一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置 |
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| 申请号 | CN201710285211.8 | 申请日 | 2017-04-27 | 公开(公告)号 | CN107062612A | 公开(公告)日 | 2017-08-18 |
| 申请人 | 广东罡丰新能源科技有限公司; | 发明人 | 邱燕翔; 梁国标; 黄志洛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 石墨 烯电磁核超音频 感应加热 装置，包括： 整流器 、依次与所述整流器连接的 滤波器 、逆变器和 变压器 ；以及与所述变压器相连的 电磁感应 元件，贯穿所述电磁感应元件的换热元件，并且所述换热元件内壁上 覆盖 有 石墨烯 ，其中所述换热元件内部流经有 导热油 。本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置，不仅环保，而且节能降耗，降低了运行成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置，其特征在于，包括：整流器(1)、依次与所述整流器(1)连接的滤波器(2)、逆变器(3)和变压器(4)；以及与所述变压器(4)相连的电磁感应元件(5)，贯穿所述电磁感应元件(5)的换热元件(6)，并且所述换热元件(6)内壁上覆盖有石墨烯，其中所述换热元件(6)内部流经导热油； |
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| 说明书全文 | 一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置技术领域背景技术[0002] 全球大规模的化石能源消耗所产生的二氧化碳等温室气体对全球气候变化存在着巨大威胁，这已经成为国际社会关注的焦点。而人们日常的取暖和工业运行都离不开燃煤加热技术，避免不了二氧化碳等温室气体的产生，这一问题一直阻碍着全球的低碳发展。 [0004] 因此，如何提供一种环保、节约的加热装置是本领域技术人员亟需解决的问题。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置，不仅环保，而且节能降耗，降低了运行成本。 [0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0007] 一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置，包括：整流器、依次与所述整流器连接的滤波器、逆变器和变压器；以及与所述变压器相连的电磁感应元件，贯穿所述电磁感应元件的换热元件，并且所述换热元件内壁上覆盖有石墨烯，其中所述换热元件内部流经导热油； [0008] 所述整流器将三相50Hz工频交流电整流成电压可调控的脉动直流电；所述脉冲直流电通过所述滤波器过滤为平稳的直流电；所述逆变器将所述直流电逆变成超音频交流电；所述超音频交流电经所述变压器变压后输送到所述电磁感应元件；在所述电磁感应元件内产生感应磁场，在感应磁场作用下，所述换热元件产生感应热量，与流经所述换热元件的所述导热油进行传热。 [0010] 可选的，在本发明提供的一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置中，所述线圈的总长度为500mm，以30匝等距的缠绕在所述换热元件上。 [0011] 可选的，在本发明提供的一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置中，所述线圈的总长度为500mm，其中200mm线圈以16匝等距的缠绕在所述换热元件上，另外300mm线圈以14匝等距的缠绕在所述换热元件上。 [0013] 可选的，在本发明提供的一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置中，所述外加热管的外径为0.057m，内径为0.047m；所述内定位芯的直径为0.045m。 [0014] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置，在感应磁场的作用下，能够将换热元件迅速升温，并且由于在换热元件内壁上覆盖了一层石墨烯，石墨烯本身具有导热快的特点，能够更快的将热能传导给导热油，通过导热油把热量传导给需要加热的设备，更加快捷、有效的利用热量，并通过大量实验证明了本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置具有环保，节能降耗的优点。而且本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置相对于现有技术中的燃煤锅炉设备体积小，能够适用于食品、纺织、学校、医院、工厂等地方，可完全替代锅炉。 [0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 [0017] 图1附图为本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置示意图； [0018] 图2附图为本发明电磁感应元件的两种结构示意图； [0019] 图3附图为本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置的整个控制系统的示意图。 具体实施方式[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0021] 本发明实施例公开了一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置，不仅环保，而且节约能耗和成本。 [0022] 参见附图1，本发明实施例提供一种石墨烯电磁核超音频感应加热装置，包括：整流器1、依次与整流器1连接的滤波器2、逆变器3和变压器4；以及与变压器4相连的电磁感应元件5，贯穿电磁感应元件5的换热元件6，并且换热元件6内壁上覆盖有石墨烯，其中换热元件6内部流经导热油； [0023] 整流器1将三相50Hz工频交流电整流成电压可调控的脉动直流电；脉冲直流电通过所述滤波器2过滤为平稳的直流电；逆变器3将直流电逆变成超音频交流电；超音频交流电经变压器4变压后输送到电磁感应元件5；在电磁感应元件5内产生感应磁场，在感应磁场作用下，换热元件6产生感应热量，与流经换热元件6的导热油进行传热。 [0024] 其中，石墨烯具有稳定的晶格结构，这不仅使得石墨烯具有超高的机械轻度和柔初性，而且还赋予了石墨烯优异的导热性能，实验测得石墨烯的导热率为5000W/(m·K)，远高于室温下铜的热导率(400W/(m·K))，也要优于碳纳米管和金刚石。 [0025] 本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置利用石墨烯的导热性质，在换热元件内壁覆盖了一层石墨烯。由于石墨烯本身具有导热快的特点，可以将迅速升温的换热元件上的热能传导给导热油，通过导热油把热量传导给需要加热的设备。 [0026] 下面介绍一下电磁感应元件的工作原理：在向电磁感应元件的线圈内通入经过变频的超音频电流后，会在电磁感应线圈内产生一个大小和方向与超音频电流同步周期性变化的感应磁场，由电磁感应定律可知，套在电磁感应线圈内的换热元件在变化的磁场作用下产生感应电流，由焦耳定律可知，在换热元件上产生大量的热，至此完成了由电能到磁能再到热能的转换，并经导热油把热量传导给需要加热的设备。 [0027] 此外，还需要进行说明的是，由于电磁感应线圈本身存在电流和电阻，也会产生焦耳热量而影响电磁感应元件的工作性能，因此，在实际应用的过程中还需要向感应线圈内通入一定流量的冷却水，冷却水流过空心的换热元件并与换热元件内壁进行热交换，吸收电感线圈产生的焦耳热量，从而保证电磁感应元件持续而稳定地进行。 [0028] 为了进一步优化上述技术方案，电磁感应元件5由螺旋型的线圈加工而成，且线圈缠绕在所述换热元件6上，其中线圈的材质为黄铜。 [0029] 电磁感应元件的结构为一个螺旋线圈，其中线圈的截面形状为圆环形，线圈采用黄铜材质，能够更好的导电，提供一个更优质的感应磁场。 [0030] 在具体实施的过程中，电磁感应元件的结构可以设置成多种形式，具体参见附图2。 [0031] 为了进一步优化上述技术方案，线圈的总长度为500mm，以30匝均匀的缠绕在所述换热元件6上。 [0032] 为了进一步优化上述技术方案，线圈的总长度为500mm，其中200mm线圈以16匝等距的缠绕在所述换热元件6上，另外300mm线圈以14匝等距的缠绕在所述换热元件6上。 [0033] 本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置对电磁感应元件的结构进行精密的设计，包括对电感线圈匝数的设计，对匝距分布的设计等等。 [0034] 根据用热设备的需求，在实际设计过程中主要考虑到了以下设计条件：包括：工艺条件、换热元件的设计条件、电磁感应元件的设计条件、隔热层的设计条件、冷却水的设计条件等，具体参见一下表1。 [0035] 表1 电磁感应元件的设计条件 [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] 根据以上设计条件和电磁感应元件的相关计算结果，并结合管内流动传热性能的特点，确定了上述的两种电磁感应元件的结构：(1)线圈均匀的缠绕在换热元件的周围，线圈匝数为30，线圈的长度为500mm，呈等距分布；(2)采用前密后疏的形式将线圈均匀的缠绕在换热元件的周围，将前200mm线圈缠绕16匝，后300线圈缠绕14匝。并且后期经过数值模拟以及具体实验研究证明了等径变匝距感应线圈的缠绕方式的磁场分布更合理，也就是第(2)种线圈的缠绕方式更优。 [0042] 为了进一步优化上述技术方案，换热元件6包括：外加热管和内定位芯；其中外加热管的材质包括碳钢材料；内定位芯的材质包括：不锈钢材料或碳钢材料。 [0043] 为了进一步优化上述技术方案，外加热管的外径为0.057m，内径为0.047m；内定位芯的直径为0.045m。 [0044] 本发明利用数值模拟以及具体实验研究证明了碳钢材质的内定位芯更优化。也就是说，通过大量的实验研究，确定了采用碳钢材质的内定位芯和等径变匝距感应线圈的缠绕方式得到的磁场分布更优。 [0045] 为了进一步证明本发明提供石墨烯电磁核超音频感应加热装置的优越性，经过实验得出了石墨烯电磁核超音频感应加热设备与普通燃煤锅炉的能耗参数对比表，如表2所示。 [0046] 表2 能耗参数对比 [0047] [0048] 通过表2可以看出，本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置相对于现有技术的燃煤锅炉加热方式，无论从燃煤量、耗电量还是操作模式来讲，存在着明显的优势。 [0049] 另外，为了进一步证明本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置相对于现有的燃煤锅炉具有明显的优势，下面通过节能降耗及用工参数来进行说明，具体参见表3。 [0050] 表3 节能降耗及用工参数对比 [0051] [0052] 由表3可以看出，本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置相对于普通燃煤锅炉来讲，从用煤量、用电量以及用工量等多个方面节约了成本，具有明显的优势。 [0053] 此外，通过大量的实验得出，本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置每年可以减排二氧化硫248.4吨，每年减排烟尘43.2吨，每年减排二氧化碳9905吨，相当于每年种树43200棵。 [0054] 由以上实验数据可以看出，本发明提供的石墨烯电磁核超音频感应加热装置不仅可以成功节能降耗，充分环保，还能够大大的降低成本。 [0055] 此外，本发明实施例还提供一种石墨烯电磁核超音频感应加热设备的整个控制系统，具体参见附图3。 [0056] 具体的工作流程为：经循环系统回收的导热油通入稳压系统，得到稳定压力后的导热油，在流经石墨烯电磁核超音频感应加热装置时进行加热以及换热，经换热后的导热油通入用热设备，最终使用热设备得到加热，换热后的导热油经循环系统流至稳压系统，再流至石墨烯电磁核超音频感应加热装置进行二次加热，集成控制系统对整个装置的工艺参数进行实时监测和控制，同时利用PID自整定智能温控系统对温度进行精确控制，保证各工作元件稳定而有序地工作。 [0057] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。 [0058] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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