河南科技
Journal of Henan Science and Technology
总565期第6期2015年6月Vol.565，No.6Jun ，2015
电加热是利用电能转换为热能的一种能量转换，与一般的化石燃料相比，电加热可以获得比较高的温度，例如电弧加热的温度可达到3000℃以上，这样利于技术人员实现温度的自动控制和远程控制，可按实际需要将被加热物体保持在一定的温度范围内。电加热可以在被加热物体内部直接生热，也可根据实际加热需求实现被加热物体的整体均匀加热、局部加热或表面加热，而且电加热的升温速度可控，热效率高，控制气氛加热和真空加热都可通过电加热实现。此外，电加热另一优点就是可保持被加热物体的结晶，在加热过程中，不产生废气、烟尘和残余物，因此电加热不污染环境。电加热广泛应用于科研、生产和试验等领域中，如铁合金的熔炼，人造石墨、机械零件、表面淬火、单晶和晶体管的制造等［1］。 根据将电能转换为热能的方式，电加热通常分为电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热等。
1电加热技术分类
1.1电阻加热（Ohmic-resistance heating ）
基本概念：
利用电流的焦耳效应将电能转变成热能以加热物体，电阻加热在国际专利分类表（International Patent Classification ）中所对应的分类号为H05B3/+。电阻加热技术领域中比较有代表性的发明专利文献
有：
发明名称：加热器及具备该加热器的火花塞；公开号：CN103053218A ；公开日：2013年4月17日；分类号：H05B3/18。
，摘要：电加热技术广泛地应用于各行各业中，从生活中的电磁炉到车辆火花塞中的加热棒等都涉及电加热技
术。电加热通常分为电阻加热、电磁感应加热、电弧加热、电子束加热、红外线加热和介质加热等。本文结合具体专利，对电阻加热和电磁感应加热两种电加热技术进行了介绍。关键词：电加热；电阻加热；感应加热；专利中图分类号：TE866
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2015）06-0119-3
Study on the Patent Technology for Electric Heating
Zheng Lei Lei Xinshui
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office ，SIPO ，Henan ，Zhengzhou Henan 450002）
Abstract：Electric heating technology is widely applied in all walks of life ，from the electromagnetic furnace in our daily life to the heating rod in the vehicle spark plug ，etc.Electric heating is usually divided into resistance heating ，electromagnetic induction heating ，electric arc heating ，electron beam heating ，infrared heating and medium heat ⁃
ing ，etc.In this article ，combining with the detailed patent ，two electric heating technologies of resistance heating and electromagnetic induction heating are introduced.
Keywords：electric heating;electric resistance heating;induction heating;patent 收稿日期：2015-5-2
作者简介：郑磊（1987.11-），男，本科，研究实习员，研究方向：电加热及输电线路领域。雷鑫水（1986.2-），男，本科，
研究实习员，研究方向：输电线路及电加热领域。
第6期
图1
如上图所示，加热器1是用于机动车发动机火花塞的加热器，3是电阻体，8是引线，9是绝缘基体。引线8与电阻体3端部接合，电阻3与引线8的接合部具有在剖视下使电阻体3整周隔着引线8而与绝缘体9分离的区域，绝缘基体9覆盖电阻体3和引线8。
该发明专利申请所要解决的技术问题是：当发动机开始工作时，大电流流过发热器的电阻体和引线，
由于电阻体和引线在发热和冷却时的热膨胀差导致在电阻体和引线的接合部容易产生裂纹，从而降低加热器的可靠性和耐久性。
该发明专利申请为解决上述技术问题所采用的技术手段是：通过向电阻体3中添加氮化硅，而使热膨胀率接近绝缘基体9的热膨胀率，从而能够缓和加热器1的升温及降温时的热膨胀率之差引起的应力；引
线8以作为无机导电体的WC 为主成分，且向其添加含有量为15％以上的氮化硅。随着氮化硅的含有量增加而能够使引线8的热膨胀率接近构成绝缘基体9的氮化硅的热膨胀率。
1.2感应加热（Heating by electromagnetic fields ）
基本概念：
根据电磁感应定律可知，处于交变电磁场中的导体能产生感应电流（涡流eddy current ），这样就使具有一定电阻的导体产生焦耳热而自身发热。电磁感应加热采用的交流电源的频率有工频（50~60Hz ）、中频（60~10000Hz ）和高频（>10000Hz ），工频电源就是工业上通常
用的交流电源，世界上大部分国家的工频为50Hz ，部分采用的60Hz 。由于感应加热的加热功率调节可通过调节电压来实现，因此加热感应装置上的工频电源的电压必须是可调的，根据供电网容量大小和加热设备的额定功率，可以将高压电源（6～10kV ）通过变压器调压来供电，也可以将加热设备直接接在220V 的低压电网上。
中频电源通常采用中频发电机组来产生，中频发电机组由中频发电机和驱动异步电动机组成，其输出功率一般在50~1000kW 范围内。随着电力电子技术的发展，中频电源可利用晶闸管先把工频交流电变换成直流电，再把直流电转变成所需频率的交流电来产生。由于变频设备运行可靠、体积小、重量轻等优点，已逐渐取代了中
频发电机组。
高频电源的产生通常先通过变压器将三相380V 的电压提高到大约2万伏的高电压，然后用整流元件（闸流管或高压硅）将工频交流电整流成直流电，然后通过变频装置（电子振荡管）将直流电转变为高电压、高频率的交流电［2］。
感应加热的对象必须导体，当高频交流电流通过导体时，由于集肤效应导体表面电流密度大，导体中心的电
流密度小。此外，感应加热可对加热物体进行整体均匀加热和表面加热，可以进行金属熔炼；当连接高频电源时，可通过改变感应线圈的形状对任意局部进行加热［3］。电磁加热在国际专利分类表（International Patent
Classification ）中所对应的分类号为H05B6/+。感应加热技术领域中比较有代表性的发明专利有：
发明名称：双转子电磁热机；公开号：CN103200719A ；公开日：2013年7月10日；分类号：H05B6/02。 图
电加热棒
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电加热专利技术分析
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第6期
如图2所示，本发明专利申请涉及一种双转子电磁热机，该热机将输入的机械能完全转换为热能，并通
过流体传热介质传递热能。该热机采用双转子、双气隙结构，永磁转子采用halbach磁体结构以提高永磁体利用率，并减少转子铁心用量。当转子由外部机械动力带动时，该热机的定子即处于旋转的永磁磁场形成的交变磁场中，并利用磁滞、涡流效应及定子内部闭合导电体的电流热效应致热，定子内部通有折流板式换热通道，以增大换热面积，提高换热效率。该电磁热机可以作为小型家用供暖设备使用，也可应用在海产养殖、高寒地区工作站供暖、高纬度地区温水灌溉等领域。
该发明专利申请所要解决的技术问题是：现有的电磁热机主要有两种结构：一种是采用简单的单定子、单气隙结构，该结构的材料及空间利用率较低；另一种是采用杯型转子配合双定子、双气隙的结构，该结构能够利用转子铁心所占空间的热能而增加材料及空间的有效利用率，提高致热效率，但是其结构复杂，包含多个密封组件，加工难度高。现有的电磁热机都存在永磁体利用率低的问题，且热机内部换热的流体通路短，换热面积小，工作效率不高。
该发明专利申请为解决上述技术问题所采用的技术手段是：采用双转子、双气隙（17、18）结构，包括双转子及定子，双转子包括转轴（16）、内转子（10）、外转子（6）以及永磁体（7、9）；定子包括定子铁心（8）、定子铁心内嵌入的导电体（20）及短路环（21）以及换热管道（19）；定子一端通过轴承、支撑与转子配合，另一端通过支撑、端盖与机壳（5）固定，换热管道（19）的进口（22）及出口（23）位于定子轴向一端，并穿过第一端盖（1）与外部管路连接；内转子（10）与外转子（6）的永磁体分别排列成halbach磁体结构；定子铁心（8）内部通有折流板式换热管道（19），
一次焊接成型，不需要密封组件。
2总结
以上从电阻加热、感应加热两种电加热方式分别列出了具有代表性的专利文献，电加热领域里的专利文献涉及各行各业，从工业到民用都有所涉及，专利文献申请量也越来越多，对该领域的技术细分就显得更为重要。
参考文献：
［1］王忠诚.热处理工使用手册［M］.北京：机械工业出版社，2012.
［2］中国电力百科全书用电卷［M］.北京：中国电力出版社，1995.
［3］缪志先.地球的第二热源：空间电磁感应加热［M］.北京：气象出版社，2011.
电加热专利技术分析·
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