CN104930696B - 一种电磁感应内加热的搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁感应内加热的搅拌装置，包括磁场发生器、线圈和加热磁子,该线圈为平面线圈或筒状线圈，位于磁场发生器上方，用于产生交变磁场；该加热磁子包括金属感应片和搅拌磁子，该金属感应片为环状或筒状，位于搅拌磁子外部并与其固定连接；通过线圈的电流频率为20～60kHz，瞬时值为0.5～20A；该金属感应片的直径为20～100mm，材质为铁磁性金属或非铁磁性金属，可外覆耐腐蚀保护层；该保护层的材质为氟塑料、石英玻璃、玻璃或陶瓷。本发明改变了现有搅拌装置的加热方式，提高加热效率，节约电能，使加热更加均匀。

Description

一种电磁感应内加热的搅拌装置

技术领域

本发明涉及一种搅拌装置，尤其涉及一种电磁感应内加热的搅拌装置。

背景技术

在化学和化工领域，很多的化学过程需要在良好的传质、传热条件下才能有效完成，这就需要使用加热搅拌设备。外加热式电磁搅拌器是常用的加热搅拌装置，其结构如图1所示，该设备包括一个磁场发生器1、电阻式外加热体2和一个搅拌磁子4，其中磁场发生器1既可以是永磁体式(如图2所示)，通过电机11带动固定在转架12上的永磁体13产生旋转磁场；也可以是电磁场式(如图3所示)，通过给4个不同电磁铁上成对轮换施加不同极性的电位，使得多组成对电磁铁分时通电，产生旋转的磁场。利用旋转磁场带动搅拌磁子4搅动容器6中的待加热液体5，实现良好的传质过程。同时，给电阻式外加热体2通电，使之发热，通过热传导使容器6中的待加热液体5升温，实现传热，但这种方式热传递效率低，加热效率一般为40％～60％，相当一部分热量都散失在空气中。为了达到加热目的，往往需要提高加热功率，同时使用保温材料3来防止热量散失，但即便如此，加热速度依然很慢；而且这种加热方式使得液体受热不均，很容易造成局部过热，对化学过程造成不良影响。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提出了一种电磁感应内加热的搅拌装置，改变现有加热方式，提高加热效率，节约电能，使加热更加均匀。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电磁感应内加热的搅拌装置，包括：

一磁场发生器；

一线圈，位于磁场发生器上方，用于产生交变磁场；

一加热磁子，包括金属感应片和搅拌磁子，金属感应片位于搅拌磁子外部，二者固定连接。

进一步地，所述线圈为平面线圈,与磁场发生器的上表面平行。

进一步地，所述线圈为筒状线圈，其中心轴与磁场发生器的上表面垂直。

进一步地，通过所述线圈的交变电流频率为20～60kHz，瞬时值为0.5～20A。

进一步地，所述金属感应片为环状或筒状。

进一步地，所述金属感应片与线圈平行，即环状金属感应片与平面线圈平行，筒状金属感应片的中心轴与筒状线圈的中心轴平行。

进一步地，所述金属感应片直径(外径)为20～100mm，对于直径不同的金属感应片需采用不同的频率进行加热，通常情况下较大尺寸的金属感应片可以使用较低的频率，而较小尺寸的金属感应片应使用较高的频率，其关系遵循图8中的实验曲线。

进一步地，所述金属感应片的材质为铁磁性金属或非铁磁性金属。

进一步地，所述金属感应片可外覆耐腐蚀保护层,该耐腐蚀保护层的材质为氟塑料、石英玻璃、玻璃或陶瓷。

进一步地，所述搅拌磁子为永磁体。

本发明提供的电磁感应内加热的搅拌装置,其加热磁子在原有的搅拌磁子上增设金属感应片，在原有的磁场发生器的上方增加线圈。通过对线圈施加20～60kHz的交流电，使线圈产生交变磁场，搅拌磁子处于该交变磁场中，其金属感应片受到交变磁场的影响，内部产生感应电动势，从而产生涡流，由于金属感应片存在电阻，以及趋肤效应使得电阻增加，涡流在流动时引起金属感应片发出热量，又因其处于待加热液体中，热量全部被待加热液体吸收，起到加热的效果。另一方面，搅拌磁子为永磁体，受到磁场发生器产生旋转的磁场的作用(即同性磁极相斥，异性磁极相吸)产生转动，带动金属感应片转动，增加了搅拌范围，热传递效率大于90％，起到快速加热而且节能的作用；且热传递更加均匀快速，避免了受热不均，局部过热的缺点，为化学过程提供良好的加热环境。

附图说明

图1是外加热式电磁搅拌器示意图。

图2是永磁体式磁场发生器示意图。

图3是电磁铁式磁场发生器示意图。

图4是平面线圈电磁感应内加热的搅拌装置示意图。

图5是带有环状金属感应片的加热磁子示意图，图中左半部分为俯视图，右半部分为沿左图中直线的剖视图。

图6是筒状线圈电磁感应内加热的搅拌装置示意图。

图7是带有筒状金属感应片的加热磁子示意图，图中左半部分为俯视图，右半部分为沿左图中直线的剖视图。

图8是“金属感应片最小直径和频率”的关系，图中标出了不同频率的电磁场可加热的金属感应片最小直径，当金属感应片直径和频率所对应的点落在曲线的右上方时方可被有效加热。

附图标记说明：

1～磁场发生器； 2～电阻式外加热体；

3～保温材料； 4～搅拌磁子；

5～待加热液体； 6～容器；

11～电机； 12～转架；

13～永磁体； 14～电磁铁；

71～平面线圈； 72～筒状线圈；

81～带有环状金属感应片的加热磁子； 811～环状金属感应片；

82～带有筒状金属感应片的加热磁子； 821～筒状金属感应片；

812、822～搅拌磁子。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

实施例一为一种采用平面线圈的电磁内加热搅拌装置，如图4所示，包括磁场发生器1、平面线圈71和带有环状金属感应片的加热磁子81，磁场发生器1采用永磁体式；平面线圈71，安置于磁场发生器1上方；带有环状金属感应片的加热磁子81由环状金属感应片811和搅拌磁子812组成，其中，环状金属感应片811外径为100mm，位于搅拌磁子812外部，二者可以是紧密结合，也可以是装配而成，搅拌磁子812为永磁体，如图5所示。环状金属感应片811材质可以是铁磁性金属，如钢、铁、钴、镍，或非铁磁性金属箔，如铝、铜、银、钼、钨等。如果加热或搅拌腐蚀性液体，如硝酸、硫酸、盐酸等，可以在环状金属感应片811外覆耐腐蚀保护层，这种保护层可以对环状金属感应片811和搅拌磁子812分别覆盖，也可以对二者整体覆盖，保护层的材质可以是氟塑料、石英玻璃、玻璃或陶瓷等。

加热时，将盛有待加热液体5的容器6放在该搅拌装置的平面线圈71上，将带有环状金属感应片的加热磁子81浸入待加热液体5中，加热时为了防止热量大量散失，可在容器6外包裹上一层保温材料3。搅拌装置接通电源，磁场发生器1作用加热磁子旋转，平面线圈71上施加20～60kHz，瞬时值为0.5～20A的交变电流，产生交变磁场，带有环状金属感应片的加热磁子81中的环状金属感应片811受其影响，发出热量。

以下通过理论计算该装置的加热效率：

以加热1L的纯水为例，该装置的输入电压为220V，输入电流为4A，加热时间1分钟，则输入的电功为：

W＝U×I×t＝220×4×60＝52.8(kJ)

对1L水加热时，水的温升为11.8℃，则水吸收的热量为：

Q＝m×C×ΔT＝1000×4.186×11.8＝49.4(kJ)

此时加热效率为49.4/52.8×100％＝93.6％

现有搅拌装置的加热效率一般在40％～60％之间，实施例一中的搅拌装置加热效率远远高于现有搅拌装置。

实施例二为一种采用筒状线圈的电磁内加热搅拌装置，如图6所示，包括磁场发生器1、筒状线圈72和带有筒状金属感应片的加热磁子82，磁场发生器1采用电磁场式；筒状线圈72垂直安置于磁场发生器1上方，带有筒状金属感应片的加热磁子82由筒状金属感应片821和搅拌磁子822组成，筒状金属感应片821外径为20mm，位于搅拌磁子822外部，二者可以是紧密结合，也可以是装配而成，搅拌磁子822为永磁体，如图7所示。筒状金属感应片822的材质与外覆耐腐蚀材料的材质见实施例一。

加热时，将盛有待加热液体5的容器6放在该搅拌装置的筒状线圈72内，将带有筒状金属感应片的加热磁子82浸入待加热液体5中，加热时为了防止热量大量散失，可在容器6外包裹上一层保温材料3。搅拌装置接通电源，磁场发生器1作用加热磁子旋转，筒状线圈72上施加60kHz，瞬时值为0.5～20A的交变电流，产生交变磁场，带有筒状金属感应片的加热磁子82中的筒状金属感应片821受其影响，发出热量。

以下通过理论计算该装置的加热效率：

以加热1L的纯水为例，该装置的输入电压为220V，输入电流为1A，加热时间5分钟，则输入的电功为：

W＝U×I×t＝220×1×300＝66(kJ)

对1L水加热时，水的温升为14.3℃，则水吸收的热量为：

Q＝m×C×ΔT＝1000×4.186×14.3＝59.9(kJ)

此时加热效率为59.8/66×100％＝90.8％

现有搅拌装置的加热效率一般在40％～60％之间，实施例二中的搅拌装置加热效率远远高于现有搅拌装置。

由以上两种实施例可知，该发明公开的一种电磁感应内加热的搅拌装置，改变了现有技术的加热方式，大大提高了加热效率，起到快速加热而且节能的作用；另外，加热磁子中的金属感应片发出的热量直接被带加热液体吸收，同时在搅拌的作用下，达到均匀传热传质的效果，避免了受热不均，局部过热的缺点，为化学过程提供良好的加热环境。

Claims (6)

1.一种电磁感应内加热的搅拌装置，其特征在于，包括：

一磁场发生器；

一线圈，位于磁场发生器上方，用于产生交变磁场；所述线圈为平面线圈，与磁场发生器的上表面平行；或者所述线圈为筒状线圈，其中心轴与磁场发生器的上表面垂直；

一加热磁子，包括金属感应片和搅拌磁子，金属感应片位于搅拌磁子外部，二者固定连接；所述金属感应片为环状或筒状，与线圈平行。

2.根据权利要求1所述的电磁感应内加热的搅拌装置，其特征在于，通过所述线圈的电流频率为20～60kHz，瞬时值为0.5～20A。

3.根据权利要求1所述的电磁感应内加热的搅拌装置，其特征在于，所述金属感应片直径为20～100mm。

4.根据权利要求1所述的电磁感应内加热的搅拌装置，其特征在于，所述金属感应片的材质为铁磁性金属或非铁磁性金属。

5.根据权利要求1所述的电磁感应内加热的搅拌装置，其特征在于，所述金属感应片外覆耐腐蚀保护层,该耐腐蚀保护层的材质为氟塑料、玻璃或陶瓷。

6.根据权利要求1所述的电磁感应内加热的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌磁子为永磁体。