一種工業用電磁加熱方法及裝置和用途的製作方法
2023-04-26 21:30:46 1
專利名稱：一種工業用電磁加熱方法及裝置和用途的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種電磁加熱方法及裝置，尤其是一種應用於工業的電磁加熱方法及裝置。本發明還涉及到前述方法和裝置的應用，主要應用於塑料(橡膠)成型機械，原油、重油輸送的管道上，以及其它工業加熱場所。
背景技術：
在工業生產中，許多時候需要對物料進行加熱。現在一般工業加熱方式有兩種，一種是利用燃料物加熱，另一種是利用電能加熱。隨著工業的發展和進步，利用電能加熱的工礦場所已經越來越多，但現在利用電能加熱大多仍是直接利用電熱器件發熱，然後再通過熱傳導的方式進行加熱的。如塑料加工機械的加熱方式就是利用電熱圈發熱，再傳導到料筒上。這種加熱方式存在熱傳導損失，並導致環境溫度上升。只有緊靠在料筒表面內圈的熱量傳導到料筒上，而外圈的熱量大部分散失到空氣中，造成熱量的損失。目前，現在正在興起一種利用電磁感應的電加熱方式。電磁加熱是一種利用電磁感應原理將電能轉換為熱能的方法，電磁加熱通常是由整流電路將交流電壓變成直流電壓，再經過控制電路將直流電壓轉換成高頻電壓，高速變化的電流流過線圈會產生高速變化的磁場，當磁場內的磁力線通過金屬器皿(導磁又導電材料)底部金屬體內產生無數的小渦流，使金屬器皿本身自行高速發熱，然後再加熱器皿內的東西。因此電磁加熱圈本身並不發熱，而且可以採用陶瓷材料和高溫電纜製造，所以不存在原電熱圈的電阻絲在高溫狀態下氧化而縮短使用壽命的問題，具有使用壽命長、升溫速率快、無需要維修等優點，減少了維修時間，降低了成本。現在家用電器使用較多，如電磁爐等。用電磁加熱在工業上應用是近幾年才興起的新技術，雖說目前電磁感應加熱技術在一定的工業領域有所應用，如名稱為「電磁感應加熱圈」，專利號為ZL03248743.6的中國專利公開了一種工業用電磁感應加熱技術。但現有工業用電磁感應加熱技術的電磁加熱圈基本都是採用單層平面或弧狀的結構，在金屬管道加熱方面有採用整圓包圍式繞線結構的，也有採用半圓或弧狀平面單層繞線的電磁感應加熱圈結構的。這些電磁加熱方式雖然對應於常規的電阻絲直接加熱方式，具有節能好、熱效率高的優勢，但同時也存在以下一些不足
一、對於整圓包圍繞線的管狀加熱線圈1、在實際應用中，兩線圈的安裝距離要求≥50mm，否則線圈之間會產生較強的磁場幹擾，影響電磁控制器的正常工作。
2、不適用於管道直徑較大的加熱設備，因為在保持適合的電感量的前提下，直徑太大所繞制的線圈圈數必須減少，熱效率降低。
3、有些管道較長，有些管道中間有法蘭或模頭，圓形電磁感應加熱圈無法安裝使用。
二、對於半圓或弧狀平面單層繞線的電磁感應加熱圈1、單位面積的電感量偏低，只適用於小功率加熱的設備。
2、線圈與被加熱金屬設備的間距要求較大，熱效率較低，節能效果不是很好。
以上兩種結構的電磁感應加熱圈共同存在的一個不足是單位面積加熱功率密度小，對於需要加熱功率密度大的設備不適用，限制了它們的廣泛應用。因此很有必要對此加以改進。
發明內容
本發明的目的在於針對現有工業電加熱方法的不足，提出一種單位面積加熱功率密度大，熱效率更高，抗幹擾性能好，安裝製作方便，能適應各種工礦場所應用的電磁感應加熱方法；本發明的另一目的在於提供一種上述方法的裝置；本發明的另一目的在於提供一種上述方法和裝置的用途。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的採用電磁感應加熱方法，其特徵在於，所述的電磁感應加熱方法是通過多層疊加的電磁感應加熱線圈平面或弧狀貼在被加熱金屬器皿或管道外表，通過電磁感應直接加熱金屬器皿或管道來加熱金屬器皿或管道內物質的。在需加熱負載的金屬器皿或管道(導磁又導電材料)外安裝由兩層以上電磁線圈所疊加形成的複合疊層電磁感應加熱線圈，複合疊層電磁感應加熱線圈的外形是根據所加熱金屬器皿或管道的外形相配的形狀，可以是平面或弧狀或半圓形的，複合疊層電磁感應加熱線圈是先平面螺旋繞制後，再多層疊合起來，並根據所加熱金屬器皿或管道的外形成型的，各層電磁加熱圈疊加後的磁力線疊加作用在需加熱負載的金屬器皿或管道上，各層電磁加熱圈之間可以通過串連進行連接，採用一根導線繞制；也可以採用並聯連接。整個複合疊層電磁感應加熱線圈加熱是由整流電路將外接交流電壓變成直流電壓，再經過控制電路將直流電壓轉換成頻率為高頻電壓，再將高頻電壓施加到複合疊層電磁感應加熱線圈上，通過高速變化的電流流過複合疊層電磁感應加熱線圈產生高速變化的磁場，當磁場內的磁力線通過金屬器皿或管道(導磁又導電材料)時，就會在金屬體內產生無數的小渦流，使金屬器皿或管道本身自行高速發熱，利用電磁感應方法加熱金屬器皿或管道內的物質的。
根據上述方法所提出的工業用複合疊層電磁感應加熱線圈的結構是一種電磁感應加熱圈，所述的電磁感應加熱圈為複合疊層電磁感應加熱線圈，由單層平面繞線製成的線圈疊合成多層疊合結構，且每層電磁感應加熱圈疊合後的磁力線方向是相同的，電感量是疊加的，每層電磁感應加熱圈之間可以是通過串連進行連接，採用一根導線繞制，每層線圈的入口和出口正好相接，在未疊合之前平面狀態時，每相鄰兩層之間線圈的線圈旋轉方向是相反的，但疊合後的磁力線方向應是相同的；也可以採用並聯連接的，直接將每層的入口和出口統一連接到總線上。複合疊層電磁感應加熱線圈可以每兩層一組，構成雙層結構電磁感應加熱圈，線圈採用同名端相連的接線方式，線圈的繞線方向在線圈未疊合之前可以是反相的，但疊合後的磁力線方向應是是同向的，複合疊層電磁感應加熱線圈的電感量是疊加的。複合疊層電磁感應加熱線圈的整體形狀可以根據加熱負載的金屬器皿或管道的外形變化而製作成相配形狀的，可以是平面狀，也可以是弧形狀或半圓形的，先由平面繞線製成的單層線圈，再疊合在一起，再根據金屬器皿或管道的外形整形成相配的形狀。複合疊層電磁感應加熱線圈在整形後安置在由絕緣材料構成的護套內，由護套封閉起來。
根據上述方法和裝置的發明主要用途是塑料或橡膠成型機械的原料加熱或石油管道輸送行業的油品加熱，也可以用於其它管道或平板加熱行業。
本發明採用多層疊加結構的複合疊層電磁感應加熱線圈，並使得各層線圈的磁力線在疊合後為同一方向的疊加，這樣可以大大增強電磁感應加熱圈的電感量，其總的電感量＝各層線圈的電感量+各層線圈之間的互感，所以，兩層線圈的電感量為單層線圈的2.2-2.6倍。其磁力線如圖3所示，設某一瞬間電流I的方向如圖，根據右手螺旋定則，則線圈一的磁力線方向是由線圈1的中間進入(X)，由線圈一的外面出來(●)，形成閉合磁路。而線圈2的磁力線方向是中間出來(●)，外面進入(X)。當把線圈2翻轉180度與線圈1緊貼在一起時，其磁力線方向正好是相同的。這點也可以從圖3平移示意圖中看出，圖3是將兩個疊合在一起的複合電磁線圈在同一水平面上平行移開後的示意圖。由於兩線圈的磁力線方向相同，磁場強度相等，則合成一個線圈後其磁場強度增加了約一倍。這樣就增加了單位面積的加熱功率密度，而應用範圍更廣，節能效果更好。本發明的優點是1、由於採用的是平面弧形結構，電磁感應線圈產生的磁力線大部分作用到金屬管道上，所以其熱效率比以前圓形的要高5％-10％。
2、由於磁力線作用在線圈側面很少，所以兩個線圈之間的幹擾很小，可以緊貼在一起安裝在金屬管道上，提高了加熱功率密度，適用範圍更廣。
3、由於金屬管道的外徑上可以放置多個平面弧形狀的電磁感應圈，所以適用於大口徑如φ400-φ1500的金屬管道。
4、由於是多層疊繞，電感量和加熱功率比單層線圈成倍增加，經試驗雙層線圈比單層線圈的電感量和加熱功率增加了2.2-2.6倍，加熱功率密度進一步增加。
該結構的電磁感應加熱圈與金屬平面和管道的間隙比單層結構的電磁感應加熱圈的間距很小，熱效率提高很多。
圖1是本發明一種形式的結構示意2是本發明的一種形式的電磁感應線圈剖面結構示意圖；圖3是本發明的雙層電磁感應線圈的結構剖面示意圖；圖4是本發明的雙層電磁感應線圈的工作原理說明示意圖；圖5是本發明的雙層電磁感應線圈的平移示意圖。
圖中1、金屬管道；2、複合疊層電磁感應加熱線圈；3、隔熱材料層；4、電源線；5、電磁控制器；6、外套；7、內套；8、連接件；9、第一線圈；10、第二線圈；11、線尾；12、線頭；13、導線。
具體實施例方式
附圖給出了本發明的實施例，下面將結合實施例對本發明作進一步的描述。從附圖可以看出，本發明採用電磁感應加熱方法，其特徵在於，所述的電磁感應加熱方法是通過多層疊加的電磁感應加熱線圈平面或弧狀貼在被加熱金屬器皿或管道外表，通過電磁感應直接加熱金屬器皿或管道來加熱金屬器皿或管道內物質的。在需加熱負載的金屬器皿或管道(導磁又導電材料)外安裝由兩層以上電磁線圈所疊加形成的複合疊層電磁感應加熱線圈，複合疊層電磁感應加熱線圈的外形是根據所加熱金屬器皿或管道的外形相配的形狀，複合疊層電磁感應加熱線圈是先平面螺旋繞制後，再多層疊合起來，並根據所加熱金屬器皿或管道的外形成型的，可以是平面或弧狀或半圓形的。各層電磁加熱圈疊加後的磁力線疊加作用在需加熱負載的金屬器皿或管道上，各層電磁加熱圈之間可以通過串連進行連接，採用一根導線繞制；也可以採用並聯連接。整個複合疊層電磁感應加熱線圈加熱是由整流電路將外接交流電壓變成直流電壓，再經過控制電路將直流電壓轉換成頻率為高頻電壓，再將高頻電壓施加到複合疊層電磁感應加熱線圈上，通過高速變化的電流流過複合疊層電磁線圈產生高速變化的磁場，當磁場內的磁力線通過金屬器皿或管道(導磁又導電材料)時，就會在金屬體內產生無數的小渦流，使金屬器皿或管道本身自行高速發熱，利用電磁感應方法加熱金屬器皿或管道內的物質的。
實施例一從附圖1和圖2可以看出，本發明為一種複合疊層電磁感應加熱線圈，包括複合疊層電磁感應加熱線圈2，複合疊層電磁感應加熱線圈2安裝在金屬管道1的外部並通過導線13與電磁控制器5相連接，電磁控制器5再通過電源線4與外接電源連接。複合疊層電磁感應加熱線圈2無磁芯，它的內表面與金屬管道1的外表面之間，設有隔熱材料層3，其特徵是所述的複合疊層電磁感應加熱線圈2電磁感應加熱方法是通過雙層疊加的電磁感應加熱線圈加熱的。在需加熱負載的金屬管道1外安裝有由雙層電磁線圈所疊加形成的複合型半園狀平面繞線的複合疊層電磁感應加熱線圈2，複合疊層電磁感應加熱線圈2是雙層線圈疊合構成的，雙層電磁加熱圈疊加後的磁力線疊加作用在需加熱負載的金屬管道1上。複合疊層電磁感應加熱線圈2是經平面繞制螺旋形線圈，再多層疊合起來，並根據金屬管道1的外形做成半園狀線圈的，複合疊層電磁感應加熱線圈2置於絕緣材料製成的外套6和內套7之間，並在外套6和內套7的結合部設有用於連接兩半圓形複合疊層電磁感應加熱線圈2的連接件8，兩半圓形電磁感應線圈2通過連接件8形成一個與負載金屬管道1外圓相配的整圓。雙層電磁加熱圈之間的電磁導線通過串連進行連接，採用一根導線繞制，每層線圈的入口和出口正好相接，線圈採用同名端相連的接線方式，即第一線圈9的線尾11為第二線圈10的線頭12。當電流通過電源線4輸入到電磁控制器5之後，電磁控制器5則產生超音頻電流接到複合疊層電磁感應加熱線圈2上，形成強烈的交變磁場。該磁場與複合疊層電磁感應加熱線圈2內部的金屬管道形成磁迴路，該電流又通過金屬管道的自身電阻作用而轉化為熱能，從而金屬管道1被加熱升溫，並作用在金屬管道1內需要加熱的介質(如塑料、原油、水)上，以滿足生產和運輸等的要求，溫度的高低可通過輸入電磁控制器5內的電流大小或通斷來調整。本實施例主要應用於各種大型較長的管道加熱工礦場所，尤其是指用於塑料(橡膠)成型機械中。
實施例二實施例二與實施例一的原理是一樣的，所疊層的複合疊層電磁感應加熱線圈也是為雙層電磁加熱圈，只是複合疊層電磁感應加熱線圈的外形是根據所應用的管道形狀做成弧狀結構的，並由多段弧狀結構的複合疊層電磁感應加熱線圈組合形成一個整圓，每段雙層複合疊層電磁感應加熱線圈都通過絕緣材料製成的外套和內套包裹著，並在每段複合疊層電磁感應加熱線圈的外套和內套結合處設有用於連接各段弧狀結構的複合疊層電磁感應加熱線圈的連接件，各段弧狀結構的複合疊層電磁感應加熱線圈通過連接件連接起來。每段雙層電磁加熱圈之間的內部線圈導線連接是採用串聯連接的，也可以採用並聯連接，直接將每層的入口和出口統一連接到總線上，只是要保證兩線圈在疊合之後的電磁力線是疊加的。這種複合疊層電磁感應加熱線圈主要應用於大直徑的管道中，採取多段弧形複合疊層線圈，更有利於加工製作，安裝也十分方便。
實施例三實施例三為一種平面狀的複合疊層電磁感應加熱線圈，每個複合疊層電磁感應加熱線圈所疊合的線圈數為四層，各層線圈都是平面螺旋繞製成後再疊合在一起的，線圈與線圈之間為串聯連接，且每相鄰線圈的導線是首尾相連的；即上層線圈由外向裡通過平面螺旋繞制，線尾位於線圈的最裡面，而下一層線圈的線頭是從裡向外平面螺旋繞制的，所以下一層線圈的線頭正好與上層線圈的線尾相接。且四線圈為一根導線繞製成的。複合疊層電磁感應加熱線圈也由絕緣材料包裹起來，在絕緣材料的外面可以設置固定複合疊層電磁加熱圈的連接件。此種複合疊層電磁感應加熱線圈可以廣泛應用於各種平面加熱的工礦場所，尤其是指橡膠硫化加熱平板中。
實施例四實施例四與實施例一的原理是一樣的，兩個半圓平面繞線的複合疊層電磁感應加熱線圈組成一個整圈的電磁加熱圈，其特點在於兩個半圓平面繞線的複合疊層電磁感應加熱線圈是分別連接到各自的電磁控制器，由兩個電磁控制器分別控制兩個半圓平面繞線的複合疊層電磁感應加熱線圈的。
本發明的工作原理是當電流通過電源線輸入到電磁控制器5之後，經過整流轉換後變成高頻電源，再由電源線4將電磁控制器5產生超音頻電流接到感應線圈2上，形成強烈的交變磁場。該磁場與感應線圈2內部或外部的金屬管道1內形成磁迴路，該電流又通過金屬管道1的自身電阻作用而轉化為熱能，從而金屬管道1被加熱升溫，並作用在金屬管道1內需要加熱的介質如塑料、原油、水上，以滿足生產和運輸等的要求，溫度的高低可通過輸入電磁控制器5內的電流大小或通斷來調整。
權利要求
1.一種工業用電磁加熱方法，其特徵在於所述的電磁感應加熱方法是通過多層疊加的電磁感應加熱線圈平面或弧狀貼在被加熱金屬器皿或管道外表，通過電磁感應直接加熱金屬器皿或管道來加熱金屬器皿或管道內物質的。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的電磁感應加熱方法是在需加熱負載的金屬器皿或管道外安裝由兩層以上電磁線圈所疊加形成的複合疊層電磁感應加熱線圈，各層電磁加熱圈疊加後的磁力線疊加作用在需加熱負載的金屬器皿或管道上，由整流電路將外接交流電壓變成直流電壓，再經過控制電路將直流電壓轉換成頻率為高頻電壓，再將高頻電壓施加到複合疊層電磁感應加熱線圈上，利用電磁感應方法加熱金屬器皿或管道內的物質的。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的複合疊層電磁感應加熱線圈的外形是根據所加熱金屬器皿或管道的外形相配的形狀，複合疊層電磁感應加熱線圈是先平面螺旋繞制後，再多層疊合起來，並根據所加熱金屬器皿或管道的外形成型的，可以是平面或弧狀或半圓形的。
4.如權利要求1所述方法的裝置，一種電磁感應加熱圈，其特徵在於所述的電磁感應加熱圈為複合疊層電磁感應加熱線圈，由單層平面繞線製成的線圈疊合成多層疊合結構，且每層電磁感應加熱圈疊合後的磁力線方向是相同的，電感量是疊加的，複合疊層電磁感應加熱線圈的整體形狀是根據加熱負載的金屬器皿或管道的外形變化而製作成相配形狀的。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述的複合疊層電磁感應加熱線圈的每層線圈之間是通過串聯連接的，採用一根導線繞制，每層線圈的入口和出口正好相接，線圈採用同名端相連的接線方式。
6.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述的複合疊層電磁感應加熱線圈的每層線圈之間是通過並聯連接的，直接將每層的入口和出口統一連接到總線上。
7.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於所述的複合疊層電磁感應加熱線圈的外形是平面狀或弧形狀或半圓形的。
8.如權利要求4或5或6所述的裝置，其特徵在於所述的複合疊層電磁感應加熱線圈的每層線圈是平面螺旋繞制的；所述的複合疊層電磁感應加熱線圈安置在由絕緣材料構成的護套內。
9.如權利要求1或4所述方法和裝置的用途，其特徵在於所述的電磁感應加熱方法和裝置是用於塑料或橡膠成型機械的原料加熱或石油管道輸送行業的油品加熱。
全文摘要
一種工業用電磁加熱方法及裝置和用途，所述的電磁感應加熱方法是通過多層疊加的電磁感應加熱線圈平面或弧狀貼在被加熱金屬器皿或管道外表，通過電磁感應直接加熱金屬器皿或管道加熱的。在需加熱負載的金屬器皿或管道外安裝由兩層以上電磁線圈所疊加形成的複合疊層電磁感應加熱線圈，各層電磁加熱圈疊加後的磁力線疊加作用在需加熱負載的金屬器皿或管道上，整個複合疊層電磁感應加熱線圈加熱是由整流電路將外接交流電壓變成直流電壓，再經過控制電路將直流電壓轉換成頻率為高頻電壓，再將高頻電壓施加到複合疊層電磁感應加熱線圈上，利用電磁感應方法加熱金屬器皿或管道內的物質的。
文檔編號H05B6/40GK1867211SQ20061003182
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月14日 優先權日2006年6月14日
發明者黃克 申請人:黃克