Индукционный электронагреватель проточной среды

 

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 теплопередающие 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 05 В 6 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4631970/07 (22) 03.01.89 . (46) 07.06.91. Бюл. № 21 (72) А. С. Брайнес, В. Ф. Заболотнов, В. В. Калачев, В. П. Михайлов и В. П. Сорока (53) 621.365.512 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 331504, кл. Н 05 В 3/38, 1972.

Патент США № 4145591, кл. 219-1049, 1979.

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 1 на фиг. 2.

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

„„Я0„„1654988 А 1 (54) ИНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ПРОТОЧНОЙ СРЕДЫ (57) 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 теплопередающие 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.

Корпус 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 теплопередающие 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 !9, 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 2! и 22, винтовые поверхности которых сформированы путем пластической деформации.

1654988

Формула изобретения

Эти пластины выпол.нены, 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 устанавливаЮт один из узлов в корпус и после совещения пазов на пластинах устанавливат 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 поле, что вызывает появление в тепло,передающих элементах индуктированных то,ков, 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

4 поля в горловине. Предотвращение химического взаимодействия материала теплопередающих элементов и нагреваемой среды при высоких температурах обеспечивается

5 герметичными капсулами, выполненными з 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

)0 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-теорети2О 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 тепло25 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.

4О 1. Индукционный электронагреватель проточной среды, содержащий выполненные из электроизоляционного материала корпус и днища по его торцам, охватывающий его индуктор, размещенные внутри корпуса теплопередающие элементы, выпол45 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 усечен5О 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 no1654988

5 верхности, 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

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

1654988

1654988

Составитель О. Щедрина

Редактор И. Дербак Техред А. Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 1959 Тираж 503 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат сПатент>, г. Ужгород, ул. Гагарина, !01