CN218480757U - 一种基于高频谐振结构发热的热风机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于高频谐振结构发热的热风机，该热风机包括有内部具有贯通的通道，用于容气体从其内部流通的风筒；用于构造高频谐振结构的谐振电容；以及，用于构造高频谐振结构、产生热量以加热气体的加热电感；谐振电容与加热电感均设置在风筒中，且谐振电容与加热电感接合形成高频谐振结构；该高频谐振结构与风筒连接；由谐振电容与加热电感接合形成的高频谐振结构与外部高频交流电源电导通，工作时，该高频谐振结构保持或大致保持在其谐振状态。相比于现有技术，本申请中提供的热风机结构简洁、发热效率高、制热方便、热风效率高，使用寿命较长，应用到实际的应用热风的场景中时，能取得良好的使用效果。

Description

一种基于高频谐振结构发热的热风机

技术领域

本实用新型属于热风装置领域，特别涉及一种基于电磁感应加热原理的热风机。

背景技术

热风装置在焊接、制药、印刷、包装、清洗、热处理行业有非常广泛的应用前景，其应用到具体的工业场景中时，通常采用电阻丝盘绕的形式构造其发热部件，向电阻丝中通入直流电或工频交流电后，电阻丝基于电流的热效应产生热量，向发热部件处鼓入空气或其他指定气体，气流与发热部件热交换后即能得到理想的热风，并进一步将热风应用到热风焊接、热风熔炼、热风保护等具体工业加工过程中去。

现有技术中的热风装置中往往以一定结构构造内腔，在内腔中设置多片导流板用以引导气体流向，以保证气体在热风装置的内腔中停留足够长的时间，与同样设置在内腔中的发热芯充分接触。与此同时，现有技术中提供的热风装置中的发热芯往往以不锈钢材料构造管材、在管材中盘绕以细小钨丝制得的电热丝、并在钨丝间隙中填充氧化镁粉后构造成型，使用时，需对钨丝通入较大电流幅值的直流电或较大电流的工频交流电，钨丝发热后，热量通过氧化镁粉传导至不锈钢管处，才进一步通过空气与钢管外周的接触将热量传递给空气。

以上述方式构造的热风装置应用到具体的工业用热风过程中时，将存在严重的耐用性差以及热效率低的问题：一方面，以细小钨丝盘绕而成的电热丝耐热性，对其通入较大电流幅值的直流电或较大电流的工频交流电后，钨丝自身基于金属材质的电阻热效应产生热量，长时间通电后钨丝上热量不断积累，如热量传导不及时，超出钨丝本身能耐受的最高温度，则细小的钨丝容易被集聚的热量烧断，一旦钨丝烧断，则电流通路也将断开，整个热风装置将无法继续工作，整个热风装置的使用寿命将大幅缩短，而细小的钨丝也同时存在发热功率密度低的问题，如需获得较大热量，必须以较长的钨丝反复盘绕、对其长时间通入较大电流才能实现；另一方面，以上述方式构造的热风装置在具体发热过程中，热量必须首先由钨丝发出，经氧化镁粉传导后送至不锈钢管的外周上，从外部环境中进入到发热装置内腔中的气体才能通过与不锈钢管的管壁的接触获得热量，热量的传导过程繁复且效率较低，以上缺陷将给工业加工过程顺利进行带来了巨大的困难。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于高频谐振结构发热的热风机，该热风机中具备高频谐振结构，巧妙利用该高频谐振结构特有的谐振状态对气体加热，提升气体加热效率及其加热效果。

本实用新型的另一个目的在于提供一种热风机，该热风机结构简洁，制热方便、热效率高，使用寿命较长。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种基于高频谐振结构发热的热风机，该热风机包括有：

内部具有贯通的通道，用于容气体从其内部流通的风筒；

用于构造高频谐振结构的谐振电容；

以及，用于构造高频谐振结构、产生热量以加热气体的加热电感；

谐振电容与加热电感均设置在风筒中，且谐振电容与加热电感接合形成高频谐振结构；该高频谐振结构与风筒连接；

由谐振电容与加热电感接合形成的高频谐振结构与外部高频交流电源电导通，工作时，该高频谐振结构保持或大致保持在其谐振状态。

谐振电容在电路中呈现容性，记其总容抗量为C。加热电感在电路中呈现感性，记其总感抗为L。将谐振电容与加热电感接合形成高频谐振结构，则该高频谐振结构将具备固有谐振频率，记为f₀，该固有谐振频率f₀的大小与谐振电容的总容抗以及加热电感的总感抗L相关：

记外部高频交流电源的交变频率为f。将该高频谐振结构与外部高频交流电源接合并保持电导通，记该高频谐振结构在电路中表现出的总阻抗为Z。在具体工作时，该高频谐振结构保持或大致保持在其谐振状态，这就意味着，该高频谐振结构在工作时有： f₀＝f或f₀≈f，一般控制电路取得f₀＝f为最佳。此时该高频谐振结构整体呈现为阻性，其总阻抗Z达到极值。

如谐振电容的两个极板分别连接加热电感的两端，且谐振电容的两个极板还与外部高频交流电源的两个输出端连接，则该谐振电容将与加热电感接合形成并联式的高频谐振结构，则当该并联式的高频谐振结构达到其谐振状态时，其在电路中表现出的总阻抗Z达到其最大值，此时谐振电容与加热电感处电压达到最大值，在加热电感上获得与外部交流电源同频的高频交流电。

如谐振电容的其中一个极板连接外部高频交流电源的其中一个输出端，且该极板还连接加热电感的其中一端，加热电感的另一端连外部交流电源的另一个输出端，则该谐振电容将与加热电感接合形成串联式的高频谐振结构，则当该串联式的高频谐振结构达到其谐振状态时，其在电路中表现出的总阻抗Z达其最小值，此时谐振电容与加热电感处电流达到最大值，在加热电感上获得与外部交流电源同频的高频交流电。

由此可知，设置谐振电容与加热电感，将二者接合，无论二者接合形成并联式高频谐振结构还是并联式高频谐振结构，当高频谐振结构保持或大致保持在其谐振状态时，加热电感上都将获得与外部高频交流电源同频的交流电。

对于加热电感而言，当加热电感上获得高频交流电时，一方面来看，加热电感本身手交流电的趋肤效应与临近效应的影响，将会表现出显著的“交流电阻”特性，即加热电感在高频交流电环境下时，其在电路中表现出的电流阻碍性能将表现出明显大于其直流电环境下的电流阻碍特性，其交流电阻阻值相较于其直流电阻阻值明显增大，这样一来，由电路中P＝I²R可知，加热电感自身将因电阻热效应而发热明显；另一方面，在加热电感上施加交流电，则加热电感会将该交流电转换成为交变磁场，前一微段导体产生的交变磁场覆盖后一微段导体，则被交变磁场覆盖的微段导体将因感应热效应而产生热量，整个加热电感因受自身产生的交变磁场的影响产生感应热。综上，将谐振电容与加热电感设置在风筒中，将谐振电容与加热电感接合形成高频谐振结构，并保证该高频谐振结构保持或大致保持在其谐振状态，则其中的加热电感上将获得与外部高频交流电源同频的交流电，加热电感上将因交流电阻的电阻热效应和交变磁场的感应热效应产生大量热量，将沿风筒中流动的气体高效加热，获得大量热风。

采用上述结构制备得到的热风机，引起加热电感主要依靠高频交流电环境下的交流电阻热效应以及感应热效应产生热量，而又因为加热电感在高频交流电环境下的交流电阻热效应主要与交流电的交变频率有关，交流电的频率越高，加热电感在电路中表现出的交流电阻阻值越大，其电阻热效应越显著；加热电感在高频交流电环境下的感应热效应则与交流电的交变频率、电流大小、加热电感的形状结构等因素相关，交变频率越高、电流越大，加热电感的感应热效应越显著，这样的发热原理与现有技术中提供的电阻丝依靠大幅值的直流电施加在电阻上时直流电阻热效应完全不同，依据这样的发热原理构造热风机时，加热电感无需再可以采用细长的电阻丝以追求更大的直流电阻阻值，而是需要选择具有合适总容抗值的谐振电容以及具有合适总感抗值的加热电感，二者以适合的方式接合后形成具有合适的固有谐振频率的高频谐振结构，调整外部高频交流电源输出的交流电的交变频率使得该高频谐振结构达到其共振状态，即可基于交流电阻热效应以及感应热效应在加热电感上获得大量热量，控制气体从风筒中流通，即可方便高效地获得理想的热风。

进一步的，谐振电容设置上风向位置处，加热电感设置在下风向位置处，谐振电容的两个极板分别与外部高频交流电源电导通，谐振电容的两个极板还分别与加热电感的两端接合并保持电导通。当谐振电容与加热电感结合形成的高频谐振结构达到其谐振状态时，谐振电容上同样将获得与外部高频交流电源同频的交流电，由于应用在实际中的电容器不可避免地存在损耗角，因此该谐振电容上也将不可避免地因该交流电发热，将该谐振电容设置在上风向位置上，从上风向位置流入风筒中、还未加热的冷风在流经谐振电容时，能为其带走一部分热量，为谐振电容起到少量的风冷作用。

将谐振电容的两个极板与加热电感的两端接合并保持电导通，则谐振电容将与加热电感接合形成并联式高频谐振结构，这样的高频谐振结构在达到其谐振状态时总阻抗Z达到其最小值，高频谐振结构处获得的总电流将达到最大值，而与此同时，由于并联式高频谐振结构达到其谐振状态时将具备电压放大作用，加热电感上将获得成倍于外部高频交流电源电压的电压，因此可以说，将谐振电容与加热电感接合形成并联式谐振结构后，当该并联式谐振结构达到其谐振状态时，加热电感上将获得较大电流和较大电压，能以更显著的电阻热效应和感应热效应，高效地产生大量热量，提升气体加热效率，产生大量热风。

进一步的，谐振电容包括有至少一个电容器，每一个电容器中均包括有电容、第一铜皮以及第二铜皮；第一铜皮紧贴电容的其中一个极板并与之连接，二者保持热导通；第二铜皮紧贴电容的另一个极板并与之连接，二者保持热导通。

进一步的，谐振电容还包括有电容水冷管；电容水冷管中具有容冷却水流通通道，电容水冷管紧贴第一铜皮和/或第二铜皮并与之热导通；电容水冷管还与外部冷却水源接合、保持水路导通。应用在具体场景中时，本领域技术人员可根据实际的热风需求，设置一个或多个电容器，以获得具有理想的总容抗量的谐振电容，并进而改变高频谐振结构的整体固有谐振频率大小、加热电感上交流电的大小等等具体参数，获得预期的气体加热效果。而如上文所述，应用在实际中的电容器因其自身存在损耗角，将不可避免地发热，为避免谐振电容上产生的热量集聚以致电容器受热变形或烧损，在本申请提供的技术方案中将进一步设置第一铜皮、第二铜皮以及电容水冷管，将第一铜皮与第二铜皮紧贴电容器的两个极板，并保持电容水冷管紧贴第一铜皮和/或第二铜皮，则电容器在工作过程中产生的热量大部分将通过第一铜皮和第二铜皮传导出来，并进一步通过电容水冷管传导给管内冷却水，由流通的冷却水将热量带走，避免热量在电容器处堆积，保证热风机长时间稳定工作。

进一步的，加热电感包括有内电感与外电感；内电感设置在靠近风筒中心轴线的一侧；外电感设置在远离风筒中心轴线的一侧；内电感的其中一端与谐振电容第一铜皮或第二铜皮接合并保持电导通；内电感的另一端与外电感的其中一端接合并保持电导通，外电感的另一端与第二铜皮或第一铜皮接合并保持电导通。设置内电感与外电感，将内电感与外电感按序收尾连接，则加热电感在电路中表现出的对电流阻碍作用将是内电感对电流阻碍作用以及外电感对电流阻碍作用的总和。而将内电感与外电感由内到外分别设置，则当加热电感与谐振电容接合形成的高频谐振结构达到其谐振状态上时，交流电将同等地施加在内电感与外电感上，内电感与外电感将分别在其周围空间中产生交变磁场，内电感产生的交变磁场笼罩外电感，对外电感进行感应加热；外电感产生的交变磁场也将笼罩内电感，对内电感进行感应加热，可见，分别设置内电感与外电感，将其以风筒中心轴线从内到外分别设置，将有利于其各自产生的交变磁场对对方进行感应加热，进一步提升加热电感整体的发热效率，获得更好的热风效果。

进一步的，内电感与外电感均采用耐热性好、电阻率高、径向最小厚度不小于当前交流电环境下的透入深度的导体制得；内电感围绕风筒的中心轴线螺旋盘绕；外电感围绕内电感螺旋盘绕。对导体通入交流电时，导体上由于交流电的趋肤效应将出现电流集中于导体表面传输的现象，选择径向最小厚度不小于当前交流电环境下的透入深度的导体制得内电感与外电感，如选择径向最小厚度等于当前交流电环境下的透入深度，则在当前交流电环境下，外部高频交流电源的两输出端之间输出的交流电进入到内电感和外电感中后，内电感和外电感中的全部横截面都将参与电流传输，内电感和外电感被充分利用。而如内电感和外电感的径向最小厚度与大于当前交流电环境下的透入深度，则在当前交流电环境下，高频交流电源的两输出端之间输出的交流电进入到内电感和外电感中后，内电感和外电感表层部分参与电流运输，其深层部分处电流密度稀疏，发热量不大，此时将更多起到结构支撑以及热量传导的作用，用以提升内电感和外电感的结构稳定性及其耐热性能，保证内电感和外电感能长时间稳定工作不熔断。

进一步的，该热风机还包括有磁场屏蔽罩；磁场屏蔽罩设置在风筒内，磁场屏蔽罩套在外电感外；且磁场屏蔽罩还与风筒连接。内电感与外电感在工作过程中产生交变磁场，其产生的交变磁场将按照其自身结构与形状分布在其周围的空间中，如不对其产生的交变磁场加以约束，则内电感与外电感产生的交变磁场将对风筒甚至风筒外其他金属导体结构隔空进行感应加热，影响其他器件的结构安全以及状态稳定。因此在本申请提供的技术方案中还设置有磁场屏蔽罩，该磁场屏蔽罩将有效约束加热电感处产生的交变磁场，防止其向屏蔽罩外部空间扩散，将其严格约束在罩内空间中。

进一步的，该热风机还包括有测温电偶；测温电偶的检测端设置在风筒中的下风向位置处，测温电偶还与外部控制器交互。设置测温电偶用以测量经该热风机加热后的气体的温度，方便操作人员实时监测该热风机的热风效果以对应调节热风机的工作情况。

进一步的，该热风机还包括有端盖；端盖设置在风筒靠近上风向的一端；端盖与风筒可拆卸式连接；端盖上开设有至少一个容气体通入的进气口。通过进气口接入外部气源，合理控制外部气源的通断，则可方便控制气体流量与气体流速，配合谐振电容与加热电感，在风筒的下风向位置上获得具有理想体量与流速的热气体。

进一步的，端盖上还开设有容电容水冷穿出与外部冷却水源接合连通的水冷管过孔，以及容接线穿出、将谐振电容与外部高频交流电源接合导通的接线过孔。

本实用新型的优势在于：相比于现有技术，本申请中提供的热风机结构简洁、发热效率高、制热方便、热风效率高，使用寿命较长，应用到实际的应用热风的场景中时，能取得良好的使用效果。

附图说明

图1是具体实施方式中提供的基于高频谐振结构发热的热风机的整体结构示意图。

图2是具体实施方式中提供的基于高频谐振结构发热的热风机的第一剖面图。

图3是具体实施方式中提供的基于高频谐振结构发热的热风机的第二剖面图。

图4是具体实施方式中提供的基于高频谐振结构发热的热风机的仰视图。

图5是具体实施方式中提供的基于高频谐振结构发热的热风机的局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

请参阅图1-5。

在本具体实施方式中提供一种基于高频谐振结构发热的热风机，该热风机包括有：

内部具有贯通的通道，用于容气体从其内部流通的风筒1；

用于构造高频谐振结构的谐振电容2；

以及，用于构造高频谐振结构、产生热量以加热气体的加热电感3；

谐振电容2与加热电感3均设置在风筒1中，且谐振电容2与加热电感3 接合形成高频谐振结构；该高频谐振结构与风筒1连接；

由谐振电容2与加热电感3接合形成的高频谐振结构与外部高频交流电源 E电导通，工作时，该高频谐振结构保持或大致保持在其谐振状态。

进一步的，谐振电容2设置上风向位置处，加热电感3设置在下风向位置处，谐振电容2的两个极板分别与外部高频交流电源E电导通，谐振电容2的两个极板还分别与加热电感3的两端接合并保持电导通。

进一步的，谐振电容2包括有至少一个电容器，每一个电容器中均包括有电容211、第一铜皮212以及第二铜皮213；第一铜皮212紧贴电容211的其中一个极板并与之连接，二者保持热导通；第二铜皮213紧贴电容211的另一个极板并与之连接，二者保持热导通。

进一步的，谐振电容还包括有电容水冷管22；电容水冷管22中具有容冷却水流通通道，电容水冷管22紧贴第一铜皮212和/或第二铜皮213并与之热导通；电容水冷管22还与外部冷却水源接合、保持水路导通。

进一步的，加热电感3包括有内电感31与外电感32；内电感31设置在靠近风筒1中心轴线的一侧；外电感32设置在远离风筒1中心轴线的一侧；内电感31的其中一端与谐振电容2第一铜皮212或第二铜皮213接合并保持电导通；内电感31的另一端与外电感32的其中一端接合并保持电导通，外电感32的另一端与第二铜皮213或第一铜皮212接合并保持电导通。

进一步的，内电感31与外电感32均采用耐热性好、电阻率高、径向最小厚度不小于当前交流电环境下的透入深度的导体制得；内电感31围绕风筒1 的中心轴线螺旋盘绕；外电感32围绕内电感31螺旋盘绕。

进一步的，该热风机还包括有磁场屏蔽罩4；磁场屏蔽罩4设置在风筒1 内，磁场屏蔽罩4套在外电感32外；且磁场屏蔽罩4还与风筒1连接。

进一步的，该热风机还包括有测温电偶5；测温电偶5的检测端设置在风筒1中的下风向位置处，测温电偶5还与外部控制器交互。

进一步的，该热风机还包括有端盖6；端盖6设置在风筒1靠近上风向的一端；端盖6与风筒1可拆卸式连接；端盖6上开设有至少一个容气体通入的进气口61。

进一步的，端盖6上还开设有容电容水冷穿出与外部冷却水源接合连通的水冷管过孔62，以及容接线穿出、将谐振电容与外部高频交流电源接合导通的接线过孔63。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，该热风机包括有：

内部具有贯通的通道，用于容气体从其内部流通的风筒；

用于构造高频谐振结构的谐振电容；

以及，用于构造高频谐振结构、产生热量以加热气体的加热电感；

所述谐振电容与所述加热电感均设置在所述风筒中，且所述谐振电容与所述加热电感接合形成高频谐振结构；该高频谐振结构与所述风筒连接。

2.如权利要求1所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，所述谐振电容设置上风向位置处，所述加热电感设置在下风向位置处，所述谐振电容的两个极板分别与外部高频交流电源电导通，所述谐振电容的两个极板还分别与所述加热电感的两端接合并保持电导通。

3.如权利要求2所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，所述谐振电容包括有至少一个电容器，每一个所述电容器中均包括有电容、第一铜皮以及第二铜皮；所述第一铜皮紧贴所述电容的其中一个极板并与之连接，二者保持热导通；所述第二铜皮紧贴所述电容的另一个极板并与之连接，二者保持热导通。

4.如权利要求3所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，所述谐振电容还包括有电容水冷管；所述电容水冷管中具有容冷却水流通通道，所述电容水冷管紧贴所述第一铜皮和/或第二铜皮并与之热导通；所述电容水冷管还与外部冷却水源接合、保持水路导通。

5.如权利要求4所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，所述加热电感包括有内电感与外电感；所述内电感设置在靠近所述风筒中心轴线的一侧；所述外电感设置在远离所述风筒中心轴线的一侧；所述内电感的其中一端与所述谐振电容第一铜皮或第二铜皮接合并保持电导通；所述内电感的另一端与所述外电感的其中一端接合并保持电导通，外电感的另一端与所述第二铜皮或第一铜皮接合并保持电导通。

6.如权利要求5所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，所述内电感与所述外电感均采用耐热性好、电阻率高、径向最小厚度不小于当前交流电环境下的透入深度的导体制得；所述内电感围绕所述风筒的中心轴线螺旋盘绕；所述外电感围绕所述内电感螺旋盘绕。

7.如权利要求6所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，该热风机还包括有磁场屏蔽罩；所述磁场屏蔽罩设置在所述风筒内，所述磁场屏蔽罩套在所述外电感外；且所述磁场屏蔽罩还与所述风筒连接。

8.如权利要求6所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，该热风机还包括有测温电偶；所述测温电偶的检测端设置在所述风筒中的下风向位置处，所述测温电偶还与外部控制器交互。

9.如权利要求6所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，该热风机还包括有端盖；所述端盖设置在所述风筒靠近上风向的一端；所述端盖与所述风筒可拆卸式连接；所述端盖上开设有至少一个容气体通入的进气口。

10.如权利要求9所述的基于高频谐振结构发热的热风机，其特征在于，所述端盖上还开设有容所述电容水冷穿出与外部冷却水源接合连通的水冷管过孔，以及容接线穿出、将所述谐振电容与外部高频交流电源接合导通的接线过孔。

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