工頻電加熱的方法及其裝置的製作方法

2023-12-07 09:21:16 1

專利名稱：工頻電加熱的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種將電能轉換成磁能的工頻電加熱的方法及其裝置。
背景技術：
目前所採用的工頻感應加熱液體的裝置和方法，如CN1142706C所公開的《液用三相工頻電磁感應及短路加熱裝置和方法》，是將鐵芯和三相原邊繞組全部封裝在一個金屬外殼內，而金屬外殼沿三相閉合磁迴路包圍著鐵芯和三相原邊繞組，形成原邊繞組的副邊，使金屬外殼不僅作為加熱裝置的主發熱體，而且也作為鐵芯和三相原邊繞組的保護外殼及散熱體，將鐵芯、原邊繞組以及金屬外殼除接線座的出線口外全部沉浸於液體中，當原邊繞組接通電源後，則金屬外殼的各副邊金屬圈中感應產生大電流，各相位的副邊借同一金屬外殼導通而產生相與相之間的短路及三相短路大電流，以加熱金屬外殼周圍的液體。用上述結構的加熱裝置和方法，會產生以下問題1、安全性不高。由於鐵芯及原邊繞組用環氧樹脂封閉在金屬外殼中，雖然金屬外殼作為鐵芯和三相原邊繞組的散熱體，但當鐵芯和原邊繞組發出的熱量不能及進導出而受熱膨脹，又因樹脂的膨脹係數遠大於金屬外殼的膨脹係數，通常在10倍左右，所以在使用中必須控制進出水口的溫差，尤其在加熱裝置使用一段時間後，由於鐵芯和原邊繞組產生的熱量集中在環氧樹脂內，使環氧樹脂產生巨大的膨脹力而使金屬外殼開裂，既而會使原邊繞組進水短路，致使整個加熱裝置毀壞。再則由於與原邊繞組連接的電源線需穿過水箱，增加了安全隱患。2、金屬外殼表面積小，與液體的熱傳導中會產生極大的溫度梯度。由於金屬外殼及矩形管作為發熱體，而液體僅與金屬外殼和矩形管的一側進行熱傳導，根據《給排出水設計手冊》的金屬換熱面積公式F＝1.1～1.2×Q/ε×k×Δt；其中F-為與水接觸發熱體表面積；Q-為設計小時耗熱量；ε-影響傳熱效率係數；k-傳熱係數，取872{w/m2℃}，Δt-發熱體表面的溫差；
從上述的公式中可以推導出發熱體表面的溫差為Δt＝1.1～1.2×Q/ε×k×F，由此可見，發熱體表面溫差與發熱體的表面積成反比，發熱體的表面積越小，則溫差越大。由於該裝置的發熱體僅為金屬外殼和矩形管，因此造成金屬外殼外部以及矩形管內被加熱的液體受熱非常不均勻，運行時，靠近金屬外殼處的液體溫度很高，而相對遠離金屬外殼的液體則溫度明顯偏低，所以高溫在金屬外殼表面形成氣化而對金屬外殼表面進行腐蝕。3、維修不便。由於金屬外殼是包圍著鐵芯和三相原邊繞組，為整體結構，不能拆裝，故維修不便。4、配液不均勻。該加熱裝置是通過三個管路將待加熱液送至金屬外殼處，其中，二路經支管送至矩形管與導流件中，由於此處溫度較高，會產生局部汽化，形成氣堵，造成流水不暢。5、水體磁化不足。因金屬外殼是一個閉合磁迴路，所以對水體而言，只有少部分的漏磁作用於水體，因此不能完全對水體進行磁化。

發明內容
本發明的目的是提供一種加熱均勻，運行安全可靠，並能對液體完磁化的工頻電加熱的方法及其裝置。
本發明的進一步目的是提供一種熱效率高的工頻電加熱的方法及其裝置。
為達到本發明目的的工頻電加熱的方法的技術方案是當繞組接通交流電時，鐵芯形成一個閉合磁迴路，將變化磁場所產生的渦旋電場作用於套裝在閉合磁迴路截面周圍的封閉金屬環上，設置在儲液箱內的封閉金屬環其內部的自由電子形成閉合渦電流而產生熱量作為發熱體，對其周邊的液體進行加熱，且發熱功率隨著封閉金屬環的數量、封閉金屬環的截面積、封閉金屬環的周長以及封閉金屬環材料的電阻率的變化而變化。
為達到本發明進一步目的的技術方案是所述環繞變化磁場所產生渦旋電場周圍的導電液體被磁化，並及時釋放其內能產生熱量。
為達到本發明目的的工頻電加熱裝置的技術方案是包括鐵芯和繞在鐵芯上的線圈以及設有進液口和出液口的儲液箱，繞有線圈的鐵芯部分設置在儲液箱外部，至少二個以上的封閉金屬環設置在密封的儲液箱內，且封閉金屬環設在穿過儲液箱內的鐵芯部分周圍作為發熱體，線圈通電後，封閉金屬環產生渦電流而發熱，對儲液箱內的液體進行加熱，其發熱功率通過調節布設在儲液箱內的封閉金屬環的數量、封閉金屬環的截面積、封閉金屬環的周長以及封閉金屬環材料的電阻率而變化。
本發明的工作原理是利用變化的磁場強度所產生的渦旋電場，使環繞在鐵芯部分的封閉金屬環內部自由電子在渦旋電場的作用下，形成渦旋電流而產生熱量，作為發熱體對液體進行加熱，同時渦旋電場周圍的導電液體被磁化並及時釋放其內能，而進一步提高加熱效率。本發明能通過調節封閉金屬環的數量、截面積、周長以及材料的電阻率方便地控制發熱功率。
本發明採用上述技術方案後1、加熱裝置安全性高。本發明封閉金屬環是設置在儲液箱內，由於發熱體累積表面積遠大於箱體的表面積，換熱面積大，加之線圈組與儲液箱完全隔離，不僅能將鐵損和銅損產生的熱量能及時散出，而且還解決了電源線絕緣密封的問題，故整個加熱裝置的運行安全可靠性得到了保證。2、換熱面積大。本發明由於採用多個封閉金屬環作為發熱體，因此在有限的空間內大幅度提高了發熱體的表面積，與相同體積的加熱裝置相比，在充分利用體積的前提下，換熱表面積可增加到10倍以上，加之封閉金屬環的周邊表面均與液體進行換熱，液體受熱面積大，液體受熱均勻，因此大幅度降低了發熱體表面的溫度，避免了金屬發熱體高溫下的金屬腐蝕，延長了加熱裝置的使用壽命。3、結構緊湊，並可調節發熱功率。本發明由於採用多個封閉金屬環作為發熱體，體積小，結構合理緊湊，在相同的發熱功率下，能實現最優化的設計，降低製造成本，可通過調節封閉金屬環的數量、截面積、周長以及材料來控制發熱功率，來實現工業化模塊設計，形成系列化產品。4、液體磁化效果更好。由於液體是環繞在磁場周圍，因此能直接對液體進行磁化，磁化功能達到最佳。5、熱效率高。由於導電液體在變化磁場的作用下，產生的磁熵變化，而釋放內能，故能進一步提高加熱的輸出效率。


下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細描述。
圖1是本發明的一種工頻電加熱裝置的結構示意圖。
圖2是圖1的A-A剖視結構示意圖。
圖3是本發明工頻電加熱裝置的另一種結構示意圖。
圖4是圖3的A-A剖視結構示意圖。
圖5是圖3的B-B剖視結構示意圖。
圖6是本發明工頻電加熱裝置的再一種結構示意圖。
圖7是圖6儲液箱的剖視結構示意圖。
1-儲液箱；1-1-進液口；1-2-殼體；1-3-出液口1-4-槽形板；1-5-蓋板；1-6-框板；2-密封墊；3-線圈；4-鐵芯；5-線圈骨架；6-封閉金屬環；7-配液網板；8-出液管；9-擋板；10-軸銷；11-進液管。
具體實施例方式
本發明的工頻電加熱裝置，如圖1-2所示包括鐵芯4和繞在鐵芯4上的線圈3以及設有進液口1-1和出液口1-3的儲液箱1。線圈3通過線圈骨架5設置在鐵芯4的兩側上，該鐵芯4為方形或矩形或圓形或橢圓形三排並排設置，用三相交流電進行加熱，繞有線圈3的鐵芯4部分設置在儲液箱1外側，可通過空氣或其它介質對鐵芯4和線圈3所產生的熱量進行散出，二個以相互平行的封閉金屬環6連接儲液箱1內，且封閉金屬環6設在穿過儲液箱1的鐵芯4部分二側周圍作為發熱體，當線圈3通電後，鐵芯4形成一個閉合磁迴路，並將變化磁場所產生的渦旋電場作用於套裝在閉合磁迴路截面周圍的封閉金屬環6上，使封閉金屬環6其內部自由電子形成閉合渦電流而產生熱量，作為發熱體對儲液箱1內的液體進行加熱，而環繞變化磁場所產生渦旋電場周圍的導電液體被磁化，並及時釋放其內能產生熱量。本發明封閉金屬環6的數量可設置在4-100之間，其表面積遠遠大於儲液箱1的表面積。本發明的加熱裝置其發熱功率能通過調節布設在儲液箱1內的封閉金屬環6的數量、封閉金屬環6的截面積、封閉金屬環6的周長以及封閉金屬環6材料的電阻率而變化，其發熱功率與封閉金屬環6的數量、截面積、周長成正比，與封閉金屬環6材料的電阻率成反比，可採用電阻率較低的鐵片等材料製成，本發明的封閉金屬環6可根據儲液箱1的大小以及輸出功率來設置，便於模塊化生產。見圖1、2所示的儲液箱1可採用不鏽鋼箱體，儲液箱1由組裝的殼體1-2和套在鐵芯4上並與殼體1-2連接的槽形板1-4和蓋板1-5構成，殼體1-2上的法蘭連接面之間以及槽形板1-4與蓋板1-5之間裝有絕緣的密封墊2，使殼體1-2以及槽形板1-4和蓋板1-5構成的儲液箱1在變化磁場的作用下，不能形成閉合迴路而不發熱，提高使用的安全可靠性。為保持進、出液體壓力的平衡，儲液箱1的進液口1-1和出液口1-3設置在儲液箱1下部和上部的對角線上，並分別與進液管和出液管相連通。見圖2所示本發明的儲液箱1下部還具有配液網板7，配液網板7均布有多個液孔，進液管內的液體通過配液網板7均勻地送至儲液箱1內與封閉金屬環6進行熱交換。
本發明另一種結構的工頻電加熱裝置，如圖3-5所示，包括鐵芯4和繞在鐵芯4上的線圈3以及設有進液口1-1和出液口1-3的儲液箱1。線圈3通過線圈骨架5設置在鐵芯4的一側，該鐵芯4為方形或矩形或圓形或橢圓形三排並排設置，採用三相交流電進行加熱。繞有線圈3的鐵芯4部分設置在儲液箱1外側，鐵芯4的兩外側還設有擋板9，並通過軸銷10連接，二個以相互平行的封閉金屬環6連接儲液箱1內，且封閉金屬環6設在穿過儲液箱1的鐵芯4部分一側周圍作為發熱體，線圈3通電後，鐵芯4形成一個閉合磁迴路，並將變化磁場所產生的渦旋電場作用於套裝在閉合磁迴路截面周圍的封閉金屬環6上，使封閉金屬環6其內部自由電子形成閉合渦電流而產生熱量，作為發熱體對儲液箱1內的液體進行加熱。本發明的儲液箱1可採用不鏽鋼箱體，儲液箱1由組裝的殼體1-2和套在鐵芯4上並與殼體1-2連接的框板1-6構成，殼體1-2上的法蘭連接面之間裝有絕緣的密封墊2，使殼體1-2在變化磁場的作用下，不能形成閉合迴路而產生渦電流，由於設置在外部的殼體1-2不發熱，能提高使用的安全可靠性。儲液箱1具有對應的三個進液口1-1和三個出液口1-3，並分別設置在儲液箱1下部和上部各自對應的對角線上，三個進液口1-1和三個出液口1-3分別與進液管11和出液管8並聯相通，將液體均勻地送至儲液箱1內與封閉金屬環6進行熱交換。
上述兩種結構的工頻電加熱裝置，其鐵芯4可兩排或單排設置，採用單向交流電進行加熱。
本發明再一種結構的工頻電加熱裝置，如圖6-7所示，包括鐵芯4和繞在鐵芯4上的線圈3以及設有進液口1-1和出液口1-3的儲液箱1。線圈3通過線圈骨架5設置在鐵芯4的一側，該鐵芯4為方形或矩形或圓形或橢圓形單排設置，採用單向交流電加熱，繞有線圈3的鐵芯4部分設置在儲液箱1外側，封閉金屬環6為四個以上連續盤旋的金屬環，封閉金屬環6設在穿過儲液箱1的鐵芯4部分一側周圍作為發熱體，線圈3通電後，鐵芯4形成一個閉合磁迴路，並將變化磁場所產生的渦旋電場作用於套裝在閉合磁迴路截面周圍的封閉金屬環6上，使封閉金屬環6其內部自由電子形成閉合渦電流而產生熱量，作為發熱體對儲液箱1內的液體進行加熱。本發明的儲液箱1為不鏽鋼箱體，儲液箱1由套在鐵芯4上的殼體1-2構成，封閉金屬環6的內、外側均與殼體1-2密封連接，每個封閉金屬環6通過其側板封閉，該側板可等分均布在相鄰的封閉金屬環6之間，而每個封閉金屬環6開有出液孔6-1並與相鄰的封閉金屬環6的液腔相通，封閉金屬環6還起到導液的使用，進液口1-1和出液口1-3設置在儲液箱1下部和上部的對角線上，與進液管和出液管相連通，將液體均勻地送至儲液箱1內與封閉金屬環6進行熱交換。
本發明的工頻電加熱裝置當通入380V電壓時，測試結果見下表




可以看出本發明的工頻電加裝置的熱效率是輸入功率的1.29倍，其結構簡單，不僅能用於工業，而且還可用於居民。
權利要求
1.一種工頻電加熱的方法，其特徵在於當繞組接通交流電時，鐵芯形成一個閉合磁迴路，將變化磁場所產生的渦旋電場作用於套裝在閉合磁迴路截面周圍的封閉金屬環上，設置在儲液箱內的封閉金屬環其內部的自由電子形成閉合渦電流而產生熱量作為發熱體，對其周邊的液體進行加熱，且發熱功率隨著封閉金屬環的數量、封閉金屬環的截面積、封閉金屬環的周長以及封閉金屬環材料的電阻率的變化而變化。
2.據權利要求1所述的工頻電熱的方法，其特徵在於所述環繞變化磁場所產生渦旋電場周圍的導電液體被磁化，並及時釋放其內能產生熱量。
3.一種工頻電加熱裝置，包括鐵芯(4)和繞在鐵芯(4)上的線圈(3)以及設有進液口(1-1)和出液口(1-3)的儲液箱(1)，其特徵在於繞有線圈(3)的鐵芯(4)部分設置在儲液箱(1)外部，至少二個以上的封閉金屬環(6)設置在密封的儲液箱(1)內，且封閉金屬環(6)設在穿過儲液箱(1)的鐵芯(4)部分周圍作為發熱體，線圈(3)通電後，封閉金屬環(6)產生渦電流而發熱，對儲液箱(1)內的液體進行加熱，其發熱功率通過調節布設在儲液箱(1)內的封閉金屬環(6)的數量、封閉金屬環(6)的截面積、封閉金屬環(6)的周長以及封閉金屬環(6)材料的電阻率而變化。
4.根據權利要求3所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述的儲液箱(1)為金屬箱體，儲液箱(1)由組裝的殼體(1-2)和套在鐵芯(4)上並與殼體(1-2)連接的槽形板(1-4)和蓋板(1-5)構成，殼體(1-2)上的法蘭連接面之間以及槽形板(1-4)與蓋板(1-5)之間裝有絕緣的密封墊(2)，使儲液箱(1)不能形成閉合迴路，相互平行的封閉金屬環(6)連接殼體(1-2)內。
5.根據權利要求3所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述的儲液箱(1)為金屬箱體，儲液箱(1)由組裝的殼體(1-2)和套在鐵芯(4)上並與殼體(1-2)連接的框板(1-6)構成，殼體(1-2)上的法蘭連接面之間裝有絕緣的密封墊(2)，使殼體(1-2)不能形成閉合迴路，相互平行的封閉金屬環(6)連接殼體(1-2)內。
6.根據權利要求3所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述的儲液箱(1)由套在鐵芯(4)上的殼體(1-2)構成，封閉金屬環(6)為四個以上連續盤旋的金屬環，封閉金屬環(6)的內、外側均與殼體(1-2)密封連接，且每個封閉金屬環(6)通過其側板封閉，每個封閉金屬環(6)開有出液孔(6-1)並與相鄰的封閉金屬環(6)的液腔相通。
7.根據權利要求3至6之一所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述的封閉金屬環(6)的數量在4-100個。
8.根據權利要求3至6之一所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述的鐵芯(4)為方形或矩形或圓形或橢圓形，單排或二層以上並排設置。
9.根據權利要求3至6之一所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述的封閉金屬環(6)套在鐵芯(4)的一側或分別套在鐵芯(4)的二側。
10.根據權利要求3至6之一所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述的儲液箱(1)的進液口(1-1)和出液口(1-3)設置在儲液箱(1)下部和上部的對角線上，並分別與進液管(11)和出液管(8)相連通。
11.根據權利要求3或5之一所述的工頻電加熱裝置，其特徵在於所述在儲液箱(1)的下部還裝連具有均布液孔的配液網板(7)。
全文摘要
本發明涉及一種工頻電加熱的方法及其裝置，當繞組接通交流電時，鐵芯形成一個閉合磁迴路，將變化磁場所產生的渦旋電場作用於套裝在閉合磁迴路截面周圍的封閉金屬環上，設置在儲液箱內的封閉金屬環其內部的自由電子形成閉合渦電流而產生熱量作為發熱體，對其周邊的液體進行加熱，且發熱功率隨著封閉金屬環數量、封閉金屬環截面積、封閉金屬環周長以及封閉金屬環材料電阻率的變化而變化。本發明具有加熱均勻，運行安全可靠，並能對液體完磁化，設備使用壽命長的特點。
文檔編號H05B6/02GK1668141SQ200510038339
公開日2005年9月14日 申請日期2005年2月7日 優先權日2005年2月7日
發明者楊家華 申請人:楊家華