专利名称：电磁感应加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用电磁感应的方法对液体、气体以及易流动的固体等流体进行加热的装置。
背景技术：
目前，电磁感应加热主要用于机械制造和冶金工业方面的淬火、透热、熔炼、钎焊和烧结等工艺中。但是尚未实现对液体、气体以及易流动的固体等流体的电磁感应加热，更未实现大流量流体、大输入功率，并且在整个流体管道横截面的电磁感应加热。因此，限制了电磁感应加热技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对大流量的液体、气体以及易流动的固体等流体实现大功率的并对整个流体截面加热的电磁感应加热装置。
实现本发明目的的技术方案是这种电磁感应加热装置，由绕在外筒上的电感线圈，在外筒内设有由不导磁材料支撑的至少一根轴向的导磁材料内管组成，特点是外筒是导电且不导磁的耐热材料，在外筒与电感线圈之间加有隔热层。
所述的导电且不导磁的耐热外筒，可选用不锈钢、铜或铝合金等材料，制成圆形筒、正方形筒、长方形筒或其它形状的筒。
所述的导磁材料内管，可选用碳钢或不锈钢等能产生涡流大的材料制成圆形管、三角形管或其它形状的管。根据被加热的流体的具体要求，内管还可选择导磁并耐氧化、耐腐蚀的材料；内管材料的居里温度点应高于装置的最高工作温度。
所述的不导磁材料支撑可在外筒内设支撑板或支撑架，在支撑板上开有过流孔。
在所述的外筒的内壁、内管的内壁和内管的外壁上还可涂有远红外材料，以提高热辅射强度。
所述的电感线圈可由单股或多股导线绕制，导线的截面可为矩形、圆形或其它形状。
在所述的电感线圈上输入的交流电源，可选用单相电源，也可选用三相电源；可选用工频电源，也可选用中频电源。
本发明的电磁感应加热装置，在电感线圈上输入交流电源后，在导电不导磁材料外筒的圆周上，将产生相当于以内管为铁芯的变压器二次负载的短路电流，该短路电流能在外筒上产生很高的温度。该短路电流的温度能量值近似为N1I1＝N2I2，其中N1为一次绕组即电感线圈的匝数、I1为一次绕组即电感线圈中的电流、N2为二次绕组即外筒的匝数、I2为二次绕组即外筒中产生的短路电流。在本发明装置中N2＝1，在外筒中产生的短路电流为I2＝N1I1。
与此同时，在导磁材料的各个内管上在电感线圈通以交流电时产生的交变磁场下的作用下，将产生感应电流，称为涡流，该涡流在内管上也产生很高的温度。在各个内管中单位体积中的涡流功率Pw为Pw=Iw2rw=Ew2rw]]>又Pw∝f2Bm2d2rw]]>其中Iw为在内管中产生的涡流、rw为内管的电阻、Ew为磁通交变时在内管中的涡流电势、f为输入交流电源的频率、Bm为电磁感应强度、d为内管的壁厚。由上式可知若要增加涡流，它正比于f2、B2m、d2，反比于rw。也就是增加频率、增加磁通、增加内管壁厚，以及减小内管电阻。
外筒与内管的同时升温，实现对流经外筒内和内管内外的液体、气体以及易流动的固体等流体的加热。对流体加热时的热交换面积由外筒的内壁表面积、各内管的内壁表面积以及各内管的外壁表面积的总和组成，热交换面积大且距离长，并通过对流、辐射、传导等方式，同时对流体加热。电感线圈与被加热的外筒、内管的金属材料不直接接触，可以非常容易地解决被加热的流体与外部电路的隔离。电磁感应加热体即外筒和内管，可对流体直接接触加热，并可分布在整个流体管道的横截面上。因此，本发明的电磁感应加热装置比现有的电加热管等加热装置热交换面积大、热交换距离长、热效率高得多；其输入功率可达几千仟瓦；加热温度比电加热管的加热温度能高出几百度并且能量大；内管以及支撑架或支撑板上开有过流孔，大大减少了对流体的阻力。
本发明的电磁感应加热装置结构简单，根据所要加热的介质的性质、压力、浓度、流量以及要求加热的温度等，本专业的技术人员可以调整电磁感应加热装置各部件的有关参数，容易实施。具有设备运行安全可靠性高、维护工作量小、热效率高、功率大、流体压力损失小等优点。
本发明的电磁感应加热装置可广泛用于加热空气，如汽轮机强冷、循环流化床锅炉暖炉点火等；加热水，如取代民用燃煤取暖锅炉等；用于石油输送管路中的原油加热等；加热易流动的固体，如用于化学反应釜加热等。具有广泛的推广价值，推广应用后必将产生较大社会效益和经济效益。
图1是本发明一种实施例的原理性结构示意图。
图2是图1实施例沿B相的径向剖面结构示意图。
图3是图2中A-A向剖面结构示意图。
图4是本发明另一种实施例的剖面结构示意图。
图5是本发明又一种实施例的剖面结构示意图。
图中1外加热筒，2内加热管，3电感线圈，4隔热层，5绝缘支架，6内加热管支撑板，7过流孔，8变径筒，9连接筒，10支撑孔。
具体实施例方式
下面结合附图和给出的实施例对本发明作进一步描述。
实施例1参照图1、2、3，这种电磁感应加热装置，由导电且不导磁且耐热的外加热筒1构成，在外加热筒的外周设有隔热层4，在隔热层上的绝缘支架5上绕有电感线圈3；在外加热筒内设有不导磁材料的内加热管支撑板6，在内加热管支撑板上的支撑孔10内支撑有若干根轴向的导磁材料内加热管2，在内加热管支撑板上开有若干个过流孔7。
导电且不导磁的耐热外加热筒，可选用不锈钢、铜或铝合金等材料制成圆形筒、正方形筒、长方形筒或其它形状的筒；导磁材料内加热管可选用碳钢或不锈钢等能产生涡流大的材料制成圆形管、三角形管或其它形状的管。如需加大热传导辅射可在外加热筒的内壁、内加热管的内壁和内加热管的外壁上涂有远红外材料，以提高热辅射强度。电感线圈可由单股或多股导线绕制，导线的截面可为矩形、圆形或其它形状。电感线圈上输入的交流电源，可选用单相电源，也可选用三相电源；可选用工频电源，也可选用中频电源。
试验例1本发明发明人按实施例1，实施一台电磁感应加热装置，装置两端经变径筒8、连接筒9与输送流体的管道连通。根据使用要求流体的流动方向可以从左至右，也可以从右至左。
具体参数如下外加热筒圆形；材质1Cr18Ni9Ti不锈钢；外径273毫米、内径257毫米、长2600毫米、壁厚8毫米。
电感线圈材质铜；导线矩形截面，厚4毫米×宽12毫米＝48平方毫米；匝数98匝/相。
内加热管圆形；材质20号碳钢；每根外径20毫米、内径14毫米、长2400毫米、壁厚3毫米；共设59根。
内加热管支撑板材质1Cr18Ni9Ti不锈钢；数量3块；每块厚3毫米；每块板设过流孔88个，每个过流孔直径23毫米。
隔热层材质陶瓷纤维；厚50毫米。
绝缘支架材质环氧树脂板。
电感线圈上输入的交流电源工作电压380伏；频率50赫芝；相数3相；角形连接方式。在电感线圈上输入三相交流电源其磁链优于单相电源，可选用现有电子控制电路如交流调压模块控制等，并根据流体的温度调节电感线圈上的电压，以调节外加热筒及内加热管的温度，达到加热流体的目的。
变径筒最好也用不导磁的材料，以减小磁屏蔽，连接筒可用碳钢材料。
加热试验结果1、加热静态水在外加热筒内加满体积0.86立方米的水，通电后工作相电流223安培时，加热6分钟后水沸腾，100℃。
2、加热流动空气在外加热筒内通入流量2262立方米/小时的空气，通电后工作相电流223安培时，加热26分钟后，出口空气温度520℃(铂电阻温度计测量)。
3、空加热通电后工作相电流223安培时，加热17分钟后，外加热筒内壁、内加热管的温度达到730℃(红外测温仪测量)。
注在以上加热试验中，外加热筒、内加热管、水、空气等的初始温度均为11℃。
实施例2参照图4，这是一种可以用作取暖锅炉的电磁感应加热装置，其结构与实施例1基本相同，但内加热管2选用的是三角形管，并增多了过流孔7。在本实施例中支撑内加热管的支撑孔10也同时起到过流孔的作用。
试验例2本发明发明人按实施例2，实施一台电磁感应“取暖锅炉”。
主要参数如下外加热筒圆形；材质0Cr18Ni9Ti不锈钢；外径273毫米、内径263毫米、长3200毫米、壁厚5毫米。
电感线圈材质铜；导线矩形截面，厚5毫米×宽12毫米＝60平方毫米；匝数89匝/相。
内加热管三角形；材质20号碳钢；每边长23毫米、长2700毫米、壁厚3.5毫米；共设64根。
内加热管支撑板材质0Cr18Ni9Ti不锈钢；数量3块；每块厚3毫米；每块板设过流孔93个，每个过流孔直径10毫米。
隔热层材质陶瓷纤维；厚30毫米。
电感线圈上输入的交流电源工作电压380伏；频率50赫芝；相数3相；角形连接方式。
经试用工作相电流260安培时，水的入口温度12℃，流量3立方米/分，加热后水的出口温度可达到68℃。
实施例3参照图5，这是一种对易流动的固体加热的电磁感应加热装置，其结构与实施例1基本相同，但整个装置垂直设置。根据使用要求流体的流动方向可以从上至下，也可以从下至上。
试验例3本发明发明人按实施例3，实施一台对固体颗粒材料加热的化学反应釜应用的电磁感应加热装置，用于在生成橡胶防老化剂PPDB的反应时，先进行固体颗粒材料苯二酚的熔融，然后进行液体二甲苯胺、溶剂邻甲苯胺加二甲苯、催化剂邻酸三乙脂的加热化学反应。
主要参数如下外加热筒圆形；材质0Cr18Ni9Ti不锈钢；外径325毫米、内径319毫米、长2200毫米、壁厚3毫米。
电感线圈材质铜；导线矩形截面，厚3毫米×宽10毫米＝30平方毫米；匝数131匝/相。
内加热管圆形；材质3Cr13不锈钢；每根外径60毫米、内径54毫米、长2000毫米、壁厚3毫米；共设11根。
内加热管支撑板材质0Cr18Ni9Ti不锈钢；数量3块；每块厚5毫米；每块板设过流孔26个，每个过流孔直径65毫米。
隔热层材质陶瓷纤维；厚30毫米。
电感线圈上输入的交流电源工作电压380伏；频率50赫芝；相数3相；角形连接方式。
经试用工作相电流130安培时，加热26分钟后可使加热介质温度达到300℃，满足了生成橡胶防老化剂PPDB的生产工艺要求。
试验例4本发明发明人按实施例1，实施一台能产生9Mpa的高压、高温蒸汽的电磁感应加热装置，用于在乙烯加水生成乙醇时透平机所需。
主要参数如下外加热筒圆形；材质1Cr18Ni9Ti不锈钢；外径159毫米、内径137毫米、长3000毫米、壁厚12毫米。
电感线圈材质铜；导线矩形截面，厚5毫米×宽20毫米＝100平方毫米；匝数60匝/相。
内加热管圆形；材质3Cr13不锈钢；每根外径16毫米、内径9毫米、长2600毫米、壁厚3.5毫米；共设21根。
内加热管支撑板材质1Cr18Ni9Ti不锈钢；数量3块；每块厚4毫米；每块板设过流孔26个，每个过流孔直径21毫米。
隔热层材质陶瓷纤维；厚50毫米。
电感线圈上输入的交流电源工作电压380伏；频率50赫芝；相数3相；角形连接方式。
经试用工作相电流410安培时，可将流量0.1立方米/分的水加热到170℃，产生了9Mpa以上的高压、高温蒸汽，满足了透平机所需。
试验例5本发明发明人按实施例1，实施一台在原油管道输送过程中对管道中的原油加温降粘的电磁感应加热装置。这种情况下，对加温要求不高，大部分加热到几度到十几度，个别一百多度即可，但是要求加热段对加热介质阻力小。
主要参数如下外加热筒圆形；材质铝合金；外径1100毫米、内径1080毫米、长5000毫米、壁厚10毫米。
电感线圈材质铜；导线圆形截面，6平方毫米；匝数600匝/相。
内加热管圆形；材质3Cr13不锈钢；每根外径160毫米、内径154毫米、长4600毫米、壁厚3毫米；共设16根。
内加热管支撑板材质0Cr18Ni9Ti不锈钢；数量4块；每块厚5毫米；每块板设过流孔25个，每个过流孔直径190毫米。
隔热层材质陶瓷纤维；厚30毫米。
电感线圈上输入的交流电源工作电压380伏；频率50赫芝；相数3相；角形连接方式。
经试用工作相电流20安培时，加热原油初温4℃，经加热0.3分钟后出口原油温度达到23℃。
试验例6本发明发明人按实施例1，实施一台小截面的电磁感应油加热装置，这种情况下，对外加热筒的耐腐蚀及耐压性要求低。
主要参数如下外加热筒正方形；材质黄铜；边长33毫米、长420毫米、壁厚2毫米。
电感线圈材质铜；导线圆形截面，2.5平方毫米；匝数800匝。
内加热管圆形；材质3Cr13不锈钢；每根外径18毫米、内径12毫米、长300毫米、壁厚3毫米；共设1根。
内加热管支撑板材质0Cr18Ni9Ti不锈钢；数量3块；每块厚2毫米；每块板设过流孔12个，每个过流孔直径5毫米。
隔热层材质陶瓷纤维；厚8毫米。
电感线圈上输入的交流电源工作电压220伏；频率50赫芝；单相。
经试用工作电流7安培时，油初温6℃，流量0.2立方米/分，加热后油温度可达到20℃。
权利要求
1.一种电磁感应加热装置，由绕在外筒上的电感线圈，在外筒内设有由不导磁材料支撑的至少一根轴向的导磁材料内管组成，其特征在于外筒是导电且不导磁的耐热材料，在外筒与电感线圈之间加有隔热层。
2.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于所述的导电且不导磁的耐热外筒，可选用不锈钢、铜或铝合金材料，制成圆形筒、正方形筒或长方形筒。
3.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于所述的导磁材料内管可选用碳钢或不锈钢等能产生涡流大的材料制成圆形管或三角形管。
4.根据权利要求3所述的电磁感应加热装置，其特征在于内管还可选择导磁并耐氧化、耐腐蚀的材料；内管材料的居里温度点应高于装置的最高工作温度。
5.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于所述的不导磁材料支撑可在外筒内设支撑板或支撑架，在支撑板上开有过流孔。
6.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于在所述的外筒的内壁、内管的内壁和内管的外壁上还可涂有远红外材料
7.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于所述的电感线圈可由单股或多股导线绕制，导线的截面可为矩形或圆形。
8.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于在所述的电感线圈上输入的交流电源，可选用单相电源，也可选用三相电源；可选用工频电源，也可选用中频电源。
全文摘要
本发明的电磁感应加热装置，由绕在外筒上的电感线圈，在外筒内设有由不导磁材料支撑的至少一根轴向的导磁材料内管组成，特点是外筒是导电且不导磁的耐热材料，在外筒与电感线圈之间加有隔热层。本发明的加热装置结构简单，容易实施，其输入功率可达几千仟瓦；加热温度比电加热管的温度能高出几百度并且能量大。可广泛用于加热空气如汽轮机强冷及循环流化床锅炉暖炉点火；加热水取代燃煤取暖锅炉；加热石油输送管路中的原油；加热易流动的固体用于化学反应釜加热等。具有设备运行安全可靠性高、维护工作量小、热效率高、功率大、流体压力损失小等优点。具有广泛的推广价值，推广应用后必将产生较大社会效益和经济效益。
文档编号H05B6/16GK1805628SQ20051011909
公开日2006年7月19日 申请日期2005年12月18日 优先权日2005年12月18日
发明者王鹏, 佟科, 白佳丽, 李贻涛, 曲道海 申请人:王鹏