CN1757986A - 一种家用工频谐振式感应电锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家用工频谐振式感应电锅炉，它包括外壳体和竖直安装在其内部的感应加热管，还有电容器以及循环水泵。感应加热管的构成是：在一段由非导磁材料制成的通水管道里面，有用导磁材料制成的发热钢管，在所述通水管道的外面，有一个单绕组电磁感应线圈。感应加热管的上方和下方分别连接有集水器。外置膨胀水箱连接在进水口处的膨胀管道接口上，补水口连接在自来水管道上。感应加热管与电容器以及工频交流电源并联连接的电路，能够发生并联谐振。在并联谐振状态下运行的感应加热管，所释放的能量要大于其从电网吸收的能量。从而节省了约50％的电力能源。本发明家用工频谐振式感应电锅炉主要为家庭供暖之用。
Description
技术领域
本发明涉及的技术领域有感应加热以及并联谐振电路，特别是涉及一种家用工频谐振式感应电锅炉。
背景技术
在现有的家用电锅炉中，采用的是电阻式电热管构成的加热器。由于电阻式电热器在加热过程中，从电网吸收100％的能量后转换成热量，对水进行加热。所以，该电锅炉的耗电量较高，在应用中受到一定的限制。中国知识产权局2004年6月30日公布的CN2622614Y号专利：壁挂式电锅炉中，公开了一种家用电锅炉。该电锅炉采用的是电阻式加热器。它的唯一不足之处就是100％消耗从电网中吸收的能量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种从电网中吸收的能量小，工作时释放的能量大，用感应加热管加热的家用工频谐振式感应电锅炉。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种家用工频谐振式感应电锅炉，它包括外壳体，电气控制装置；其特征在于：在所述外壳体内至少有一个竖直安置的感应加热管和电容器，在所述感应加热管上方的热水出口处连接有一个上集水器，在所述感应加热管下方的冷水进口处连接有一个下集水器；它还包括由感应加热管与电容器以及工频交流电源并联后构成的并联谐振电路；所述并联谐振电路是一个或多个独立的并联谐振电路；
所述感应加热管包括，在一个电磁感应线圈的里面，有一个由非导磁材料制成的通水管道，在所述通水管道的里面，有一根或多根相互独立且平行的用导磁材料制成的发热钢管，所述通水管道的内径与所述发热钢管的外径之间留有间隙，所述多根发热钢管的外径之间也留有间隙。
所述感应加热管中的通水管道是用无磁不锈钢或环氧树脂玻璃钢制成。
所述感应加热管中的发热钢管是用低碳钢管或硅钢管制成。
所述感应加热管中通水管道的两个端部各有一个法兰。
所述感应加热管中通水管道的两个端部各有一个变径大小头。
所述感应加热管中通水管道的两个端部各有一个多孔封板。
所述感应加热管中通水管道用无磁不锈钢制成时，与安置在里面的所述发热钢管在其中部焊接有一个或两个多孔固定板。
所述多个感应加热管之间有磁屏蔽罩。
本发明家用工频谐振式感应电锅炉与CN2622614Y对比后的有益效果如下：
感应加热管与电容器并联后在工频电压下能够发生并联谐振，且能达到最佳谐振状态。在最佳谐振状态下运行的感应加热管释放的功率大于从电网吸收的功率。从而节省了约50％的电力能源。
所述感应加热管与电容器在工频电压下发生并联谐振的实验结果如下：
感应加热管参数：
(1)电磁感应线圈：内径/外径＝115/135mm，高度＝500mm，漆包圆铜线直径＝2.44mm，圈数＝350匝。
(2)通水管道：材料是环氧树脂玻璃钢，内径/外径＝90/100mm。
(3)发热钢管：碳素钢管四根，内径/外径＝26/32mm，长度500mm。
电容器参数：电容值＝313μf。
无水状态下通电时间：2分钟。室温：25.5℃。
按上述参数配置的感应加热管与电容器在电气上连接成并联电路后，在该电路的并联接点上施加一个频率为50Hz、单相、220伏的交流电压。此时，该并联交流电路发生并联谐振。用安培表和伏特表分别测量得到的数据如下：电源输入端电流是11.6安培、电压是220伏，感应加热管的电磁感应线圈及电容器上的电流是24安培、电压是220伏。由此可见，感应加热管释放的功率大于从电源吸收的功率，节约电能51.66％。
附图说明
图1是本发明家用工频谐振式感应电锅炉中的感应加热管第一实施方式的主视剖面图；
图2是图1所示家用工频谐振式感应电锅炉中的感应加热管沿B-B线的放大剖面图；
图3是本发明家用工频谐振式感应电锅炉中的感应加热管另一实施方式的主视剖面图；
图4是图3所示家用工频谐振式感应电锅炉中的感应加热管沿B-B线的放大剖面图；
图5是本发明家用工频谐振式感应电锅炉一种实施方式的主视图；
图6是本发明家用工频谐振式感应电锅炉中所述独立的并联谐振电路第一实施方式的电气原理图；
图7是本发明家用工频谐振式感应电锅炉中所述独立的并联谐振电路第二实施方式的电气原理图；
图8是本发明家用工频谐振式感应电锅炉中所述独立的并联谐振电路第三实施方式的电气原理图；
图9是本发明家用工频谐振式感应电锅炉中所述并联谐振电路是多个独立的并联谐振电路的一种实施方式的电气原理图。
图中：1、外接口法兰 28、热水出口
2、变径大小头 30、30a、感应加热管
3、连接螺栓 32、连接法兰
4、内接口法兰 33、磁屏蔽罩
5、密封圈 34、安装架
6、带有法兰的多孔封板 35、冷水进口
7、无磁不锈钢通水管道 36、下集水器
8、发热钢管 37、排污口
9、保温层 38、底座
10、电磁感应线圈 39、下集水器支架
11、线圈出线端子 40、40a、电容器
12、绝缘压件 41、接线电缆
13、压钉 42、交流电源输出端子排
14、支板 43、43a、止回阀
15、安装板 44、循环泵
16、定位螺栓 45、电磁阀
17、多孔封板 46、膨胀管接口
18、环氧树脂玻璃钢通水管道 47、补水口
19、多孔固定板 48、压力传感器
21、电气控制装置 49、49a、49b、温度传感器
22、交流电源输入端子排 55、上集水器
23、外壳体 56、配水管道
24、排气截止阀 58、保温隔热层
27、安全阀
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1和图2所示由一根发热钢管8构成的感应加热管30。所述发热钢管8平行放置在无磁不锈钢通水管道7的里面。发热钢管8的外径与无磁不锈钢通水管道7的内径之间有用于流通水的间隙。所述带有法兰的多孔封板6上，在发热钢管8与无磁不锈钢通水管道7之间的通水间隙处有多个通水孔。多孔固定板19先焊接在发热钢管8的中部，再焊接在无磁不锈钢通水管道7的中部上。所述发热钢管8的本体管道与带有法兰的多孔封板6上的孔对应贯通后焊成一体，再与无磁不锈钢通水管道7在其端部焊接成一体。变径大小头2直径小的一端焊接有外接口法兰1，变径大小头2直径大的一端焊接在带有法兰的多孔封板6上。在无磁不锈钢通水管道7的外表面，覆盖有保温层9。电磁感应线圈10套装在保温9的外面，用绝缘压件12、支板14、压钉13固定。安装板15螺接在连接螺栓3上。带有法兰的多孔封板6上的法兰孔也可兼作安装孔用。
图3和图4所示由四根发热钢管8构成的所述感应加热管30。发热钢管8相互独立且平行，该发热钢管8的本体管道与多孔封板17上的孔对应贯通后焊接在一起。四根发热钢管8之间留有间隙。发热钢管8与多孔封板17焊接成一体后，平行置于环氧树脂玻璃钢通水管道18的里面且留有通水间隙。环氧树脂玻璃钢通水管道18的两个端部分别有固定成型的本体法兰，在其外表面覆盖有保温层9。电磁感应线圈10套装在保温层9的外面，用绝缘压件12、支板14、压钉13固定。带有法兰的多孔封板6置于环氧树脂玻璃钢通水管道18与内接口法兰4的中间，在其两面的法兰处装有密封圈5，然后用定位螺栓16固定，再用连接螺栓3连接在一起。外接口法兰1与变径大小头2和内接口法兰4预先焊接成一体。安装板15螺接在连接螺栓3上。
感应加热管30中的电磁感应线圈10与发热钢管8的电磁参数按悉知的感应加热原理设计确定。电磁感应线圈10的结构型式参照干式电力变压器的线圈结构确定。电磁感应线圈10是有两个出线端的单相单绕组线圈，它可以由几段绕组串联或并联而成，还可以在绕组的中间留有抽头以调节感应加热管30的电感或电压。保温层9的厚度是根据所述通水管道内的水温和电磁感应线圈30本身温升的要求来确定。环氧树脂玻璃钢通水管道18两端的一体式法兰，是按悉知的合成树脂成型物的制做技术制成的。
图5所示的是家用工频谐振式感应电锅炉一种实施方式的主视图。图5中的电容器40、40a安装在电气控制装置的下面。冷水进口35将外部采暖管路系统中的回水由循环泵44输入到下集水器36中，经过感应加热管30、30a流入上集水器内，通过热水出口28将热水传输到外部采暖管路系统中。感应加热管30、30a由外接口法兰1与配水管道56用连接法兰32连通。感应加热管30、30a的线圈出线端子11与电容器40-40a分别并联连接后，由连接电缆41与电气控制装置21中交流电源输出端子排42的接点并联连接成2个独立的并联谐振电路。在感应加热管30、30a中的水处在循环的状态下由电气控制装置21通电加热。当采暖系统中的水温达到要求后不再需要继续加热时，应先切断感应加热管的电源再停止水的循环。为了保证本发明家用工频谐振式感应电锅炉的安全运行，在上集水器的顶部有安全阀27、排气截止阀24、温度传感器49、压力传感器48。在感应加热管30的进水口与出水口处分别有温度传感器49a、49b，监控感应加热管内水的温差。感应加热管30、30a之间的磁屏蔽罩33将减小感应加热管相互间的漏磁影响。为了便于维修，感应加热管30、30a是由连接法兰32与上集水器55和下集水器36连接的。上集水器55、感应加热管30、30a及下集水器36均是通过安装架34和下集水器支架39固定在底座38上。排污口37是清除污物之用的。外壳体23是防护用的。在图5中所示的保温隔热层58覆盖在上集水器55、下集水器36及配水管道56外表面。循环泵44的出口通过止回阀43与下集水器36连通，循环泵44的入口处连通有补水口47、止回阀43a和电磁阀45。循环泵44的入口处还连通有冷水进口35和外接膨胀水箱的膨胀管接口46。
图6所示的是由一个感应加热管30中接线端子30-1、30-2与电容器40中的接线端子40-1、40-2分别并联后再与电气控制装置21中交流电源输出端子排42的接点21A1、21N1并联连接。通过上述的连接，构成了所述独立的并联谐振电路第一实施方式。21A、21N是电气控制装置21交流电源输入端子排的两个接点。图10所示电气原理图是构成本发明家用工频谐振式感应电锅炉最基本的主电路图；该电路中交流电源～的频率是工频，即50赫芝或60赫芝，交流输入的电压为220伏或240伏。该电路的工作原理是，感应加热管30中的电感参数是预先设计确定的，电容器40的参数是按所述电感参数匹配的。电感与电容的匹配必须满足并联交流电路的谐振条件，即感应加热管中的感抗与电容器中的容抗在频率为工频时相等。当一个工频电压施加给所述独立的并联谐振电路后，该电路发生并联谐振，此时电路中电磁感应线圈10中流过的电流大于交流电源供给的电流。在这种谐振状态下运行的感应加热管30发出的功率大于从电网吸收的功率，从而达到节约能源的目的。
图7所示的是感应加热管30中的接线端子30-2与感应加热管30a中的接线端子30a-1串联后，再由感应加热管30、30a中的接线端子30-1、30a-2分别与电容器40中的接线端子40-1、40-2并联连接，然后再与电气控制装置21中的交流电源输出端子排42的接点21A1、21N1并联连接。通过上述的连接，构成了所述独立的并联谐振电路的第二实施方式。21A、21N是电气控制装置21中交流电源输入端子排22的两个接点。
图8所示的是感应加热管30、30a中的接线端子30-1和30a-1、30-2和30a-2并联连接后，再与电容器40中的接线端子40-1、40-2以及电气控制装置21中交流电源输出端子排42的接点21A1、21N1分别并联连接。通过上述的连接，构成了所述独立的并联谐振电路的第三实施方式。21A、21N是电气控制装置21中交流电源输入端子排22的两个接点。
图9所示的是感应加热管30中的接线端子30-1、30-2与电容器40中的接线端子40-1、40-2分别并联连接后再与电气控制装置21中交流电源输出端子排42的接点21A1、21N1并联连接；感应加热管30a中的接线端子30a-1、30a-2与电容器40a中的接线端子40a-1、40a-2分别并联连接后再与电气控制装置21中交流电源输出端子排42的接点21A1、21N1并联连接；通过上述的连接，构成了所述并联谐振电路是多个独立的并联谐振电路的一种实施方式。图9中21A、21N是电气控制装置21中交流电源输入端子排22的两个接点。在电气控制装置21中交流电源输出端子排42的接点21A1、21N1上可以并联多个由感应加热管30与电容器40并联的所述独立的并联谐振电路。电气控制装置21的电路结构和元件构成按悉知的电锅炉电控系统技术原理制作。本发明家用工频谐振式感应电锅炉的额定容量一般不超过10千瓦。
Claims (8)
1、一种家用工频谐振式感应电锅炉，它包括外壳体，电气控制装置；其特征在于：在所述外壳体内至少有一个竖直安置的感应加热管和电容器，在所述感应加热管上方的热水出口处连接有一个上集水器，在所述感应加热管下方的冷水进口处连接有一个下集水器；它还包括由感应加热管与电容器以及工频交流电源并联后构成的并联谐振电路；所述并联谐振电路是一个或多个独立的并联谐振电路；
所述感应加热管包括，在一个电磁感应线圈的里面，有一个由非导磁材料制成的通水管道，在所述通水管道的里面，有一根或多根相互独立且平行的用导磁材料制成的发热钢管，所述通水管道的内径与所述发热钢管的外径之间留有间隙，所述多根发热钢管的外径之间也留有间隙。
2、根据权利要求1所述的家用工频谐振式感应电锅炉，其特征在于：所述感应加热管中的通水管道是用无磁不锈钢或环氧树脂玻璃钢制成。
3、根据权利要求1所述的家用工频谐振式感应电锅炉，其特征在于：所述感应加热管中的发热钢管是用低碳钢管或硅钢管制成。
4、根据权利要求1所述的家用工频谐振式感应电锅炉，其特征在于：所述感应加热管中通水管道的两个端部各有一个法兰。
5、根据权利要求1所述的家用工频谐振式感应电锅炉，其特征在于：所述感应加热管中通水管道的两个端部各有一个变径大小头。
6、根据权利要求1所述的家用工频谐振式感应电锅炉，其特征在于：所述感应加热管中通水管道的两个端部各有一个多孔封板。
7、根据权利要求1所述的家用工频谐振式感应电锅炉，其特征在于：所述感应加热管中通水管道用无磁不锈钢制成时，与安置在里面的所述发热钢管在其中部焊接有一个或两个多孔固定板。
8、根据权利要求1所述的家用工频谐振式感应电锅炉，其特征在于：所述多个感应加热管之间有磁屏蔽罩。
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| CN 200410080438 CN1757986A (zh) | 2004-10-10 | 2004-10-10 | 一种家用工频谐振式感应电锅炉 |
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|---|---|---|---|---|
| CN102140686A (zh) * | 2010-02-03 | 2011-08-03 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种新型的多晶硅熔炼炉 |
| CN106839412A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-06-13 | 江西韵动新能源科技有限公司 | 光子谐振能电锅炉 |
| CN107536491A (zh) * | 2016-06-28 | 2018-01-05 | 库科泰克感应系统有限公司 | 翻盖式感应烹饪系统 |
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2004
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