CN108552962A - 一种加热方法、可加热器具组件及可加热器具 - Google Patents
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Abstract
本申请所提供的一种加热方法，应用于可加热器具组件，包括：利用磁感组与可加热器具组件表面的金属层相匹配，以使金属层形成感应涡流并发热；其中，所述可加热器具组件被所述金属层覆盖的区域为非金属材质；所述金属层的厚度为50微米以内；所述金属层中的金属的相对磁导率小于10。通过将金属层和可加热器具组件相结合，实现感应加热，相对于明火加热和线束电加热而言具有更高的安全性。本申请可以实现相对磁导率低的金属如铝、铜、金、银等在加热领域的应用，大大提高了可加热器具材质的可选择性，可广泛应用于军工业、制造业等涉及加热过程的行业和领域。本申请还提供一种可加热器具组件和可加热器具，具有上述有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及电磁加热领域，特别涉及一种加热方法、可加热器具组件及可加热器具。
背景技术
目前，并没有对非金属的电磁加热方式。以非金属器具为例，现有的非金属器具的加热方式为：采用明火，如天然气，煤气等，或是热传导加热，如电陶炉。然而存在一定的安全隐患，或是破坏外观。若使用明火，器具使用过一段时间后，底部会烧灼变色，也大大降低用户体验。
此外，对于有特殊需求的人群，例如爱茶人士来说，更愿意使用非金属材质如紫砂等。然而市面上的一些电阻式、或者电陶炉式紫砂制品也是泥料中添加了其他材料，增强了耐高温特性，破坏了紫砂泥的天然矿物质元素的营养价值，所以目前紫砂壶多用来泡茶，而很少用于烧水加热，价值感远远没有得到体现。
申请内容
本申请的目的是提供一种加热方法、可加热器具组件及可加热器具，解决现有非金属器具无法进行安全、有效加热的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种加热方法，应用于可加热器具组件，具体技术方案如下：
利用磁感组与所述可加热器具组件表面的金属层相匹配，以使所述金属层形成感应涡流并加热被加热物体；其中，所述可加热器具组件被所述金属层覆盖的区域为非金属材质；所述金属层的厚度为50微米以内；所述金属层中的金属的相对磁导率小于10。
其中，所述金属层为纯金属金属层。
其中，所述金属层为合金镀层。
其中，所述磁感组具体为基于互频磁能加热的磁感组。
本申请还提供一种可加热器具组件，包括：
所述可加热器具组件的表面设有如上所述的金属层；其中，所述可加热器具组件被所述金属层覆盖的区域为非金属材质。
本申请还提供一种可加热器具，包括：
如上文所述的可加热器具组件；
与所述可加热器具组件表面的金属层相匹配的磁感组。
其中，所述可加热器具还包括：
设于所述磁感组与所述可加热器具组件之间，用于提高电磁感应强度的二次谐振体。
其中，所述磁感组包括：
与对应的谐振器串联或并联的驱动电感线圈。
其中，所述可加热器具还包括：
与电源相连，用于根据设定频率的交流电信号与所述金属层、所述磁感组和所述谐振器形成谐振状态的发射电路。
其中，所述发射电路包括整流电路、驱动电路、控制电路、逆变电路、温控电路以及所述谐振器；
其中，所述整流电路与输入电源相连；所述谐振器与所述磁感组串联形成发射谐振体；所述发射谐振体与所述整流电路、所述逆变电路依次串联；所述逆变电路、所述驱动电路、所述控制电路依次串联。
本申请所提供的一种加热方法，应用于可加热器具组件，包括：利用磁感组与可加热器具组件表面的金属层相匹配，以使金属层形成感应涡流并发热；其中，所述可加热器具组件被所述金属层覆盖的区域为非金属材质；所述金属层的厚度为50微米以内；所述金属层中的金属的相对磁导率小于10。通过将金属层和可加热器具组件相结合，实现感应加热，相对于明火加热和线束电加热而言具有更高的安全性。本申请可以实现相对磁导率低的金属如铝、铜、金、银等在加热领域的应用，大大提高了可加热器具材质的可选择性，可广泛应用于军工业、制造业等涉及加热过程的行业和领域。本申请还提供一种可加热器具组件和可加热器具，具有上述有益效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种可加热器具组件的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种可加热器具的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种可加热水壶的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种可加热水杯的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请利用磁感组与可加热器具组件表面的金属层相匹配，以使金属层形成感应涡流并加热被加热物体；其中，可加热器具组件被金属层覆盖的区域为非金属材质；金属层的厚度为50微米以内；金属层中的金属的相对磁导率小于10。
金属层与磁感组形成感应涡流发热的过程采用了“互频”技术，“互频”技术是基于“互频非辐射原理”的一种加热技术。所谓“互频非辐射原理”，指的是在一定条件下，物体之间自然形成内动力机理闭环系统，根据固有频率变化率自动响应，影响前后固有频率正弦波形产生叠加，形成增量变化率。“互频”现象本质为反应了物体之间感知、认知、交流的正弦波叠加状态及其自然、生物双重波动属性。
基于上述“互频非辐射原理”，在一定条件下，金属层的厚度超薄时，磁导率发生相反方向的变化，同时将磁感组作为传感器设计独特电路加以控制。如：相对磁导率小于10的金属如金、银、铝、铜的厚度超薄时，可与磁感组相匹配并形成感应涡流，进而发热以达到高效率发热的目的。
特别需要说明的是，所谓相当磁导率小于10，实际上本申请针对的很多金属相对磁导率接近1，例如金属铂略大于1，银、铜等均小于1，只有合金的相对磁导率通常大于1。
所述的金属层材质组成可以是一种金属材料，如金、铝、铜等，也可以为由几种金属组合而成的合金材料。本申请主要针对于其他在特定情况下同样可产生涡流的相对磁导率低的金属或者合金，例如金、银、铜、铝或其合金等。进一步的，金属层的材质、厚度等参数的选取也应根据进行大量实验择优。经实验测试，铝箔在磁感组工作频率为30Khz，厚度在10微米左右效率最高，产生涡流效果最明显，则金属铝层作为金属层时应当尽可能使其厚度为10微米左右。经试验论证，本申请所提供的金属层厚度均为50微米以内时方可产生最佳涡流效果。
需要注意的是，至少可加热器具组件中被金属层覆盖的部分需要为非金属材质，因为磁感组和金属层中存在其他金属材料，容易影响加热效率甚至使金属层无法形成有效的感应涡流以达到加热的目的。在此对于非金属材质的具体材质不作具体限定，可以是木质材料、普通泥土、陶瓷泥土、紫砂泥、云母等。
在此对于金属层与可加热器具组件的具体连接方式不作限定，可以为真空镀，亦可以为描金等方式，只要是金属层紧紧依附于可加热器具组件的表面即可。真空镀和描金作为现有的成熟技术，在此不作过多描述。
值得注意的是，可加热器具组件的表面包括内表面和外表面，具体的金属层连接位置应视具体的可加热器具组件类型而定。例如对于煎锅而言，可选择将其镀于上表面；对于茶杯而言，需要将金属层镀于内表面。特别要说明的是，对于食品级产品，应使用食品级的金属，例如金属铝等。
该磁感组由铜导线及导磁材料组成，铜导线具体包括线材、线径、电感量、内阻、品质因数等参数，导磁材料最主要的参数即为导磁率，而这里面提的导磁材料的材质主要为铁氧体材质，如锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等，当然还可以为其他材质，如非晶、纳米晶等。具体的匹配方法可以为：将针对金属层的材质、结构以及磁感组与金属层之间的距离，和想要达到的功能参数，统一对磁感组的各个参数以及金属层对磁感组的各个参数的影响度进行设计，使磁感组与金属层之间固有频率影响度最大，形成闭环高效能量传递系统。
本申请实施例提供了一种加热方法，采用“互频技术”，通过配置相应的磁感组，可以实现利用可加热器具组件表面的金属层加热。使得原本不可应用于感应加热的金属材质，即相对磁导率低于10的金属，在一定条件下，亦可实现加热。将其应用至可加热器具之中，实现了对于有磁导率低的金属的利用，其加热效率高，安全性能优越。更为重要的是，制作工艺简单，成本低，可广泛应用于军工行业，制造业，食品加工业等领域、
进一步的，可以利用金属的趋肤效应特性，在金属层的厚度制作过程中，利用“互频”复合材料参数配比的核心技术，配比金属层中的金属材料与导磁性材料，利用了导磁材料可以增强磁感组与金属层之间固有频率影响度，进而提高传输距离及传输效率。通过大量实验而最终确定并结合理论分析最终确定，增加对磁场的汇聚作用，效率大大提高。
参见图1和图2，本申请还提供一种可加热器具组件及可加热器具，可加热器具组件指的是表面有上文所述金属层的器具组件。金属层的相关具体内容可参考上述实施例，在此不作赘述。需要注意的是，图1和图2所示仅为本申请所提出的一个具体的实施例。图1中，可加热器具组件100的内表面底部设有金属层200，该可加热器具组件100可以为类似形状的锅型器具，则锅型器具中的水或食物为被加热物体。图2中，该可加热器具组件相较于图1增加了与金属层200相匹配的磁感组300以及底座400。该底座400可以嵌于可加热器具组件100的承重体的内部或底部。举例而言，当可加热器具具体为如图2所示结构的饭锅时，则其能源供给设备，也即图示的底座400中包含磁感组300可以整体嵌于桌子或者灶台的内部或底部，构成无线厨房的一部分。当然该底座400可以移动式的置于任何安全的位置，使得该可加热器具的使用更加便捷。
磁感组通常还包括与谐振器串联或并联的驱动电感线圈，在此对于驱动电感线圈的数量不作限定。应当理解的是，驱动电感线圈数量与谐振器数量相匹配，而磁感组的尺寸应当与可加热器具组件中的金属层尺寸相匹配。
参见图3和图4，图3为本申请实施例所提供的一种可加热水壶的结构示意图，图4为本申请实施例所提供的一种可加热水杯的结构示意图。图3中，茶漏需要为非金属茶漏，将金属层200设置于水壶的非金属茶漏表面，进而通过与磁感组相匹配实现水壶的加热功能，此时被加热物体指的是水壶中的液体。图4中，将金属层200设于水杯底部，通过与水杯底部的磁感组300相匹配，从而实现加热，且水杯底部被金属层200覆盖的区域为非金属材质。由此可以看出，金属层200的具体的设置位置应视具体的可加热器具组件而定。
此外，将金属层200应用至食品相关器具时，需要注意重金属不能与食物直接接触，可使用其他食品级金属替代或者在金属层200和食物之间设置隔层。
进一步的，基于上述可加热器具，作为优选的实施例，可加热器具还可以包括：
设于所述磁感组与所述可加热器具之间，用于提高电磁感应强度的二次谐振体。
所谓二次谐振体的作用是用于增强谐振，提高磁感组与可加热器具之间的距离。
进一步的，该可加热器具还可以包括：与电源相连，用于根据设定频率的交流电信号与所述金属层、所述磁感组和所述谐振器形成谐振状态的发射电路。
发射电路与电源相连，用于根据设定频率的交流电信号与金属层、所述磁感组和谐振器形成谐振状态。该发射电路可以是常用的标准发射电路，也可以为基于互频磁能加热的特殊电路模块。
在此对发射电路的具体谐振方式不作限定，可以为串联谐振，亦可以为并联谐振。
当采用串联谐振时，发射电路包括辅助电源、整流电路、驱动电路、控制电路、逆变电路、温控电路以及谐振器。其中整流电路与输入电源相连，谐振器与磁感组串联形成发射谐振体。发射谐振体与整流电路、逆变电路依次串联，逆变电路、驱动电路、控制电路、辅助电源依次串联。
控制电路还可以包括变频控制单元，用以调控磁感组的工作频率。
变频控制单元用于调控交流电信号的频率，调控的工作频率范围应视具体的应用场景而定。通常来说，考虑到最优的工作效率，工作频率的范围小于200kHz。当工作频率大于200kHz时，亦可以实现无线供电，只不过其传输效率相对较低。应当理解的是，在此对于具体的工作频率不作限定。
当然，还可以采用并联谐振，在此不作过多描述，本领域技术人员可以由上述串联谐振的电路类比到并联谐振电路。
值得一提的是，磁感组和发射电路、谐振器等器件可形成加热模块，整个可加热器具包括可加热器具本体以及加热模块。例如，当将本申请应用于煎锅时，在煎锅上表面镀有金属层，其下方配有与金属层相匹配的加热模块。加热模块与外界电源相连，其中包括磁感组以及相关电路等。使用时，打开加热模块，即可加热食物。当然，还可在此基础上有若干修饰，例如在加热模块上设置按钮或其他调节工具，用以开关加热模块，或调节加热模块功率等等，在此不作具体的描述，诸如此类的可加热器具应该在本申请的保护范围内。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种加热方法，应用于可加热器具组件，其特征在于，包括：
利用磁感组与所述可加热器具组件表面的金属层相匹配，以使所述金属层形成感应涡流并加热被加热物体；其中，所述可加热器具组件被所述金属层覆盖的区域为非金属材质；所述金属层的厚度为50微米以内；所述金属层中的金属的相对磁导率小于10。
2.根据权利要求1所述的加热方法，其特征在于，所述金属层为纯金属金属层。
3.根据权利要求1所述的加热方法，其特征在于，所述金属层为合金镀层。
4.根据权利要求1所述的加热方法，其特征在于，所述磁感组具体为基于互频磁能加热的磁感组。
5.一种可加热器具组件，其特征在于，包括：
所述可加热器具的表面设有金属层；其中，所述可加热器具被所述金属层覆盖的区域为非金属材质；所述金属层的厚度为50微米以内；所述金属层中的金属的相对磁导率小于10。
6.一种可加热器具，其特征在于，包括：
如权利要求5所述的可加热器具组件；
与所述可加热器具组件表面的金属层相匹配的磁感组。
7.根据权利要求6所述的可加热器具，其特征在于，还包括：
设于所述磁感组与所述可加热器具之间，用于提高电磁感应强度的二次谐振体。
8.根据权利要求6所述的可加热器具，其特征在于，所述磁感组包括：
与对应的谐振器串联或并联的驱动电感线圈。
9.根据权利要求8所述的可加热器具，其特征在于，还包括：
与电源相连，用于根据设定频率的交流电信号与所述金属层、所述磁感组和所述谐振器形成谐振状态的发射电路。
10.根据权利要求9所述的可加热器具，其特征在于，所述发射电路包括整流电路、驱动电路、控制电路、逆变电路、温控电路以及所述谐振器；
其中所述整流电路与输入电源相连；所述谐振器与所述磁感组串联形成发射谐振体；所述发射谐振体与所述整流电路、所述逆变电路依次串联；所述逆变电路、所述驱动电路、所述控制电路依次串联。
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2018
- 2018-06-04 CN CN201810563430.2A patent/CN108552962A/zh active Pending
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