一种高效电热换能方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种频控感应式电热换能新方法。它依据法拉第电磁感应定律设计的换能器将变频升压后的动力电能转换为热从而使换能器实际工作温度降低，节约能源，延长使用寿命，热响应好，利于实现生产过程自动控制。实用的感应式换能器由电源、换能器和频压自控系统组成。比目前国际通用的加热器件节能５０％。可在六个月内从节约电费中回收一次性设备成本。适于塑料，高分子制品和现代防腐保温管的生产。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种工业用高效电热换能方法及其装置。它采用内热感应方式，提高了电热设备的电能转换效率，降低了热损失而节约能源。由于加热装置在低温条件下工作，延长了设备寿命长，可进一步降低生产成本。以塑料制品生产为例，它的应用与传统的电阻加热装置相比较，能够有效提高电热转换效率，与现行结构中较先进的加热方式比较，节约电能百分之五十以上(理论计算的能耗为25％)，从而降低塑料制品主要生产成本。典型结构设备一次投入可在六个月回收。考查了国内外专业厂商(国内和美国、德国、加拿大、日本等)的各种产品，现行的高分子热塑性材料生产用的塑料挤出机，均采用电阻加热器件。其原理是通过电阻器将电能转换为的红热，透过绝缘层向螺杆泵外套传递热量，以加热塑料原料。这种加热方式存在如下缺点1、电阻器的热效率很低。电阻器产生的热能，只有向螺杆泵套筒方向的热分量(即指向套筒的法向分量)可以形成有效热，而其他能量通过红外辐射能、传导热方式损失，既浪费能源，又影响环境；2、传统的发热器件为圆形截面的螺旋线电热丝或电热棒(附图说明图1)，缠绕在螺杆泵套筒外侧。其产生的热量以发热器件轴线为中心，按照柱面波形状向外辐射，对于相邻两匝来说，有50％的热量相互抵销而浪费。目前较先进的电热器件是以美国Omega公司的黑星星(Black Star)为代表的产品。它改变电阻发热件的截面形状(如图2所示的带状电热件)，以增加热有效分量，减少相邻匝间热损耗。3、电阻发热件与螺杆泵外套间有电绝缘材。所有绝缘材料都是隔热材料。它防碍热传递，减少有效热能比；4、为减少热损失，提高电热转换率，电阻器外安装保温材料，更使得电阻器在高温度下工作，加速电阻发热件的损坏。更换电阻发热件不仅增加设备成本，还带来设备重新起动的更大损失。5、由于电热器件在高温环境下工作，产生大量的损耗热和隔热保温材料的气味，影响操纵者的工作环境。为彻底解决上述问题，本专利技术提出一种频控电磁感应式加热方法及其装置。基于电磁感应的电热换能装置大幅度节约能源消耗(节约能源50％以上)，降低了生产成本；由于电热系统的最高温度点的工作温度接近加工对象所需温度，延长设备使用寿命，而减少设备停机检修次数，提高设备的生产效率。为实现上述目标，本专利采用了如下技术方案典型的频控电磁加热装置包括高频电源、电热换能器和电压频率自动控制器等部分(如图3)。电热换能器工作原理为当线圈内有交变电流通过时会产生交变磁场，同时，发热钢管在交变磁场的作用下产生涡电流，涡电流使得低电阻的发热管产生很高温度。发热钢管温度场的径向梯度由线圈内交变电流的强度和频率决定。电热换能器各部分的结构和功能为高频电源(图4)交流动力电经升压和可调整电压硅整流，经脉冲发生器控制的可控硅开断，形成可变频率的交流(矩形波)电，经整形逼近为近似的三角波(或正弦波)输出，送至电热换能器，进行热转换。电热换能器(如图5)电热换能器结构为四层同轴结构内层为加热和输送原料发热钢管。发热管采用钢或铸铁等普通黑色金属。对于塑料加工设备(挤出机和造粒机)是螺杆泵外壳，应当注意其壁厚和材料均匀，以便热量产生得均匀；发热钢管外层包裹保温绝缘材料。保温绝缘材料用于防止发热管产生热量向外传递，提高热效率。同时，保证其外层线圈和磁封闭套处于正常的工作温度，延长寿命。对保温绝缘材料的要求为耐热能力在800℃以上；保温材料外层缠绕激励线圈。线圈两端与电源输出相连接。激励线圈采用耐高温绝缘材料的外绝缘层，沿发热管周向缠绕。当使用多组激励线圈时必须注意相邻线圈的缠绕方向与线圈电压相位，对于同相位电压接法，线圈缠绕为同方向。线圈两端与变频电源输出相连接；对于大功率设备可使用内水冷方式线圈。最外层为提高换能效率的磁封闭套及散热保护壳。磁封闭套，由多块鞍形磁封闭瓦组成，沿发热管周向排列，机械连接结构。磁封闭瓦可根据成本计算选择不同价格的导磁材料，如铸铁、钢、变压器铁心(硅钢)材料。或采用不同材料组合结构，如铸造支架嵌硅钢片等。相邻的磁封闭瓦之间需要绝缘。电压频率自动控制器。典型的频压自动控制器包括以下部分自动控制器控制器可以采用以运算放大器为核心的控制电路、单片机计算机自动控制系统，实现生产过程自动化。各种控制器的基本原理相似(图3)电热换能器的温度及温度梯度经热传感器取样变换为电信号，经与预先设定标准参数值(标准温度和标准温度梯度值)比较，将结果送脉冲发生器，由脉冲发生器产生相应频率的脉冲控制可控硅的导通和断开。其中可控硅的占空比决定高频电源输出电压，确定发热钢管内涡电流强度和发热温度，脉冲频率决定发热钢管径向温度梯度。不同的是，以运算放大器为核心的控制电路控制器的信号始终为模拟信号，控制参数通常只包括温度与温度梯度，标准参数取值范围和分辨率都需预先设定。而单片机需要将传感器采样作模数转换，通过单片机处理输出的数字信号，控制频率脉冲发生器，它的控制参数数量由单片型号和控制程序决定，标准参数取值和分辨率都可以根据需要自动调整，实现对设备单机自动控制。计算机控制系统可以自动优化参考标准参数，并参考相关生产设备状况对生产过程自动控制。本专利技术的频控电磁加热装置需要根据具体设备和生产条件进行详细设计。其各部件的设计原则高频电源。通常三相交流电源。电源接入后，通过可调节二次电压的升压变压器，使交流电压为500V到750V。高压交流电通过硅堆整流后形成直流电，对波纹度无要求。直流电通过可控硅输出可变频率交流电(方波)，频率控制范围为100hz到55000hz，通过整形成为三角波形输出，输出电压可以根据情况确定。对于小功率设备可采用单相电源，而其他中、大功率设备采用三相变频交流电输出。电热换能器为原塑料挤出机螺杆泵外筒，一般不需要设计加工，在需要改善温度梯度的特殊情况下，可以纵向加工减小集肤槽；保温绝缘材料以耐热为原则，可选用石棉、玻璃纤维、云母等材料，也可使用陶瓷支架；激励线圈根据工作电压设计绝缘层厚度，对于高电压工作环境采用多层绝缘方式，绝缘层之间设计冷却装置；激励线圈线径根据最大工作电流计算，同时考虑工作温度的影响，必要时大功率设备的线圈可采用管状内水冷结构。磁封闭套尺寸的计算按照变压器铁心设计，并计及发热管与磁封闭套间隙的铁损。自动控制器选用控制器的原则是，对于小规模生产，小型设备应选择以运算放大器为核心的控制电路。对于生产规模大、自动化水平较高的生产单位，可以适用单片机控制器或计算机群控系统。而对于由于设备生产故障会影响全局的重要生产设备(如人造革生产过程中)，应当选择计算机自动控制装置。根据实际生产情况，可采用经济型设备。其构成设备为高频电源、换能器组成，如图6。高频电工作频率根据计算确定。最经济型换能器可以不安装磁封闭套的结构，以降低设备成本。权利要求1.一种长寿命、低损耗的电热换能方法及其装置，其特征在于使用了电磁感应的内热工作方式，采用了频压控制的电磁加热系统；2.由权利1所述的频压控制的电磁加热系统，其特征在于由变频电源、电热转换器和频率电压自动控制器组成。3.由权利2所述的电磁换能装置，其特征在于使用了可调频率控制换能器温度梯度；采用了可控硅占空比控制电路调节有效电压，控制产生热能。4.由权利2所述的电磁换能器，其特征在于电磁换能器使用了提高换能效率的磁封闭结构。全文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长寿命、低损耗的电热换能方法及其装置，其特征在于使用了电磁感应的内热工作方式，采用了频压控制的电磁加热系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐宏，
申请(专利权)人：齐宏，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]