专利名称：流动液体电感应加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流动液体感应加热器，属于原油或水加热设备领域，可用于油田采油树及输油干线原油的集、输加热，也可取替油田、炼厂的油水加热炉。其不仅具有电热转换效率高、便于管理，易实施自动控制等优点。而且在正常电压下油田、炼厂的应用有明显的经济效益。也可作为家庭淋浴使用，能做到随时送电随时有热水可以洗澡，并电热转换效率高、体积小、使用寿命长等优点是理想的家庭淋浴设备。
目前国内油田采油树及输油干线原油的集、输加热，主要采用燃料物理燃烧或电阻加热，燃料的物理燃烧会产生大量污染环境的气体，在操作中又极为繁琐且易发生事故。电阻加热的热效率较低(约在50％左右)，又容易损坏(电阻加热存在使用寿命问题，约在6000小时左右)。同时在家用淋浴热水器市场也多采用以上两种方式，现市场上的电阻式家用淋浴热水器在使用前需加热的时间较长，虽保温效果较好，但在不使用的情况下也存在热损耗。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种流动液体感应加热器，是在流动液体(原油或水)的管段上绕有紧密的螺线圈，利用螺线圈内部磁场是均强磁场的原理，在均强磁场内设置不同管径组合并形成闭合磁路的点感应加热器。其不仅增大了管内流动液体的加热面积(与电阻加热器相比)，而且减少了热量在流动液体的传送距离，使被加热液体能迅速吸收点感应加热器放出的热量。根据不同介质不同流速设计不同类型的电感应加热器，使之电热转换效率可达97％以上，其与一般电阻式电热器相比具有以下优点1、使用寿命长所谓电感应加热器，乃是在输油、输水绕有螺线圈管段上的螺线圈内通过工频电流，变化的电流在绕有螺线圈管的管壁上生成涡流，通过管线电阻把电能转换成热能的。其使用寿命是无限的，只要线圈结构合理，导线电流密度及绝缘强度适宜，其连续运行时间不少于20年。
2、升温快损耗小由于换热面积及传热距离的保证，流动液体只要通过电感应加热器就可以达到预计设计的温度，良好的保温措施，使与线圈接触外层管段及线圈发出热量的97％以上传递给管内流动的液体，无功补偿后电感应加热器的cosΦ＝1又避免了输电线上无功的损耗，使设备的损耗降到最小。
3、有防垢功能电感应加热器用以加热流动的高含水原油或水时，由于电感应加热器的散热面积大，电热管向流动液体传送热量的距离短，均有效限制了管内壁附近温度的升高，从而缓解了碳酸钙在电热管壁上的生成速度，管壁上的磁场限制了其电子热逸出所形成的电位，夹杂在极性分子水中的离子也不会从水中分离出来吸附在电热管的内壁上，故于一般电热器相比其有减缓结垢提高感应加热器热效率的功能。
4、恒温输送节约能源电感应加热器用以加热流动的原油时(特别是产量变化的油井或输油干线)，其供电电压采用一组可控硅交流开关控制，其导通角受输出原油温度的调节。装于电感应加热器出口上的温控器能自动调节可控硅交流开关的导通角，当外输原油温度降低时增大可控硅交流开关的导通角，反之则减小可控硅交流开关的导通角，使感应加热器外输原油的温度始终在设定温度下运行(±5℃)，这对油田井口集油管加热、输油管干线加热有明显的经济效益。
5、流动液体电感应加热器用以加热水做为家庭淋浴使用时，为了防止无触点(可控硅)交流开关产生高次谐波影响家电的正常运行，电感应加热器设有两个功率档满足冬、夏两季来水温度的变化，同时用单位时间通过水量的变化调节洗澡温度。
工频感应加热器的计算方法流动液体电感应加热器的设计分两部进行，首先根据负载要求确定电感应加热管段单位面积上的功率P0(W/cm2)，并从单位面积功率P0余单位安匝(IW0)曲线P0＝P(IW0)选取电感应管段的单位安匝数IW0并确定感应管段的高度及电感应加热器的视在电流，计算出感应管上的线圈匝数。
1、根据实验所得曲线P0＝p(IW0)，有如下特性。
①特性曲线P0＝p(IW0)，P0为感应管段为100℃下单位面积的有功功率。
②工频感应加热器的功率因数cosΦ＝0.7左右。
③流动液体感应加热器，约电热转换效率在97％以上。
④感应加热器t＝100℃时的值，若流动液体感应加热器感应热管的最终温度为其它值，则曲线的数值需根据我们提供的公式进行换算。
2、流动液体感应加热器的线圈里通过的电流，包括有功电流和无功电流两部，两部分电流的向量和为视在电流。
3、流动液体感应加热器感应管段的高度和流动液体感应加热器线圈匝数应根据我们提供的公式确定。
当流动液体感应加热器线圈匝数确定后，根据选取P0值确定的管段的单位安匝数，从导磁系数μ与单位安匝数关系曲线上，确定其导磁系数。根据确定的导磁系数μ计算涡流的浸透深度、涡流电阻、电压等进行涡流功率的校算，借以确定感应加热器的线圈的磁路设计的合理性。
1、根据流动液体感应加热器设计选取确定的管段上的单位安匝数，从导磁系数与单位安匝数关系，确定感应管段导磁系数，利用提供的公式计算感应电流的浸透深度。
2、根据我们提供的公式和曲线，计算感应管道通过涡流的管线电阻，即涡流电阻。
3、计算感应管段上的涡流电压电感应加热器接通交流电源时通过感应管壁的磁通是交变得，按电磁感应定律在感应导管壁的每一层都有涡流，每层电流产生的磁场都通过内部，所以感应管段的内部磁场受到很大的削弱，或基本消失，故感应导管壁上的磁场和涡流一样只集中在涡流渗透的范围内，于是每层管的涡流电压可计算。
4、计算感应管段发出的涡流功率P，计算涡流功率与设计功率的误差在10％左右，在感应加热器供电电压不便的情况下，通过调节感应加热器线圈的抽头使之达到设计功率后，确定感应加热器的一次匝数，整个设计过程结束。
感应加热器闭合回路的设计。
感应加热器感应管段设计应注意两个问题其一感应管段的磁路必须闭合，否则根据P0查得的IW0及μ均无设计指导意义。其二油、水的传热系数比较小，预在瞬时时间内升高温度几十度，就必许增大与感应管段的换热面积。如果采用单根感应管段，在感应功率不变的的情况下增加感应线圈的匝数不经济。如果采用感应管段并联的结构，不仅可以减少感应线圈的匝数降低成本而且可以减少热量在流动液体种的传送距离，防止未充分获得热量的液体流出感应加热器。因此流动液体感应加热器的感应管采用大管套小管式的磁路并联结构，感应管段的磁路结构如图1所示。
图1是本发明感应管段磁路设计的最佳实施方式。
图2动液体感应加热器的功等于或大于10kw时的实施方式。
图3动液体感应加热器的功率等于或小于5kw时的实施方式。
1、如图1，该感应管段由直径逐次减小的三段钢管构成，为了确保三段钢管在螺线圈内均发出应有的热量，各钢管之间必须有良好的磁路连接。管1为最内管，在其两端部均固定4块按要求制作的工程钢板，要求每块钢板对管1有良好的连接，有畅通的磁路。管3为最外层钢管，在其两端部均匀的镗出四个标准的开口。开口应保持横平竖直且在开口的每个面加工精度V以上，相应钢管上的固定钢板有由准确的定位及良好的金属接触，并焊接固定。在最内、最外侧中间钢管的两个端即应镗出开口又应焊接钢板，以便感应段磁路的连接。
2、如果流动液体感应加热器的功等于或大于10kw，应采用三相供电方式。此时感应管段也分三条支路，每条支路输出总功率的1/3。其磁路结构见图2，将感应柱上的三支感应线圈接成Y形，当通以工频三相电源时，每支感应管段分别承受a、b、c三相交流电压，产生相位互差120度的变化磁通且Σφ＝0。只要感应管段两端部的法兰片，把三只感应段的磁路很好的连接起来，每只感应管段就会发出设计功率。
3、如流动液体感应加热器的功率等于或小于5kw，只采用单项供电方式。把一条感应管分成两段，其磁路结构见图3，即把一根感应管分成两段，由两端的扁钢或法兰片把磁路闭合起来。
权利要求
1.流动液体电感应加热器，是利用螺线圈内部磁场是均强磁场的原理，其特征各感应管段的磁路必须闭合。根据不同介质不同流速设计不同类型的电感应加热器，同时，由于油、水的传热系数较小，预在瞬时时间升高温度几十度，就必须增大感应管的换热面积。如采用单根感应管段，在感应功率不变的情况下，增加线圈的匝数不经济，如果采用感应管段并联结构，便可解决上述问题。
2.按照权利要求1所述的流动液体电感应加热器其特征在于，恒温输送节约能源，在电感应加热器用以加热(特别是流量变化的情况下)流动的液体时，其供电电压采用一组可控硅交流开关控制，其导通角受输出流动液体温度的调节。装于电感应加热器出口上的温控器能自动调节可控硅交流开关的导通角，可使感应加热器外输液体的温度始终在设定温度下运行(原油在±5℃之间，水的温度能达到更好的效果)。
3.按照权利要求1所述的流动液体电感应加热器其特征在于，该感应管段由直径逐次减小的三段钢管构成，为了确保三段钢管在螺线圈内均发出应有的热量，各钢管之间必须有良好的磁路连接。
4.按照权利要求1所述的流动液体电感应加热器功率等于或大于10kw时，其特征在于采用三相供电方式。此时感应管段也分三条支路，每条支路输出总功率的1/3。同时，将感应柱上的三支感应线圈接成Y形，并把感应段的磁路很好的连接起来。
5.按照权利要求1所述的流动液体电感应加热器的功率等于或小于5kw时，其特征在于只采用单项供电方式，把一条感应管分成两段。并把磁路很好的闭合起来。
6.按照权利要求1所述，任何一项所述的流动液体电感应加热器其特征在于上述在流动液体(原油或水)的管段上绕有紧密的螺线圈，利用螺线圈内部磁场是均强磁场的原理，在均强磁场内设置不同管径组合并形成闭合磁路的点感应加热器。
全文摘要
一种流动液体感应加热器，分别由直径逐次减小的三段钢管构成，为了确保三段钢管在螺线圈内均发出应有的热量，各钢管之间必须有良好的磁路连接。管1为最内管，在其两端部均固定4块按要求制作的工程钢板，要求每块钢板对管1有良好的连接，有畅通的磁路。管3为最外层钢管，在其两端部均匀的镗出四个标准的开口。开口应保持横平竖直且在开口的每个面加工精度▽以上，相应钢管上的固定钢板有由准确的定位及良好的金属接触，并焊接固定。在最内、最外侧中间钢管的两个端即应镗出开口又应焊接钢板，以便感应段磁路的连接。
文档编号F24H1/12GK1465932SQ0212132
公开日2004年1月7日 申请日期2002年6月14日 优先权日2002年6月14日
发明者祁志刚, 祁季和 申请人:祁志刚, 祁季和