Проточный индукционный нагреватель текучих сред Российский патент 2022 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 (Кувалдин А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитной стали. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 200 с.), у которого индуктирующий провод расположен в закрытых пазах загрузки, т.е. магнитный поток замыкается по ферромагнитному материалу сердечника. Система аналогична коаксиалу. Принцип работы нагревателя заключается в том, что при протекании переменного электрического тока и за счет созданного им переменного магнитного поля происходит нагрев материала ферромагнитной трубы сердечника вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи. Недостатком являются сложности обеспечения надежной работы электроизоляции.

Известен также индукционный нагреватель жидкости (US 3414698 (GENERAL ELECTRIC COM) 03.12.1968), представляющий собой многослойный трубчатый змеевик. На который наложена тороидальная обмотка индуктора. Жидкость, проходящая по змеевику, нагревается. Недостатком известных устройств является значительное рассеяние магнитных потоков и, как следствие, большие значения реактивной мощности и потерь тепла.

Наиболее близким (прототипом) является проточный индукционный нагреватель текучих сред, содержащий сердечник в виде трубчатого змеевика и медный индуктор (RU 2267869, 10.01.2006 МПК Н05В 6/10, F24H 1/10).

Недостатками данного устройства являются нерациональные потери энергии в стальной ленте сердечника, наличие разомкнутой магнитной цепи, образованной сердечником, и неравномерность нагрева теплообменной поверхности змеевика из нержавеющей стали вследствие неоднородности напряженности магнитного поля по длине окружности трубы змеевика и, как следствие, его температуры, что увеличивает потери тепла и снижает термический, электрический и общий КПД, а также значительная технологическая и конструкционная сложность.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение коэффициента полезного действия, снижение технологической и конструкционной сложности.

Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в повышении равномерности нагрева теплообменной поверхности змеевика из нержавеющей стали, за счет того, что в предлагаемом проточном индукционном нагревателе жидкости совмещены магнитопровод-продуктопровод, по которому протекает нагреваемая жидкость, нагревательный и турбулизирующий жидкость элемент, функцию которого выполняет гофрированная труба из нержавеющей стали и внутрь которой соосно помещен медный индуктор, внешняя поверхность которого покрыта диэлектрическим материалом с нейтральными химико-биологическими свойствами (например, ПЭТФ-полиэтиленгликольтерефталат), при этом концы сердечника-змеевика из нержавеющей стали соединены замыкающей перемычкой для образования замкнутой магнитной цепи.

Настоящая задача решается тем, что в проточном индукционном нагревателе текучих сред, содержащем сердечник в виде трубчатого змеевика и медный индуктор, сердечник выполнен гофрированным из тонкостенной нержавеющей стали, а медный индуктор покрыт слоем - диэлектрического материала, с нейтральными биологическими и химическими свойствами, и соосно размещен внутри трубки змеевика.

Концы сердечника из нержавеющей стали соединены друг с другом проводником.

На фиг. 1 показана схема индукционного нагревателя.

На фиг 2 - разрез по сечению А-А.

На фиг. 3 - продольный разрез нагревателя.

Нагреватель состоит из медного индуктора 1, размещенного соосно в просвете сердечника, которым является трубчатый змеевик 2 из стальной нержавеющей гофрированной трубы. Медный индуктор 1 изолирован от нагреваемой жидкости посредством диэлектрического материала 3, обладающего химико-биологическими нейтральными свойствами. Концы сердечника из нержавеющей стали соединены друг с другом проводником 4.

Подобное конструктивное решение позволяет повысить однородность электромагнитного поля в сердечнике и равномерность нагрева его поверхности, т.е. повысить теплообменные характеристики нагревателя и коэффициент полезного действия.

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 позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Проточный индукционный нагреватель жидкости работает следующим образом (Фиг. 3). На медный индуктор 1 подается переменное напряжение и протекает ток I₁. Созданный током I₁ магнитный поток Ф₁ замыкается в магнитной цепи сердечника нагревателя 2, образованного гофрированной трубой из нержавеющей стали. Переменный магнитный поток Ф₁ индуцирует в сердечнике - гофрированной трубе кольцевой индукционный ток I₂, в результате протекания которого происходит нагревание сердечника - гофрированной трубы. Жидкость, протекающая в кольцевом канале образованном медным индуктором 1 и сердечником - гофротрубой 2 нагревается в результате теплообмена и теплопередачи. Электрическую, химическую и биологическую изоляцию обеспечивает материал 3. Проводник 4 (см. фиг. 1) обеспечивает замыкание магнитной и электрической цепей для тока I₂ и созданного им магнитного потока.

Преимущества предлагаемого индукционного нагревателя жидкости заключается в следующем:

- упрощение конструкции, заключающееся в совмещении нагревательного элемента, вторичной обмотки и продуктопровода;

- в тепловыделении участвует весь объем ферромагнитной гофрированной трубы, представляющий собой замкнутую магнитную цепь и совмещающую функции нагревательного элемента и продуктопровода;

- увеличивается равномерность нагрева ферромагнитной гофрированной трубы по всей площади поверхности, что улучшает теплообменные характеристики индукционного нагревателя за счет большей равномерности и однородности магнитного поля;

- высокая теплопередача от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости, вызываемой гофрированной внутренней поверхностью продуктопровода;

- уменьшение потерь и увеличение КПД;

- снижается конструкционная и технологическая сложность изготовления.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к проточному индукционному нагревателю текучих сред и может быть использовано в устройствах электрического нагрева жидкости в различных отраслях промышленности. Улучшение теплообменных характеристик нагревателя, а также повышение химической и биологической защиты является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что проточный индукционный нагреватель текучих сред содержит гофрированный сердечник, выполненный из тонкостенной нержавеющей стали в виде трубчатого змеевика, и медный индуктор, покрытый слоем диэлектрического материала с нейтральными биологическими и химическими свойствами, который соосно размещен внутри трубки змеевика, при этом концы сердечника из нержавеющей стали соединены друг с другом проводником. 3 ил.

Проточный индукционный нагреватель текучих сред, содержащий сердечник в виде трубчатого змеевика из тонкостенной ферромагнитной нержавеющей стали и медный индуктор, отличающийся тем, что сердечник в виде трубчатого змеевика выполнен гофрированным, а медный индуктор покрыт слоем диэлектрического материала с нейтральными биологическими и химическими свойствами и соосно размещен внутри трубки змеевика, при этом концы трубчатого сердечника из нержавеющей стали соединены друг с другом проводником.