專利名稱：中頻感應(yīng)在鍋爐上的應(yīng)用及其中頻感應(yīng)熱水鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁感應(yīng)加熱在鍋爐上的應(yīng)用，同時(shí)本發(fā)明還涉及一種采用電能的熱水鍋爐。
電磁感應(yīng)是電加熱的很好方式，廣泛應(yīng)用于冶煉、熱處理、焊接、加熱水等。用于加熱水的主要有工頻電磁加熱和高頻電磁加熱，前者是利用220V50Hz工頻電源直接輸入感應(yīng)線圈，將裝有水的金屬容器置于感應(yīng)線圈中，接通電源對(duì)靜止的水進(jìn)行加熱，沒有頻率調(diào)整裝置，以固定的頻率工作，功率因數(shù)小、無功損耗大、效率低，根據(jù)理論計(jì)算只能達(dá)到68％～76％；其次是工頻電磁感應(yīng)熱水裝置安全性差，只適于幾百瓦的熱水裝置，從目前市售的加熱器看，最大的功率不足兩千瓦，不能用于數(shù)千瓦更不能用數(shù)萬瓦大功率的感應(yīng)熱水鍋爐；后者由于高頻電流的趨膚效應(yīng)強(qiáng)，高頻電流分布不能與加熱水所需的電流很好匹配，產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)透熱深度小，漏磁難以解決，不適宜制成大功率的感應(yīng)熱水鍋爐。
現(xiàn)有的采用電能的熱水鍋爐為電阻加熱鍋爐，電加熱鍋爐經(jīng)過傳熱介質(zhì)間接加熱，加熱效率低，根據(jù)公知的資料，低于90％，功率不大于500KW，另外有漏電的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的是提供一種大功率的電磁感應(yīng)加熱在鍋爐方面的應(yīng)用，功率可達(dá)數(shù)千千瓦。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種加熱效率高、功率大的采用電能為熱源的熱水鍋爐，其熱效率可達(dá)96％。
本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱是將中頻電流通入以勵(lì)磁線圈為感應(yīng)加熱器并具有鐵芯的鍋爐，感應(yīng)加熱器以電磁感應(yīng)的方式將電能傳給位于感應(yīng)加熱器中的螺旋形的裝有水的熱交換器管。
本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱在鍋爐上應(yīng)用時(shí)，被加熱的水以每秒1-10米的流速通過熱交換器，熱效率更高，被加熱水的流速隨功率的增大而增大，一般為2-3米。
本發(fā)明的采用電能的熱水鍋爐采取下述結(jié)構(gòu)，它包括鍋殼、底座、用電能的加熱器、熱交換器，用電能的加熱器和熱交換器安裝在鍋殼內(nèi)，鍋殼設(shè)置在底座上，鍋殼內(nèi)有一保溫隔音層或夾層水套，其特征是所說的熱交換器為鍋爐鋼管圈成徑向最少一層的螺旋管體，組成螺旋管的鍋爐鋼管環(huán)在螺旋管的軸向和徑向疊壓在一起；所說的加熱器是作為感應(yīng)線圈的感應(yīng)加熱器，感應(yīng)加熱器是橫截面為矩形的銅條或銅管圈成螺旋狀，一般功率小于50KW的采用銅條，功率等于大于50KW的為銅管，使用時(shí)感應(yīng)加熱器經(jīng)絕緣軟接頭接自來水冷卻，感應(yīng)加熱器套在熱交換器外，感應(yīng)加熱器與熱交換器之間有間隔，間隔一般為0.1-5cm，為了增加可靠性，可在間隔中填充絕緣材料構(gòu)成絕緣層，絕緣層的厚度根據(jù)絕緣要求確定，隨功率的增大而增大，感應(yīng)加熱器的銅條環(huán)或銅管環(huán)之間相互分隔開；在熱交換器內(nèi)側(cè)還設(shè)置著以鍋爐鋼管為材料的增磁儲(chǔ)能鐵芯；在熱交換器的內(nèi)側(cè)中部一般在中心設(shè)置著順著熱交換器軸線的通水管；在底座內(nèi)設(shè)置著回水箱，回水箱與回水管口和排污管口接通；通水管與回水箱聯(lián)接通，熱交換器與通水管直接或間接連接通并與出水管口連接通。設(shè)感應(yīng)加熱器的外直徑為Dg，內(nèi)直徑為Dn熱交換器的外直徑為Dr，熱交換器的壁厚為b，感應(yīng)加熱器內(nèi)徑與熱交換器的外直徑之間的間隙為C；Dn＝Dr＋2C，Dg根據(jù)電磁理論，Ф＝μn2s÷L式中Ф為感應(yīng)加熱器產(chǎn)生的磁通量，根據(jù)所須的電功率由電工公式確定，μ為介質(zhì)系數(shù)，n為感應(yīng)加熱器螺線管的圈數(shù)，s為感應(yīng)加熱器的橫向面積。
本采用電能的熱水鍋爐的增磁儲(chǔ)能鐵芯與熱交換器的配合結(jié)構(gòu)有多種形式，下面列出主要的四種一、將徑向多層螺旋管的熱交換器和中心通水管作為增磁儲(chǔ)能鐵芯，熱交換器為多層螺旋管徑向疊壓在一起，這種結(jié)構(gòu)的熱交換器具有增磁儲(chǔ)能功能，實(shí)際上也是具有通水儲(chǔ)水功能的增磁儲(chǔ)能鐵芯，特別是當(dāng)熱交換器為多層螺旋管徑向疊壓在一起并為熱交換器半徑的1/2以上時(shí)，增磁儲(chǔ)能功能更為明顯。
二、增磁儲(chǔ)能鐵芯是以中心通水管為內(nèi)圈若干直徑依次增大并依次相套的鍋爐鋼管組合體，相套的鍋爐鋼管的兩端由端板封住，相套的鍋爐鋼管之間有環(huán)形間隔，環(huán)形間隔中在半徑方向有一徑向隔板隔開，防止水在同一層環(huán)形間隔中形成閉合環(huán)流。從內(nèi)數(shù)第一層環(huán)形間隔的上部靠徑向隔板的一側(cè)為便于理解設(shè)為右側(cè)，在端板有與鍋殼內(nèi)的容水上腔相通的通口，在該環(huán)形間隔下部的徑向隔板另一側(cè)為便于理解設(shè)為左側(cè)，外側(cè)鍋爐鋼管有通向第二層環(huán)形間隔的通口，在第二層環(huán)形間隔的上部，靠徑向隔板附近的右側(cè)，外側(cè)鍋爐鋼管有通向第三層環(huán)形間隔的通口，在第三層環(huán)形間隔的下部，靠徑向隔板附近的左側(cè)，有通向第四層環(huán)開間隔的通口，以此類推，在最外一環(huán)形間隔的上部的端板，有與熱交換器相通的通水管。
三、增磁儲(chǔ)能鐵芯為塞滿熱交換器內(nèi)側(cè)的鍋爐鋼管組合體，鍋爐鋼管的方向與熱交換器螺旋管的軸向相同，這種結(jié)構(gòu)的增磁儲(chǔ)能鐵芯的鍋爐鋼管兩端相通，具有通水管的功能取代了通水管，與之相配的熱交換器的螺旋管在半徑方向的疊層厚度，小于熱交換器半徑的二分之一。
四、一層外感應(yīng)加熱器的螺線管套在最少一層的外熱交換器的螺旋管外，另有一內(nèi)感應(yīng)加熱器和內(nèi)熱交換器隔一定距離設(shè)置在外感應(yīng)加熱器和最少一層的外熱交換器內(nèi)，內(nèi)外熱交換器聯(lián)接通，內(nèi)外熱交換器徑向一般為一至四層，在外熱交換器與內(nèi)感應(yīng)加熱器之間設(shè)有間隔，間隔一般為4-15cm，根據(jù)功率可增大該間隔，為了增加絕緣安全可靠性，可在間隔中填充絕緣材料構(gòu)成絕緣層；這種組合結(jié)構(gòu)，起增磁儲(chǔ)能鐵芯作用的主要是熱交換器軸線的通水管，其次是內(nèi)熱交換器，設(shè)外感應(yīng)加熱器和外熱交換器的外直徑分別為Dg1與Dr1，內(nèi)感應(yīng)加熱器和內(nèi)熱交換器的外直徑分別為Dg2與Dr2，Dg1，Dg2，根據(jù)互感系數(shù)M＝r2nμ0π而確定。
上述采用電能的熱水鍋爐的鍋殼可分為兩瓣或多瓣結(jié)構(gòu)，便于打開鍋殼維修。
上述采用電能的熱水鍋爐的鍋殼可設(shè)置成單層或外殼和內(nèi)殼雙層結(jié)構(gòu)，對(duì)于雙層結(jié)構(gòu)的鍋殼，外殼與內(nèi)殼之間構(gòu)成夾層水套，夾層水套用管道與補(bǔ)水管聯(lián)接通，夾層水套的下部與回水箱相通。鍋殼為兩瓣或多瓣結(jié)構(gòu)的，各瓣之間用管道經(jīng)絕緣的軟接頭連接通。
在底座設(shè)置出水箱，出水箱設(shè)置在熱交換器與出水管口之間并與熱交換器和出水管口相通。
本發(fā)明的采用電能的熱水鍋爐，進(jìn)水管口和出水管口經(jīng)絕緣的軟接頭與進(jìn)水管和出水管連接。鍋殼與底座之間設(shè)置著絕緣層，上述絕緣層和絕緣軟接頭是防止漏電保證用電安全，同時(shí)保持設(shè)計(jì)磁場(chǎng)的完整性。
對(duì)于功率大于50KW的采用電能的熱水鍋爐，采用銅管的感應(yīng)加熱器，在感應(yīng)加熱器設(shè)置進(jìn)水口和出水口。進(jìn)水口與水源聯(lián)接通用流水冷卻感應(yīng)加熱器。
可在上述的本發(fā)明的采用電能的熱水鍋爐可配置功率相匹配的中頻電源裝置。
本發(fā)明的采用電能的熱水鍋爐的工作原理是這樣的，當(dāng)中頻電流通過感應(yīng)加熱器時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在感應(yīng)加熱器的周圍和鋼管熱交換器特別是增磁儲(chǔ)能鐵芯中產(chǎn)生與其垂直的交變磁場(chǎng)，在此交變磁場(chǎng)的作用下，在增磁儲(chǔ)能鐵芯的鍋爐鋼管的管壁中產(chǎn)生與鍋爐軸線同向的交變的環(huán)形渦流，環(huán)形渦流又產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的方向總是與增磁儲(chǔ)能鐵芯中的磁場(chǎng)的方向相反；同時(shí)在感應(yīng)加熱器交變磁場(chǎng)的作用下，在熱交換器產(chǎn)生沿著鋼管管壁的交變電流；熱交換器的一部分或全部作為增磁儲(chǔ)能鐵芯時(shí)，產(chǎn)生與鍋爐鋼管環(huán)接近垂直的磁場(chǎng)和沿鍋爐管環(huán)的電流，在增磁儲(chǔ)能鐵芯的交變電流產(chǎn)生熱，以熱能的形式儲(chǔ)存在增磁儲(chǔ)能鐵芯中，當(dāng)感應(yīng)加熱器通電電流為I時(shí)，隨之建立起很強(qiáng)的磁場(chǎng)，同時(shí)增磁儲(chǔ)能鐵芯開始磁化，它的功dA＝HdB，其中dB是磁感應(yīng)強(qiáng)度的增量，增磁儲(chǔ)能鐵芯被強(qiáng)磁場(chǎng)作用后的溫升ΔT＝μ0w(M2－Ms2)/2Cm，Ms為磁化強(qiáng)度值，w為分子場(chǎng)系數(shù)，M為自感應(yīng)值，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，Cm為熱容，μ0真空中的介質(zhì)系數(shù)，熱交換器的鍋爐鋼管產(chǎn)生的交變電流產(chǎn)生熱加熱熱交換器中的水；在熱交換器的鍋爐鋼管因有極分子的水分子在交變磁場(chǎng)的作用下擺動(dòng)也產(chǎn)生熱。本發(fā)明利用了中頻交變電流在導(dǎo)體中流動(dòng)的趨膚效應(yīng)，感應(yīng)加熱器中的交變電流集中在感應(yīng)加熱器的管壁，便于采用管壁厚度與趨膚深度相當(dāng)?shù)臒峤粨Q器，使得熱交換器中的交變感應(yīng)電流加熱層直接與被加熱的水接觸，減少電能的損耗；由于電磁感應(yīng)的圓環(huán)效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，在感應(yīng)加熱器中的電流向感應(yīng)加熱器的內(nèi)側(cè)集中，所以感應(yīng)加熱器內(nèi)側(cè)管壁的電流密度大于外側(cè)管壁的電流密度，有利于對(duì)熱交換器的加熱；鐵質(zhì)的鍋殼和底座將感應(yīng)加熱器和熱交換器及增磁儲(chǔ)能鐵芯包住，將它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)很好地屏蔽，鍋殼成為感應(yīng)加熱器外側(cè)磁路的主要部分，在鍋殼的內(nèi)殼中產(chǎn)生垂直于鍋殼的環(huán)形交變電流，環(huán)形交變電流產(chǎn)生的熱加熱水夾套中的水。接通電源一段時(shí)間，增磁儲(chǔ)能鐵芯儲(chǔ)存的能量釋放，本采用電能的熱水鍋爐的樣機(jī)，在接通電源兩小時(shí)后釋放能量，水溫在短時(shí)間內(nèi)顯著升高，本發(fā)明利用了增磁儲(chǔ)能鐵芯儲(chǔ)存的能量，熱效率高，經(jīng)測(cè)試，本采用電能的熱水鍋爐的樣機(jī)熱效率達(dá)96％，本申請(qǐng)文件中的各實(shí)施例在結(jié)構(gòu)上比樣機(jī)更為完善，很顯然，熱效率應(yīng)高于96％。本采用電能的熱水鍋爐，被加熱部位無紅區(qū)，溫度低于400℃，低于一些燃油的燃點(diǎn)，可直接加熱燃油；無燃燒過程沒有煙塵污染；水在交變的磁場(chǎng)中受到加熱，熱交換器內(nèi)壁幾乎不沾水坸，減輕了清理水坸的工作量。
本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱水采用了中頻加熱，避免了目前工頻加熱水功率小于500KW，不能用于上千千瓦更不能用于數(shù)千千瓦熱水鍋爐的不足，本發(fā)明將電磁感應(yīng)加熱的應(yīng)用于數(shù)千千瓦的鍋爐，為電磁感應(yīng)加熱具體講是中頻電磁感應(yīng)加熱開辟了新的用途，本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱水效率高、無紅區(qū)、無燃燒過程沒有煙塵污染。
本發(fā)明的采用電能的熱水鍋爐的詳細(xì)結(jié)構(gòu)由實(shí)施例及其附圖給出，但實(shí)施例不是對(duì)采用電能的熱水鍋爐的限制。


圖1是本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例一的主視圖，圖中右側(cè)鍋殼、感應(yīng)加熱器、熱交換器分部剖開。1、鍋頂法蘭 2、大氣通口 3、容水上腔4、水位計(jì)通水管 5、鍋殼 6、電極水位計(jì)7、水位計(jì) 8、熱交換器 9、感應(yīng)加熱器接線端10、增磁儲(chǔ)能鐵芯 11、感應(yīng)加熱器12、保溫隔音層13、外殼 14、鍋殼瓣15、通水管16、絕緣層17、感應(yīng)加熱器接線端 18、絕緣墊19、底座 20、回水管口 21、閥門22、出水管口 23、閥門 24、回水箱25、底座內(nèi)殼 26、保溫層27、隔水板28、法蘭聯(lián)接管29、出水箱30、支座31、排污管32、底座外殼 33、絕緣片34、絕緣通水管35、溢流管36、容水中腔37、踏步梯 38、絕緣片圖2是與圖1相對(duì)應(yīng)的局部俯視圖。
圖3是本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例二的主視圖，圖中右側(cè)鍋殼、感應(yīng)加熱器、熱交換器分部剖開。39、鍋爐鋼管40、聯(lián)通管41、絕緣墊e、通口圖4是沿圖3中增磁儲(chǔ)能鐵芯10上端的水平剖面圖，相對(duì)圖3放大。
圖5是沿圖3中增磁儲(chǔ)能鐵芯10下端的水平剖面圖，相對(duì)圖3放大。e1、通口 e2、通口e3、通 e4、終端處圖6是本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例三的主視圖，圖中右側(cè)鍋殼、感應(yīng)加熱器、熱交換器分部剖開。42、容水下腔43、溫控器插 44、立柱圖7是本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例四的主視圖，圖中右側(cè)鍋殼、感應(yīng)加熱器、熱交換器分部剖開。45、內(nèi)感應(yīng)加熱器 46、內(nèi)熱交換器 47、外熱交換器 48、外感應(yīng)加熱器圖8是本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例五的主視圖，圖中右側(cè)鍋殼、感應(yīng)加熱器、熱交換器分部剖開。49、絕緣軟接頭50、通水管51、通水管52、絕緣軟接頭53、夾層水套54、內(nèi)殼 55、補(bǔ)水管口圖9是本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例六的主視圖，相對(duì)圖1縮小。56、中頻電源裝置 57、采用電能的熱水鍋爐圖10是本采用電能的熱水鍋爐的供電參考電路圖。58、溫度自動(dòng)報(bào)警裝置59、報(bào)警電鈴60、水位自動(dòng)補(bǔ)水報(bào)警裝置K1繼電器 K2繼電器K3交流接觸 K4交流接觸K5交流接觸器M1冷卻中頻電源裝置和感應(yīng)加熱器循環(huán)泵用電動(dòng)機(jī)M2供水系統(tǒng)泵用電動(dòng)機(jī) M3補(bǔ)水泵用電動(dòng)機(jī)S1按鈕開關(guān)S2按鈕開關(guān)S3按鈕開關(guān)Q1刀開關(guān) Q2刀開關(guān) Q3刀開關(guān)Q4刀開關(guān) Q5刀開關(guān) F 熔斷器下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖詳細(xì)說明本電磁感應(yīng)熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作原理。
本發(fā)明的采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例一見圖1、圖2，它包括鍋殼5、底座19、用電能的加熱器、熱交換器8，用電能的加熱器和熱交換器安裝在鍋殼5內(nèi)，鍋殼5設(shè)置在底座19上，鍋殼5內(nèi)有保溫隔音層12，保溫隔音層12外是外殼13，其特征是所說的熱交換器8為鍋爐鋼管圈成徑向4層的螺旋管體，組成螺旋管的鍋爐鋼管環(huán)在螺旋管的軸向和徑向疊壓在一起；所說的加熱器是作為感應(yīng)線圈的感應(yīng)加熱器11，感應(yīng)加熱器11是橫截面為矩形的銅管圈成螺旋狀，感應(yīng)加熱器11套在熱交換器外8，感應(yīng)加熱器11與熱交換器8之間有間隔，間隔為1cm，在間隔中填充電木絕緣材料構(gòu)成絕緣層16，感應(yīng)加熱器11的銅管環(huán)之間相互分隔開；在熱交換器8內(nèi)側(cè)的中心設(shè)置著沿著熱交換器8的軸線的以鍋爐鋼管為材料的通水管15，通水管15同時(shí)作為增磁儲(chǔ)能鐵芯10；熱交換器8、通水管15相互連接通并與出水管口22和回水管口20相通；本實(shí)施例的功率為50KW，感應(yīng)加熱器11的外直徑為Dg＝38.8cm，熱交換器8的外直徑為Dr＝36cm，感應(yīng)加熱器11鍋爐鋼管的截面尺寸為3×3cm2，通水管15的外直徑為6cm。
本實(shí)施例的鍋殼5為兩瓣結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)鍋殼瓣14合在一起組成，便于打開鍋殼5維修內(nèi)部?；厮芸?0經(jīng)絕緣的軟接頭21使用時(shí)與回水管連接通，出水管口22經(jīng)絕緣的軟接頭21與出水管連接。鍋殼5與底座19之間設(shè)置著絕緣墊18，防止漏電保證用電安全；本實(shí)施例的底座19為三層結(jié)構(gòu)，外層為底座外殼27，內(nèi)為底座內(nèi)殼25，兩者之間為保溫層26，內(nèi)設(shè)置著回水箱24，回水管20與回水箱24連接通，回水箱24下聯(lián)接著排污管29。感應(yīng)加熱器11使用時(shí)接自來水用水冷卻。本實(shí)施的回水箱24與通水管15用法蘭聯(lián)接管28聯(lián)接通，在法蘭聯(lián)接管的兩法蘭之間有防水的聚四氟乙烯板的絕緣墊。通水管15同時(shí)也是增磁儲(chǔ)能鐵芯，特別指出的是，本實(shí)施例的增磁儲(chǔ)能功能是通水管15和熱交換器8共同提供的，熱交換器8具有增磁儲(chǔ)能功能，也可視為一個(gè)增磁儲(chǔ)能鐵芯，本實(shí)施例有一容水腔，容水腔由容水上腔3和熱交換器8內(nèi)圈構(gòu)成的容水中腔36組成，容水腔與回水箱24聯(lián)接通，絕緣通水管34將熱交換器8與出水箱29連接通。
本實(shí)施例中水的流向是回水先經(jīng)回水管口20進(jìn)入回水箱24，再經(jīng)法蘭聯(lián)接管28進(jìn)入具有增磁儲(chǔ)能鐵芯的通水管15，經(jīng)該管從下向上流入容水上腔3，然后向下流入容水中腔36的下部，再?gòu)南铝魅霟峤粨Q器8的最內(nèi)層沿螺旋管一圈一圈向上流，經(jīng)該螺旋管從下向上流入次內(nèi)層螺旋管，由次內(nèi)層螺旋管從上一圈一圈向下流，這樣從最外層螺旋管的下部經(jīng)絕緣通水管34流入出水箱29，由出水箱29經(jīng)出水管口22輸出。
采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例二見圖3、圖4、圖5，本實(shí)施例與采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例一的主要不同之處是增磁儲(chǔ)能鐵芯和熱交換器8的結(jié)構(gòu)不同，本實(shí)施例的熱交換器8為單層，它的增磁儲(chǔ)能鐵芯10是以中心通水管15為內(nèi)圈，直徑依次增大并依次相套的鍋爐鋼管39組合體，相套的鍋爐鋼管39的兩端由端板封住，相套的鍋爐鋼管39之間有環(huán)形間隔，環(huán)形間隔的半徑方向有一徑向隔板隔開，防止水在同一層環(huán)形間隔中形成閉合的環(huán)流。從內(nèi)數(shù)第一層環(huán)形間隔的上部靠徑向隔板的一側(cè)即圖4、圖5中的右側(cè)，在端板有與容水上腔3相通的通口e，參見圖3，在該環(huán)形間隔下部的徑向隔板的左側(cè)，第一圈鍋爐鋼管有通向第二層環(huán)形間隔的通口e1，參見圖5，在第二層環(huán)形間隔的上部，靠徑向隔板右側(cè)，第二圈鍋爐鋼管有通向第三層環(huán)形間隔的通口e2，參見圖4，在第三層環(huán)形間隔的下部，靠徑向隔板左側(cè)，有通向第四層環(huán)開間隔的通口e3，參見圖5，以此類推，在最外一環(huán)形間隔上部的終端處e4，的上端板，有與熱交換器8相通的通水管與熱交換器8的上部聯(lián)接通。
本實(shí)施例的功率為250KW，感應(yīng)加熱器11為長(zhǎng)方形銅管，用水冷卻，感應(yīng)加熱器11的外直徑為Dg＝81.7cm，熱交換器9的外直徑為Dr＝78.5cm。
本實(shí)施例中水的流向是回水先經(jīng)回水管口20進(jìn)入回水箱24，再經(jīng)聯(lián)通管40進(jìn)入通水管15，經(jīng)該管從下向上流入容水上腔3，然后從通口e進(jìn)入增磁儲(chǔ)能鐵芯10從內(nèi)數(shù)第一層環(huán)形間隔上部，因受隔板所阻，沿圖4中的箭頭向左下流至圖5中隔板的左側(cè)，經(jīng)通口e1流向第二層環(huán)形間隔，在第二層環(huán)形間隔中向右上方流至隔板的右側(cè)被隔板所阻從通口e2流向第三層環(huán)形間隔，在第三環(huán)形間隔向左下方流至隔板的左側(cè)，經(jīng)通口e3流入第四環(huán)形間隔，這樣在增磁儲(chǔ)能鐵芯10中流至最外一層環(huán)形間隔的終端外e4，經(jīng)通水管流入熱交換器8，由熱交換器8經(jīng)絕緣通水管34流入出水箱29經(jīng)出水管口22輸出。
本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例三見圖6，本實(shí)施例與采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例一的不同處是采用圓管單層螺旋管熱交換器8，增磁儲(chǔ)能鐵芯10為塞滿熱交換器8內(nèi)側(cè)的多條鍋爐鋼管39組合體，鍋爐鋼管39的方向與熱交換器8螺旋管的軸向相同，鍋爐鋼管39的兩端相通，具有通水管的功能取代了通水管15，將容水上腔3和容水下腔42聯(lián)通，它的螺旋狀的熱交換器8的鍋爐鋼管的截面為圓形，在底座19內(nèi)沒有出水箱。本實(shí)施例的功率為1000KW，感應(yīng)加熱器11的外直徑為Dg＝160cm，熱交換器8的外直徑為Dr＝150cm。
本實(shí)施例在底座19中沒有出水箱29。水的流向是回水先經(jīng)回水管口20進(jìn)入回水箱24，再經(jīng)聯(lián)通管40進(jìn)入組成增磁儲(chǔ)能鐵芯10的諸多鍋爐鋼管39，從下向上流入容水上腔3，然后再?gòu)纳线M(jìn)入熱交換器8向下經(jīng)出水管口22輸出。
本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例四見圖7，本實(shí)施例與上述采用電能的熱水鍋爐各實(shí)施例的不同處是感應(yīng)加熱器11、熱交換器8和增磁儲(chǔ)能鐵芯的結(jié)構(gòu)和相互位置關(guān)系不同，本實(shí)施例有兩個(gè)感應(yīng)加熱器和兩個(gè)熱交換器，一層外感應(yīng)加熱器48的螺線管套在一層的外熱交換器47的螺旋管外，另有一內(nèi)感應(yīng)加熱器45和內(nèi)熱交換器46隔一定距離設(shè)置在外感應(yīng)加熱器48和外熱交換器47內(nèi)，內(nèi)感應(yīng)加熱器45套在內(nèi)熱交換器46外，本實(shí)施例的內(nèi)外熱交換器為一層，在外熱交換器47與內(nèi)感應(yīng)加熱器45之間設(shè)有間隔。起增磁儲(chǔ)能鐵芯作用的主要是熱交換器軸線的通水管15和內(nèi)熱交換器46。本實(shí)施例的功率為10000KW，外感應(yīng)加熱器48的外直徑Dg1＝200cm，外熱交換器47的外直徑Dr1＝185cm，內(nèi)感應(yīng)加熱器45的外直徑Dg2＝155cm，內(nèi)熱交換器46的外直徑Dr2＝140cm。
本實(shí)施例中水的流向是回水先經(jīng)回水管口20進(jìn)入回水箱24，再經(jīng)法蘭聯(lián)接管28進(jìn)入具有增磁儲(chǔ)能鐵芯的通水管15，經(jīng)該管從下向上流入容水上腔3，然后向下流入容水中腔36的下部，再?gòu)南铝魅雰?nèi)熱交換器46下部一圈一圈向上流入上部，再由內(nèi)熱交換器46的上部流入外熱交換器47的上部，然后從上下流至絕緣通水管34流入出水箱29，由出水箱29經(jīng)出水管口22輸出。
本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例五見圖8，本實(shí)施例與采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例二的不同之處是它的鍋殼采用內(nèi)殼54與外殼13雙殼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)殼54與外殼13之間構(gòu)成夾層水套53，夾層水套53與補(bǔ)水管口55聯(lián)接通，并且夾層水套53用絕緣軟接頭49和通水管50與回水箱24聯(lián)接通。兩鍋殼瓣14之間用絕緣軟接頭51和通水管52聯(lián)接通。本實(shí)施例的功率為3000KW。感應(yīng)加熱器11的外直徑為Dg＝81.7cm，熱交換器9的外直徑為Dr＝78.5cm。本采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例六見圖9，它是將中頻電源裝置56與功率相匹配的上述本采用電能的熱水鍋爐57組合在一起，如采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例五組合在一起，將中頻電源裝置56的輸出端與感應(yīng)加熱器11的感應(yīng)加熱器的接線端9、17連接。本實(shí)施例的供電參考電路為參見圖10。
上述各采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例中，均設(shè)置著溢流管35、踏步梯37、立柱44，踏步梯37與立柱之間墊著絕緣片38，并有大氣通口2，設(shè)置著電極水位計(jì)6和水位計(jì)7，在進(jìn)水管22設(shè)置著溫度控制插口43。鍋爐鋼管的材料為國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)G20，鍋爐鋼板的材料為g20。
本發(fā)明的電磁感應(yīng)加熱實(shí)施例是將中頻電源裝置56的950-1000Hz的中頻電流通入上述各采用電能的熱水鍋爐實(shí)施例如實(shí)施例五的感應(yīng)加熱器11的兩端，感應(yīng)加熱器11以電磁感應(yīng)的方式將電能傳給位于感應(yīng)加熱器中的螺旋形的裝有水的熱交換器8，在熱交換器8和增磁儲(chǔ)能鐵芯10產(chǎn)生熱加熱熱交換器8中的水。被加熱的水以每秒2-3米的流速通過熱交換器，熱效率更高。參見圖7。
所通入的中頻電流的頻率一般為700-1200Hz，由于趨膚效應(yīng)，頻率過高趨膚深度小，頻率過底趨膚深渡過大，都影響熱效率。
上述實(shí)施例中12、保溫隔音層兩層，內(nèi)層為鋸木為材料的隔音層，外層為礦棉板保溫層。16、絕緣層材料為電木38、法蘭聯(lián)接管兩法蘭之間有聚四氟乙烯絕緣墊56、中頻電源裝置 可用淅江大學(xué)電工廠生產(chǎn)的KGPS-250/1混合型晶閘管中頻裝置58、溫度自動(dòng)報(bào)警裝置 可用余姚市新波儀表公司的TDA-8002溫度指示調(diào)節(jié)儀60、水位自動(dòng)補(bǔ)水報(bào)警裝置 可用北京市大興工業(yè)公司的UDZ-143C水位報(bào)警器加設(shè)自動(dòng)補(bǔ)水電路制成，將其三個(gè)電極a、c、b，分別與電極水位計(jì)6的三個(gè)電極a`、c`、b`聯(lián)接。如不設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)水電路，可人工補(bǔ)水。
根據(jù)常規(guī)計(jì)算本采用電能的熱水鍋爐的熱功率，本采用電能的熱水鍋爐的電功率W可由下式確定W=T·C·G0.24s]]>式中 T為所要求的出水溫度，G為水流量和采用電能的熱水鍋爐的鋼材重量，C為水的比熱和鋼材比熱的和，s為加熱通電的時(shí)間，單位為秒。
權(quán)利要求
1.一種電磁感應(yīng)在加熱鍋爐方面的應(yīng)用，將中頻電流通入以勵(lì)磁線圈為感應(yīng)加熱器并具有鐵芯的鍋爐，感應(yīng)加熱器以電磁感應(yīng)的方式將電能傳給位于感應(yīng)加熱器中的螺旋形的裝有水的熱交換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)加熱，其特征是被加熱水的流速隨功率的增大而增大，被加熱的水以每秒1-10米的流速通過熱交換器。
3.一種采用電能的熱水鍋爐，它包括鍋殼、底座、用電能的加熱器、熱交換器，用電能的加熱器和熱交換器安裝在鍋殼內(nèi)，鍋殼設(shè)置在底座上，鍋殼內(nèi)有一保溫隔音層或夾層水套，其特征是所說的熱交換器為鍋爐鋼管圈成徑向最少一層的螺旋管體，組成螺旋管的鍋爐鋼管環(huán)在螺旋管的軸向和徑向疊壓在一起；所說的加熱器是作為感應(yīng)線圈的感應(yīng)加熱器，感應(yīng)加熱器是橫截面為矩形的銅條或銅管圈成螺旋狀，感應(yīng)加熱器套在熱交換器外，感應(yīng)加熱器與熱交換器之間有間隔或絕緣層，間隔或絕緣層為0.1-5cm，感應(yīng)加熱器的銅條環(huán)或銅管環(huán)之間相互分隔開；在熱交換器內(nèi)側(cè)還設(shè)置著以鍋爐鋼管為材料的增磁儲(chǔ)能鐵芯；在熱交換器的內(nèi)側(cè)中部設(shè)置著順著熱交換器軸線的通水管；在底座內(nèi)設(shè)置著回水箱，回水箱與回水管口和排污管口接通；通水管與回水箱聯(lián)接通，熱交換器與通水管直接或間接連接通并與出水管口連接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是所說的增磁儲(chǔ)能鐵芯是熱交換器和中心通水管，熱交換器為多層螺旋管徑向疊壓在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是所說的增磁儲(chǔ)能鐵芯是以中心通水管為若干內(nèi)圈直徑依次增大并依次相套的鍋爐鋼管組合體，相套的鍋爐鋼管的兩端由端板封住，相套的鍋爐鋼管之間有環(huán)形間隔，環(huán)形間隔中在半徑方向有一徑向隔板隔開，從內(nèi)數(shù)第一層環(huán)形間隔的上部靠徑向隔板的右側(cè)，在端板有與鍋殼內(nèi)的容水上腔相通的通口，在該環(huán)形間隔下部的徑向隔板的為左側(cè)，外側(cè)鍋爐鋼管有通向第二層環(huán)形間隔的通口，在第二層環(huán)形間隔的上部，靠徑向隔板附近的右側(cè)，外側(cè)鍋爐鋼管有通向第三層環(huán)形間隔的通口，在第三層環(huán)形間隔的下部，靠徑向隔板附近的左側(cè)，有通向第四層環(huán)開間隔的通口，以此類推，在最外一環(huán)形間隔的上部的端板，有與熱交換器相通的通水管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是所說的增磁儲(chǔ)能鐵芯是塞滿熱交換器內(nèi)側(cè)的鍋爐鋼管組合體，鍋爐鋼管的方向與熱交換器螺旋管的軸向相同，鍋爐鋼管兩端相通，與之相配的熱交換器的螺旋管在半徑方向的疊層厚度，小于熱交換器半徑的二分之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是所說的熱交換器和感應(yīng)加熱器是一層外感應(yīng)加熱器的螺線管套在最少一層的外熱交換器的螺旋管外，另有一內(nèi)感應(yīng)加熱器和內(nèi)熱交換器隔一定距離設(shè)置在外感應(yīng)加熱器和最少一層的外熱交換器內(nèi)，內(nèi)外熱交換器聯(lián)接通，內(nèi)外熱交換器為一至四層，在外熱交換器與內(nèi)感應(yīng)加熱器之間設(shè)有間隔，間隔為4-15cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6或7所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是，所說的鍋殼分為兩瓣或多瓣結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6或7所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是，所說的鍋殼設(shè)置成外殼和內(nèi)殼雙層結(jié)構(gòu)，外殼與內(nèi)殼之間構(gòu)成夾層水套，夾層水套用管道與補(bǔ)水管聯(lián)接通，夾層水套的下部與回水箱相通。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是，所說的鍋殼設(shè)置成外殼和內(nèi)殼雙層結(jié)構(gòu)，外殼與內(nèi)殼之間構(gòu)成夾層水套，夾層水套用管道與補(bǔ)水管聯(lián)接通，夾層水套的下部與回水箱相通，各瓣之間用管道和絕緣的軟接頭連接通。
11.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6或7所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是在所述的底座設(shè)置出水箱，出水箱設(shè)置在熱交換器與出水管口之間并與熱交換器和出水管口相通。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是在所述的底座設(shè)置出水箱，出水箱設(shè)置在熱交換器與出水管口之間并與熱交換器和出水管口相通。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是在所述的底座設(shè)置出水箱，出水箱設(shè)置在熱交換器與出水管口之間并與熱交換器和出水管口相通。
14.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6或7所述的采用電能的熱水鍋爐，其特征是在所說的鍋殼與底座之間設(shè)置著絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁感應(yīng)加熱在鍋爐上的應(yīng)用及采用電能的熱水鍋爐。它是將中頻電流通入以勵(lì)磁線圈為感應(yīng)加熱器并具有鐵芯的鍋爐,熱交換器中裝有水。本采用電能的熱水鍋爐的特征是:熱交換器為鋼管圈螺旋管體,設(shè)有銅管圈成螺旋狀的感應(yīng)加熱器,感應(yīng)加熱器套在熱交換器外,熱交換器內(nèi)側(cè)有鋼管增磁儲(chǔ)能鐵芯和通水管,在底座有回水箱。本電磁感應(yīng)加熱功率可達(dá)數(shù)千千瓦,本采用電能熱水鍋爐加熱效率高、功率大達(dá)數(shù)千千瓦。
文檔編號(hào)F24H1/12GK1338598SQ00118939
公開日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者唐壽海 申請(qǐng)人:唐壽海