磁能发热器件及其加热装置

本发明是磁能发热器件，以及用此器件组装的磁能加热装置，涉及对现有电阻性加热元件及其加热装置的改进，特别是对最重要的安全可靠性和使用耐久性的根本性质改进。

现有电加热装置如电热水器、电开水炉(含饮水机)、电饭锅、电干衣机、电取暖器、电熨烫器等，均采用管状电热元件、螺旋状电炉条、或用云母片绝缘的扁阻丝通电后产生热源，它们均属电阻发热原理，共同缺点是安全性差、使用寿命短，常因维修更换而影响使用，并需支付维修费，尤其是长期浸没在水中通电加热的管状元件，其表面功率密度大，易结水垢并随时间而逐渐增厚，致使传热效率渐降，电耗加大，还由于发热量和散热量失衡，导致管内热量积累，管内电阻丝超温熔断而失效，并且在熔断处管壁局部膨胀爆裂，使管外之水渗入与管内的电阻丝断端直接导通，从而引发漏电、触电等危及人身安全的严重事故；此外该元件一旦断水，在数分钟内管壁即烧红，管内电阻丝随之烧断失效。对以上弊端，尽管生产厂家采用诸多防范措施力求弥补，如加装断水停电、出水停电、漏(触)电保护等保安器件，却又增加了可观的成本和用户负担，但仍未从根本上解决实质问题，其原因是保安器件本身并不能确保长期可靠性，潜在性危害依然存在，而人们却对此产生依赖性，而保安器件失灵的可能性却并未消除。近年来，也有厂家采用“电热膜”作发热元件，但仍属电阻发热性质，其安全可靠性、使用耐久性和稳定性仍难实现，如带电直接浸泡在水中或敞露在大气中使用，其后果不难预见。此外，尚有PTC等陶瓷发热元件，宣称能解决水电分离和不结水垢的技术难题，其性质也属电阻发热并且质脆易损，长期浸在水中经受周期性热涨冷缩，陶瓷体性能难免渐降，尤其是电源引出线根部与陶瓷接合处的长期可靠绝缘很难确保。

本发明的任务和目的是从本质上解决上述电阻发热元件及其装置存在的严重缺点，提供一种真正的水电分离、能确保安全可靠性能、结构科学新颖、在水中长期使用不结水垢，并且能明显改善水质，无需维修更换发热件，因而能长期稳定使用、经济实惠、制造成本低的“磁能发热器件”，以及用此器件组装的多种加热装置。这种磁能发热器件由发热件及电磁线圈(以下称线圈)组成，用工频电源供电，技术设计方案如下：发热件与线圈是互配的，在二者之间分别间隔金属或非金属器具，或者间隔气隙、隔热层、夹层水套之一或二种，或者二者内外壁滑配或紧配合。

发热件由一个或多个无断端或头尾短接的铜或铝制构件(以下称构件)与铁磁体表面或体内紧密结合构成；该构件包括圈(环)状、框状、片状、管状、盆状，以及实芯或空芯的疏圈弹簧状、发条状、扁平盘(蚊)香状螺旋体；构件与铁磁体表面结合状态包括构件垂直宽面与铁磁体外壁紧覆或嵌合，以及构件水平宽面与铁磁体端面紧复或嵌合；或者用电镀方法在铁磁体表面镀覆形成一体化构件，或者用导电冷糊料涂复在铁磁体表面后经烧结形成构件；二者体内结合状态包括在铁磁体表面(外壁和端面)预设深凹型腔后注入铜、铝热熔料或冷糊料后成型并结合，或压嵌入预制构件；或者将预制构件置于铁磁体成型模具型腔内并定位后，再注入铁磁体热熔料形成一体化发热件。

上述发热件外形包括整体式和分体式柱形、单管形和多管套装形、管柱套装形、箱体和筒体形、短柱和短块形、单个或多个短柱与板块结合形；它们的断面是正圆形或涉圆形(如椭圆、腰圆)、方(矩)形或涉方形(如菱形、梯形)，方圆结合形之一。

线圈选用双层或单层玻璃丝包电磁线绕制，包括接电源的主绕组及与电源隔离的低电压输出副绕组，或者仅有主绕组；其中功率较大的主绕组串接若干迎逆绕的反向线圈，并用含有导热绝缘组分的热固性或热塑性树脂封装成固体化结构；在电路中还设有补偿电容器。

应用上述磁能发热器件，配套容器、护壳(网、罩)、保温隔热材料等后，可组装多种磁能加热装置，技术设计方案如下：据不同用途，组装状态之一是在发热器件的发热件与线圈之间，装入断面形状和尺寸互配的容器；之二是在发热器件内腔滑配装有同形容器；之三是发热器件一或二端敞露，外围装护壳；之四是发热器件装入广体容器内腔的底部和分隔的中部以及侧壁，或仅装在底部。

对涉及加热水或某些液体、烧开水、以及用水烧(蒸)煮食物、饮品及含水物料的加热装置，在避开线圈的容器内、外壁或之一，或者在内腔空间，设有一个(一对)或多个(多对)永磁体(含块、条、片、环)，或者在容器外壁设有数量相等的直流电磁体，它们的极面极性相异，相对或等距间隔排列(参见图9、图10、图11-1的“HS”所示。经长期实验和使用确证，在磁场作用下，烧热水容器内壁不会结水垢。

本发明磁能发热器件及其加热装置的工作原理是：线圈接通工频电源时即产生交变磁场，使内置发热件的铁磁体产生涡流热，与此同时，铁磁体表面或体内的低电阻率构件视同为铁芯式变压器的一匝或数匝短路线圈而瞬时产生高温，因铁磁体的电阻率比构件高4-6倍或以上，故短路电流极大部分在构件中流过、并迅速传导给与之紧密结合的铁磁体，故构件不会烧红，而使涡流热与短路热迭加，二者相互利用的结果，导致铁磁体加速升温，经实验证明：在同样输入功率下，升温速度为原来的1．5倍以上，如果此发热件置于充有冷水的容器底部与水大面积接触，故而使冷水加热。由于通电的固体化线圈装在容器外壁形成对容器内的发热体隔水加热，故水电分离状况极其可靠、安全；并且线圈贴装在容器外壁，使线圈热量经导热绝缘层被容器内的冷水吸收利用又能使线圈冷部，加上线圈电流密度选得较小，故线圈不致过热；另据资料介绍，这种线圈工作温度为150℃，而在100℃时，使用寿命达20万小时以上，而本线圈工作温度仅在40-60℃，预期连续寿命可达80-100万小时，即使全年不停电连续工作，理论寿命长达100年，即使可靠系数取1／2，则该线圈寿命至少为50年；此外，表面经可靠防腐处理的铁磁体能在30-50年内正常使用，而在实际使用中，除极少特殊需要外，不可能每天24小时连续使用，故而此发热器件可视作免维护长效器件。

本发明另一突出特点是：此发热器件通电后，每分钟产生3000次高速微振辐振动，使容器内的水分子(或其他液体分子)、金属离子、连同烧煮食物中的营养素产生同步振动甚至互相摩擦，同时又被高速交变的高密度磁力线反复切割“破碎”，致使容器内物质在机械和物理力双重作用下被细化和磁化，从而使质量得到有利于人体健康的优化，产生出意想不到效果。

以下结合附图详细描述本发明及其实施例：图1是本发明磁能发热器件基本构成状态示意图；图2是发热件的铁磁体与构件接合状态示意图；图3是柱形发热件结构及实施例示意图；图4是多管、管柱形发热件结构及实施例示意图；图5是箱体、筒体形发热件结构及实施例示意图；图6是罐形、盆形发热件结构及实施例示意图；图7是短柱形及柱板结合形发热件结构及实施例示意图；图8是用磁能发热器件组装的加热装置基本状态示意图；图9是用于流动液体、气体的磁能加热器及实施例示意图；图10是用于定量液体的磁能热水器、开水炉、蒸煮炉及实施例；图11是用磁能加热的烧水、主食烧(蒸)煮及煎烤锅及实施例；图12是用磁能加热的保温烘烤加热箱及实施例；图13是用磁能加热的室内取暖器及实施例；图14是用磁能加热的成衣熨烫、热定型器具及实施例；据图1可见，此发热器件由发热件(1)和线圈(2)为主组成，其中图1-1在发热件与线圈之间装有容器(3)，图1-2在二者之间设隔热层(4)，图1-3在二者之间设夹层水套(5)，图1-4在二者之间设气隙，图1-5则二者滑配或紧配合。

图2示出了10种发热件的构成状态，其中图2-1～图2-5为铁磁体(1a)与构件(1b)二者表面结合状态，图2-6～图2-10是构件在铁磁体内全结合和半结合状态；分述如下：图2-1是垂直宽面圈状构件(1b)嵌合或紧包铁磁体(1a)外壁的二种状态；图2-2是将圈状构件压箍或紧包在铁磁件外壁二端的二种状态；图2-3是水平宽面圈状构件镶嵌在铁磁件端面的二种状态；图2-4是将扁带制弹簧状螺旋构件绕嵌在铁磁体外壁螺槽内状态；图2-5是管状构件嵌合在铁磁体外壁宽槽内状态；图2-6是铁磁体(1a)外壁预设环形深凹槽后再在槽内设置水平宽面圈状构件(1b)；图2-7是铁磁体二端面预设深凹槽后设置垂直宽面圈状构件；图2-8是将预制的铜质圈状构件置于模具内，再注入铁磁热熔料后一体成型；图2-9是将预制的空芯或实芯弹簧状铜质螺旋体置于铁磁体模具内，再注入铁磁热熔料后一体成型；图2-10是在柱板结合形铁磁体的板体内或柱板连接处，置有片状和扁平圈状构件的二种状态。注意：图2-4和图2-9的弹簧构件，其头尾在该铁磁体管孔内呈短路(DL)连接。

以下对照图3所示发热件，其中图3-1是整体式柱形，在铁磁体(1Z)内芯设若干均布通孔(TK)和中心孔(ZK)、柱面加设若干与该通孔贯穿的壁孔(BK)，外壁嵌设头尾短接的弹簧状构件(1b)，也可改用其他形状构件；图3-2是分体式柱形，各分体铁磁体(1z)的各端面设凸边(DB)，中间设带串孔的凸台(DD)，靠台面周围凹入平面设均布通孔(TK)，各分体间夹装尺寸略小于凸边内园、能遮住但不堵塞各通孔的回流片(HP)，并用串柱(CZ)串装连接成一体后装固，各分体外壁分别嵌圈状构件(1b)。单管形发热件为厚壁管，管形参见图2有关各图和图5-3，据实用要求在管壁上可加设若干与管孔贯穿的壁孔或者不设壁孔。

再对照图4的发热件，其中图4-1是多管套装形，是各管壁均设交错互通均布壁孔(BK)，在各管(1G、1G′、1G”)内外壁之间设有间隙，并在各管或其中1-2管外壁嵌设圈状构件(1b)，内管(1G”)孔为中心孔(ZK)；圈4-2是管柱套装形，在管(1G)内装有尺寸滑配或紧配合的、带螺槽的园柱(1Z)，或管内壁设螺槽中间插装光柱；或者在管内壁或柱面之一设若干垂直凹槽；或者在柱面上设有等距间隔类似图3-2那样的回流片，各片边沿及靠柱面处分设上下错位的凹槽或孔。

再对照图5的发热件，其中图5-1是在内壁二侧设有相互交错间隔翼板(EP)与插槽(AC)互配的分体拼装式，即图中所示的左箱体(1X)和右箱体(1X’)连同各自翼板和插槽二者拼装成一体，各翼板端头均设槽孔(CK)，上下端各设管孔(GK)，配套构件(1b)嵌设在箱外壁；图5-2是箱体(1X)内芯设有迂回蛇形通道(SG)的整体或分体式扁箱形，配套构件(1b)设置在箱壁体内，上、下端各设管孔(GK)；图5-3是筒形(或管形)，铜制弹簧状螺旋管(LG)设在筒壁(1D)体内，其头尾引出兼作外接管孔(GK)，并用截面大于或等于螺旋管的实心或局部实心的铜杆或铜管作可靠短路(DL)连接，其奥妙之处是该螺旋管头尾短接后，已兼作与铁磁体体内结合的构件(1b)。

再对照图6的发热件，其中图6-1是下壁厚于上壁的罐形，同形构件(1b)设置在罐体(1g)内；图6-2是与短柱连体或分体结合的盆形，盆体(1p)底面与短柱交界处设置扁平圈状或片状构件(1b)。

再对照图7的发热件，其中图7-1～图7-3是短柱形，即图7-1是二端面平正的多孔形，其中心孔(ZK)大于周围通孔(TK)，短管状构件(1b)嵌设在柱体(1Z)外壁；图7-2是内芯设上大下小锥孔的厚底形，中心孔(ZK)大于锥面均布的通孔(TK)。短管状构件(1b)也嵌设在柱体(1Z)外壁；图7-3是内芯为多级缩径的台阶孔厚底形，圈状构件(1b)分设在柱体(1Z)的体内，其余与图7-2相同；此短柱形发热件与夹套容器配合时为无孔实芯体。其中图7-4～图7-6是单短柱与板块结合形，即图7-4为单柱与矩(方)形板结合形，板面凸条均布的敞热结构(SP)左右二侧设通孔(TK)，扁平构件(1b)设置在柱板(1ZP)交界处，柱底设螺孔(ZK)作装固结构；图7-5是单柱与圆板结合形，图中柱板体(1ZP)中心设有坑孔(KK)，柱底设螺柱(LZ)板面分设若干小螺孔(LK)，连同中心坑孔用作与外接配套散热构件可靠接触和装固，螺柱则与基体装固之用，翻边管状构件(1b)嵌装在坑孔壁及板面；图7-6是二端板面同设带凹槽(AC)及螺孔(LK)作装固结构的柱板结合形，构件(1b)分设在二端柱板交界处。其中图7-7、图7-8是多短柱与单板结合形，图7-7是平板(片)状构件(1b)嵌装在板柱(1ZP)交界处，板底面是光滑平整面，为了使板面热量均匀或需局部获得较高热量，故短柱数量、直径及分布位置应据实际所需调整；图7-8是多短柱双板结合形，构件(1b)分设在上、下板柱体(1ZP)交界处。

以上(图7)所述的多种发热件，其铁磁体及表面或体内所设的各形构件可按需灵活选用互配，并不限于该附图所示。

图8示出了四种加热装置基本状态，由发热器件的发热件(1)、线圈(2)、及容器(3)或护壳(3’)组成。其中图8-1是在发热件(1)与线圈(2)之间，装有断面形状互配的容器(3)，也就是发热件装在容器内腔，并且二者内外壁和底面保持空隙；而图8-2是在发热件(1)内腔装有同形容器(3)并且二者内外壁滑动配合，线圈(2)装在发热件外壁；图8-3是线圈(2)装在端面敞露的发热件(1)外壁，外围装有护壳或护网(3’)；图8-4是线圈(2)装在发热件(1)外壁后置于广体容器(3)内腔；以上所说的容器(3)，包括单层薄壁式、双层夹(水)套式、兼护壳的双层空腹式、以及内设保温材料，兼作护壳的双层保温式。在图8-2、图8-3、图8-4中所示的发热件(1)与线圈(2)之间未直接接触处，表示留有气隙或装有隔热层或充填隔热材料；而图8-1、图8-3、图8-4所示的发热件形状仅是示意，具体应据实选图3-图7所示各形发热件配合，并参照以下不同用途的加热装置附图及说明实施。

图9是二种用于流动液体或气体的加热器，其中图9-1是容器(3)内腔装入单管形或如图3、图4所示的柱形、多管形、或管柱套装形发热件之一，并在中部或下部经垫件(DJ)定位和支撑架空，同时使二者内外壁保持空隙。如用图1-3所示的夹套容器，无孔的发热件与内套紧配合，容器二端设进出液(气)管孔(GK)，或者一或二端敞开无管孔，容器外壁装线圈(2)，如专用于生活水加热，则在上、下垫件内侧各装一或多个(对)永磁体(HS)。此外该加热器加大电功率，容器内腔用大口径单管形等发热件后，适用于远程输油管路的定距离加热站应用，使油料粘度降低以减少管阻，提高流速。

图9-2是内芯设有如图5-3所示头尾短接的弹簧状螺旋管(LG)通道的筒体形发热件，其上部或顶端加设兼作容器(3)的分体或连体式带保温层(4)的贮液腔，或者免设贮液腔，二端或上、下侧壁设进出液管孔(GK)，线圈(2)装在发热件外壁；由该图可见，在专用于生活水加热器时，在发热件底面和顶面，各设永磁体(HS)；此外发热件也可改用图5-1、图5-2所示的二种箱形，线圈均(2)装在筒体(1D)或箱体(1Z)外壁。此外，使用图1-5所示的单直管发热器件，增加长度或改用曲折单管，其一端接可控流量的冷水源，调节流量至适度，在另一端即可获得连续热水供应。

由图10多用加热装置可见，容器(3)的中、上部大于装有如图7所示的任一种短柱形发热件(1Z)的下部，线圈(2)装在容器(3)外壁与内腔所装发热件对位，该发热件底部及外壁用垫件(DJ)定位并保持间隙，在容腔中、上部内壁设放蒸板(ZP)的一级以上收缩台阶，在中、下部交界处侧面或底面设外接管孔和阀门，容器口部设放锅盖(GG)或迭放蒸笼(ZL)的扩口台阶，容器外壁中上部和底部设有保温层(4)，在容器底部垫件处和中部均设永磁体(HS)。

在图11中，图11-1是内腔为如图6-1所示锥圆的罐形发热件(1g)，二者贴壁并贴底装有滑动配合、能自由取放的同形锥圆受热容器(3)，其底部设有永磁体或直流电磁体(HS)，口部设放锅盖(GG)或迭放蒸笼(ZL)的翻边扩口台阶，线圈(2)装在发热件外壁；图11-2是用如图6-2所示的下部为短柱、上部为盆形的发热件(1P)组装的，受热容器(3)与盆腔同形，二者贴壁、贴底滑配，此浅盆式发热件盆腔也可兼作受热容器，口部设放锅盖(GG)的翻边扩口台阶，线圈(2)装在该发热件园柱体外壁。

图12所示的多用保温、烘烤加热箱，是用图7所示设有散热结构或构件的柱板形发热件(1ZP)组装的，其连同线圈(2)装在空腹或保温箱形容器(3)底部，二侧壁设放栅板(SP)的搁条(GT)，顶部设悬挂条(ET)，箱体前设双层玻璃门(BM)或与箱体同材料门及门拉手(LS)，发热器件的底、顶面或上、下侧面设通气孔道；另一种较完美的双温双门加热箱，需增加箱体高度并分隔，在底中部各装发热器件；或制成分体式，其中一个分体为速热高温区用作干果、副食品烘烤，另一分体为中低温区，用于衣物脱湿或热食品等保温；可见其既可制成上、下一体式，或者是可分可迭分体式，对大容积双层箱体或需提高温度或加速升温时，在箱内侧壁加设板面平整的、与多短柱结合的发热器件，并兼作箱体内层。

图13所示取暖器有二种，其中图13-1为暖炉型，用图7-5所示发热件(1ZP)连同线圈(2)产生热源，装要圆柱辐射状散热构件(SP)的下面，其底面装隔热层(4)后兼作底座，外围装护壳(3’)；图13-2是用图7-6所示发热件(1ZP)，连同线圈(2)2只或多只组装的板状取暖器，其二端板面凹槽(AC)及螺孔为装固结构，各装配套的板状散热构件(SP)，配套护壳(3’)罩住所有发热器件。

图14的熨烫、热定型装置有二种，其中图14-1为参照图7-7所示的多短柱与板结合形发热件(1ZP)制作的，板体类似等腰三角形，多只线圈(2)分别装在各短柱体上，设有透气孔和手柄(SB)的护罩(3’)罩住所有线圈及短柱、平滑的板面敞露，构成电熨斗，此熨烫器并不限于电熨斗；图14-2是仿人体肩颈的立体熨烫器，发热件(1ZP)和线圈(2)合理分布在空穴内，也可据此制成人体其他肢躯形状，用作成衣局部热定型；此外应用此结构原理，增加短柱及线圈数量后，板面可任意放大，形状可按需改变，用于除服装业以外的需大面积干燥、脱湿、保温的多个行业领域。

本发明的发热器件及其多种加热装置，适用范围广，尤其是安全可靠性和使用寿命远超任何电阻发热元件，应用工频透热加短路发热双重原理能使升温迅速而热量长期稳定，加上其对生活用水及烧煮的食物具有超强磁化和细化功能，以及对烧水容器、炊具不结水垢功能，故对人体安全健康长寿以及提高容器等配件的耐用性和节省日常维护费用、时间等综合经济性等方面，具有明显的突出特点；此外还因其所需另配组件少、生产工艺环节和使用劳动力少、成本降低、容易被消费者接受，故本发明应用于工业化生产，将对改进现有电加热用具的性能，提高人类生活质量产生出长期的积极效果。