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 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 и нагревательный элемент, функцию которых выполняет обмотка из нескольких слоев стальной ленты, наложенная на змеевик, изготовленный из тонкостенной трубы из нержавеющей стали (змеевик служит продуктопроводом, по которому протекает нагреваемая жидкость); 2) используется область сильных магнитных полей с напряженностью 25-40 кА/м; 3) в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика.

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 тонкостенный змеевик 3 из нержавеющей стали с наложенной на него обмоткой из стальной ленты 2. Внутри трубы змеевика помещена проволочная спираль 4 из нержавеющей стали.

Нагреватель имеет первичную обмотку (обмотку индуктора), выполненную из медного изолированного провода; роль вторичной обмотки играет обмотка из стальной ленты. 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. 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%. Кроме того, изменяя расположение витков змеевика по отношению друг к другу и их число, можно при заданной мощности, определяемой площадью внешней поверхности обмотки из стальной ленты, изготовлять нагреватели с заданной разностью температур между внутренней стенкой змеевика и нагреваемой жидкостью. На фиг.2 показан переход от конструкции с максимальной разностью температур между внутренней стенкой змеевика и нагреваемой жидкостью к конструкции с минимальной разностью температур.

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 обмотке из стальной ленты индукционный ток, в результате прохождения которого происходит нагревание сердечника. Дополнительный нагрев происходит в результате перемагничивания материала ленты (потери на гистерезис).

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;

- в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика, что существенно уменьшает металлоемкость нагревателя;

- уменьшается удельная металлоемкость до 2-2,5 кг/кВт в результате совмещения магнитопровода 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 из нержавеющей стали, помещенной в просвет трубы змеевика;

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

- имеется возможность изготовлять нагреватель с заданной разностью температур между внутренними стенками змеевика и нагреваемой жидкостью.

Изобретение относится к области электроэнергетики, и может быть использован в устройствах электрического нагрева жидкостей. Он имеет тороидальную обмотку индуктора, наложенную на сердечник, состоящий из тонкостенного трубчатого змеевика из нержавеющей стали с наложенной на него обмоткой из стальной ленты. Магнитопровод и нагревательный элемент нагревателя совмещены и их функцию выполняет обмотка из стальной ленты. Для уменьшения удельной металлоемкости до 2-2,5 кг/кВт при эксплуатации индукционного нагревателя используются сильные магнитные поля с напряженностью 25-40 кА/м. В тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика. В нагревателе для предотвращения коррозии стали и для нагревания пищевых жидкостей используется тонкостенный змеевик из нержавеющей стали. Для улучшения теплоотдачи от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости используется проволочная спираль, введенная в просвет трубы змеевика, приводящая к дополнительной циркуляции жидкости. Конструкция нагревателя позволяет получать заданное значение разности температур между внутренней стенкой змеевика и нагреваемой жидкостью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Проточный индукционный нагреватель жидкости, имеющий тороидальную обмотку индуктора, наложенную на сердечник, отличающийся тем, что в нем сердечник состоит из тонкостенного трубчатого змеевика из нержавеющей стали, служащего для увеличения поверхности теплоотдачи; на змеевик наложена играющая роль магнитопровода и нагревательного элемента обмотка из стальной ленты, в результате чего в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика; 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 позволяет получать заданное значение разности температур между внутренней стенкой змеевика и нагреваемой жидкостью.