工频叠加感应电热板.pdf

本发明涉及应用工频（50Hz交流）电源的感应加热装置，特别是适用于50-400℃范围内对各种物料进行加热的一种工频叠加感应电热板。
    目前所有的感应加热装置，依照感应方式而论，有纵向磁场感应加热装置，有横向磁场感应加热装置，有铁芯感应加热装置，若依使用电源区分，有使用工频的、有使用中频或高频的，但大多数为获得好的热效率，选用中频或高频电源，但这样成本高。而且在实际使用的感应加热装置中均只采用一种感应加热方式，以纵向磁场感应加热方式最为普遍。如苏联洛津斯基的应用工频纵向磁场感应加热装置（参阅《感应加热手册》英国·戴维斯等著·国防工业出版社·1985年5月出版），它用来干燥车辆的金属表面涂料，其结构如图1所示，当线圈〔1〕接上50Hz交流电源，铁芯〔2〕将产生磁通，这磁通进入钢板〔3〕，再从钢板〔3〕回到铁芯〔2〕，这一过程就是利用纵向磁场作用于钢板〔3〕，使其受磁场感应而加热，据称：加热到100-130℃，需要15-20分钟;当功率因素为0.49-0.58时，电热板（这种很厚的钢板）的功率密度为0.7-1.65KW/M2，数据表明这种电热板的功率密度低。另一方面，由于工频纵向磁场对薄金属板加热，受到工频频率的制约，因磁场感应的电流其透入深度远大于板厚，这样能量转换效率低而不能满足要求，因此，要保证能量转换的效率，不得不使用设备复杂、价格昂的中频或者高频电源。

    本发明的目的是克服上述不足，改善使用工频产生的纵向磁场对电热板作用时能量转换效率低的缺点，采用一种可以兼容三种加热方式的装置、即将纵向磁场、横向磁场以及铁芯感应加热方式叠加于一板的一种工频叠加感应电热板，它在功率因数为0.65～0.7时，其功率密度可达50-100KW/M2，这样在不需要中高频电源的情况下，也能获得较高的热效率。

    本发明地技术解决方案是，利用碳素钢的高导磁率，铝金属非磁性，及铝金属的高导电率，将二者按下列方式组合在一起，先将碳素钢制成的钢板〔3〕钻有一定数量的孔，然后用浇注法，使纯铝〔4〕将钻有孔的钢板〔3〕全部包覆，并充满钢板孔;这样构成了一块可以接受三种（即纵向磁场，横向磁场与铁芯）感应加热方式的加热板〔9〕。加热板〔9〕将与带有铁芯〔2〕的线圈〔1〕安装在一起，由支架〔8〕支撑加热板〔9〕，同时固定在加热板〔9〕与底板与之间的铁芯〔2〕与线圈〔1〕，铁芯〔2〕与加热板〔9〕之间保持有2mm的间隙，上罩〔7〕与外壳〔6〕配合保护线圈〔1〕和铁芯〔2〕。其工作原理是，当线圈〔1〕接通50Hz电源后，铁芯〔2〕将有磁通穿过，磁通沿着铁芯〔2〕经过气隙进入加热板〔9〕，然后又回到铁芯〔2〕中，形成一个闭合磁路。这时在加热板〔9〕上将受到三种感应的作用，其一当磁通由铁芯〔2〕进入加热板〔9〕返回铁芯〔2〕时均横向穿过加热板〔9〕上的包覆铝〔4〕，使其感应电流而发热，这种发热即为横向磁场感应热。其二当磁通穿过加热板〔9〕在钢板〔3〕上将产生纵向磁场感应热。其三钢板〔3〕上有若干个打穿的孔，使得覆盖钢板〔3〕的包覆铝象一组线圈，且与磁通共链，犹似变压器的二次线圈，而且包覆铝与孔中的铝在钢板上构成封闭的回路，因而在磁通通过钢板〔3〕时将产生有芯形式的感应热。这样三种形式的感应热同时叠加在加热板〔9〕上，从而大大加速了能量转换，提高了加热板〔9〕的热效应。感应电热板，可以制成平板形、圆筒形、方筒形或者其他形状。可以制成加热容器，也可以是加热元件，基本点在于它将两种金属按照上述方式组合在一起。一种是导磁性的金属，另一种是非导磁性且为良导体，可以是铝，也可以是铜，可以是铝合金，也可以是铜合金。配上线圈、铁芯和其它组成，就构成了我们所需要的工频叠加式感应电热板。

    工频叠加感应电热板的优点在于：将三种感应方式集于一板，能量转换效率高，与只采用纵向磁场加热法相比，转换效率提高20倍以上;非磁性良导体的电阻温度特性使其有很快的热响应速度和在一定范围的恒温性能，同时无明火和高温部位，其热效率高于工频电磁灶且结构简单、易于制造;可以用于轻工、化工、食品、医疗、生活和实验室等各种物料50-400℃的加热，特别适于对流体和易燃物料加热。

    图1、苏联洛津斯基的干燥涂料感应加热装置。

    图2、本发明的具体实例结构示意图。

    图3、产生叠加感应的原理图。

    图4、加热板的结构图。

    下面结合附图描述本发明的实施例：

    图1所示的装置，由线圈、铁芯和被加热铜板组成;

    图2本发明的实施例为一台平面式工频叠加感应电热板，它由线圈〔1〕、铁芯〔2〕、底板〔5〕、外罩〔6〕、上罩〔7〕、支架〔8〕、加热板〔9〕组成。加热板〔9〕系碳素钢制成的钢板〔3〕（其上钻有若干个孔）和覆盖在它的表面的工业纯铝〔4〕构成。加热板〔9〕下面是带有线圈〔1〕的铁芯〔2〕，其下面就是底板〔5〕，铁芯〔2〕与加热板〔9〕之间保持2mm的间隙，支架〔8〕一端支撑固定加热板〔9〕，另一端固定在底板〔5〕上，与此同时固定了在加热板〔9〕与底板〔5〕之间的带有线圈〔1〕的铁芯〔2〕，外壳〔6〕上是上罩〔7〕，它们保护线圈〔1〕和铁芯〔2〕不受损害。

    图3、当线圈〔1〕接上电源，就有磁通在铁芯〔2〕中产生，并通过加热板〔9〕，再回到铁芯〔2〕，形成闭合的磁路，由于加热板〔9〕的结构系两种特性不同的金属（一种磁性的，一种非磁性且为良导体）按照前述的方式组成，使得它可以接受三种不同的感应和加热方式。

    图4、加热板〔9〕，由铜板〔3〕与工业纯铝〔4〕组成，铜板〔3〕钻有若干个孔，工业纯铝利用浇铸法覆盖了铜板〔3〕表面和充满了铜板〔3〕上的孔。

    工业纯铝可以用铜金属或者铜合金、铝合金来取代，作用不会改变。