CN205351730U - 闭合磁路感应加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种闭合磁路的感应加热器，其加热部分的容器或水管构成闭合磁路，通过磁场感应方式在容器或水管中形成涡流发热，从而对其中的水、油等液体进行加热。与传统的电热器相比，它具有如下优势：1、通过磁场实现了真正液电隔离，安全性很高；2、加热面积大，加热表面功率密度小、温度低，对油的分解等破坏作用小，对水的水垢生成少；3、容器或水管自身直接发热，加热延迟小，易于进行温度控制；4、磁路是闭合的，对外辐射少，效率高。工业上可广泛用于各种油、水、酸碱、化工原料等液体的加热，也可用于气体加热。民用上可广泛用于各种即热式、储水式等电热水器、开水器的制作。

Description

闭合磁路感应加热器

技术领域

本发明涉及一种电加热装置，尤其是利用电磁感应产生涡流来加热流体的加热器。

背景技术

通常的电加热器是利用电阻丝通电发热来进行加热，其结构是一金属管中穿一根电阻丝，其间填充氯化镁粉进行绝缘。由于加热时的热胀冷缩，可能导致氯化镁粉松动，出现电阻丝直接接触金属管，从而发生漏电事故。故此种结构始终存在安全隐患，需要加防电墙等辅助技术以提高安全性。再者由于氯化镁粉的隔绝，传热延迟较大，发热管送电时要等一会儿才会热，断电后要好一阵子才会降温，影响了温度控制效果。另外由于金属管较细，表面积小，功率密度大，加热时局部温度高，易导致被加热物质碳化或变质。

电磁感应加热可一定程度解决上述问题。中国专利申请CN201420655892将感应线圈绕在水箱上，虽可实现感应加热，但使用开放磁路结构，有驱动困难、辐射大等弊病。中国专利申请CN200620083771使用工字磁心与螺旋水管构成闭合磁路，中国专利申请CN201510362215使用E型磁心与水箱壁构成闭合磁路，虽一定程度有所改进，但仍有漏磁较大及磁心损耗的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，它能以电磁感应产生涡流来加热流体，同时容易驱动、最大程度减小辐射。

本发明所提供装置的基本结构由感应体和线圈构成。感应体可以是盛装流体的容器，也可以是输送流体的管道。感应体由高导磁导电材料制成，且在磁路上形成至少一个完全闭合的环路，此环路上皆为高导磁率材料。线圈则缠绕在作为铁心的环路上，当线圈通以高频电流时，在感应体的闭合环路中产生感应磁场，进而产生涡流发热，对其中的流体加热。另外为防止磁场泄露，进口与出口由磁导率低的材料制成，固定、支撑等结构附件也使用磁导率低的材料制作，不导电、不导热更佳。

大多数优质钢、碳钢、铸铁等都是高导磁导电材料，铁素体系不锈钢(如430)也是高导磁导电材料，都可适用于本发明。磁导率低的材料可选用奥氏体不锈钢(如304)、铜、铝等材料，若强度、温度、耐腐蚀性等满足要求，工程塑料则是更好选择。

本发明所提供装置的具体结构是：感应体由磁导率高、电阻率低的材料制成，感应体自身构成一个闭合磁路的铁芯，有一个或多个线圈环绕该铁芯上；进液口与出液口由磁导率低的材料制成。

本发明所提供装置的又一具体结构是：感应体包含一个凹字形箱体(1a)及一段线圈管(2)，线圈管嵌入凹字形箱体的缺口中密封连接，两者内部都是中空且连通。

本发明所提供装置的又一具体结构是：感应体包含两段平行放置的、作为水箱的粗管道(1b)、两段或更多线圈管(2)、及端盖(12)；线圈管(2)位于两粗管道(1b)之间，与两粗管道垂直密封连接；端盖(12)位于粗管道(1b)端面，与粗管道密封连接；各管内部都是中空且连通。

本发明所提供装置的又一具体结构是：感应体为便于铸造的整体件，含上下两个腔体(1d)，两腔体间有两个或多个中空的线圈管(2)连通；上腔体向上开口，下腔体向下开口，开口方向与线圈管轴线平行；上下腔体的开口由盖板(12a)封闭。

本发明所提供装置的又一具体结构是：其线圈管(2)分为两组，分别位于两侧；其中一组不安装线圈，只作为液体通道；另一组包含两个或以上线圈管(2)，安装同等数量线圈(3)，这些线圈电流具有合适相位，使本组线圈管自成封闭磁路。

本发明所提供装置的又一具体结构是：感应体由两路或以上可通过流体的管路构成，管路自身构成一个闭合磁路。感应体由两个线圈管(2a)和两加热管连接管(8)连接而成，两者都是导电导磁材料；两线圈管(2a)上的线圈(3)通以相位相反电流，使其自身构成一个闭合磁路；上端连接管(8)通过加热管出液口(7)连接水箱(1)；下端连接管(8)通过加热管进液口(6)连接水箱(1)；下端连接管(8)外侧还安装有循环泵(9)。

本发明所提供装置的又一具体结构是：感应体由U形线圈管(2b)和加热管连接板(10)构成，都是导电导磁材料，构成一个闭合磁路；有一个汇流板(11)，其上有沟槽，也安装有进液口(4)和出液口(5)；汇流板(11)与加热管连接板(10)对合后形成连通U形线圈管(2)和进出液口的通道。

本发明所提供装置的又一具体结构是：感应体由两个或多个线圈管(2c)和两加热管连接管(8)连接而成，两者都是导电导磁材料，构成闭合磁路；线圈管(2c)呈螺线管状，线圈(3)穿绕在螺线管中。每个线圈(3)穿绕在两个螺线管中。

本发明中，由于电能通过磁场感应涡流实现加热，没有电的直接接触，安全性很高；由于容器壁或管道壁直接发热，传热面积大、热阻小、热惯性小，加热效果又快又好；由于闭合磁路的导磁率远远大于空气，感应磁场基本上位于感应体中，磁场泄漏和辐射很小，非常环保；闭合磁路的磁阻小，也易于驱动，成本低。

附图说明

图1是实施例1，容积式基本型感应加热器。

图2是实施例2，小厨宝型感应加热器。

图3是实施例3，双圆管对称型感应加热器。

图4是实施例4，双方管非对称型感应加热器。

图5是实施例5，铸造型环感应加热器。

图6是实施例6，旁置双管循环型感应加热器。

图7是实施例7，速热型感应加热器。

图8是实施例8，螺旋双管感应加热器。

图9是实施例9，螺旋三管感应加热器。

图10是实施例10，螺旋六管感应加热器。

图中：1、水箱，1a、凹字型水箱，1b、双圆管型水箱，1c、双方管型水箱，2、线圈管，2a、弯头线圈管，2b、U型线圈管，2c、螺线管型线圈管，3、线圈，4、水箱进液口，5、水箱出液口，6、加热管进液口，7、加热管出液口，8、加热管连接管，9、循环泵，10、加热管连接板，11、汇流板，12、盖板，12a、上下型盖板

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明提出的全闭合磁路感应加热器的具体实施方式。

图1是根据本发明提出的实施例1。如图，水箱(1)和线圈管(2)内部都是中空的，内部连通充水。水箱(1)和线圈管(2)共同构成感应体，都由具有铁磁性的铁素体不锈钢430制成，显然它们形成了一个闭合磁路，成为线圈的铁芯。线圈(3)环绕在线圈管(2)上，当其中通以高频电流时，在水箱(1)和线圈管(2)中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对其中的水进行加热。进水口(4)与出水口(5)由磁导率低的奥氏体不锈钢304制成，这样可以防止磁场沿管路传播。

进、出水口图中的画法只是原理性的，实际中可根据上出水、下出水等要求进行调整，这对本行业技术人员而言不难实现。出于保温考虑，整个加热器外包敷一层保温层，同时也就防止了外部导磁物体接触感应体导致磁场泄露。线圈与感应体之间也需要加绝缘绝热的材料。当然也需配置高频电源、控制器、检测器等，这对本行业技术人员而言属公知技术。这些也适用于以下各实施例，不再重复描述。

图2是根据本发明提出的实施例2。如图，例1中水箱(1)制作为旋转90度的凹字型水箱(1a)，线圈管(2)嵌入凹字型的凹槽中密封连接，水箱(1a)和线圈管(2)内部都是中空的，内部连通充水。水箱(1)和线圈管(2)共同构成感应体，都由具有铁磁性的铁素体不锈钢制成，显然它们形成了一个闭合磁路。线圈(3)绕在线圈管(2)上，当其中通以高频电流时，在水箱(1b)和线圈管(2)中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对其中的水进行加热。进水口(4)与出水口(5)由磁导率低的奥氏体不锈钢304制成，这样可以防止磁场沿管路传播。

与实施例1相比，本例的结构更加紧凑，但工艺略复杂些。特别适用于小厨宝等2～30升的小容量热水器。

图3是根据本发明提出的实施例3。如图，水箱(1b)由上下两段铁质粗圆管及盖板(12)构成，线圈管(2)由左右两段或多段铁质圆管构成，线圈管(2)将两粗圆管平行连接起来，相互焊接牢固，内部连通充水。水箱(1b)和线圈管(2)共同构成感应体，显然它们形成了一个闭合磁路。线圈(3)绕在线圈管(2)上，当其中通以反相高频电流时，在水箱(1b)和线圈管(2)中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对其中的水进行加热。进水口(4)与出水口(5)由磁导率低的材料制成，这样可以防止磁场沿管路传播。

水箱和线圈管的内部可进一步进行防腐蚀处理，如镀铬、镀锌等，搪瓷也能防腐蚀但传热欠佳。当然，用不锈钢也可，但由于本身较大，成本较高。本实施例的两段铁质粗圆管两端面不在主要磁路上，磁通相对较弱，可以不采用导磁材料，甚至塑料。一种结构是两个粗圆管的两端加工内螺纹，端盖以螺纹连接封口。这样粗圆管和线圈管焊接后，两端是敞开的，易于进行内部的打磨、抛光、镀铬等加工，工艺性好。

本实施例结构合理，工艺性好，特别适合中大容量热水器使用。

图4是根据本发明提出的实施例4。本例与实施例3结构相似，不同之处在于：作为水箱的粗圆管改为方管(1c)，以增加空间利用率；一侧有一根(或更多)线圈管，其上无线圈，如图中右侧；另一侧有两根(或更多)线圈管(2)，其上安装有线圈(3)，如图中左侧；各线圈构成闭合磁路。对图中的两线圈型，两线圈电流方向相反，对应瞬时磁场也相反，从而构成闭合磁路；对于三线圈型，线圈间电流互呈120°相移，从而构成闭合磁路。这样，感应磁场主要集中在左侧，左侧区域发热会明显大于右侧，形成不对称加热，便于内部的水形成对流。

图5是根据本发明提出的实施例5。本实施例中，上下水箱(1d)和三个线圈管(2)是由铁磁性材料铸造成的一个整体，显然它们形成了闭合磁路。例3、例4中位于两侧的盖板(12)变为上下方向，这样才能便于铸造脱模。上下两端盖板(12a)盖上后，即形成中空的封闭结构，如图。图中右侧剖开一角，以便观察内部结构。三个线圈(3)绕在线圈管(2)上，当其中通以三相高频电流时，在感应体中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对其中的水进行加热。

本例中展示是三个线圈型，用两个或多个线圈同样是可行的。本例也可以参照例4形成不对称加热型热水器。

本实施例结构合理，工艺性好，适合各种热水器使用。

图6是根据本发明提出的实施例6。如图，水箱(1)、线圈管(2a)、加热管连接管(8)、加热管进液口(6)和加热管出液口(7)内部都是中空的，内部连通充水。两个线圈管(2a)和上下两段加热管连接管(8)共同构成感应体，都由具有铁磁性的铁素体不锈钢430制成，显然它们形成了一个闭合磁路。两个线圈(3)绕在线圈管(2a)上，反向连接，当其中通以反相高频电流时，在感应体中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对其中的水进行加热。循环泵(9)强制将水从加热管进液口(6)送进线圈管(2)，再由加热管出液口(7)返回水箱，形成循环、加强热传递。

本例中水箱(1)可以参与加热，也可不参加。若加热管进液口(6)和加热管出液口(7)由磁导率低的材料制成，这样可以防止磁场沿管路传播到水箱，水箱就不参与加热。若加热管进液口(6)和加热管出液口(7)和水箱由磁导率高的材料制成，会有部分磁场分流至水箱，水箱参与加热，但加热效果较弱。

图7是根据本发明提出的实施例7。本例由三个U型线圈管(2b)与加热管连接板(10)构成感应体，都由导电导磁的铁磁性的材料制成，显然它们形成了三个闭合磁路。汇流板(11)或加热管连接板(10)上开有沟槽，两者对合后，形成连接三个U型线圈管(2b)的通路。三个线圈管(3)绕在U型线圈管(2b)上，当其中通以三相高频电流时，在感应体中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对其中的流体进行加热。

本实施例适合功率大的即热型热水器使用。

图8是根据本发明提出的实施例8。本例中，线圈管(2c)做成螺线管形状，如图。两个线圈管(2c)和加热管连接管(8)、加热管进液口(6)和加热管出液口(7)内部都是中空的，内部连通充液体。两个螺线管线圈管(2c)和上下两段加热管连接管(8)共同构成感应体，都由具有铁磁性的铁素体不锈钢430制成，显然它们形成了一个闭合磁路。一个线圈(3)跨绕在两个线圈管(2)上，当其中通以高频电流时，在感应体中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对流过其中的液体或气体进行加热。

加热管进液口(6)和加热管出液口(7)宜由磁导率低的材料制成，这样可以防止磁场沿管路传播。

本实施例中，线圈管(2)做成螺线管形状，加大了加热面积，降低了功率密度，特别适合对各种油、化工产品等易高温碳化、分解、变质的液体进行加热。同时，其线圈(3)的长度较短，易于采用更高的电流频率。

图9是根据本发明提出的实施例9。本例与实施例8相似，线圈管(2c)也是螺线管形状，只是为适应三相电，线圈改为3个，如图。三个线圈管(2c)和两个加热管连接管(8)、加热管进液口(6)和加热管出液口(7)内部都是中空的，内部连通充液体。三个线圈管(2c)和上下两段加热管连接管(8)共同构成感应体，都由具有铁磁性的铁素体不锈钢430制成，显然它们形成了闭合磁路。三个线圈(3)各自跨绕在两个线圈管(2)上，当其中通以三相高频电流时，在感应体中形成的闭合磁路中感应出高频磁场，进而产生涡流发热，对流过其中的液体或气体进行加热。

加热管进液口(6)和加热管出液口(7)宜由磁导率低的材料制成，这样可以防止磁场沿管路传播。

本实施例在例8基础上改为三相三路，可增加功率、降低电磁辐射。

图10是根据本发明提出的实施例10。本例是在实施例9基础上改为三相六路，区别仅在于每个线圈(3)单独驱动两个线圈管(2c)，其余结构原理均相同，不在复述。

本实施例可进一步增加功率、降低功率密度，适用于大型油加热器。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何限制，凡根据本发明的技术实质对以上实施例的任何简单修改、等同变换与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种对液体进行加热的感应加热器，由感应体、线圈（3）、高频电源、控制器构成，感应体为中空密闭结构，有进液口（4、6）与出液口（5、7），液体可充入其中，其特征在于：

感应体由磁导率高、电阻率低的材料制成，感应体自身构成一个闭合磁路的铁芯，有一个或多个线圈环绕该铁芯上；

进液口与出液口由磁导率低的材料制成。

2.根据权利要求1所述加热器，其特征在于：

感应体包含一个凹字形箱体（1a）及一段线圈管（2），线圈管嵌入凹字形箱体的缺口中密封连接，两者内部都是中空且连通。

3.根据权利要求1所述加热器，其特征在于：

感应体包含两段平行放置的、作为水箱的粗管道（1b）、两段或更多线圈管（2）、及端盖（12）；线圈管（2）位于两粗管道（1b）之间，与两粗管道垂直密封连接；端盖（12）位于粗管道（1b）端面，与粗管道密封连接；各管内部都是中空且连通。

4.根据权利要求1所述加热器，其特征在于：

感应体为便于铸造的整体件，含上下两个腔体（1d），两腔体间有两个或多个中空的线圈管（2）连通；上腔体向上开口，下腔体向下开口，开口方向与线圈管轴线平行；上下腔体的开口由盖板（12a）封闭。

5.根据权利要求3或4所述加热器，其特征在于：

其线圈管（2）分为两组，分别位于两侧；其中一组不安装线圈，只作为液体通道；另一组包含两个或以上线圈管（2），安装同等数量线圈（3），这些线圈电流具有合适相位，使本组线圈管自成封闭磁路。

6.根据权利要求1所述加热器，其特征在于：

感应体由两路或以上可通过流体的管路构成，管路自身构成一个闭合磁路。

7.根据权利要求1或6所述加热器，其特征在于：

感应体由两个线圈管（2a）和两加热管连接管（8）连接而成，两者都是导电导磁材料；两线圈管（2a）上的线圈（3）通以相位相反电流，使其自身构成一个闭合磁路；

上端连接管（8）通过加热管出液口（7）连接水箱（1）；下端连接管（8）通过加热管进液口（6）连接水箱（1）；下端连接管（8）外侧还安装有循环泵（9）。

8.根据权利要求6所述加热器，其特征在于：

感应体由U形线圈管（2b）和加热管连接板（10）构成，都是导电导磁材料，构成一个闭合磁路；汇流板（11）或加热管连接板（10）上有沟槽，也安装有进液口（4）和出液口（5）；汇流板（11）与加热管连接板（10）对合后形成连通各U形线圈管（2）和进出液口的通道。

9.根据权利要求6所述加热器，其特征在于：

感应体由两个或多个线圈管（2c）和两加热管连接管（8）连接而成，两者都是导电导磁材料，构成闭合磁路；线圈管（2c）呈螺线管状，线圈（3）穿绕在螺线管中。

10.根据权利要求9所述加热器，其特征在于：

每个线圈（3）穿绕在两个螺线管中。