专利名称：加热介质的加热设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于加热介质的加热设备，该设备有一些能产生磁场的相邻放置的永久磁铁，导电物质放置在磁场中，通过导电物质和永久磁铁之间的线性或旋转相对运动将物质加热。
根据CH-PS 662 691的安装在涡轮分子泵上的加热设备中，其壳体内部高真空度一侧安装有转子，与转子连接的转子盘与固定在壳体上的定子盘一起工作。加热具有高真空度表面的结构部件以加速清除该表面上的吸附气体。为了实现这这一功能，用涡流将转子加热，涡流是通过转子的自转运动与磁力线垂直于转子轴的磁场相互作用而产生的。磁场是由固定在壳体外面的永久磁铁或电磁铁产生的，磁场的磁力线与转子轴垂直。使用这种加热方式只能获得有限的热量。
根据德国专利DE-A-1 106440公布的另一种装置，在另一种不同设计的加热装置中，一个由铁磁性材料制成的旋转钟罩安装在产生蒸汽的容器的底部。该容器由传导性能良好的材料构成。在容器的外表面装有轮缘形状的永久磁铁，磁铁以变换磁极的方式产生磁场，包围钟罩的容器中有一个同样由铁磁性材料(如软铁)构成的圆环以一很小的距离环绕在磁铁周围。钟罩旋转时，在其周围的永磁铁由于涡流的产生而对容器和圆环周围进行加热。后者将热传导至容器内的水中。使用这种装置来传递热量，不能对要加热的水介质实现最佳的热传递。
我们已经发明了一种加热装置，该装置与上述大家熟知的装置相比，可以提高热传递性能，从而提高加热介质的效率。另外，该装置又适合于各种不同的用途。
根据本发明，本发明的任务是通过将导电介质，特别是导电液体或气体放入永久磁铁产生的磁场中，通过在磁场中产生的涡流加热导电介质来解决的。
在一种优选的装置中，永久磁铁排列在转子的周围，磁场近似于沿径向从磁铁向外辐射，介质在转子的里面或外面循环运动。转子旋转时带动永久磁铁旋转，从而产生介质的相对运动。
在另一种优选的结构中，永久磁铁分布在旋转圆盘的前端面上，产生一个沿圆盘旋转轴方向辐射的磁场，介质放置在靠近圆盘的至少一个端面处。
通过本发明所涉及的加热装置，热量几乎没有损耗，并可以以意想不到高的热负荷传递给通过永久磁铁加热的介质。
下面参照附图介绍本发明的实施例及其它优点，其中
图1是本发明所涉及的加热装置的剖面图；图2是图1所示加热装置的截面图；图3是本发明涉及的加热装置的另一种配置的截面图；图4是根据图3的装有永久磁铁的旋转圆盘的外形图；图5变形导管的部分外形图；图6是沿图5中VI-VI线的导管截面图。
图1中所示的加热液体介质11的加热装置10，其主要部分包括壳体12，缠绕在壳体周围并贮存介质11的导管14，和驱动单元13。转子环绕在轴15周围，轴15安装在壳体12中并可以进行旋转，一个同心滚筒18通过法兰盘34紧固在轴上。壳体12外部结构呈圆柱形，通过底座16放置在地面或其它物体上面，需要时可将壳体固定在底座上。并且壳体12的整个内表面最好装有绝缘材料，并且需要时装设隔声材料32、33。另外，为了在里面安装转子，壳体12做成双层或多层结构形式。滚筒18固定在两侧的法兰盘34上，每个法兰盘本身固定在轴15上。转子以上面述及的方式可转动地位于壳12内部，并与驱动单元13相连接。驱动单元有电动马达17，齿轮箱19等。显然，可以使用圆柱形物体来代替滚筒18。
根据本发明，在滚筒18周围装有一些永久磁铁22、24，磁铁沿螺旋形导管14彼此相邻，导管14缠绕在滚筒18周围，里面装有导电液体介质11。通过旋转滚筒18，在永久磁铁22、24和位于其产生的磁场中的介质11之间产生相对旋转运动，在该运动过程中，永久磁铁22、24依次通过介质11。通过该相对运动，在介质中产生涡流，并对介质进行加热。更可取的是，磁铁22、24放置在沿滚筒18轴向的凹槽18′中，这些磁铁在外面应当等距离放置。
根据图2所示，永久磁铁22、24排列在滚筒18的周围，相互之间间隔很小，南(-)北(+)极在外面交互排列。这些磁铁在转子周围一定清晰的带宽范围产生一个静态环形磁场，磁场通过所述的相对运动，在位于该带宽范围内的介质中产生涡流。
为了使永久磁铁22、24与旋转轴平行，将其放置在滚筒18周围的沟槽中，并通过滚筒周围的紧固环18″将其固定就位。紧固环18″应当由非磁性材料制作，并且在磁铁放置滚筒周围后还可以用环覆盖磁铁。滚筒18本身是由非金属材料制成的。
永久磁铁22、24是矩形条状结构，在滚筒每个独立沟槽18′中，几块磁铁相邻放置，它们产生的永久磁场大致沿径向从滚筒18辐射出去，然后近似地沿径向以环状形式返回到相邻的异性极。介质11和装有介质的并固定在壳体12中的导管14与这些磁铁保持一确定的距离，以保证它们处于磁场中。这个距离应当选择得十分小，即仅仅几个毫米即可。在所示的例子中，导管14截面呈矩形，其相邻卷绕圈之间的距离尽可能小，以确保不会产生无用的间隙，即在间隙中有磁场但没有受热物质。
根据图1和图2所示的具体的加热装置10的结构中，许多等距离分布的磁铁22、24，其数目在20至50个之间，其每个的高度为20mm，宽度为10mm，磁铁彼此之间的距离尽可能小，它们分布在外径大约300mm、长度大约500mm的滚筒18上。每个沟槽中依次安置5个相同的磁棒。滚筒18以3000rpm左右的速度旋转。而一般来说，1000rpm左右的速度就可获得加热介质需要的足够热量。以3000rpm左右的速度旋转，约300mm的滚筒外径的相对速度接近47m/s。
永久磁铁22、24由惯用材料到成，最好选用钕、锶-铁，锶-钴合金或其它适合相应条件的材料。不难理解，相同条件下，磁铁表面每个单元产生的磁场越强，介质当中产生的热量越多。导管14应当由非磁性的合成材料制成。介质也可由导电材料制成，如铜合金、铬钢、铝或贵金属如铂等。最好能多次绕过滚筒。
作为一个优点，为了提高水的导电性，在导电水中加入一些化学添加剂，如钾或类似化合物等。除此之外，如果导管线圈中的水呈湍流状，将会获得更大的传热效果。
如上所述，由两个部分组成的壳体12，在内侧有一绝缘层32、33，它不仅有能很好地隔热和隔声的材料，而且最好还具有屏蔽外面电磁场的隔层如铅箔。壳体内侧部可以敷设非磁性钢包层。
转子25象一只飞轮与滚筒18安装在一起，这样做的优点是从驱动单元传递过来的能量能得以扩展。驱动力切断后，转子将转动较长一段时间，滚筒越重，效果越明显。
从连续加热意义上来讲，作为导电水的介质通过螺旋导管14，导管14以螺旋状缠绕滚筒18并紧固在壳体12上，导管14有一个输入端35和输出端36，如图所示。在输出端36，有一个直接或间接连接到用户的管线，它从出口端通过一个封装循环回到入口端35。该加热装置10尤其适合房间加热，热传递或者间接通过受热体，即每个房间，或者直接进入一个储水池中，储水池或水被加热而进行循环。热传导过程与锅炉或类似的加热水或其它介质的容器十分相似。
另外，还有一个众所周知的控制动力设备通断(未详细示出)和控制将加热水压入导管14的泵(未示出)的控制装置。为了安全起见，有一个紧急停止装置。紧急停止装置动作转子就能立即停止动作。这当导管内温度如由于介质不再流动而升高超过设定值时，是十分有效的。
根据图3和图4，在加热装置40中，具有等距分布在其外表面45′上的永久磁铁42、44的旋转圆盘45被安装在环形排列的导管46的两侧。导管46与固定在驱动轴43上的旋转圆盘45平行，驱动轴可由一动力装置(未进一步标出)驱动旋转。永久磁铁42、44彼此相对放置，这样近似沿旋转轴41的方向辐射而产生磁场。两个旋转圆盘45结构相同，与它们相邻的磁铁以相对的极性安装在外表面上，一个表面装北极而另一个表面装南极。一部分磁场形成闭合回路沿圆盘径向进入相邻的异极磁铁44，一部分磁场垂直进入对面圆盘。由导电材料制成的导管46和在管中装有的导电介质(11)放在距圆盘45的表面45′一定距离处，以便使其处于磁铁42、44产生的磁场中。随着连接在轴上的旋转圆盘45的旋转，在导管46和其中的介质中产生了涡流，从而按需对介质加热。旋转圆盘应当安装在一个壳体中，与图1所示相类似，这里未进一步示出。
根据图4，磁铁42、44固定在相应的旋转圆盘45的外周，在每一个圆盘上面等距离放置预先确定的一定数量的磁铁。传导管46除了缠绕轴43外，还从输入端47输入介质，然后经输出端48与用户相连。该加热装置40适合于为该装置所留空间最小处使用。
图5和图6示出了导管50的部分结构，它可以象加热装置10中的绕在滚筒18上的导管一样安置。这些导管50包括在其中的流体流中产生湍流的导向元件55～59，这些导向元件布置在传导管内部截面方向上，沿径向延伸，并固定在与传导管同心的位于导管中心的棒52上。导向件55、56、57、58、59的截面形状是圆形或其它形状，沿轴向相互交错排列，从与轴垂直的方向看去，它们以一定角度交错，图中示出的是72°，最好在整个传导管50的整个长度范围内安装导向元件以在液体流中产生湍流，而不必对管54中的介质进行节流。显而易见，为了产生湍流，可采用与图所示不同的传导管。
上述列举的工艺过程在实质上提出的是，导电物质中的涡流随与时间有关的磁场的变化而产生，故涡流不会离开传导物质。因而要求液体或气体介质具有导电性而导管应当由非导电材料如塑料制成。
当导管14和滚筒18以相反的旋转方向有效地转动时，磁铁和介质之间产生相对旋转运动。导管应当以螺旋式或其它方式绕在滚筒里面。
不难理解，滚筒18也可以作成磁铁一样的结构。一般性的实践已经表明，可以选取尽可能多的永久磁铁，以实现最大的热载和传递，因而在一定的滚筒转速条件下，可以获得更多的单位时间的脉冲数。滚筒也可以制成一个多极性圆环，其正负极在外表面周围交互分布。
一般说来，随着磁铁和介质之间重叠的相对旋转运动，它们之间会产生线性或复合线性相对运动。当然，也可以使永久磁铁保持静止，而由介质产生相对运动。
以上详细叙述的加热装置的应用范围不仅仅局限于上面所述的用途，相反，它可以应用到需要热能的各种领域。尤其适合如电冰箱、空调器、汽车马达、化学或医学设备等。
权利要求
1.一种加热介质的加热设备，该设备有一些能产生磁场的相邻放置的永久磁铁(22、24、42、44)，导电介质处于磁场中并与永久磁铁(22、24、42、44)之间产生线性和/或旋转相对运动，从而加热介质，其特征在于，将介质(11)特别是作为导电材料的导电液体或气体放入永久磁铁(22、24、42、44)产生的磁场中，由磁场中产生的涡流加热介质。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，永久磁铁(22、24)排列在转子的周围，在磁铁的外侧南(-)北(+)磁极交替排列，从而使磁场近似沿径向辐射，而介质可放置在转子的里面或外面。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，采用导电水作介质(11)，导电水通过一个缠绕在转子周围的螺旋导管(14)引入，通过出口端(36、48)输出到用户，然后通过一个封闭循环回到输入端(35、47)。
4.根据权利要求2或3所述加热装置，其特征在于，矩形或其它形状的永久磁铁(22、24)分别在滚筒18的外侧与滚筒旋转轴平行，磁铁之间以最小的距离排列，且南北磁极交替排列。
5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，永久磁铁(22、24)放置在滚筒(18)的圆周上平行于滚筒旋转轴线的沟槽(18′)中，同时通过环绕滚筒周围的紧固环(18″)将磁铁固定就位。
6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，该滚筒(18)由非磁性材料制作。
7.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，永久磁铁(42、44)分布在旋转圆盘(43)的表面，磁铁产生的磁场近似沿旋转圆盘(43)的转轴方向辐射，介质(11)通过平行于旋转圆盘(43)的导管(46)引入。
8.根据权利要求7所述的加热装置，其特征在于，装有导电水的导管(46)被弯曲成圆形或其它形状，在平行于旋转圆盘(45)运转的平面上，它的输出端(48)与用户连接并以闭环形式返回到旋转圆盘(45)的输入端(47)。
9.根据权利要求7或8所述的加热装置，其特征在于，旋转圆盘(45)安装在导管(46)的两侧，他们可以相对独立地旋转，也可以仅通过一根具有动力源的驱动轴(43)来使它们一起旋转。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的加热装置，其特征在于，旋转圆盘(45)的外表面(45′)上等距离分布一些永久磁铁(42、44)，磁铁的正负磁极交互排列。
11.根据上面任何一项权利要求所述的加热装置，其特征在于，磁铁(在圆盘外表面凹槽中)依次排成一排，彼此之间实际上没有间隔。
12.根据权利要求3至9任一项所述的加热装置，其特征在于，该液体介质通过导管(50)以湍流形式输入。
13.根据权利要求12所述的加热装置，其特征在于，为了产生湍流，导管(54)中安装有导向元件(55、56、57、58、59)，它们在导管内部横向上依次排列。
14.根据上述任何一项权利要求所述的加热装置，其特征在于，该转子和旋转圆盘以1500rpm至4000rpm之间的速度旋转。
15.根据前面的权利要求1到10中任一项所述的加热装置，其特征在于，当介质是水时，需要向其中加入导电的化学添加剂如钾，使其与介质混合。
16.根据上述权利要求中任一项所述的加热装置，其特征在于，该永久磁铁和介质放置在壳体(12)中，壳体(12)有隔热、隔声装置和/或屏蔽内部电磁场的绝缘装置(32、33)。
全文摘要
本发明涉及一种用于加热固体或液体介质(11)的装置(10)。该装置有旋转部件(15、18)，绕其圆周方向分布有一些永久磁铁(22、24)，永久磁铁产生磁场，导电介质(11)位于磁场中。这些永久磁铁(22、24)产生的磁场近似地沿径向辐射。旋转部件的转动在磁铁和介质之间产生相对运动，从而在磁铁中产生涡流从而加热介质。用作介质(11)的导电水通过导管(14)，导管(14)缠绕在旋转部件周围并与其相隔一定距离。导管有和管线相连接的输入端和输出端(35、36)，输出端(36)将管线连至用户，然后以闭环形式再回到输入端(35)。该加热装置(10)可以十分有效地加热介质。
文档编号F24H1/00GK1153591SQ96190456
公开日1997年7月2日 申请日期1996年3月18日 优先权日1995年3月17日
发明者K·阿拉维 申请人:恩维罗Ec公司