CN113623867B - 一种固态三相电热泵及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态三相电热泵及其使用方法，涉及机电一体化设备技术领域，包括泵壳、电热体、隔热导流管、隔离环，进水口端盖、出水口端盖、加热模组和控制器，本发明中的电热体在控制器输出的脉冲电流加热下将与其临近的部分水体汽化而产生膨胀作用力，并将泵体内的水升温加压后形成水汽混合物在泵体内加压后从出口排出，可以替代工业和民用的现有水泵，且具有结构简单、无运动部件、加压与加热一体化，适合制作微型水泵，体积小、造价低、维护方便和节约能源等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机电一体化设备技术领域，具体涉及一种固态三相电热泵及其使用方法。
背景技术
在机电设备领域，各种容积泵、射流泵、涡轮泵等在工业和农业得到广泛应用，这些泵普遍采用较为精密的机械结构，生产加工流程复杂，能量浪费严重且使用场所往往较为单一，不便于根据生产线的具体情况进行调整适配。这类现有的泵普遍存在着机电一体化不完备、密封型差、难以清洁、能量转化率低、生产维护成本过高、体积过大等问题。虽然在大部分工农业生产中可以发挥有效作用，但是在家用等小型场景中应用不便。
因此，需要提供一种新式小型泵，以解决上述存在的问题。这种泵应该可替代工业和民用的现有水泵，且具有造价低、维护方便、节约能源等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态三相电热泵，以解决现有技术存在的上述缺陷。
一种固态三相电热泵，包括泵壳、电热体、隔热导流管、隔离环、进水口端盖、出水口端盖、加热模组和控制器，电热体有三个并沿着泵壳的轴线依次嵌套在泵壳的内侧，每个电热体内部均嵌套有隔热导流管，在相邻的两个电热体之间以及位于端部的电热体外侧嵌设有隔离环，且三个隔热导流管与泵壳外部的加热模组一一对应，进水口端盖和出水口端盖分别与泵壳的两端之间均安装有垫片和密封环，三相成对加热模组分别与控制器 的三相输出端连接。
优选的，所述加热模组采用电极杆，所述泵壳采用中空的非导磁绝缘材料制作，电热体采用欧姆导体制成的中空管道制造且内部设有沿环向分部的轴向凹槽，一组由三个中空的非导电耐高温材料制成的隔热导流管与电热体的ABC三相分别对应并嵌设于其内部，隔离环为中空的管状构造且迎向水流的一侧设有与流线吻合的坡口。
优选的，所述电极杆包括电极螺钉和电极密封环，电极杆体呈柱状构造，电极螺钉每两个一组通过电极密封环穿越泵壳并分别连接于各自电热体的两端。
优选的，所述控制器输出的电源为三相脉冲电源，频率在5-200hz之间，每相电源分别对应于电热体上的两个电极杆。
本发明还公开了另外一种形式的固态三相电热泵，包括泵壳、涡流感应体、隔热导流管、隔离环、进水口端盖、出水口端盖、加热模组和控制器，涡流感应体有三个并沿着泵壳的轴线依次嵌套在泵壳的外侧，每个涡流感应体内部均嵌套有隔热导流管，在相邻的两个涡流感应体之间以及位于端部的涡流感应体外侧嵌设有隔离环，且三个隔热导流管与泵壳外部的加热模组一一对应，进水口端盖螺纹连接于进水口处，出水口端盖螺纹连接于出水口处，进水口端盖和出水口端盖分别与泵壳的两端之间均安装有垫片和密封环，三相成对加热模组分别与控制器 的三相输出端连接。
优选的，所述加热模组采用高频激励模组，所述泵壳采用中空的非导磁绝缘材料制作，涡流感应体采用导磁材料制成的中空管道制造且内部设有沿环向分部的轴向凹槽，一组由三个中空的非导电耐高温材料制成的隔热导流管分别与涡流感应体的ABC三相分别对应并嵌设于其内部，隔离环为中空的管状构造且迎向水流的一侧设有与流线吻合的坡口。
优选的，所述高频激励模组包括高频激励模组座和高频激励线圈，高频激励模组座呈两端带有凸缘的空心管状构造，高频激励线圈由多层漆包导线环绕于高频激励模组座外部的凹槽中。
优选的，所述控制器输出的电源为三相交流电源频率在50-2000hz之间，高频激励模组的高频激励线圈的两端分别依次连接到所述控制器的A相或B相或C相的正负电极。
本发明的优点在于：本发明中的电热体在控制器输出的脉冲电流加热下将与其临近的部分水体汽化而产生膨胀作用力，并将泵体内的水升温加压后形成水汽混合物在泵体内加压后从出口排出。本发明可以替代工业和民用的现有水泵，且具有结构简单、无运动部件、加压与加热一体化，适合制作微型水泵，体积小、造价低、维护方便和节约能源等优点。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是图1中H-H断面剖视图。
图3是本发明实施例2的结构示意图。
图4是图3中H-H断面剖视图。
图中，泵壳1，电热体2，隔热导流管3，隔离环4，进水口端盖5，进水口密封环51，进水口端盖垫圈52，出水口端盖6，出水口密封环61，出水口端盖垫圈62，加热模组7，电极螺钉71，电极密封环72，高频激励模组座73，高频激励线圈74，控制器8，进水管1001，出水管1002。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
本发明实施例参阅图1-2，一种固态三相电热泵，包括泵壳1、电热体2、隔热导流管3、隔离环4、进水口端盖5、出水口端盖6、加热模组7和控制器8，电热体2有三个并沿着泵壳1的轴线依次嵌套在泵壳1的内侧，每个电热体2内部均嵌套有隔热导流管3，在相邻的两个电热体2之间以及位于端部的电热体外侧嵌设有隔离环4，且三个隔热导流管3与泵壳1外部的加热模组7一一对应，进水口端盖5和出水口端盖6分别与泵壳1的两端之间均安装有垫片和密封环，三相成对加热模组7分别与控制器8 的三相输出端连接。
在本实施例中，所述加热模组7采用电极杆，所述泵壳1采用中空的非导磁绝缘材料制作，电热体2采用欧姆导体制成的中空管道制造且内部设有沿环向分部的轴向凹槽，一组由三个中空的非导电耐高温材料制成的隔热导流管3与电热体2的ABC三相分别对应并嵌设于其内部，隔离环4为中空的管状构造且迎向水流的一侧设有与流线吻合的坡口。
在本实施例中，所述电极杆包括电极螺钉71和电极密封环72，电极杆体呈柱状构造，电极螺钉71每两个一组通过电极密封环72穿越泵壳并分别连接于各自电热体2的两端。
在本实施例中，所述控制器8输出的电源为三相脉冲电源，即A相、B相、C相，频率在5-200hz之间，每相电源分别对应于电热体2的两个电极杆。
在本实施例中，泵壳1、电热体2和端盖5采用金属材料制作，隔热导流管3采用陶瓷制作，进水口密封环51、出水口密封环61、进水口端盖垫圈52和出水口端盖垫圈62采用标准件或定制件。控制器8可以采用现有技术定制。
在应用中，本实施例的进水口与供水源连接，出水口与收水设备连接，此时泵体的空腔被水充溢。具体使用方法如下：
将控制器8与外部电源相连，三相成对电极杆分别与控制器8 的三相输出端连接。通过电极杆通入电热体2的电流通过欧姆效应产生热量，该热量传递给电热体内侧的水体，由于隔热导流管3与电热体2之间形成了热量难以向外传递的水体夹层，该夹层内的液体被电热体2产生的热量迅速加热而汽化，因为控制器8输入给三相电热体2的电压彼此相差120度相角，所以各电热体2的加热功率相位差也为120度相角，因此在电热体之间的水体断面两侧存在向右的不平衡压力差，于是被汽化的水汽与未被汽化的水体通过隔热导流管3流向出口，同时由于隔热导流管3之间产生的负压效应而带动管轴中的水体向出口流动，最后被加压且加热的水汽混合物混入出水管。
实施例2
本发明实施例参阅图3-4，一种三相涡流感应固态泵，包括泵壳1、涡流感应体2、隔热导流管3、隔离环4、进水口端盖5、出水口端盖6、加热模组7和控制器8，涡流感应体2有三个并沿着泵壳1的轴线依次嵌套在泵壳1的内侧，每个涡流感应体2内部均嵌套有隔热导流管3，在相邻的两个涡流感应体2之间以及位于端部的涡流感应体外侧嵌设有隔离环4，且三个隔热导流管3与泵壳1外部的加热模组7一一对应，进水口端盖5螺纹连接于进水口处，出水口端盖6螺纹连接于出水口处，进水口端盖5和出水口端盖6分别与泵壳1的两端之间均安装有垫片和密封环，三相成对加热模组7分别与控制器8 的三相输出端连接。
所述加热模组7采用高频激励模组，所述泵壳1采用中空的非导磁绝缘材料制作，涡流感应体2采用导磁材料制成的中空管道制造且内部设有沿环向分部的轴向凹槽，一组由三个中空的非导电耐高温材料制成的隔热导流管3分别与涡流感应体2的ABC三相分别对应并嵌设于其内部，隔离环4为中空的管状构造且迎向水流的一侧设有与流线吻合的坡口。
所述高频激励模组包括高频激励模组座73和高频激励线圈74，高频激励模组座73呈两端带有凸缘的空心管状构造，高频激励线圈74由多层漆包导线环绕于高频激励模组座73外部的凹槽中。
所述控制器8输出的电源为三相交流电源频率在50-2000hz之间，高频激励模组的高频激励线圈74的两端分别依次连接到所述控制器8的A相或B相或C相的正负电极。
在本实施例中，泵壳1采用尼龙或玻璃钢等非金属材料制作, 涡流感应体2采用导磁导电的金属材料制作，端盖5和端盖6采用非导磁金属材料制作，隔热导流管3采用陶瓷制作，高频激励线圈74采用漆包铜线绕制而成，高频激励模组座73采用塑料制作，进水口密封环51、出水口密封环61、进水口端盖垫圈52和出水口端盖垫圈62采用标准件或定制件。控制器8可以采用现有技术定制。
在应用中，进水口与供水源连接，出水口与收水设备连接，此时泵体的空腔被水充溢。具体使用方法如下：
将控制器8与外部电源相连，三相高频激励线圈74分别与控制器8 的三相输出端连接。高频激励线圈74中通过的高频电流在涡流感应体2产生环向交变磁场，该磁场在涡流感应体2感应处产生环向交变涡流，该涡流在涡流感应体2内通过欧姆效应加热，该热量传递给涡流感应体内侧的水体，由于隔热导流管3与涡流感应体2之间形成了热量难以向外传递的水体夹层，该夹层内的液体被涡流感应体2产生的热量迅速加热而汽化，因为控制器8设定的磁场相位为120度相角，所以各涡流感应体2的加热功率相位也为120度相角，因此在三相涡流感应体之间的水体断面两侧存在向右的不平衡压力差，于是被汽化的水汽与未被汽化的水体通过隔热导流管3流向出口，同时由于隔热导流管3之间产生的负压效应而带动管轴中的水体向出口流动，最后被加压且加热的水汽混合物混入出水管。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (8)
1.一种固态三相电热泵，其特征在于，包括泵壳（1）、电热体（2）、隔热导流管（3）、隔离环（4）、进水口端盖（5）、出水口端盖（6）、加热模组（7）和控制器（8），电热体（2）有三个并沿着泵壳（1）的轴线依次嵌套在泵壳（1）的内侧，每个电热体（2）内部均嵌套有隔热导流管（3），隔热导流管（3）与电热体（2）之间形成了热量难以向外传递的水体夹层，该夹层内的液体被电热体（2）产生的热量迅速加热而汽化，在相邻的两个电热体（2）之间以及位于端部的电热体外侧嵌设有隔离环（4），且三个隔热导流管（3）与泵壳（1）外部的加热模组（7）一一对应，进水口端盖（5）螺纹连接于进水口处，出水口端盖（6）螺纹连接于出水口处，进水口端盖（5）和出水口端盖（6）分别与泵壳（1）的两端之间均安装有垫片和密封环，三相成对加热模组（7）分别与控制器（8） 的三相输出端连接并用于加热电热体（2）内侧的水体；
所述加热模组（7）采用电极杆，所述泵壳（1）采用中空的非导磁绝缘材料制作，电热体（2）采用欧姆导体制成的中空管道制造且内部设有沿环向分部的轴向凹槽，一组由三个中空的非导电耐高温材料制成的隔热导流管（3）分别与电热体（2）的ABC三相分别对应并嵌设于其内部，隔离环（4）为中空的管状构造且迎向水流的一侧设有与流线吻合的坡口；
控制器（8）输入给三相电热体（2）的电压彼此相差120度相角。
2.根据权利要求1所述的固态三相电热泵，其特征在于，所述电极杆包括电极螺钉（71）和电极密封环（72），电极杆体呈柱状构造，电极螺钉（71）每两个一组通过电极密封环（72）穿越泵壳并分别连接于各自电热体（2）的两端。
3.根据权利要求1所述的固态三相电热泵，其特征在于，所述控制器（8）输出的电源为三相脉冲电源，频率在5-200hz之间，每相电源分别对应于电热体（2）上的两个电极杆。
4.根据权利要求1所述的固态三相电热泵，其特征在于，所述加热模组（7）采用高频激励模组，所述泵壳（1）采用中空的非导磁绝缘材料制作，电热体（2）采用导磁材料制成的中空管道制造且内部设有沿环向分部的轴向凹槽，一组由三个中空的非导电耐高温材料制成的隔热导流管（3）分别与电热体（2）的ABC三相分别对应并嵌设于其内部，隔离环（4）为中空的管状构造且迎向水流的一侧设有与流线吻合的坡口。
5.根据权利要求4所述的固态三相电热泵，其特征在于，所述高频激励模组包括高频激励模组座（73）和高频激励线圈（74），高频激励模组座（73）呈两端带有凸缘的空心管状构造，高频激励线圈（74）由多层漆包导线环绕于高频激励模组座（73）外部的凹槽中。
6.根据权利要求5所述的固态三相电热泵，其特征在于，所述控制器（8）输出的电源为三相交流电源频率在50-2000hz之间，高频激励模组的高频激励线圈（74）的两端分别依次连接到所述控制器（8）的A相或B相或C相的正负电极。
7.一种根据权利要求1-3中任一项所述的固态三相电热泵的使用方法，其特征在于，具体如下：
将控制器（8）与外部电源相连，三相成对电极杆分别与控制器（8） 的三相输出端连接，通过电极杆通入电热体（2）的电流通过欧姆效应产生热量，该热量传递给电热体内侧的水体，由于隔热导流管（3）与电热体（2）之间形成了热量难以向外传递的水体夹层，该夹层内的液体被电热体（2）产生的热量迅速加热而汽化，因为控制器（8）输入给三相电热体（2）的电压彼此相差120度相角，所以各电热体（2）的加热功率相位差也为120度相角，因此在电热体之间的水体断面两侧存在向右的不平衡压力差，于是被汽化的水汽与未被汽化的水体通过隔热导流管（3）流向出口，同时由于隔热导流管（3）之间产生的负压效应而带动管轴中的水体向出口流动，最后被加压且加热的水汽混合物混入出水管。
8.一种根据权利要求4-6中任一项所述的固态三相电热泵的使用方法，其特征在于，具体如下：
将控制器（8）与外部电源相连，三相高频激励线圈（74）分别与控制器（8） 的三相输出端连接，高频激励线圈（74）中通过的高频电流在电热体（2）产生沿轴向的交变磁场，该磁场在电热体（2）感应处产生涡流，该涡流在电热体（2）内通过欧姆效应加热，热量传递给涡流感应体内侧的水体，由于隔热导流管（3）与电热体（2）之间形成了热量难以向外传递的水体夹层，该夹层内的液体被电热体（2）产生的热量迅速加热而汽化，因为控制器（8）设定的磁场相位为120度相角，所以各电热体（2）的加热功率相位也为120度相角，因此在三相涡流感应体之间的水体断面两侧存在向右的不平衡压力差，于是被汽化的水汽与未被汽化的水体通过隔热导流管（3）流向出口，同时由于隔热导流管（3）之间产生的负压效应而带动管轴中的水体向出口流动，最后被加压且加热的水汽混合物混入出水管。
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