本发明涉及一种热处理装置，具体涉及一种集成式磁电感应热处理装置及其应用，属于轻工领域。
背景技术
目前，热处理技术被广泛应用在多个学科领域，包括民用端和工业端。传统的热传导方式例如水浴、蒸汽加热等技术因效率低、能耗高、均匀性差的缺陷，已经越来越不适应现代化社会的要求。新型热处理技术如射频加热、微波加热、欧姆加热和高压脉冲电场热处理技术等被陆续提出，其相较于传统热处理技术有一定进步，都属于高级物理场加热，即体积加热方法，但仍或多或少存在一些不足。本申请人开发了一种基于磁感应电场的催陈处理装置，其主要包括环形磁芯、励磁线圈、磁耦合管、储料室和处理室等组件，其中励磁线圈缠绕于环形磁芯的上侧；磁耦合管缠绕于环形磁芯的左右两侧；储料室包括进料储料室和出料储料室；进料储料室和出料储料室之间通过处理室联通，处理室横穿环形磁芯中央空隙处，处理室两端还分别通过一个三通连接头与缠绕于环形磁芯左右两侧的磁耦合管连通，磁耦合管内充满由氯化钠和食品级琼脂等组成的盐桥。该热处理装置虽然可以克服前述现有热处理技术的缺陷，但装置结构复杂且原始、不易组装维护和模块化放大，同时还存在磁芯发热严重干扰被加热对象、总的次级阻抗大、有效加热负载电压低以及处理量较小等不足，因此仍需改进。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种集成式磁电感应热处理装置及其应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明的一个方面提供了一种集成式磁电感应热处理装置，其包括：
第一工作部，所述第一工作部内分布有感应电场处理腔室，同时所述第一工作部上设有进样口、出样口，所述进样口、出样口与感应电场处理腔室连通；
第二工作部，所述第二工作部与第一工作部连接，并且所述第二工作部内分布有第一螺旋形流道和第二螺旋形流道，所述第一螺旋形流道及第二螺旋形流道用于容置盐桥，所述盐桥能够与分布于所述感应电场处理腔室内的料液接触；
环形磁芯，所述环形磁芯至少部分嵌入第二工作部，并且所述环形磁芯的第一侧的至少部分被第一螺旋形流道环绕，所述环形磁芯的第二侧的至少部分被第二螺旋形流道环绕，所述环形磁芯的第三侧绕设有励磁线圈，所述第三侧分布在所述第一侧与第二侧之间。
在一些实施方式中，所述第一工作部与第二工作部经过第一螺纹连接机构固定连接。
在一些实施方式中，所述第一工作部上设有两个以上进样口和一个以上出样口，其中一个出样口设置在两个进样口之间。
在一些实施方式中，所述第一工作部具有相背对的第一表面和第二表面，所述进样口和出样口设置在所述第一表面，所述第二表面分布有多个第一连接口，多个所述第一连接口与感应电场处理腔室连通，所述第二工作部上设有多个第二连接口，多个所述第二连接口与第一螺旋形流道、第二螺旋形流道连通，每一第二连接口与相应第一连接口配合，从而将所述感应电场处理腔室与第一螺旋形流道及第二螺旋形流道连通。
进一步的，多个所述的第二连接口分别与所述第一螺旋形流道和第二螺旋形流道的两个端口处相连接，用于将所述第一螺旋形流道及第二螺旋形流道与所述感应电场处理腔室连通。
在一些实施方式中，所述进样口和出样口均凸设在所述第一表面。
在一些实施方式中，所述第二表面设有多个凸起部，每一凸起部内设有至少一个所述第一连接口，所述第二连接口凸设在第二工作部表面，每一第二连接口与相应的一个第一连接口通过插接方式密封接合。
在一些实施方式中，所述第一工作部内还分布有缓冲区，所述缓冲区与感应电场处理腔室连通，分布于所述缓冲区内的料液与所述盐桥直接接触。
在一些实施方式中，所述第二工作部内分布有第一腔体和第二腔体，所述环形磁芯的第一侧嵌入第一腔体，第二侧嵌入第二腔体，所述第一螺旋形流道围绕第一腔体设置，所述第二螺旋形流道围绕第二腔体设置。
在一些实施方式中，所述第一腔体和第二腔体经间隔部分隔，所述间隔部上设有用于安放励磁线圈的槽。
在一些实施方式中，所述第二工作部包括盖体和基体，所述基体的一侧面上开设有两个凹槽，所述基体内还分布有两组第一流体通道，每一组第一流体通道设置于相应一个凹槽周围，所述盖体上分布有两组第二流体通道，每一组第二流体通道能与相应一组第一流体通道配合，所述盖体与基体密封结合时，所述盖体与两个凹槽围合形成所述第一腔体和第二腔体，两组第一流体通道与两组第二流体通道配合形成所述第一螺旋形流道和第二螺旋形流道。
在一些实施方式中，多个所述第二连接口设置在所述盖体上。
在一些实施方式中，所述盖体与基体通过第二螺纹连接机构固定连接。
在一些实施方式中，所述的集成式磁电感应热处理装置还包括水冷片，所述水冷片与环形磁芯连接。
在一些实施方式中，所述励磁线圈与励磁电源电性连接。
在一些实施方式中，由填充于所述第一螺旋形流道内的盐桥形成的第一次级线圈和由填充于所述第二螺旋形流道内的盐桥形成的第二次级线圈并联设置。
在一些实施方式中，所述环形磁芯由软磁材料形成，所述软磁材料的饱和磁密为0.5-2.03T、初始磁导率为1500-300000、最大磁导率为6000-1000000、居里温度为220-750℃。
本发明的另一个方面提供了所述集成式磁电感应热处理装置在热处理中的用途。
例如，本发明的一些实施例提供了一种料液热处理方法，其包括：
提供所述的集成式磁电感应热处理装置；
将盐桥的前驱体溶液注入第一螺旋形流道和第二螺旋形流道并凝固形成盐桥；
以励磁电源向励磁线圈施加励磁电压；
将料液自进样口注入感应电场处理腔室，并使料液与盐桥接触，之后从出样口输出。
在一些实施方式中，所述料液的电导率为0.05S/m-40S/m；
在一些实施方式中，所述励磁电压有效值为50V-2000V，波形为脉冲峰型，频率为20-200kHz，占空比为20％-95％。
在一些实施方式中，由填充于所述第一螺旋形流道内的盐桥形成的第一次级线圈和由填充于所述第二螺旋形流道内的盐桥形成的第二次级线圈并联设置。
与现有技术相比，本发明提供的集成式磁电感应热处理装置结构简单紧凑，易于组装和维护，便于携带和使用，且使用时热处理效率高，均匀性好，能够模块化放大提高产量，在液态食品杀菌、液态生物质催化以及液态高分子物质合成等众多领域均有广阔应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中一种集成式磁电感应热处理装置的工作示意图；
图2是本发明实施例中一种第一工作部分于右视方向的透视图；
图3是图2中的A-A向剖视图；
图4是本发明实施例中一种第一工作部分于俯视方向的透视图；
图5是图4中的B-B向剖视图；
图6是本发明实施例中一种第二工作部分的立体图；
图7是本发明实施例中一种第二工作部分的俯视图；
图8是本发明实施例中一种集成式磁电感应热处理装置于俯视方向的透视图；
图9是本发明实施例中一种水冷片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参阅图1-图8所示，本发明的一个典型实施例提供的一种集成式磁电感应热处理装置包括相互配合的第一工作部1、第二工作部2和环形磁芯3。
请参阅图2-图5，所述第一工作部1内分布有感应电场处理腔室11，同时所述第一工作部1上设有进样口12、出样口13，所述进样口12、出样口13与感应电场处理腔室11连通，待处理的料液可以通过进样口12进入感应电场处理腔室11，并在感应电场处理腔室11内经过热处理后从出样口13输出。
请参阅图6-图8，所述第二工作部2内分布有第一螺旋形流道21和第二螺旋形流道22，所述第一螺旋形流道21和第二螺旋形流道22用于容置盐桥(图中未示出)，所述盐桥能够与分布于感应电场处理腔室11内的料液接触。所述盐桥可以将第一螺旋形流道21和第二螺旋形流道22完全填充，使之形成次级线圈。在一些情况下，所述盐桥还可以从第一螺旋形流道21和第二螺旋形流道22中露出而形成延伸段，并由所述延伸段与感应电场处理腔室11内的料液直接接触。
其中，所述环形磁芯3至少部分嵌入第二工作部2，所述环形磁芯3的第一侧被第一螺旋形流道21环绕，所述环形磁芯3的第二侧被第二螺旋形流道22环绕，所述环形磁芯3的第三侧绕设有励磁线圈4，所述第三侧分布在所述第一侧与第二侧之间。在一些情况下，可以将环形磁芯3整体嵌入第二工作部2，或者，也可以将环形磁芯3套设在第二工作部2上，从而利于进一步减小该集成式磁电感应热处理装置的整体体积。
采用前述的设计可以使集成式磁电感应热处理装置能承受料液为大流量、高流速的工作状况，同时增加料液与充当次级电路中二次电源正、负两极的盐桥的接触面积，从而降低二次电源的内阻，使得次级线圈中分配更少的磁感应电压，并将更多的磁感应电压或电能被分配到感应电场处理腔室11的料液中，致使更多的电能在料液中转化成热能，同时还可使盐桥电导率更高，输出功率增大，减少环形磁芯3中的热量损耗。
请参阅图1及图8，在本实施例中，所述第一工作部1和第二工作部2可以通过多种方式可拆卸或不可拆卸地连接。例如，可以通过第一螺纹连接机构将第一工作部1和第二工作部2固定连接。该第一螺纹连接机构包括设置在第一工作部1上的多个第一螺纹孔19、设置在第二工作部2上的多个第二螺纹孔24和与这些螺纹孔配合的锁紧螺钉(图中未示出)。当然，本领域人员容易想到的是，还可以通过粘接、槽隼结构或其它常见连接方式将第一工作部1和第二工作部2固定连接。另外，在一些情况下，也可以将第一工作部1和第二工作部2一体设置。但前述螺纹连接方式更易于将第一工作部1和第二工作部2拆装维护。
请参阅图8，在一些实施方案中，所述感应电场处理腔室11与第一螺旋形流道21及第二螺旋形流道22连通。为实现该三者的连通，可以将进样口12和出样口13设置在第一工作部1的第一表面14，并在第一工作部1的与第一表面14相背对的第二表面15设置多个第一连接口16，该多个所述第一连接口16与感应电场处理腔室11连通。同时，所述第二工作部2上设有多个第二连接口23，多个所述第二连接口23与第一螺旋形流道21及第二螺旋形流道22连通，每一第二连接口23与相应第一连接口16配合，从而将感应电场处理腔室11与第一螺旋形流道21及第二螺旋形流道22连通。
其中，利用所述第二连接口23，还可以将盐桥的前驱体溶液注入第一螺旋形流道21及第二螺旋形流道22，所述前驱体溶液在固化后即可形成所述盐桥。所述前驱体溶液的成分是本领域人员已知的。例如，可以采用浓度为2wt％-40wt％的氯化钠溶液和浓度为1wt％-5wt％的食品级琼脂溶液混合形成所述前驱体溶液。
进一步的，所述进样口12和出样口13均可凸设在所述第一工作部1的第一表面14，以便于连接管路从而与料液供应装置、料液接收装置连通。在一些情况下，料液供应装置、料液接收装置可以是同一装置(例如图1所示的料液瓶6)，使料液可以被该集成式磁电感应热处理装置循环处理。
进一步的，还可以在所述第一工作部1的第二表面15设置多个凸起部17，并在每一凸起部内设置至少一个所述第一连接口16，以及，将所述第二连接口23凸设在第二工作部2表面，每一第二连接口23与相应的一个第一连接口16通过插接方式密封接合。如此可以进一步简化集成式磁电感应热处理装置的组装工作。其中，所述凸起部17可以是与第一工作部1一体形成的，也可以是通过粘接等方式结合在第一工作部1的第二表面15。
在一些实施方案中，可以在所述第一工作部1设置两个以上进样口12和一个以上出样口13，并将其中任意一个出样口13均设置在两个进样口12之间，采用这种设计，可以使料液分多路进入感应电场处理腔室11，以加快料液处理速度，之后从一个出样口13输出，以便收集。
在一些实施方案中，所述第一工作部1内还可分布有缓冲区18，所述缓冲区18与感应电场处理腔室11连通，所述盐桥将第一螺旋形流道21及第二螺旋形流道22完全填充后，其与分布于所述缓冲区18内的料液直接接触。其中，所述缓冲区18可以为多个，并分布在所述第一工作部1与第一螺旋形流道21、第二螺旋形流道22连接处附近。在一些情况下，所述缓冲区18可以是与感应电场处理腔室11一体设置。
在一些实施方案中，所述第二工作部2内分布有第一腔体25和第二腔体26，所述环形磁芯3的第一侧嵌入第一腔体25、第二侧嵌入第二腔体26，所述第一螺旋形流道22围绕第一腔体25设置，所述第二螺旋形流道22围绕第二腔体26设置。
进一步的，所述第一腔体25和第二腔体26经间隔部27分隔，所述间隔部27上设有用于安置励磁线圈4的槽。其中，该间隔部27可以采用独立的隔板等机构，也可以是与第一腔体25、第二腔体26、第一螺旋形流道21、第二螺旋形流道22一体设置。
进一步的，所述第二工作部2包括盖体28和基体29，所述基体29的一侧面上开设有两个凹槽，所述基体29内还分布有两组第一流体通道，每一组第一流体通道设置于相应一个凹槽周围，所述盖体28上分布有两组第二流体通道，每一组第二流体通道能与相应一组第一流体通道配合，所述盖体28与基体29密封接合时，所述盖体28与两个凹槽围合形成所述第一腔体25和第二腔体26，两组第一流体通道与两组第二流体通道配合形成所述第一螺旋形流道21和第二螺旋形流道22。
进一步的，多个所述第二连接口23设置在所述盖体28上。
其中，所述盖体28与基体29可以通过第二螺纹连接机构固定连接。该第二螺纹连接机构包括设置在盖体28、基体29上的多个螺纹孔和与这些螺纹孔配合的锁紧螺钉。本领域人员容易想到的是，还可以通过粘接、槽隼结构或其它常见连接方式将盖体28、基体29固定连接。另外，在一些情况下，也可以将盖体28、基体29一体设置。但前述螺纹连接方式更易于将盖体28、基体29拆装维护，也可以使将环形磁芯3与第二工作部2装配的操作更为简单。
本实施例中所述环形磁芯3可以是多种形态的，包括规则或不规则的环形。
进一步的，所述环形磁芯3由软磁材料形成，优选的，所述软磁材料的饱和磁密为0.5-2.03T、初始磁导率为1500-300000、最大磁导率为6000-1000000、居里温度为220-750℃。
例如，适用于本实施例的一种环形磁芯3可以采用铁基纳米晶、铁基非晶、钴基非晶、坡莫合金、铁氧体和硅钢片等软磁材料制成，其有效磁路长度为50-150cm，横截面积为30-500cm2，饱和磁密(Bs)0.5-2.03T、初始磁导率(μi)1500-100000、最大磁导率(um)6000-1000000、居里温度220-750℃。
在一些情况下，绕制于所述环形磁芯3上的励磁线圈匝数可以为1-6匝，环形磁芯3左右两侧的次级线圈的匝数之和为16-50匝；感应电场处理腔室11与第一螺旋形流道21或第二螺旋形流道22的内径之比范围为1∶50-1∶1，感应电场处理腔室11长度为10-100cm；感应电场处理腔室11内磁感应电流密度为0.2-2A/cm2、磁感应电场强度为100-1000V/cm。
本实施例中前述第一工作部、第二工作部应具有电绝缘性，可采用硅胶、橡胶、玻璃、聚四氟乙烯、低/高密度聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯等材料制成。另外，前述第一工作部、第二工作部可以通过注塑、模压或者3D打印等多种方式制成。
为使本实施例的集成式磁电感应热处理装置具有更稳定的工作性能，还可在所述集成式磁电感应热处理装置中设置水冷片，并将所述水冷片与环形磁芯导热连接。其中一种水冷片5的结构如图9所示，该水冷片5内部具有水冷腔(图中未示出)，该水冷腔通过设置在水冷片5上的冷却水入口51、冷却水出口52与水冷散热器及水冷循环泵(图中未示出)相连接形成一个循环水冷系统，以迅速转移环形磁芯中的热量。
进一步的，所述励磁线圈4还可以通过导线8与励磁电源7电性连接。
进一步的，由填充于所述第一螺旋形流道21内的盐桥形成的第一次级线圈和由填充于所述第二螺旋形流道22内的盐桥形成的第二次级线圈可以并联设置。
本实施例还提供了前述集成式磁电感应热处理装置在热处理领域的用途。
例如，本实施例提供了一种利用前述集成式磁电感应热处理装置进行料液热处理的方法，其包括：
将盐桥的前驱体溶液注入第一螺旋形流道和第二螺旋形流道并凝固形成盐桥；
以励磁电源向励磁线圈施加励磁电压：
将料液自进样口注入感应电场处理腔室，并使料液与盐桥接触，之后从出样口输出。
较为优选的，所述料液的电导率为0.05S/m-40S/m。
较为优选的，所述励磁电压为20V-2000V，波形为双峰脉冲，频率为20-200kHz，占空比为20％-95％。
较为优选的，所述第一次级线圈和第二次级线圈并联设置。例如，可以将图1中位于上方的两个第一连接口16与两个次级线圈的第一电位端连接在一起作为瞬时正极，并将位于下方的两个第一连接口16与两个次级线圈的第二电位端连接在一起作为瞬时负极，从而使第一次级线圈和第二次级线圈并联。
在前述的料液热处理方法中，可以利用励磁电源对励磁线圈施加方波电压，从而使环形磁芯中感应出交变磁场，由于盐桥具有很高的电导率，所以该交变的感应磁场在第一螺旋形流道和第二螺旋形流道中产生交变的感应电场，此时感应电场处理腔室11之中就形成巨大的感应电动势，即负载电压；而料液也具有一定的电导率(0.05S/m-40S/m)，所以在该感应电动势的热效应(欧姆加热或电阻加热)和非热效应(电场击穿)的协同作用下实现对料液的快速热处理。
在一些情况下，采用所述集成式磁电感应热处理装置对料液进行热处理时，励磁电压U为20V-2000V，波形为脉冲峰型，频率f为20-200kHz，占空比为20％-95％，泵流速范围为5mL/min-300mL/min。
本实施例的料液热处理方法可对料液进行循环处理或连续处理，易于模块化放大。可广泛应用于液态物料、生物质、高分子材料等介质的绿色、高效、均匀的加热、杀菌或催化处理。
应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
