БЫТОВОЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР Российский патент 1995 года по МПК H05B6/10 

Изобретение относится к электротехнике и представляет собой электронагревательное устройство индукционного типа для обогрева помещений при естественной конвекции нагретого воздуха.

Известен электронагреватель для грунта, содержащий два последовательно соединенных проводника, один из которых охватывает другой по длине и является электрическим и магнитным экраном нагревателя. Проводники с одного конца соединены между собой, а другими концами подсоединены к источнику переменного тока низкого напряжения. Внешний проводник выполнен в виде трубы, а внутренний в виде трубы или стержня, причем зазор между проводниками заполнен диэлектриком [1]
Недостатком этого устройства является то, что для питания необходимо применение трансформатора с высоким коэффициентом трансформации, что приводит к большому расходу меди и трансформаторного железа.

Известен также погружной нагреватель жидкостей, наиболее близкий по технической сущности, принятый за прототип и представляющий собой тороидальную герметичную стальную конструкцию, внутри которой находится многовитковая катушка-индуктор [2]
Недостатком данного устройства является малая теплоотдача из-за небольшой наружной поверхности, а также неравномерного нагрева оболочки по высоте из-за передачи тепла снизу вверх по оболочке и естественной конвекции нагретого воздуха, что создает наиболее тяжелый режим у нагревателя. Это приводит к значительной разнице температур нижнего и верхнего участков оболочки и соответственно нагрева провода индуктора в верхней его части. Например, для индукторной обмотки мощностью 150 Вт при высоте оболочки 600 мм температура нижнего и верхнего участков составила соответственно 68 и 96^оС. Это ведет к перегреву обмотки и разрушению изоляции. Применение провода более высокого класса значительно увеличивает стоимость прибора.

В предлагаемом электронагревательном приборе эти недостатки устранены следующим образом. В нем индуцирующая обмотка и стальная оболочка выполнены из нескольких, не менее двух, оболочек с обмотками соединенными последовательно.

Индуктирующая обмотка выполнена однорядной на наружной поверхности внутренней трубы в виде секций, первая из которых, нижняя, содержит 20-30% от общего количество витков обмотки, каждая последующая в 1,2.1,3 раза меньше предыдущей секции, расположенной с переменным шагом по высоте индуктора, равным 0,2.0,3 длины намотки каждой последующей секции.

Это обеспечивает равномерное распределение температурного поля по всей высоте оболочки и индуктора, а следовательно, и снижение перегрева провода индуцирующей обмотки при естественной конвекции нагретого воздуха.

На фиг. 1 изображен общий вид электронагревательного прибора; на фиг. 2 оболочка с индуктором в сборе; на фиг. 3 внутренняя труба с обмоткой.

Электронагревательный прибор состоит из кожуха 1, закрепленного на швеллерах 2, в которые вварены стальные трубы 3 и к ним крепятся подставки 4. В трубы 3 установлены внутренние трубы 5 с обмотками 6 и закреплены в них с помощью втулок 7. На наружной поверхности внутренней трубы 5 нанесена термостойкая изоляция 8. На пластине 9, закрепленной на швеллере 2, установлены термореле 10, контактирующие с наружной поверхностью трубы 3, и конденсаторы 11. На кожухе закреплена сигнальная лампа 12, выключатель 13 и шнур с вилкой 14.

Работает прибор следующим образом.

При включении прибора в сеть с переменным током ток, проходя по индуцирующим обмоткам, создает магнитные и электрические поля, которые индуцируются на внешней и внутренних трубах, создающих оболочку. Так как система труб оболочки представляет собой замкнутый контур, являясь вторичной обмоткой трансформатора, то все полезные и "вредные" токи, наводящиеся во вторичной обмотке, производят ее нагрев. Коэффициент мощности без конденсаторов составляет 0,83. Емкость компенсирующих конденсаторов равна 45 мкФ. Коэффициент мощности с компенсирующими конденсаторами близок к единице. При достижении температуры 90-100^оС происходит отключение прибора за счет температурного реле типа ДРТ-Б.

В приборе каждая оболочка выполнена из стальных труб диаметром 45 и 50 мм с толщиной стенки 1 мм. Намотка производилась проводом ПЭТВ диаметром 1 мм. Индуктирующая обмотка выполнена следующим образом. При входном напряжении 220 В на одну индуктирующую обмотку приходится 31,4 В. Количество витков на каждую обмотку составит 380 витков. Длина L намотки равняется диаметру провода, для нашего случая 1 мм, умноженному на количество витков 380.

В соответствии с приведенной формулой изобретения количество витков в секциях обмотки будет равно: в первой секции 100 и l₁ 100, во второй 80, l₂ 80, в третьей 70, l₃ 70, в четвертой 55, l₄ 55, в пятой 45, l₅ 45, в шестой 30 и l₆ 30.

Таким образом индуцирующая обмотка выполнена из шести секций.

Расстояние между секциями обмотки соответственно между первой и второй, исходя из длины l₂ 80 мм, намотки второй секции, состоящей из 80 витков и диаметра провода 1 мм, будут равны Z₁ 20 мм, между второй и третьей Z₂ 17 мм, Z₃ 13 мм, Z₄11 мм, Z₅ 7 мм, исходя из среднего значения установленного интервала.

Швеллер 2 представляет согнутый лист толщиной 1 мм с отверстиями под наружную трубу. Внутренние трубы с приваренными втулками, на которых нанесено электроизоляционное термостойкое покрытие и обмотки, устанавливаются в наружные трубы и обжимаются. Концы проводов каждой обмотки выводятся через отверстия в трубах и соединяются последовательно. Кожух крепится к швеллеру 2 через изолирующие втулки.

Проведенные теоретические и экспериментальные работы в МЭИ показали, что температура на поверхности нагревательных элементов не превышала 100^оС, которая является одним из главных условий, предъявляемых к бытовым электронагревательным приборам.

Температура нагревательных элементов зависит от мощности индукторной обмотки и площади охлаждаемой поверхности при условии конвекционного охлаждения. Работы, проводимые на предприятии по созданию трех опытных образцов приборов, состоящих из семи нагревательных элементов, оболочек, общей мощностью 1050 Вт, подтвердили результаты после испытания.

Использование: бытовой электронагревательный прибор относится к электротехнике и представляет собой электронагревательное устройство индукционного типа для обогрева помещений. Сущность изобретения: индуктирующая обмотка и стальная оболочка нагревателя выполнены из нескольких оболочек с обмотками, соединенными последовательно, а индуктирующая обмотка в каждой оболочке выполнена однорядной на наружной поверхности внутренней трубы в виде секций с определенными соотношениями их размеров, что позволяет повысить теплоотдачу и снизить себестоимость изготовления. 3 ил.

БЫТОВОЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР преимущественно для обогрева помещений, содержащий нагревательный элемент, выполненный в виде индуктирующей обмотки, заключенной между трубчатыми стенками стальной оболочки, и изоляцию, отличающийся тем, что прибор содержит не менее двух нагревательных элементов, шунтирующие обмотки которых соединены последовательно, обмотка каждого нагревательного элемента выполнена однорядной в виде секций, нижняя из которых содержит 0,2 0,3 витков обмотки, в каждой последующей секции число витков в 1,2 1,3 раза меньше, чем в предыдущей секции, при этом расстояния между секциями выполнены переменными, уменьшающимися от нижней секции к верхней и составляют 0,2 0,3 высоты каждой последующей секции.