PL237878B1

PL237878B1 - Induction heater system

Info

Publication number: PL237878B1
Application number: PL428437A
Authority: PL
Inventors: Roman Kieroński
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2021-06-14
Also published as: PL428437A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ nagrzewnicy indukcyjnej. Wynalazek znajduje zastosowanie w systemach grzewczych do obiektów mieszkalnych i przemysłowych, w gospodarstwie domowym, ale także w przemyśle hutniczym do grzania indukcyjnego, przy ogrzewaniu pomieszczeń domu i wody i podgrzewaniu wody użytkowej. Przykładowo w następujących urządzeniach elektrotermicznych: grzejnikach, kurtynach, nagrzewnicach, ogrzewaczach wody: bojlerach, warnikach, wytwornicach pary, podgrzewaczach, kotłach c.o. i c.w.u., pieca ch do topienia lub podgrzewania płynów i grzania materiałów.The present invention relates to an induction heater system. The invention is used in heating systems for residential and industrial buildings, in households, but also in the metallurgical industry for induction heating, for heating house and water rooms and heating domestic water. For example, in the following electrothermal devices: heaters, curtains, heaters, water heaters: boilers, boilers, steam generators, heaters, central heating boilers and hot water, furnaces for melting or heating liquids and heating materials.

Znane z literatury: Hering M.: „Podstawy elektrotermii”, WNT, Warszawa 1998 oraz Rodacki T., Kandyba A.: „Urządzenia elektrotermiczne”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002 są piece indukcyjne tyglowe w których nagrzewany tygiel ferromagnetyczny jest o obwodzie nie zamkniętym i służy do nagrzewania wsadu. Są też piece kanałowe w których zamknięty rdzeń ferromagnetyczny nie jest elementem grzejnym. Przewody elektryczne w tych piecach są chłodzone wodą czyli nie dogrzewają ani nie izolują termicznie magnetowodu (rdzenia, tygla).Known from the literature: Hering M .: "Fundamentals of electrothermia", WNT, Warsaw 1998 and Rodacki T., Kandyba A .: "Electrothermal devices", Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, there are induction crucible furnaces in which the heated ferromagnetic crucible is not closed and is used to heat the load. There are also channel furnaces in which the closed ferromagnetic core is not a heating element. The electric wires in these furnaces are cooled with water, which means that they do not heat up or thermally insulate the magnetic core (core, crucible).

Z opisu patentowego nr GB787125 znany jest układ nagrzewnicy, w którym uzwojenie nie jest nawinięte na materiale ferromagnetycznym przez co jest słabsze jego grzan ie. Ponadto zastosowano obwód otwarty magnetowodu i przez to jest jego mniejsze grzanie niż w obwodzie zamkniętym.From the patent description No. GB787125 a heater system is known, in which the winding is not wound on a ferromagnetic material, which makes its heating less efficient. In addition, an open circuit of the magnetic core is used, and therefore its heating is less than in a closed circuit.

Układ nagrzewnicy indukcyjnej według wynalazku zawiera nagrzewnicę indukcyjną, przemiennik częstotliwości dołączony do uzwojenia nagrzewnicy indukcyjnej i magnetowód będący elementem grzejnym, przez którego wnętrze przepływa płyn i charakteryzuje się tym, że magnetowód jest obwodem zamkniętym, a uzwojenie nagrzewnicy indukcyjnej jest nawinięte na zamkniętym obwodzie magnetowodu. Uzwojenie nagrzewnicy indukcyjnej nie jest zatem chłodzone, czyli to uzwojenie nagrzewnicy dogrzewa lub izoluje termicznie magnetowód.The induction heater system according to the invention comprises an induction heater, a frequency converter connected to the induction heater winding and a magnetic core being a heating element through which fluid flows inside and characterized in that the magnet core is a closed circuit and the induction heater winding is wound around the closed circuit of the magneto core. Therefore, the induction heater winding is not cooled, i.e. this heater winding heats up or thermally insulates the magneto core.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ideowy układ nagrzewnicy indukcyjnej, a fig. 2 przedstawia schemat ideowoblokowy zasilania nagrzewnicy.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a schematic system of an induction heater, and Fig. 2 shows a schematic and block diagram of the heater power supply.

Działanie układu, według wynalazku, jest następujące: przemiennik częstotliwości PF (zasilany z sieci elektroenergetycznej) o parametrach częstotliwość f2 do 10 kHz, moc do 10 kW podłączony do uzwojenia nagrzewnicy RoLo powoduje płynięcie w jego przewodzie zmiennego prądu elektrycznego Io o częstotliwości f2 = 1-10 kHz powodując znane jego nagrzewanie oporowe oraz indukcyjne oraz znane nagrzewanie indukcyjne rury stalowej . Płyn przepływający ogrzewa się od rury. Dodatkowo nagrzewany oporowo-indukcyjnie przewód elektryczny dogrzewa rurę i zmniejsza jej stygnięcie od zewnątrz (izoluje termicznie).The operation of the system, according to the invention, is as follows: the PF frequency converter (powered from the power grid) with the parameters frequency f2 up to 10 kHz, power up to 10 kW connected to the RoLo heater winding, causes an alternating electric current Io to flow in its conductor with the frequency f2 = 1- 10 kHz causing its known resistance and induction heating and the known induction heating of a steel pipe. The flowing fluid warms up from the pipe. In addition, an inductively heated electric wire heats the pipe and reduces its cooling from the outside (thermally insulates).

Nagrzewnica indukcyjna służy do grzania przepływającego przez jej wnętrze płynu (np. wody, powietrza, oleju). W przekładowym wykonaniu uzwojenie nagrzewnic y zawierające około 600 zwojów nawinięte jest drutem miedzianym emaliowanym o średnicy 1 mm na zamkniętym obwodzie magnetowodu, w tym przykładzie wykonania rury stalowej grubościennej średnic y 60 mm i grubości ścianki 16 mm. Rura posiada 2 przeciw ległe złącza stalowe do podłączenia dopływu i odpływu płynu.The induction heater is used to heat the fluid flowing through its interior (e.g. water, air, oil). In the cross-sectional version, the winding of the heater containing about 600 turns is wound with enameled copper wire with a diameter of 1 mm on a closed magnetic core circuit, in this embodiment a steel pipe with a diameter of 60 mm and a wall thickness of 16 mm. The pipe has 2 opposite steel couplings for connection of the fluid in and outflow.

Zasilanie elektryczne podłączone do przewodu elektrycznego uzwojenia nagrzewnicy, pieca lub kotła powoduje płynięcie w przewodzie zmienneg o prądu elektrycznego powodując znane jego nagrzewanie oporowe oraz indukcyjne oraz znane nagrzewanie indukcyjne magnetowodu. Zalecana częstotliwość prądu w przewodzie uzwojenia zawiesiny gliny nie od użytego magnetowodu. Materiał ogrzewany znajdujący się wewnątrz nagrzewa się od magnetowodu. Dodatkowo nagrzewany oporowo-indukcyjnie przewód elektryczny dogrzewa magnetowód lub ogranicza jego stygnięcie na zewnątrz (izoluje termicznie).The electric power supply connected to the electric wire of the heater, furnace or boiler winding causes the electric current to flow in the electric wire causing its known resistance and induction heating as well as the known induction heating of the magnetocode. The recommended frequency of the current in the clay slurry winding wire is not from the magnetic core used. The heated material inside is heated by the magnetic core. Additionally, an electric wire heated by resistance-induction heats the magnetic core or limits its cooling to the outside (thermally insulates).

Zaletą zamkniętego obwodu ferromagnetycznej rury stalowej o dużej przenikalności magnetycznej jest uzyskanie w niej większego strumienia magnetycznego co powoduje większe grzanie indukcyjne rury. Dodatkową zaletą wynalazku jest wykorzystywanie ciepła wydzi elanego na przewodzie elektrycznym do dogrzewania lub izolowania termicznego rury grzejnej.The advantage of a closed circuit of a ferromagnetic steel pipe with high magnetic permeability is that it obtains a greater magnetic flux, which results in greater induction heating of the pipe. An additional advantage of the invention is the use of heat generated on the electric conductor for additional heating or thermal insulation of the heating pipe.

Claims

1. An induction heater system containing an induction heater (Rolo), a frequency converter (PF) connected to an induction heater (RoLo) windings and a magnetic core being a heating element through which a fluid flows inside, characterized in that the magnetic core is a closed circuit and the induction heater winding it is wound on a closed magnetic core circuit.