Устройство индукционного нагрева жидких сред



Устройство индукционного нагрева жидких сред
Устройство индукционного нагрева жидких сред
Устройство индукционного нагрева жидких сред

 


Владельцы патента RU 2423802:

Слободян Андрей Владимирович (UA)
Ким Дин Хи (RU)

Изобретение относится к электротехнике. Устройство индукционного нагрева жидких сред содержит цилиндрический корпус с крышкой и днищем, кольцо с прорезями, центральный цилиндрический канал, индуктор, выполненный в виде цилиндра и смонтированный на кольце с прорезями с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды, обмотку, герметично запрессованную связующим диэлектрическим материалом, верхняя часть которой соединена с крышкой корпуса, а нижняя - с кольцом, входной и выходной патрубки, устройство дополнительно снабжено двумя цилиндрами, коаксиально установленными и смонтированными с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды, и тремя кольцами с прорезями, при этом первое кольцо смонтировано над входным патрубком и служит упором для первого цилиндра, установленного с наружной стороны индуктора, второе кольцо смонтировано в нижней части второго цилиндра, установленного между индуктором и центральным цилиндрическим каналом, и служит упором для центрального цилиндрического канала, а третье кольцо, выполненное из двух частей, смонтировано под крышкой устройства и служит для ограничения верхних частей первого и второго цилиндров, причем входной и выходной патрубки установлены вдоль одной оси. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента мощности. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам индукционного нагрева жидких сред, и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения в сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектах для нагрева жидких сред, не вступающих в активное химическое взаимодействие с элементами индукционного нагревателя.

Известно устройство индукционного нагрева жидких сред, содержащее индуктор (обмотку), ферромагнитный магнитопровод, выполненный в виде коаксиальных полых труб с зазором для прохода жидкости, в котором наружная - немагнитная.

(Патент ГДР №46314, 21h 18/29, 1966 г.)

Недостатками этого устройства являются низкие энергетические показатели и, соответственно, коэффициент мощности, обусловленные неравномерностью нагрева внутренней и наружной трубами и зависимостью температуры нагреваемой жидкости от расхода.

Известно устройство индукционного нагрева жидких сред, включающее, по меньшей мере, один индукционный нагреватель, содержащий, по меньшей мере, одну индукционную обмотку с электротеплоизоляционной прокладкой, охватывающую цилиндрическую магнитопроводную емкость, соединенную с трубопроводом для подачи и отвода жидкости через входной и выходной патрубки соответственно и последовательно соединенную с регулятором переменного тока. Источник питания - переменный ток с частотой 50 Гц (заявка Франции №2568083, Н05В 6/10, 1986 г.).

Однако указанное устройство имеет невысокий коэффициент мощности (0,70-0,78), поскольку при его эксплуатации происходит рассеяние тепла в пространстве от наружной индукционной обмотки, и неполное поглощение электромагнитной энергии оболочкой индукционного нагревателя. Невысокий коэффициент мощности приводит к снижению КПД устройства (до 0,80-0,85), показатель которого снижают, и омические потери на индукционной обмотке устройства, имеющей большое количество витков медного провода, что связано с использованием тока питания частотой 50 Гц.

Известно устройство индукционного нагрева жидкости, например, воды, содержащее цилиндрический корпус с крышкой и днищем, внутреннее кольцо, смонтированное в нижней части корпуса над днищем, и имеющее сквозные отверстия для прохождения нагреваемой жидкой среды, индуктор, входной патрубок для нагреваемой жидкой среды и выходной патрубок для нагретой жидкой среды, массивный сердечник, установленный внутри трубы с кольцевым зазором и имеющий сквозные каналы вдоль оси для прохода нагреваемой среды, при этом сквозные каналы соединены с выходным патрубком, а кольцевой зазор с одного конца соединен с входным патрубком, а с другого - со сквозными каналами сердечника и место соединения охвачено кожухом, примыкающим к трубе.

(Патенте SU №1019676 A1, H05B 6/10, 1983 г.)

Недостатки указанного устройство заключаются в том, что при прохождении потока воды через сквозные каналы под давлением частицы осадка (накипи) неизбежно захватываются потоком и осаждаются на внутренних стенках этих каналов. В результате осаждения накипи сечение каналов уменьшается, снижая тем самым производительность устройства и его КПД. При относительно большой длине и малом диаметре каналов профилактические работы, с целью прочистки каналов, проводить сложно. Кроме того, ограничен коэффициент полезного преобразования электроэнергии в тепловую из-за теплового рассеивания с внешней поверхности обмотки устройства, а изготовление массивного сердечника со сквозными каналами требует относительно больших производственных затрат и усложняет технологию производства.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) принято известное устройство индукционного нагрева жидких сред, описанное в патенте на полезную модель «Устройство индукционного нагрева жидких сред» (патент №87856 от 02.06.2009 г.).

По указанному патенту устройство индукционного нагрева жидких сред включает цилиндрический корпус с крышкой и днищем, внутреннее кольцо с прорезями, смонтированное над днищем, входной и выходной патрубки, центральный цилиндрический канал, установленный соосно с корпусом, при этом верхняя часть цилиндрического канала соединена с крышкой корпуса и на его поверхности в этой части выполнены сквозные отверстия для прохода нагреваемой жидкой среды, а нижняя часть канала соединена с выходным патрубком. Устройство также содержит индуктор, выполненный в виде цилиндра, в котором помещена обмотка, при этом индуктор смонтирован на внутреннем кольце с прорезями между корпусом и цилиндрическим каналом с образованием кольцевых каналов для прохождения нагреваемой жидкой среды, а его обмотка, герметично запрессованная связующим диэлектрическим материалом, своей верхней частью соединена с крышкой корпуса, а нижней - с внутренним кольцом с прорезями.

Недостатками известного устройства-прототипа являются:

- сравнительно низкий коэффициент мощности и КПД устройства, обусловленные малой скоростью и площадью нагрева жидкой среды, значительное рассеяние магнитных потоков и, как следствие, большие потери тепла;

- устройство предназначено для использования сравнительно малых объемов жидких сред.

Настоящее изобретение направлено на решение технических задач по созданию устройства индукционного нагрева жидких сред, обеспечивающего максимальный теплообмен, приводящий к быстрому и стабильному нагреву большого объема жидких сред при одновременном сохранении надежности устройства и снижении его эксплуатационных расходов.

Достигаемым при этом техническим результатом является повышение коэффициента мощности и, соответственно, полезного действия (КПД) устройства, использование устройства как при однофазном, так и при трехфазном электропитании, повышение срока эксплуатации, надежности и стабильности работы.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство индукционного нагрева жидких сред, содержащее цилиндрический корпус с крышкой и днищем, кольцо с прорезями, центральный цилиндрический канал, индуктор, выполненный в виде цилиндра и смонтированный на кольце с прорезями с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды и содержащий обмотку, герметично запрессованную связующим диэлектрическим материалом, верхняя часть которой соединена с крышкой корпуса, а нижняя - с кольцом, входной и выходной патрубки, устройство дополнительно снабжено, двумя цилиндрами, коаксиально установленными и смонтированными с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды, и тремя кольцами с прорезями, при этом первое кольцо смонтировано под входным патрубком и служит упором для первого цилиндра, установленного с наружной стороны индуктора, второе кольцо смонтировано в нижней части второго цилиндра, установленного между индуктором и центральным цилиндрическим каналом и служит упором для центрального цилиндрического канала, а третье кольцо, выполненное из двух частей, смонтировано под крышкой устройства и служит для ограничения верхних частей первого и второго цилиндров, при этом входной и выходной патрубки установлены вдоль одной оси.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемых технических результатов.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 - общий вид устройства, в разрезе;

фиг.2 - разрез по А-А фиг.1;

фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.1.

Устройство индукционного нагрева жидких сред, содержащее цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и днищем 3, кольцо 4 с прорезями, центральный цилиндрический канал 5, индуктор 6, выполненный в виде цилиндра и смонтированный на кольце 4 с прорезями с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды и содержащий обмотку 7, герметично запрессованную связующим диэлектрическим материалом, верхняя часть которой соединена с крышкой 2 корпуса 1, а нижняя - с кольцом 4, входной и выходной патрубки 8 и 9 соответственно, кроме того, устройство дополнительно снабжено двумя цилиндрами 10 и 11, коаксиально установленными и смонтированными с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды, и тремя кольцами с прорезями, причем первое кольцо 12 смонтировано под входным патрубком и служит упором для первого цилиндра 10, установленного с наружной стороны индуктора 6, второе кольцо 13 смонтировано в нижней части второго цилиндра 11, установленного между индуктором 6 и центральным цилиндрическим каналом 5, и служит упором для центрального цилиндрического канала 5, а третье кольцо 14, выполненное из двух частей, смонтировано под крышкой 2 и служит для ограничения верхних частей первого и второго цилиндров 10 и 11, причем входной и выходной патрубки 8 и 9 установлены вдоль одной оси.

Устройство индукционного нагрева жидких сред используется следующим образом.

Обмотку индуктора 6, соединенную с крышкой 2 устройства, подключают к сети. Питание может осуществляться от сети как трехфазного, так и однофазного переменного тока. Количество витков и сечение провода катушки рассчитаны таким образом, что при прохождении нагреваемой жидкости обеспечивается оптимальный нагрев при заданном объеме воды. Нагрев воды осуществляется по принципу, основанному на свойстве индукции электромагнитного поля, создаваемого обмоткой 7, герметично изолированной диэлектрическим материалом и расположенной внутри индуктора 6. При необходимости в верхней части устройства может быть установлен кран Маевского, который обеспечит удаление воздуха из устройства на начальной стадии его работы.

Поток нагреваемой жидкости через входной патрубок 8 днища 3 и прорези (отверстия) кольца 12 поступает в первый кольцевой канал устройства, образованный поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью первого цилиндра 10. В канале жидкость движется в направлении снизу вверх, при этом пересекая силовые линии электромагнитного поля, она нагревается.

В верхней части устройства поток жидкости через прорези кольца 14, циркулируя в направлении сверху вниз, поступает во второй кольцевой канал, образованный внутренней поверхностью первого цилиндра 10 и наружной поверхностью индуктора 6, и нагревается.

Далее поток жидкости через прорези кольца 4 и в направлении снизу вверх поступает в третий кольцевой канал, образованный внутренней поверхностью индуктора 6 и наружной поверхностью второго цилиндра 11, и нагревается.

Из третьего канала жидкость через прорези кольца 14 и в направлении сверху вниз поступает в четвертый канала, образованный внутренней поверхностью второго цилиндра 11 и наружной поверхностью центрального цилиндрического канала 5, и нагревается.

Поток нагретой жидкости из четвертого кольцевого канала через прорези кольца 13 и в направлении снизу вверх поступает в полость центрального цилиндрического канала 5 и далее через выходной патрубок 9 поступает к потребителю.

Входной и выходной патрубки 8 и 9 смонтированы в устройстве вдоль одной оси, что позволяет расширить условия потребительского спроса, например, использовать его в любом положении (вертикально, наклонно, горизонтально) и одновременно позволяет упростить производственные вопросы подключения устройства к потребителю. Высота устройства зависит от его коэффициента мощности: чем выше этот показатель, тем выше высота устройства.

По сравнению с известным устройством (прототипом) предлагаемое обеспечивает повышение коэффициента полезного преобразования электроэнергии в тепловую энергию, повышение коэффициента мощности, и позволяет сократить потери тепла, расходуемые на нагрев окружающей среды; в рабочем режиме наружная сторона корпуса холодная.

Заявленное устройство также позволяет увеличить показатель скорости нагрева жидких сред за счет расширения поверхности контактного нагрева; пятиканальный теплосъем обеспечивает оптимальный нагрев и, как показала практика, даже при больших объемах нагреваемых сред.

Быстрому и стабильному нагреву способствуют и материалы, используемые для элементов устройства, в частности, использование тонколистовой ферромагнитной стали (с высоким содержанием железа) со специальным антикоррозионным покрытием, для теплосъема с обмотки 7 применяют теплопроводимые силиконы, двухкомпонентные герметики, трансформаторное масло. Катушку индуктора, после намотки ее, пропитывают специальным лаком, а между витками используют прокладки из стеклолакоткани, с целью защиты межвиткового замыкания.

Заявленное устройство не оказывает негативного воздействия на человека, оно реализовано в промышленном масштабе, где показало полное соответствие решаемой задаче и достигаемым результатам.

Устройство индукционного нагрева жидких сред, содержащее цилиндрический корпус с крышкой и днищем, кольцо с прорезями, центральный цилиндрический канал, индуктор, выполненный в виде цилиндра и смонтированный на кольце с прорезями с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды и содержащий обмотку, герметично запрессованную связующим диэлектрическим материалом, верхняя часть которой соединена с крышкой корпуса, а нижняя - с кольцом, входной и выходной патрубки, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено двумя цилиндрами, коаксиально установленными и смонтированными с образованием кольцевых каналов для циркуляции нагреваемой жидкой среды, и тремя кольцами с прорезями, при этом первое кольцо смонтировано над входным патрубком и служит упором для первого цилиндра, установленного с наружной стороны индуктора, второе кольцо смонтировано в нижней части второго цилиндра, установленного между индуктором и центральным цилиндрическим каналом и служит упором для центрального цилиндрического канала, а третье кольцо, выполненное из двух частей, смонтировано под крышкой устройства и служит для ограничения верхних частей первого и второго цилиндров, при этом входной и выходной патрубки установлены вдоль одной оси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд. .

Изобретение относится к области индукционной электротехнологии и может найти широкое применение для предварительного и сопутствующего подогрева при строительстве трубопроводов, предварительного и сопутствующего подогрева соединений узлов врезки при сварке на действующем газонефтепродуктопроводе, термообработки сварных швов, нагрева стенок резервуаров нефтегазовой отрасли, изоляции нефтепродуктопроводов, снятия поликенового покрытия с демонтированных секций нефтепродуктопроводов, а также для трубогибов.

Изобретение относится к электроводонагревателям и предназначено для горячего водоснабжения жилых домов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. .

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение для индукционного нагрева металлических деталей. .

Изобретение относится к блоку индукционных катушек для нагрева вращательно-симметричной относительно оси детали из электропроводящего материала, в частности, втулочной детали, удерживающей прессовой посадкой изделие вытянутой формы в центральном относительно оси установочном отверстии, предпочтительно для нагрева втулочной детали приспособления для крепления инструмента, удерживающего прессовой посадкой в центральном относительно оси вращения установочном отверстии хвостовик вращательного инструмента, в частности, сверла или фрезы.

Изобретение относится к процессам обработки текучих сред и к конструкции индукционных нагревателей для их осуществления. .

Изобретение относится к варочным аппаратам для использования в кухонных аппаратах. .

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям, использующим индукционный нагрев. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд

Изобретение относится к устройствам индукционного нагрева стальных пластин и пластин из цветных металлов, например алюминия

Изобретение относится к изготовлению композиционных слоистых трубчатых структур и может использоваться в высокотемпературных электрохимических устройствах типа твердооксидных топливных ячеек

Изобретение относится к способу и устройству для закалки детали, описываемой замкнутой кривой

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд

Устройство может быть использовано перед электродуговой наплавкой восстанавливаемого в пути участка рельса для его нагрева. Удлиненный в продольном направлении петлевой индуктор включает два одинаковых и расположенных напротив друг друга пластинчатых продольных элемента с плавно загнутыми навстречу друг другу верхними участками и плоскими нижними участками, расположенными относительно друг друга на расстоянии, обеспечивающем при установке индуктора скользящую или ходовую посадку по сопрягаемым с ними боковым граням головки рельса. Первые концевые участки продольных элементов индуктора соединены между собой пластинчатым поперечным элементом, лицевая и тыльная поверхности которого имеют форму, соответствующую форме центрального участка поверхности катания головки нового рельса. Второй концевой участок каждого продольного элемента снабжен пластинчатым поперечным полуэлементом, имеющим форму, соответствующую форме соответствующего ему участка поверхности катания головки нового рельса. Каждый поперечный полуэлемент снабжен токоподводом, соединенным с соответствующим ему выходным выводом блока согласования. Изобретение обеспечивает равномерный нагрев головки рельса как со стороны поверхности катания, так и со стороны ее боковых граней, а также высокую эффективность преобразования электрической энергии в тепловую вне зависимости от глубины зоны наплавки. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство содержит индукционный нагреватель, магнитопроводный экран, теплоизоляционный кожух, индукционную обмотку, охватывающую цилиндрическую емкость, выпрямитель переменного тока и инвертор, соединенный с индукционной обмоткой и блоком управления инвертором, датчики температуры входного и выходного потока, соединенные с блоком сравнения температур, который подключен к блоку управления инвертором и блоку управления насосом, соединенному с насосом. Оно снабжено перепускной трубой, один конец которой расположен в сечении входного нагнетательного патрубка, на входе которого механически закреплен насос, а другой конец - в сечении выходного всасывающего патрубка с автоматическим запорно-регулирующим органом, соединенным с блоком управления запорно-регулирующим органом, соединенным с блоком сравнения температура. При этом индукционный нагреватель расположен горизонтально, цилиндрическая емкость выполнена из немагнитного материала с установленной по направлению движения жидкости вертикальной стенкой, а цилиндрический элемент выполнен в виде теплообменной трубы из ферромагнитного материала, которая расположена внутри цилиндрической емкости с зазором и снабжена горизонтальными теплообменными стержнями, установленными внутри трубы в шахматном порядке, теплообменными полусферами, расположенными на ее внешней поверхности в шахматном порядке, и термодатчиком, установленным на внешней поверхности теплообменной трубы и соединенным с блоком сравнения температур. Технический результат - упрощение конструкции нагревателя и повышение надежности и автоматизации работы устройства. 4 ил.

Изобретение относится к блоку управления индукционного нагрева. Блок управления блока индукционного нагрева управляет выводом питания переменного тока к нагревательной катушке блока индукционного нагрева поперечного типа, что позволяет переменному магнитному полю пересекать поверхность проводящего листа, который перемещается для индукционного нагрева проводящего листа. Блок управления включает в себя: переключатель восстановления магнитной энергии, который выводит питание переменного тока к нагревательной катушке; блок задания частоты, который задает выходную частоту в ответ на, по меньшей мере, одно из относительной проницаемости, сопротивления и толщины проводящего листа; блок управления затвором, который управляет операцией переключения переключателя восстановления магнитной энергии на основе выходной частоты, заданной блоком задания частоты. Предлагается также система индукционного нагрева, содержащая блок управления блока индукционного нагрева, нагревательную катушку, сердечник и защитную пластину, а также способ управления блоком индукционного нагрева. Техническим результатом является обеспечить более равномерное температурное распределение. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.
Наверх