Индукционное нагревательноеуСТРОйСТВО Советский патент 1981 года по МПК H05B6/10 

(54) ИНДУКЦИОННОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

, . . 1 Изобретение относится к индукцион ному нагреву токами промышленной, час тоты.Известны индукционные нагреватели содержащие камеру для размещения нагреваемого материала, на которой раз мещен индуктор и которая служит нагревательным элементом, а также допо нительный электропроводник, охватывающий индуктор ij . Известны индукторы, в О оторых наружный электропроводник выполнен в виде цилиндра . Однако Данные устройства не позво ляют уменьшить потоки рассеяния и тем самым повысить КПД устройства. Наиболее близким к предлагаемому является индукционное нагревательное устройство, содержащее нагревательную цилиндрическую камеру для размещ ния нагреваемого объекта, установлен ный снаружи ее индуктор, выполненный в виде кольцевого магнитопровоДа с навитой на нем через изоляцию обмоткой/и охватывакидий.их элемент из элект ропроводящего материала, электрически соединенный по концам с нагревательной камерой зЗ . однако при использовании этого устройства возникают токи утечки. текущие к внешней конструкции, которые опасны с точки зрения техники безопасности, а также снижают КПД устройства. Цель изобретения - увеличение КПД путем уменьшения потока рассеяния .Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве указанный элемент из электропроводящего материала выполнен в форме замкнутого объема, например цилиндрического резервуара. Кроме того, снаружи устройства может быть дополнительно размещен замкнутый элемент,из ферромагнитного материала, концы которого электрически соединены с элементом из электропроводящего материала и нагревательной камерой. Устройство также -снабжено дополнительным прюводником ввиде шин, электрически соединенным по концам с элементом из электропроводящего материала и размещенным между ним и замкнутым ферромагнитным элементом, а также дополнительным кольцевым магнитопроводом, установленным между указанными шинами и элементом из электропроводящего материала. Нагревательная камера «может быть выполнена в виде пучка труб или р виде резервуара с днищем, в последнем случае индуктор устанавливается под днишем.

На фиг. 1 показано индукционное нагревательное устройство, первый вариант выполнения; на Лиг. 2 - сечение A-Alia фиг. 1; на фиг. 3 - устройство,- продольный разрез; нафиг. 4то ж1, второй вариант выполнения, продольный разрез; на фиг 5 - то же второй вариант выполнения; на Лиг. б график, представляющий результаты испытаний предлагаемого Устройства; на фиг. 7 - устройство, третий вариант выполнения.

Устройство содержит нагревательную камеру 1, индуктор в виде кольца 2, состоящий из кольцевого магнитопровода 3 и обмотки 4, и охватывающий их элемент 5 из электропроводящего материала.

Электрический проводник 5 выполнен не лентообразным, а закрывающим периферию нагревательной камеры 1 и кольцо 2 для генерации магнитного потока. Из двух потоков cf и Cf 2 рассеяния в этом варианте совершенно отсутствует по причине, описанной ниже, поток ср2 рассеяния, который может -оказывать вредное, влияние и, следовательно, отсутствует утечка магнитного потока наружу.

Допустим, что существует поток (jf идущий от точки А электрического проводника 5 наружу и возвращающийся внутрь отточки В, но поскольку схема на фиг. 2 является симметричной фигурой с центром симметрии в ее центральной точке, то должен существовать поток (f , одинаковый с потоком Ц), (-как показано) по величине и напралению. Однако поток и (2 и Cf в точке А- равны по величине и противоположны по направлению, поэтому совместное суивствование обоих потоков невозможно. Следовательно, существование потока Ср2 также невозможно. Таким образом, электрический проводник 5, хотя и не обладает свойствами изолирующего экрана против магнитного потока препятствует появлению потока рассеяния и предотвращает утечку потока наружу.

В этой связи предположительно остается магнитный поток у , который проходит вокруг нагревательной камеры 1 внутри электрического проводника 5, но ёреДное влияние этого потока настолько мало, что им можно пренебречь. Кроме того, этот магнитный поток (р- Момсно легко рассчитать с высокой точностью.

Таким образом, индукционное нагревательное устройство (Лиг. 1 и 2) имеет то достоинство, что его коэффициент мощности может быть повышен до очень высокой степени, к тому же оно не оказывает на окружающее оборудование индукционных помех от потока рассеяния.

Предлагаемое устройство имеет также преимущество, состоящее в том, что, поскольку разность потенциалов, наблюдаемая со сторона внешних конструкций, представляет собой лишь весьма незначительную разницу потенциалов , зависящую от степени падения потенциала внутри электрического проводника 5 между двумя концами требуемого участка генерации тепла нагревательной камеры 1, отсутствует опасность происхождения таких несчастных случаев, как электрический удар в человека.

Упомянутый электрический проводник 5 выполнен из электропроводягдего материала, например меди, и желательно цилиндрической формы, обеспеч ивающей возможность размещения внутри него нагревательной камеры 1 и кольца 2 для генерации магнитного потока Этот электрический проводник 5 может быть выполнен в форме, имеющей участок в виде щелеобразного окна для взаимного соединения внутренней и наружной сторон, чтобы облегчить его изготовление и установку.

Снаружи устройства может быть размещен элемент 6 из Ферромагнитного материала (фиг. 5). Данное устройство может быть снабжено также проводником 7 в виде шин (фиг. 7) и дополнительным кольцевым магнитопроводом 8. Нагревательная камера 1 может быть выполнена в виде пучка труб 9 (фиг. 3 или в виде резервуара с 10.В этом случае кольцо 2 для генерации магнитного потока может быть размещено (как показано) близ периферии днища резервуара, хотя его можно установить вокруг наружной стороны центральной части резервуара.

Нагревательная камера 1 может быть выполнена, по крайней мере, из одного металла, выбранного из группы, содержатдей железо, углеродистую, нержавеющую и жаростойкую сталь и т. д., электрическое сопротивление которых больше, чем у меди. Кольцевой магнитопровод 3 может быть выполнен путем свёртывания непрерывной ленты из углеродистой стали в кольцо или путем сборки из прямоугольных пластин из указанного материала или путем пакетирования кольцеобразных пластин из углеродистой стали. В качестве материала для кольцевого магнитопровода 3 вместо листа углеродистой стали может быть Использован также лист мягкой стали.

Индукционное нагревательное устройство согласно второму варианту выполнения (фиг. 5) имеет такую конструкцию, при которой снаружи его размещен закрывающий периферию устройства цилиндрический элемент 6 из ферромагнитного материала, оба конца которого электрически соединены с двумя концами требуемого участка генерации тепла нагревательной камеры 1 или двумя концами электрического проводника 5 соответственно. Это устройство свободюэ от тока утечки к соединенным с ним внешним конструкциям по причине, описд.нной ниже. При подводе напряжения переменного тока к электрической обмотке 4 между двумя концами требуемого участка генерации тепла нагреватель ной камеры 1 в промежутке между нар ной поверхностью электрического про водника 5 и внутренней поверхностью цилиндричбСЕкого элемента 6 появляетс очень маленькая разница потенциалов подобная той, которая возникает в устройстве по nepiBOMy варианту. Эту разницу потенциалов можно рассматривать как источник переменного тока, воэникающего между двумя концами самого цилиндрического элемента 6 с его внутренней стороны. Широко известно явление, состоящее в том, чт.о в случае, если к элек трическому проводнику течет ток высокой частоты, то он стремится течь концентрируясь по поверхности электрического проводника и со стороны источника энергии вследствие поверхностного эффекта. Хорошо известно та же, что в случае, когда упомянутый электрический проводник выполнен из ферромагнитного материала, значитель ный поверхностный эф )ект может быть получен не только от электрического ток-а высокой частоты, но и от электрического тока промышленной частоты Поэтому поток переменного тока в цилиндрическом элементе 6, возниканлдий от упомянутой разницы потенциалов, концентрируется и очень медленно течет по внутренней поверхности цилинд рического элемента б и ее окрестности. Таким образом, величина наблюдаемой снаружи цилиндрического элемента 6 разницы потенциалов меньше упомяну той ранее небольшой разницы потенциалов на несколько порядков, т. е. ра на нулю. Следовательно,(.. при приведении в Действие такого устройства, со единенного с внешней конструкцией, имеющей весьма незначительное электрическое сопротивление, через трубопровод и т. д. или непосредственно, ток утечки- к упомянутой внешней конс рукции отсутствует. При подводе внутрь трубы из стали 10В толщиной стенки 5 мм и длиною 1000 мм, используемой в качестве цилиндрического элемента 6, различных по величине напряжений Е; переменног тока частотою 50 Гц измеряют напряжение ЕО, появляющееся на наружной поверхности стальной трубы, и находят зависимость между приложенным на пряжением Е и отношением , которая показана на фиг. 6. В результа те напряжение на наружной поверхност упомянутой стальной трубы составляет не более 0,2% от приложенного напряжения Е . Таким образом, при использовании этого устройства, например, в качестве реактора на химическом заводе, имеющем дело с горючими материалами, никакой опасности с точки зрения техники безопасности не имеется, поскольку отсутствует ток утечки к внешним конструкциям. Индукционное нагревательное устройство согласно третьему варианту выполнения (фиг. 7) является модификацией второго варианта и отличается тем, что электрический проводник выполнен в виде внутреннего проводника 5, закрывающего периферию нагревательной камеры 1 и кольцо 2 для генерации магнитного потока, и наружного проводника 7, размещенного снаружи упомянутого внутреннего проводника 5 и-снабженного кольцевым магнитопроводом 8, расположенным между внутренним проводником 5 и наружным проводником 7. Поскольку в данном устройстве появляется очень маленькая,- как а в устройстве по первому варианту, разница потенциалов в промежутке между наружной поверхностью внутреннего проводника 5 и внутренней поверхностью кольцевого магнитопровода 8 и еще меньшая по сравнению с ней разница потенциалов в промежутке между наружной поверхностью наружного про- . водника 7 и внутренней поверхностью цилиндрического элемента 6, источник переменного тока, возникающего в самом цилиндрическом элементе 6 между его 1 онцами с е-го внутренней стороны, становится крайне малым по сравнению с источником тока в устройстве по второму варианту. Поэтому толщина цилиндрического элемента 6 может быть уменьшена несмотря на то, что чем толще цилиндрический элемент, тем более заметен поверхностный эффект, что пpивoдиf к увеличению упомянутрго отношения () напряжений. Следовательно, это устройство имеет то преимущество, что оно легче, чем устройство по второму варианту , и в то же время, сохраняя такую же, как у второго варианта, эффективность, является Экономичным и удобным для установки. Цилиндрический элемент 6 может быть выполнен из ферромагнитного материала, выбранного из группы, содержащей ковкий чугун, мягкое ковкое железо для электромагнитов, углеродистую, литую, кремнистую и хромникелевую стали, железоникелевый сплав и т. д. Формула изобретения 1. Индукционное нагревательное устройство, содержащее нагревательную

цилиндрическую камеру для размещения нагреваемого объекта, установленный снаруг и ее индуктор, выполненный в виде кольцевого магнитопровода с навитой на нем через изоляцию обмоткой, и охватыв%)01ций их элемент из электропроводящего материала, электрически соединенный по концам с нагревательной камерой, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД пу тем уменьшения потока рассеяния, указанный элемент из электропроводящего материала выполнен в форме замкнутого объема, например цилиндрического резервуара.

2,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снаружи дополнительно размещен замкнутый элемент из ферромагнитного материала, концы которого электрически соединены с элементом из электропроводящего материала и нагревательной камерой.

в виде шин, электрически соединенным по концам с элементом из электропроводящего материала- и размещенным между ним и замкнутым ферррмагнитным элементом, а также дополнительным кольцёвьт магнитопроводом, установленым межДу указанными шинами и элементом из электропроводящего материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

./fArW