CN105716063B - 电磁蒸汽锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蒸汽锅炉。一种电磁蒸汽锅炉，包括由加热管（1）和蒸汽室（2）构成的锅炉本体以及电气控制部分，所述锅炉本体设置于箱式结构体（3）内，加热管（1）***设加热线圈（5），所述箱式结构体（3）前部设有控制箱（4），电气控制部分设置于所述控制箱（4）内，根据电磁发热原理，采用电磁加热方式，把电磁加热电子部分同锅炉本体有机结合在一起，并利用场效应管高频大功率特点，采用触发电路使加热线圈工作频率在20‑50KHZ之间。本发明电磁蒸汽锅炉，把现代化电子技术与传统的锅炉功能有机结合，采用单片机技术及可编程自动化控制技术融入到锅炉生产的过程中，既节能又环保，热效率高达95%以上，大大的提高了锅炉运行的自动化水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸汽锅炉，尤其是涉及一种电磁蒸汽锅炉。
背景技术
随着社会经济的发展，人类的物质生活日益丰富。但社会经济的发展，直接导致了人类可利用资源的日益匮乏和地球大气环境的日益恶化。世界各国对环境保护都上升到了最高要求。而我国环保部门的一纸禁令，也彻底宣告了小型燃煤锅炉在我国行将退出历史舞台。而燃气、燃油、电热管以及电磁加热式锅炉将成为当今锅炉行业的主导产品。人们在告别燃煤锅炉后，又不得不面临一种新的选择。在前述几种新能源锅炉产品中，哪种锅炉的加入方式技术先进，质量稳定可靠，并且又符合国家节能环保要求，谁将在激烈的市场竞争中占得先机。从工业自动化、从节能环保、从安全生产的角度去权衡，相比之下，电磁加热式锅炉由于它应用现代电子电磁以及工业自动化控制的先进技术，无疑将稳步站立在锅炉行业的制高点上。
电磁锅炉使用电力可再生能源，其同电热管式锅炉相比可节能三成以上，使用寿命是电热管式锅炉的几倍甚至十几倍。一次性安装多年使用，维护维修费用低；同燃气、燃油锅炉相比，不燃烧，无明火，对环境没有污染，其节能环保的优势十分明显，在全球都在关注环境保护的大环境下，显现出强大的生命力。
但是由于锅炉结构的设计不合理，加工工艺以及控制技术等各种因素限制，市场上还没有成熟的电磁式锅炉产品出现。
电磁加热技术是一项使用较普遍的技术，但大多数产品的都工作在频率较低的状态，其节电效率不高。现有的技术层面上要想进一步提高其节能效率，唯一途径就是在一定范围内提高电路的工作频率，而制约提高工作频率的瓶径就在末级功率放大电路，国内外的现有功率器件其工作频率都在30KHZ以下。因此，为提高节电效率，必须提高整体线路的工作频率，必须解决高频大功率放大电路难题。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出了一种电磁蒸汽锅炉，结构设计合理，热效率高，占地面积小，使用安全可靠。
本发明所采用的技术方案：
一种电磁蒸汽锅炉，包括由加热管和蒸汽室构成的锅炉本体以及电气控制部分，所述加热管按照国家压力容器有关标准制作，蒸汽室横向设置于加热管的顶部并与加热管内腔连通，所述锅炉本体设置于箱式结构体内，加热管***设加热线圈，所述箱式结构体前部设有控制箱，电气控制部分设置于所述控制箱内，根据电磁发热原理，采用电磁加热方式，把电磁加热电子部分同锅炉本体有机结合在一起，并利用场效应管高频大功率特点，通过采用高稳定性的触发电路使加热线圈工作频率在20-50KHZ之间。
所述的电磁蒸汽锅炉，结合电磁加热的功率大小，设计出锅炉在单位时间内产生蒸汽的总量，然后按10:7的比例，确定锅炉炉体中水的体积与蒸汽室的体积，再根据所需功率计算出电磁线圈的线径、电磁线圈的圈数及线圈的总高度。
所述的电磁蒸汽锅炉，电磁加热的功率设计为10～30KW，采用一个加热管，设计额定电流15～45A，电磁线圈采用横截面积为25mm2的电磁线缠绕62～48圈，缠绕线圈直径为169毫米，缠绕线圈的高度为1100mm。
所述的电磁蒸汽锅炉，电磁加热的功率设计为50～80KW，采用两个加热管，设计额定电流80A～120A，每个加热管外部缠绕一个加热线圈，所述电磁线圈采用横截面积为35mm2的电磁线缠绕45～38圈，缠绕线圈直径为229毫米，缠绕线圈的高度为900mm。
所述的电磁蒸汽锅炉，电磁加热的功率设计为90～120KW，采用三个加热管，设计额定电流135～180A，每个加热管外部缠绕一个加热线圈，电磁线圈采用横截面积为50mm2的电磁线缠绕24～30圈，缠绕线圈直径为355毫米，缠绕线圈的高度为720mm。
所述的电磁蒸汽锅炉，复制其单元电路的规格，通过增加加热管的数量，可以做出四～N个加热管的大功率蒸汽锅炉，所述N为大于4的自然数。
所述的电磁蒸汽锅炉，加热管喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理，然后再缠绕10～30毫米厚的陶瓷纤维，继而按计算出参数缠好线圈；所述蒸汽室外表面喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理。
所述的电磁蒸汽锅炉，采用高频电磁加热控制电路产生4路PWM矩形脉冲，所述高频电磁加热控制电路包括温度检测采集单元、控制单元以及前置驱动电路；所述驱动电路采用由IGBT分立元件组成的桥式电路，所述桥式电路输出连接电磁线圈，桥式电路的四个桥臂各自包括光耦隔离器、功率推挽放大器、滤波稳压电路，所述温度检测采集单元测定温度信号接入控制单元的中央处理器，控制单元的中央处理器设置的四个I/O输出端口分别连接至桥式电路的四个桥臂的光耦隔离器的输入端，所述光耦隔离器经前置放大器及倒向电路接入功率推挽放大器的输入端，所述功率推挽放大器的输出端通过滤波稳压电路及钳位电路接入IGBT分立元件的输入端；功率推挽放大器采用MOSFET功率放大电路，利用场效应管高频大功率特点，使工作频率工作在30-50KHZ之间，使输出功率达到120KW以上。
所述的电磁蒸汽锅炉，控制单元的中央处理器采用dspIC30F2023系列单片机，所述光耦隔离器采用双通道高速光耦驱动器2ED020I12F2，同所述控制单元的中央处理器连接还有安全保护电路，所述安全保护电路包括母线电压检测电路、过流信号检测电路、过热信号检测电路、蒸汽压力检测电路、蒸汽温度检测电路、炉体温度检测电路，水位（上限、下限）检测电路以及检测水流量的霍尔电流传感器，前述各安全保护电路输出信号接入所述中央处理器，单片机输出控制信号连接安全保护电路对应的执行电路。
本发明的有益效果：
1、本发明电磁蒸汽锅炉，根据电磁发热原理结合蒸汽锅炉的传统功能，把电磁加热电子部分同传统锅炉体雏型有机结合在一起。加热管垂直于地面竖起，蒸发管横置于加热管之上，根据热气自然上升的原理，水中不会加带蒸汽，有效避免水汽混合所带来的不安全隐患。
2、本发明电磁蒸汽锅炉，把现代化电子技术与传统的锅炉功能有机结合，采用单片机技术（MCU）及可编程自动化控制技术（PLC）融入到锅炉生产的过程中，既节能又环保，热效率高达95%以上，相对于传统电热管式锅炉可节电20-30%。大大的提高了锅炉运行的自动化水平，可做到全天候自动定时开关机，达到无人值守。
3、本发明电磁蒸汽锅炉，把传统锅炉的功能用电子电磁的方式来实现，通过电气化控制大大节约了人力成本，无泄漏，无排放。在设计上采用水电分离内外绝缘的方式，内部走水，外部走电，采用水电分离式电磁加热方式，避免了电热管易老化易漏电的风险，其前安全系数提高了几个数量级，使用寿命大大延长。
4、本发明利用MOSFET（场效应管）高频大功率特点，通过采用高稳定性的触发电路使工作频率工作在20-50KHZ之间，较好地解决了高频电流放大问题。集成控制***及锅炉为一体，占地面积小，易于安装，方便推广。
附图说明
图1是本发明电磁蒸汽锅炉结构示意图之一（单加热管）；
图2是本发明电磁蒸汽锅炉结构示意图之二（两个加热管）；
图3是本发明电磁蒸汽锅炉结构示意图之三（三个加热管）；
图4是本发明电磁蒸汽锅炉结构示意图之四（四个加热管）；
图5、图6分别是一管、三管成品电磁蒸汽锅炉外观结构示意图；
图7是本发明电磁蒸汽锅炉温度控制及保护单元电路原理图；
图8是本发明电磁蒸汽锅炉驱动电路原理图。
具体实施方式
参见图1～图6，本发明电磁蒸汽锅炉，包括由加热管1和蒸汽室2构成的锅炉本体以及电气控制部分，加热管1按照国家压力容器有关标准制作，蒸汽室2横向设置于加热管1的顶部并与加热管内腔连通，所述锅炉本体设置于箱式结构体3内，加热管1***设加热线圈5，所述箱式结构体3前部设有控制箱4电气控制部分设置于所述控制箱内，根据电磁发热原理，采用电磁加热方式，把电磁加热电子部分同锅炉本体有机结合在一起，并利用场效应管高频大功率特点，通过采用高稳定性的触发电路使加热线圈5工作频率在30-50KHZ之间。
图5、图6中，标号6是触摸屏，7是底座。
所述的电磁蒸汽锅炉，结合电磁加热的功率大小，设计出锅炉在单位时间内产生蒸汽的总量，然后按10:7的比例，确定锅炉炉体中水的体积与蒸汽室的体积，再根据所需功率计算出电磁线圈的线径、电磁线圈的圈数及线圈的总高度。
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
参见图1、图5，本实施例的电磁蒸汽锅炉，电磁加热的功率设计为10～30KW，采用一个加热管，设计额定电流15～45A，电磁线圈采用横截面积为25mm2的电磁线缠绕62～48圈，缠绕线圈直径为169毫米，缠绕线圈的高度为1100mm。
实施例2
参见图2，本实施例的电磁蒸汽锅炉，电磁加热的功率设计为50～80KW，采用两个加热管，设计额定电流80A～120A，每个加热管外部缠绕一个加热线圈，所述电磁线圈采用横截面积为35mm2的电磁线缠绕45～38圈，缠绕线圈直径为229毫米，缠绕线圈的高度为900mm。
实施例3
参见图3，本实施例的电磁蒸汽锅炉，电磁加热的功率设计为90～120KW，采用三个加热管，设计额定电流135～180A，每个加热管外部缠绕一个加热线圈，电磁线圈采用横截面积为50mm2的电磁线缠绕24～30圈，缠绕线圈直径为355毫米，缠绕线圈的高度为720mm。
本发明所述的电磁蒸汽锅炉，复制其单元电路的规格，通过增加加热管的数量，可以做出四个加热管、五个加热管、六个加热管的大功率蒸汽锅炉。如图4所示，为含有四个加热管的电磁蒸汽锅炉；图5为含有六个加热管的电磁蒸汽锅炉。
本发明所述的电磁蒸汽锅炉，加热管1喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理，然后再缠绕10～30毫米厚的陶瓷纤维，继而按计算出参数缠好线圈；所述蒸汽室2外表面喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理。
实施例4
参见图7、图8，本本实施例的电磁蒸汽锅炉，与前述各实施例不同的是：采用高频电磁加热控制电路产生4路PWM矩形脉冲，所述高频电磁加热控制电路包括温度检测采集单元、控制单元以及前置驱动电路；所述驱动电路采用由IGBT分立元件组成的桥式电路，所述桥式电路输出连接电磁线圈，桥式电路的四个桥臂各自包括光耦隔离器、功率推挽放大器、滤波稳压电路，所述温度检测采集单元测定温度信号接入控制单元的中央处理器，控制单元的中央处理器设置的四个I/O输出端口分别连接至桥式电路的四个桥臂的光耦隔离器的输入端，所述光耦隔离器经前置放大器及倒向电路接入功率推挽放大器的输入端，所述功率推挽放大器的输出端通过滤波稳压电路及钳位电路接入IGBT分立元件的输入端；功率推挽放大器采用MOSFET功率放大电路，利用场效应管高频大功率特点，使工作频率工作在30-50KHZ之间，使输出功率达到120KW以上。
控制单元的中央处理器采用dspIC30F2023系列单片机，所述光耦隔离器采用双通道高速光耦驱动器2ED020I12F2，同所述控制单元的中央处理器连接还有安全保护电路，所述安全保护电路包括母线电压检测电路、过流信号检测电路、过热信号检测电路、蒸汽压力检测电路、蒸汽温度检测电路、炉体温度检测电路，水位（上限、下限）检测电路以及检测水流量的霍尔电流传感器，前述电路输出信号接入所述单片机，单片机输出控制信号连接对应的安全保护执行电路。
如下表1是电磁蒸汽锅炉系列产品及各级参数；表2是电热管式锅炉同电磁锅炉热效率对比表；表3是高频电磁锅炉同传统锅炉运行费用及各级参数对比表。
由对比可知，本发明电磁蒸汽锅炉，根据电磁发热原理，把电磁加热及现代化电子控制技术同传统炉锅体雏型有机结合在一起，采用单片机技术（MCU）及可编程自动化控制技术（PLC）融入到锅炉生产的过程中，热效率高达95%以上，相对于传统电热管式锅炉可节电20-30%，既节能又环保，大大的提高了锅炉运行的自动化水平。
在设计上采用水电分离内外绝缘的方式，内部走水，外部走电，避免了电热管易老化易漏电的风险，其安全系数提高了几个数量级，使用寿命大大延长。集成控制***及锅炉为一体，占地面积小，易于安装，方便推广。
表1：电磁蒸汽锅炉系列产品及各级参数：
表2：电热管式锅炉同电磁锅炉热效率对比：
表3：高频电磁锅炉同传统锅炉运行费用及各级参数对比：
Claims (10)
1.一种电磁蒸汽锅炉，包括由加热管（1）和蒸汽室（2）构成的锅炉本体以及电气控制部分，所述加热管（1）按照国家压力容器有关标准制作，蒸汽室（2）横向设置于加热管（1）的顶部并与加热管内腔连通，其特征在于：所述锅炉本体设置于箱式结构体（3）内，加热管（1）***设加热线圈（5），所述箱式结构体（3）前部设有控制箱（4），电气控制部分设置于所述控制箱（4）内，电气控制部分采用高频电磁加热控制电路产生4路PWM矩形脉冲，所述高频电磁加热控制电路包括温度检测采集单元、控制单元以及前置驱动电路；所述前置驱动电路采用由IGBT分立元件组成的桥式电路，所述桥式电路输出连接电磁线圈，桥式电路的四个桥臂各自包括光耦隔离器、功率推挽放大器、滤波稳压电路，所述温度检测采集单元测定温度信号接入控制单元的中央处理器，控制单元的中央处理器设置的四个I/O输出端口分别连接至桥式电路的四个桥臂的光耦隔离器的输入端，所述光耦隔离器经前置放大器及倒向电路接入功率推挽放大器的输入端，所述功率推挽放大器的输出端通过滤波稳压电路及钳位电路接入IGBT分立元件的输入端；功率推挽放大器采用MOSFET功率放大电路，利用场效应管高频大功率特点，使工作频率工作在20-50KHZ之间，使输出功率达到120KW以上。
2.根据权利要求1所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：结合电磁加热的功率大小，设计出锅炉在单位时间内产生蒸汽的总量，然后按10:7的比例，确定锅炉炉体中水的体积与蒸汽室的体积，再根据所需功率计算出电磁线圈的线径、电磁线圈的圈数及线圈的总高度。
3.根据权利要求2所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：电磁加热的功率设计为10～30KW，采用一个加热管，设计额定电流15～45A，电磁线圈采用横截面积为25mm2的电磁线缠绕62～48圈，缠绕线圈直径为169毫米，缠绕线圈的高度为1100mm。
4.根据权利要求2所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：电磁加热的功率设计为50～80KW，采用两个加热管，设计额定电流80A～120A，每个加热管外部缠绕一个加热线圈，所述电磁线圈采用横截面积为35mm2的电磁线缠绕45～38圈，缠绕线圈直径为229毫米，缠绕线圈的高度为900mm。
5.根据权利要求2所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：电磁加热的功率设计为90～120KW，采用三个加热管，设计额定电流135～180A，每个加热管外部缠绕一个加热线圈，电磁线圈采用横截面积为50mm2的电磁线缠绕24～30圈，缠绕线圈直径为355毫米，缠绕线圈的高度为720mm。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：复制其单元电路的规格，通过增加加热管的数量，做出四～N个加热管的大功率蒸汽锅炉，所述N为大于4的自然数。
7.根据权利要求6所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：加热管（1）喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理，然后再缠绕10～30毫米厚的陶瓷纤维，继而按计算出参数缠好线圈；所述蒸汽室（2）外表面喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理。
8.根据权利要求1～5任一项所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：加热管（1）喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理，然后再缠绕10～30毫米厚的陶瓷纤维，继而按计算出参数缠好线圈；所述蒸汽室（2）外表面喷涂防锈漆后，用玻璃丝针毡做保温处理。
9.根据权利要求1～5任一项所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：控制单元的中央处理器采用dspIC30F2023系列单片机，所述光耦隔离器采用双通道高速光耦驱动器2ED020I12F2，同所述控制单元的中央处理器连接还有安全保护电路，所述安全保护电路包括母线电压检测电路、过流信号检测电路、过热信号检测电路、蒸汽压力检测电路、蒸汽温度检测电路、炉体温度检测电路，水位上限、下限检测电路以及检测水流量的霍尔电流传感器，前述安全保护电路输出信号接入所述单片机，单片机输出控制信号连接安全保护电路对应的执行电路。
10.根据权利要求7所述的电磁蒸汽锅炉，其特征在于：控制单元的中央处理器采用dspIC30F2023系列单片机，所述光耦隔离器采用双通道高速光耦驱动器2ED020I12F2，同所述控制单元的中央处理器连接还有安全保护电路，所述安全保护电路包括母线电压检测电路、过流信号检测电路、过热信号检测电路、蒸汽压力检测电路、蒸汽温度检测电路、炉体温度检测电路，水位上限、下限检测电路以及检测水流量的霍尔电流传感器，前述安全保护电路输出信号接入所述单片机，单片机输出控制信号连接安全保护电路对应的执行电路。
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