热装置，包含：

一电磁感应加热模块，以电磁感应产生热能；

一热电芯片，具有一第一端及一第二端，其中所述第二端与所述电磁感应加热模块接触；

一散热装置，与所述热电芯片的所述第一端接触；及

一电源供应装置，与所述电磁感应加热模块及所述热电芯片电连接，用于供应所述电磁感应加热模块电源；

其中所述电磁感应加热模块产生的废热经由所述热电芯片传送至所述散热装置，进行散热。

2.如权利要求1所述的电磁感应加热装置，其中所述热电芯片在所述第二端吸收所述电磁感应加热模块产生的废热，并经由所述第一端传递至所述散热装置散热，以转换为电能，而储存于所述电源供应装置中。

3.如权利要求2所述的电磁感应加热装置，其中所述电源供应装置供应所述热电芯片电能，以使所述热电芯片在所述第二端致冷，以协助所述电磁感应加热模块产生的废热进行散热。

4.如权利要求2所述的电磁感应加热装置，其中所述散热装置至少包含一散热片。

5.如权利要求4所述的电磁感应加热装置，其中所述散热装置还包含一风扇，其可产生气流通过所述散热片以协助散热，并藉由所述电源供应装置供应其电能。

6.如权利要求4所述的电磁感应加热装置，其中所述散热装置为一水冷式散热装置或一气冷式散热装置。

7.如权利要求2所述的电磁感应加热装置，其中所述热电芯片包含多个P型半导体及多个N型半导体，所述P型半导体及所述N型半导体交错地电性串联并热性并联连接。

8.如权利要求2所述的电磁感应加热装置，其中热电芯片包含两个陶瓷板，其分别设置于所述第一端及所述第二端。

9.如权利要求2所述的电磁感应加热装置，其中所述电源供应装置包含一DC转AC转换器、一变压器及一稳压器。

10.如权利要求2所述的磁感应加热装置，其中所述电磁感应加热装置应用于一电磁炉、一电子锅、一电热水器、一热水瓶、一高周波焊接机、一热挤型机具、一射出成形机、或一熔炼炉中。