початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2074529

Індукційний нагрівач РІДИНИ

Ім'я винахідника: Єлшин О.І .; Казанський В.М .; Кишень Е.Д.
Ім'я патентовласника: Єлшин Анатолій Іванович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1995.04.04

Суть винаходу: індукційний нагрівач рідини містить корпус, розміщений в ньому трансформатор з многостержневим феромагнітним сердечником з розташованої на стержнях багатофазної первинної обмоткою, яка підключається до мережі змінного струму, і вторинної обмоткою, яка є теплообмінником, виконаним у вигляді пустотілої камери з нижнім вхідним і верхнім вихідним патрубками для проходження рідини, що нагрівається. У камері є наскрізні вертикальні канали з електропровідними стінками, в кожному з яких з зазором встановлені стрижні сердечника трансформатора. Запропонований індукційний нагрівач рідини має високий ККД і знижену матеріаломісткість.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для нагріву рідини, зокрема для електроопалення та гарячого водопостачання.

Індукційні нагрівачі рідини відомі давно, наприклад "посудина, яку використовує для індукційного нагріву рідини залізний сердечник трансформатора" (патент Німеччини N 329131, кл. 21 Н, група 3 з пріоритетом від 22 січня 1918 г.), який не отримав практичного застосування через великою питомою матеріаломісткості і низьких енергетичних показників (ККД перетворення електроенергії в теплову і коефіцієнта потужності ).

Однак незаперечні переваги низькочастотних (50-60 Гц) індукційних нагрівачів рідини стосовно до сучасних вимог електробезпеки та пожежної безпеки в порівнянні з нагрівачами резисторного типу (ТЕНових) і електродних (для води) зумовили підвищений інтерес до нових конструкцій індукційних нагрівачів. До них відносяться відомі сучасні індукційні нагрівачі рідини погружного типу, в тому числі індукційний нагрівач рідини (патент Росії N 2002383, кл. Н 05 В 6/10), що містить герметичний корпус циліндричної форми, до внутрішньої поверхні зовнішньої стінки якого прилягає індукційна обмотка, в порожнини останньої розміщений магнітопровід, при цьому внутрішній діаметр зовнішньої стінки корпусу нагрівача становить понад 1/3 його висоти, а товщина цієї стінки не перевищує половини глибини проникнення змінного електромагнітного поля в матеріал корпусу (на частоті живильної мережі).

До недоліків цього індукційного нагрівача погружного типу відносяться:

• обмежені умови експлуатації: необхідний зовнішній обсяг для рідини, що нагрівається, потрібні додаткові пристрої (або зусилля) для маніпулювання занурювальним нагрівачем порівняно великої маси в цьому обсязі, власний обсяг нагрівача займає порівняно велику частку в обсязі з нагрівається рідиною, необхідно додаткове пристрій, який виключав випадкове потрапляння електричного введення в рідину, що нагрівається;
• підвищена матеріаломісткість нагрівача на одиницю потужності, особливо феромагнітного сердечника;
• недостатні енергетичні показники, зокрема коефіцієнт потужності ( ), Так як індукційний нагрів стінки корпусу відбувається за рахунок магнітних потоків розсіювання, в тому числі і при феромагнітної тонкої стінці, оскільки вона буде працювати в режимі насичення;
• досить напружений термічний режим первинної обмотки, що знаходиться всередині корпусу, який буде посилюватися у міру накипформування і осадження солей на поверхні гріючої корпусу нагрівача; в аварійному режимі, у разі порушення герметичності корпусу, можлива поява небезпечного електричного потенціалу на нагрівається воді.

Відомі заглибні індукційні нагрівачі рідини, що володіють поліпшеними енергетичними показниками, наприклад індукційний нагрівач рідкого середовища (а.с. СРСР N 1811038, кл. Н 05 6/10) і ідентичний індукційний нагрівач рідини (патент Росії N 2002384, кл. Н 05 О 6 / 10), що містять кільцевої магнітопровід трансформатора з тороидальной первинної обмоткою, який герметично укладений в кільцеподібну камеру з електропровідного матеріалу, що представляє собою вторинну короткозамкненим обмотку і виконує роль гріє елемента. Недоліки зазначених індукційних нагрівачів, крім енергетичних показників, аналогічні вказаним вище нагрівача за патентом Росії N 2002383, кл. Н 05 В 6/10.

Крім того, перераховані вище індукційні нагрівачі конструктивно не дозволяють використовувати існуючі типорозміри традиційних трансформаторів і технологію їх виробництва, в тому числі трифазних.

Відомий індукційний електронагрівач рідини, що дозволяє використовувати конструктиви і технологію виготовлення традиційних трифазних трансформаторів по заявці Франції N 2565059, кл. Н 05 В 6/10, що містить шихтованний сердечник з первинної обмоткою, яка підключається до мережі, і вторинну обмотку, виконану у вигляді короткозамкнутого елемента з електропровідних трубок, в яких знаходиться рідина, що нагрівається за рахунок гріючих втрат від струмів короткого замикання вторинної обмотки.

До недоліків цього електронагрівача відносяться обмежений коефіцієнт корисної перетворення електроенергії в теплову для нагрівання рідини через теплового розсіювання зовнішньої поверхні змійовика, підвищений гідравлічний опір гріючих трубок змійовика, що утрудняє циркуляцію рідини, що нагрівається.

Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого є індукційний нагрівач рідини (патент США N 4602140, кл. Н 05 В 6/10, 219-10.51), що містить трансформатор з многостержневим феромагнітним сердечником, на стрижнях якого намотана первинна обмотка, що підключається до мережі змінного струму (трифазного). Вторинна обмотка, індукційно пов'язана з первинної через сердечник, являє собою систему прямих трубок з електропровідного матеріалу, що проходять поза стрижнів сердечника перпендикулярно їм і паралельно витків первинної обмотки і електрично замкнутих на кінцях електропровідними немагнітними пластинами. Ця система трубок, що нагріваються індукованими в них струмами (короткого замикання), являє собою теплообмінник, в якому нагрівається теплоносій.

До недоліків прототипу відносяться:

• зниження ККД перетворення електроенергії в теплову для нагрівання рідини через теплового розсіювання в навколишнє середовище з зовнішньої поверхні гріючих трубок (яка, зокрема, дорівнює поверхні кондуктивного нагрівання рідини, що циркулює через них);
• підвищена матеріаломісткість, в основному феромагнітного сердечника, через збільшених розмірів міжкотушкових вікон, необхідних для розміщення, крім первинної обмотки, відповідної системи гріють трубок теплообмінника.

Завданням винаходу є створення індукційного нагрівача рідини з більш високим ККД і зниженою матеріаломісткістю.

Це досягається тим, що в індукційному нагрівачі рідини, що містить корпус, розміщений в ньому трансформатор з многостержневим феромагнітним сердечником з розташованої на стержнях багатофазної первинної обмоткою, яка підключається до мережі змінного струму, і вторинної обмоткою, яка є теплообмінником, теплообмінник виконаний у вигляді пустотілої камери з нижнім вхідним і верхнім вихідним патрубками для проходження рідини, що нагрівається, в якому є наскрізні вертикальні канали з електропровідними стінками, в кожному з яких з зазором встановлено стрижень сердечника трансформатора.

і індукційний нагрівач рідини може бути забезпечений замкнутими контурами різної геометрії, встановленими навколо кожного наскрізного каналу, виконаними з електропровідного матеріалу.

Корпус індукційного нагрівача рідини може бути заповнений рідким діелектриком.

На кресленні представлений пропонований індукційний нагрівач рідини, розріз.

Індукційний нагрівач рідини містить шихтованний многостержневой (наприклад, трифазний) феромагнітний сердечник 1 трансформатора з розташованої на стержнях сердечника багатофазної первинної обмоткою 2, яка підключається до мережі і ізольованою від стрижнів корпусних ізоляцією 3. Вторинна обмотка трансформатора є теплообмінником і виконана у вигляді пустотілої камери 4 з нижнім вхідним 5 і верхнім вихідним 6 патрубками для проходження рідини, що нагрівається, камера має наскрізні вертикальні канали 7 з електропровідними стінками 8 (за кількістю стрижнів сердечника), в кожному з яких з зазором встановлені стрижні сердечника 1. Між поверхнями стінок 8 і первинної обмоткою 2 з ізоляцією 3 є повітряні проміжки. Пустотелая камера 4 виконана з листового матеріалу, при цьому циліндричні електропровідні стінки 8 наскрізних каналів 7, бічна оболонка 9, нижнє 10 і верхнє 11 торцеві підстави, що утворюють цілісність і непроникність для рідини, що нагрівається обсягу камери 4 (наприклад, за допомогою зварювання), можуть виконуватися різної товщини і з різних матеріалів.

Для посилення ефективності нагрівача він може бути забезпечений замкнутими електропровідними контурами різних розмірів і форми, наприклад у вигляді кілець 12 і 13, встановлених навколо кожного каналу 7.

При необхідності корпус 14 з відповідними герметичними виходами для патрубків 5 і 6 може бути заповнений рідким діелектриком.

Пропонований індукційний нагрівач рідини функціонує наступним чином. Після заповнення камери 4 нагрівається рідиною первинна обмотка 2 підключається до мережі трифазного струму і в стрижнях сердечника 1 трансформатора створюються магнітні потоки, що відрізняються по фазі на 120 електричних градусів. Під впливом цих потоків (змінних в часі) в стінках 8 фазних каналів 7 індукуються досить великі струми (вимірювані кілоампер). Пропорційно квадрату цих струмів в стінках 8 виділяється основна теплова енергія, що гріє рідина в камері 4. У нижньому 10 і верхньому 11 торцевих підставах камери 4 індукується система вторинних струмів, що викликає додаткове тепловиділення в електропровідному матеріалі торцевих підстав 10 і 11 і відповідний підігрів (знизу і зверху) рідини в камері 4.

Для інтенсифікації індукційного нагріву рідин в пропонованому нагрівачі можливе використання теплових концентраторів у вигляді електропровідних контурів, замкнутих навколо стінок 8 кожного фазного каналу 7 (наприклад кілець 12 і 13 (див. Креслення), в тому числі гофрованих). У цих кільцях 12 і 13 перетворюється в тепло частину електроенергії, а їх поверхня повністю бере участь в безпосередньому теплообміні з нагрівається рідиною.

При експлуатації пропонованого індукційного нагрівача рідини утворюється певний температурний перепад між верхніми шарами рідини (в зоні вихідного патрубка 6) і холодними шарами рідини на вході (патрубок 5) в камеру 4.

Під впливом цього температурного перепаду забезпечується природна циркуляція рідини, що нагрівається в камері 4 і замикає її через патрубки 5 і 6 системі резервуарів для нагрівається теплоносія (наприклад, системі електроопалення). Циркуляція теплоносія при необхідності може бути посилена за допомогою стороннього насоса.

Зовнішній корпус 14 в залежності від потужності індукційного нагрівача рідини і напруги живильної мережі може заповнюватися рідким діелектриком, наприклад трансформаторним маслом.

Технічний ефект пропонованого індукційного електронагрівача рідини в порівнянні з прототипом полягає в наступному:

забезпечується підвищення ККД перетворення електричної енергії в теплову в результаті більш повного використання електроенергії, що перетворюється в тепло для нагріву рідини, так як стінка 9, найбільша частина поверхні камери 4, не є теплогенеруючої, а теплопередача з зовнішньої поверхні стінок 8 фазних каналів 7 в сторону первинних обмоток практично не відбувається через малого температурного перепаду між ними;

в нагрівачі з контурами у вигляді кілець 12 і 13 стінки камери 4 можуть бути виконані з неелектропроводящего матеріалу, при цьому вся теплова потужність виділяється в кільцях 12 і 13;

забезпечується менша питома матеріаломісткість індукційного нагрівача, в основному маса феромагнітного сердечника 1, розміри вікон якого між стрижнями практично визначаються тільки розмірами котушок первинної обмотки 2, так як стінки 8 фазних каналів 7 виконуються з листового матеріалу і трохи впливають на розміри вікон многостержневого трансформатора, при різному співвідношенні геометрії кілець 12 і 13 забезпечується рівномірність нагріву рідини в камері 4.

Крім того, пропонований індукційний нагрівач рідини більш простий при монтажі через відсутність в порівнянні з прототипом многотрубчатого теплообмінника.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Індукційний нагрівач рідини, що містить корпус, розміщений в ньому трансформатор з многостержневим феромагнітним сердечником з розташованої на стержнях багатофазної первинної обмоткою, яка підключається до мережі змінного струму, і вторинної обмоткою, яка є теплообмінником, який відрізняється тим, що теплообмінник виконаний у вигляді пустотілої камери з нижнім вхідним і верхнім вихідним патрубками для проходження рідини, що нагрівається, в якій є наскрізні вертикальні канали з електропровідними стінками, в кожному з яких з зазором встановлено стрижень сердечника трансформатора.

2. Нагрівач по п. 1, який відрізняється тим, що він забезпечений замкнутими контурами, встановленими навколо кожного зазначеного наскрізного каналу, виконаними з електропровідного матеріалу.

3. Нагрівач по п. 1 або 2, який відрізняється тим, що корпус заповнений рідким діелектриком.

Версія для друку
Дата публікації 30.11.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів