ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ ТРАНСФОРМАТОРНОГО ТИПА Российский патент 2004 года по МПК H05B6/10 

Изобретение относится к электрическим нагревательным приборам и предназначено для использования в быту, в небольших промышленных и сельскохозяйственных объектах для приготовления горячей воды фиксированной температуры быстродействующим способом.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является индукционный электрический нагреватель (заявка США №4602140, МКИ Н 05 В 6/10, опубл. 22.07.86), включающий в себя трехфазный магнитопровод, первичную обмотку, рассчитанную на напряжение определенной фиксированной частоты. Магнитопровод имеет три стержня, на которых расположена первичная обмотка. Вторичная обмотка включает в себя множество прямых немагнитных электропроводящих труб, расположенных между и снаружи стержней магнитопровода, соединяемых по концам с крышками резервуаров, служащих для замыкания контура движения жидкости и токов фаз. Все трубы располагаются параллельно друг другу между двух резервуаров. Резервуары имеют съемные крышки для осмотра внутренней поверхности труб.

К недостаткам данного устройства можно отнести сложную технологию соединения концов труб с крышками резервуаров, здесь требуется большое количество сварных соединений, что ведет к вероятности появления дефекта при сборке, следовательно, снижает надежность работы устройства.

Сущность изобретения заключается в следующем. Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных свойств электроводонагревателя.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении безопасности и надежности электроводонагревателя.

Это достигается применением в электроводонагревателе трехфазного магнитопровода с уложенной на его стержнях первичной обмоткой, рассчитанных по методике, сходной с расчетом стандартных силовых трансформаторов. В качестве нагревательного элемента используется короткозамкнутая трехфазная одновитковая вторичная обмотка в виде изогнутых немагнитных электропроводящих немагнитных труб, состоящая из трех короткозамкнутых витков. Короткозамкнутый виток состоит из двух частей, уложенных непосредственно на каждый стержень фазы магнитопровода трансформатора. Первая часть - активная. Вторая, пассивная часть выполнена в виде двух параллельных проводников со встречным направлением тока, соединенных своими концами с активной частью. Электродвижущая сила (ЭДС) в пассивной части обмотки не наводится, так как параллельные проводники этой части имеют противоположные направления намотки. Токи в проводниках пассивной части направлены встречно. Следовательно, результирующий магнитный поток рассеяния, созданный токами пассивной части, очень мал. Индуктивность вторичной обмотки, обусловленная этим потоком, также мала. Поскольку обе части витка соединены последовательно, по ним протекает одинаковый ток, вызывающий тепловые потери, равномерно распределенные по поверхности витка. Витки трехфазной одновитковой короткозамкнутой вторичной обмотки соединены последовательно по воде, т.е. нагреваемая вода последовательно омывает все три витка обмотки. Материал и размерные соотношения вторичной обмотки определяются требуемым уровнем температуры нагреваемой воды.

В предлагаемом электроводонагревателе конструкция вторичной обмотки имеет следующие особенности. Она имеет в каждой фазе один короткозамкнутый виток, что необходимо для обеспечения требуемой безопасности при эксплуатации электроводонагревателя, электродвижущая сила фазы трехфазной одновитковой вторичной обмотки не должна превышать величину 2-4 В. Кроме того, использование одного короткозамкнутого витка позволяет обеспечить минимальную индуктивность рассеяния, следовательно, максимально возможную величину коэффициента мощности устройства, что приводит к улучшению его энергетических показателей. С другой стороны, короткозамкнутый виток обладает достаточно большой поверхностью соприкосновения с нагреваемой средой, что обеспечивает требуемую удельную поверхностную мощность, а следовательно, исключает образование накипи на внутренней поверхности трубки. Такая конструкция обеспечивает максимально возможное активное сопротивление вторичной обмотки, что необходимо для достижения заданной мощности при минимальном токе.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 показана собранная активная часть электроводонагревателя. На стержнях трехфазного магнитопровода 1 расположена первичная обмотка 2. Нагревательным элементом служит короткозамкнутая трехфазная одновитковая вторичная обмотка 3. Короткозамкнутый виток каждой фазы вторичной обмотки состоит из активной части 4 и пассивной части 5. Витки вторичной обмотки замкнуты накоротко сварными соединениями 6. На фиг.2 показан короткозамкнутый виток каждой фазы вторичной обмотки, состоящий из активной части 4 и пассивной части 5.

На стержни трехфазного шихтованного магнитопровода из электротехнической стали уложена первичная обмотка, изготовленная из алюминиевого провода. Короткозамкнутая трехфазная одновитковая вторичная обмотка, уложенная на каждом стержне магнитопровода поверх первичной обмотки, изготавливается из немагнитной электропроводящей трубки. Короткозамкнутый виток вторичной обмотки состоит из активной и пассивной частей. Для создания короткозамкнутого витка в каждой фазе обмотки трубки свариваются в трех местах, указанных на фиг.1. Размерные соотношения и материал вторичной обмотки выбираются в результате электромагнитного расчета, в основе которого лежит величина требуемой температуры нагреваемой воды.

Устройство работает следующим образом. Первичную обмотку, расположенную на магнитопроводе, подключают к трехфазной сети переменного тока. По обмотке начинает протекать ток, создающий в трехфазном магнитопроводе переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует в активной части короткозамкнутого витка короткозамкнутой трехфазной одновитковой вторичной обмотки ЭДС. Под действием этой ЭДС как по активной, так и по пассивной части витка протекает электрический ток. Вызванные этим током тепловые потери идут на нагрев воды. Интенсивность теплообмена зависит от скорости воды, протекающей по трубе, а также от площади теплоотдающей поверхности. Для снижения нежелательного теплового потока с наружной поверхности трубок эта поверхность может быть покрыта теплоизоляционным материалом.

Таким образом, в данном изобретении достигается требуемый уровень безопасности и надежности устройства, предлагаемое изобретение по эффективности нагрева воды аналогично прототипу, но в отличии от него здесь наилучшим образом удовлетворяются вышеуказанные требования, предъявляемые к конструкциям вторичных короткозамкнутых обмоток.

Предложенный электроводонагреватель трансформаторного типа предназначен для приготовления горячей воды быстродействующим способом. Устройство содержит трахфазный шихтованный магнитопровод из электротехнической стали с уложенной на его стержнях первичной обмоткой из алюминиевого провода. В качестве нагревательного элемента использована короткозамкнутая трехфазная одновитковая вторичная обмотка из немагнитных электропроводящих труб. Отличие устройства от ранее известных заключается в том, что для достижения требуемого уровня безопасности и надежности в устройстве применена специальная конструкция вторичной обмотки, короткозамкнутый виток каждой фазы содержит активную и пассивную части. Активная часть укладывается непосредственно на стержень фазы магнитопровода трансформатора, а пассивная часть, охватывающая тот же стержень фазы магнитопровода трансформатора, выполнена в виде двух параллельных проводников, своими концами соединенных с активной частью. Короткозамкнутые витки фаз соединяются последовательно по воде и замыкаются накоротко сварными соединениями. Данная конструкция наилучшим образом удовлетворяет специфическим требованиям, предъявляемым к короткозамкнутым вторичным обмоткам. 2 ил.

Электроводонагреватель, содержащий трехфазный магнитопровод с уложенной на его стержнях первичной и короткозамкнутой вторичной обмотками, отличающийся тем, что виток каждой фазы короткозамкнутой трехфазной одновитковой вторичной обмотки выполнен в виде изогнутых электропроводящих немагнитных труб и содержит активную часть, уложенную поверх первичной обмотки на стержень фазы магнитопровода трансформатора, а также пассивную часть, охватывающую тот же стержень фазы магнитопровода трансформатора, и выполненную в виде двух параллельных проводников с противоположным направлением намотки, образуя встречное направление тока в проводниках, соединенных своими концами с активной частью, а витки отдельных фаз соединяются последовательно по воде и замыкаются накоротко.