CN1336526A - 连续流动式加热装置 - Google Patents

Abstract

一种利用微波的连续流动式加热装置,它能以实际可用的流量与温度连续供应热水。在沿水平延伸的空箱的顶面上形成一成为微波发射口的开口部分。除去发射口的上部和下部,空箱用一垂直的间壁分割成两个空间。一侧的空间用两个上间壁和下间壁沿水平分割成三个,在间壁上按所要求的间距设置缝隙。在上间壁的上面形成的空间成为第一辐射部分。在下间壁的下方形成一空间,它在下部与另一侧的空间相连并成为第二辐射部分。供水管设置在间壁之间形成的空间中间。来自微波振荡器的微波从发射口辐射入空箱中。微波从辐射部分的缝隙分别辐射至供水管的上部和下部。

Description

连续流动式加热装置

技术领域

本发明涉及一种能够瞬时加热连续在管道中流动的液体，特别设涉及一种用微波瞬时加热液体的连续流动式加热装置。

发明背景

在如瞬时锅炉那样的将连续在管道中流动的水加热到理想的温度并供给的方法中，有利用煤气或电作为热源的方法。

利用煤气的方法使用一位于壳体底部的煤气烧嘴以及一热交换管，该水在其中流动的热交换管的形状作成使位于壳体中的管道路径变的较长，例如作成螺旋形。加热是由煤气烧嘴从外侧加热管道来进行的。

但是，由于通过加热管道使内部的水变热需要很长的时间，所以在热效率方面该方法并不是最好的。由于这种方法涉及燃烧过程，所以空气会被污染。另外，还存在由燃烧引起的一氧化物中毒以及由火熄灭引起的一氧化碳中毒的危险，再者，为了达到较高的加热温度，由于这种方法需要一长的管道路径，所以装置本身难于设计成小型化。

另一方面，尽管电的方法不会产生所述的煤气方法中所涉及的空气污染、气体中毒以及需要空气变换的问题，但是，加热器加热流水时温升所需要的时间长，运行成本高，并且由于在热水被使用时，热水的温度会降低，在技术上难于以恒定的温度供水。

鉴于电和煤气的方法中所存在的问题，有人建议在如瞬时锅炉这样的连续流动式加热装置中利用磁控管瞬时加热流动液体的感应加热的方法。

例如，根据日本实用新型公开公报昭63-52296，公开了一种连续液体加热装置，其中包括：加热部分，该加热部分通过平行地安装一个或多个加热管而成，并位于和微波发生器有关的微波辐射室内；由金属管制成的管道，所述的金属管由一混合有铁素体的外部件覆盖；在加热部分上连接的液体流入管和液体流出管，并且，所述的液体利用微波由内部连续地加热，并且所述的具有较高的微波吸收率的铁素体被用于在加热中可以从外部加热。

在日本实用新型公开公报昭63-194251中公开了一种热水器，它包括：由隔断微波的绝缘材料壁围成的室；辐射部分，向所述的室辐射微波；已及供水路径，该供水路径的形状作成可以通过所述的室的微波辐射区的形状，并且可以连续地供给所需要的热水。

进一步，在日本实用新型公开公报平01-88345中，公开了一种瞬时锅炉，它包括：微波发生器；形成包含从外部导入的液体的第2室的间壁；穿过上述的间壁以及上述的锅炉的第1室的管道，所述的管道作成用微波加热在里面流动的液体，该微波从微波发生器朝锅炉内部振荡。

另一方面，日本实用新型公开公报昭63-65251中公开了一种液体加热方法，它采用一在一屏蔽壳中装有微波振荡部分的微波发生器和一用氟树脂制造的管子，以高效地通过微波加热在管子中流动的液体，该氟树脂管设置在屏蔽壳中并面向上述的微波振荡部分。尤其是在公报中，它描述道，微波发生器包括供以商业用AC100V的动力供应线路，并根据来自动力供应的电压通过从产生超过几个KV的高压的高压发电线路接受高压而以2450MHZ振荡微波。

在日本实用新型公开公报平01-102242中公开了一种热水器，它能通过有一用耐微波的材料做成的加热元件而连续供应所需的热水量，该材料围绕被微波辐射的水路径的外表面。

在日本实用新型公开公报平05-248700中公开了一种锅炉，它在从微波振荡器振荡的微波向管子、容器和池中的水辐射，以使水沸腾时，通过改变微波振荡器的输出和水的流量控制水温。

此外，在日本专利公开公报平05-288403中提出了一种包括一进水口和一出水口的电热水器，出水口在一微波作用器向在微波吸水器中流动的水辐射微波。

在上述的每个公报中所描述的任何一种电热水器和瞬时锅炉中都有一个共同的技术观念，即微波向暂时储存的液体或连续流动的液体特别是水辐射，以便利用水分子之间的摩擦热加热水并使之沸腾。不过，根据本发明的发明人所进行的研究，并不存在这样的事实，即曾经销售或使用任何家庭使用的采用微波的瞬时锅炉。

在专心研究采用公报中所描述的微波的连续流动式加热装置以后，本发明的发明人得到这样的结论，瞬时锅炉和热水器没有得到实际应用是因为，即使是微波辐射，也不能得到足够的热水。

也就是说，装在装置中的管子的直径必须是足够大，以便在实用中供应所需要的热水量，但是，由于直径较大的管有较大的在管子中流动的流体量和流速，因此不能做到充分的加热。

较高的加热温度需要有具有较高的加热能力的微波辐射器，但是有许多问题要解决，即，较大的装置占据了安装空间，并且不能使用一般的民用动力供应的电压(AC100V)，并且涉及到运行中的噪声问题，而且可能产生微波泄漏(电波泄漏)，而且运行成本大大增加。

发明内容

考虑到要解决这些问题，本发明的发明人根据进一步的研究发现，辐射至水中的微波渗透至水中时，被吸收、变换成热并衰减，并且随向水的内部而变弱，对水的加热不起作用。

也就是说，本发明人已经发现，微波可以加热水的深度的功率减半深度，换句话说，微波功率密度为1/2的深度，约为10mm，并且在流动水的情况下，功率减半深度减少至1/3。根据这一结果完成了本发明。

本发明的目的为寻求一种连续流动式加热装置，它用微波加热在管子中流动的水并可连续供应具实际上可以使用的量与温度的热水。

本发明的另一目的是提供一种连续流动式加热装置，可用尽可能短的水管有效地升高水温。

本发明的另一目的为提供一种连续流动式加热装置，它可以通过有效地使用由辐射微波振荡器产生的热而降低由预热流动的水的温度而消耗的功率。

本发明的另一目的为提供一种连续流动式加热装置，它采用水冷式微波发生器并且整体密封。因而不产生噪音，不需要特殊的安装地点，能防止灰尘进入装置内部，灰尘不会粘附在冷凝器、变压器和磁控管的内部上，并且防止由灰尘引起的漏电。

为了达到这些目的，在本发明技术方案1中所描述的本发明涉及一种连续流动式加热装置，其特征为，微波辐射部分所处的位置为彼此相向，并且用一供水管在其间作为中心，在供水管中流动的流体的一半用来自辐射部分的微波辐射加热。

本发明技术方案2中所描述的本发明的发明涉及一种连续流动式加热装置，其特征为：

一对微波辐射部分设置或彼此相向，在其上沿纵向轴线按所要求的间距形成多个缝隙；

在辐射部分之间在中心部分设置一供水管；以及

用来自缝隙的微波辐射分别加热在供水管中流动的液体的一半。

此外，技术方案3中所述的本发明涉及一种连续流动式的加热装置，其特征为：

在沿水平延伸的、用金属材料做的空箱的一侧，在表面上形成一具有所要求的宽度的开口部分，以成为微波的发射口；

除去发射口的上部与下部以外，用垂直的间壁将空箱分割成两个；

所得到的一个分割后的空间用两个上间壁和下间壁沿水平被分割成三部分，在间壁上以所要求的间距设置与纵向轴线正交的缝隙；

一空间在上间壁的上方形成，它是第一辐射部分；

一空间在下间壁下方形成并与另一侧的空间相连，它是第二辐射部分；

在上述的两个上间壁与下间壁之间形成的空间的中间设置一供水管；

来自设置在空箱上的微波振荡器的微波被从发射口发射至空箱中；以及

从上述每个辐射部分的缝隙发射的微波被辐射至供水管的上部和下部。

附图说明

图1是一瞬时锅炉的示意图，它是本发明的连续流动式加热装置的一个例子。

图2是图1所示的瞬时锅炉的主要部分的剖视图。

图3是图1所示的瞬时锅炉的主要部分按一斜角看去的图。

图4为如图1所示的瞬时锅炉的另一例子的主要部分的剖视图。

具体实施方式

下面联系附图说明本发明的连续流动式加热装置的优选的例子，虽然其结构并不限于图中所示的那些。

图1为示意图，它示出作为本发明的连续流动式加热装置的一个例子的瞬时锅炉。瞬时锅炉1包括：一供水管，它连接至供水龙头如自来水(未示出)，一第一和第二微波辐射部分4、5，它们的形状做成彼此相向，并且有一作为中心的供水管2，以便加热在水管中流动的水；一用于振荡微波的微波振荡器6；一高压变压器7，它控制来自微波振荡器6的输出；以及一控制器9，它连在一温度控制器的开关8，该开关位于供水管2的水龙头3的附近。

辐射微波的第一和第二辐射部分4、5有成为微波发射口10b的开口部分，如同在图2和图3中清楚地看到的那样，发射口在沿水平延伸的矩形空箱10的上表面10a上的一个较短的边缘侧有所要求的宽度，该空箱用金属材料如铝或不锈钢制作。除去位于发射口10b的上部和下部以外，空箱10沿垂直方向被分割成两个。分割后的一个空间进一步用两个上间壁和下间壁12、13分割成三个。被间壁12隔断的上部空间是第一辐射部分4。被间壁13隔断的下部空间是第二辐射部分5。在间壁12、13之间形成的空间中，供水管2的形状做成使其从一个短缘侧10dc穿过，至另一侧10e。第二辐射部分5与空箱10中被间壁10割断的另一空间10c相连。在形成第一辐射部分4的间壁12上以所要求的间距形成缝隙12a、12a而在形成第二辐射部分5的间壁13上则以所要求的间距形成同样的间隙13a、13a……。从微波振荡器6辐射的微波经过缝隙12a、13a辐射至上述供水管2。

如图2所清楚地示出的那样，设置在在间壁12、13之间形成的空间中的供水管的位置要使其中心差不多处于间壁12和12之间的中间。供水管2的上半部和下半部分别按180度被从第一和第二辐射部分4、5辐射的微波加热。

所述第一辐射部分4和第二辐射部分5之间的距离(间距)最好尽可能短。距离越短，则微波辐射至供水管2，以加热在供水管2中流动的水的效率越高。

在微波振波器6中，其辐射口在空箱10上要如此设置，即，使口位于在空箱10的上表面10a上形成的开口部分10b。从微波振荡器6发射的微波的一部分经过间壁11到达第一辐射部分4，并以在间壁12的底部上形成的缝隙12a、12a……辐射供水管2。微波的另一部分经过空间10c到达第二辐射部分5，并以在上间壁13上形成的缝隙13a、13a……辐射供水管2。

在第一辐射部分4中，来自微波振荡器6的微波向下辐射。如果间壁11和间壁12垂直地相遇，则两个间壁的连接的角部成为狭的路径。这使微波从缝隙12a至供水管2的有效辐射相当困难。因此，在间壁11与间壁12的连接部分处形成一导板14，以便向内聚集微波。以后，以微波振荡器6振荡的微波就被导板14强迫驱至缝隙12a这一边，微波可有效地朝供水管2辐射。

同样，由于在空间10c的底部按45度安装导板15，使之能将微波有效地传至第二辐射部分5，故最好如图3所示，在空箱10的必要部分安装导板15a。

导板14也可配置为位于第一辐射部分4的间壁11侧的底部(实际上为间壁12)。

此外，为了提高微波向供水管2的辐射效率，分别在第一辐射部分4和第二辐射部分5中设置空心块16、17。由于块16、17形成隧道状通路，在缝隙12a、13a处产生强的电场，故微波的辐射效率可以比没有块16、17的高，为其50至100倍。经过强电场的水有较小的水分子团。这样就产生较好的界面活性作用，例如去除包含在水中的氯，消除水中的杂菌，改变水质，防止水垢附在槽上，以及分解所附的水垢，以便冲洗掉。因此，可以容易地得到适于饮用和淋浴的水，而不必采用市场上的水过滤器。

此外，在上述第1辐射部分4和第2辐射部分5中安装反射板，或者空箱10本身用微波反射材料例如铝制造，就可使从反射板反射的微波在中心交叉并碰撞，产生与飞逸加热作用相似的现象，该飞逸加热有效地提高了供水管2的中心部分的温度。

装在空箱10中的供水管2的形状并不特别受到限制，只要管子是这类应用中常用的那种类型即可。对于管子，可以用具有小的损耗系数(比介电常数，介电损耗角)的材料如特氟隆、聚乙烯和聚丙烯。

较大的流量不可避免地要求较大的供水管2的直径。向水辐射的微波渗透至水中，被吸收并转变成熟，然后衰减。当微波进一步进入水中时，微波越来越弱，对水的加热不起作用。

这样，当采用具有大直径的管子时，靠近管子的内表面流动的水被加热至较高的温度，而在中心流动的水则几乎不受微波的影响。这就使微温的水从水龙头中出来。

由于专心研究的结果，本发明人已经发现在将供水管2的直径做成在2-20mm的范围内时就有可能最有效地加热在供水管2中连续流动的水。因此，所用的供水管2的直径在5-20mm内是最优选的。

在此情况下，宁可不用其横截面为圆形的供水管，而是在被微波辐射的部分采用椭圆形或扁矩形的供水管，它可以有较大的在供水管中流动的水流量，并且微波辐射至供水管的中心部分，以供应较热的水。

通过使在第一辐射部分4和第二辐射部分5的相向表面上形成的每个缝隙12a，13a所具有的长度小于所用供水管的直径，在椭圆形供水管的情况下小于其长轴，则微波可有效地向供水管2辐射。

微波振荡器可以有水冷型或空冷型的冷却措施，以冷却磁控管和高压变压器，该变压器随着微波的振荡而变热。

由于空冷型的微波振荡器在壳体中有用于散热的散热器部分，故壳体内部有噪声，灰尘吸入到壳体并附在微波振荡器及其它部分上面，对它们有不良影响，从散热器漏到外面的电波可能对人体产生意想不到的影响。因此，最好采用水冷型的。

在本发明中，如图1所示，当采用水冷型微波振荡器6时，一部分供水管2绕微波振荡器6和高压变压器7缠绕。在供水管2中流动的水被从微波振荡器6和高压变压器7中发出的热能临时预热，以便提高输入的水温。这样就减少了所消耗的功率并提高了能源效率。

与此同时，当微波振荡器6为水冷型的以后，容纳装置主体的壳体18用屏蔽材料制造并被做成全封闭式的。这就完全防止了微波泄漏，而且不需要冷却风扇，从而形成零噪声。

在空冷型微波振荡器中，其壳体中设置至少两个开口部分，它们一个是进气口，另一个是抽气口。30-80℃左右的热空气经过抽气口被抽至外面。这样就限制了安装地点，并使安装的自由度非常小。某些情况可因不正常的加热而使装置暂时停工。水冷型的微波振荡器消除了所有这类问题。全封闭式的微波振荡器可防止灰尘进入壳体。于是，由灰尘引起的漏电不大可能发生。

由于位于供水管2的水龙头3附近的温度检测器的开关8自动检测从水龙头3排放的热水的温度并将信息传送至控制器9，故可以用控制器9设定所要求的温度，通过改变来自高压变压器7的输出而按所要求的温度以恒定的流量得到热水。

下面说明本发明的优选例子。例1

在图2所示的瞬时锅炉中设有一由三菱电气公司制造的100V的动力源；一微波振荡器6，它的最大微波输出为500W，消耗功率为950W；以及一个被做成水冷型的高压变压器7。一其直径为8mm的圆管被用作供水管2。当以10℃的温度直接从水龙头放出的水按4升/分的流量被供给供水管2时，2450MHZ的微波经过第一辐射部分4和第二辐射部分5的各自的缝隙12a，13a从供水管2的上侧和下侧同时辐射。在水龙头3处以55℃的温度得到热水。

此外，当管子的形状从圆形改变至具有同样截面积的椭圆形时短径为4mm(原直径的1/2)，对水的加热效率得以提高，并且确实提高了大约13％。

这样，在水龙头3处得到温度为62℃的热水。

在图2所示的空箱中，受到微波辐射的供水管的长度为500mm。例2

在图4所示的瞬时锅炉中设有一由日立公司制造的200V的动力源；一微波振荡器6，其最大微波输出为1500W；以及一被做成水冷型的高压变压器7。一其直径为20mm的圆管被用作供水管2。当以10℃的温度直接从水龙头放出的水按12升/分的流量被供给供水管2时，2450MHZ的微波经过第一辐射部分4和第二辐射部分5的各自的缝隙12a，13a从供水管2的上侧和下侧同时辐射。在水龙头3处得到温度为55℃的热水。

此外，当管子的形状从圆形改变为具有同样截面积的椭圆形时短径为10mm(原直径的1/2)，对水的加热效率得以提高，并且确实提高了大约15％。

这样，在水龙头处得到了温度为92℃的热水。

在图4所示的空箱中，受到微波辐射的供水管的长度为500mm。

上述例子中的所有说明都是相对于瞬时锅炉作出的。本发明的连续流动式加热装置可以被设计成小型的，它有一可在室外使用以作为动力源的发电机，以便操作高压变压器和微波振荡器，它可以用任何方便的措施向供水管的一端提供以来自河流或湖泊的水，它有一水龙头，以将供水管转换至淋浴部分，从而成为室外使用的简易淋浴设施。

供水管还可通过改变动力源用作用于得到工业热水的加热装置。因此，本发明的应用不限于瞬时锅炉。

本发明的连续流动式加热装置包括：一水在其中连续流动的供水管；一组辐射部分，其形状被做成彼此相向，将供水管夹在其间，它们辐射微波，以通过感应加热按一半加热经过供水管的液体。

本装置可以有效地加热流动的水，具有尽可能短的供水管长度，在运行中不产生噪声，杀死流水中所含的菌类，成为所能得到的最好的瞬时锅炉。

Claims (12)

1.一种连续流动式加热装置，其特征为：

微波辐射部分的形状被做成彼此相向，在中间设有供水管；以及

从上述微波辐射部分辐射的微波按一半加热在上述供水管中流动的液体。

2.一种连续流动式加热装置，其特征为：

一对微波辐射部分具有缝隙，它们沿纵向轴线按所要求的间距形成，微波辐射部分的形状被做成彼此相向；

一供水管设置在上述辐射部分之间的中间；以及

在上述供水管中流动的液体的各一半被从上述缝隙辐射的微波加热。

3.一种连续流动式加热装置，其特征为：

在沿水平延伸的、用金属材料做的空箱一侧的顶面上形成一具有所要求的宽度的开口部分，以成为微波的发射口；

除去上述发射口的上部和下部以外，用垂直的间壁将上述空箱分割成两个空间；

一侧的一个空间用两个上间壁和下间壁沿水平被分割成三个，间壁以所要求的间距具有缝隙，它们与纵向成正交；

一空间在上间壁的上方形成，它成为第一辐射部分；

一空间在下间壁的下方形成，并与另一侧的空间的下部连接，它成为第二辐射部分；

在两个上间壁和下间壁之间形成的空间的中间部分中设置供水管；

来自设置在上述空箱上的微波振荡器的微波从上述发射口辐射至上述空箱中；以及

来自上述每个辐射部分的缝隙的微波被分别辐射至供水管的上部和下部。

4.如上述权利要求1至3中的任一项所述的连续流动式加热装置，其特征为，上述供水管为椭圆形或扁矩形。

5.如上述权利要求1至4中的任一项所述的连续流动式加热装置，其特征为，上述供水管的直径为5-20mm。

6.如权利要求2或3所述的连续流动式加热装置，其特征为，上述缝隙有小于上述供水管的直径的长度。

7.如权利要求3所述的连续流动式加热装置，其特征为，在上述空箱中形成的每个辐射部分包括在上述空箱中形成隧道状通路路径的决，并在上述每个缝隙处产生强的电场。

8.如权利要求3所述的连续流动式加热装置，其特征为，上述微波振荡器是水冷型的。

9.如权利要求3所述的连续流动式加热装置，其特征为，上述微波振荡器是水冷型的，而且供水管的一部分绕上述微波振荡器缠绕，以便预热被加热的液体。

10.如权利要求3所述的连续流动式加热装置，其特征为，在形成第一辐射部分时，上述空箱在垂直间壁与水平间壁的连接部分有导向部分，以向内聚集微波。

11.如权利要求3或10所述的连续流动式加热装置，其特征为，在上述导向部分以外，上述空箱有一导板，以便朝每个水平放置的间壁上的缝隙敛集微波。

12.如权利要求11所述的连续流动式加热装置，其特征为，上述导板以一45°的角设置在上述空箱中。

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