一种高效可靠的感应加热装置的制作方法

本实用新型涉及感应加热技术，尤其是涉及一种高效可靠的感应加热装置。

背景技术：

以电磁热水器为例，电磁热水器是一种典型的感应加热装置，利用高频电流通过电磁感应线圈产生电磁场，位于电磁场内的发热体（比如，发热体大多采用金属管）感应产生涡流发热，从而让与金属管接触的冷水被加热。现有的电磁热水器至少存在两方面的缺陷：一是在长期使用过程中水垢仍会在沉淀在金属管的表面，从而影响发热管的热交换能力甚至造成局部过热导致电磁感应线圈出现干烧损坏；二是由于感应线圈本身具有一定电阻等种种原因，电磁感应线圈在工作过程中都会存在发热现象，若电磁感应线圈发热越严重不仅可能导致过热干烧损坏，还可能因为感应线圈生产的热量与周围空气进行热交换散发没有被利用造成电能转换成发热体热能的效率越低。

为了解决电磁热水器中产生水垢的技术难题，中国专利CN2015205367799提出一种用于热水器上的可拆卸清洗的电磁加热装置，在发热管的外壁上还设置有用于进水通道内的水螺旋上升的螺旋导向槽，由于水其为螺旋上升，其一方面可以有效自动地对发热管外表面可能存有的水垢进行清洗，另一方面其加热也更加均匀。该技术方案至少存在如下缺陷：①需要在发热管外壁上刻出螺旋导向槽，增加发热管的加工成本；②虽通过设置螺旋导向槽对发热管进行冲刷除污，在一定程度上减少了水垢沉淀在发热管表面，具有一定的储物除垢效果，但是，水流冲刷除水垢能力或效果十分有限，没有从根本上解决产生水垢的技术难题。

为了解决电磁感应线圈发热的技术难题，中国专利申请CN 2010102603857公开了电磁感应式快速加热水装置，该加热水装置中心设置发热体料棒，发热体料棒设置螺旋水道，发热体料棒置于管状绝缘体内，管状绝缘体外面用高频电磁线缠绕构成电磁感应线圈，感应线圈在工作时会产生一定的热量，虽然感应线圈产生的热量对整体效率影响较小但会使感应线圈温度升高，时间长会损坏线圈，所以管状绝缘体也不益太厚，一般在2毫米左右，这样感应线圈产生的热量绝大部分会被管状绝缘体内流动的水通过传导方式被水吸收，可以使感应线圈长时间工作不会进入高温。该技术方案通过选择管壁较薄的管状绝缘体来提高感应线圈与管状绝缘体内水之间的导热能力，然而，由于管状绝缘体内的水与发热体料棒接触并被迅速加热成热水，从而导致管状绝缘体内部的水与管状绝缘体外部的感应线圈之间的温差较小，较小的温差限制了感应线圈产生的热量向管状绝缘体内部水的热传导能力有限，从而让感应线圈发热问题没有根本解决，并使得该装置将电能转换成能够被管状绝缘体内部的水所吸收热能的转换效率较低。

技术实现要素：

本实用新型提出一种高效可靠的感应加热装置，一方面通过自动除水垢的除垢机构以彻底杜绝产生水垢，另一方面通过设置预热腔对电磁感应线圈散热降温并对冷水进行预热，确保电磁感应线圈在工作时温度较低从而实现可靠的稳定工作，并提高能量转换效率及加热速度，以解决目前现有技术存在电磁感应线圈在工作过程中易干烧损坏导致可靠性差及能量利用率较低的技术问题。

本实用新型采用如下技术方案实现：一种高效可靠的感应加热装置，其包括：内设热水腔的金属发热体1；套设在金属发热体1外侧面的隔离部2，该隔离部2的内侧面与金属发热体1的外侧面之间具有加热腔3；由导热材料制成的绝缘导热部4，该绝缘导热部4套设在隔离部2外侧面，该绝缘导热部4的内侧面与隔离部2外侧面之间具有预热腔5；缠绕在绝缘导热部4外侧面的电磁感应线圈6；该预热腔5的第一端部连通冷水管723，该预热腔5的第二端部连通加热腔3的第二端部，而加热腔3的第一端部与热水腔的第一端部连通，该热水腔的第二端部连通热水管841；设于加热腔3的第二端部内的转动部91，套设在金属发热体1外侧面的螺旋部92，该螺旋部92的一末端与转动部91固定相连。

其中，转动部91为涡轮或叶轮。

其中，绝缘导热部4由玻璃、石英或硅晶制成，隔离部2采用塑胶或陶瓷制成。

其中，绝缘导热部4、隔离部2和金属发热体1的外形均可以为圆形、椭圆形或方形，且绝缘导热部4、隔离部2和金属发热体1具有相同的中心轴线。

其中，金属发热体1为不锈钢圆管，隔离部2为陶瓷管或塑料管，绝缘导热部4为硅晶管、玻璃管或石英管，金属发热体1的管径＜隔离部2的管径＜绝缘导热部4的管径，且金属发热体1、隔离部2和绝缘导热部4三者同轴设置。

其中，在预热腔5内设有用于增加从冷水管723进入预热腔5的冷水与绝缘导热部4之间接触面积的散热片，该散热片固定在绝缘导热部4的内侧壁。

其中，散热片为一片或多片，呈圆环或螺旋排列设置在绝缘导热部4的内侧壁上。

其中，所述感应加热装置还包括用于使预热腔5的第一端部与加热腔3的第一端部、热水腔的第一端部均不相连通而使加热腔3的第一端部与热水腔的第一端部相连通的进水端盖，该进水端盖设置在绝缘导热部4的第一端部，且冷水管723设置在该进水端盖上。

其中，金属发热体1的长度小于隔离部2的长度，金属发热体1的第一端部、第二端部与隔离部2的第一端部、第二端部之间均具有位于加热腔3内的缺口31；进水端盖包括：密封连接在绝缘导热部4的第一端部的第一导水盖72，第一导水盖72内具有与冷水管723及预热腔5相连通的冷水间隙721；盖合在第一导水盖72端部的第一封水盖73；依次穿过第一封水盖73、第一导水盖72的轴向中部的第一导水筒74，该第一导水筒74的下末端延伸至加热腔3内的缺口31并伸入金属发热体1的热水腔内，且该第一导水筒74的下末端具有第一进水孔741，该第一进水孔741位于加热腔3内的缺口31从而第一进水孔741与缺口31连通。

其中，所述感应加热装置还包括用于使预热腔5的第二端部与加热腔3的第二端部相连通而使预热腔5的第二端部、加热腔3的第二端部均与热水腔的第二端部不相连通的出水端盖，该出水端盖设置在绝缘导热部4的第二端部，且热水管841设置在该出水端盖上。

其中，出水端盖包括：密封连接在绝缘导热部4的第二端部的第二导水盖82，第二导水盖82上设有用于将预热腔5的第二端部与加热腔3的第二端部相连通的热水间隙821；盖合在第二导水盖82端部的第二封水盖83；依次穿过第二封水盖83、第二导水盖82的轴向中部的第二导水筒84，该第二导水筒84为两末端均具有开口的筒管，该第二导水筒84的其中一末端设置在金属发热体1内的热水腔中，该第二导水筒84的另一末端设置为热水管841。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1. 在加热腔的第二端部设置转动部，转动部被水冲击带动螺旋部一起转动，螺旋部在转动过程中会对可能沉淀在金属发热体外表面的水垢等异物进行刮擦，从而使金属发热体外表面彻底无机会产生水垢，达到了杜绝水垢产生的终极目标，不仅可以提高金属发热体的热交换能力，还可以彻底解决因金属发热体上产生水垢导致电磁感应线圈出现干烧损坏的技术难题。

2.本实用新型通过在感应线圈内增加预热腔，利用冷水流过预热腔对电磁感应线圈进行散热降温，不仅有利于降低电磁感应线圈因高温产生故障，提高感应加热装置的工作稳定性和可靠性；而且由于电磁感应线圈工作温度较低故对外散发热量较小，减小了能耗损失，从而可以提高电能转换效率；再者，预热腔通过吸收电磁感应线圈的部分热量对冷水进行预热，不仅可以提高加热效率，还能够进一步提高了热能利用率，起到降低能耗的作用。

3. 本实用新型提出的感应加热装置结构简单紧凑、实现成本低、便于加工制造等优点。

综上，本实用新型通过两方面来提高感应加热装置的可靠性：一是通过除垢机构杜绝金属发热体外表面产生水垢以确保不会导致电磁感应线圈部分过热，另一方面通过预热腔的冷水在预热过程中对电磁感应线圈进行散热降温，以确保电磁感应线圈不会出现干烧损坏，从而提高了工作可靠性。再者，本实用新型也通过两方面来确保感应加热装置的高效工作：一是加热效率高，这是由于先利用预热腔对电磁感应线圈进行散热降温对冷水进行预热，经过预热的水再加热至预设温度时所需热量相对减小，从而加热时间段，热水出水效率高；二是能量转换效率高，这也是通过预热腔充分利用了电磁感应线圈发热的部分热能，减少了电磁感应线圈散发热量造成的损失，从而达到高效的能量转换效率。并且，上述提高感应加热装置的可靠性的同时也同时促进了感应加热装置具有高效工作性能，除垢机构及预热腔这两个技术特征在整个技术方案中相辅相成、共同作用让感应加热装置具有高效可靠的工作性能。

附图说明

图1是本实用新型提出感应加热装置的立体结构示意图。

图2是本实用新型提出感应加热装置一个实施例的分解结构示意图。

图3是对应图2所示感应加热装置的内部结构示意图。

图4是一个实施例中感应加热装置的部分分解结构示意图（相比图2，图4未画出绝缘导热部4及电磁感应线圈6）。

具体实施方式

为更进一步阐述本申请为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

结合图1-图3所示。本实用新型提出一种高效可靠的感应加热装置，包括：内设热水腔的金属发热体1；套设在金属发热体1外侧面的隔离部2，该隔离部2的内侧面与金属发热体1的外侧面之间具有间隙形成的加热腔3；套设在隔离部2外侧面的绝缘导热部4，该绝缘导热部4的内侧面与隔离部2外侧面之间具有间隙形成的预热腔5；缠绕在绝缘导热部4外侧面的电磁感应线圈6，该电磁感应线圈6与外部的高频交变电流电性连接以产生交变磁场让金属发热体1产生涡流从而发热；将预热腔5、加热腔3及热水腔（或金属发热体1）的其中一个相同端部均设置为第一端部，而另一个相同端部均设置为第二端部，该预热腔5的第一端部连通冷水管723，该预热腔5的第二端部连通加热腔3的第二端部，而加热腔3的第一端部与热水腔的第一端部连通，该热水腔的第二端部连通热水管841；用于带动预热后的水从加热腔3的第二端部沿着金属发热体1螺旋式流向加热腔3的第一端部的除垢机构9。

预热腔5的第二端部与加热腔3的第二端部之间具有进水口32，该进水口32用于让经过预热腔5预热的水从预热腔5的第二端部进入到加热腔3的第二端部。进一步结合图2-图4所示，在一个实施例中，除垢机构9包括：设于加热腔3的第二端部内的转动部91，该转动部91被从预热腔5的第二端部进入到加热腔3的水带动旋转；套设在金属发热体1上的螺旋部92（比如，螺旋部92为一个弹簧），该螺旋部92的一末端与转动部91固定相连，从而转动部91带动螺旋部92转动。其中，转动部91为涡轮或叶轮。并且，由于金属发热管1位于加热腔3内的部分为外径一致的圆筒状，故螺旋导流部92的内径比金属发热体1的外径大2~10mm，从而使螺旋部92紧贴在金属发热体1的外表面。当转动部91受到进入加热腔3的水冲击产生旋转，转动部91带动螺旋部92同步转动，该螺旋部92不仅为冷水从加热腔3的第二端部运动至加热腔3的第一端部的流动过程中提供导向作用，还在转动过程中紧贴在金属发热体1外表面转动，转动过程中会对可能沉淀在金属发热体1外表面的水垢等异物进行刮擦，从而使金属发热体1外表面彻底无机会产生水垢，确保了不会因为金属发热体1的热交换能力，还可以彻底解决因金属发热体1上产生水垢导致电磁感应线圈6出现干烧损坏的技术难题。

较佳的，绝缘导热部4、隔离部2和金属发热体1具有相同的中心轴线，绝缘导热部4、隔离部2和金属发热体1的外形均可以为圆形、椭圆形或方形等任意形状。比如，绝缘导热部4、隔离部2和金属发热体1均为圆管状或方管状；甚至，绝缘导热部4或/和隔离部2为圆管状，而隔离部2或/和金属发热体1为方管状，以此举例说明。在图2、图3所示实施例中，金属发热体1、隔离部2和绝缘导热部4均为筒状，金属发热体1位于隔离部2内，隔离部2位于绝缘导热部4内，三者具有相同的中心轴线，从而位于隔离部2与绝缘导热部4之间的预热腔2、位于隔离部2与金属发热体1之间的加热腔5均呈环形圆筒状，以确保预热腔2、加热腔5分别与绝缘导热部4、金属发热体1之间具有较大的热接触表面。

当然，在另一个实施例中，为了增大预热腔2与绝缘导热部4之间的热接触表面，在绝缘导热部4的内表面设有若干散热片，让冷水从预热腔5的第一端部流向第二端部的过程中必须流经散热片，从而提升冷水与绝缘导热部4之间的热传导能力，提高对电磁感应线圈6的散热降温能力。散热片为一片或多片，呈圆环或螺旋排列设置在绝缘导热部4的内侧壁上。散热片与绝缘导热部4可以为一体结构。当然，散热片与绝缘导热部4也可以为分离结构，比如，散热片为螺旋状的铜片，该铜片设置在预热腔5中且与绝缘导热部4充分的热接触相连以便绝缘导热部4的热量能够迅速传递给铜片，而铜片可以增加与预热腔5内水的接触面积从而提高预热腔5中水对电磁感应线圈6的散热降温能力。

绝缘导热部4为具有良好绝缘特性及良好导热特性的材料制成，比如，绝缘导热部4由玻璃、石英或硅晶制成。隔离部2以采用导热性能较差的材料制成为宜，以尽量避免加热腔3内的水通过隔离部2将热量传递给预热腔5内的冷水，比如，隔离部2采用塑胶或陶瓷制成；当然，隔离部2也可以采用玻璃、石英等材料制成，不过会在一定程度上影响预热腔5的水对电磁感应线圈6的散热降温能力。

在一个优选实施例中，金属发热体1为不锈钢圆管，隔离部2为陶瓷管，绝缘导热部4为硅晶管，不锈钢圆管的管径＜陶瓷管的管径＜硅晶管的管径，且不锈钢圆管、陶瓷管和硅晶管三者同轴设置。

预热腔5、加热腔3及金属发热体1各自的第一端部乃感应加热装置的第一端部，预热腔5、加热腔3及金属发热体1各自的第二端部乃感应加热装置的第二端部。感应加热装置的第一端部设有进水端盖，该进水端盖用于使预热腔5的第一端部与加热腔3的第一端部、热水腔的第一端部均不相连通而使加热腔3的第一端部与热水腔的第一端部相连通，该进水端盖上设有冷水管723，该冷水管723连通预热腔3的第一端部以便冷水管723内的冷水进入预热腔3；感应加热装置的第二端部设有出水端盖，该出水端盖用于使预热腔5的第二端部与加热腔3的第二端部相连通而使预热腔5的第二端部、加热腔3的第二端部均与热水腔的第二端部不相连通，该出水端盖上设有热水管841，该热水管841与热水腔的第二端部连通以便热水通过热水管841排出。

在一个实施例中，金属发热体1的长度小于隔离部2的长度，金属发热体1的第一端部、第二端部与隔离部2的第一端部、第二端部之间均具有位于加热腔3内的缺口31。在该实施例中，进水端盖包括：第一导水盖72，该第一导水盖72通过第一密封圈71密封连接在绝缘导热部4的第一端部，且第一导水盖72内具有与冷水管723及预热腔5相连通的冷水间隙721；盖合在第一导水盖72端部的第一封水盖73；依次穿过第一封水盖73、第一导水盖72的轴向中部的第一导水筒74，该第一导水筒74为下末端具有开口的筒管，该第一导水筒74的下末端延伸至加热腔3内的缺口31并伸入金属发热体1的热水腔内，且该第一导水筒74的下末端具有第一进水孔741，该第一进水孔741位于加热腔3内的缺口31从而第一进水孔741与缺口31连通。出水端盖具体包括：通过第二密封圈81密封连接在绝缘导热部4的第二端部的第二导水盖82，第二导水盖82上设有用于将预热腔5的第二端部与加热腔3的第二端部相连通的热水间隙821；盖合在第二导水盖82端部的第二封水盖83；依次穿过第二封水盖83、第二导水盖82的轴向中部的第二导水筒84，该第二导水筒84为两末端均具有开口的筒管，该第二导水筒84的其中一末端设置在金属发热体1内的热水腔中，该第二导水筒84的另一末端设置为热水管841，该热水管841位于感应加热装置的第二端部的外部。因此，冷水管723的冷水从冷水间隙721进入到预热腔5的第一端部后，在预热腔5吸收电磁感应线圈6通过绝缘导热部4传递的热量进行预热，然后从预热腔5的第二端部经过第一导水盖72的冷水间隙721进入加热腔3，在加热腔3与金属发热体1进行热交换得以加热，然后从第一导水筒74的第一进水孔741进入热水腔，在热水腔继续与金属发热体1进行热交换，最后从热水腔第二端部的热水管841排出热水。

在上述实施例中，第一导水盖72、第一封水盖73和第一导水筒74三者可以为一体结构，或者，第一封水盖73和第一导水筒74两者可以为一体结构；第二导水盖82、第二封水盖83和第二导水筒84三者可以为一体结构，或者，第二封水盖83和第二导水筒84两者可以为一体结构。

在一个实施例中，为了便于掌握冷水的冷水温度以及掌握从热水管841排出热水的热水温度，为调节出水（热水）水温或者是根据水温调节电磁感应线圈6的电流实现功率控制提供先决条件，故在冷水管723中设有用于检测进水水温的第一温度传感器，在热水管841中设有用于检测排出热水水温的第二温度传感器。

本实用新型的感应加热装置在工作时，该电磁感应线圈6与外部的高频交变电流电性连接，由于电磁感应线圈6存在一定的电阻等原因会导致电磁感应线圈6自身发热，若电磁感应线圈6发热量过高时则会影响该感应加热装置的电能转换成热能的转换效率，为此，本实用新型通过绝缘导热部4将电磁感应线圈6自身发热的热量传递给绝缘导热部4内侧面预热腔5内的冷水，通过冷水吸收部分热量不仅可以给电磁感应线圈6散热降温还可让冷水达到预热的目的。

具体来说，本实用新型提出的感应加热装置的工作原理如下：通过冷水管723将温度t0的冷水送入预热腔5的第一端部，冷水从预热腔5的第一端部流到预热腔5的第二端部，在此过程中，由于绝缘导热部4的导热性能良好从而可以将电磁感应线圈6的热量迅速传递给预热腔5内的冷水，冷水得以预热到温度t1（温度t1高于温度t0）并可以让电磁感应线圈6的温度得以迅速降低；经过预热腔5预热处理的水从预热腔5的第二端部进入加热腔3的第二端部，然后从加热腔3的第二端部流到加热腔3的第一端部的过程中，温度t1的水与因感应发热而温度更高的金属发热体1接触得以迅速加热升温，然后再从加热腔3的第一端部进入热水腔的第一端部，然后从热水腔的第二端部的热水管841排出达到预计温度t2（温度t2高于温度t1）的热水。由此可见，本实用新型通过在加热腔外侧设置预热腔，并让冷水先通过预热腔再进入加热腔，至少有会产生如下几方面的技术效果：

①有利于提高热能转换效率及提高加热效率。通过预热腔的冷水吸收电磁感应线圈6自身产生的热量让电磁感应线圈6得以降温，不仅可以将冷水由温度t0预热到温度t1，还减小了电磁感应线圈6向周围散热热量所消耗能量，且加热腔将预热后温度t1的水加热到预设温度t2，相比直接将温度t0的冷水加热到预设温度t2，不仅加热效率更快、能耗更低，还能从整体上提升电能转换成热能的转换效率。

②有利于提高感应加热装置的工作可靠性。由于通过预热腔的冷水对磁感应线圈6进行散热降温，磁感应线圈6温度较低从而克服了因温度过高、散热不良导致磁感应线圈6烧毁的技术难题；并且，磁感应线圈6向周围散发的热量减小了，从而让感应加热装置的机器内部温度降低，提升了感应加热装置整体的工作可靠性及工作稳定性。

③转动部91被水冲击带动转动，螺旋部92在转动过程中会对可能沉淀在金属发热体1外表面的水垢等异物进行刮擦，从而使金属发热体1外表面彻底无机会产生水垢，达到了杜绝水垢产生的终极目标，不仅可以提高金属发热体1的热交换能力，还可以彻底解决因金属发热体1上产生水垢导致电磁感应线圈6出现干烧损坏的技术难题。

申请人采用经过对比试验来证实本实用新型技术方案的技术效果：采用本申请人所申请专利CN 201721311626X所公开技术方案的感应加热装置（简称“对比机器”）与本申请所涉及的感应加热装置（简称“本申请机器”）作为对比试验，其中，“对比机器”与“本申请机器”的最大功率均为8千瓦，均使用相同冷水源的冷水（温度25.2℃）进行加热，且均设定流出的热水温度45℃。分别用2个电能表测量“对比机器”与“本申请机器”所耗电能；并在工作过程中每隔3分钟在“对比机器”与“本申请机器”各自电磁感应线圈的中部各取5个测量点进行温度测量，经过1小时工作后，就“对比机器”与“本申请机器”分别测量各自电磁感应线圈得到100个温度测量值，分别取均值得到各种电磁感应线圈的表面温度均值。最终，计算得到：“对比机器”在工作过程中电磁感应线圈的表面温度均值是74.7℃，所耗电能是5.43度；而“本申请机器”在工作过程中电磁感应线圈的表面温度均值是41.5℃，所耗电能上3.48度。由此可见，“本申请机器”因为具有预热腔对电磁感应线圈进行散热降温，让电磁感应线圈的表面温度大幅降低，提高了电能转换效率，从而热水出水效率更快、所需能耗更低，符合节能环保的趋势要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。