PL224946B1 - Indukcyjny kocioł grzejny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kocioł grzejny przeznaczony do podgrzewania czynnika grzejnego z wykorzystaniem zasady indukcji elektromagnetycznej.

Znany jest piec grzewczy wyposażony w obudowę obustronnie zamkniętą, wewnątrz której znajdują się elementy rurowe pomiędzy którymi umieszczona jest cewka indukcyjna. Obudowa wyposażona jest w usytuowane na ścianie bocznej i dolnej pieca elementy doprowadzające czynnik podl egający podgrzewaniu i odprowadzające ten czynnik po podgrzaniu.

Wadą znanego rozwiązania jest konstrukcja, która nie zabezpiecza przed powstaniem niebezpiecznego nadciśnienia wewnątrz obudowy. Spowodowane to jest niewłaściwym umiejscowieniem króćca wyjściowego, który jest wyprowadzony poniżej linii zalewowej czynnikiem przepływowym. Pozwala to, ze względu na brak ruchu płynu, na powstanie martwej strefy przepływu powodując na dmierne podgrzewanie czynnika grzejnego, aż do stanu lotnego na przykład pary, która blokuje lub nawet uniemożliwia normalny przepływ, tworząc nadciśnienie. Sytuacja ta powtarza się również w części wewnętrznej w sposobie mocowania i wypływu czynnika grzejnego poprzez nawiercanie otworów, gdzie podczas wypływu pod ciśnieniem powstają przestrzenie niewypełnione skutkując powstaniem analogicznej sytuacji jak w poprzednim przypadku. Znana konstrukcja uniemożliwia szybką wymianę cewki indukcyjnej a co za tym idzie regulacji mocy pieca grzewczego w zależności od potrzeb.

Znany jest z opisu patentowego WO2013119137 indukcyjny grzejnik cieczy, który zawiera cylindryczny korpus z podstawą i rurę wlotową, pokrywę zamykającą otwarty koniec cylindrycznego korpusu i mającą przewód wlotowy, cewkę indukcyjną, która jest osadzona w cylindrycznej osłonie ochronnej umieszczonej wewnątrz cylindrycznego korpusu tak, że tworzy szczelinę pierścieniową pomiędzy wewnętrzną powierzchnią cylindryczną osłony i zewnętrzną pierścieniową powierzchnią obudowy, a w środkowej części obudowy ochronnej znajduje się rdzeń cylindryczny z cylindrycznym kanałem, który jest połączony na jednym końcu do rury wlotowej, a na drugim końcu ze szczeliną pierścieniową, a przy tym korpus, ochronna obudowa, cylindryczny kanał i rura odprowadzająca są współosiowe, zaś osłona ochronna jest zamknięta przez nasadkę ochronną.

Znany jest także z opisu WO 2009050631 grzejnik przepływowy zaopatrzony w kanał do prowadzenia płynu do podgrzania. Grzejnik przepływowy zawiera ferromagnetyczną ścianę otaczającą cewkę indukcyjną, przeznaczoną do podgrzewania przynajmniej części ścianki ściany ferromagnetycznej, przy czym kanał rozciąga się wzdłuż części ściany.

Znane jest z opisu JP2011238449 urządzenie grzewcze indukcyjne zawierające wewnętrzny pierwszy element grzejny oraz drugi element grzejny znajdujący się na zewnątrz pierwszego elementu grzejnego a także pierwszą ścieżkę przepływu usytuowaną na zewnątrz drugiego elementu grzejnego oraz drugą ścieżkę przepływu umieszczoną pomiędzy pierwszym elementem grzejnym i drugim elementem grzejnym. Medium wprowadza się do pierwszej ścieżki przepływu, gdzie jest podgrzewany przez drugi element grzejny, zaś w drugiej ścieżce przepływu medium podgrzewane jest przez pierwszy element grzejny i drugi element grzejny.

W opisanych rozwiązaniach urządzeń grzejnych konstrukcja jest oparta na rurach usytuowanych współbieżnie a przy tym na jednym z elementów wewnętrznych usytuowana jest cewka indukcyjna. Urządzenia te posiadają tylko dwie powierzchnie grzejne, ponadto urządzenia te posiadają wlot zasilania medium do podgrzania usytuowany na ścianie bocznej a wylot podgrzewanego medium w podstawie. W konstrukcjach tych nie ma możliwości wstępnego podgrzania medium. Ponadto wadą tych rozwiązań jest szczelnie zamknięta komora cewki indukcyjnej, bez możliwości jej wymiany a co za tym idzie bez możliwości regulacji mocy urządzenia.

Indukcyjny kocioł grzejny stanowiący przedmiot wynalazku stanowi cewka indukcyjna i zespół trzech współosiowo osadzonych rur usytuowanych w metalowej obudowie rurowej osłonowej zamkniętej obustronnie deklami. W osi pionowej obudowy znajduje się rura wewnętrzna zasilająca kocioł w podgrzewaną ciecz. Rura wewnętrzna jest wyposażona w mufę wspawaną obwodowo i osadzoną w deklu dolnym. Rura wewnętrzna usytuowana jest równolegle do rury środkowej, a przy tym rura wewnętrzna jest osadzona za pomocą gwiazdek umożliwiających cylindryczne usytuowanie rur wewnętrznej i środkowej. Rura środkowa osadzona jest wewnątrz rury zewnętrznej za pomocą wspaw anego obwodowo krążka wpuszczonego również na tak zwany zamek, przy czym wewnątrz tego krążka osadzona jest rura środkowa. Przeciwna strona rury zewnętrznej posiada przestrzeń obwodową w stosunku do rury środkowej, stanowiąc komorę na całej głębokości do wprowadzenia cewki indukcyjnej. Cewka indukcyjna posiada korpus w kształcie szpuli wykonany z materiału odpornego na barPL 224 946 B1 dzo wysokie temperatury, który jest jednocześnie bardzo dobrym izolatorem odpornym na przebicie wysokonapięciowe. Rura środkowa w części górnej jest zamknięta i także obspawana wpuszczonym deklem na tak zwany zamek. Dekiel zamykający rurę środkową jest wyposażony w usytuowaną osiowo śrubę z nakrętką z gwintem zewnętrznym do mocowania elementów elektrycznych oraz dekiel zamykający pole elektromagnetyczne. Śruba ta posiada również gwint wewnętrzny do mocowania dekla górnego zamykającego obudowę kotła. Cewka indukcyjna posiada w górnej części zamontowany czujnik temperatury w postaci ogranicznika termicznego rozłączającego obwód. Cewka indukcyjna jest osadzona tak, że można ją swobodnie wsuwać i wysuwać. Rura zewnętrzna posiada po stronie wejścia do komory na cewkę indukcyjną, zewnętrznie obspawany pierścień obwodowy, który jest jednocześnie wspawany do wewnątrz rury stanowiącej obudowę kotła zamykając szczelnie komorę wszystkich powierzchni grzejnych czynnika przepływowego. Czoło pierścienia obwodowego jest zamknięte krążkiem metalowym stanowiącym zamknięcie obwodu elektromagnetycznego za pomocą nakrętki nakręcanej na śrubę wychodzącą z dekla zamykającego rurę środkową. Nakrętka ta mocuje jednocześnie krążek izolacyjny oraz krążek izolacyjny osadczy dla śrub mocujących zaciski prądowe końcówek cewki indukcyjnej. Króciec wyjściowy wyposażony jest w wspawaną tulejkę mocującą czujnik temperatury czynnika grzejnego na wyjściu. Króciec ten jest wspawany do rurowej obudowy osł onowej liniowo w stosunku do krawędzi dolnej pierścienia obwodowego gwarantując swobodny wypływ czynnika grzejnego. Gwiazdka mocująca i pozycjonująca rurę wewnętrzną ma postać pierścienia, gdzie na części zewnętrznej usytuowane są korzystnie trzy ramiona wyprowadzone korzystnie co 120° tworząc okrąg zewnętrzny wymiarowo równy średnicy wewnętrznej zewnętrznej rury środkowej to jest rdzenia, na którym osadzona jest cewka indukcyjna. Pierścień gwiazdy osadzony jest na rurze wlotowej wewnętrznej i pierwszej rurze grzejnej środkowej poprzez spawanie punktowe.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na wykorzystanie zasady indukcji elektromagnetycznej w rdzeniu zewnętrznym oraz rdzeniu wewnętrznym jednocześnie w czasie przepływu prądu elektryc znego tworząc kocioł o podwójnej strefie elektromagnetycznej tworzącej podwójną strefę grzejną w wyniku powstania prądów wirowych. Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest trzecia strefa grzejna obejmująca rurę wlotową zasilającą na odcinku całej wysokości cewki indukcyjnej. Pozwala to już na wstępne podgrzanie czynnika przepływowego. Zastosowane rozwiązania konstrukcyjne zapobiegają powstaniu szkodliwego nadciśnienia, gwarantują dużą szczelność oraz równomierne rozszerzanie się materiału pod wpływem temperatury eliminując mikropęknięcia. Możliwość wymiany cewki indukcyjnej na wartości o różnych mocach pozwala na dobranie odpowiedniej mocy kotła dla różnych odbiorców lub powierzchni grzewczych, już po wykonaniu instalacji użytkowej.

Kocioł będący przedmiotem wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kocioł w przekroju poprzecznym, fig. 2 - element pozwalający na właściwe usytuowanie rury wewnętrznej i środkowej w przekroju poprzecznym, fig. 3 - kocioł w przekroju poprzecznym z oznaczoną indukcyjną strefą grzewczą i grzanym czynnikiem przepływowym.

Zespół kotła został umieszczony w obudowie metalowej rurowej 14 zamkniętej obustronnie deklami górnym 15 i dolnym 19. W części górnej, doprowadzającej energię elektryczną, dekiel 15 dokręcany jest specjalnym kluczem, aby uniemożliwić dostęp do układu elektrycznego osobom nieupoważnionym. W deklu dolnym 19 znajduje się wspawana obwodowo mufa 17 na rurze wewnętrznej 1 zasilającej kocioł w ciecz chłodzącą a w istocie ciecz podgrzewaną jako czynnik grzewczy wyprowadzany na zewnątrz. Rura wewnętrzna 1 jest osadzona za pomocą metalowych gwiazdek 2 pokazanych na fig. 2. Dwa takie elementy pozwalają na gwarantowane usytuowanie cylindryczne rury wewnętrznej 1 w stosunku do równoległej rury środkowej 3, jednocześnie umożliwiając łatwe ustalenie odległości oraz uniemożliwiając przemieszczenie, w celu pełnego wypływu czynnika chłodzącego do dalszej części kotła. Wyeliminowanie spawania krawędzi w górnej części rury 1 zasilającej czynnik grzejny zagwarantowało swobodny i pełny wypływ całkowicie zabezpieczając przed powstaniem miejsc mogących powodować szkodliwe nadciśnienia. Rura środkowa 3 jest zamknięta i obspawana wpuszczonym deklem 4 na tak zwany zamek, co gwarantuje dużą szczelność oraz równomierne rozszerzanie się materiału pod wpływem temperatury, eliminując mikropęknięcia. Dekiel 4 zamykający rurę środkową 3 wyposażony jest w usytuowaną osiowo śrubę z nakrętką 16 z gwintem zewnętrznym do mocowania elementów elektrycznych, oraz dekiel 8 zamykający pole elektromagnetyczne. Śruba ta posiada również gwint wewnętrzny do mocowania dekla 15 zamykającego kocioł. Rura środkowa 3 osadzona jest wewnątrz rury zewnętrznej 18 za pomocą wspawanego obwodowo krążka 5 wpuszczonego również na tak zwany zamek i obspawany, gdzie wewnątrz tego krążka wspawana jest rura 3. Przeciwna strona rury zewnętrznej 18 posiada przestrzeń obwodową w stosunku do rury środkowej 3, stanowiąc

PL 224 946 B1 komorę na całej głębokości do wprowadzenia cewki indukcyjnej 10. Cewka ta posiada korpus 20 w kształcie szpuli wykonany z materiału odpornego na bardzo wysokie temperatury, który jest jednocześnie bardzo dobrym izolatorem na przebicie wysokonapięciowe. Cewka ta posiada w górnej części zamontowany czujnik temperatury 11 w postaci ogranicznika termicznego rozłączającego obwód. Cewkę tą można swobodnie wsuwać i wysuwać, czyli wymieniać na wartości o różnych mocach. Funkcja ta pozwala na dobranie odpowiedniej mocy kotła dla różnych odbiorców lub wielkości p owierzchni grzewczych, już po wykonaniu instalacji użytkowej. Rura zewnętrzna 18 posiada po stronie wejścia do komory na cewkę indukcyjną, zewnętrznie obspawany pierścień obwodowy 9, który jest jednocześnie wspawany do wewnątrz obudowy 14 zamykając szczelnie komorę wszystkich powierzchni grzejnych czynnika przepływowego. Czoło pierścienia 9 jest zamknięte deklem 8 stanowiącym zamknięcie obwodu elektromagnetycznego za pomocą nakrętki 16 nakręcanej na śrubę wychodzącą z dekla 4 rury środkowej 3. Nakrętka 16 mocuje jednocześnie krążek izolacyjny 6 oraz krążek izolacyjny osadczy 7 dla śrub mocujących zaciski prądowe końcówek cewki indukcyjnej 10. W części górnej kotła znajduje się króciec wyjściowy 12 wyposażony w wspawaną tulejkę mocującą 13 czujnik temperatury czynnika grzejnego na wyjściu. Króciec ten jest usytuowany i wspawany do rury osłonowej to jest obudowy 14 liniowo w stosunku do krawędzi dolnej pierścienia 9 gwarantując swobodny wypływ czynnika grzejnego i eliminując jakikolwiek martwy punkt, który mógłby powodować nadc iśnienie groźne dla właściwego działania. Gwiazdka 2 mocująca i pozycjonująca rurę wewnętrzną 1 ma postać pierścienia, gdzie na części zewnętrznej usytuowane są trzy ramiona wyprowadzone co 120° tworząc okrąg zewnętrzny wymiarowo równy średnicy wewnętrznej zewnętrznej rury środkowej 3 to jest rdzenia, na którym osadzona jest cewka indukcyjna 10. Pierścień gwiazdy osadzony jest na rurze wlotowej 1 i pierwszej rurze grzejnej 3 poprzez spawanie punktowe.

Istotą urządzenia jest wykorzystanie równoległe lub współbieżne zasady indukcji elektromagnetycznej. W oparciu o powyższą zasadę został opracowany zespół kotła grzejnego, którego ideę działania przedstawia fig. 3 wskazując strefę grzania indukcyjnego, oznaczonego obszarem w kratkę, powstałego w wyniku wytworzonych prądów wirowych w rdzeniu to jest rurach 3, 18 i 1 krążkach 4 i 5 oraz strefę przepływu czynnika, oznaczoną obszarem w kropki, nagrzewaną powstałym ciepłem podczas przepływu prądu przez cewkę 10.

Claims (12)

1. Indukcyjny kocioł grzejny wyposażony w obudowę obustronnie zamkniętą, wewnątrz której znajdują się usytuowane współbieżnie elementy rurowe, pomiędzy którymi umieszczona jest cewka indukcyjna a przy tym obudowa wyposażona jest w elementy doprowadzające czynnik podlegający podgrzewaniu i odprowadzające ten czynnik po podgrzaniu, który jest podgrzewany na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej elementów rurowych, znamienny tym, że zawiera zespół trzech współosiowo osadzonych rur usytuowanych w obustronnie zamkniętej deklami górnym /15/ i dolnym /19/ obudowie osłonowej rurowej /14/, która w górnej części posiada króciec wyjściowy /12/, a przy tym w osi pionowej kotła znajduje się rura wewnętrzna /1/ zasilająca kocioł w podgrzewany czynnik, wyposażona w mufę /17/ osadzoną w deklu dolnym /19/, przy czym rura wewnętrzna /1/ jest osadzona za pomocą gwiazdek /2/ równolegle do rury środkowej /3/ będącej rdzeniem, na którym osadzona jest cewka indukcyjna /10/ i która jest osadzona wewnątrz rury zewnętrznej /18/ za pomocą krążka /5/ zaś przeciwna strona rury zewnętrznej /18/ posiada przestrzeń obwodową w stosunku do rury środkowej /3/ stanowiąc komorę na całej głębokości do wprowadzenia cewki indukcyjnej /10/ posiadającej korpus /20/, a przy tym osadzenie cewki /10/ umożliwia swobodne jej wsuwanie i wysuwanie, dodatkowo rura zewnętrzna /18/ posiada zewnętrznie usytuowany pierścień obwodowy /9/ przytwierdzony trwale do wewnątrz obudowy zewnętrznej rurowej /14/ zamykając szczelnie komorę wszystkich powierzchni grzejnych czynnika przepływowego.

2. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że gwiazdka /2/ mocująca i pozycjonująca rurę wewnętrzną /1/ równolegle do rury środkowej /3/ ma postać pierścienia, w którym na części zewnętrznej usytuowane są co najmniej trzy ramiona wyprowadzone korzystnie co 120° tworząc okrąg zewnętrzny wymiarowo równy średnicy wewnętrznej rury środkowej /3/.

3. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że rura środkowa /3/ w części górnej jest zamknięta wpuszczanym deklem /4/, który jest wyposażony w usytuowaną osiowo śrubę z nakrętką /16/ z gwintem zewnętrznym do mocowania elementów elektrycznych oraz dekiel /8/ zamykający pole elektroPL 224 946 B1 magnetyczne, śruba ta posiada również gwint wewnętrzny do mocowania dekla górnego /15/ zamykającego obudowę /14/ kotła.

4. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że czoło pierścienia obwodowego /9/ jest zamknięte deklem /8/ stanowiącym zamknięcie obwodu elektromagnetycznego za pomocą nakrętki /16/ nakręcanej na śrubę wychodzącą z dekla /4/ rury środkowe /3/.

5. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że nakrętka /16/ mocuje jednocześnie krążek izolacyjny /6/ oraz krążek izolacyjny osadczy /7/ dla śrub mocujących zaciski prądowe końcówek cewki indukcyjnej /10/.

6. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że króciec /12/ przytwierdzony jest do rurowej obudowy osłonowej /14/ liniowo w stosunku do krawędzi dolnej pierścienia /9/.

7. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że cewka indukcyjna /10/ posiada w górnej części zamontowany czujnik temperatury /11/ w postaci ogranicznika termicznego rozłączającego obwód.

8. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że cewka /10/ posiada korpus /20/ w kształcie szpuli wykonany z materiału odpornego na bardzo wysokie temperatury, który jednocześnie jest bardzo dobrym izolatorem na przebicie wysokonapięciowe.

9. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że króciec wyjściowy /12/ jest wyposażony w tulejkę mocującą /13/ czujnik temperatury czynnika grzejnego na wyjściu.

10. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że mufa /17/ jest wspawana obwodowo na rurze wewnętrznej /1/.

11. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że dekiel /4/ zamykający rurę środkową /3/ oraz krążek obwodowy /5/ osadzający rurę środkową /3/ wewnątrz rury zewnętrznej /18/ są obspawane i wpuszczone na tak zwany zamek.

12. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień gwiazdy /2/ osadzony jest na rurze wlotowej wewnętrznej /1/ i pierwszej rurze grzejnej środkowej /3/ poprzez spawanie punktowe.