分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置及其控制方法，水箱被隔成顶部连通的主水区和副水区，主水区和电磁感应加热构成了预热和高温水外送系统：副水区流量可控的向主水区注水，且注满后溢流返回副区。整机机构实现主区水优先预热，预热到温后，通过流量可控的向其注入副区水，在控制主区水温不变的条件下溢流加热副区水。主区水到温可随时经电磁加热到所要求的温度(≤150℃)外送。既满足了部分水优先预热先供的油田等作业使用要求，也保证了电磁加热的总体效能。两水区均预热到温后，还可总体外送，满足一次性大量供水要求。本发明专利技术的数控系统实时比对参数，自行判断自身加热执行方式和外部指令的执行方式，实现简单，操作方便。

Preheating electromagnetic induction high temperature water heating device and its control method for separated water tank

【技术实现步骤摘要】
分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置及其控制方法
本专利技术涉及电热
，具体涉及分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置及其控制方法。
技术介绍
电磁感应加热技术，是通过缠绕在金属管外的线圈所产生高频交变磁场，使金属管产生涡流，从而对流经管内的水进行加热的。这种内热式加热与传统的电阻热传导加热相比，避免了热传递耗散，至少节能30℅以上，是一种先进节能的加热技术。预热式电磁感应加热，是先将水箱中的水流经电磁感应加热管循环加热至预热温度(通常80℃—95℃)，然后再将预热到温水以一定的流量流经电磁感应加热管进一步加热至所要求的温度(通常120℃—150℃)送出，从而可在电磁感应加热管使用较低的功率条件下，能连续提供流量和水温均满足使用要求的高温用水。若设电磁感应加热管使用功率为P(W)，外送水温度为T外(℃)，外送水流量为L/H(Kg/H)，流量为L/H的流经电磁感应加热管的水的温升为ΔT，依简化的电热转换公式则有：预热温度即将水箱中的水预热至经功率为P(W)的电磁感应加热管加热，即可获得流量为L/H(Kg/H)，水温为T外的外送高温用水。现有的此类电磁感应加热设备如图1所示，主要采用单水箱储水蓄热。当阀一开通，阀二关闭时，水箱的水经泵送至电磁感应加热管中，再经阀一流回水箱。开启电磁感应加热管，水箱的水形成了内循环加热。当水箱的水达到设定的温度T预后，阀二开通，阀一关闭，达到预热温度的热水即可经由电磁感应加热管再加热升温外送，并可通过控制阀二的开启角度，控制外送水流量。借助数控技术，依设定的电磁感应加热管功率P(W)，流量L/H(Kg/H)和外送水温度T外，则可自动确定预热温度T预(℃)，提供温度为T外(℃)，流量为L/H(Kg/H)的外送用水。现有的这种单水箱储水蓄热式电磁感应高温水加热设备，水箱水只能整体预热。通常其蓄水量约为4000Kg，预热温升约为80℃(冬季)，电磁感应加热管允许使用的功率约为40Kw—80Kw，预热时间约需5H—10H。这对水箱注水后要求在短时间内先供部分高温热水，其余部分可容后供应的使用条件，如油田等野外作业工况，是极不适应的。从能量守恒和电热转换原理讲，在电磁感应加热管的功率、水箱的储水量和预热温升确定的条件下，采用水箱水整体预热方式，是不可能缩短预热准备时间的，必须采用新的技术方法予以解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置及其控制方法，该加热装置能够针对现有的电磁感应加热设备的不足，通过最为简化的整机结构以及相应的控制方法方法来实现分隔水箱预热，满足油田等野外作业工况需要短时间内供部分高温热水的要求。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置，包括水箱、电磁感应加热装置、检测机构以及控制机构，所述水箱内设有隔板，且隔板将水箱分隔成顶部连通的主水区和副水区。所述主水区和副水区分别设有主出水口和副出水口；所述主出水口通过出水机构与所述电磁感应加热装置的进口连接，所述电磁感应加热装置的出口通过回流机构与主水区连接，所述电磁感应加热装置的出口还通过外送机构外送高温水；所述副出水口以通过流量可调的注水机构向主水区注水；所述检测机构检测主水区和副水区的水温和水位；所述控制机构用于接收所述检测机构的数据以及接收外送水、开机、关机和断电后重启指令，并控制所述出水机构、电磁感应加热装置、回流机构、外送机构和注水机构。本专利技术的进一步改进方案如下：进一步的，所述出水机构包括循环泵，所述回流机构包括依次连接的内回阀、节流环和回流管，且回流管的出水口设置在所述主出水口下方；所述外送机构包括依次连接的外送阀和外送水喷嘴；所述外送水喷嘴和节流环分别用于限制外送高温水流量和预热中的回流水流量；所述循环泵、内回阀和外送阀与所述控制机构联通。通过采用上述方案，主水区内的水通过循环泵进入电磁感应加热装置预热之后通过内回阀和节流环回到主水区，主水区内的水被不停预热；主水区内的水温达到预设T预后，可以通过电磁感应加热装置对经过预热的水加热到指定温度T外后，经过外送阀和外送水喷嘴供出。控制机构能够通过控制内回阀和外送阀的开关，来控制预热和外送过程，控制机构能够在关机后直接将循环泵关闭。回流管内的出水口设置在主出水口的下方，方便热量快速从底部向上部扩散，温度迅速平衡。进一步的，所述注水机构包括依次连接的注水泵、流量调节阀和注水管，且注水管的出水端设置在所述主出水口下方；所述注水泵和流量调节阀与所述控制机构联通。通过采用上述方案，控制机构测定主水区和副水区的水温差ΔT，当ΔT变化时，为了保证主水区内水温不变，因此需要跟随ΔT来实时控制注水流量，控制机构通过调节流量调节阀来简单的完成了这一控制过程。注水管的出水口设置在主出水口下方，提高热交换速率，使得温度快速平衡。进一步的，所述检测机构包括分别设置在主水区和副水区的主水位计、主水温传感器、副水位计和副水温传感器；所述主水位计和副水位计上分别设有主上报警点、主下报警点、副上报警点和副下报警点；所述主上报警点和副上报警点处于同一平面且低于所述隔板的上端面，所述主下报警点和副下报警点分别高于所述主出水口和副出水口；所述主水温传感器和副水温传感器分别低于所述主出水口和副出水口；所述主水位计、主水温传感器、副水位计和副水温传感器分别与所述控制机构联通。通过采用上述方案，主上报警点和副上报警点代表了注水时的水位上限，其处于同一平面且低于所述隔板的上端面一定距离主要时为了防止预热过程中因水热膨胀导致液面超过隔板上端面所产生的主水区和副水区间不可控制的热交换。主水温传感器和副水温传感器分别低于主出水口和副出水口，主要时为了保证水温传感器能够一直位于水液内，能够一直对两个水区的水温进行检测。进一步的，所述控制机构包括PID控制器。通过采用上述方案，PID控制最常用的一种控制方式之一，能够通过测量和比较数据，对流量和压力进行控制，从而达到所需目的。本专利技术还提供了一种分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置的控制方法，包括预热控制，所述预热控制包括如下步骤：S1：预设主水区的水位下限h1，副水区的水位下限h2；预设主水区的预热水温T1，副水区的预热水温T1-ΔT差，ΔT差为预热温区允许的下偏差；预设电磁感应加热装置的满功率P1，低功率P2；预设注水机构的最大流量L1，且L1大于出水机构的流量；S2：实时检测主水区的水位h主和水温T主、副水区的水位h副和水温T副；当T主＜T1，h主＞h1时，控制出水机构和回流机构开启，控制外送水机构和注水机构关闭，电磁感应加热装置功率为P1；当T主＜T1，h主＝h1，h副＞h2时，控制出水机构和回流机构开启，控制外送水机构和注水机构关闭，电磁感应加热装置功率为P1；当h主＝h1，h副＝h2时，执行接收关机指令控制；当T主≥T1，h主≥h1，T副＜T1-ΔT差，h副＞h2时，控制出水机构、回流机构和注水机构开启，外送水机构关闭，电磁感应加热装置功率为P1，实时调节注水机构的流量为L注＝0.86*P1÷(T主-T副)；当T主≥T1，h主≥h1，T副＞T1-ΔT差，h副＞h2时，控制出水机构、回流机构和注水机构开启，外送水机构关闭，注水机构的流量为L1，电磁感应加热装置功率为P2；当T主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置，其特征在于，包括水箱、电磁感应加热装置、检测机构以及控制机构，所述水箱内设有隔板，且隔板将水箱分隔成顶部连通的主水区和副水区，所述主水区和副水区分别设有主出水口和副出水口；所述主出水口通过出水机构与所述电磁感应加热装置的进口连接，所述电磁感应加热装置的出口通过回流机构与主水区连接，所述电磁感应加热装置的出口还通过外送机构外送高温水；所述副出水口通过流量可调的注水机构向主水区注水；所述检测机构检测主水区和副水区的水温和水位；所述控制机构用于接收所述检测机构的数据以及接收外送水、开机、关机和断电后重启指令，并控制所述出水机构、电磁感应加热装置、回流机构、外送机构和注水机构。

【技术特征摘要】
1.分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置，其特征在于，包括水箱、电磁感应加热装置、检测机构以及控制机构，所述水箱内设有隔板，且隔板将水箱分隔成顶部连通的主水区和副水区，所述主水区和副水区分别设有主出水口和副出水口；所述主出水口通过出水机构与所述电磁感应加热装置的进口连接，所述电磁感应加热装置的出口通过回流机构与主水区连接，所述电磁感应加热装置的出口还通过外送机构外送高温水；所述副出水口通过流量可调的注水机构向主水区注水；所述检测机构检测主水区和副水区的水温和水位；所述控制机构用于接收所述检测机构的数据以及接收外送水、开机、关机和断电后重启指令，并控制所述出水机构、电磁感应加热装置、回流机构、外送机构和注水机构。2.根据权利要求1所述的分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置，其特征在于，所述出水机构包括循环泵，所述回流机构包括依次连接的内回阀、节流环和回流管，且回流管的出水口设置在所述主出水口下方；所述外送机构包括依次连接的外送阀和外送水喷嘴；所述外送水喷嘴和节流环分别用于限制外送高温水流量和预热中的回流水流量；所述循环泵、内回阀和外送阀与所述控制机构联通。3.根据权利要求1所述的分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置，其特征在于，所述注水机构包括依次连接的注水泵、流量调节阀和注水管；所述注水泵和流量调节阀与所述控制机构联通。4.根据权利要求1所述的分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置，其特征在于，所述检测机构包括分别设置在主水区和副水区的主水位计、主水温传感器、副水位计和副水温传感器；所述主水位计和副水位计上分别设有主上报警点、主下报警点、副上报警点和副下报警点；所述主上报警点和副上报警点处于同一平面且低于所述隔板的上端面，所述主下报警点和副下报警点分别高于所述主出水口和副出水口；所述主水温传感器和副水温传感器分别低于所述主出水口和副出水口；所述主水位计、主水温传感器、副水位计和副水温传感器分别与所述控制机构联通。5.根据权利要求1至4任一所述的分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置，其特征在于，所述控制机构包括PID控制器。6.一种如权利要求1所述的分隔水箱预热式电磁感应高温水加热装置的控制方法，其特征在于，包括预热控制，所述预热控制包括如下步骤：S1：预设主水区的水位下限h1，副水区的水位下限h2；预设主水区的预热水温T1，副水区的预热水温T1-ΔT差，ΔT差为预热温区允许的下偏差；预设电磁感应加热装置的满功率P1，低功率P2；预设注水机构的最大流量L1，且L1大于出水机构的流量；S2：实时检测主水区的水位h主和水温T主、副水区的水位h副和水温T副；当T主＜T1，h主＞h1时，控制出水机构和回流机构开启，控制外送水机构和注水机构关闭，电磁感应加热装置功率为P1；当T主＜T1，h主＝h1，h副＞h2时，控制出水机构和回流机构开启，控制外送水机构和注水机构关闭，电磁感应加热装置功率为P1；当h主＝h1，h副＝h2时，执行接收关机指令控制；当T主≥T1，h主≥h1，T副＜T1-ΔT差，h副＞h2时，控制出水机构、回流机构和注水机构开启，外送水机构关闭，电磁感应加热装置功率为P1，实时调节注水机构的流量为L注＝0.86*P1÷(T主-T副)；当T主≥T1，h主≥h1，T副＞T1-ΔT差，h副＞h2时，控制出水机构、回流机构和注水机构开启，外送水机构关闭，注水机构的流量为L1，电磁感应加热装置功率为P2；当T主≥T1，h主＞h1，h副＝h2时，控制出水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昕悦，李雨田，班照冲，刘茹，
申请(专利权)人：南京酷冷节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32