专利名称：超/变频电磁感应锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超/变频电磁感应技术在锅炉上的应用技术，尤其涉及 一种采用电能的超/变频电磁感应锅炉。
背景技术：
感应加热是电加热的一种最佳形式，它具有加热速度快、热效率高和无空 气污染等优点，广泛应用于金属冶炼、金属表面热处理、金属的焊接、加热水 等领域。用于加热水的主要有工频感应加热、中频感应加热和高频感应加热。众所周知，工频感应加热是将220V (380V) 50Hz的工频电源直接输入感应线 圈，对置于其中的静止水进行加热，这种方法虽有价廉可靠的优点，但其频率 低且不可调整，因而其功率因数小，无功损耗大，效率低下而逐步被淘汰；高 频感应加热是由于其高频电流的透入深度小，趋肤效应太强，而就现有的电力 电子器件而言不能做成大功率的感应加热设备，因而做不成大功率的高频加热 水装置；中频感应加热在功率因数(96%)及频率(0. 4-8KHz)的选择等方面 比工频感应加热与高频感应加热有很大的进步，也能制出大功率的感应加热设 备，但其电源的输出功率受其频率的影响，随着频率的升高，其输出功率逐渐 减小，这是受作为中频电源的主控器件——晶闸管(SCR)在生产工艺及器件 性能方面的影响，为了实现频率不变增加输出功率，设计了各种特殊的逆变电 路来满足要求，这些电路的特点是结构复杂但属于非实时性电路，既增加了制 造成本又不实用。而其工作频段在声波范围内，其工作时发出的中频啸叫声在 50dB以上，严重影响人们的休息，因此又不得不在锅炉房内设计隔音层，这样 又增加了投资。近年来，由于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等新型的全控器件的出现，以 其工作频带远宽于晶闸管(SCR)，因而可以采用简单的逆变电路实现超/变频 功率变换，更由于其电路简单，制造使用和维修都方便，因而它更具有发展前途。现有的采用电能的锅炉还有电热管及电热膜的，它们是经过介质热传导加 热的，加热效率低，功率因数在0.9以下，功率在几百千瓦以下，另外不能克 服漏电的危险。 发明内容本实用新型的目的是提供一种可接受宽工作频带电源且加热效率更高的超 /变频电磁感应的锅炉，其可以克服现有的感应加热方面的缺点，实现较大功 率的超/变频电磁感应加热。为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案一种超/变频电磁感应锅炉，包括带有进、出水口的炉体，所述的炉体由外罩及内置的水箱、磁热交换器组成；所述的水箱由相互连通的上、下回水缓冲水箱及中间桶体组合构成，上 回水缓冲水箱外通大气，下回水缓冲水箱下开口接排污管；所述的磁热交换器套设在中间桶体外，其至少含有相互连通的两径向层的 热交换室，磁热交换器外壁上带有绝缘层并套设感应线圈；所述的感应线圈最少为一层，其上、下接头与超/变频电源的输出端相连； 炉体的进水口开设在下回水缓冲水箱上，下回水缓冲水箱出水口通磁热交 换器的内层，炉体的出水口开设在磁热交换器外壁上。为使整体结构更稳固，所述的炉体外形结构呈上圆下方结构，其下回水缓 冲水箱制成内部中空的正方体，外罩水箱外罩。上回水缓冲水箱顶端呈椭圆封 头结构，在上回水缓冲水箱及中间桶体部分罩主体外罩。本实用新型结构设计的超/变频电磁感应锅炉以用于采暖用途为佳，亦可 用于饮水及洗浴用水的加热。 本实用新型的优点是1、 本实用新型的结构设计，使得其可配用由简单的逆变电路实现的超/变 频电磁感应技术，故而使得电磁感应锅炉的制造使用和维修都方便。2、 此种结构无红区加热，磁热交换器的温度在200°C，加热区低于部分燃 油温度，可直接加热导热油等；加热过程是静态加热，无化学生成物产生；热 效率高，可达98%以上。3、 由于可采用工作频率在超音频范围内的超/变频电磁感应技术，解决了 噪声对环境的污染。
以下结合附图及实施例对实用新型做进一步说明。
图l是本实用新型超/变频电磁感应锅炉一实施例结构示意图(主视图) 图1-a 是图1所示实施例相对应的俯视图图2 是本实用新型超/变频电磁感应锅炉另一实施例结构示意图(主视图) 图3 是感应线圈一实施例结构示意图(对应图1、图2中I部位置) 图4是感应线圈另一实施例结构示意图(对应图1、图2中I部位置) 图5 是超/变频电磁感应锅炉安装使用一实施例示意图具体实施方式
如图1、图卜a所示，本实用新型超/变频电磁感应锅炉主体结构是由外罩 4及内置的水箱、磁热交换器组成。所述的水箱由相互连通的上、下回水缓冲水箱ll、 2及中间桶体9组合构 成，上回水缓冲水箱ll经补水口 12外通大气，使锅炉本体在任何时间都与大 气相通，避免发生危险。下回水缓冲水箱2下开口接受排污阀控制通断的排污 管，排污管可通向排污地沟，使用户可定期清理锅炉内污垢。炉体的进水口 16 通入下回水缓冲水箱2，下回水缓冲水箱2的出水口 18经带有循环泵及阀门控 制的管路通到磁热交换器的内层8，炉体的出水口开设在磁热交换器外壁上。本实用新型下回水缓冲水箱2是由可焊接的Q235 (或不锈钢)组焊成的正 方形带圆角并有一定厚度的内部中空的长方体，上回水缓冲水箱11可以是国标椭圆封头，中间桶体9与上回水缓冲水箱11是焊接组件，它们与下回水缓冲水箱2之间可由国标法兰连接。所述的磁热交换器套设在中间桶体外，其至少含有相互连通的两径向层的热交换室(图1、图l-a中所示实施例中为两层内磁热交换组成的交换室7、8)。 磁热交换器外壁上带有云母或胶木加工而成的绝缘层5，并套设感应线圈6。 参见图2，还可在感应线圈6外套设外磁热交换器13，与感应线圈6空气 绝缘，上部与感应线圈内的磁热交换器连通，下部可通过水泵46 (参见图5) 与回水缓冲下水箱2相连。所述的感应线圈6是沿轴向360°螺旋层层叠加的电工铜或铝绕制的线圈， 横截面可制为实心(不通水，如图3所示)或空心(通水，如图4所示)的矩 形或正方形，外包有绝缘层。感应线圈上、下接头与炉体外设的超/变频电源 的输出端35相连(参见图5)。如采用空心通水的螺旋感应线圈，则在接超/变频电源输出端的同时，上接头通过绝缘头与上回水缓冲水箱11连通，下接 头通过绝缘头与阀门42、止回阀45、强制循环水泵47的出口连通，泵进口与下回水缓冲水箱连通。感应线圈与内套的磁热交换器应保持一定间隙，可根据功率的不同计算选 用合理的间隙。 一般间隙为l一20隱；所述的感应线圈与外磁热交换器的间隙 在10—50mm之间。感应线圈6的匝数由可由下列公式计算所得 f二l/(2兀7TT )其中f---通入感应线圈6的交流电的频率，HZ; L---感应线圈的电感，H;C_一超/变频电磁感应锅炉的谐振电容器，F;本实用新型超/变频电磁感应锅炉还可配设有检测水箱水位的检测装置10。水位检测装置与本实用新型超/变频电磁感应锅炉主体结构中的通大气孔构成水位检测通大气系统，可由现有技术实现，亦可根据锅炉的特点做新型的设计，以实现水位检测及补水，此处不详述。上回水缓冲水箱ll所通的大气孔直径(即补水口 12)是按不同容量的锅炉 根据公式Dd》20+88 Vl计算所得(其中，D,—开孔当量直径，mm; Q—常压锅 炉额定热功率，MW;)，这样可以使锅炉始终在安全状态下工作。本实用新型超/变频电磁感应锅炉除水位检测装置外，其它部分都装在由非 金属材料玻璃钢做成的锅炉外罩内，玻璃钢外罩内表面夹一层一定厚度的保温 绝热材料，用以阻止锅炉的热量损失。本实施例中的主体外罩4与下水箱外罩 3是由非金属材料玻璃钢分左右相同的两部分制作而成， 一是避免了磁场的外 漏，二是方便锅炉的组装与维修，同时还可以做成用户所需求的颜色。本实用新型的超/变频电磁感应技术在锅炉上的应用时，和磁热交换器进行 热交换的水的流量与流速根据不同功率进行优选，以达到其更高的热效率，流 速一般选1. 5—-3. 5米/秒。本实用新型如用于采暖锅炉用途时，在下回水缓冲水箱上还设有与系统相 连接的可控回水管路。上述各种所涉及的各实施例超/变频电磁感应锅炉应配置与其功率相匹配 的超/变频电源装置，超/变频电源装置属现有技术，此处不赘述。图5是本实用新型超/变频电磁感应锅炉安装使用示意图，图中虚线框内代 表锅炉实体部分，超/变频电源装置35设于炉体外。采用图1、图l-a、图3 所示实施例时(用于采暖功能)，超/变频电磁感应锅炉水路走向是系统水 经锅炉进水口 16进入锅炉下回水缓冲水箱2，由下回水缓冲水箱2的出水口 18经阀门41、锅炉热水循环泵46、止回阀48、出水调节阀53通过磁热交换 器进水口 17进入磁热交换器内室8，再进入与其连通的磁热交换器外室7，再 由磁热交换器的出水口 15经阀门55、止回阀50到供应的外采暖系统或蓄热水 箱，这样就完成了在超/变频电磁感应锅炉内的循环。本实用新型超/变频电磁感应锅炉的电源装置采用超/变频电源，全部覆盖 中频及高频无法达到的范围。如图5所示，本实用新型超/变频电磁感应锅炉的实施例中，超/变频电源35需要水冷却，不然就会烧毁变频元器件，使超/变频电磁感应锅炉无法正常 运行。冷却循环系统可以是冷却循环水箱28的冷却水经阀门29、冷却循环 水泵30、止回阀31、过滤器32、阀门33到超/变频电源35经冷却后流出，经 阀门36电磁阀37回到冷却循环水箱28，如需要补水，根据程序关闭电磁阀 37，打开电磁阀39进行补水，此时超/变频电磁感应锅炉将按照程序关闭加热， 等补水完毕无故障后超/变频电磁感应锅炉将重新开启进行加热。本实用新型的超/变频电磁感应技术是将超频电流通入感应线圈，并以磁感 应的形式将电能传给位于感应线圈内装有水的磁热交换器。本实用新型超/变频电磁感应锅炉的工作原理是属于铁磁芯变压器的一种 类型，感应线圈相当于变压器的初级绕组，而做为磁热交换器的壁体相当于变 压器的次级绕组(即铁芯负载)，当初级绕组中通过由超/变频电源逆变后的 超频电流时，作为铁芯的炉体就会在电磁场的作用和影响下，产生交变的磁力 线，致使炉体产生感应电势，并在垂直于感应线圈轴线的表面内引起感应电流 即涡流，变压器中涡流是有害的，但本锅炉恰恰是利用了这点。根据变压器的 互感应理论，在炉体中的感应电势的有效值是-E2=4.44fn Om (伏) (1)式(1)中E2—炉体的感应电势的有效值(伏)；f一感应线圈交流电的频率(赫兹)；ri2—磁热交换器的壁体。 这里ri2二l，因为金属只形成一个环；0^—交变磁通的最大值。 在这个感应电势E2的作用下，在炉体所形成的闭合回路中便有涡流通过，即I2=E2/ V (安) (2)式(2)中12—炉体中感应得涡电流(安)；R2—炉体所形成环中的电阻(欧)；X2—炉体所形成环中漏磁所决定的电抗(欧)。由式(2)可以看出炉体内所产生的涡电流的大小，与感应电势E2成正比 例，与炉体回路的阻抗成反比例。由于本锅炉的设计特点，X2可忽略不计，因 本锅炉的磁热交换器外壁能将漏磁完全吸收。因此当炉体确定后，其阻抗也就 确定下来，则炉体的发热与感应电势成正比，由式(1)可以推断，Ed又与f 及0, 这两参数有关。可当炉体功率确定后，其O,.也就确定了下来，这样E2仅 与f成正比。即欲获得所需的感应电势E2就必须增加电流的频率，来达到发 热效果的目的。可为了提高炉体的发热量，如果无限制地提高电流频率， 一则 受到电力电子元器件的限制更重要是趋肤效应太强，不利于热交换进行。本实 用新型恰到好处利用了这一点，使得磁热交换器产生出最大限度的热量，被经 过其内部高速流动的水带走，同时在磁热交换中高速流动的水分子也切割磁 场，水也就被磁化了。通过强磁场发生了磁化效应、电化学效应、表面涨力效 应等，使水中的化学成分改变了原来存在的位数、方位，水中的钙、镁等易结 垢的离子产生了物理性的变化，互相撞击，不规则运动方向的矿物体互相排斥， 不能结合聚集，因而没有了结垢的机遇。本实用新型超/变频电磁感应锅炉配用超(变)频电源，可克服现有感应加 热设备的许多不足，其工作频率在超音频范围内，解决了噪声对环境的污染。 因其工作频带宽，解决了其它电源功率输出与工作频率不能同步的问题。根据常规计算本实用新型超/变频电磁感应锅炉的热功率按公式计算其中Q—发热量(焦耳)I一炉体中感应的涡电流(安)R —炉体所形成环中的电阻(欧)t一通电时间(s)。
权利要求1. 一种超/变频电磁感应锅炉，包括带有进、出水口的炉体，所述的炉体由外罩及内置的水箱、磁热交换器组成；其特征在于所述的水箱由相互连通的上、下回水缓冲水箱及中间桶体组合构成，上回水缓冲水箱外通大气，下回水缓冲水箱下开口接排污管；所述的磁热交换器套设在中间桶体外，其至少含有相互连通的两纵向层的热交换室，磁热交换器外壁上带有绝缘层并套设感应线圈；所述的感应线圈数量最少为一头线圈，最少缠绕一层，其上、下接头与超/变频电源的输出端相连；炉体的进水口开设在下回水缓冲水箱上，下回水缓冲水箱出水口通磁热交换器的内层，炉体的出水口开设在磁热交换器外壁上。
2、 根据权利要求1所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于在感应线 圈外还套有外磁热交换器，与感应线圈空气绝缘，匕部与感应线圈的内磁热交 换器连通，下部通过水泵与下回水缓冲水箱连通。
3、 根据权利要求1或2所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于所述 的感应线圈为电工用铜或铝制做的轴向螺旋盘绕的感应线圈，其包有绝缘层， 横截面为实心或空心的矩形或正方形。
4、 根据权利要求3所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于所述的感 应线圈横截面为空心的矩形或正方形，其h、下接头在接超/变频电源输出端 的同时，上接头通过绝缘头与上回水缓冲水箱连通，下接头通过绝缘头；经阀 门、止回阀、强制循环水泵与下回水缓冲水箱连通。
5、 根据权利要求1或2所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于所述 的炉体外形结构呈上圆下方结构，其下回水缓冲水箱制成内部中空的长方体， 上回水缓冲水箱顶端呈椭圆封头结构，在上回水缓冲水箱及中间桶体部分罩主 体外罩，下回水缓冲水箱罩于下水箱外罩内。
6、 根据权利要求1或2所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于所述 的感应线圈与内套的磁热交换器的间隙在l一20mm之间。
7、 根据权利要求2所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于所述的感 应线圈与外磁热交换器的间隙在10—50mm之间。
8、 根据权利要求1或2所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于还配 设有检测水箱水位的检测装置。
9、根据权利要求1或2.所述的超/变频电磁感应锅炉，其特征在于所述 的主体外罩及下水箱外罩由非金属材料玻璃钢制成，各玻璃钢外罩内表面夹一 保温绝热材料层，并分别由两分体部分合成整体。
专利摘要本实用新型公开了一种超/变频电磁感应锅炉，包括带有进、出水口的炉体，所述的炉体由外罩及内置的水箱、磁热交换器组成；水箱由相互连通的上、下回水缓冲水箱及中间桶体组合构成，上回水缓冲水箱外通大气，下回水缓冲水箱下开口接排污管；磁热交换器套设在中间桶体外，其至少含有相互连通的两纵向层的热交换室，磁热交换器外壁上带有绝缘层并套设感应线圈；感应线圈最少为一层，其上、下接头与超/变频电源的输出端相连；炉体的进水口开设在下回水缓冲水箱上，下回水缓冲水箱出水口通磁热交换器的内层，炉体的出水口开设在磁热交换器外壁上。其可接受宽工作频带电源且加热效率更高。
文档编号F24H1/22GK201083435SQ20072016994
公开日2008年7月9日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者高宝爱 申请人:北京市华威锅炉有限责任公司