Электрический нагреватель жидкометаллических

 

208649

ОПИСАНИЕ

ИЗОБР ЕТЕ НИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союа Саеетокик

Социалиотичеокил

Реопублик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 19.IV.1965 (№ 1001151/24-7) Кл. 211т, 14

21h, 15/03

21h, 29/01 с присоединением заявок № 1011403/24-7 и № 1011404/24-7

МПК Н 05b

Н 05Ь

Н 05Ь

УДК 621.365.33:621.316..728(088.8) Приоритет

Опубликовано 29.XII.1967. Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 1 III.1968

Комитет по делам иаобретеиий и открытий лри Соеете Миииотров

СССР

Авторы изобретения

В, А. Повстень и В. С. Пьянков физико-энергетический институт

Заявитель

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ТЕПЛОНОСИТЕЛ ЕЙ

Известны электрические нагреватели жидкометаллических теплоносителей (например

Na, NaK и др.), содержащие выполненный из токопроводящего материала и покрытый теплоизоляцией короб (трубопровод), соединенные с ним токоподводы и устройство для регулирования мощности.

Так как жидкие металлы обладают относительно высокой электропроводностью ом ммк (0,12=0,5 и электрическое сопротивление их мало (10 4 — 10 ом), то электрическое питание подобных нагревателей осуществляют от понижающих трансформаторов, а плавное регулирование их мощности обеспечивают автотрансформаторы такой же мощности. Таким образом, устанавливают тройную мощность: нагреватель, трансформатор, автотрансформатор.

Описываемый нагреватель отличается тем, что в нем устройство для регулирования мощности выполнено в виде одного или нескольких подвижных магнитопроводов, частично охватывающих короб.

Это повышает к.п.д. и коэффициент мощности всего нагревательного комплекса.

Кроме того, указанные магнитопроводы мо1-ут частично охватывать короб с противоположных сторон, чередуясь между собой, и могут быть снабжены подмагничивающими обмотками.

В основу предлагаемого устройства положено то, что величина активного сопротивления нагревателя зависит от глубины вытеснения тока, которая в свою очередь зависит от по5 ложения магнитопровода, частично окружающего нагреватель.

Таким образом, перемещая магнитопровод по отношению к нагревателю, можно изме10 нять активное сопротивление нагревателя, а следовательно, и его мощность. При этом отпадает необходимость в автотрансформаторах, мощность которых должна быть не мень. ше, чем мощность нагревателей. В то же вре15 мя обеспечивается плавное регулирование мощности нагрева. Для перемещения магнитопровода не требуется большой мощности.

Воздействие перемещающегося магнитопровода на ток нагревателя образно можно

20 сравнить с воздействием сетки на анодный ток в электронной лампе.

На фиг. 1 показан общий вид одного из вариантов конструкции нагревателя и разрез

25 по А — А на фиг, 1 (для двух положений магнитопровода; направления перемещения магнитопровода показаны стрелками, линиями изображен магнитный поток); на фиг. 2 — второй вариант конструкции нагревателя и раз30 рез по А — А; на фиг. 3 — третий вариант конструкции нагревателя и разрез по А — А.

208149

Нагреватель представляет собой трубопровод 1 с сечением в виде короба с удлиненными боковыми сторонами, размещенный в глубоком пазу магнитопровода 2. Между каналом и магнитопроводом имеется слой 8 теплоизоляции. Магнитопровод для ограничения потерь мощности от вихревых токов, подобно трансформаторам, выполнен из отдельных листов электротехнической стали. К трубопроводу, например, при помощи сварки, присоединены токоподводы 4 для подключения нагревателя к источнику питания. жидкий металл, протекающий по каналу, нагревается током, пропускаемым непосредственно через него или по стенкам канала, Так как в основе регулирования мощности нагревателей лежит явление вытеснения тока, то высота канала должна быть существенно больше его ширины.

Магнитный поток, созданный током нагрева, замыкается по магнитопроводу. При этом переменный ток распределяется по сечению трубопровода с жидким металлом неравномерно, так как нижняя часть трубопровода охватывается значительно большим потокосцеплением, чем средняя и особенно верхняя.

Следовательно, нижняя часть трубопровода имеет большее индуктивное и полное сопротивление, чем верхняя. Поэтому при одном и том же напряжении, приложенном к нагревателю, ток проходит в основном по верхней части. Так как сопротивление проводника

R = р —, ясно, что активное сопротивление трубопровода тем больше, чем меньше сечение, по которому протекает ток.

Глубину вытеснения тока можно изменять, перемещая магнитопровод по отношению к каналу с жидким металлом.

Испытания показали, что при сечении трубопровода с натрием, равном сечению трубы ф = 30 мм и частоте 50 ги, активное сопротивление нагревателя в процессе регулирования плавно изменяется более, чем в три раза.

На фиг. 2 показан вариант нагревателя с применением нескольких магнитопроводов, которые, чередуясь между собой, частично окружают канал с жидким металлом с противоположных сторон. Ток IlpH этом вытесняется к противоположным краям нагревателя, где магнитопроводы не охватывают нагреватель. Путь тока удлиняется и активное сопротивление увеличивается, хотя общая длина нагревателя не изменилась. Соответственно, 5

Зо

55 если не увеличивать сопротивление, то можно сократить расход магнитных материалов на изготовление магнитопровода.

На фиг, 3 изображен другой вариант конструкции нагревателя, в котором эффект вытеснения усиливается за счет дополнительной подмагничивающей обмотки 5 с током той же частоты. Эта обмотка питается от того же источника энергии или какого-либо другого.

Магнитный поток, созданный подмагничивающей обмоткой, индуктирует в жидком металле и стенках канала противо-эдс, которая изменяется от максимального значения в нижней части паза до ничтожно малой величины в верхней части его, так как верхние слои нагревателя сцепляются с меньшим магнитным потоком. 3а счет изменения этой противо-эдс и происходит дополнительное вытеснение тока в верхнюю часть паза. Активное сопротивление нагревателя увеличивается. Кроме того, применение подмагничивающей обмотки дает возможность регулирования мощности нагревателя путем изменения тока в подмагничивающей обмотке.

Преимущество такого способа регулирования в том, что изменяя малую мощность подмагничивающей обмотки, можно регулировать значительно большую мощность нагревателя. Действие подмагничивающей обмотки образно можно сравнить с действием управляющей обмотки магнитного усилителя.

Предмет изобретения

1. Электрический нагреватель жидкометаллических теплоносителей, содержащий выполненный из токопроводящего материала и покрытый теплоизоляцией короб с удлиненными боковыми сторонами, токоподводы и устройство для регулирования мощности нагрева, отличающийся тем, что, с целью повышения к.п.д. и коэффициента мощности нагревателя, устройство для регулирования мощности выполнено в виде одного или нескольких подвижных магнитопроводов, частично охватывающих короб.

2. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что указанные магнитопроводы частично охватывают короб с противоположных сторон, чередуясь между собой.

3. Нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что указанные магнитопроводы снабжены подмагничивающими обмотками, Приоритет по пп. 2 и 3 исчислять с 3 июня

1965 г.

208149 Рдг 3

Составитель А. Обух

Редактор С. Лазарева Техред А. А. Камышникова Корректоры: Н. И. Быстрова и Л. В. Наделяева

Заказ 59/4 Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр, Сапунова, 2