ПРОТОЧНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК H05B6/10 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в устройствах электрического нагрева жидкости для животноводческих помещений, производственных мастерских, предприятий по переработке жидких пищевых продуктов, в сфере обслуживания, быту.

Известен индукционный нагреватель жидкости (Яровиков И.П. Расчет индукционных нагревателей для животноводческих помещений// Механизация и электрификация сельского хозяйства, №4, 1983) для обогрева полов и воздуха в помещениях, корпус которого содержит стальные водогазопроводные трубы, внутри которых укладывается многожильная обмотка из изолированного провода. Принцип работы нагревателя заключается в том, что при протекании переменного тока и за счет созданного им переменного магнитного поля происходит нагрев материала трубы вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи.

Известен также проточной водонагреватель жидкости (пат. 2101882 РФ, МПК 7 Н 05 В 6/10, F 24 H 1/10. Электроводонагревательное устройство трансформаторного типа / В.М.Кузьмин, А.В.Сериков, С.П.Бобровский // Открытия. Изобретения. 1988. №1), представляющий собой трехфазный трансформатор-нагреватель, вторичные обмотки которого замкнуты накоротко и выполнены из трех стальных труб. Торцы труб соединены между собой электропроводящими дисками, образующими совместно с внешней оболочкой трансформатора герметичную камеру, внутри которой расположен индуктор. Вода, омывая оболочку трансформатора и проходя по трубам, нагревается.

Наиболее близким (прототипом) является проточной нагреватель жидкости (US 3414698 (GENERAL ELECTRIC СОМ) 03.12.1968), представляющий собой многослойный трубчатый змеевик, на который наложена тороидальная обмотка индуктора. Вода, проходящая по змеевику, нагревается. Недостатком известных устройств являются большая удельная металлоемкость (до 10 и более кг/кВт), значительное рассеяние магнитных потоков и, как следствие, большие потери тепла.

Целью предлагаемого изобретения является снижение металлоемкости, повышение коэффициента полезного действия и уменьшение конструктивной сложности. Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом проточном индукционном нагревателе жидкости 1) совмещены магнитопровод, нагревательный элемент и продуктопровод, функцию которых выполняет изготовленный из стальной трубы змеевик с плотно прилегающими витками с наложенной на него обмоткой из нескольких слоев стальной ленты; 2) используется область сильных магнитных полей с напряженностью 25-40 кА/м; 3) витки змеевика делаются одинакового радиуса, в результате чего в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика; 4) обмотка из стальной ленты плотно прилегает ко всей внешней поверхности змеевика, что позволяет уменьшить электрическое сопротивление нагревателя.

Проточной индукционный нагреватель жидкости представлен на фиг.1 с разрезом по сечению А-А - на фиг.2. Нагреватель состоит из обмотки индуктора 1 и сердечника, которым является трубчатый змеевик 3 с наложенной на него обмоткой из стальной ленты 2. Змеевик изготовляется с одинаковыми радиусами витков из стальной трубы. Обмотка из стальной ленты притягивается к поверхности змеевика с помощью спирального проволочного хомута 4, который закладывается между витками змеевика. Внутри трубы змеевика помещен тонкостенный вкладыш 5 и проволочная спираль 6, изготовленные из нержавеющей стали. Нагреватель имеет первичную обмотку (обмотку индуктора), выполненную из медного изолированного провода; роль вторичной обмотки играют обмотка из стальной ленты и стенки стальной трубы змеевика. Соседние витки змеевика плотно прилегают друг к другу. На змеевик наложена обмотка из стальной ленты такой толщины, чтобы не появилась негативно влияющая на коэффициент мощности отраженная от внутренних стенок трубы электромагнитная волна. На этот сердечник наложена тороидальная обмотка индуктора, что позволяет сконцентрировать магнитный поток внутри тороида. В результате значительно уменьшаются потоки рассеяния и не оказывается негативное воздействие сильных полей на обслуживающий персонал. Чтобы предотвратить коррозию внутренних стенок трубы в нее помещен плотно прилегающий к внутренним стенкам тонкостенный вкладыш из нержавеющей стали. Для увеличения коэффициента теплоотдачи и теплового КПД в просвет трубы введена проволочная спираль из нержавеющей стали, приводящая к дополнительной циркуляции жидкости.

Подобное конструктивное решение позволяет снизить металлоемкость нагревателя до 2-2,5 кг/кВт и повысить тепловой КПД до 98-99%.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, гарантирующих сущность заявленного изобретения, не известна и для специалистов не следует явным образом из уровня техники, что позволят сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Проточной индукционный нагреватель жидкости работает следующим образом. На первичную обмотку (обмотку индуктора) подается переменное напряжение. Созданный обмоткой переменный магнитный поток замыкается в сердечнике нагревателя, состоящем из трубчатого змеевика и наложенной на него обмотки из нескольких слоев стальной ленты такой толщины, чтобы не возникала отраженная электромагнитная волна, уменьшающая коэффициент мощности нагревателя. Переменный магнитный поток порождает в сердечнике индукционный ток, в результате прохождения которого происходит нагревание сердечника. Дополнительный нагрев происходит в результате перемагничивания материала сердечника (потери на гистерезис).

Обмотка из стальной ленты плотно притянута к поверхности змеевика спиральным проволочным хомутом, проложенным между витками змеевика. Необходимость плотного прилегания обмотки из стальной ленты ко всей внешней поверхности змеевика, изготовленного из стальной трубы, объясняется тем, что направление индукционных токов в соседних витках в области их соприкосновения противоположно. Это затрудняет их прохождение, в результате чего индукционные токи замыкаются через слой обмотки из стальной ленты. При наличии воздушной прослойки между обмоткой из стальной ленты и местом соприкосновения соседних витков змеевика индукционный ток будет проходить в области, где лента прилегает к виткам змеевика, внутри обмотки из стальной ленты и внутри трубы змеевика, а в области, где имеются воздушная прослойка - только внутри обмотки из стальной ленты. Это увеличивает электрическое сопротивление нагревателя и, как следствие, его металлоемкость.

Для предотвращения коррозии стали и для возможности использовать устройство для нагревания пищевых жидкостей внутрь трубы змеевика помещен тонкостенный вкладыш из нержавеющей стали. Сердечник нагревается и передает тепло протекающей по змеевику жидкости. Для улучшения теплоотдачи в просвет трубы помещена плотно прилегающая к внутренней стенке проволочная спираль из нержавеющей стали, которая вызывает дополнительную циркуляцию жидкости. Сердечник нагревателя выполняет функцию магнитопровода, нагревательного элемента и продуктопровода одновременно.

Преимущество предлагаемого индукционного нагревателя жидкости заключается в следующем:

- малое рассеяние магнитного потока, следовательно, более высокий коэффициент полезного действия и отсутствие негативного воздействия сильных магнитных полей на организм находящихся по близости людей;

- из-за одинакового радиуса витков змеевика и плотного прилегания обмотки из стальной ленты ко всей внешней поверхности змеевика в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика, что существенно уменьшает металлоемкость нагревателя;

- уменьшается удельная металлоемкость до 2-2,5 кг/кВт в результате совмещения магнитопровода, продуктопровода и нагревательного элемента и благодаря использованию сильных магнитных полей с напряженностью 25-40 кА/м;

- высокая теплопередача от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости в результате дополнительной циркуляции жидкости вызываемой проволочной спиралью, помещенной в просвет трубы змеевика;

- отсутствие коррозии стали и возможность нагревания и пастеризации пищевых жидкостей (воды, соков, молока и т.п.) в результате использования вкладыша из нержавеющей стали в змеевике.

Изобретение относится к области электроэнергетики, и может быть использовано в устройствах электрического нагрева жидкостей. Он имеет тороидальную обмотку индуктора, наложенную на сердечник, состоящий из стального трубчатого змеевика с наложенной на него обмоткой из стальной ленты. Магнитопровод, продуктопровод и нагревательный элемент нагревателя совмещены, и их функцию выполняет сердечник. Для уменьшения удельной металлоемкости до 2-2,5 кг/кВт при эксплуатации индукционного нагревателя используются сильные магнитные поля с напряженностью 25-40 кА/м. Змеевик имеет витки одинакового радиуса, а обмотка из стальной ленты плотно прилегает ко всей внешней поверхности змеевика, в результате чего в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика, уменьшается электрическое сопротивление нагревателя и, как следствие, его металлоемкость. Для предотвращения коррозии стали и для нагревания пищевых жидкостей используется тонкостенный вкладыш из нержавеющей стали, помещенный в трубу змеевика. Для улучшения теплоотдачи от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости используется проволочная спираль из нержавеющей стали, введенная в просвет трубы змеевика, приводящая к дополнительной циркуляции жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Проточный индукционный нагреватель жидкости, имеющий тороидальную обмотку индуктора, наложенную на сердечник, состоящий из стального трубчатого змеевика, отличающийся тем, что в нем используется трубчатый змеевик с одинаковым радиусом плотно прилегающих витков; на змеевик наложена плотно прилегающая к внешней поверхности змеевика обмотка из стальной ленты; для улучшения теплоотдачи от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости используется проволочная спираль, введенная в просвет трубы змеевика, приводящая к дополнительной циркуляции жидкости.2. Проточный индукционный нагреватель жидкости по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения его удельной металлоемкости до 2-2,5 кг/кВт при эксплуатации используются магнитные поля с напряженностью 25-40 кА/м.3. Проточный индукционный нагреватель жидкости по п.1, отличающийся тем, что в нем для предотвращения коррозии стали и для нагревания пищевых жидкостей используется тонкостенный вкладыш из нержавеющей стали, помещенный в трубу змеевика.