CN201514020U - 超/变频电磁感应电子热水锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超/变频电磁感应电子热水锅炉，包括带有进、出水口的炉体，所述的炉体由外罩及内置的水箱、内、外磁热交换器组成；内、外磁热换器由热力水泵等连接构成，内磁热交换器上部出水口外通大气，进水口外接排污管；内磁热交换器套设在中间桶体外，其至少含有相互连通的两纵向层的热交换室，内磁热交换器外壁上带有绝缘层并套设感应线圈；感应线圈最少为一层，其上、下接头与超/变频电源的输出端相连；炉体的进水口开设在外磁热交换器的底端，外磁热交换器上端出口通过热力水泵与内磁热交换器相通，炉体的出水口开设在内磁热交换器的最上部。其可接受更宽工作频带的电源且加热速度更快，节能效果更好。

Description

超/变频电磁感应电子热水锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种超/变频电磁感应加热技术在锅炉上的应用技术，尤其涉及一种采用电能的智能型超/变频电磁感应电子热水锅炉。

背景技术

感应加热是电加热的一种最佳形式，它具有加热速度快、热效率高和无空气污染等优点，广泛应用于金属冶炼、金属表面热处理、金属的焊接、加热水等领域。用于加热水的主要有工频感应加热、中频感应加热和高频感应加热。众所周知，工频感应加热是将220V(380V)50Hz的工频电源直接输入感应线圈，对置于其中的静止水进行加热，这种方法虽有价廉可靠的优点，但其频率低且不可调整，因而其功率因数小，无功损耗大，效率低下而逐步被淘汰；高频感应加热是由于其高频电流的透入深度小，趋肤效应太强，而就现有的电力电子器件而言不能做成大功率的感应加热设备，因而做不成大功率的高频加热水装置；中频感应加热在功率因数(96％)及频率(0.4-8KHz)的选择等方面比工频感应加热与高频感应加热有很大的进步，也能制出大功率的感应加热设备，但其电源的输出功率受其频率的影响，随着频率的升高，其输出功率逐渐减小，这是受作为中频电源的主控器件——晶闸管(SCR)在生产工艺及器件性能方面的影响，为了实现频率不变增加输出功率，设计了各种特殊的逆变电路来满足要求，这些电路的特点是结构复杂但属于非实时性电路，既增加了制造成本又不实用。而其工作频段在声波范围内，其工作时发出的中频啸叫声在50dB以上，严重影响人们的休息，因此又不得不在锅炉房内设计隔音层，这样又增加了投资。

近年来，由于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等新型的全控器件的出现，以其工作频带远宽于晶闸管(SCR)，因而可以采用简单的逆变电路实现超/变频功率变换，更由于其电路简单，制造使用和维修都方便，因而它更具有发展前途。

现有的采用电能的锅炉还有电热管及电热膜的，它们是经过介质热传导加热的，加热效率低，功率因数在0.9以下，功率在几百千瓦以下，另外不能克服漏电的危险。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可接受宽工作频带电源且加热效率更高的超/变频电磁感应的电子热水锅炉，其可以克服现有的感应加热方面的缺点，实现较大功率的超/变频电磁感应加热。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种超/变频电磁感应电子热水锅炉，包括带有进、出水口的炉体，所述的炉体由外罩及内置的水箱、内磁热交换器组成；

所述水箱置于内磁热交换器内，水箱出水口外通大气，内磁热交换器的进水口与排污管相接；

所述内磁热交换器套设在水箱外，其至少含有相互连通的两纵向层的热交换室，内磁热交换器外壁上带有绝缘层并套设感应线圈；

所述感应线圈数量最少为一头线圈，最少缠绕一层，其上、下接头与超/变频电源的输出端相连。

所述感应线圈为电工用铜或铝制做的轴向螺旋盘绕的感应线圈，其包有绝缘层，横截面为实心或空心的矩形或正方形。

所述感应线圈横截面为空心的矩形或正方形，其上、下接头在接超/变频电源输出端的同时，上接头通过绝缘头与内磁热交换器连通，下接头通过绝缘头，经阀门、止回阀、强制循环水泵与外磁热交换器相连。

所述感应线圈外还套有外磁热交换器，外磁热交换器与感应线圈空气绝缘，其上部与内磁热交换器通过热力水泵连通，下部通过阀门与外部连接。

所述感应线圈与内套的内磁热交换器的间隙在1～50mm之间。

所述感应线圈与外磁热交换器的间隙在30～100mm之间。

所述炉体的进水口开设在外磁热交换器的下部，进水口上部通过热力水泵与内磁热交换器相连，炉体的出水口开设在内磁热交换器的上部，与大气及用热机构相连。

为使整体结构美观稳固，所述的炉体外形结构呈正圆柱结构，其上部采用椭圆封头，外部用保温层保温且用非金属材料包装，外磁热交换器外罩由非金属材料玻璃钢或不导磁的不锈钢制成，内磁热交换器顶端外部由非金属材料玻璃钢制成，玻璃钢外罩内表面夹一保温绝热材料层，并分别由两分体部分合成整体。

本实用新型结构设计的超/变频电磁感应电子热水锅炉以用于采暖用途为佳，亦可用于饮水及洗浴用水的加热。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型的结构设计，使得其可配用由简单的逆变电路实现的超/变频电磁感应技术，故而使得电磁感应电子热水锅炉的制造使用和维修都方便。

2、此种结构无红区加热，内、外磁热交换器的温度低于200℃，加热区低于部分燃油温度，可直接加热导热油等；加热过程是静态加热，无化学生成物产生，环保；热效率高，可达98％以上。

3、由于可采用工作频率在超音频范围内的超/变频电磁感应加热技术，解决了噪声对环境的污染。

附图说明

图1是本实用新型超/变频电磁感应电子热水锅炉一实施例结构示意图(主视图)；

图1-a是图1所示实施例相对应的俯视图；

图2是感应线圈一实施例结构示意图(对应图1中I部位置)；

图3是感应线圈另一实施例结构示意图(对应图1中I部位置)；

图4是超/变频电磁感应电子热水锅炉安装使用一实施例示意图。

其中，1、支撑底座；2、主体外罩；3、保温层；4、外磁热交换器；5、绝缘层；6、感应线圈；7、内磁热交换器；8、水箱；9、外磁热交换器出水口；10、内磁热交换器出水口；11、外罩；12、进水连通管；13、外磁热交换器进水口；14、排污口；28、冷却循环水箱；29、阀门；30、冷却循环水泵；31、止回阀；32、过滤器；33、阀门；34、超/变频电源；35、阀门；36、电磁阀；37、低压配电设施；38、阀门；39、超/变频电磁感应电子热水锅炉；40、阀门；41、锅炉热水循环泵；42、阀门；43、调节阀；44、阀门；45、阀门；46、调节阀；47、增压热水循环泵；48、阀门；49、排污机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

如图1、图1-a所示，本实用新型超/变频电磁感应锅炉主体结构是由主体外罩2、外罩11及内置的水箱8、内磁热交换器7与外磁热交换器4等主要构件组成。

所述的水箱8置于内磁热交换器7中间，内磁热交换器出水口10与外部机构相连接并外通大气，使锅炉本体在任何时间都与大气相通，避免发生危险。水箱8下部与进水连通管12，排污机构49连通，排污管可通向排污地沟，使用户可定期清理锅炉内污垢。内磁热交换器进水口12通过循环泵及阀门控制的管路连接到外磁热交换器4的上部，炉体的进水口开设在外磁热交换器的下部。

本实用新型的外磁热交换器4是由可焊接的Q235(或不锈钢)组焊成的内部中空的并有一定厚度的正圆柱体。内磁热交换器是由国标椭圆封头，水箱8与热交换腔7的外壁焊接组件，它们由国标法兰通过水泵、阀门等连接。

所述的内磁热交换器7套设在水箱8外，其至少含有相互连通的两径向层的热交换室(图1、图1-a中所示实施例中为一层内磁热交换组成的交换室7)。

内磁热交换器外壁上带有云母或胶木加工而成的绝缘层5，并套设感应线圈6。

外磁热交换器4套设在感应线圈6外，两者之间由空气绝缘。

所述的感应线圈6是沿轴向360°螺旋层层叠加的电工铜或电工铝绕制的线圈，横截面可制为实心(不通水，如图2所示)或空心(通水，如图3所示)的矩形或正方形，外包有绝缘层。感应线圈上、下接头与炉体外设的超/变频电源34相连(参见图4)。如采用空心通水的螺旋感应线圈，则在接超/变频电源输出端的同时，上接头通过绝缘接头头与内磁热交换器7连通，下接头通过绝缘接头与阀门48、强制循环水泵47的出口连通，泵进口与阀门45连通。

感应线圈与内套的磁热交换器应保持一定间隙，可根据功率的不同计算选用合理的间隙。一般间隙为5～20mm；所述的感应线圈与外磁热交换器的间隙在10～50mm之间。

感应线圈6的匝数由可由下列公式计算所得：

f＝1/(2π√LC)

其中：f---通入感应线圈6的超变频交流电的频率，Hz；

L---感应线圈的电感，H；

C---超/变频电磁感应电子热水锅炉的谐振电容器，F；

锅炉出水口10所通的大气孔直径是按不同容量的锅炉根据公式D_d≥20+88√Q计算所得(其中，D_d-开孔当量直径，mm；Q-常压锅炉额定热功率，MW；)，这样可以使锅炉始终在安全状态下工作。

本实用新型超/变频电磁感应电子热水锅炉除底座外，其它部分都装在由非金属材料玻璃钢做成的锅炉外罩内，玻璃钢外罩内表面夹一层一定厚度的保温绝热材料，用以阻止锅炉的热量损失。本实施例中的主体外罩2与外罩11是由非金属材料玻璃钢分左右相同的两部分制作而成，一是避免了磁场的外漏，二是方便锅炉的组装与维修，同时还可以做成用户所需求的颜色。

本实用新型的超/变频电磁感应技术在锅炉上的应用时，和磁热交换器进行热交换的水的流量与流速根据不同功率进行优选，以达到其更高的热效率，流速一般选1.5---3.5米/秒。

本实用新型如用于采暖锅炉用途时，在外磁热交换器上还设有与系统相连接的可控回水管路。

上述各种所涉及的各实施例超/变频电磁感应电子热水锅炉应配置与其功率相匹配的超/变频电源装置，超/变频电源装置属现有技术，此处不赘述。

图4是本实用新型超/变频电磁感应锅炉安装使用示意图，图中虚线框内代表锅炉实体部分，超/变频电源装置34设于炉体外。采用图1、图1-a、图2所示的小功率实施例时，超/变频电磁感应锅炉水路走向是：系统水经锅炉进水口经阀门38进入锅炉外磁热交换器4内进行初次加热，再由外磁热交换器上部的外磁热交换器出水口9经阀门40、锅炉热水循环泵41、阀门42、调节阀43，内磁热交换器进水口12进入内磁热交换器内室7进行加热，再由内磁热交换器的出水口10经阀门44、45到供应的外采暖系统或蓄热水箱，这样就完成了在超/变频电磁感应电子热水锅炉的内循环。采用图1、图1-a、图3所示的大功率实施例时，超/变频电磁感应电子热水锅炉水路走向除完成上述流程外，其感应线圈的冷却系统的水由锅炉热水循环泵41、阀门42、调节阀46，增压热水循环泵47，阀门48经绝缘接头进入中空的感应线圈5的下部，出水经感应线圈5上部出口经绝缘接头进入内磁热交换器7中，这样就完成了大型的超/变频电磁感应电子热水锅炉的感应线圈的冷却循环。

本实用新型超/变频电磁感应电子热水锅炉的电源装置采用超/变频电源，全部覆盖中频、高频及其无法达到的频率范围。

如图4所示，本实用新型超/变频电磁感应锅炉的实施例中，超/变频电源34需要水冷却，不然就会烧毁变频元器件，使超/变频电磁感应电子热水锅炉无法正常运行。其冷却循环系统流程是：冷却循环水箱28的冷却水经阀门29、冷却循环水泵30、止回阀31、过滤器32、阀门33到超/变频电源34，冷却后流出，经阀门35电磁阀36回到冷却循环水箱28。

本实用新型的超/变频电磁感应技术是将超频电流通入感应线圈，并以磁感应的形式将电能传给位于感应线圈内、外装有水的磁热交换器。

本实用新型超/变频电磁感应电子热水锅炉的工作原理是属于铁磁芯变压器的一种类型，感应线圈相当于变压器的初级绕组，而做为磁热交换器的壁体相当于变压器的次级绕组(即铁芯负载)，当初级绕组中通过由超/变频电源逆变后的超频电流时，作为铁芯的炉体就会在电磁场的作用和影响下，产生交变的磁力线，致使炉体产生感应电势，并在垂直于感应线圈轴线的表面内引起感应电流即涡流，变压器中涡流是有害的，但本锅炉恰恰是利用了这点。根据变压器的互感应理论，在炉体中的感应电势的有效值是：

E₂＝4.44fn₂Φ_m(伏)    (1)

式(1)中：E₂-炉体的感应电势的有效值(伏)；

f-感应线圈交流电的频率(赫兹)；

n₂-磁热交换器的壁体。

这里n₂＝1，因为金属只形成一个环；Φ_m-交变磁通的最大值。

在这个感应电势E₂的作用下，在炉体所形成的闭合回路中便有涡流通过，即：

I₂＝E₂/√R₂ ²+X₂ ²(安)    (2)

式(2)中：I₂-炉体中感应得涡电流(安)；

R₂-炉体所形成环中的电阻(欧)；

X₂-炉体所形成环中漏磁所决定的电抗(欧)。

由式(2)可以看出炉体内所产生的涡电流的大小，与感应电势E2成正比例，与炉体回路的阻抗成反比例。由于本锅炉的设计特点，X₂可忽略不计，因本锅炉的磁热交换器外壁能将漏磁完全吸收。因此当炉体确定后，其阻抗也就确定下来，则炉体的发热与感应电势成正比，由式(1)可以推断，E₂仅与f及Φ_m这两参数有关。可当炉体功率确定后，其Φ_m也就确定了下来，这样E₂仅与f成正比。即欲获得所需的感应电势E2就必须增加电流的频率，来达到发热效果的目的。可为了提高炉体的发热量，如果无限制地提高电流频率，一则受到电力电子元器件的限制更重要是趋肤效应太强，不利于热交换进行。本实用新型恰到好处利用了这一点，使得磁热交换器产生出最大限度的热量，被经过其内部高速流动的水带走，同时在磁热交换中高速流动的水分子也切割磁场，水也就被磁化了。通过强磁场发生了磁化效应、电化学效应、表面涨力效应等，使水中的化学成分改变了原来存在的位数、方位，水中的钙、镁等易结垢的离子产生了物理性的变化，互相撞击，不规则运动方向的矿物体互相排斥，不能结合聚集，因而没有了结垢的机遇。

本实用新型超/变频电磁感应电子热水锅炉配用超(变)频电源，可克服现有感应加热设备的许多不足，其工作频率在超音频范围内，解决了噪声对环境的污染。因其工作频带宽，解决了其它电源功率输出与工作频率不能同步的问题。

根据常规计算本实用新型超/变频电磁感应锅炉的热功率按公式计算：

Q＝I²Rt

其中：Q-发热量(焦耳)

I-炉体中感应的涡电流(安)

R-炉体所形成环中的电阻(欧)

t-通电时间(S)。

本实用新型未详细描述之处，均与中国专利CN 201083434Y、CN 201083435Y、CN201083436Y、CN 201083437Y中所描述的相同，在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种超/变频电磁感应电子热水锅炉，包括带有进、出水口的炉体，所述的炉体由外罩及内置的水箱、内磁热交换器组成，其特征在于：

所述水箱置于内磁热交换器内，水箱出水口外通大气，内磁热交换器的进水口与排污管相接；

所述内磁热交换器套设在水箱外，其至少含有相互连通的两纵向层的热交换室，内磁热交换器外壁上带有绝缘层并套设感应线圈；

所述感应线圈数量最少为一头线圈，最少缠绕一层，其上、下接头与超/变频电源的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述感应线圈外还套有外磁热交换器，外磁热交换器与感应线圈空气绝缘，其上部与内磁热交换器通过热力水泵连通，下部通过阀门与外部连接。

3.根据权利要求1或2所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述炉体的进水口开设在外磁热交换器的下部，进水口上部通过热力水泵与内磁热交换器相连，炉体的出水口开设在内磁热交换器的上部.

4.根据权利要求1所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述感应线圈为电工用铜或铝制做的轴向螺旋盘绕的感应线圈，其包有绝缘层，横截面为实心或空心的矩形或正方形。

5.根据权利要求4所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述感应线圈横截面为空心的矩形或正方形，其上、下接头在接超/变频电源输出端的同时，上接头通过绝缘头与内磁热交换器连通，下接头通过绝缘头，经阀门、止回阀、强制循环水泵与外磁热交换器相连。

6.根据权利要求1或2所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述炉体外形结构呈正圆柱结构，内磁热交换器顶端呈椭圆封头结构，在外磁热交换器外部罩主体外罩。

7.根据权利要求1所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述感应线圈与内套的内磁热交换器的间隙在1～50mm之间。

8.根据权利要求2所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述感应线圈与外磁热交换器的间隙在30～100mm之间。

9.根据权利要求1或2所述的超/变频电磁感应电子热水锅炉，其特征在于：所述外磁热交换器外罩由非金属材料玻璃钢或不导磁的不锈钢制成，内磁热交换器顶端外部由非金属材料玻璃钢制成，玻璃钢外罩内表面夹一保温绝热材料层，并分别由两分体部分合成整体。

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