超/變頻電磁感應鍋爐的製作方法

2023-07-05 05:23:36

專利名稱：超/變頻電磁感應鍋爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超/變頻電磁感應技術在鍋爐上的應用技術，尤其涉及 一種採用電能的超/變頻電磁感應鍋爐。
背景技術：
感應加熱是電加熱的一種最佳形式，它具有加熱速度快、熱效率高和無空 氣汙染等優點，廣泛應用於金屬冶煉、金屬表面熱處理、金屬的焊接、加熱水 等領域。用於加熱水的主要有工頻感應加熱、中頻感應加熱和高頻感應加熱。眾所周知，工頻感應加熱是將220V (380V) 50Hz的工頻電源直接輸入感應線 圈，對置於其中的靜止水進行加熱，這種方法雖有價廉可靠的優點，但其頻率 低且不可調整，因而其功率因數小，無功損耗大，效率低下而逐步被淘汰；高 頻感應加熱是由於其高頻電流的透入深度小，趨膚效應太強，而就現有的電力 電子器件而言不能做成大功率的感應加熱設備，因而做不成大功率的高頻加熱 水裝置；中頻感應加熱在功率因數(96°/。)及頻率(0. 4-8KHz)的選擇等方面 比工頻感應加熱與高頻感應加熱有很大的進步，也能制出大功率的感應加熱設 備，但其電源的輸出功率受其頻率的影響，隨著頻率的升高，其輸出功率逐漸 減小，這是受作為中頻電源的主控器件一一晶閘管(SCR)在生產工藝及器件 性能方面的影響，為了實現頻率不變增加輸出功率，設計了各種特殊的逆變電 路來滿足要求，這些電路的特點是結構複雜但屬於非實時性電路，既增加了制 造成本又不實用。而其工作頻段在聲波範圍內，其工作時發出的中頻嘯叫聲在 50dB以上，嚴重影響人們的休息，因此又不得不在鍋爐房內設計隔音層，這樣 又增加了投資。近年來，由於絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)等新型的全控器件的出現，以 其工作頻帶遠寬於晶閘管(SCR)，因而可以採用簡單的逆變電路實現超/變頻 功率變換，更由於其電路簡單，製造使用和維修都方便，因而它更具有發展前途。現有的採用電能的鍋爐還有電熱管及電熱膜的，它們是經過介質熱傳導加 熱的，加熱效率低，功率因數在0.9以下，功率在幾百千瓦以下，另外不能克 服漏電的危險。發明內容本實用新型的目的是提供一種可接受寬工作頻帶電源且加熱效率更高的超 /變頻電磁感應的鍋爐，其可以克服現有的感應加熱方面的缺點，實現較大功 率的超/變頻電磁感應加熱。為實現上述目的，本實用新型採取以下設計方案一種超/變頻電磁感應鍋爐，包括帶有進、出水口的爐體，所述的爐體由外 罩及內置的水箱、磁熱交換器組成；所述的水箱由相互連通的上、下回水緩衝水箱及中間桶體組合構成，上回 水緩衝水箱外通大氣，下回水緩衝水箱下開口接排汙管；所述的磁熱交換器套設在中間桶體外，其由上部相互連通的內、外磁熱交換器構成，在內、外磁熱交換器之間夾設感應線圈；所述的感應線圈套設在外帶有絕緣層的內磁熱交換器上，其數量最少為一 頭線圈，最少纏繞一層，其上、下接頭與超/變頻電源的輸出端相連；爐體的進水口開設在下回水緩衝水箱上，下回水緩衝水箱出水口通外磁熱 交換器，爐體的出水口開設在內磁熱交換器壁上。為使整體結構更穩固，所述的爐體外形結構呈上圓下方結構，其下回水緩 衝水箱製成內部中空的正方體，外罩水箱外罩。上回水緩衝水箱頂端呈橢圓封 頭結構，在上回水緩衝水箱及中間桶體部分罩主體外罩。本實用新型結構設計的超/變頻電磁感應鍋爐以用於採暖用途為佳，亦可 用於飲水及洗浴用水的加熱。本實用新型的優點是1、 本實用新型的結構設計，使得其可配用由簡單的逆變電路實現的超/變 頻電磁感應技術，故而使得電磁感應鍋爐的製造使用和維修都方便。2、 此種結構無紅區加熱，磁熱交換器的溫度在20(TC，加熱區低於部分燃 油溫度，可直接加熱導熱油等；加熱過程是靜態加熱，無化學生成物產生；熱效率高，可達98%以上。3、 由於可採用工作頻率在超音頻範圍內的超/變頻電磁感應技術，解決了 噪聲對環境的汙染。
以下結合附圖及實施例對實用新型做進一步說明。

圖l是本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐一實施例結構示意圖(主視圖) 圖1-a是圖1所示實施例相對應的俯視圖圖2是本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐另一實施例結構示意圖(主視圖) 圖2-a是圖2所示實施例相對應的俯視圖圖3是感應線圈一實施例結構示意圖(對應圖l、圖2中II部位置) 圖4是感應線圈另一實施例結構示意圖(對應圖l、圖2中II部位置) 圖5是超/變頻電磁感應鍋爐安裝使用一實施例示意圖具體實施方式
如圖l、圖2所示，本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐主體結構是由外罩4 及內置的水箱、磁熱交換器組成。參見圖l、圖1-a、圖2、圖2-a所示，所述的水箱由相互連通的上、下回 水緩衝水箱ll、 2及中間桶體9組合構成，上回水緩衝水箱ll經補水口 12外 通大氣，使鍋爐本體在任何時間都與大氣相通，避免發生危險。下回水緩衝水 箱2下開口接受排汙閥控制通斷的排汙管，排汙管可通向排汙地溝，使用戶可 定期清理鍋爐內汙垢。爐體的進水口 16通入下回水緩衝水箱2，下回水緩衝水 箱2的出水口 18經帶有循環泵及閥門控制的管路通到外磁熱交換器8，爐體的 出水口開設在磁熱交換器外壁上。本實用新型下回水緩衝水箱2是由可焊接的Q235 (或不鏽鋼)組焊成的正 方形帶圓角並有一定厚度的內部中空的正方體，上回水緩衝水箱11可以是國 標橢圓封頭，中間桶體9與上回水緩衝水箱11是焊接組件，它們與下回水緩 衝水箱2之間可由國標法蘭連接。所述的磁熱交換器套設在中間桶體外，其由上部相互連通的內、外磁熱交 換器7、 8構成，在內、外磁熱交換器之間夾設感應線圈6;所述的內、外磁熱交換器可以由單頭(如圖1、圖l-a所示)或多頭(兩 頭以上，如圖2、圖2-a所示)軸向360。螺旋層疊繞制的可焊接的碳鋼或不鏽鋼鋼 管圍成，鋼管截面為外方內圓，內、外磁熱交換器具有的鋼管頭數同並對應相通。內磁熱交換器外壁上帶有雲母或膠木加工而成的絕緣層5，在絕緣層上套設 感應線圈6。所述的感應線圈6是由橫截面為實心(不通水，如圖3所示)或空心(通 水，如圖4所示)的矩形或正方形電工銅或鋁沿軸向360。螺旋層層疊加繞制的 線圈，外包有絕緣層。感應線圈上、下接頭與爐體外設的超/變頻電源的輸出 端35相連(參見圖5)。如採用空心通水的螺旋感應線圈，則在接超/變頻電 源輸出端的同時，上接頭通過絕緣頭與上回水緩衝水箱11連通，下接頭通過 絕緣頭與閥門42、止回閥45、強制循環水泵47的出口連通，泵進口與下回水 緩衝水箱連通。感應線圈與內磁熱交換器應保持一定間隙，可根據功率的不同計算選用合 理的間隙。 一般間隙為1一-20min;所述的感應線圈與外磁熱交換器的間隙在 10—50mm之間。感應線圈6的匝數由可由下列公式計算所得 f=l/(2n ^HT ) 其中f-—通入感應線圈6的交流電的頻率，Hz;L-一感應線圈的電感，H;C---超/變頻電磁感應鍋爐的諧振電容器，F;本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐還可配設有檢測鍋爐水箱水位的檢測裝 置10。水位檢測裝置與本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐主體結構中的通大氣 孔構成水位檢測通大氣系統，可由現有技術實現，亦可根據鍋爐的特點做新型 的設計，以實現水位檢測及補水，此處不詳述。上回水緩衝水箱11所通的大氣孔直徑(即補水口 12)是按不同容量的鍋爐 根據公式Dd》20+88 VTT計算所得(其中，Dd—開孔當量直徑，mm; Q—常壓鍋 爐額定熱功率，MW;)，這樣可以使鍋爐始終在安全狀態下工作。本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐除水位檢測裝置外，其它部分都裝在由非 金屬材料玻璃鋼做成的鍋爐外罩內，玻璃鋼外罩內表面夾一層一定厚度的保溫 絕熱材料，用以阻止鍋爐的熱量損失。本實施例中的主體外罩4與下水箱外罩 3是由非金屬材料玻璃鋼分左右相同的兩部分製作而成， 一是避免了磁場的外 漏，二是方便鍋爐的組裝與維修，同時還可以做成用戶所需求的顏色。本實用新型的超/變頻電磁感應技術在鍋爐上的應用時，和磁熱交換器進行 熱交換的水的流量與流速根據不同功率進行優選，以達到其更高的熱效率，流 速一般選1.5—-3.5米/秒。本實用新型如用於採暖鍋爐用途時，在下回水緩衝水箱上還設有與系統相 連接的可控回水管路。上述各種所涉及的各實施例超/變頻電磁感應鍋爐應配置與其功率相匹配 的超/變頻電源裝置，超/變頻電源裝置屬現有技術，此處不贅述。圖5是本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐安裝使用示意圖，圖中虛線框內代 表鍋爐實體部分，超/變頻電源裝置35設於爐體外。採用圖l、圖1-a、圖2、 圖2-a所示實施例時(用於採暖功能)，超/變頻電磁感應鍋爐水路走向是 系統水經鍋爐進水口 16進入鍋爐下回水緩衝水箱2，由下回水緩衝水箱2的出 水口18經閥門41、鍋爐熱水循環泵46、止回閥48、出水調節閥53通過磁熱 交換器進水口 17進入外磁熱交換器8，再進入與其連通的內磁熱交換器7，再 由內磁熱交換器的出水口 15經閥門55、止回閥50到供應的外採暖系統或蓄熱 水箱，這樣就完成了在超/變頻電磁感應鍋爐內的循環。本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐的電源裝置採用超/變頻電源，全部覆蓋 中頻及高頻無法達到的範圍。如圖4所示，本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐的實施例中，超/變頻電源35需要水冷卻，不然就會燒毀變頻元器件，使超/變頻電磁感應鍋爐無法正常 運行。冷卻循環系統可以是冷卻循環水箱28的冷卻水經閥門29、冷卻循環 水泵30、止回闊31、過濾器32、閥門33到超/變頻電源35經冷卻後流出，經 閥門36電磁閥37回到冷卻循環水箱28，如需要補水，根據程序關閉電磁閥 37，打開電磁閥39進行補水，此時超/變頻電磁感應鍋爐將按照程序關閉加熱， 等補水完畢無故障後超/變頻電磁感應鍋爐將重新開啟進行加熱。本實用新型的超/變頻電磁感應技術是將超頻電流通入感應線圈，並以磁感 應的形式將電能傳給位於感應線圈內裝有水的磁熱交換器。本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐的工作原理是屬於鐵磁芯變壓器的一種 類型，感應線圈相當於變壓器的初級繞組，而做為磁熱交換器的壁體相當於變 壓器的次級繞組(即鐵芯負載)，當初級繞組中通過由超/變頻電源逆變後的 超頻電流時，作為鐵芯的爐體就會在電磁場的作用和影響下，產生交變的磁力 線，致使爐體產生感應電勢，並在垂直於感應線圈軸線的表面內引起感應電流 即渦流，變壓器中渦流是有害的，但本鍋爐恰恰是利用了這點。根據變壓器的 互感應理論，在爐體中的感應電勢的有效值是formula see original document page 9 (1) 式(1)中E2—爐體的感應電勢的有效值(伏)； f—感應線圈交流電的頻率(赫茲)；n2—磁熱交換器的壁體。 這裡n.屍l，因為金屬只形成一個環；Om—交變磁通的最大值。 在這個感應電勢E2的作用下，在爐體所形成的閉合迴路中便有渦流通過，即formula see original document page 9) (2)式(2)中12—爐體中感應得渦電流(安)；R2—爐體所形成環中的電阻(歐)；X2—爐體所形成環中漏磁所決定的電抗(歐)。 由式(2)可以看出爐體內所產生的渦電流的大小，與感應電勢E2成正比 例，與爐體迴路的阻抗成反比例。由於本鍋爐的設計特點，X2可忽略不計，因 本鍋爐的磁熱交換器外壁能將漏磁完全吸收。因此當爐體確定後，其阻抗也就 確定下來，則爐體的發熱與感應電勢成正比，由式(1)可以推斷，EJ又與f及0 這兩參數有關。可當爐體功率確定後，其0 也就確定了下來，這樣E2僅 與f成正比。即欲獲得所需的感應電勢E2就必須增加電流的頻率，來達到發 熱效果的目的。可為了提高爐體的發熱量，如果無限制地提高電流頻率， 一則 受到電力電子元器件的限制更重要是趨膚效應太強，不利於熱交換進行。本實 用新型恰到好處利用了這一點，使得磁熱交換器產生出最大限度的熱量，被經 過其內部高速流動的水帶走，同時在磁熱交換中高速流動的水分子也切割磁 場，水也就被磁化了。通過強磁場發生了磁化效應、電化學效應、表面漲力效 應等，使水中的化學成分改變了原來存在的位數、方位，水中的鈣、鎂等易結 垢的離子產生了物理性的變化，互相撞擊，不規則運動方向的礦物體互相排斥， 不能結合聚集，因而沒有了結垢的機遇。本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐配用超(變)頻電源，可克服現有感應加 熱設備的許多不足，其工作頻率在超音頻範圍內，解決了噪聲對環境的汙染。 因其工作頻帶寬，解決了其它電源功率輸出與工作頻率不能同步的問題。根據常規計算本實用新型超/變頻電磁感應鍋爐的熱功率按公式計算Q=I2Rt其中Q —發熱量(焦耳)I一爐體中感應的渦電流(安)R—爐體所形成環中的電阻(歐)t一通電時間(s)。
權利要求1. 一種超/變頻電磁感應鍋爐，包括帶有進、出水口的爐體，所述的爐體由外罩及內置的水箱、磁熱交換器組成；其特徵在於所述的水箱由相互連通的上、下回水緩衝水箱及中間桶體組合構成，上回水緩衝水箱外通大氣，下回水緩衝水箱下開口接排汙管；所述的磁熱交換器套設在中間桶體外，其由上部相互連通的內、外磁熱交換器構成，在內、外磁熱交換器之間夾設感應線圈；所述的感應線圈套設在外帶有絕緣層的內磁熱交換器上，其數量最少為一頭線圈，最少纏繞一層，其上、下接頭與超/變頻電源的輸出端相連；爐體的進水口開設在下回水緩衝水箱上，下回水緩衝水箱出水口通外磁熱交換器，爐體的出水口開設在內磁熱交換器壁上。
2、 根據權利要求l所述的超/變頻電磁感應鍋爐，其特徵在於所述的內、 外磁熱交換器分別由一頭以上的軸向360。螺旋層疊繞制的可焊接的碳鋼或不鏽鋼鋼管圍成，鋼管截面為外方內圓，內、外磁熱交換器具有的鋼管頭數同並對應上 部相通。
3、 根據權利要求1所述的超/變頻電磁感應鍋爐，其特徵在於所述的感應線圈為電工用銅或鋁製做的軸向螺旋盤繞的感應線圈，其包有絕緣層，橫截 面為實心或空心的矩形或正方形。
4、 根據權利要求3所述的超/變頻電磁感應鍋爐，其特徵在於所述的感 應線圈橫截面為空心的矩形或正方形，其上、下接頭在接超/變頻電源輸出端 的同時，上接頭通過絕緣頭與上回水緩衝水箱連通，下接頭通過絕緣頭；經閥 門、止回閥、強制循環水泵與下回水緩衝水箱連通。
5、 根據權利要求1所述的超/變頻電磁感應鍋爐，其特徵在於所述的爐 體外形結構呈上圓下方結構，其下回水緩衝水箱製成內部中空的正方體，上回 水緩衝水箱頂端呈橢圓封頭結構，在上回水緩衝水箱及中間桶體部分罩主體外 罩，下回水緩衝水箱罩於下水箱外罩內。
6、 根據權利要求1所述的超/變頻電磁感應鍋爐，其特徵在於所述的感 應線圈與內套的磁熱交換器的間隙在l一20mm之間，與外磁熱交換器的間隙在 10—50mm之間。
7、 根據權利要求1所述的超/變頻電磁感應鍋爐，其特徵在於還配設有 檢湖(J鍋爐水箱水位的檢測裝置。
8、根據權利要求1所述的超/變頻電磁感應鍋爐，其特徵在於所述的主 體外罩及下水箱外罩由非金屬材料玻璃鋼製成，各玻璃鋼外罩內表面夾一保溫 絕熱材料層，並分別由兩分體部分合成整體。
專利摘要本實用新型公開了一種超/變頻電磁感應鍋爐，包括帶有進、出水口的爐體，所述的爐體由外罩及內置的水箱、磁熱交換器組成；水箱由相互連通的上、下回水緩衝水箱及中間桶體組合構成，上回水緩衝水箱外通大氣，下回水緩衝水箱下開口接排汙管；磁熱交換器套設在中間桶體外，其至少含有相互連通的兩縱向層的熱交換室，磁熱交換器外壁上帶有絕緣層並套設感應線圈；感應線圈最少為一層，其上、下接頭與超/變頻電源的輸出端相連；爐體的進水口開設在下回水緩衝水箱上，下回水緩衝水箱出水口通磁熱交換器的內層，爐體的出水口開設在磁熱交換器外壁上。其可接受寬工作頻帶電源且加熱效率更高。
文檔編號F24H1/22GK201083436SQ20072016994
公開日2008年7月9日 申請日期2007年7月27日 優先權日2007年7月27日
發明者高寶愛 申請人:北京市華威鍋爐有限責任公司