Индукционный нагреватель текучих сред Российский патент 2023 года по МПК H05B6/00 H01F27/28 H01F27/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к нагревателям индукционного типа, которые предназначены для нагрева текучих сред.

Из уровня техники известно техническое решение, представляющее собой индукционный нагреватель текучих сред, включающий шихтованный трехфазный сердечник из ферромагнитного материала с расположенной на стержнях первичной обмоткой, подключаемой к сети переменного тока, и вторичной электропроводящей обмоткой, являющейся теплообменником для нагреваемой текучей среды, с патрубками для входа и выхода текучей среды. Теплообменник состоит из трех камер для нагрева текучей среды, каждая из которых выполнена из двух цилиндров разного диаметра, установленных концентрично один в другом, соединенных вверху и внизу торцевыми заглушками с образованием герметичной пустотелой камеры для нагрева в ней текучей среды, внутри которых установлены стержни с первичной обмоткой, витки которой расположены в горизонтальной плоскости с воздушным зазором с образованием замкнутого контура вокруг соответствующего стержня сердечника, каждая камера имеет патрубки для входа и выхода текучей среды. Заявка на патент РФ № 2006121117, МПК Н05В 6/10, опубликована 10.01.2008.

Известно также техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, представляющее собой индукционный нагреватель жидких сред, состоящий из трехфазного трансформатора с сердечником, выполненным из листовой электротехнической стали, с расположенными на стержнях сердечника первичными обмотками, подключаемыми к электрической сети переменного тока, и трех вторичных электропроводящих обмоток, выполненных из металлических труб, навитых вокруг каждой первичной обмотки трансформатора в один слой. Входы и выходы труб гидравлически соединены параллельно, а электрически замкнуты внешним проводником. К каждому змеевику трубы подключаются посредством патрубков и дополнительных труб сложных форм с изгибами для подачи текучей среды в змеевики. Патент РФ № 138284, МПК Н05В 6/00, F24H 1/10, опубликован 10.03.2014.

Отличительными признаками заявляемого технического решения является, в частности, то, что индукционный нагреватель текучих сред включает трубопровод для подачи текучей среды, соединенный с первым и вторым змеевиком посредством первого и второго патрубка для подачи текучей среды, при этом конец трубопровода для подачи текучей среды соединен с третьим змеевиком, и трубопровод для выхода текучей среды, конец которого соединен с первым или третьим змеевиком, соединенный с остальными двумя змеевиками посредством третьего и четвертого патрубка для выхода текучей среды.

Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение коэффициента полезного действия и коэффициента мощности индукционного нагревателя и обеспечение возможности его использования в системах с естественной циркуляцией, а также при нагреве до высоких температур текучих сред с принудительной циркуляцией.

Технический результат заявленного технического решения проявляется в упрощении конструкции нагревателя, снижении ее материалоемкости, а также в повышении его эффективности.

Технический результат достигается тем, что индукционный нагреватель текучих сред, включающий трехфазный трансформатор, выполненный с ферромагнитным сердечником, с расположенной на стержнях первичной обмоткой, и вторичной обмоткой, являющейся теплообменником для нагреваемой текучей среды, при этом, вторичная обмотка выполнена в виде трех трубчатых змеевиков, включает трубопровод для подачи текучей среды, соединенный с первым и вторым змеевиком посредством первого и второго патрубка для подачи текучей среды, при этом конец трубопровода для подачи текучей среды соединен с третьим змеевиком, и трубопровод для выхода текучей среды, конец которого соединен с первым или третьим змеевиком, соединенный с остальными двумя змеевиками посредством третьего и четвертого патрубка для выхода текучей среды.

За счет того, что индукционный нагреватель текучих сред включает трубопровод для подачи текучей среды, соединенный с первым и вторым змеевиком посредством первого и второго патрубка для подачи текучей среды, при этом конец трубопровода для подачи текучей среды соединен с третьим змеевиком, и трубопровод для выхода текучей среды, конец которого соединен с первым или третьим змеевиком, соединенный с остальными двумя змеевиками посредством третьего и четвертого патрубка для выхода текучей среды, конструкция отличается своей простотой и наиболее равномерной циркуляцией текучей среды. Конструкция выполнена с минимальным количеством патрубков, которые могут быть иметь любую, соответствующую габаритам, длину. При этом, один из змеевиков подключен непосредственно к самому трубопроводу. Такое исполнение характеризуется сниженной материалоемкостью, что также сказывается на повышении эффективности нагревателя за счет снижения потерь мощности. Кроме того, такое выполнение трубопроводов с патрубками позволяет равномерно подавать и распределять текучую среду без потери напора в камеры. Таким образом, заявленная конструкция позволяет повысить КПД преобразования электрической энергии в тепловую и коэффициент мощности. Еще одним преимуществом данной конструкции вторичной обмотки является снижение гидравлического сопротивления сети, оно объясняется тем, что текущая среда входит по трубопроводу подачи в каждый змеевик по ходу движения потока, затем течет внутри змеевиков по спиральной трубе и выходит по ходу движения в трубопровод выхода текучей среды, и тем самым текущая среда имеет минимальное количество препятствий на своем пути.

За счет того, что трубопровод подачи текучей среды установлен в нижней части индукционного нагревателя, а трубопровод выхода текучей среды установлен в его верхней части, индукционный нагреватель характеризуется способностью достигать повышенной мощности, что определяет его эффективность.

Предпочтительно, патрубки для подачи текучей среды в змеевики присоединены к трубопроводу для подачи текучей среды параллельно друг другу, а патрубки для выхода текучей среды в змеевики присоединены к трубопроводу для выхода текучей среды параллельно друг другу, что также позволяет достичь более равномерной циркуляции и избежать необходимости усложнения конструкции патрубков или трубопровода. Кроме того, достигается повышение эффективности нагревателя за счет действия принципа конвекции: нагревание текущей среды заставляет ее расширяться и становиться легче. Таким образом, под воздействием электромагнитной индукции, стенки труб камер нагреваются, они передают тепло к текущей среде, в результате в самой верхней точке камер самая высокая температура текущей среды. По тому же принципу патрубки для входа расположены внизу, так как они подают в камеру холодную среду.

Преимуществом выполнения теплообменника в виде трех трубчатых спиралевидных змеевиков, соединенных между собой трубопроводом через патрубки, является в отсутствии завоздушивания камер вторичной обмотки, то есть весь воздух в системе будет удаляться вместе с потоком текучей среды, а следовательно, будут отсутствовать участки металла теплообменника, которые не взаимодействуют с теплоносителем, а это необходимо, для того, чтобы стенки теплообменника передавали тепловую энергию теплоносителю и не перегревались. Кроме того, такое выполнение теплообменника исключает накопление мусора в камерах вторичной обмотки.

Предпочтительно, витки труб змеевика соединены в местах контакта сплошным сварочным швом, что обеспечивает жесткость конструкции, позволяет избежать тепловых потерь за счет отсутствия необходимости использования дополнительных крепежных изделий.

За счет наличия трех камер, с учетом заявленного исполнения трубопроводов и патрубков для подачи и выхода текучей среды, индукционный нагреватель характеризуется максимальной эффективностью, и вместе с тем, простой конструкцией.

Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигур, на которых условно представлен один из возможных вариантов исполнения индукционного нагревателя текущих сред.

На фиг.1 представлена фронтальная проекция индукционного нагревателя текущих сред.

На фиг. 2 представлен вид сверху индукционного нагревателя текущих сред.

На фиг. 3 представлен вид индукционного нагревателя текущих сред сбоку.

На фиг. 4 представлен боковой вид камеры для нагрева текучей среды в разрезе.

На фиг. 1-4 изображены:

- стержень (1) сердечника трансформатора;

- камеры (2), (3), (4) для нагрева текучих сред;

- катушка (5) первичной обмотки;

- змеевик (6) вторичной обмотки;

- трубопровод (7) для подачи текучей среды;

- патрубки (8) (9) для подачи текучей среды;

- трубопровод (10) для выхода текучей среды;

- патрубки (11) и (12) для выхода текучей среды.

Далее со ссылками на фигуры описана конструкция индукционного нагревателя текущих сред.

Индукционный нагреватель текучих сред, включающий трехфазный трансформатор, выполненный с ферромагнитным сердечником с тремя стержнями (1).

На стержне (1) сердечника трансформатора расположена катушка (5) первичной обмотки, и вторичная обмотка, являющаяся теплообменником для нагреваемой текучей среды.

Вторичная обмотка трансформатора выполнена в виде трех трубчатых змеевиков (6), образующих три камеры (2), (3), (4) для нагрева текучих сред.

Индукционный нагреватель включает трубопровод (7) для подачи текучей среды, соединенный с первым и вторым змеевиком (6) камер (2) и (3) для нагрева текучей среды посредством первого патрубка (8) и второго патрубка (9) для подачи текучей среды, при этом конец трубопровода (7) для подачи текучей среды соединен с третьим змеевиком (камера (4) для нагрева текучей среды).

Индукционный нагреватель также включает трубопровод (10) для выхода текучей среды, конец которого соединен с первым или третьим змеевиком (6) (камеры (2) или (4), соответственно), и соединенный с остальными двумя змеевиками (6) (камер (3) и (2) или (4), соответственно) посредством третьего патрубка (11) и четвертого патрубка (12) для выхода текучей среды.

Предпочтительно, трубопровод (7) подачи текучей среды установлен в нижней части индукционного нагревателя, а трубопровод (10) выхода текучей среды установлен в верхней части индукционного нагревателя.

Предпочтительно, патрубки (8) и (9) для подачи текучей среды в змеевики (6) присоединены к трубопроводу (7) для подачи текучей среды параллельно друг другу, а патрубки (11) и (12) для выхода текучей среды в змеевики (6) присоединены к трубопроводу (10) для выхода текучей среды параллельно друг другу.

Предпочтительно, витки труб змеевика (6) соединены в местах контакта сплошным сварочным швом.

Заявляемый индукционный нагреватель текучих сред работает следующим образом.

После заполнения трубчатых змеевиков (6) нагреваемой текучей средой посредством трубопровода (7), первичная обмотка (5) подключается к сети трехфазного тока с помощью электромагнитного пускателя, и задается необходимая температура нагрева с помощью блока-терморегулятора. В ферромагнитном сердечнике со стержнями (1) создается переменный магнитный поток, с которым индуктивно связан каждый змеевик (6) камер (2), (3), (4) с образованием замкнутого контура вокруг соответствующего стержня сердечника (1). Под воздействием этих потоков (переменных во времени) в поверхностях стенок змеевиков (6) индуцируются токи, вызывающие их нагрев. Тепло от нагретых поверхностей передается текучей среде в три змеевика (6) по трубопроводу (7) через его конец и патрубки (8) и (9) и вытекающей из трубопровода (10) через его конец и патрубки (11) и (12).

Индукционный нагреватель текущих сред также может работать при помощи альтернативных регулирующих блоков с коммутацией в электросети или других источников энергии.

Заявленный индукционный нагреватель текущих сред может быть использован для отопления жилых помещений и зданий, для нагрева воды и других текучих сред при проведении различных технологических процессов.

Представленные фигуры, описание конструкции и использования не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. В зависимости от назначения, индукционный нагреватель текущих сред может быть изготовлена разных размеров, цветов и конфигураций.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в упрощении конструкции нагревателя, а также в повышении его эффективности. Индукционный нагреватель текучих сред включает трехфазный трансформатор, выполненный с ферромагнитным сердечником, с расположенной на стержнях первичной обмоткой и вторичной обмоткой, которая является теплообменником для нагреваемой текучей среды. Вторичная обмотка выполнена в виде трех трубчатых змеевиков. Нагреватель включает трубопровод для подачи текучей среды, соединенный с первым и вторым змеевиком посредством первого и второго патрубка для подачи текучей среды. Конец трубопровода для подачи текучей среды соединен с третьим змеевиком. Конец трубопровода для выхода текучей среды соединен с первым или третьим змеевиком, а сам трубопровод для выхода текучей среды соединен с остальными двумя змеевиками посредством третьего и четвертого патрубка для выхода текучей среды. Трубопровод подачи текучей среды, предпочтительно, установлен в нижней части индукционного нагревателя, а трубопровод выхода текучей среды установлен в верхней части индукционного нагревателя. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Индукционный нагреватель текучих сред, включающий трехфазный трансформатор, выполненный с ферромагнитным сердечником, с расположенной на стержнях первичной обмоткой и вторичной обмоткой, являющейся теплообменником для нагреваемой текучей среды, при этом вторичная обмотка выполнена в виде трех трубчатых змеевиков, отличающийся тем, что включает трубопровод для подачи текучей среды, соединенный с первым и вторым змеевиком посредством первого и второго патрубка для подачи текучей среды, при этом конец трубопровода для подачи текучей среды соединен с третьим змеевиком, и трубопровод для выхода текучей среды, конец которого соединен с первым или третьим змеевиком, соединенный с остальными двумя змеевиками посредством третьего и четвертого патрубка для выхода текучей среды.

2. Индукционный нагреватель текучих сред по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод подачи текучей среды установлен в нижней части индукционного нагревателя, а трубопровод выхода текучей среды установлен в верхней части индукционного нагревателя.

3. Индукционный нагреватель текучих сред по п. 1, отличающийся тем, что патрубки для подачи текучей среды в змеевики присоединены к трубопроводу для подачи текучей среды параллельно друг другу, а патрубки для выхода текучей среды в змеевики присоединены к трубопроводу для выхода текучей среды параллельно друг другу.

4. Индукционный нагреватель текучих сред по п. 1, отличающийся тем, что витки труб змеевика соединены в местах контакта сплошным сварочным швом.