DEP0024968DA - Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei der induktiven Beheizung von Gefäßen u. dgl. - Google Patents

Description

Zur Verbesserung des Leistungsfaktors von induktiven Beheizungen verwendet man gewöhnlich Kondensatoren, die mit der Erregerspule zu einem Schwingkreis geschaltet sind und deren Kapazität so bemessen ist, daß Resonanz besteht. Diese Anordnung bedingt einen großen apparativen und räumlichen Aufwand. Um das zu vermeiden, hat man die Erregerspule so gebaut, daß in ihr große Ohm'sche Verluste entstehen, wobei man beträchtliche Schwierigkeiten in der Wärmeübertragung in Kauf nehmen mußte. Bei einer anderen, als Wirbelstromerhitzer bezeichneten Einrichtung zur induktiven Beheizung von Gefäßen aus ferromagnetischem Material bzw. Teilen davon mit Netzfrequenz wurde ein Elektromagnetsystem, beispielsweise in Form eines einphasigen Manteltransformators, so an der Gefäßwand angebracht, daß die ferromagnetische Gefäßwand als dem magnetischen Rückschluß dienendes Joch wirkt. Dieser besondere magnetische Rückschluß, gebildet von der als Heizfläche wirkenden Gefäßwand, trägt eine dünne Kupferschicht. Der sich in der Gefäßwand schließende Kraftlinienfluß induziert in dieser Kupferschicht Ströme, die in Wärme umgesetzt werden, die auf die Gefäßwand übertragen wird. Da auf einem Gefäß in der Regel mehrere solcher Wirbelstromerhitzer angebracht werden, sorgt diese Kupferschicht infolge ihrer guten Wärmeleitfähigkeit auch für einen Temperaturausgleich.

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur induktiven Beheizung von Gefäßen und dergl. aus ferromagnetischem Material, bei denen das zu beheizende Gefäß sich im Innern einer von Wechselstrom durchflossenen Erregerspule befindet; der Leistungsfaktor dieser Anordnung liegt bei 0,6. Zur Verbesserung des Leistungsfaktors wird erfindungsgemäß eine kurzgeschlossene, aus unmagnetischem und elektrisch gut leitendem Material bestehende Sekundärwicklung verwendet, welche von dem im Innern der Erregerspule pulsierenden Wechselfeld durchsetzt wird. In dieser kurzgeschlos- senen Sekundärwicklung fließen Kurzschlußströme, welche zusammen mit dem Ohm'schen Widerstand der kurzgeschlossenen Sekundärwicklung eine reine Wirkleistung ergeben, die in Wärme umgesetzt wird. Diese sekundäre Wirkleistung addiert sich zu der durch das Wechselfeld in der massiven ferromagnetischen Gefäßwand induzierten Wirkleistung. Diese Sekundärwicklung wird so mit der Gefäßwand verbunden, daß eine möglichst guter Wärmeübergang zur Gefäßwand gewährleistet ist. Da die Gesamtleistung sich aus der Wirkleistung in der ferromagnetischen Gefäßwand und der Wirkleistung in der Sekundärwicklung zusammensetzt, ist der Leistungsfaktor abhängig vom Verhältnis beider zueinander; so wird beispielsweise ein cos <Nicht lesbar> = 0,9 erreicht, wenn die in der Gefäßwand induzierte Leistung 36,3% und die in der Sekundärwicklung erzeugte Leistung 63,7% der Gesamtleistung beträgt. Die in der Sekundärwicklung erzeugte Wirkleistung läßt sich durch Verkleinerung oder Vergrößerung ihres Querschnitts verändern, womit daher auch eine Veränderung des Leistungsfaktors verbunden ist.

Diese kurzgeschlossene Sekundärwicklung kann zwischen der ferromagnetischen Gefäßwand und der Erregerspule sich befinden und die Form eines Hohlzylinders oder eines Metallbelages haben, stets mit der ferromagnetischen Gefäßwand eng verbunden. Sie kann aber auch in Form einer Spirale aus beispielsweise bandförmigen Windungen auf der Gefäßwand aufgebracht sein. Die Art des für die Sekundärwicklung verwendeten Materials richtet sich nach der Arbeitstemperatur; so ist beispielsweise Kupfer nur bei Temperaturen bis 350°C wegen des dann einsetzenden Zunderns anwendbar. Aluminium läßt sich auch oberhalb 350°C noch verwenden, da es durch seine Oxydschicht gegen Oxydation geschützt ist. Diese Oxydschicht, die auch zwischen dem Aluminiumbelag und der Gefäßwand entsteht, ist unschädlich, da sie so dünn ist, daß der Wärmeübergang nicht wesentlich verschlechtert wird.

Eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung kann auch innen an der Gefäßwand angebracht werden; sie muß dann ebenfalls elektrisch gut leitend sein und aus unmagnetischem Material bestehen; sie soll mindestens 1 mm dick sein. Wenn in dieser an der inneren Gefäßwand angebrachten Sekundärwicklung Kurzschlußströme induziert werden sollen, muß sie ebenfalls vom Wechselfeld der Erregerspule durchsetzt werden. Das ist aber nur dann der Fall, wenn die ferromagnetische Gefäßwand nur höchstens so dick ist, wie die Eindringtiefe beträgt, wobei unter "Eindringtiefe" die Wegestrecke zu verstehen ist, bei der die Amplitude der elektromagnetischen Schwingung auf den 2,72-ten Teil ihres Ursprungswertes abgesunken ist. Dann tritt noch ein Teil der Amplitude in die Sekundärwicklung ein und induziert in ihr Kurzschlußströme. Hier wird die Sekundärwicklung in der Regel als vollständiger Metallbelag ausgebildet sein.

Derartige kurzgeschlossene Sekundärwicklungen sind einfach anzubringen. Man kann durch geeignete Bemessung ihres Querschnitts den Leistungsfaktor erreichen, der beispielsweise den günstigsten Strompreis ergibt. Es wird auch die Primärspule von Blindströmen entlastet. Kondensatoren fallen weg, wodurch der Aufbau der Anlage einfacher und billiger wird. Ein an der inneren Gefäßwand angebrachte Sekundärwicklung kann zugleich die Aufgabe einer korrosionsfesten Plattierung erfüllen.

Claims (5)

1.) Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei der induktiven Beheizung von Gefäßen und dergl., bei der das zu beheizende Gefäß sich im Innern der von Wechselstrom durchflossenden Erregerspule befindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung aus unmagnetischem und elektrisch gut leitendem Material auf der ferromagnetischen Gefäßwand aufliegt.

2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzgeschlossene Sekundärwicklung sich zwischen der äußeren Gefäßwand und der Erregerspule befindet.

3.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzgeschlossene Sekundärwicklung an der inneren Gefäßwand aufliegt.

4.) Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzgeschlossene Sekundärwicklung durch einen Hohlzylinder oder Metallbelag gebildet wird.

5.) Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzgeschlossene Sekundärwicklung aus einer Spirale besteht.