一种高效电热换能装置制造方法及图纸

一种高效电热能量转换装置由电源提供可变频率的高频交流电输出，送电热换能器产生交变磁场，在发热钢管内产生的涡电流使得发热管产生高温并进行热转换。电热换能器的温度及温度梯度经热传感器取样送电源控制发热钢管温度场。该转换装置热效率提高；工作于相对低的工作温度，延长电热件使用寿命，减少设备停机检修次数，提高设备的生产效率；并且易于实现自动化生产。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高效电热能量转换装置，在实现高电热转换效率同时，降低生产成本，延长设备使用寿命，减少环境污染。技术背景考查了国内外专业厂商(国内及美国、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使用的塑料挤出机，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。其典型结构见附图说明图1，发热器件为圆形截面的螺旋线电热丝或电热棒，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，按照柱面形状波辐射的形状向外传递，对于相邻两匝来说，至少有50％的热量是相互抵销而浪费。目前较先进电热件是以美国Omega公司生产的黑星星(Black Star)为代表的产品。它改变了发热件的截面形状，如带状电热件，其典型结构见图2，增加热有效分量，减少相邻匝间热损耗。这种加热方式存在如下缺点电阻器的热效率很低。电阻器产生的热能，只有沿螺杆泵套筒法向的热分量(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和热传导方式损失，既浪费能源，又破坏环境；现行产品的电阻发热件与螺杆泵外套间必须有电绝缘材。由于所有绝缘材料都是隔热材料。它防碍发热件向螺杆泵外套的热传递，进一步降低了有效热能的比例；为减少热损失，提高电热转换率，电阻器外安装了保温材料。致使电阻发热件在高温度下工作，加速电阻发热件的损坏。比更换电阻发热件增加生产成本更重要的是设备重新起动造成生产损失。由于电热器件在高温环境下工作，产生大量的热损耗和隔热保温材料的气味影响操作者的工作环境。
技术实现思路
为彻底解决上述问题，本技术提出一种频控电磁感应加热装置。实现节能，低成本，长寿命和减少污染。为实现上述目标，本技术采用的如下技术方案装置由电源提供可变频率的高频交流电输出，送电热换能器，高频电源提供的交变电流产生交变磁场，使发热钢管内产生涡电流，涡电流可使得发热管产生很高温度，进行热转换。电热换能器的温度及温度梯度经热传感器取样，与设定标准参数比较，控制电源输出的脉冲占空比和脉冲频率，并控制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。由于采用上述方案，该转换装置热效率提高；工作于相对低的工作温度，延长电热件使寿命，减少设备停机检修次数，提高设备的生产效率；并且易于实现自动化生产。以下结合附图对本技术进一步说明图1是圆形截面螺旋线电热器件图。图2是带形截面电热器件图。图3是典型装置结构框图。1交流电源 2整流器 3变频器 4换能器 5采样传感器 6脉冲发生器 7电压频率控制器图4是典型电热换能器结构图。1磁封闭套 2激励线圈 3保温绝缘材料 4发热钢管(螺杆泵外壳)图5是经济型装置结构框图。1电源 2变频器 3换能器具体实施方式典型的频控电磁加热装置包括电源、电热换能器和频压自动控制器等部分。如图3中交流动力电(1)经硅整流(2)后，经脉冲发生器控制的可控硅开断，形成可变频率的高频交流(矩形波)电(3)，通过整形逼近为近似的三角波(或正弦波)。高频电送电热换能器(4)，进行热转换。其电路可采用普通器件方式搭接，或设计专用器件实现。电热换能器结构为四层同轴结构图4中内层为加热和输送原料的发热钢管(4)，对于塑料机械，通常是螺杆泵外壳；发热钢管外层包裹保温绝缘材料(3)；保温材料外层缠绕激励线圈(2)，线圈两端与变频器输出相连接；最外层为提高换能效率的磁封闭套(1)及散热保护壳。电热换能器工作过程为由高频电源提供的交变电流产生交变磁场，发热钢管(图4中4)内产生涡电流，涡电流可使得发热管产生高温。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。发热管采用普通黑色金属(钢或铸铁)，在塑料挤出机上通常为螺杆泵外壳。应当注意其壁厚和材料均匀，以便产生的热量均匀； 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；图4中激励线圈(2)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。磁封闭套(1)，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。对于小功率设备也可以不使用导磁材料，通过金属外壳和普通绝缘材料做成简单的导磁防护罩。典型的设备包括自动控制部分。它由以下部分组成自动控制器控制器可以采用电子控制电路、单片机或计算机自动控制系统三种方式。一般设备使用单片机或以运算放大器为核心的控制电路。对于自动化水平较高的生产单位，可以使用计算机自动控制装置，实现生产过程自动化。各种控制器的基本原理相似图3中，电热换能器(4)的温度及温度梯度经热传感器(5)取样变换为电信号，经与预先设定标准参数值(如标准温度和标准温度梯度值)比较，结果送脉冲发生器(6)，由脉冲发生器产生相应频率的脉冲控制可控硅(3)的导通和断开。其中可控硅的占空比决定发热钢管温度，脉冲频率决定发热钢管温度梯度。不同的是，电子电路控制器的信号始终为模拟信号，控制参数通常通常只包括温度与温度梯度，标准参数值范围和分辨率都需预先设定。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，标准参数值和分辨率都可以根据需要自动调整，实现对设备自动控制。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。频控电磁加热装置各部件的设计原则(本技术加热装置需要根据不同设备及该设备生产情况进行详细设计，设计的基本原则如下)电源通常三相交流电源，通过可调节二次电压的升压变压器，使交流电压为500V到750V。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适当降低。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，通常不需要设计加工；保温绝缘材料的设计原则为耐热，根据激励线圈工作电压设计绝缘层厚度，通常可采用玻璃纤维、云母片等，对于大功率设备应使用陶瓷线圈支架绝缘。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电子电路控制。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自动控制装置。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。根据实际生产情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效电热换能装置，其特征在于交流电源经变频电源在升压变频处理后送发热管外绕激励线圈的电热转换器，实现热输出的内热式装置。

【技术特征摘要】

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