Индукционный электронагреватель проточной среды Советский патент 1991 года по МПК H05B6/10 

Изобретение относится к электротермии, в частности к конструкции индукционных электронагревателей проточных сред (жидкостей и газов), и предназначено для нагрева сред, используемых в различных технологических процессах микроэлектроники.

Целью изобретения является повышение интенсификации тепообмена путем усиления турбулизации потока.

На фиг. 1 показан индукционный электронагреватель проточных сред, общий вид; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - узел I на фиг. 2.

Индукционный электронагреватель проточных сред содержит корпус 1, снабженный с обоих торцов днищами 2 и 3. Корпус состоит из двух участков комической формы 4 и 5, сопряженных горловиной 6, на наружной поверхности которой размещен индуктор 7, закрытый кожухом 8.

Корпус 1 снабжен подводящим 9 и отводящим 10 патрубками, сообщенными соответственно тангенциальными каналами 11 и 12 с полостью корпуса. В днищах 2 и 3 выполнен с наклоном к оси по крайней мере один ряд равнорасположенных по окружности сквозных отверстий 13 (отверстия других рядов не показаны), в которые вставлены теп- лопередающие элементы 14, выполненные из электропроводного материала и помещенные в герметичные капсулы 15 из диэлектрика, например кварцевого стекла. Кроме того, на промежуточных дисках 16 и 17 закреплены на своих основаниях усеченные конуса 18 и 19, в верхней части каждого из которых выполнено гнездо 20 (аналогичное гнездо в конусе 19 не показано), предназначенное для размещения в нем направляющего элемента винтовой формы, образованного двумя трапецевидными пластинами 21 и 22, винтовые поверхности которых сформированы путем пластической деформации.

9 СД -U

CD 00

00

Эти пластины выполнены, например, из кварцевого стекла и стыкуются между собой под углом 90° при помощи пазов в основаниях трапеций, а противоположные основания трапеций использованы для крепления пластин в гнездах конусов 18 и 19. Направление закрутки винтовых поверхностей элементов 21 и 22 совпадает с направлением закрутки потока, создаваемой тангенциальным каналом 11, 23, 24 прокладки. Размещение теплопередающих элементов в кольцевом канале, сформированном внутренними поверхностями корпуса и направляющим элементом, производится при сборке, Которая производится в следующей последовательности. Предварительно производят монтаж индуктора на горловине корпуса и устанавливают кожух. После закрепления на Промежуточных дисках конусов (крепежные резьбовые элементы не показаны) в их гнездах плотно устанавливают пластины и направляющего элемента. Затем устанавлива- JOT один из узлов в корпус и после сов- ещения пазов на пластинах устанавливают другой узел.

Капсулы с теплопередающими элементами вставляют в соосные отверстия дисков, а затем устанавливают прокладки и закрывают корпус днищами.

Индукционный электронагреватель работает следующим образом.

После подключения электронагревателя к контуру циркуляции проточной среды производится подача питания к индуктору от источника переменного тока. Циркулирующие в обмотках индуктора токи создают в объеме корпуса быстропеременное электромагнитное оле, что вызывает появление в тепло- передающих элементах индуктированных токов, которые приводят к их разогреву. Нагреваемая среда через подводящий патрубок и тангенциальный канал поступает во внутреннюю полость корпуса. При движении потока в кольцевом канале, образованном коническим участком, конусом и направляющим элементом, интенсивность его закрутки увеличивается вследствие уменьшения радиуса проходных сечений участка. Благодаря значительной окружной составляющей скорости потока и встречно направленной ориентации теплопередающих элементов реализуется близкое к поперечному обтекание теплопередающих элементов и происходит значительная турбулизация потока с образованием крупных вихревых потоков. Увеличенному вихреобразованию способствует также взаимодействие частей потока, обтекающих соседние ряды теплопередающих элементов, которые имеют встречную ориентацию.

Нагрев текучей среды происходит в оптимальных условиях, которые реализуются в горловине и на участках, примыкающих к ней, что обусловлено как максимальными гидродинамическими параметрами (рост скорости и турбулизации потока), так и наибольшей интенсивностью электромагнитного

поля в горловине. Предотвращение химического взаимодействия материала тепло- передающих элементов и нагреваемой среды при высоких температурах обеспечивается герметичными капсулами, выполненными,

например, из кварца. При движении потока в кольцевом канале, образованном коническим участком с одной стороны, направляющим элементом и конусом с другой, происходит преобразование его кинетической

энергии в потенциальную энергию давления, т. е. эта часть канала является диффузором, из которого поток поступает в отводящий патрубок через направленный по ходу потока тангенциальный канал.

Реализация в индукционном электронагревателе проточных сред теплообменных процессов с продольно-поперечным обтеканием потоком теплопередающих элементов с использованием тангенциального подвода, позволяет, как показывает расчетно-теорети0 ческий анализ на основе известных соотношений теплопередачи, при установке теплопередающих элементов под углом 65-75

к потоку, увеличить теплоотдачу в 1,3

1,4 раза по сравнению с известным, в котором имеется продольное расположение тепло5 передающих элементов.

Турбулизация потока, возникающая в результате его взаимодействия с поверхностями теплопередающих элементов, расположенных по образующим однополостных гиперболоидов, и винтовыми поверхностями направляющего элемента дополнительно увеличивает интенсивность теплообменных процессов в 1,3-1,6 раза.

Повышение эффективности нагрева происходит также благодаря увеличению скорости потока в горловине, в зоне которой имеется наиболее интенсивное тепловыделение.

Формула изобретения

0 1- Индукционный электронагреватель проточной среды, содержащий выполненные из электроизоляционного материала корпус и днища по его торцам, охватывающий его индуктор, размещенные внутри корпуса теплопередающие элементы, выпол5 ненные в виде стержней из электропроводного материала, подводящий и отводящий патрубки, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсификации теплообмена путем усиления турбулизации потока, корпус выполнен из двух частей в форме усечен1

0

ных конусов, меньшие основания которых

соединены между собой цилиндрической горловиной, на продольной оси корпуса установлен направляющий элемент винтовой формы, в зазоре между которым и корпусом установлены теплопередающие элементы, оси которых расположены по образующим однополостного гиперболоида, подводящий патрубок расположен на коническом участке корпуса тангенциально к его поверхности, его ось образует острый угол с осями теплопередающих элементов, а индуктор размещен на горловине корпуса.

2. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным

рядом теплопередающих элементов, установленных идентично указанным, но встречно им и расположенных между указанным рядом и винтовым элементом с зазором от них.

Изобретение относится к электротехнике Цель изобретения - повышение интенсификации теплообмена путем усиления турбулизации потока. В индукционном нагревателе проточной среды в особой форме корпуса с суженной горловиной с индукционной обмоткой на ее поверхности расположены по образующим поверхности однополостного гиперболоида стержневые теплопередаю- щие элементы. Предложен вариант двухслойной установки указанных стержней. Благодаря встречно направленной ориентации теплопередающих элементов и формы корпуса происходит значительная турбулизация потока нагреваемой среды. 1 з. п ф-лы, 4 ил о SS

2

//

Фиг.1

Си

О) СЛ 4. 10

ас х

Фиг. 4