Электронагреватель текучей среды Советский патент 1983 года по МПК H05B3/60 

(54) ЭЛЕКТЮНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

1 .VИзобретение относится к электротермии и может быть использовано в металлургической и ХЕМической промышленностях для подогрева воздуха и тепловой обработки различных жидкотекучих сред.

известен конвективный электронагреватель, содержащий нагревательную камеру, в . которой размещен нагревательный элемент в виде насыпного электропроводного ферромагнитного материала, патрубки для входа и выхода нагреваемой среды и токоподводящие контакты, подключенные к источнику питания 1.

Недостатком этого электронагревателя являются высокие гидродинамические потери и больщая мощность на прокачку теплоносителя через электронагреватель вследствие высокого коэффициента заполнения рабочего объезда камеры электропроводным материалом.

Наиболее близким к изобретению по техии- . ческой сущности является электронагреватель I текучей среды, содержащий нагревательную камеру, в которой размещен нагревательный элемент, выполненный в виде насыпного

электропроводного ферромагнитного материала, патрубки входа и выхода нагреваемой среды и примыкающие к стеикам камеры токоподводящие контакты, установленные между полюсами нсточника магнитного поля, ось диполя которого перпшдикулярна рабочим поверхностям контактов 2.

Однако нагревательная камера в ювестном электронагревателе выполнена в виде прямоугольного канапа , поэтому для поддер10жания на желаемом уровне гидродинамических потерь иа прокачку теплоносителя с повьш1ением производительности электронагревателя (по теплоносителю) необходимо увеличивать ширину канала.,15

Увеличение ипфины канала приводит к образованию в его угловых участках застойных зон, ухудщающих условия обтекания потоком теплоносителя югревательных элементов, расположенных в этих зонах, что снижает

20 равномерность теплосъема Ь нагревательной камере и увеличивает гадродинамические потери, снижающие эффективиость aneKTpoHa гревателя., 3 Целью юобретения является повышение эффективности и равномерности нагрева путем обеспечения равномерности теплосъема и уменьшения гидродинамических потерь. Поставленная цель достигается тем, что в электронагревателе текучей среды нагревательная камера выполнена кольцевой и разделена радиально расположенными теплоэлектроизоляционными перегородками на ячейки, к каждой из которых присоединены патрубки входа и выхода нагреваемой среды Причем при выполнении нагревательного элемента из материала с малой удельнвй электропроводностью токоподводящие контакты вьщолняют в виде плоских колец, соединяющих нагревательные элементы ячеек параллельно. Кроме того, при выполнении нагревательного элемента из материала с большой удель ной электропроводностью токоподводящие контакты выполняют из изолированных один от друга сегментов, соответствующих ячейкам, соединяющих нагревательные элементы ячеек последовательно. На фиг. 1 показан электронагреватель с разрезом вдоль ячеек с нагревательными элементами, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I; на фиг. 3 электрическая схема подключения электронагревателя с токо подводящими контактами, выполненным в ви Ш1ОСКИХ колец, к источнику питання; на фиг. 4 - электрическая схема соединения ячеек электронагревателя, у которого кольца разделены на отдельные сегменты. Электронагреватель содержит нагревательную камеру 1, которая ограничена с двух . сторон токоподводящими контактами , вьтол ненными, например, в виде плоских колец 2 и 3. Кольца-контакты 2 и 3 соединены с источником 4 питания (фиг. 2) и установлены между кольцеобразными полюсами 5 и 6 цилиндрического магнитопровода 7, на котором установлены катушки элек-громагнита 8. Ось диполя источника магнитного поля размещена перпендикулярно к токоподводящим поверхностям колец 2 и 3. Между токоподводящими поверхностями колец -контактов 2 и 3 размещена обойма 9 из неэлектропроводного жаропрочного мате риала с радиальными нагр.евательнымн ячейками 10, образованными перегородаами 11, примыкающими к кольцам 2 я 3. В обойме 9 для каждой нагревательной ячейки 10 выполнены отдельные патрубки 12 и 13 соответственно дая входа и выхода нагреваемой среды. В ;Ячейках 10 разме1аен нагревательный элемент 14 в виде насыпного электропроводного ферромагнитного ма- i териала. Снаружи нагревательная камера 1 ограничена корпусом 15 из немагнитной стали, соединенным с кольцеобразными полюсами 5 и 6, к корпусу 15 подсоединены патрубки 16 для подачи холодной среды от общего коллектора. Для отвода горячей среды камера 1 имеет патрубок 17. Нагревательные элементы стремятся подби рать таким образом, чтобы питающее напряжение источника электропитания (например, трансформатора) было по возможности большим. Это уменьшает потери в трансформаторе и позволяет более экономично вести процесс электронагрева воздуха. При использовании в конвективном электронагревателе нагревательных элементов 14 из материала с малой удельной .электропроводностью (большим сопротивлением) для согласования параметров (сопротивления) нагрузки с заданным напряжением источника электропитания необходимо все нагревательные элементы подсоединять к источнику параллельно. В этом случае контакты. 2 и 3 выполнены в виде сплошных плоских колец, что упрощает конструкцию электронагревателя. При работе электронагревателя с насыпным ферромагнитным материалом, обладающим большой электропроводностью (малым удель - j ным сопротивлением) для обеспечения равномерного теплосьема (т.е. повышения эффективности работы нагревателя) и согласования его сопротивления с заданным напряжением источника электропитания нагревательные элементы отдельных ячеек соединяют между собой последовательно, при этом кольца-контакты разделены на отдельные сегменты 18-22. Мгновенное направление переменного тока (или направление постоянного) через нагревательные ячейки показано стрелками на фиг. 4. Ток последовательно проходит от нижнего сегмента-контакта 18 (к которому подведено напряжение) через нагревательные элементы одной ячейки к верхнему сегментуконтакту 19, затем по нагревательным элемен.там второй ячейки к нижнему сегменту-контакту 20, далее - по нагревательным эле ментам третьей ячейки к верхнему сегментуконтакту 21 и затем по на1ревательным- элементам четвертой ячейки к нижнему сегментуконтакту 22, к которому подсоединена вторая клемма источшпса 4 электропитания. Количество последовательно соединенных нагревателы ых ячеек (и, естественно, количество сегментоЕ-контактов) зависит от величины сопротивления системы нагревателей), заданных степени равномерности теплосъема и величины напряжения источника электропитания (которое стремятся выбрать близко к сетевому напряженшо). 599 Предлагаемый электронагреватель работает следующим образом. Включают источник поля, например катушку электромагнита 8, размещенную на , цилиндрическом магнитопроводе 7. Под действием магнитного поля спой сыпучего ферромагнитного материала в ячейках 10 разделяется на автономные поперечнообтекае мые нагреваемой средой нагревательные «элемеиты 14, например, в виде игл-стержней, которые плотно прижимаются под воздействием указанного магнитного поля к кольцам-контактам 2 и 3 и образуют тонкослойную про ницаемую для среды теплогенерирующую систему. Цель источника 4 питания электронагрева теля при этом замыкается иглами-стержнями 14, по иглам начинает протекать ток, я они начинают нагреваться. Максимальная температура нагрева нагрева тельных элементов 14 не превышает температуру точки Кюри сыпучего ферромагшпного материала. После замыкания нагревательным элементом 14 цепи нстошака 4 питания по патрубкам 16 в каждую ячейку 10 через входные каналы 12 подается холодная среда, например воздух, который, проходя пористые нагревательные элементы 14, нагревается до заданной температуры и через каналы 13 поступает в общий выходной патрубок 17 и далее на технологические «ужщл. Выполнение нагревательной камеры в -. предлагаемом электронагревателе кольцевой и разделенной радиальными теплоэпектрризоляционньпин перегородками на автономные нагревательные ячейки с собственными патрубкамиканалами для входа и выхода нагреваемой среда позволяет осуществлять более равномерный теплосьем с магнтоупро женных нагревательных элементов, По повьшюет эффективность нагревателя. Использование контактов, выполненных в виде Ш1ОСКНХ колец, размещенных между кольцеобразными полюсами источника магнитного поля, обеспечивает возможность формиро вання иэ насыпного ферромагнитного материала расположенную по окружности развитую конвективную поверхность теплообмена в вид тонкослойной системы теплогенеркрующих игл-стержней. Это способствует повьпиенню равномерности обтекания такого нaгpeвaтeльнo го элемента потоком нагреваемой среды и улучшает эффективность нагревателя. Кроме того, кольцевая поверхность теплообмена магнитоупрочненного нагревательного элемента значительно уменьшает гидродинамические потери. Обусловлено это тем, что повышение заданной температуры нагрева среды 1 в предлагаемом нагревателе может быть достигнуто не за счет увеличения нагревательной зоны в направлении движения потока нагреваемой среды, а за C4ei увеличения ди. метра и толщины кольцеобразных полюсов магнитопровода, размещенньк в зоне колец-контактов. При этом увеличивается количество и суммарное сечение нагревательных ячеек.- Причем появляется возможность выбрать указанное фронтальное сечение настолько больщнм. а толщину слоя системы поперечных шя- стержней настолько малой, что это предопределит небольшие затраты энергии на прокачку среды за счет уменьшения скорости потока при его фиксированном массовом расходе. Формула изобретения 1.Электронагреватель текучей .среды, содержащий нагревательную камеру, в которой размещен нагревательный элемент, выполненный в виде насыпного электропроводного материала, патрубки входа и выхода нагреваемой среды и примыкающие к стенкам камеры токопроводящие контакты, установленные между полюсами источника магнитного поля, ось даполя которого перпендикулярна рабочим поверхностям контактов, отличаюlil и и с я тем, что , с целью повьпиешся эффективности я равномерности нагрева, нагревательная камера вьшолнена кольцевой и разделена радиально расположенными теплоэлектроизоляционными перегородками ячейки, к каждой из которых прнсоеданёны па1рубки входа и выхода нагреваемой среды. 2.Электронагреватель по п. 1, о т л и ч чающийся тем, что при вьшолнении нагревательного элемента из материала с малой удельной электропроводностью токоподводящие контакты выполнены в виде плоских колец, ооедаэшющих нагревательные элементы ячеек параллельно.. 3.Электронагреватель по п. 1, о т л и чающийся тем, что при выполнении нагревателыюго элемента из материала с большой удельной электропроводностью токопроводящие контакты выполнены из нзолироваиных один от щ)угого сегменто, соответствующих ячейка, соединяющих нагревательные элементы ячеек последовательно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР W 390690, кл. И 05 В 3/10, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 818031, кл. Н 05 В 3/60, 1981.

Магнитное поле

ив.З

19

22

Фие. 4