MD1617Z - Încălzitor inductiv - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la dispozitivele electrotehnice pentru conversia energiei electrice în energie termică în sisteme hidraulice pentru majorarea temperaturii fluidelor, în special la încălzitoare inductive, şi poate fi utilizată în calitate de încălzitor în flux continuu cu eficienţă energetică înaltă în sistemele şi instalaţiile tehnologice, în care fluidului i se impun caracteristici tehnice specifice cu menţinerea şi reglarea exactă a acestora.Încălzitorul inductiv, conform invenţiei, conţine un corp (2) cu capace (1), în interiorul căruia este amplasată o bobină de inductanţă (8), care constă din şapte spire ale unui tub de cupru, înfăşurate pe un miez din material feromagnetic, care constă dintr-un cilindru exterior (7) şi un cilindru interior (5). Pe suprafaţa exterioară a cilindrului interior (5) sunt executate tăieturi, cu formarea la asamblarea cilindrilor (7 şi 5), a unui canal (6) pentru curgerea fluidului încălzit. Bobina de inductanţă (8) este izolată de la miez prin intermediul unui element izolator (4). Din partea exterioară a bobinei de inductanţă (8) sunt amplasate tole de oţel electrotehnic (9), menţinute distanţat de la bobina de inductanţă (8) prin intermediul unor scuturi (3).

Description

Invenţia se referă la dispozitivele electrotehnice pentru conversia energiei electrice în energie termică în sisteme hidraulice pentru majorarea temperaturii fluidelor, în special la încălzitoare inductive, şi poate fi utilizată în calitate de încălzitor în flux continuu cu eficienţă energetică înaltă în sistemele şi instalaţiile tehnologice, în care fluidului i se impun caracteristici tehnice specifice cu menţinerea şi reglarea exactă a acestora.

Este cunoscut un boiler cu încălzitor rezistiv, funcţionarea căruia este bazată pe efectul Joule-Lentz, care se produce la încălzirea fluidelor, în special a apei, de la temperatura de 10°C până la temperatura de circa 95°C (în cazul preparării băuturilor pe bază de cafea naturală). Acest boiler conţine un corp, un rezervor pentru apă supusă încălzirii, executat din două jumătăţi din aluminiu, totodată în interiorul rezervorului sunt executate tăieturi, cu formarea unui canal în formă de serpentină pentru curgerea apei încălzite, cu diametrul de circa 3…4 mm şi lungimea de 900…1000 mm. În calitate de sursă de energie, din partea exterioară a rezervorului este montat încălzitorul rezistiv cu puterea nominală de 1090 W. Pentru a aduce la regimul de lucru nominal şi, totodată a asigura stabilitatea proceselor termice şi electromecanice, rezervorul este executat din material cu coeficientul de conductivitate termică înalt, în acelaşi timp, având în vedere căldura masică a materialului respectiv, pereţii rezervorului sunt executaţi cu o grosime sporită, şi respectiv cu o masă mai mare, pentru a asigura entalpia apei, suficientă pentru funcţionarea boilerului doar cu un încălzitor rezistiv cu puterea nominală de 1090 W [1].

Dezavantajele soluţiei tehnice cunoscute constau în necesitatea timpului pentru preîncălzire a rezervorului boilerului până la temperatura de circa 95°C (în cazul preparării băuturilor pe bază de cafea naturală), şi nesiguranţa cuplajului mecanic între încălzitorul rezistiv şi rezervorul boilerului, ce are un impact negativ asupra procesului de transfer termic între aceste două elemente, ce conduce la mărirea atât a timpului pentru preîncălzire, cât şi la pierderi de energie în întregul proces.

Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în creşterea eficienţei energetice a încălzitorului prin diminuarea consumului de energie electrică.

Problema se soluţionează prin aceea că încălzitorul inductiv conţine un corp cu capace cu orificii pentru debitarea şi evacuarea fluidului, în interiorul căruia este amplasată o bobină de inductanţă, care constă din şapte spire ale unui tub de cupru, distanţate una faţă de cealaltă şi înfăşurate pe un miez din material feromagnetic, care constă dintr-un cilindru exterior şi un cilindru interior. Pe suprafaţa exterioară a cilindrului interior sunt executate tăieturi de o formă şi lungime determinată, cu formarea la asamblarea cilindrilor, a unui canal pentru curgerea fluidului încălzit. Bobina de inductanţă este izolată de la miez prin intermediul unui element izolator. Din partea exterioară a bobinei de inductanţă sunt amplasate tole de oţel electrotehnic, menţinute distanţat de la bobina de inductanţă prin intermediul unor scuturi cu orificii.

Rezultatul tehnic obţinut cu ajutorul invenţiei revendicate constă în reducerea timpului pentru preîncălzirea încălzitorului cu peste 95%, şi eliminarea pierderilor de energie în transferul termic de la elementul de încălzit şi corpul încălzitorului, rezultând în diminuarea consumului total de energie electrică cu 60%.

Avantajele invenţiei constau în următoarele.

În încălzitorul inductiv revendicat este sporită eficienţa energetică datorită principiului pe care este bazat procesul de conversie a energiei electrice în energie termică - inducţia magnetică. Acest proces de conversie are loc direct în miezul din material feromagnetic al încălzitorului inductiv, care constă din cilindrul exterior şi cilindrul interior (reprezentând o piesă de lucru), pe suprafaţa exterioară a cilindrului interior fiind executate tăieturi, cu formarea la asamblarea cilindrilor, a canalului pentru curgerea fluidului încălzit. Sursa de energie pentru realizarea transferului de căldură de la piesa de lucru spre fluid o constituie fluxul termic, produs de curenţii induşi în piesa de lucru de câmpul magnetic variabil, generat de înfăşurările bobinei de inductanţă, parametrii căreia sunt determinaţi pentru trecerea curentului electric de 200 A cu frecvenţa de circa 70 kHz. Pentru asigurarea debitului şi a temperaturii fluidului încălzit mult mai mari decât cele determinate, cât în regimul de generare de apă fierbinte cu temperatura de circa 90°C, atât şi în regimul de generare de abur cu temperatura de 120°C, bobina de inductanţă poate fi răcită forţat prin pomparea unui agent caloportor în tubul de cupru, asfel asigurând stabilitatea încălzitorului. Pentru evitarea scurtcircuitelor bobina de inductanţă este izolată de la miez prin intermediul elementului izolator cu rezistenţă termică înaltă, iar spirele bobinei sunt distanţate una faţă de cealaltă. Pentru diminuarea pierderilor câmpului magnetic din partea exterioară a bobinei de inductanţă sunt amplasate tolele de oţel electrotehnic, menţinute distanţat de la bobina de inductanţă prin intermediul scuturilor, care poziţionează atât componentele circuitului magnetic, cât şi miezul. Pentru descreşterea pierderilor de căldură în mediul înconjurător încălzitorul inductiv conţine un corp cu capace, realizate dintr-un material cu o rezistenţă termică ridicată şi conductivitate termică joasă.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1 - 3, care reprezintă:

- fig. 1, încălzitorul inductiv dezasamblat, vederea generală;

- fig. 2, încălzitorul inductiv asamblat;

- fig. 3, încălzitorul inductiv, canalul pentru curgerea fluidului încălzit.

Încălzitorul inductiv (fig. 1-3) conţine corpul 2 cu capacele 1 cu orificii pentru debitarea şi evacuarea fluidului, în interiorul căruia este amplasată bobina de inductanţă 8, care constă din şapte spire ale unui tub de cupru, distanţate una faţă de cealaltă şi înfăşurate pe miezul din material feromagnetic, care constă din cilindrul exterior 7 şi cilindrul interior 5, pe suprafaţa exterioară a căruia sunt executate tăieturi de o formă şi lungime determinată, cu formarea la asamblarea cilindrilor 7 şi 5, a canalului 6 pentru curgerea fluidului încălzit. Bobina de inductanţă 8 este izolată de la miez prin intermediul elementului izolator 4, iar din partea exterioară a bobinei de inductanţă 8 sunt amplasate tolele de oţel electrotehnic 9, menţinute distanţat de la bobina de inductanţă 8 prin intermediul scuturilor 3 cu orificii.

Dispozitivul funcţionează în modul următor.

În calitate de exemplu de realizare a invenţiei serveşte încălzitorul inductiv de apă pentru băuturi fierbinţi necesar să asigure o temperatură a apei de 95°C.

Încălzitorul inductiv se conectează la reţeaua de alimentare cu energie electrică cu 7,5 secunde înainte de procesul de prelevare a apei fierbinţi necesare - timpul suficient pentru procesul de preîncălzire a încălzitorului inductiv, pe parcursul căruia prin bobina de inductanţă 8 trece curentul electric de 200 A cu frecvenţa de 70 kHz. După atingerea temperaturii de lucru de 105°C a miezului încălzitorului, reglat de un senzor de temperatură şi un controler de tip PI, necesar pentru trecerea încălzitorului în regim staţionar de funcţionare, curentul de alimentare a bobinei de inductanţă 8 scade în jumătate, iar frecvenţa se menţine constantă. Fluxul de apă se debitează în încălzitor prin orificiul pentru debitare, executat în capacul 1, şi orificiul în scutul 3 în partea inferioară a încălzitorului, apoi ajungând în canalul 6, format între cilindrul exterior 7 şi cilindrul interior 5, î-şi schimbă direcţia şi se divizează în două fluxuri orientate în direcţii opuse, care se mişcă de-a lungul canalului 6. Fluxul de apă, care circulă cu debitul de 100 ml/min, având temperatura la intrare în încălzitor de 10°C, ajunge în partea superioară a încălzitorului, şi ieşind din miezul încălzitorului prin orificiul în scutul 3, atinge temperatura de 95°C. Sporirea eficienţei transferului termic este asigurată prin diminuarea pierderilor fluxului magnetic prin utilizarea tolelor 3 şi asigurarea protecţiei termice a încălzitorului prin intermediul corpului 2 cu capacele 1.

1. Royal digital plus, Saeco, Service manual, Saeco International Group, SEPT.: 2003, 22 p. [regăsit la 2021.12.15]. Găsit pe Internet <https://www.commentreparer.com/doc/13908/SAECO-ROYAL-service-manual.pdf>

Claims (1)

1. Încălzitor inductiv, care conţine un corp (2) cu capace (1) cu orificii pentru debitarea şi evacuarea fluidului, în interiorul căruia este amplasată o bobină de inductanţă (8), care constă din şapte spire ale unui tub de cupru, distanţate una faţă de cealaltă şi înfăşurate pe un miez din material feromagnetic, care constă dintr-un cilindru exterior (7) şi un cilindru interior (5), pe suprafaţa exterioară a căruia sunt executate tăieturi de o formă şi lungime determinată, cu formarea la asamblarea cilindrilor (7 şi 5), a unui canal (6) pentru curgerea fluidului încălzit, totodată bobina de inductanţă (8) este izolată de la miez prin intermediul unui element izolator (4), iar din partea exterioară a bobinei de inductanţă (8) sunt amplasate tole de oţel electrotehnic (9), menţinute distanţat de la bobina de inductanţă (8) prin intermediul unor scuturi (3) cu orificii.