专利名称：新型变频感应加热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及民用电加热领域，特别涉及一种用于热水器和淋浴器 的新型变频感应加热装置。
背景技术：
目前，国产的热水器主要有天然气热水器，普通贮水式电热水器、太 阳能热水器等。天然气热水器因燃烧时会产生有毒气体影响环境，受"天 然气"条件的限制而不能大量推广，同时使用燃气热水器造成中毒事故常 每年都有发生。普通电热水器因耗电耗时，不能快速制热，以及温度主要 通过冷热水混合的原理进行，难以保证水温恒定。太阳能热水器有"靠天 吃饭"、受天气影响大，成本很高限制而不能普遍应用。目前占市场主流的 的热水器是贮水式电热水器。但也存在以下问题1.贮水式电热水器在使
用前要经过长时间的预热过程，在冬季使用一台80L的jt水式电热水器， 要等2个多小时，很浪费时间。2.如果预热了一贮水罐热水用不完又很浪 费，如果不够用又很麻烦，这样既费水、又费电、使用成本高。3.贮水罐 安装占用宝贵的室内空间。4.传统贮水式电热水器及即热式电热水器将水 置于内胆静止加热，容易形成水垢，且除垢所使用的工艺麻烦，费用较高， 其维护极不方便。目前市场上出现的利用感应原理进行加热取暖的热水器，
4因高频电流频率低、感应速度偏慢、加之成本高而不能量大面广的运用。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型公布了一种用于热水器和淋浴器的新 型变频感应加热装置。能达到安全环保、节能、快速、恒温、实用的目的。
为此，本实用新型采用如下技术方案 一种新型变频感应加热装置， 包括变频加热系统和水路循环管道，其特征在于，变频加热系统包括变频 主电路、缺相电路、控制电路、驱动电路，水路循环管道则包括进水管、 变频散热器、加热感应管、螺旋吸热管、温度传感器、出水管，进水管与 变频散热器连接，变频散热器将冷水分流分别送入加热管和螺旋吸热管， 最后螺旋吸热管内热水再流回加热管，加热管出口与温度传感器连接，最 后通过出水管将热水送出。
本实用新型采用成熟的目前国际前沿的电压电流软开关变频技术，进 一步提高振荡频率。利用其频率与加热管直径及管壁厚度的最佳配合，采
用较高频率25K-30KHZ感应其热效率更高的原理对内通水的特制加热管 快速加热，将感应圈通以高频电流对加热管内水产生高频磁场，激活水分 子、达到高效热传递，高频线圈及反馈控制约10s左右便将水温控制在设 定范围，且误差《土2。 C。从而解决了电热转换效率低，热水温度波动大 的问题，且成本低，加热迅速。
图l为本实用新型系统结构图；图2为本实用新型中变频加热系统系统框图； 图3为本实用新型中加热感应管截面图； 图4为本实用新型原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做更详细说明。 参阅图l、图2、图4， 一种新型变频感应加热装置，包括变频加热系 统1和水路循环管道。变频加热系统包括变频主电路、缺相电路、控制电 路、驱动电路。水路循环管道则包括进水管2、变频散热器7、加热感应管 5、螺旋吸热管6、温度传感器4、出水管3，进水管与变频散热器连接， 变频散热器将冷水分流分别送入加热管和螺旋吸热管，最后螺旋吸热管内 热水再流回加热管，加热管出口与温度传感器连接，最后通过出水管将热 水送出。
其中，缺相电路工作时，三相电源A、 B、 C三相通过R1、 R2、 R3降 压后进入桥式整流回路，当A、 B、 C三相电源换相时Cll、 C12、 C13分 别取出微分信号，经C14滤波后构成Ua，通过调整RP1使Ua电压大于反 相端设定电压，则运放输出为+ 15V，当A、 B、 C三相电源任缺一相时， 换相取出的微分信号的平均值降低1/3，因而运入翻转，输出为"零"，将 控制电源的给定信号钳位为"0"不能正常工作，同时指示灯亮。
控制电路中给定电路由R16、 RP3、 R17、 R18、 C19、 RP2构成，比较 放大电路由V26、 R21、 R22、 R23、 R28构成。给定信号由V704由RP3 中心点取出进入大器同相端，反馈电路l由V27、 R24、 R25、 R26、 R27、C20及L3构成。温度反馈信号2由温度传感器热敏电阻R19、 R20构成。 当开通进水管工作时，首先水流开关将比较放大输出200、 201接通到 驱动电路输入信号。当输出水温升高时，则温度传感R19开始线性下降， R19的减小，也就是总给定的减小，比较放大器V26输出减小，从而使驱 动电路的脉宽减小，贝IJIGBT输出高频电流减小，从而使水温恒定在某值; 当进水量因波动增大，则高精度传感器电阻R19同样迅速变大，使得 UC3879脉宽迅速变宽，主电路IGBT变频电流增加，直到水温为设定值。 当关断给定水时，则水压开关立即将比较给定信号断开，立即停止工作。
变频主电路中，与普通移相不同之处在于加了隔直电容C21及饱和电 感L5。 C21起在环流间加快电流衰减使后管实现零电流关断，并利用L5 阻止L、 C振荡反向(反向伏秒积不足以使L5饱和，故L5的电感量很大)， 后臂管通时，L5很大，di/dt上升很慢，电压下降快，从而达到零电流开通。 工作时，当Vl开通lus后，使V4开通。当突然关断V1，此时C21 电压为左正右负，L5处于饱和状态故L5-0，此时电流由A—B—V4—VD2 —A，此时V2开通即为零电压开通。与普通PWM移相不同点。普通移相 时，L. di/dt=UAB=0电流衰减很慢。而电压、电流软开关为UAB-电 容两端负值，只要C21足够大，电流就能快速衰减到"0"，则滞后管V4 就能处于零电流关断。由于回路电流衰减到"0"后，L5退出饱和，L5电 感很大，阻止LC振荡产生反向电流。此时V3开通时，同样L5很大，故 V3处于零电流开通状态，电源电压加在L5两端，使其饱和，电流由V3 —B—A—V2。故滞后管处于零开、关状态。超前管处于零电压开通，超前 管靠并在管子两端的电容C6、 C7，实现其零电压关断状态。驱动电路则包括脉宽调制器UC3879及驱动放大电路构成。驱动电路 A包括V33、 V34、 V35、 V36及R35、 R36、 R37、 R38、 R39及脉冲变压 器Tl构成软开关电源的前臂驱动，驱动电路B包括V37、 V38、 V39、 V40 及R41、 R42、 R43、 R44、 R45及脉冲变压器T2构成软开关电源的后臂驱 动。
工作时，比较放大后的给定信号207作用于UC3879的输入端，有 OUTA、 OUTB、 OUTC、 OUTD四路输出相应的脉宽调制信号；OUTA、 OUTB为两路相位完全相反的方波信号。OUTA与OUTB控制驱动放大电 路时，则V33、 V34与V35、 V36轮流导通，则脉冲变压器Tl分别感应出 两路大电流的方波信号G1、 El、及G2、 E2.此两路信号直接驱动，软开关 的前臂上下IGBT管。当OUTC、 OUTD控制驱动放大电路B时，V37、 V38及V39、 V40轮流导通，则脉冲变压器T2分别感应出两路大电流方波 信号G3、 E3与G4、 E4.此两路信号直接驱动软开关电源后臂的上下IGBT 管。这样主电路IGBT， VI、 V4管与V3、 V2管轮流导通，即软开关主电 路实现变频。
另外，参阅图3，加热管501采用无缝中低碳钢管，壁厚2 2.5mm， 内外镀铬或镍防腐；在加热管501上先垫上云母纸502两层后，再包裹一 层石棉保温布503后在上绕具高度绝缘的高频线圈即可。目前，已出现一 些加热管是由较厚的白钢制成即不锈钢类材料，但是基于不锈钢的特点， 其成本高，很难加工，热传递慢。而本变频感应加热装置由于采用管壁厚 度为2 2.5mm的无缝钢管，内外镀铬的普通工艺制作，制作成本约为其白 钢的几分之一。另外高频线在绕制时，同时绕一组高度绝缘的螺旋吸热管6，因此，成本低且使得线圈发热得到充分利用。
最后，本实用新型中采用电流反馈及温度反馈同时控制原理，电流反 馈控制是确定加热功率调节范围，而温度传感器则及时将加热温度的变化 值反馈于给定电路，从而达到智能恒温的目的。
工作时，冷水由进水口 2先经水流开关直接进入变频散热器7吸热后 再分两路， 一路直接进入加热感应管5，另一路进入螺旋吸热管6吸收热 量后再进入加热感应管5，利用控制全桥IGBT开关器件的开通与关断，将 直流电流逆变为25KHz的交流电，此交流电通过绕在加热感应管5上的高 频线圈，使加热感应管5内的水产生高频磁场，激活水分子，利用加热感 应管5高频感应加热原理，使通过加热感应管5内水达到高速热传递而进 行加热。同时，通过螺旋吸热管6吸收线圈发出的热量，这样不仅变频加 热系统电热转换效率》98%,且其它主要发热器件的热量也几乎得到100% 的利用，加热后的水经温度感应器4后，最后由出水口3送出。
权利要求1.一种新型变频感应加热装置，包括变频加热系统和水路循环管道，其特征在于，变频加热系统包括变频主电路、缺相电路、控制电路、驱动电路，水路循环管道则包括进水管、变频散热器、加热感应管、螺旋吸热管、温度传感器、出水管，进水管与变频散热器连接，变频散热器将冷水分流分别送入加热管和螺旋吸热管，最后螺旋吸热管内热水再流回加热管，加热管出口与温度传感器连接，最后通过出水管将热水送出。
2. 根据权利要求1所述一种新型变频感应加热装置，其特征在于，变频 主电路中软开关部分加入了隔直电容C21及饱和电感L5， C21在环流间加 快电流衰减使后管实现零电流关断，并利用L5阻止L、 C振荡反向。
3. 根据权利要求1所述一种新型变频感应加热装置，其特征在于，缺相 电路中三相电源A、 B、 C三相通过R1、 R2、 R3降压后进入桥式整流回路， 当A、 B、 C三相电源换相时Cll、 C12、 C13分别取出微分信号，经C14 滤波后构成Ua，通过调整RPl使Ua电压大于反相端设定电压，则运放输 出为+ 15V，当A、 B、 C三相电源任缺一相时，换相取出的微分信号的平 均值降低1/3，因而运入翻转，输出为零，将控制电源的给定信号钳位为零 不能正常工作。
4. 根据权利要求1所述一种新型变频感应加热装置，其特征在于，控制 电路中给定电路由R16、 RP3、 R17、 R18、 C19、 RP2构成，比较放大电路 由V26、 R21、 R22、 R23、 R28构成，给定信号V704由RP3中心点取出 进入放大器同相端，反馈电路1由V27、 R24、 R25、 R26、 R27、 C20及 L3构成，温度反馈信号2由温度传感器热敏电阻R19、 R20构成。
5. 根据权利要求1所述一种新型变频感应加热装置，其特征在于，驱动 电路包括脉宽调制器UC3879及驱动放大电路，驱动电路A包括V33、V34、 V35、 V36及R35、 R36、 R37、 R38、 R39及脉冲变压器Tl构成软开关电 源的前臂驱动，驱动电路B包括V37、 V38、 V39、 V40及R41、 R42、 R43、 R44、 R45及脉冲变压器T2构成软开关电源的后臂驱动。
6. 根据权利要求1所述一种新型变频感应加热装置，其特征在于，加热 管采用无缝中低碳钢管，内外镀铬或镍防腐，加热管外设有云母纸，同时 在云母纸外包裹一层石棉保温布。
专利摘要本实用新型公开了一种新型变频感应加热装置，包括变频加热系统和水路循环管道，变频加热系统包括变频主电路、缺相电路、控制电路、驱动电路，水路循环管道则包括进水管、变频散热器、加热感应管、螺旋吸热管、温度传感器、出水管，进水管与变频散热器连接，变频散热器将冷水分流分别送入加热管和螺旋吸热管，最后螺旋吸热管内热水再流回加热管，加热管出口与温度传感器连接，最后通过出水管将热水送出。本实用新型有益效果是快速、节能、安全环保、恒温、实用。
文档编号F24H9/20GK201368578SQ20092007855
公开日2009年12月23日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者剑 吴 申请人:剑 吴