星形-星形式三相感应热反应器的制作方法

本发明涉及一种星形-星形式三相感应热反应器，属于化工、食品和环境技术领域。

背景技术：

磁导率，是表征磁介质磁性的物理量；表示在空间或在磁芯材料中的线圈流过电流后，产生磁通的阻力或是其在磁场中导通磁力线的能力。而具有磁导率的物质置于交变磁场中时会对交变磁场产生响应，出现感应电流，进而出现热效应，称为涡流效应。

根据上述原理可知，利用涡流效应实现对物质进行加热的前提即物质具有磁导率；而对于磁导率接近于零的物质，比如液态样品，目前无法直接利用涡流效应进行电加热处理，此时需要采用其他电场加热处理方式，比如欧姆加热的方式。

而在化工、食品和环境领域中，需要处理的液体还具有一定的酸碱腐蚀性，若是通过上述欧姆加热处理，即采用金属极板来发热，会造成样品的金属污染问题。

技术实现要素：

为了在利用涡流效应实现对具有低磁导率(磁导率接近于零)的液体进行加热的同时避免出现液体被极板电化学腐蚀而污染的问题，本发明提供一种流路结构简单的星形-星形式三相感应热反应器，利用三相三柱磁路中的交变磁通对基于三相电路结构的连续流低磁导率物料或反应介质进行激励，让其快速生热；该星形-星形式三相感应热反应器具有单一的进样口和出样口，反应腔室持液量大，在相同的进样流量下，具有较高的处理量。

本发明的第一个目的在于提供星形-星形式三相感应热反应器，包括：三柱磁路、励磁线圈、磁耦合管、反应腔室；

其中，进样口和出样口设置于磁耦合管组或反应腔室组的联结交汇口，保证各支路的连续流物料或反应介质在反应腔室的停留时间相等；

三柱磁路由导磁材料构成，励磁线圈缠绕于三柱磁路上；

三个磁耦合管为一组，呈星形联结，每组磁耦合管分别缠绕于三柱磁路的三根铁芯柱上；

三个反应腔室为一组，呈星形联结；

所述星形-星形式三相感应热反应器包括至少一组磁耦合管、至少一组反应腔室；磁耦合管组与反应腔室组连接。

在一种实施方式中，电源对励磁线圈施加三相电压后，三柱磁路中每个铁芯柱承载的总磁通量范围为0-10wb，三柱磁路材料的初始磁导率为800-90000。

在一种实施方式中，反应腔室和磁耦合管为反应介质流动的支撑物且具有电绝缘性，反应腔室内径小于磁耦合管内径。

在一种实施方式中，反应腔室截面积与磁耦合管的截面积之比为1:1.3～1:50。

在一种实施方式中，进样口位于磁耦合管组的联结交汇口；出样口位于反应腔室组的联结交汇口，此时每个反应腔室两端的瞬时感应电压极性相反，三柱磁路中的交变磁场可引发磁耦合管中的低磁导率传导性物料或反应介质产生出有效的电势差，反应腔室中的物料或反应介质的感应电流密度为1-120a/cm²，以导致样品迅速生热。

在一种实施方式中，物料或反应介质的电导率在0.1-40s/m范围。

在一种实施方式中，感应电流回路仅存在于磁耦合管和反应腔室之间，进样口和出样口无漏电，安全。

本发明的第二个目的在于提供一种加热装置，所述加热装置采用上述星形-星形式三相感应热反应器，所述加热装置对电导率在0.1-40s/m范围内的物质进行加热。

在一种实施方式中，所述物质为可流动物质。

本发明的第三个目的在于提供上述星形-星形式三相感应热反应器和/或上述加热装置在化工、食品和环境领域中的应用。

本发明提供的星形-星形式三相感应热反应器，其核心参数为三柱磁路的导磁材料初始磁导率和能承载的总磁通量φ，其中的总磁通量φ等于三柱磁路中每个铁芯柱的磁通密度b和三柱磁路中每个铁芯柱的有效导磁面积s之积，即φ＝bs。励磁线圈和磁耦合管间的电压比例遵循法拉第电磁感应原理。同时，反应腔室中的物料或反应介质阻抗z可采用阻抗分析仪进行测试，以便根据欧姆定律推算其感应电流密度j，即i＝u/z，j＝i/s，其中u—反应腔室两端的感应电压即有效电势差；i—反应腔室中的感应电流强度；s—反应腔室的截面积。该星形-星形式三相感应热反应器可进行模块化的串联，以提高对连续流物料或反应介质的加工效率。

本发明有益效果

本发明提供的星形-星形式三相感应热反应器基于电力系统的运行规律设计，采用三相三柱的铁芯磁路作为交变磁场通路。其中，三个磁耦合管和三个反应腔室各自之间均呈现为三相电路的星形联结，使得反应腔室中的电导性物料或反应介质会产生出更高的有效电势差，该有效电势差来源于三相电路的线电压，其值为正常相电压的倍，进而导致料液或反应介质的温升效率更高。因此，利用本发明涉及的三相感应热反应器处理样品可避免传统欧姆加热中出现的不良问题，同时在无任何外部热源或辐射，无外电极的作用下，对电导性物料或反应介质进行高效加热。进一步的，该星形-星形式三相感应热反应器具有单一的进样口和出样口，流路结构简单，反应腔室持液量大，在相同的进样流量下，具有较高的处理量。

本发明工作原理

三相感应热反应器的原理是利用三柱磁路中的交变磁场并结合电力系统的运行规律使物料或反应介质中的磁致电势差和感应电流放大，使其快速生热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为星形-星形式感应热反应器i的示意图；

图2为三相电路结构的星形-星形连接形式示意图；

其中，星形-星形式三相感应热反应器i；101-三柱磁路；102-励磁线圈；103-磁耦合管组(呈星形联结)；104-反应腔室组(呈星形联结)；201-进样口；202-出样口。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本申请发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

实施例1

星形-星形式三相感应热反应器i，如图1所示，包括三柱磁路101，励磁线圈102，磁耦合管组103，反应腔室组104；其中磁耦合管组103呈星形联结；反应腔室组104也呈星形联结；进样口201和出样口202设置于磁耦合管组103或反应腔室组104的联结交汇口，本实施例以进样口201位于磁耦合管组103的联结交汇口、出样口202位于反应腔室组104的联结交汇口为例进行说明；

励磁线圈102缠绕于三柱磁路101的每个铁芯柱上，每个铁芯柱上的励磁线圈102的匝数均为6匝，采用三相电源对励磁线圈102施加500v的均值电压，则三柱磁路101中每个铁芯柱的磁通量为0.06wb，此时，三柱磁路101的导磁材料为冷轧硅钢，初始相对磁导率为1000，工作时的磁通密度为1.2t。

三柱磁路101中每个铁芯柱的有效导磁截面积均为0.05m²；三个星形联结的磁耦合管构成磁耦合管组103并缠绕于三柱磁路101的每个铁芯柱上，每个磁耦合管的匝数为36匝；

三个反应腔室构成一个基于星形联结的反应腔室组104，三个磁耦合管构成一个基于星形联结的磁耦合管组103，磁耦合管组103和反应腔室组104作为连续流动的反应介质的支撑物；

如图2所示，磁耦合管组103与反应腔室组104的连接呈现基于三相电路结构的星形-星形连接形式；每个反应腔室的截面积为0.36cm²，每个磁耦合管的截面积为1cm²，当电导率为2.35s/m的反应介质(比如25℃，0.2％hcl和0.3％na2co3)泵送并流通反应腔室组104时，每个反应腔室两端的有效电势差为5142v，反应腔室组104中的每个反应腔室长度为20cm，当反应介质充满每个反应腔室时则阻抗为2000ω，感应电流为2.57a，感应电流密度为7.14a/cm²。

反应介质的进样口201位于磁耦合管组103的星形联结交汇处，而反应介质的出样口202位于反应腔室组104的星形联结交汇处。当进样流量为3ml/min时，各支路反应介质流过每个反应腔室的保留时间均为7.2min，通过红外热像仪测试，室温25℃的反应介质在连续通过三相感应热反应器ⅰ后，流出的反应介质温度上升为98.5℃。

实施例2

星形-星形式三相感应热反应器i，如图1所示，包括三柱磁路101，励磁线圈102，磁耦合管组103，反应腔室组104；其中磁耦合管组103呈星形联结；反应腔室组104也呈星形联结。

励磁线圈102缠绕于三柱磁路101的每个铁芯柱上，每个铁芯柱上的励磁线圈102的匝数均为12匝，采用三相电源对励磁线圈102施加2000v的均值电压，则三柱磁路101中每个铁芯柱的磁通量为0.12wb，此时，三柱磁路101的导磁材料为钴基非晶，初始相对磁导率为35000，工作时的磁通密度为0.8t，三柱磁路101中每个铁芯柱的有效导磁截面积均为0.15m²；三个星形联结的磁耦合管构成磁耦合管组103并缠绕于三柱磁路101的每个铁芯柱上，每个磁耦合管的匝数为48匝；三个反应腔室构成一个基于星形联结的反应腔室组104，磁耦合管组103和反应腔室组104作为连续流动的反应介质的支撑物，进一步，磁耦合管组103与反应腔室组104呈现基于三相电路结构的星形-星形连接形式，见图2；每个反应腔室的截面积为0.16cm²，每个磁耦合管的截面积为2.3cm²，当电导率为3.47s/m的反应介质(25℃，0.6％naoh和0.2％kcl)泵送并流通反应腔室组104时，每个反应腔室两端的有效电势差为13736v，反应腔室104的每个反应腔室长度为10cm，当反应介质充满每个反应腔室时则阻抗为1600ω，感应电流为8.58a，感应电流密度为53.65a/cm²；反应介质的进样口201位于磁耦合管组103的星形联结交汇处，而反应介质的出样口202位于反应腔室组104的星形联结交汇处。当进样流量为2.4ml/min时，各支路反应介质流过每个反应腔室的保留时间均为2min，通过红外热像仪测试，室温25℃的反应介质在连续通过三相感应热反应器ⅰ后，流出的反应介质温度上升为96.8℃。

本发明提供的星形-星形式三相感应热反应器基于电力系统的运行规律设计，采用三相三柱的铁芯磁路作为交变磁场通路。其中，三个磁耦合管和三个反应腔室各自之间都呈现为三相电路的星形联结，使得反应腔室中的电导性物料或反应介质产生出更高的有效电势差，该有效电势差来源于三相电路的线电压，其值为正常相电压的倍，进而导致料液或反应介质的温升效率更高。因此，利用本发明涉及的星形-星形式三相感应热反应器处理样品可避免传统欧姆加热中出现的不良问题，同时在无任何外部热源或辐射，无外电极的作用下，对样品进行高效加热，且该星形-星形式三相感应热反应器具有单一的进样口和出样口，反应腔室持液量大，在相同的进样流量下，具有较高的处理量。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。