Индукционное нагревательное устройство для текучей среды

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям, использующим индукционный нагрев. Предложенное устройство содержит корпус в виде двух цилиндров один в другом, трубопровод из магнитомягкого материала, внешняя поверхность которого имеет стеклокерамическое покрытие с электроизоляционными свойствами и металлическую обмотку, выполняющую роль катушки индуктивности, между трубопроводом и стенками корпуса, коаксиально установленных, расположено теплообменное устройство, выполненное в виде полого металлического змеевика, соединенное с одной стороны с трубопроводом и снабженное с другой стороны средством для ввода текучей среды в цилиндрический корпус. Устройство выполнено таким образом, что его первичный нагревательный контур, включающий трубопровод, образует разомкнутый полый магнитопровод. Устройство имеет высокий КПД, простую конструкцию, небольшой вес и многоцелевое использование. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области индукционного нагрева токами промышленной частоты и может быть использовано для отопления, горячего водоснабжения, нагрева в различных процессах химической технологии.

Известно индукционное нагревательное устройство, содержащее цилиндрическую нагревательную камеру с установленным снаружи индуктором в виде кольцевого магнитопровода с обмоткой и охватывающий их цилиндрический резервуар из электропроводящего материала (патент SU №818507, 1981).

Недостатком описанного устройства является перегрев катушки индуктивности, ухудшение добротности контура за счет возрастания омического сопротивления ее, что способствует ослаблению магнитного потока и, как следствие, снижению КПД и мощности.

Известно устройство для индукционного нагрева текучей среды в трубопроводе, содержащее магнитопроводную цилиндрическую емкость с входом и выходом текучей среды, наружные и внутренние индукционные обмотки, распределители потока текучей среды, изоляционные прокладки, магнитопроводный экран.

Нагрев текучей среды происходит путем теплопередачи от стенок цилиндрической магнитопроводной емкости, нагреваемых вихревыми токами, индуцируемыми обмотками индуктивности, к тонким слоям холодной текучей среды, разделенными распределителями потока (RU №2120703, 1998).

Однако в индукционном нагревательном устройстве к магнитопроводу не поступает охлаждающая среда, тепло, выделяющееся на магнитопроводе и катушке индуктивности, не используется. Нагрев медного провода катушки индуктивности приводит к возрастанию его омического сопротивления (активного), что способствует ухудшению добротности контура, ослаблению магнитного потока и, как следствие, снижению КПД и мощности.

Известны и другие аналогичные нагреватели, у которых КПД не высок из-за таких же недостатков. Такие устройства описаны, например, в SU №1089768, 1982, SU №1064961, 1982.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является индукционное нагревательное устройство для текучей среды, содержащее корпус с теплоизолирующими стенками, по оси которого установлена цилиндрическая магнитопроводящая емкость, описанное в RU №2120703, 1998, недостатки которого указаны выше.

Задачей настоящего изобретения является создание индукционного устройства для нагрева текучей среды, обеспечивающего высокие энергетические показатели при использовании промышленного тока с частотой 50 Гц и простоту конструкции устройства для нагрева.

Поставленная задача решается описываемым нагревательным индукционным устройством для текучей среды, которое содержит корпус с наружными теплоизолированными стенками, по оси которого установлена по меньшей мере одна цилиндрическая магнитопроводная емкость, снабженная средством для входа текучей среды, при этом упомянутая емкость выполнена в виде трубопровода из магнитомягкого материала, внешняя поверхность которого имеет стеклокерамическое покрытие с электроизоляционными свойствами и металлическую обмотку, выполняющую роль катушки индуктивности, корпус устройства выполнен в виде двух цилиндров из электропроводящего материала, установленных коаксиально один в другом и по торцам соединенных между собой крышками, образующих цилиндрическую емкость. Между трубопроводом и цилиндрической емкостью установлено теплообменное устройство, выполненное в виде полого металлического змеевика из электропроводящего материала, все витки которого соединены между собой при помощи сварки, при этом змеевик с одной стороны соединен с трубопроводом, а с другой стороны снабжен средством для ввода текучей среды в цилиндрическую емкость корпуса.

Первичный контур катушки индуктивности настроен в резонанс на частоту промышленного тока 50 Гц.

В заявленном устройстве первичный нагревательный контур, образованный трубопроводом, представляет собой разомкнутый полый магнитопровод, при этом вторичный нагревательный контур включает змеевик и цилиндрические стенки корпуса.

Индукционное нагревательное устройство может содержать произвольное количество упомянутых контуров, установленных в виде сот.

Предпочтительно в заявленном устройстве трубопровод выполнен из магнитомягкой стали со стеклокерамическим покрытием, предназначенным для электроизоляции между катушкой индуктивности и магнитопроводом, а также для передачи тепла от нагретой катушки индуктивности на магнитопроводную емкость, обмотка катушки индуктивности контура выполнена из меди, а змеевик - из алюминия.

На фигурах 1 и 2 представлено заявленное устройство, в котором:

1 - трубопровод стальной со стеклокерамическим покрытием;

2 - теплообменное устройство - змеевик выполнен из алюминиевой трубы;

3 - корпус выполнен из алюминия в виде двух цилиндров, по торцам соединенных крышками, образующих цилиндрическую емкость;

4 - металлическая обмотка трубопровода, выполненная из медного изолированного

провода - катушка индуктивности;

5 - теплоизоляция корпуса;

6 - средство для входа текучей среды;

7 - средство для выхода текучей среды из змеевика;

8 - соединительный элемент трубопровода и змеевика;

9 - средство для ввода текучей среды в корпус;

10 - патрубок для вывода нагретой текучей среды;

11 - крышки цилиндрической емкости;

12 - стеклокерамическое покрытие.

Индукционное нагревательное устройство для текучей среды работает следующим образом.

Катушку индуктивности 4 подключают к сети переменного тока 220/380 В, 50 Гц. Первичный ток возбуждает переменное магнитное поле в трубопроводе 1, под действием которого индуцируются токи в трубопроводе 1 и нагревают его.

Электрической нагрузкой первичного контура является вторичный контур в виде змеевика 2 и цилиндрического корпуса 3, в металле которых индуцируются токи, вызывающие их нагрев. Под действием электрической нагрузки вторичного контура катушка индуктивности первичного контура нагревается. Тепло от нагретых поверхностей первичного и вторичного контуров, а также от катушки индуктивности передается нагреваемой среде.

Нагрев среды происходит следующим образом.

Текучая среда поступает на вход 6, где отбирает тепло от нагретых поверхностей трубопровода и от катушки индуктивности, которая для лучшей передачи тепла плотно без зазора покрывает внешнюю поверхность трубопровода, электроизолированного стеклокерамическим покрытием 12. Далее текучая среда через соединительные элементы 8 поступает в змеевик 2, где интенсивно перемешивается и также нагревается. Далее текучая среда через выход 7 и средство для ввода 9 поступает в корпус, где продолжает нагреваться от его двух цилиндрических поверхностей. Таким образом, текучая среда нагревается от всех деталей и электроэлементов устройства. Вся подводимая электроэнергия преобразуется в тепловую. Полученное тепло защищено от окружающей среды теплоизолированными стенками корпуса 5, что также приводит к энергосбережению.

Нагретая текучая среда через выходной патрубок 10 подается потребителю.

В зависимости от решаемых задач текучей нагреваемой средой может служить любая жидкость (вода, масло, антифриз), а также воздух и другие газообразные вещества.

Преимущества заявленного устройства заключаются в том, что оно

- работает на промышленной частоте тока (50 Гц),

- обеспечивает более высокий КПД и коэффициент мощности по сравнению с аналогами,

- повышенный срок службы (до 30 лет),

- соответствует второму классу электробезопасности, не имеет электрического потенциала на теплообменном устройстве,

- температура на теплообменном устройстве не превышает 90°С (при использовании для систем отопления и горячего водоснабжения),

- устройство отличается простотой монтажа и обслуживания.

1. Индукционное нагревательное устройство для текучей среды, содержащее корпус с наружными теплоизолированными стенками, по оси которого установлена по меньшей мере одна цилиндрическая магнитопроводная емкость, снабженная средством для входа текучей среды, отличающееся тем, что упомянутая емкость выполнена в виде трубопровода из магнитомягкого материала, внешняя поверхность которого имеет стеклокерамическое покрытие с диэлектрическими свойствами и металлическую обмотку, выполняющую роль первичного контура катушки индуктивности, настроенного в резонанс на частоту тока 50 Гц, корпус выполнен в виде двух цилиндров, установленных коаксиально один в другом и соединенных между собой крышками, между трубопроводом и стенками внутреннего цилиндра установлено теплообменное устройство, выполненное в виде полого металлического змеевика из электропроводящего материала, при этом змеевик с одной стороны соединен с трубопроводом, а с другой стороны снабжен средством для ввода текучей среды в пространство между стенками цилиндров корпуса.

2. Индукционное нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что первичный контур катушки индуктивности настроен в резонанс на частоту тока 50 Гц.

3. Индукционное нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что первичный нагревательный контур, образованный трубопроводом, представляет собой разомкнутый полый магнитопровод, при этом вторичный нагревательный контур включает змеевик и цилиндрические стенки корпуса.

4. Индукционное нагревательное устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит произвольное количество упомянутых контуров, установленных в корпусе в виде сот.

5. Индукционное нагревательное устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод выполнен из стали со стеклокерамическим покрытием, обмотка трубопровода выполнена из меди, а змеевик - из алюминия.