Устройство индукционного нагрева жидкой среды Советский патент 1992 года по МПК H05B6/10 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к установкам индукционного нагрева жидкой среды, в частности воды, которая может быть использована в качестве теплоносителя в различных отраслях народного хозяйства.

Известно устройство индукционного нагрева жидкой среды, содержащее ферромагнитную емкость с размещенной на наружной поверхности обмоткой переменного тока, патрубками входа и выхода среды (1).

Недостатками такого устройства являются невысокая интенсивность теплообмена в связи с расположением нагревательной контактной поверхности ферромагнитной емкости по периферии жидкой среды и невысокая плотность теплового потока.

Прототипом предложенному устройству является устройство индукционного нагрева жидкой среды, содержащее ферромагнитную емкость с размещенной на наружной поверхности обмоткой переменного тока, патрубками входа и выхода среды, системой П-образных ферромагнитных

отрезков труб, расположенных вокруг емкости со стороны ее наружной поверхности, пропущенных концами внутрь емкости через отверстия в ее стенке и замкнутых ферромагнитными пластинами (2).

Основными недостатками этого устройства являются значительные теплопотери в связи с расположением отрезков ферромагнитных труб с наружной стороны емкости и невысокая плотность теплового потока.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена.

Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в устройстве индукционного нагрева жидкой среды, содержащем ферромагнитную емкость с размещенной на наружной поверхности обмоткой переменного тока, патрубки входа и выхода среды, внутри емкости дополнительно установлена индукционная нагревательная система, выполненная в виде зигзагообразно изогнутого трубчатого токо- провода, концы которого предназначены для присоединения к источнику переменно

Ё

XJ

О О CN

сл ел

го тока, а прямолинейные участки охвачены отрезками ферромагнитных труб большего диаметра.

Отрезки ферромагнитных труб с наружной стороны снабжены теплообменными пластинами.

При использовании устройства для нагрева проточной среды указанные патрубки присоединены к торцам емкости.

При использовании устройства в качестве аккумулятора тепловой энергии емкость выполнена герметичной, а указанные патрубки присоединены к концам токопро- вода.

Размещение токопровода в емкости позволяет повысить равномерность нагрева жидкой среды по всему ее объему и увеличить плотность теплового потока, что обеспечивает интенсификацию теплообмена.

На фиг. 1 схематично изображено предложенное устройство при его использовании для нагрева проточной среды, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - токопровод с отрезками ферромагнитных труб большего диаметра; на фиг. 4 - предложенное устройство при его использовании в качестве аккумулятора тепловой энергии, продольный разрез.

Устройство содержит заполненную жидкой средой ферромагнитную емкость 1 с размещенной на наружной поверхности обмоткой 2 переменного тока. Внутри емкости 1 дополнительно установлена индукционная нагревательная система, выполненная в виде зигзагообразно изогнутого трубчатого токопровода 3, концы которого предназначены для подсоединения к источнику переменного тока. Прямолинейные участки токопровода 3 охвачены отрезками ферромагнитных труб 4 большего диаметра. Токопровод 3 изолирован от емкости 1 диэлектрическими втулками 5. Отрезки ферромагнитных труб 4 с наружной стороны снабжены теплообменными пластинами 6 и изолированы от контакта с то- копроводом 3 посредством диэлектрических втулок 7. Для обеспечения требуемой жесткости токопровод 3 со стороны изгибов закреплен на стойках 8, размещенных в емкости 1.

При использовании устройства для нагрева проточной среды патрубки входа 9 и выхода 10 среды присоединены к торцам емкости 1,

При использовании устройства в качестве аккумулятора тепловой энергии емкость 1 выполнена герметичной, патрубки входа 11 и выхода 12 среды подсоединены к концам токопровода 3, изолированы от

него посредством диэлектрических втулок 13 и соединены с дополнительной системой теплообмена (на чертеже не показано). Для наполнения и опорожнения герметичной

емкости 1 жидкой средой она снабжена штуцерами 14 и 15с герметизирующими клапанами (на чертеже не показано). Для обеспечения безопасности работы устройства в качестве аккумулятора тепловой

0 энергии и автоматизации управления процессом теплообмена емкость 1 снабжена предохранительным клапаном 16 и датчиками давления 17 и температуры 18, связанными с системой управления (на чертеже не

5 показано).

Работает предложенное устройство при его использовании для нагрева проточной среды следующим образом.

Через входной патрубок 9 жидкая среда

0 поступает в емкость 1, заполняет ее и затем поступает в выходной патрубок 10. После заполнения емкости 1 жидкой средой токопровод 3 совместно с обмоткой 2 подключают к источнику переменного тока, в

5 результате чего магнитные цепи, образованные ферромагнитной емкостью 1 и отрезками ферромагнитных труб 4, становятся источниками тепловой энергии, передающейся жидкой среде. Эта тепловая

0 энергия является результатом перемагничи- вания и возникновения вихревых токов, возбуждаемых в упомянутых магнитных цепях действием электромагнитного поля, образованного переменным электрическим током,

5 протекающим в обмотке 2 и токопроводе 3. При использовании предложенгного устройства в качестве аккумулятора тепловой энергии оно работает следующим образом. Через штуцер 14 при открытом обрат0 ном клапане емкость 1 заполняют жидкой средой. При необходимости слив жидкой среды осуществляют через штуцер 15 при открытом обратном клапане. После заполнения емкости 1 жидкой средой обратный

5 клапан штуцера 14 переводят в положение закрытия и емкость 1 гэрметизируется, при этом обратный клапан штуцера 15 остается закрытым.

При наличии жидкой среды в емкости 1

0 обмотку 2 совместно с токопроводом 3 подключают к источнику переменного тока, в результате чего магнитные цепи, образованные ферромагнитной емкостью 1 и отрезками ферромагнитных труб 4,

5 становятся источником тепловой энергии, передающейся жидкой среде аналогичным образом как и при использовании для нагрева проточной среды.

В качестве аккумулятора тепловой энер- гии предложенную установку наиболее эффективно подключать к источнику тока во время провалов графика нагрузок в энергосистеме для аккумуляции энергии в перегретой до 160-170°С воде с последующим использованием аккумулированной энер- гии подключением патрубков 11 и 12 к дополнительной системе теплообмена.

Как показали результаты экспериментальных исследований, в предложенном устройстве происходит значительная интенсификация теплообмена за счет увеличения плотности теплового потока в 7-10 раз в связи с образованием магнитогидро- динамического движения нагреваемой среды у поверхности токопровода 3 и в промежутках между токопроводом 3 и отрезками труб 4 и у поверхности последних.

Предложенное устройство за счет увеличения плотности теплового потока позволяет интенсифицировать теплообмен, что обеспечивает снижение теплопотерь при нагреве жидкой среды.

Формула изобретения

1. Устройство индукционного нагрева жидкой среды, содержащее ферромагнит- ную емкость с размещенной на наружной

поверхности обмоткой переменного тока, патрубками входа и выхода среды, отличающееся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, внутри емкости дополнительно установлена индукционная нагревательная система, выполненная в виде зигзагообразно изогнутого трубчатого токопровода, концы которого предназначены для присоединения к источнику переменного тока, а прямолинейные участки охвачены отрезками ферромагнитных труб большего диаметра.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что отрезки ферромагнитных труб с наружной стороны снабжены теплообмен- ными пластинами.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что при использовании устройства для нагрева проточной среды указанные патрубки присоединены к торцам емкости.

4.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что при использовании устройства в качестве аккумулятора тепловой энергии емкость выполнена герметичной, а указанные патрубки присоединены к концам токопровода.

Сущность изобретения: устройство содержит ферромагнитную емкость, обмотку переменного тока на ее поверхности, трубчатый токопровод внутри емкости, присоединенный к источнику переменного тока, снабженный ребрами или отрезками ферромагнитных труб. Взаимодействие двух индукционных систем интенсифицирует теплообмен. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

6оШоийЙсйах5566бс5

(Pud

10

сйах5566бс5

«v

8

/

Щи г, 1

11 5

6Y6

Фиг.4

f5