专利名称：电磁式流体过热装置及其换热体的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种流体过热装置，特别是有关一种电磁式流体过热 装置及其换热体。
背景技术：
钢铁冶金、机械制造行业中采用蒸汽抽真空用于真空精炼、真空铸锭的的 场合，采用饱和蒸汽过热发电的场合，尾蒸汽过热再利用等场合都需要过热 蒸汽作为动力源。特别是真空精炼、真空浇注铸锭作业，其生产特点是一种 不连续的间断作业，广泛使用到以过热蒸汽作为动力源的蒸汽抽真空系统。
目前制备过热蒸汽的传统手段主要包括两种第一、采用燃油或燃气做 热源的快速锅炉来生产过热蒸汽。第二、在有低压饱和蒸汽条件的情况下， 由低压饱和蒸汽利用燃气过热装置来制取过热蒸汽。
现有的过热蒸汽设备，通常不能对水以及饱和蒸汽两种流体进行过热， 要么是仅能通入饱和蒸汽来生产过热蒸汽，要么是仅能通入水来生产饱和蒸 汽，更不能通入水来直接生产出过热蒸汽。
另外传统的燃油或燃气快速锅炉，投资高、装备庞大，启动时间长、间 歇期间热能浪费严重，热效率相对低。而使用燃气燃烧加热低压饱和蒸汽的 燃气过热装置，也存在热效率低、燃烧室材料易损坏、调节灵敏性差等不足。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电磁式流体过热装置及其 换热体，既能直接通入水来制备饱和蒸汽，也能够通入饱和蒸汽来制备过热蒸汽，具有一机多用的功效，并且设备铸造成型简便。
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电磁式流体过热装置及其 换热体，能够直接通入工业水或地下水来制取过热蒸汽。
本实用新型所要解决的技术问题还在于为克服传统快速锅炉设备相对 庞大、投资高、热效率低、启动时间长、余热浪费的不足；燃气过热装置热 效率低、断续生产燃烧室耐火材料易损坏和可控性差的缺点，提供一种电磁 式流体过热装置，利用电磁感应加热原理，使换热体集导磁、导电、导热、 发热、换热于一体，直接由换热体来制取过热蒸汽，从而达到快速、高效、 可控程度高、使用便捷、投资省的目的，同时又是一种完全无污染的工业装 备。
本实用新型提供一种电磁式流体过热装置，其包括
换热体，所述换热体设有多个沿换热体轴向延伸的透孔，所述换热体由 钢管架和与钢管架铸造在一起的铸造部组成，所述钢管架包括一个以上的网 孔架和固定在网孔架上的多根钢管，各个钢管的内孔构成所述各个透孔，所 述铸造部位于各个钢管的外围，所述铸造部由具有导磁、导电、导热性的金 属材料制成；
感应线圈，绕设于换热体外围；
以及绝缘层，设于所述换热体和所述感应线圈之间。
向该电磁式流体过热装置通入的流体如果是水，经换热体换热后即可制 出饱和蒸汽，该电磁式流体过热装置就是一种电磁感应饱和蒸汽发生器；而 通入的流体如果是饱和蒸汽，经换热体换热后即可制成过热蒸汽，该电磁式 流体过热装置就能作为一种过热蒸汽装置， 一机多用。
一个优选的方案中， 一个电磁式流体过热装置串接一个过滤器，过滤器 用来将水中的杂质及盐分去除，从而对通入的水的纯度要求就会降低，可以 直接通入工业水或地下水来制备饱和蒸汽。
一个优选的方案中，使两个电磁式流体过热装置通过管路串联联接，在流体入口一侧的电磁式流体过热装置的上游管路上串接一个过滤器，在该过 滤器和该相邻的电磁式流体过热装置之间设有加压泵和阀门。因此可直接以 工业水或地下水作为通入的流体，由第一个电磁式流体过热装置当做蒸汽发 生器制取饱和蒸汽，再使由第一个电磁式流体过热装置制取的饱和蒸汽通入 第二个电磁式流体过热装置，来制取过热蒸汽。
本实用新型还提供了一种电磁式流体过热装置的换热体，所述换热体设 有多个沿换热体轴向延伸的透孔，所述换热体由钢管架和与钢管架铸造在一 起的铸造部组成，所述钢管架包括一个以上的网孔架和固定在网孔架上的多 根钢管，各个钢管的内孔构成所述各个透孔，所述铸造部分布于各个钢管的 外围，所述铸造部由具有导磁、导电、导热性的金属材料制成。此种结构的 换热体，能使铸造成型工艺相对简易。
根据上述方案，本实用新型相对于现有结构的效果是显著的
一、 本实用新型的电磁式流体过热装置，不仅能通入饱和蒸汽来生产过 热蒸汽，也能通入水来生产饱和蒸汽，能对水、饱和蒸汽两种流体进行过热， 一机多用，并且其换热体的铸造成型十分简易。
二、 本实用新型可使一个电磁式流体过热装置串接一个过滤器，过滤器 用来将水中的杂质及盐分去除，从而对通入的水的纯度要求就会降低，可以 直接通入工业水或地下水来制备饱和蒸汽。本实用新型也可使两个电磁式流 体过热装置串联联接，从而能直接通入工业水或地下水来生产出过热蒸汽， 非常方便。
三、 本实用新型的电磁式流体过热装置，在感应线圈通电后产生的交变 磁场直接作用在换热体上，使换热体内产生涡流电流，从而，实现电能向热 能的转换，换热体是电磁感应的发热体，在实现电能向热能转变的同时，经 流换热体透孔的蒸汽与透孔内壁进行换热，使蒸汽产生过热，利用电磁感应 加热原理，使换热体集导磁、导电、导热、发热、换热于一体，能直接由发 热体与蒸汽换热制取过热蒸汽，需要过热蒸汽随时给感应线圈通电实现对蒸汽过热，启动快速、换热效率高、可控程度好、使用便捷、投资省。
图1为本实用新型实施方式1的一种电磁式流体过热装置的剖视图。
图2为本实用新型实施方式1的又一种电磁式流体过热装置的剖视图。 图3为图1中铸造换热体的钢管架的示意图。 图4为图3的俯视图。
图5为图1中的钢管架置于砂箱中的铸造示意图。 图6为图5的俯视图。
图7为本实用新型实施方式1的又一种电磁式流体过热装置的剖视图。
图8为图7的A-A向视图。
图9为图7的实施方式的装配过程示意图。
图IO为本实用新型实施方式2的一种电磁式流体过热装置的示意图。 图11为本实用新型实施方式3的一种电磁式流体过热装置的示意图。
具体实施方式实施方式l
如图1所示，本实用新型提供一种电磁式流体过热装置1及其换热体11 ， 由于换热体11包含于电磁式流体过热装置1中，因此不再单独描述。该电 磁式流体过热装置1包括-
换热体11，在换热体11上设置多个沿换热体11轴向延伸的透孔110, 这些透孔110在换热体11的径向截面内均匀分布，这些透孔110直径可设 计为10 30mm; —种优选的有利于铸造成型的换热体11，由钢管架111和 与钢管架111铸造在一起的铸造部112组成，钢管架111包括设在两端的网 孔架113、连接在两个网孔架113之间的多根钢管114，两个网孔架113分 别设有多个通孔115，两个网孔架113上的通孔115 —一对应，各个钢管114
7的两端分别焊接在两个网孔架113上对应的两个通孔115内而构成所述钢管 架lll，由各个钢管114的内孔的直径为10 30mm以构成各个透孔110，而 铸造部112位于两个网孔架113之间的多个钢管114的外围，其中铸造部112 由具有导磁、导电、导热性的金属材料制成，导磁性为能产生涡流电流，导 电性为了具有一定电阻能发热，传热性为使换热好，优选铁素体不锈钢，这 种材质具有较好的耐蚀性和耐高压能力，特别适用于工业抽真空过热蒸汽条 件，在无腐蚀性的环境下，换热体11也可采用铸铁、碳钢及低合金钢等材 质制成；
感应线圈13，缠裹绕设于换热体11外围，感应线圈13优选水冷式感应 线圈，散热效果好，能适用于大功率的工业领域，感应线圈13之间由支撑 物支撑连接且相互绝缘；
绝缘层12，设于换热体ll和感应线圈13之间，优选使绝缘层12缠裹 包覆于换热体11外围而位于换热体11和感应线圈13之间，感应线圈13与 绝缘层12间采用缠裹连接；当然也可以使绝缘层绕设于感应线圈13的导线 线体外部，同样能够起到绝缘的效果。
在工作过程中，感应线圈13通电产生交变磁场，直接作用在换热体ll
上使其产生涡流电流，实现电能向热能的转换，换热体11又是电磁感应的 发热源，向该电磁式流体过热装置1通入的流体如果是水，经换热体11换 热后即可制出饱和蒸汽，该电磁式流体过热装置就是一种电磁感应蒸汽发生 器。而通入的流体如果是饱和蒸汽，经换热体ll换热后即可制成过热蒸汽， 该电磁式流体过热装置1就能作为一种过热蒸汽装置， 一机多用；且在通入 的流体是饱和蒸汽时，流经换热体11透孔110的饱和蒸汽与透孔110内壁 进行换热，依据理想气体的状态方程P。V。/T(PPJ/^，换热体ll釆用大量狭 长的透孔110将蒸汽进口与出口联通，利用充足的饱和蒸汽与换热体11的 透孔110孔壁接触表面实现换热，属等压换热方法，P。与P,可近似认为相等 即P(, 二 Pi，因此当被加热蒸汽温度T。提高n倍时，同质量蒸汽体积将提高同样n的倍数，其产蒸汽量(体积)相当于n个蒸汽锅炉的产蒸汽量(体积), 从而可以实用、便捷的制取过热蒸汽。
该换热体11集导磁、导电、导热、发热、换热、耐蚀于一体，利用电 磁感应加热原理，直接由换热体11与饱和蒸汽换热来制取过热蒸汽，随时 给感应线圈13通电，随时可实现对蒸汽过热，启动快速、换热效率高、可 控程度好、使用便捷、投资省；同时换热体11集磁性体和提供换热空间于 一身，无需进行磁性体和换热箱的焊接，换热体结构强度大，使用场合更广； 以换热体11内的透孔110内壁表面作为换热面，该换热面为非自由状态的 固定表面，在通入蒸汽时无震动、噪声低。
如图2所示，为又一种电磁式流体过热装置l，进一步包括绝热层15， 设于换热体ll外围，绝热层15与绝缘层12之间釆用缠裹连接；绝热层15 能避免换热体11的热量向外散失，提高电热转化效率，绝热层15与换热体 ll之间可以采用缠裹连接。
如图3 6所示，图1、 2中的换热体11是由钢管架111和铸造部112 构成的，能使铸造更简便。铸造成型过程如下如图3、 4所示，首先将数 根内孔直径为10 30mm的不锈钢管114，按照透孔110的摆放位置插入到两 端网孔架113内的通孔115中与网孔架113预先焊接到一起形成钢管架111， 在各不锈钢管114内部用细的树脂砂116填实充满，完成钢管架111的制作。 接着，如图5、 6所示，在铸造时，将钢管架111垂直固定在底箱41砂平面 上，将造好型的带有直浇口 42、阶梯横浇口 43和环形浇口 44的砂箱45固 定在底箱41上，砂箱45的内腔与钢管架111同心，随后安放冒口箱46，冒 口箱46上的浇冒口杯47与对应的直浇口 42同心，冒口 48的内腔与钢管架 111同心，最后将冒口箱46与钢管架111固定压紧；合好箱后，将准备好的 金属液49 (铸铁、铸钢、不锈钢或低合金钢)浇入浇冒口杯47，金属液49 经直浇口 42、阶梯横浇口 43、环形浇口 44自下而上填充型腔至冒口 48上 沿，经凝固、冷却后、开箱，去掉浇口棒、冒口、倒出粉化了的存在于钢管
9114内的树脂砂116残砂，再将铸件的外表面进行必要的加工即可完成换热 体ll的制造成型。
如图7、 8所示，提供了又一种电磁式流体过热装置l，其换热体ll由 一种材质一体铸造成型出各个透孔uo，通过在砂箱中放置多个柱件来形成 多个透孔110;另外换热体11也采用机械加工方式成型这些透孔110。该电
磁式流体过热装置1还包括导磁体16,从而能防止磁外散，避免磁污染；导
磁体16包括多个导磁组件160，例如5 20个，图7、 8中所示的方案为8 个，在感应线圈13外围沿圆周均匀布置，每个导磁组件160由多片两端具 有头部162、中间具有凹槽161的"["型硅钢片叠成，两端的头部162朝 向换热体ll的方向，而感应线圈13及绝缘层12位于凹槽161内，从而能 防止磁外散，避免磁污染，感应线圈13与导磁体16间通过绝缘物相互绝缘。 如图7、 8所示，电磁式流体过热装置1还包括外壳体14和分别设于两 端进口法兰2和出口法兰3。外壳体14、进口法兰2和出口法兰3采用不导 磁的金属材质制成，例如奥氏体不锈钢材料，以避免受到磁场的不利影响。 外壳体14包覆在感应线圈13外部且与感应线圈13之间非接触式绝缘，当 然外壳体14不是必须的，还可以根据现场具体空间单独定制能包覆住感应 线圈的外保护罩，既能保护内部构件，也使感应线圈13避免与外界短路漏 电。设置进口法兰2和出口法兰3便于将电磁式流体过热装置1连接于蒸汽 输送网中。感应线圈13与进出口法兰2、 3之间由绝缘物支撑绝缘连接，导 磁体16与进出口法兰2、 3之间采用螺丝绝缘把合连接，外壳体14与进出 口法兰2、 3之间采用螺丝把合连接或铆接。其中进口法兰2与换热体11间 采用焊接连接，保证了结构的整体刚度与密封；出口法兰3与换热体11采 用螺纹31和耐高温高压的金属密封垫圈32密封连接，保证了整个电磁式流 体过热装置1的可拆装性，在进行内部维修时可以将该出口法兰3拆卸下来， 再依次卸下内部构件；当然也可以使进口法兰2采用螺纹31和耐高温高压 的金属垫圈32密封连接，出口法兰3与换热体11焊接，效果是相同的，只是在内部维修时拆卸进口法兰2。另外进出口法兰2、 3也可以同时焊接在换热体ll的两端，强度较高；也可以均通过螺纹和金属垫圈和换热体ll密封连接。由进出口法兰2、 3和外壳体14，能使整个电磁式流体过热装置1构
成为蒸汽输送网中相对独立的可拆卸的一个模块化部件，体积小、相对结构简单、拆装使用方便，非常利于整个电磁式流体过热装置l在蒸汽输送网中的安装和拆卸，能适应于各种现有的蒸汽输送网中，来改造现有蒸汽过热系统。
如图7所示，还可以在进口法兰2处设有温度监测元件21 (例如测温热电偶)、流量计22和压力计23，以用于测定采集通入饱和蒸汽的温度、流量和压力的信号；在出口法兰3处设有过热蒸汽温度监测元件33 (例如测温热电偶)，在换热体ll上连接温度监测元件lll，以用于监测采集换热体的温度信号。
如图9所示，该第二种电磁式流体过热装置1的装配步骤是首先将制造好的换热体11垂直放置与装配平台上，在换热体11外表面缠绕绝热纤维层构成绝热层15，缠实压紧；在绝热层15外围继续包裹绝缘层12，缠实压紧；在绝缘层12外围套装水冷式的感应线圈13，将感应线圈13绕匀并用绝缘棒131将感应线圈13的匝与匝间固定；而后，安装密封垫圈、出口法兰3(不用上到位)，吊起已组的组件，安装到进口法兰2上焊合，上紧出口法兰3，安装导磁体16使其与进出口法兰2、 3由螺固件把合固定，安装外壳体14，将感应线圈13的电源接口对准外壳体14的进出线口，电源接口与短网连接，最后安装监测热电偶、流量表22、压力表23，即完成组装。
实施方式2
如图IO所示，该实施方式是对实施方式1的进一步改进，使实施方式1
中任意一种结构的电磁式流体过热装置1在通入流体的上游管路上串接一个过滤器73，以用来将水中的杂质及盐分去除，从而对通入的水的纯度要求就会降低，水源可采用工业余热预热过、经净化处理去除沉淀物杂质的工业水或地下水，可以直接通入工业水或地下水来制备饱和蒸汽。
该实施方式中，在电磁式流体过热装置1的流体入口一侧的管路上依次
串接进水管71、进水阀门72、过滤器73、洁净水出水管74、加压泵75、洁净水进水管76、洁净水阀门761和饱和蒸汽管路77。工作过程是使工业水或地下水依箭头Fl流入过滤器73，工业水或地下水经过滤器73过滤，水中的矿物盐、含盐浓盐水依箭头F2由浓盐水出口 731进入相应的处理系统而被去除，经过滤器73处理过的洁净水依箭头F3经加压泵75、洁净水阀门761按照要求流量进入电磁式流体过热装置l，经与换热体11换热生成饱和蒸汽，饱和蒸汽依箭头F4经饱和蒸汽管路77输送至相应的应用场合。
在此说明一下，在图9中绘示的是换热体11为一体铸造成型的电磁式流体过热装置1，但显然实施方式1中换热体11由钢管架111和铸造部112组合而成的电磁式流体过热装置1也可以应用在这个实施方式中，不再提供图式。
实施方式3
如图11所示，该实施方式最大的不同之处是包括两个电磁式流体过热装置1， 二者通过管路串联联接，在流体入口一侧的电磁式流体过热装置1的上游管路上串接一个过滤器73，在该过滤器73和该相邻的电磁式流体过热装置1之间设有加压泵和阀门。该实施方式可由过滤器73将水中的杂质及盐分去除，直接以工作水或地下水作为通入的流体，由第一个电磁式流体过热装置1当做蒸汽发生器制取饱和蒸汽，再使由第一个电磁式流体过热装置1制取的饱和蒸汽通入第二个电磁式流体过热装置l，来制取过热蒸汽。
该实施方式的串联管路上依序包括相连接的进水管71、进水阀门72、过滤器73、诘净水出水管74、加压泵75、洁净水进水管76、洁净水阀门761、作为蒸汽发生器701的第一个电磁式流体过热装置1、饱和蒸汽管路77、作为蒸汽过热器702的第二个电磁式流体过热装置1、过热蒸汽阀门78和过热蒸汽输出管路79。该实施方式中，同样可以直接输入工业水或地下水作为流体对其进行过热加工，由第一个电磁式流体过热装置1当做蒸汽发生器701制取出饱和蒸汽，再使由第一个电磁式流体过热装置1制取的饱和蒸汽通入下一个作为蒸汽过热器702的电磁式流体过热装置1，从而可制取出过热蒸汽。
工作过程是打开过滤器73的进水阀门72，启动加压泵75使蒸汽发生器701进水口压力预加压至饱和蒸汽平衡压力，同时启动蒸汽发生器701、蒸汽过热器702使其换热体11温度分别达到正常生产过热蒸汽过热所需温度后，打开蒸汽发生器701进口阀门，调节到所需蒸汽用水量的流量。水源同样可采用工业余热预热过、经净化处理去除沉淀物杂质的工业水或地下水，使工业水或地下水依箭头F1流入过滤器73，工业水或地下水经过滤器73过滤，水中的矿物盐、含盐浓盐水依箭头F2由浓盐水出口 731进入相应的处理系统而被去除，经过滤器73处理过的洁净水依箭头F3经加压泵75、洁净水阀门761按照要求流量进入蒸汽发生器701，经与换热体11换热生成饱和蒸汽，饱和蒸汽依箭头F4经饱和蒸汽管路77进入蒸汽过热器702，经过热的过热蒸汽依箭头F5经管路输送至相应的应用场合。
在此说明一下，在图10中绘示的是换热体11为一体铸造成型的电磁式流体过热装置1，但显然实施方式1中换热体11由钢管架111和铸造部112组合而成的电磁式流体过热装置1也可以应用在这个实施方式中，不再提供图式。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，不能以此限定本实用新型实施的范围，任何他人使电磁式流体过热装置的换热体，由钢管架及与其铸造在一起的铸造部构成，都应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种电磁式流体过热装置，其特征在于，所述电磁式流体过热装置包括换热体，所述换热体设有多个沿换热体轴向延伸的透孔，所述换热体由钢管架和与钢管架铸造在一起的铸造部组成，所述钢管架包括一个以上的网孔架和固定在网孔架上的多根钢管，各个钢管的内孔构成所述各个透孔，所述铸造部位于各个钢管的外围，所述铸造部由具有导磁、导电、导热性的金属材料制成；感应线圈，绕设于换热体外围；以及绝缘层，设于所述换热体和所述感应线圈之间。
2. 如权利要求1所述的电磁式流体过热装置，其特征在于，所述钢管 架包括两个网孔架，所述两个网孔架位于换热体的两端，且分别设有多个通 孔，两个网孔架上的通孔一一对应，所述各个钢管的两端分别焊接在两个网 孔架上对应的两个通孔内而构成所述钢管架。
3. 如权利要求1所述的电磁式流体过热装置，其特征在于，所述各个 钢管在两个网孔架之间的径向平面内均匀分布，且各个钢管的内孔的直径为 10 30nrai。
4. 如权利要求1所述的电磁式流体过热装置，其特征在于，所述具有 导磁、导电、导热性的金属材料为铁素体不锈钢、铸铁、碳钢或合金钢。
5. 如权利要求1所述的电磁式流体过热装置，其特征在于，所述电磁 式流体过热装置还包括绝热层和导磁体；所述绝热层设于换热体外围和绝缘 层之间，所述导磁体圆周布置在感应线圈外围；所述导磁体包括5 20个导 磁组件，在感应线圈外围均匀布置，每个导磁组件由多片两端具有头部、中 间具有凹槽的"["型硅钢片叠成，两端的头部朝向换热体方向，感应线圈及绝缘层位于凹槽内。
6. 如权利要求5所述的电磁式流体过热装置，其特征在于，在所述导磁体外围设置有外壳体，在外壳体的两端分别设有进口法兰和出口法兰，所 述进、出口法兰和外壳体采用不导磁的金属材料制成。
7. 如权利要求6所述的电磁式流体过热装置，其特征在于，所述进口 法兰和出口法兰两者当中的一者与换热体间焊接连接，另一者通过螺纹和金 属垫圈与换 >热体密封连接；或者二者均与换热体焊接连接；或者二者均通过 螺纹和金属垫圈与换热体密封连接。
8. 如权利要求1 7中任意一项所述的电磁式流体过热装置，其特征在 于，所述电磁式流体过热装置的流体入口一侧通过管路串接一个过滤器，在 该过滤器和该电磁式流体过热装置之间设有加压泵和阀门。
9. 如权利要求1 7中任意一项所述的电磁式流体过热装置，其特征在 于，所述电磁式流体过热装置包括两个且通过管路串联联接，在流体入口一 侧的电磁式流体过热装置的上游管路上串接一个过滤器，在该过滤器和该相 邻的电磁式流体过热装置之间设有加压泵和阀门。
10. —种电磁式流体过热装置的换热体，其特征在于，所述换热体设有 多个沿换热体轴向延伸的透孔，所述换热体由钢管架和与钢管架铸造在一起 的铸造部组成，所述钢管架包括一个以上的网孔架和固定在网孔架上的多根 钢管，各个钢管的内孔构成所述各个透孔，所述铸造部分布于各个钢管的外 围，所述铸造部由具有导磁、导电、导热性的金属材料制成。
专利摘要一种电磁式流体过热装置，包括换热体，所述换热体设有多个沿换热体轴向延伸的透孔，所述换热体由钢管架和与钢管架铸造在一起的铸造部组成，所述钢管架包括一个以上的网孔架和固定在网孔架上的多根钢管，各个钢管的内孔构成所述各个透孔，所述铸造部位于各个钢管的外围，所述铸造部由具有导磁、导电、导热性的金属材料制成；感应线圈，绕设于换热体外围；以及绝缘层，设于所述换热体和所述感应线圈之间。本实用新型的电磁式流体过热装置既能直接通入水来制备饱和蒸汽，也能够通入饱和蒸汽来制备过热蒸汽，具有一机多用的功效，并且换热体铸造成型简便。本实用新型还提供了一种前述电磁式流体过热装置的换热体，铸造成型简便。
文档编号F22G1/16GK201429066SQ20092010762
公开日2010年3月24日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者周守航, 张西鹏, 李永红, 杨源满, 王丹民, 王永涛, 陈克明, 韩庆礼, 黄衍林 申请人:中冶京诚工程技术有限公司